JPS6315793Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は走査型電子顕微鏡用光学分光器に係
る。この分光器は測定すべき試料の定性分析及び
定量分析の両方に用いられる。 現在の分析手段中で走査型電子顕微鏡は特に陰
極線ルミネツセンス材料の特性表示に非常に重要
な位置を占めている。 この関係で走査型電子顕微鏡に適合する光学分
光器が知られており、これらの分光器は可視線か
ら近赤外線までの範囲の光学的放射を分析し得
る。“走査型電子顕微鏡検査における陰極線ルミ
ネツセンス研究用の改良された光学分光器
（Improved Optical Spectroscope for Cathodo
−Iuminescence studies in Scanning Eelectron
Microscopy）の名称のフランス国特許出願第
2245937号（EN7335044）がこれらのデバイスの
一つを開示している。 前記特許出願の装置は考えられた特定の波長の
範囲については満足すべきものではあるが、その
範囲は狭く、即ち有効なスペクトル範囲及び分解
能に関しては制限を受けている。 本考案の目的は、スペクトル範囲がはるかに広
く、感度が増大され、分解能が改良され、分散が
全範囲にわたつて線形にされ、使用法が簡単にな
つた装置を提供することによつて前記欠点を除去
することである。 前記目的は、本考案によれば、焦点位置に置か
れた試料に対向して配置され、平行光ビームの形
態で当該試料からの光を反射するための放物面鏡
と、中心軸を有し当該中心軸の回りで回転可能な
ドラムの外周上に取付けられており、当該ドラム
の回転により、前記放物面鏡に対向して配置され
る平面鏡と、前記ドラムの外周上に複数個配置さ
れ、当該ドラムの回転により前記平行光ビームの
波長に対応して複数個の内の１個が選択され、前
記放物面鏡に対向して配置される回折格子と、こ
の選択された回折格子又は前記平面鏡から反射さ
れた平行光ビームを収束すべく当該選択された回
折格子又は平面鏡に対向して配置された凹面鏡
と、この凹面鏡の焦点位置において前記放物面鏡
に対する前記試料の相対位置を確認するための手
段と、前記収束された光ビームを検出するために
前記凹面鏡に対向して配置された光検出器とから
なる走査型電子顕微鏡用分光器によつて達成され
る。 本考案によれば前記目的は諸手段（光学的、機
械的等）の特別な組合せを用いることによつて達
成され、これらの手段は先行技術に比較して試料
としての陰極線ルミネツセンス測定を行なうのに
より一層適している。 更に本考案は、電子ビームを当てられる試料が
セツトされるサンプルホルダーが内部に配置され
た真空室を有する走査型電子顕微鏡用光学分光器
に関する。この分光器は Ａ 上記顕微鏡の真空室内では、 ａ 放物面鏡、 ｂ 平面偏向鏡、 ｃ アウトレツトウインド即ちプレート、 Ｂ 上記顕微鏡室外では、 ｄ ドラム ｅ 凹面鏡としての球状凹面鏡、 ｆ 確認するための手段としてのスリツトブロ
ツク手段、 ｇ 光検出器、 を有しており、前記放物面鏡は、放物面状に形成
されており、この放物面鏡の焦点が試料としての
サンプル上の衝突点近傍に位置するように放物面
鏡はサンプルホルダーに対向して配置されてお
り、更にこの放物面鏡は電子ビームの通過を可能
にする開口を有している。この電子ビームは測定
するための試料に当てられ、この衝突により試料
からは光が発せられる。従つて放物面鏡は試料か
らの光を収束してこの光を平行ビーム状で反射し
得るように形成されている。前記平面偏向鏡はこ
れらの平行光ビームを受けるように放物面鏡に対
向して配置されている。前記アウトレツトウイン
ドは前記真空室用のものであつて平行面を有する
プレートから成り且つ前記平面偏向鏡によつて反
射された平行光ビームである有効な光学的放射の
透過を許容する材料から作られていると共に偏向
鏡によつて反射される平行光ビームの通過路であ
るパス上に配置されている。前記ドラムはその外
周上に単位長さ当りにおいて異なる数のスリツト
状のラインを有する平らな回折格子を複数個支持
しており、回折格子の任意に選択された一つを、
前記アウトレツトウインドに対向し、アウトレツ
トウインドを通過してくる反射された平行光ビー
ムを受けることが出来る作動位置に配置し得るよ
うに構成されており、即ち当該ドラムは第１の中
心軸としての軸の周囲で回転自在であつて、前記
作動位置にある選択された回折格子の平面上で当
該回折格子のラインに平行な位置にある第２の中
心軸としての軸の回りに関して回転可動なブラケ
ツトと一体である。このブラケツトの第２の軸に
関する回転はステツピングモータによつて制御さ
れている。前記球状の凹面鏡はその焦点距離が長
く、前記作動位置にある回折格子によつて回折さ
れた光のビームを受けることができる。前記スリ
ツトブロツク手段は球状の凹面鏡の焦点面内に位
置している。前記光検出器はスリツトブロツク手
段の後部に配置されている。 本考案を以下の非限定的具体例により、添付図
面を参照して更に詳細に説明する。 図示の如く、本考案装置は先端部に顕微鏡対物
室１０を有し、室１０内に放物面鏡としての鏡１
２を有し、この鏡１２の反射面は放物面の一部に
よつて表わされる。この鏡１２は頻繁に取外すこ
とが出来、且つ位置決めを容易に行なうことが可
能であり、更に鏡のよごれを簡単に落せるような
方法でフランジ１４に取付けられ固定される。鏡
１２は電子ビーム２２の通過を可能にする開口部
２０を有する。鏡１２は試料としてのサンプル１
６上において電子ビーム２２が衝突する点の近傍
に位置する焦点Ｆを有しており、サンプル１６は
サンプルホルダー１８に固定される。 電子ビーム２２の衝突によつて励起されたサン
プル１６の衝突点から放射される光は鏡１２によ
つて集められ、平行光ビーム２４の形状で反射さ
れる。 平面鏡２６は当該鏡２６の配向を変化させるこ
とが出来、且つ固定を許容する環２８と一体的に
取付けられている。プレート３０は真空室内の真
空シーリングを行なうように取付けられている。
又、プレート３０は更に、検出すべき試料から反
射された平行光ビーム２４すべての放射の透過を
確実にする材料から作られた平行面を有してい
る。このプレート３０を通つて平行光ビーム２４
は顕微鏡囲障の外側に反射される。このような機
能を果たすためには、プレート３０にフツ素を用
いることが可能である。顕微鏡室の外側にはドラ
ム３２があつて、このドラム３２の外周に回折格
子３４と平面鏡３６とが固定されて取付けられて
いる。 図示された具体例中、使用中の格子は分光器の
作動範囲であるスペクトル範囲が0.2乃至3μｍに
及ぶように選択され、設定された相異なる特性を
有する４つの回折格子３４の中から選択されたも
のである。ドラム３２は第１の中心軸としての軸
３８の周囲を回転し、前記回転は刻み付ノブ４０
によつて制御される。平面鏡３６は電子ビーム２
２が放物面鏡１２の焦点Ｆのごく近傍を走査し、
試料１６から光が良好に発せられるようにサンプ
ルの鉛直方向における位置決めを行なうために用
いられる。 ドラム３２はブラケツト４２に固定されてい
る。このブラケツト４２は、選ばれた回折格子３
４のラインが刻み込まれた平面内を通り、且つそ
のラインの一本に平行な第２の中心軸としての軸
４４のまわりで回転する。前記ブラケツト４２の
回転はステツピングモータ４６によつて制御さ
れ、ウオームアンドホイール４８によつて伝達さ
れる。 ステツピングモータ４６は例えば１回転につき
400パルスを必要とし、このパルスは電子回路手
段としての制御ユニツト中で例えば４モータステ
ツプにつき１単位の割合でカウントされ、表示さ
れる。即ちステツピングモータ４６が、このステ
ツピングモータ４６に電気的な制御パルスを供給
し、当該制御パルスをカウントし且つ表示する制
御ユニツトによつて制御されている。 ウオームアンドホイール比は、前記１表示単位
に対して回折格子３４が24秒角だけ回転し、この
角は使用される回折格子３４の型によつて変化
し、0.9乃至5.6Åの回折されたスペクトルの移行
に対応する。 モータ４６の電子回路手段としての電子制御回
路は行われる回転に比例する電圧を供給するアナ
ログ出力を有し得る。この回転は、手動的且つ間
欠的にもしくは連続的且つ自動的に、調節自在の
速度で制御され得る。 誘導的停止はモータの電子制御回路に作用し
て、モータ制御パルスのカウンタの開始だけでな
くドラムの最大変位の安全性（明らかに定義され
た起点と比較して）を確保する。 平面鏡２６によつて反射された平行光ビーム２
４は作動位置にある回折格子３４に当たり、次に
回折格子３４によつて焦点距離400mm、口径60mm
の球状凹面鏡５０の方に回折される。前記球状凹
面鏡５０のボールジヨイント５２への関節式取付
けは、即ち凹面鏡５０の位置の制御はねじ５４を
用いて非常に正確に行うことが可能である。軸４
４まわりの回折格子３４の回転により回折された
光ビームであるスペクトルの光路は球状凹面鏡５
０上へ導かれる。 回折された光ビームは次に球状凹面鏡５０によ
つて反射されて検出システム５６の方に集められ
る。前記放物面鏡１２に対する前記試料１６の相
対位置を確認する手段としての目盛付開口スリツ
トブロツク手段５８が前記球状凹面鏡５０の焦点
面内に配置される。これらのスリツトの機能は光
の分解能と光の強度との間の最良の妥協点を提供
するビームの一部分が検出器へ通過するのを許容
するのみである。 サンプル１６に対する電子ビーム２２による走
査が放物面鏡１２の焦点Ｆのあたりに電子ビーム
が衝突する点である光源点を移動させることに注
目すべきである。このような走査は定常動作を行
なう光ビームにおける定常動作状態からの変動を
導く。従つてこのような変動を防ぐために種々の
光学要素の寸法は、前記変動が生じ易い最小倍率
におかれる時にも信号の最適伝送が確実に成され
るように選択されねばならない。 スリツトブロツク手段５８はそれぞれの直径１
０及び３mmの２つの円筒状開口部６０，６２並び
に長さ４mmの10個の平行な一連のスリツト６４及
び１乃至0.1mmの開口部から成る。10mm開口部６
０には同じ直径を有するすりガラスを取付けるこ
とが可能で、このすりガラスにより光源の像の可
視化と、即ち試料であるサンプルの像に可視化す
ることと、光源の変位の影響を観察することと、
このようにして球状凹面鏡５０の焦点面に一致す
るようにスリツト６４を含んだ平面を位置調整す
ることとを可能にする。 直径３mmの開口部６２は基本的にはサンプルの
鉛直位置決定に、即ち放物面鏡１２に対するサン
プルの相対位置を確認するために、また最大検出
光強度が求められる場合における連続観測に役立
つ。 選ばれたスリツトからの放射は、分析された材
料の特性に関連づけられて選ばれた光検出器とし
ての検出器７２の観光面７０に達する。0.2乃至
1.1μｍの波長に対してシリコンフオトダイオード
を使用することが紫外線への広範囲にわたる適応
性を有するため好ましい。1.1乃至1.8μｍでは77
〓に冷却されたゲルマニウムダイオードの使用が
好ましく、一方1.8乃至3μｍではPbS又はPbSe型
の光伝導体の使用が好ましい。 要するにステツピングモータの回転により回折
格子の角位置は変更される。ステツピングモータ
のパルスカウントの表示は検出器に伝送された波
長の範囲を示し、手動的、間欠的な回転により検
出可能な信号の最大値を調べることを可能にす
る。 前記表示と選択される波長との相互関係は適当
な表又はノモグラムの使用によつて速かに与えら
れる。 モータの自動的連続回転もまたXY座標を用い
て、アナログ出力（モータの位置）によつて供給
される電圧と検出される信号の強さを表わす電圧
との間の関係をグラフで示すことを可能にする。
この方法で、像上にマークされた特別な点におけ
る分析されるサンプルの陰極線ルミネツセンスス
ペクトルを得ることが可能であつて、このとき像
は回折格子の回転中にコントラストの変更を示
す。サンプルの特別な点におけるスペクトルの情
報は得られる結果の判定を容易にする。 表においては前記フランス国特許出願中に述
べられている如き先行技術と本考案との間の相違
点を要約する。表は表に現れた相違点の各々
に対して本考案によつて提供される利点を示す。

【表】 表 本考案によつて提供される利点 ａ 全スペクトル範囲に対する完全な無収差及び
反射による損失がより少ないこと。 ｂ 全範囲にわたる線形分散及び回折された光強
度の最適化。 ｃ 6.5倍に大きくなつたスペクトル範囲。 ｄ 14倍以上増大された集光力。 ｅ 回折格子の位置と検出された波長との間の完
全な比例的対応。 ｆ 集光装置の焦点面内のスペクトルの一層良好
な広がり。 ｇ 制御用すりガラスを間に置く可能性。 ｈ 全ての範囲に亘る分析を可能にする検出器の
迅速な互換性。 ｉ スペクトル範囲内における分解能の改良。 ｊ より良いスペクトル伝送。 ｋ より容易な標記及び操作。 前記の構成を有するために、本考案の走査型電
子顕微鏡用分光器は、中心軸まわりにドラムを回
転させることにより、測定すべき試料から反射さ
れた平行光ビームを反射させる平面鏡を選択的に
配置することが出来、この平面鏡から反射された
平行光ビームを受容する、前記確認するための手
段を介することによつて、前記試料と放物面鏡と
の相対的な位置を、電子ビームによる最適な光励
起を行ない得るように調整することが出来、即ち
測定を行なうための最適な状態を簡単な操作によ
つてすみやかに設定することが出来、正確なかつ
データにバラツキの無い測定を常に安定して行な
うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の横断面図、第２図は格子
を支持するドラムの平面図である。 １２……放物面鏡、１８……サンプルホルダ
ー、２２……電子ビーム、２６，３６……平面
鏡、３０……プレート、３２……ドラム、３４…
…回折格子、４２……ブラケツト、４６……ステ
ツピングモータ、５０……球状凹面鏡、５６……
検出システム、５８……スリツトブロツク手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 焦点位置に置かれる試料に対向して配置さ
   れ、平行光ビームの形態で当該試料からの光を
   反射するための放物面鏡と、第１の中心軸を有
   し当該第１の中心軸の回りで回動自在であるブ
   ラケツトと、前記第１の中心軸に沿う方向と直
   交する方向に伸延する第２の中心軸を有し当該
   第２の中心軸の回りで回動自在であるように前
   記ブラケツトに取付けられたドラムと、このド
   ラムの一の回転位置で前記放物面鏡に対向する
   ように当該ドラムの外周面上に配置された平面
   鏡と、複数個からなり、この複数個の内の夫々
   が所定の間隔で互いに平行なラインが設けられ
   た平面を有しており、前記平行光ビームの波長
   に基づいて当該ドラムの回転により前記複数個
   の内の一個が前記放物面鏡に対向して当該平行
   光ビームを受光するように選択可能であり、当
   該選択されて前記放物面鏡に対向した前記複数
   個の内の一個における前記ラインが前記第１の
   中心軸に対して平行になるように、複数個の内
   の夫々が前記ドラムの外周上に配置された回折
   格子と、この選択された回折格子又は前記平面
   鏡から反射された平行な光ビームを収束すべく
   当該選択された回折格子又は平面鏡に対向すべ
   く配置された凹面鏡と、この凹面鏡の焦点位置
   に配置された目盛り付きスライド手段と、前記
   収束された光ビームを検出するために前記凹面
   鏡に対向して配置された光検出器とからなり、
   前記スライド手段は、前記光ビームを前記試料
   の像に可視化するための第１の開口部と、前記
   放物面鏡に対する前記試料の相対位置を確認す
   るための第２の開口部と、スリツト部とからな
   り、当該第１及び第２の開口部並びにスリツト
   部のいずれかを前記凹面鏡の焦点位置に選択的
   に位置決め可能とすべく、当該第１及び第２の
   開口部並びにスリツト部が当該目盛りの配列方
   向に沿つてスライド自在であることを特徴とす
   る走査型電子顕微鏡用分光器。 (2) 前記ブラケツトの回動は、ステツピングモー
   タによつて制御されていることを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項に記載の走査型電
   子顕微鏡用分光器。 (3) 前記ステツピングモータが、当該ステツピン
   グモータに電気的な制御パルスを供給し、当該
   制御パルスをカウントし且つ表示する電子回路
   手段によつて制御されていることを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第２項に記載の走査型
   電子顕微鏡用分光器。 (4) 前記ステツピングモータが、手動制御手段に
   よつて制御されていることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第２項に記載の走査型電子顕
   微鏡用分光器。 (5) 前記凹面鏡がボールジヨイントに取付けられ
   ており、当該凹面鏡の位置がねじによつて制御
   されることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の走
   査型電子顕微鏡用分光器。