JPS6329436A - 収差を補正する手段を有する荷電粒子光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、収差を補正する手段を有する荷電粒子光学シ
ステムに関し、特に、エネルギーアナライザ、質量アナ
ライザ、荷電粒子レンズシステム又はその他の何らかの
荷電粒子光学システムにおいて見られる「開口欠陥」と
呼ぶことのできる収差の一形態の補正に関する。以下、
特に電子に関連して本発明を考慮するが、本発明は他の
荷電粒子にも適用される。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕電子
光学の分野では、電子及びイオンの集束、偏向、質量分
析及びエネルギー分析を目的として利用することができ
る様々の装置が知られており、それらの装置は電子光学
に関する様々の文献に包括的に記載されている。電子光
学装置のほぼ全てに収差という欠点が見られ、最も重大
な問題となる収差は、通常、開口欠陥と呼ばれるもので
ある。

開口欠陥は、装置の光軸上に位置する放射源から、光軸
に対して相対的に大きな角度で発生した電子（いわゆる
周辺軌跡）が光軸と再度交差するか、又は電子が光軸に
対して小さな角度で放射源から発生したとき（いわゆる
近軸軌跡）より放射源に近い位置又は放射源から遠い位
置の光軸上の焦点に集束する場合に現われる。実際の電
子光学系で一般に見られる角度は、通常、可視光光学系
において使用される角度より著しく小さい。たとえば、
電子光学の分野では１０°は大きな角度であるが、光光
学の場合は４５°が普通の角度である。軸対称形の電子
レンズの開口欠陥は一般に球面収差として知られており
、平面対称形のレンズにおいては「線収差係数」と呼ば
れている。各種の偏向エネルギーアナ与イザは、中央光
線の経路として規定される湾曲した光軸を有しているが
、それでもなお同様の欠陥を有する。荷電粒子光学シス
テムにはその他の種類の収差も現われるが、以下の説明
の中で収差という用語は開口欠陥を表わすものとする。

エネルギーアナライザにおける収差の影響により装置の
エネルギー分解能が制限され、レンズの収差の影響によ
り検品質、すなわち像の細かさが制限される。

軸対称形電子レンズの球面収差を減少させる様々な手段
が提案され、使用されて、かなりの成果をあげている（
たとえば、ｒＡｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　０ｐｔｉｃａｌ
ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　Ｊ
　　（１９６６年刊）Ｖｏｌ　Ｉ　。

の２０４ページ以降に掲載されたＡ、　５ｅｐｔｉｅｒ
の論文ｒＴｈｅ　　Ｓｔｒｕｇｇｌｅ　　ｔｏ　　Ｏｖ
ｅｒｃｏｍｅ　　５ｐｈｅｒｉｃａｌＡｂｅｒｒａｔｉ
ｏｎｓ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　０ｐＬｉｃｓｊを参
照）Ｑしかしながら、特に円筒形及び半球形（又は球の
その他の部分）の静電エネルギーアナライザの場合は、
収差を減少させる問題は依然として解決されないままで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、光学システムの光軸上の放射源から
同じ光軸上の所望の像位置までほぼ単一工ふルギーの粒
子のビームの経路を規定する手段を有し、光学システム
は、放射源から光軸に対して相対的に大きな角度を成し
て放出される粒子の軌跡が光軸に対して相対的に小さな
角度で放出される軌跡より放射源に近い同一光軸上の焦
点又は放射源から遠い同一光軸上の焦点に集束されるよ
うな収差を受ける、たとえばエネルギーアナライザ、質
量アナライザ又はレンズシステム等の荷電粒子光学シス
テムであって、前記ビームの経路を横切るように互いに
離間する関係で配設されることにより、ビームを複数の
別個の部分に分割する複数の電気的に絶縁された補正用
電極を有し、それらの補正用電極は、適切なバイアス電
圧が印加されたとき、ビーム部分を所望の像位置で又は
それに近接する位置で光軸と交差させることにより、収
差を減少させるようにビーム部分を偏向する荷電粒子光
学システムが提供される。

本発明においては、補正器を荷電粒子光学装置の内部の
電界の領域に又はほぼ無電界の領域に取付けることがで
きる。補正器の支持体は、絶縁材料、半導体材料又は導
電性材料から形成することができる。

本発明は、エネルギーアナライザ、質量アナライザ又は
レンズシステムの放射源から放出されて、システムの光
軸上の焦点に集束される単一エネルギー荷電粒子のビー
ムの焦点を鮮鋭化する方法であって、ビームを複数の独
立したビーム部分に分割する過程と、ビーム部分の間で
ビームを横断する複数の互いに離間する位置に、所定の
ビーム部分を所望の焦点により近接する位置で光軸と交
差させる方向に偏向することにより、収差を減少させる
ように電位を印加する過程とを含む方法をさらに提供す
る。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示される本発明の実施例においては、基本構成
の静電半球形アナライザは内側導電半球体１と、同心の
外側導電半球体２とから構成される。これら２つの半球
体は互いに絶縁され、フリンジ電界補正板３の上に取付
けられている。点放射７ｆｆＩ４から放出する単一エネ
ルギー荷電粒子のビームは、半球体１及び２に印加され
る適切な電位によって１８０°偏向される。点放射源４
は半球体の入口部に配置され、荷電粒子は半球体の真向
かいの位置にある半球体の出口の焦点５に導かれる。

半円形補正用条片２０．２１，２２．２３　（ここでは
補正用電極又は補正器と呼ばれる場合もある）は、半球
体１，２０間にアナライザをまたぐように配置され、条
片の長手方向は荷電粒子のビーム６の光軸に対して垂直
であり、その幅方向は光軸と一致する。条片は荷電粒子
ビームの異なる部分とそれぞれ交差するように配置され
る。条片は、一般に半球体１．２に印加される電位とは
異なる様々な電位に維持される。

４本の補正用条片しか図示されていないが、補正をより
精密にするために、さらに多くの条片を使用することが
できる。補正用条片２０　、２１　、２２　。

２３は支持構造１０　、１１　、１２に取付けられるが
、この支持構造は、荷電粒子ビーム６が通過する半球体
の領域における支持構造に起因する電界のひずみを最小
限に抑える保護シールド１３により被覆されている。条
片が４本の補正器構成の場合、荷電粒子ビームは、補正
用条片２０　、２１　、２２　、２３をｉｎ過する際に
、第２図に示されるように３つの主要部分３０　、３１
　、３２に分割されると考えることがテキル。

補正用条片２０　、２１　、２２　、２３は湾曲する光
軸の平面に対して垂直であるので、この平面と荷電粒子
ビームの双方に対してごく狭い横断面を示すのみである
。適切にバイアス電圧を印加されたとき、補正用条片は
様々に異なるビーム部分を様々に異なる量だけわずかに
偏向させることにより収差を減少させ、従って電子をよ
り鮮鋭な焦点に集束する効果を有する。ビーム部分の１
つは光軸の対向する側に均等に配分され、実質的に収差
のない状態であるのが好ましい、従って、全ての補正用
電極は光軸から離間して配置されることになる。

第３図は、図の平面に対して垂直である荷電粒子ビーム
６の包絡線を示す。補正用条片２０　、２１　。

２２　、２３の全体的な広がり状態、並びに支持構造１
０゜１１　、１２及び保護シールド１３と、内側半球体
１及び外側半球体２との関係が示されている。

支持構造は第４図に示される形態をとることができ、こ
の場合、フリンジ電界補正板に金属ブロック１０が取付
けられる。金属ブロック１０には溝穴付き絶縁体１１が
固着され、絶縁体の溝穴は補正用条片２０　、２１　、
２２　、２３を位置決めし且つ保持する。絶縁体の上方
には、補正用条片を通す開口を有する保護シールド１３
が設けられる。保護シールド１３は、半球体１．２の間
の電界のひずみを最も小さくする電位に維持される。補
正用条片は半球体の電位及びフリンジ電界補正板とは異
なる電位にあり、このため絶縁体１１が必要とされる。

この構造全体は適切なねじ１２によりフリンジ電界補正
板に取付けられる。適切な外部リード線から真空装置を
通過する適切に遮蔽、絶縁されたワイヤ１４により補正
用条片と、保護シールド１３とに電位が印加される。あ
るいは、絶縁体１１の代わりに、シリコン等の半導体材
料、半導体セラミック又はグラファイト層で被覆した絶
縁体から成る構成要素を使用することもできる。

第５図、第６図、第７図、第８図、第９図、第１０ａ図
及び第１０ｂ図は、補正用条片の機能を示す。

第５図は、無補正の静電半球形エネルギーアナライザに
おいて、単一エネルギー電子の点放射源から半球体の入
口部で様々に異なる角度で電子が放出された場合の電子
の軌跡を示す。適切な電位差が半球体１．２の間にある
とき、中心の軌跡６０は半球体１，２の平均半径に従い
、光軸を構成する。

外側の軌跡６１は当初は外側半球体２に近い経路に沿っ
て進むが、最終的には内側半球体１に近い出口部の１点
に達する。内側の軌跡６２は内側半球体１に隣接する経
路をたどり、出口部においては経路は外側の軌跡６１の
経路にごく近接している。中心の軌跡６０と、その他の
２本の軌跡６１　、６２との闇の広がりｄは、単色無放
射源に関する式： ％式％（１） により与えられるエネルギー分解能Ｅ、を発生させる。

ただし、式中、 Ｅ、＝ベース幅分解能（ｅＶ） Ｅ＝ビームの平均エネルギー（ｅＶ） ｃｗ＝１ Ｃよ＝２ Ｗ　＝Ｗ　＋　　＋Ｗ　ｚ　＝平均スリット幅Ｒ＝中心
の軌跡の半径 α＝放射源においてビームが成す半角度半球形アナライ
ザの入口部に配置される電子の単色無放射源から発する
電子の軌跡の初期の方向の広がりがもつ効果は、半球体
１，２の出力部における典型的な軌跡を示す第６図に表
わされている。

無補正アナライザのコンピュータ出力に基づく軌跡を、
電子放射源を出るときの方向と角度に従って記録した。

すなわち、０１は中心の軌跡に隣接するが、外側半球体
寄りの角度を有する軌跡を示し、ｉ、は中心の軌跡から
３番目に近く、出射の時点では内側半球体に最も近接す
る側にある軌跡を示す。Ｃは光軸を含む中心の軌跡を示
す。

第６図に示されるような軌跡図を使用すると、静電半球
形エネルギーアナライザの入口部に配置される単色無放
射源に関して、そのようなアナライザの出口部における
収差を含む像の強さ図を作成することができる。そのよ
うな強さ図が第７図に示されている。強さ図のピークは
ギャップの中心ｇＣにほぼ位置しているが、著しい非対
称性が見られ、内側半球体１に近い側に長く尾を引いて
いることがわかる。分布の輻ｄは式１に従っている。

第８図は、半球体の間のギャップに６本の均等に離間し
て配置された補正用条片７０　、７１　、７２　、７３
゜７４　、７５を具備する静電半球形エネルギーアナラ
イザを示すと共に、ビームのそれぞれの部分の中心に位
置する５木の電子の軌跡８０　、８１　、８２　、８３
及び８４を示す。補正用条片に印加される電位は、中心
のビーム部分が無補正システムと比較してほとんど変わ
らないように、すなわち、軌跡８２が第５図の軌跡６０
とほぼ一致するように設定される。

外側から２番目の軌跡８３は、補正電界が印加されない
ときは、内側半球体により近い焦点に達する。この軌跡
８３をアナライザの出口部において軌跡８２に接近させ
るために、補正用条片７３及び７４の電位差は軌跡８３
を外方へ偏向させるように設定される。同様に、図示さ
れる最も外側の軌跡、すなわち軌跡８４に関しては、補
正用条片７４及び７５に、この軌跡を外側半球体に向か
ってさらに太き（偏向させるようなバイアス電圧が印加
される。

中心の軌跡８２から見てすぐ次に位置する内側の軌跡８
１は、無補正の条件の下では、アナライザから中心の軌
跡８２と内側半球体１との間へ出射する。実際には、こ
の軌跡８１は外側から２番目の軌跡８３の付近で出射す
る。補正用条片７１及び７２に適切な電位を印加するこ
とにより、軌跡８１を内側半球体１かられずかに離間さ
せることができるので、軌跡８１はアナライザの出口部
において中心の軌跡８２により接近する。内側半球体１
にさらに近い位置を通過する軌跡８０も、同様に、補正
用条片７１及び７０により偏向される。

２本の補正用条片の間を通過するとき、軌跡は主にそれ
らの補正用条片の間に印加される電位により影響を受け
るが、補正用条片の前後の領域においては、軌跡はその
他の補正用条片の電位と、２つの半球体の電位とによっ
ても影響を受ける。

アナライザの出口部において軌跡の最良の収束状態を生
じさ也る補正器の電位を決定するためには、補正器電位
の様々な数値群に関し′ソ軌跡の最終位τを計算する等
の実験的方法を使用しなければならない。

通過エネルギーが６０ｅＶであるアナライザについて、
半球体及び補正用条片に印加される通常の電位値を下記
の表に示す。以下に挙げる電圧は運動エネルギーがゼロ
の電子に関するものである。

Ｍ−Ｊ３−　±−１碑、 内側半球体　　１　　　２０．０　　　１２０外側半球
体　　２　　　４０．０　　　３０補正用条片　　７０
　　　２２．０　　　７１．２補正用条片　　７１　　
　２５．２　　　７５．７補正用条片　　７２　　　２
８．４　　　６２．０補正用条片　　７３　　　３１．
６　　　５１．５ｉｊ　ｔＪ　Ｌ−ＥＬ− （ボルト） 補正用条片　　７４　　　３４．８　　　３８．０補正
用条片　　７５　　　３８．０　　　２９．９第９図は
、補正を伴なう静電半球形エネルギーアナライザがその
出口部で軌跡に与える効果を示す。軌跡はアナライザの
入口部の光軸上にある単色熱電子放射源を起点とする。

無補正の静電半球形アナライザに関する集束特性を示す
第６図と比較すると、集束特性が改善されていることが
わかる。

無補正アナライザの場合と同様に、補正を伴なうアナラ
イザの出口平面における電子の強さ分布を測定するため
に、第９図に示される種類の軌跡を利用することが可能
である。第１０ｂ図は、６本の均等に離間され、適切な
バイアス電圧を印加される補正用条片を具備する半球形
静電アナライザに関してこのようにして取出されたもの
である。

放射源の入力条件を第１０ｂ図の場合と同一にして、補
正用条片を動作させないときの強さ分布を示す第１０ａ
図と、第１０ｂ図を比較すると、補正器が動作している
ときは、アナライザの収差の減少に相当する強さの著し
い「集群」が観察されることがわかるであろう。

補正用条片は半球体の間で均等に離間されていなくとも
良く、実際には、アナライザの補正器の間隔を均等にし
ないと、第１０ｂ図に示される集群をさらに効果的にす
ることができるという利点がある。第１１図は、異なる
間隔で配置される補正用条片９０　、９１　、９２　、
９３　、９４　、９５を具備する半球形アナライザを示
す。強さプロフィルが第１２図に示されるように、第１
０ｂ図より対称性の高い集群を含むものとなるように、
軌跡の集群の効果をもたせることができる。寸法２はは
第１０ａ図の寸法ａより著しく短い。

静電半球形エネルギーアナライザの補正器システムは、
第１３図に示されるように、６つの条片対１１５　；　
１１６から１２５；　　１２６等の補正用条片が対を成
す構成を採用すると、さらに改良される。各対の補正用
条片は、一方が電子の軌跡の方向に沿って他方の条片の
背後に位置するように配置され、条片対は単独で使用さ
れても、隣接する条片対と共に平面レンズとして使用さ
れても良い。これにより、補正器システムの融通性はさ
らに向上する。

図示されるように、補正用条片対はビームを中心の軌跡
１１０，１１１，１１２，１１３，１１４を有する５つ
の主要部分に分割する。

本発明は静電半球形エネルギーアナライザに限定される
ものではなく、１８０゛以外の部分球形の構成に使用す
ることもできる。第１４図は、さらに別の形態の静電エ
ネルギーアナライザ、すなわち円筒形の静電エネルギー
アナライザにおける補正器の使用を示す。この構成及び
ここに説明されるその他のエネルギーアナライザの詳細
な説明は、Ｈａｎｄ　ｂｏｏｋ　ｏｆ　５ｙｎｃｈｒｏ
ｔｒｏｎ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ第１Ｓ　（１９８３年、
Ｅ、　Ｅ、　Ｋｏｃｈ　（Ｎｏｒｔｈ−１１ｏ１１ａｎ
ｄ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ、）刊）の３６７〜４
６２ページに掲載されているＥ、ｌｌ。

Ａ、　Ｇｒａｎｎｅｍａｎ及びＭ、Ｊ、　Ｖａｎ　ｄｅ
ｒ　Ｗｉｅｌの論文、並びにＪ、　Ｐｈｙｓ、　Ｅ、　
５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ第６巻
（１９７３年刊）の１０６１ページ以降に掲載されてい
るＩｔＪ、　Ｓｔｅｃｋｅｌｍａｃｈｅｒの論文に見ら
れる。

静電円筒形エネルギーアナライザは本質的に二次元対称
形であるので、補正器の設置は容易である。第１４図に
示されるように、アナライザは、フリンジ板１３２によ
り支持される内側部分円筒形電極１３０及び外側部分円
筒形電極１３１を具備する。

補正用条片１４１．１４２．１４３．１４４は第１４図
の電子平面に対して垂直である単にまっすぐな条片であ
って、単色点放射源１３３から発する、中心の軌跡を１
５０、１５Ｌ　１５２とするビームの各部分を出口部１
３４の補正焦点に到達させる。

第１５図は、半球形又はその他の部分球形のアナライザ
と同様であるが、湾曲する電掘仮１５ｏ。

１５１の半径が互いに直角に異なっている円環形静電エ
ネルギーアナライザを示す。すなわち、電極は一方向に
１０ｃｏ＋の曲率半径Ｒ１を有すると共に、それに対し
垂直な方向−に１２ｃｍの曲率半径Ｒ２を有することが
できる。荷電粒子ビームは点放射源１５２から焦点１５
３に至り、曲率半径Ｒ２と同心である様々に異なる半径
を有する円弧に沿った互いに離間する湾曲条片である補
正用条片１５４，１５５゜１５６、１５７はビームを中
心軌跡を１５８．１５９．１６０とする３つの部分に分
割する。

本発明は静電エネルギーアナライザに限定されるもので
はなく、エネルギー分析及び／又は質量分析に使用され
る磁気セクターに通用されても良い。第１６図には、点
放射源１７４から焦点１７５に至る荷電粒子ビームにま
たがって互いに離間して配置される４本の補正用条片１
７０．１７１．１７２．１７３を具備する１８０°偏向
の磁気セクターが示されている０条片はビームを中心の
軌跡を１７６、１７７及び１７８とする３つの主要部分
に分割する。静電工ふルギーアナライザの場合と全く同
様に、中央の軌跡の両側に位置する軌跡は中央の軌跡の
半径の小さい側にある焦点に向かって偏向される。条件
によっては、磁極片の形状を整えることによりこの欠陥
を補正することができるが、別の方法として、第１６図
のように、本発明の補正器を使用しても良い。

補正器を１８０°以外の偏向角度を有する磁気セクター
に適用することもでき、第１７図は、９０゜未満の角度
の磁気セクターに適用される補正器を示す。図示される
ように、放射源１８５から発したビームはるｎ気セクタ
ー１８４を通過して焦点１８６に達する。セクターの内
部には、ビームを横切るように４本の補正用条片１８０
〜１８３が互いに離間して配置される。補正用条片はビ
ームを中心の軌跡を１８７．１８８．１８９とする３つ
の主要部分に分割する。

補正用条片を磁気セクターの磁極片の間に取付ける方法
は、第１８図に概略的に示されている。

これは１例であり、特定の必要条件に合わせて、その他
の取付は方法を採用しても良い。第１８図において、補
正用条片２０４．２０５．２０６．２０７は、磁極片に
取付けられる適切な絶縁性支持体２０１により４（ｉ　
Ｊｉ片２０００間に支持される条片である。補正用条片
に印加される電位は、支持体２０１で終端する適切なワ
イヤ２０３により搬送される。補正用条片２０４．２０
５，２０６．２０７に関して荷電粒子ビーム束２０８が
示されている。この構成では、ｒｔｌ　掻片は装置の真
空システムの内部に位置していなければならな性シール
ド２０９が設けられる。補正用条片、支持機構及びシー
ルドが非磁性材料から製造されなければならないことは
自明である。

収差補正器の使用により利を得ることができるさらに別
の静電エネルギーアナライザは、平行板検出器（Ｅ、　
Ｈ，Ａ、　Ｇｒａｎｎｅｍａｎ及びＭ、　Ｊ、Ｖａｎ　
ｄｅｒＷｉｅｌの論文（上記）並びにＩｔｔ、　Ｓｔｅ
ｃｋｅｌｍａｃｈｅｒの論文（上記）を参照）である。

第１９図に示されるように、そのようなアナライザは２
枚の平行な仮２１１　、２１２から構成され、下方の板
には、荷電粒子ビームの入射と出射を可能にするための
スリット２１９，２２０が形成されている。適切な補正
用条片２１５，２１６，２１７，２１８が平行な板２１
１　、２１２の間に配置される。放射源２１３はスリッ
ト２１９の下方に、スリット２１９に対して角度βを成
すように配置され、ビームは出射スリット２２０の下方
の検出器に相応する焦点２１４に向かって偏向される。

補正用条片２１５．２１６，２１７，２１８と、スリッ
ト２１９　、２２０とは図の断面平面に対して直角を成
す。平行板アナライザの場合、収差が相対的に小さくな
る幾何学的配置条件が存在している。たとえば１仮とビ
ームとが成す角度（β）＝３０’　のとき、装置は二次
集束状態にある。補正用条片の使用で、収差の影響をそ
れほど大きく受けずに他の幾何学的配置条件を採用でき
ることになる。そのような他の幾何学的配置条件はより
好都合な構成につながる。

第２０図は、平行板アナライザと同等の三次元構成、す
なわち円筒形ミラーアナライザを示す。

このアナライザは２つの同軸のシリンダ、すなわち内側
シリンダ３００と、外側シリンダ３０１とから構成され
、内側シリンダは物体３０２と焦点３０３とに対してそ
れぞれ適切な角度で配置される環状スリット３０４　、
３０５を有する。環状スリットは、スリット間で内側シ
リンダを支持可能とするために、分割されている。シリ
ンダの間の電界は軌跡３１１゜３１２、３１３を集束さ
せ、シリンダの端部の電界は適切な補正器３０６により
終端される。この装置はＧｒａｎｎｅｍａｎとＶａｎ　
ｄｅｒ　Ｗｉｅｌの論文（上記）及びＳ　ｔｅｃｋｅ　
１ｍａｃｈｅｒの論文（上記）に記載されている。

入射角度βが４２°であるとき、装置は二次集束状態と
なるが、その他の角度ではその状態にならない。システ
ム内に第２０図に示すように配置される環状補正用条片
（すなわちリング）　３０７，３０８゜３０９．３１０
は、システムをその他の角度でも過剰な収差なく使用で
きるようにする。円筒形ミラーアナライザは本質的に回
転対称形であるので、補正器リングを支持することがで
きるように何らかの変形を実施しなければならないこと
は自明である。

考えられる２つの形態の支持体を第２１ａ図と、第２１
ｂ図とにそれぞれ示す。

第２１ａ図は、完全に円筒形の内側シリンダ４０５と、
完全な円筒形ではない外側シリンダ４０６から構成され
る電極を具備する円筒形ミラーアナライザを示す。この
ようなシステムはＢ１５ｈｏｐ他（上記）により既に構
成され且つ解説されており、ビーム横断面４０７により
示されるように、システムの半分のみを電子光学的に使
用するのでハーフＣＭＡと呼んでも良い。電子光学的に
は使用されないシステムの残り半分は、部分的に環状の
補正用条片４０１　、４０２．４０３．４０４を担持す
る絶縁体４００を支持するために使用される。補正用条
片への接続部４０８は絶縁体を貫通する導体により形成
される。スクリーン４０９はビーム４０７が絶縁体４０
０に「当たる」のを阻止する。

補正用条片５００，５０１，５０２，５０３を支持する
別の構成が第２１ｂ図に示されており、この場合は完全
なシリンダ５０４　、５０５が使用される。互いに真向
がいの位置にあり且つ軌跡の中間点に対応しているのが
好ましいが、必ずしも対応してぃな（とも良い２点にお
いて（第２０図を参照）、絶縁体５０６は内側シリンダ
５０４と、外側シリンダ５０５との間に取付けられる。

絶縁体５０６は補正用条片５００゜５０１．５０２．５
０３を２つのシリンダの間に適切な間隔で支持する。装
置の集束電界が補正用条片の支持構造により混乱される
ことのないように、実際の支持構造は、支持体の前方に
図示されるようにビーム包路線に隣接して取付けられる
１対の高抵抗防護部材５０７により遮蔽される。防８５
部材５０７は内側シリンダ５０４と外側シリンダ５０５
との間に取付けられ、その抵抗と形状は、防護部材の等
電位が２つのシリンダの間の電位と厳密に一敗するよう
に設定される。このため、軌道の摂動は起こらない。

様々な種類の、様々な幾何学的構成をもつ荷電粒子静電
エネルギーアナライザ及び磁気質量、エネルギーアナラ
イザの開口収差の補正及び／又は最小化に適用可能であ
るばかりでなく、補正用条片の原理はレンズの開口欠陥
を最小にするためにレンズに適用することもできる。（
この欠陥は回転対称形レンズの場合は球面収差として知
られており、平面レンズに関しては線収差係数という用
語が使用される。）平面レンズは、光軸を通る１つ又は
複数の反射対称形平面を有するレンズであると理解する
。

平面レンズを適切な補正器と共に構成することができ、
そのようなレンズの一実施例を第２２図及び第２３図に
示す。第２．２図は、間隙６０４により離間される２ｍ
の直線状型ｉ　６０２　、６０３を具備する平面レンズ
の断面図である。物体、すなわち放射ａ６００は第１の
レンズ要素６０２の電位に保持される。放射源６００か
らの軌跡はレンズ間隙６０４を通過した後に、第２のレ
ンズ要素６０３に侵入する。第２のレンズ要素６０３は
第１のレンズ要素６０２とは異なる電位に保持される。

レンズ間隙６０４の付近で発生される電界は、レンズ粒
子がレンズ要素６０２及び６０３の電位により加速され
るが又は減速されるかに従って集束作用を起こさせ、軌
跡は第２のレンズ要素の中の焦点６０１に達、する。

システムを球面収差又は線収差について補正するために
、補正用条片６０５，６０６，６０７，６０８は粒子ビ
ームを横切るように電極と平行に互いに離間して、第２
２図に示すようにレンズの間隙と最終焦点との間に配置
される。

第２２図においては、補正用条片はレンズ間隙６０４と
焦点、すなわち像６０１との間に示されているが、条片
をレンズ間隙にさらに接近させて又はレンズ間隙の内部
に配置することもできる。

第２３図は、平面レンズの斜視図である。図示されるよ
うに、間隙６５４により互いに離間されている電極６５
２　、６５３は矩形の断面形状を有し、まっすぐな条片
６５５〜６５８はビームを横切るように互いに平行に、
且つ電極６５３の１対の相対向する壁と平行に配置され
る。ビームの光路６５９は電極６５２の内部の放射源６
５０がら間隙を経て、電極６５３の内部の焦点６５１に
達する。第２３図は、レンズの線集束特性をさらに示し
ている。

第２４ａ図、第２４ｂ図及び第２４ｃ図は回転対称形磁
気レンズと共に使用される補正器を示す。第２４ａ図は
、磁極片７００と、磁気戻り経路７０１と、磁気回路を
励磁するための励６■コイル７０２と、集束動作の大部
分が起こる間隙７０３とから構成される従来の回転対称
形磁気レンズを示す。このシステムの中央対称軸はＣＡ
として示されている。草色光軸上の点放射源７０４がら
の軌跡７０６〜７０９は領域７０５の内部の焦点に達す
ることがわかるであろう。しかしながら、開口欠陥、す
なわち、回転対称形レンズに関しては１最に球面収差と
して知られている欠陥のために、外側の軌跡７０６　、
７０９は中央対称軸ＣＡに沿って内側の軌跡７０７　、
７０８より物体、すなわち放射源７０４に近い焦点に達
する。この問題は、第２４ｂ図に示すように、適切なバ
イアス電圧を印加される円形の補正用条片７１０〜７１
２を中央対称軸ＣＡの周囲に同軸に配置することにより
解決することができる。この場合、補正用条片（第２４
ｂ図では図面を明瞭にするために条片の支持手段は図示
されていない）は、第２４ａ図の惧点と比較してより鮮
鋭な焦点７１５が得られるようにする。

円形の補正用条片７１０〜７１２を取付ける方法は第２
４ｃ図に示されている。第２４ｃ図はレンズの端面図で
あり、中央対称軸は図の平面に対して垂直である。適切
な絶縁体７２１を具備する非磁性支持板７２０は、レン
ズの一方の側面により支持されるように配置される。支
持＋”、Ｆｊ　７２０と絶縁体７２１は補正用条片７１
０〜７１２を支持する。接地シールド７２２は、荷電粒
子が絶縁体に「当たる」のを阻止するために支持アセン
ブリの前方に配置される。

接地シールド７２２と補正用条片７１０〜７１２との何
らかの相互作用によって問題が起こるおそれがある。こ
の問題は適切な保護電極と、フリンジ電界補正器とによ
り解決することができる。７２３はビームの横断面であ
る。

補正用条片の位置を慎重に限定すると共に、シールド電
極を設けることにより、同じ原理を何らかの丸形の、す
なわち軸対称形の静電レンズにも適用することができる
。たとえば、双電位２電極静電レンズは、上述の丸形磁
気レンズと全く同様に球面収差という欠陥を有する。第
２５ａ図は、間隙８０２により互いに離間される円筒形
電極８０１゜８０４により形成される丸形静電レンズの
断面図である。電極８０１の内部の放射源８００から出
射されたビームは間隙８０２を通って、電極８０４の内
部の焦点８０３に達する。同軸の環状補正用条片８０５
゜８０６、８０７は光軸を中心として互いに離間する関
係で配置される。図面を明瞭にするため、環状補正用条
片の支持体は示されていない。草色粒子の点放射源であ
ると考えられる放射源、すなわち物体８００は電位■１
に保持される。集束動作の大部分が起こる場所である２
つの円筒形電極の間の間隙８０２を通過した軌跡は、電
位■２に保持される第２の円筒形電極８０４の内部の焦
点８０３に達する。

ｖｚは、要求されるのが加速システムであるか、又は減
速システムであるかに従って、■１より高い値又は低い
値として設定されれば良い。

補正用条片をレンズ内部に取付ける方法は第２５ｂ図に
示されている。補正用条片は、主支持体８１０及びシー
ルド電極８１２をそれらを収容する円筒形電極と同じ電
位に維持することができるように、補正用条片目体によ
り発生される電界から離間した無電界領域に取付けられ
るものと仮定する。

シールド電位■２とは異なる電位にある補正用条片の間
に何らかの電界ひずみが発生する場合があるので、主支
持体に絶縁取付は部８１１を設けることと、何らかのフ
リンジ電界補正システムとが必要である。

補正用条片が配置される領域が無電界状態ではない場合
は、別の方法により補正用条片の取付けを行なわなけれ
ばならない。第２６ａ図は、互いに離間して配置される
円筒形電極８１４　、８１５及び８１６により形成され
る丸形静電レンズの断面図である。電極８１４の内部の
放射源８１７はビームを出射し、ビームは電極８１６の
内部の焦点８１８に達する。環状の補正用条片８１９　
、８２０及び８２１は、光軸を中心として互いに離間す
る関係で電極８１５の内部に配置される。電ｉ　８１４
　、８１５及び８１６は一般に互いに異なるため、補正
用条片は電界の領域の中に配置されることになる。

レンズの内部に補正用条片を取付ける方法は第２６ｂ図
に示されている。第２６ｂ図は、光軸に対し垂直な平面
におけるレンズの断面図である。支持体８２２は補正用
条片８１９　、８２０及び８２１を必要な位置に維持す
る。この支持体は、外面にグラファイト等の導電性材料
の薄い被覆層を設けた絶縁材から構成することができる
。支持体の内部は中空であるので、補正用条片８１９　
、８２０及び８２１にそれぞれ印加される電位を搬送す
るワイヤ８２３　、８２４及び８２５を通すことができ
る。

要するに、エネルギーアナライザ及び質量アナライザ並
びにレンズを含む多数の電子光学装置において、適切な
電位に保持される一連の条片導体により光軸上の開口欠
陥を補正できることがわかった。同じ原理を先に詳細に
説明しなかった他の電子光学装置に適用することもでき
る。補正器は、通常、それらが互いに絶縁されるように
、また、補正器の取付けに起因する電界が補正器が装着
される装置の電子光学的機能を阻止しないように取付け
られると考えられる。あるいは、補正器を導電性支持体
又は半導体支持体に取付けて、補正器と支持体が装置の
電子光学的機能の中で一体の役割を果たすようにするこ
ともできる。さらに、全てのシステムは真空環境の下で
取付けられなければならない。補正器の間には限られた
間隙が存在するため、このような補正を伴なう装置は結
像よりビーム搬送の用途に適用しやすいであろうが、結
像の用途も除外してはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の収差補正用条片を具備す
る静電半球形エネルギーアナライザの部分断面斜視図、 第２図は、第１図のアナライザの光軸を含む横断面図、 第３図は、第２図の平面に対して垂直な断面平面におけ
る第１図及び第２図のアナライザの横断面図、 第４図は、補正用条片の支持構造の拡大斜視図、第５図
は、通常の無補正静電半球形エネルギーアナライザにお
ける開口欠陥を表わす図、第６図は、無補正静電半球形
エネルギーアナライザの検出器位置における何本かの電
子軌跡を示す図、 第７０は、無補正静電半球形エネルギーアナライザの検
出器平面における、アナライザの入口部に位置する華−
エネルギー電子の点放射源からの電子の強さ分布を示す
図、 第８図は、静電半球形エネルギーアナライザにおいて、
アナライザの入口部に位ｒする点放射源から出射され、
アナライザの出口部の惧点に達する単色電子に６本の等
間隔で離間する補正用条片が与える作用を示す図、 第９図は、６木の等間隔で離間する補正用条片を使用し
て補正を実施する静電半球形エネルギーアナライザにお
いて、アナライザの入口部に位置する草色点放射源から
出射され、第５図の無補正システムの場合より鮮鋭な焦
点に集束される電子のアナライザの出口部の軌跡を示す
図、第１０ａ図は、単色電子が無補正静電半球形エネル
ギーアナライザの入口部に位置する点放射源から出射さ
れた場合のアナライザの検出器平面における電子の強さ
分布の曲線を示す図、 第１０ｂ図は、６本の等間隔で離間する補正用条片を具
備する相応するアナライザの強さ分布曲線と、補正用条
片の「集群」効果とを示す図、第１１０は、６本の異な
る間隔で離間する補正用条片を具備する静電半球形アナ
ライザの光軸横断面図、 第１２図は、６本の異なる間隔で離間する補正用条片を
具備し、放射源はアナライザの入口部に位置する単一エ
ネルギー電子の点放射源である静電半球形エネルギーア
ナライザの焦点／出口部における電子の強さ分布の曲線
を示す図、第１３図は、平面レンズ作用を伴なって動作
するためにバイアス電圧の印加を受けることができるよ
うに複数の対を成して配でされる異なる間隔で離間する
補正用条片を具備する静電半球形エネルギーアナライザ
の光軸横断面図、 第１４図は”、４本の補正用条片を具備する静電円筒形
エネルギーアナライザの光軸横断面図、第１５図は、４
枚の補正用板を具備する円環形の静電エネルギーアナラ
イザの一部の断面図、第１６図は、荷電粒子の放射源に
応じてエネルギー解析又は質量解析のために使用するこ
とができ、磁界と平行に配設される４木の補正用条片を
有する磁気プリズムの光軸断面図、 第１７図は、磁気プリズムが切頭扇形である場合の第１
６図と同様の断面図、 第１８図は、補正用条片を具備する磁界偏向器エネルギ
ー解析システム又は質量解析ンステムの磁極の断面図、 第１９図は、補正用条片を具備する平行板形の静電エネ
ルギーアナライザの光軸断面図、第２０図は、条片をア
ナライザ全体の周囲に３６０゛の角度で保持することが
できないために、図示実施例においては、条片が１１．
Ｅ、Ｂ１５ｈｏｐ他により設計され且つＪｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐａ
ｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ、　Ｖｏｌ
、　Ｌｔ’ｈ　４．３８９〜４０１ページ（１９７３年
）に記載される種類の「ハーフ」円筒形ミラーアナライ
ザ（ＣＭＡ）に適用されている、補正用条片を具備する
円筒形ミラーアナライザの光軸断面図、 第２１ａ図及び第２１ｂ図は、補正用条片を支持する手
段を示す円筒形ミラーアナライザ（ＣＭＡ）の断面図で
あって、第２１ａ図は第２０図のハーフＣＭＡを示す図
及び第２ｉｂ図は全ＣＭＡの２つのごく狭い領域を遮断
する手段を示す図、第２２図は、平行な電極と補正用条
片が断面平面に対して垂直に延在し、補正用条片は条件
に応じて、球面収差又は線数差を減少させるように作用
する平面レンズの一形態の光軸断面図、第２３図は、第
２２図のレンズの斜視図、第２４ａ図は、単一エネルギ
ー点放射源から焦点に至る電子の経路を示す、補正シス
テムを伴なわない軸対称形る１気電子レンズの断面図、
第２４ｂ図は、より鮮鋭な焦点が得られることをｙ　示
す、１対の円形補正用条片を具備する第２４ａ図のレン
ズの補正用条片を支持する手段を省略した図、 第２４ｃ図は、補正用条片を支持する手段を示す、光軸
に対して垂直な平面における第２４ｂ図のレンズの断面
図、 第２５ａ図は、球面収差の部分補正のために円形補正用
条片を具備する回転対称形双電位静電界侵消レンズの円
形補正用条片を支持する手段を省略した光軸断面図、 第２５ｂ図は、円形補正用条片の取付けを可能にするた
めの手段を示す、光軸に対して垂直な平面における第２
５ａ図のレンズの断面図、第２６ａ図は、球面収差の部
分１＋ｌｉ正のために円形補正用条片を具備する回転対
称形の３円筒静電しンズの光軸断面図、及び 第２６ｂ図は、円形補正用条片の取付けを可能にするた
めの手段を示す、光軸に対して垂直な平面における第２
６ａ図のレンズの断面図である。 １・・・内側導電半球体、　２・・・外側汚電半球体、
４・・・点数財源、　　　　　５・・・焦点、２０〜２
３・・・補正用条片、　７０〜７５・・・補正用条片、
９０〜９５・・・補正用条片、 １１５〜１２６・・・補正用条片、 １３１・・・内側部分円筒形電極、 １３２・・・外側部分円筒形電極、 １３３・・・点電磁敢射′！ａ源、 １３４・・・焦点、 １４１−１４４・・・補正用条片、 １５０　、１５１・・・電極板、　　１５２・・・無放
射源、１５３・・・焦点、 １５４〜１５７・・・補正用条片、 １７０〜１７３・・・補正用条片、 １７４・・・点数財源、　　　　１７５・・・焦点、１
８０〜１８３・・・補正用条片、 １８４・・・磁気セクター、　　１８ｇ・・・放射源、
１８６・・・焦点、　　　　　　２００・・・磁極片、
２０４〜２０７・・・補正用条片、 ２０８・・・荷電粒子ビーム束、 ２１１　、２１２・・・板、　　　　２１３・・・放射
源、２１４・・・焦点、 ２１５〜２１８・・・補正用条片、 ３００・・・内側シリンダ、　　３０１・・・外側シリ
ンダ、３０２・・・物体、　　　　　　３０３・・・焦
点、３０７〜３１０・・・環状補正用条片、４０１〜４
０４・・・補正用条片、 ４０５・・・内側シリンダ、　　４０６・・・外側シリ
ンダ、４０７・・・ビーム、 ５００〜５０３・・・補正用条片、 ５０４　、５０５・・・シリンダ、６００・・・放射源
、６０１・・・焦点、 ６０２　、６０３・・・直線状電極（レンズ要素）、６
０５〜６０８・・・補正用条片、 ６５０・・・放射源、　　　　　６５１・・・焦点、６
５２　、６５３・・・電極、 ６５５〜６５８・・・補正用条片、 ７００・・・磁極片、　　　　　７０４°°゛放射源１
７１０〜７１２・・・補正用条片、 ８００・・・放射源、 ８０１　、８０４・・・円筒形電極、 ８０３・・・焦点、 ８０５〜８０７・・・環状補正用条片、８１４〜８１６
・・・円筒形電極、 ８１７・・・放射源、　　　　　８１８・・・焦点、８
１９〜８２１・・・補正用条片。 以下余白 Ｆ／Ｇ、ｌｏｃ、　　　　　　　　Ｆ／ｒ；、ｊｏｂ。 ’　ＦｔＧ２２ ＦｔＧ、２４ｃ。 ＦＩＧ、よと込。 ＦＩＧ、２５ｂ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学システムの光軸上の放射源から同じ光軸上の所
   望の像位置までほぼ単一エネルギーの粒子のビームの経
   路を規定する手段を有し、該光学システムは、放射源か
   ら光軸に対して相対的に大きな角度をもって放出される
   粒子の軌跡が光軸に対して相対的に小さな角度で放出さ
   れる粒子の軌跡より放射源に近い同一光軸上の焦点又は
   放射源から遠い同一光軸上の焦点に集束されるような収
   差を受ける、たとえばエネルギーアナライザ、質量アナ
   ライザ又はレンズシステム等の荷電粒子光学システムに
   おいて、前記ビームの経路を横切るように互いに離間す
   る関係で配設されることにより、ビームを複数の別個の
   部分に分割する複数の電気的に絶縁された補正用電極を
   有し、前記補正用電極は、適切なバイアス電圧が印加さ
   れたとき、ビーム部分を所望の像位置で又はそれに近接
   する位置で光軸と交差させることにより、収差を減少さ
   せるようにビーム部分を偏向することを特徴とする荷電
   粒子光学システム。 ２、該補正用電極はほぼ無電界の領域に配置されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電粒子光学
   システム。 ３、該補正用電極は導電性支持体又は半導体支持体に取
   付けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の荷電粒子光学システム。 ４、該補正用電極は、互いに平行に配設され且つ光軸に
   対し垂直な方向に離間する条片として形成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
   載の荷電粒子光学システム。 ５、該補正用電極はワイヤとして形成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の
   荷電粒子光学システム。 ６、該補正用電極は異なる間隔で離間されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか
   １項に記載の荷電粒子光学システム。 ７、２つ以上の電極が対を成して配設され、各対の一方
   の電極は前記軌跡に沿って同じ対の他方の電極の背後に
   位置し、各対の２つの電極は、適切なバイアス電圧が印
   加されたときに、前記収差をさらに減少させる集束効果
   を発生するように電気的に分離されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に
   記載の荷電粒子光学システム。 ８、荷電粒子のビームを横切るように配設される４つ、
   ５つ又は６つの前記補正用電極を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項
   に記載の荷電粒子光学システム。 ９、該ビームの経路を規定する手段は静電エネルギーア
   ナライザの半球形又は部分的に球形の電極であり且つ該
   補正用電極は湾曲し、該ビーム経路を規定する電極と同
   心であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ８項までのいずれか１項に記載の荷電粒子光学システム
   。 １０、該ビームの経路を規定する手段は１２７°又はそ
   の他の偏向角度を有する円筒形又は線対称形の静電エネ
   ルギーアナライザの円筒形又は部分的に円筒形の電極で
   あり且つ該補正用電極は直線状で、該ビーム経路を規定
   する電極の間に平行に離間して配置されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１
   項に記載の荷電粒子光学システム。 １１、該ビーム経路を規定する手段は磁気エネルギーア
   ナライザ又は磁気質量アナライザの磁極片であり、該補
   正用電極は直線状であり且つ磁極片の間で荷電粒子の光
   軸と垂直でありまた磁極片の面と垂直に取付けられるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までの
   いずれか１項に記載の荷電粒子光学システム。 １２、該ビームの経路を規定する手段は平行板静電エネ
   ルギーアナライザの１対の板であり、該補正用電極は直
   線状であり且つ該ビームを規定する電極の間でそれと平
   行に、又荷電粒子の光軸に対しては垂直に取付けられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項まで
   のいずれか１項に記載の荷電粒子光学システム。 １３、該ビームの経路を規定する手段は円筒形ミラーエ
   ネルギーアナライザの同心のシリンダであり、該補正用
   電極はアナライザのシリンダと同心に配置されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までのいず
   れか１項に記載の荷電粒子光学システム。 １４、該ビームの経路を規定する手段は、光軸を通る１
   つ又は複数の反射対称平面を有する平面レンズの電極で
   あり、該補正用電極はビームの経路内に配設され且つビ
   ームの経路を規定する手段と同じ平面対称性を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までの
   いずれか１項に記載の荷電粒子光学システム。 １５、該ビームの経路を規定する手段は軸対称形の磁気
   レンズの磁極又は軸対称形の静電レンズの電極であり且
   つ該補正用電極は光軸と同心的に配置されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか
   １項に記載の荷電粒子光学システム。 １６、エネルギーアナライザ、質量アナライザ又は放射
   源から光軸に対して相対的に大きい角度を成して放出さ
   れる粒子の軌跡が光軸に対して相対的に小さい角度で放
   出される粒子の軌跡より放射源に近い同一光軸上の焦点
   又は放射源から遠い同一光軸上の焦点に集束されるよう
   な収差を受けるレンズシステムの放射源から放出されて
   、系の光軸上の焦点に集束される単一エネルギー荷電粒
   子のビームの焦点を鮮鋭化する方法であって、ビームを
   複数の独立したビーム部分に分割する過程と、ビーム部
   分の間でビームを横断する複数の互いに離間する位置に
   、所定のビーム部分を所望の焦点により近接する位置で
   光軸と交差させる方向に偏向することにより、収差を減
   少させるように電位を印加する過程とを特徴とする方法
   。