TWI790624B - 能量濾波器，及具備其之能量分析器及帶電粒子束裝置 - Google Patents

能量濾波器，及具備其之能量分析器及帶電粒子束裝置 Download PDF

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Abstract

能量濾波器的減速電極，具有具開口部之1對的單孔電極、及以開口部中心為光軸而旋轉對稱地設置之電極空洞部。對於減速電極的兩側獨立地施加和帶電粒子束概略同電位的電壓，電場越界至設於減速電極的電極空洞部，藉此在減速電極的內部形成和入射帶電粒子成為同電位的鞍點。鞍點以能量解析力1mV以下作用成為入射帶電粒子的高通濾波器，而分析被能量分離的帶電粒子，藉此能夠以1mV以下的高解析力計測能量譜及△E。且，將被能量分離的帶電粒子束藉由電子透鏡在試料面上聚焦、掃描，藉此能夠獲得高解析力的SEM/STEM像。

Description

能量濾波器，及具備其之能量分析器及帶電粒子束裝置
本揭示有關能量濾波器，及具備其之能量分析器及帶電粒子束裝置。
在藉由對試料照射帶電粒子而分析試料資訊或是將其圖像化的裝置當中，例如有掃描型電子顯微鏡(以下稱SEM)、透射型電子顯微鏡(以下稱TEM)等。主要左右裝置的性能的是從帶電粒子源放射出的帶電粒子束的特性，作為其一例，可舉出帶電粒子束帶有的能量分散(以下亦稱ΔE；能量解析力。另，所謂能量分散係指能量不均的現象，所謂能量解析力係示意裝置的特性)。若ΔE大，則藉由電子透鏡將帶電粒子束聚焦時會肇生射束暈散成為色差，因此一直在開發ΔE小的帶電粒子源、及減小色差的低像差電子透鏡。ΔE會因熱而增加，因此一直開發令帶電粒子源的溫度在室溫下動作之冷陰極電子源、或以電子光學方式修正色差之像差修正透鏡。然而，它們的穩定動作條件嚴苛，愈來愈難穩定獲得比當前要求的還小的ΔE。
作為其他的技術，有令從帶電粒子源放出的帶電粒子束入射至能量濾波器，做能量辨別而形成帶電粒子束之技術。作為其一例，可舉出維恩(Wien)濾波器、 Ω型濾波器。它們是將磁場及電場組合而令光軸上產生帶電粒子的能量分散軌道之物。光軸呈直線或曲線，將磁場及電場組合。因此，裝置構成複雜，未必能夠簡易地使用。鑑此，由簡易性的觀點，習知便一直使用減速型的能量濾波器。
圖1為習知的減速型的能量濾波器的構成例示意圖。能量濾波器在中心部有減速電極，減速電極構成為相對於光軸在其兩側被同電位的電極包夾。對於配置於光軸的兩側之電極會施加和入射的帶電粒子同電位的電壓。此外，對於減速電極施加抵抗帶電粒子的能量的電壓。該些電極，作為成為高通濾波器，僅使帶有比從減速電源設定的設定電壓還大的能量之帶電粒子通過。是故，減速型能量濾波器，不是像維恩濾波器或Ω型濾波器般作為帶通濾波器而動作。因此，其用途雖相異但構造簡便。此外，減速型能量濾波器，是一面掃描減速電壓一面將計測出的透射電流以減速電壓取微分，藉此便能容易地獲得能量譜。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：美國專利申請案公開第2010／0187436號說明書
專利文獻2：美國專利第8,803,102號說明書
專利文獻3：日本特開2009-289748號公報
非專利文獻
非專利文獻1：’Evaluation of electron energy spread in CsBr based photocathodes’, J. Vac. Sci. Technol. B26(6), Nov/Dec 2008
非專利文獻2：’Performance computations for a high-resolution retarding field electron energy analyzer with a simple electrode configuration’, J. Phys. D: Appl. Phys., 14(1981)769-78
然而，減速型能量濾波器的能量解析力的值，雖然在光軸上極小(解析力高(好)=解析力的值小)，但電位分布一旦偏離光軸便會帶有梯度，因而能量解析力會急速地變差(解析力的值變大)，而極難實現當前要求的能量解析力(例如△E=~1mV)。是故，不得不使入射帶電粒子垂直入射至能量濾波器，必須將帶電粒子源放在距能量濾波器足夠遠的位置。故，會有裝置巨大化，並且能夠入射的電流量變得極小，而計測時間變長這樣的待解問題。此外，能量分散點會被聚焦於光軸上的一點，因此能量在 為零附近，帶電粒子密度會變高，而還有因庫侖效應而能量分散變大這樣的待解問題。又，減速型透鏡中，聚焦點會自然形成在開口部附近，但若聚焦點和能量分散點(零電位的點)相近，則如上述般入射條件會變得嚴苛。藉由增厚減速電極，雖能稍微拉開聚焦點與能量分散點之距離，但帶電粒子會開始衝撞電極的內壁，成為壁面的污染物的因素，而有能量解析力劣化這樣的待解問題。
本揭示有鑑於這樣的狀況，提出一種減小從帶電粒子源放出的帶電粒子束的能量分散，而實現小型的高解析力能量濾波器(在濾波器內部，增大能量分散)之技術。
作為用以解決上述待解問題的一個手段，本揭示，提出一種能量濾波器，係抑制從帶電粒子源放出的帶電粒子束的能量分散△E之能量濾波器，具備：減速電極，具有：1對的單孔電極，具有開口部；及電極空洞部，具有比該開口部的半徑還大的半徑，且以開口部的中心為光軸而旋轉對稱地設置；及第1電極，設於減速電極的前段；及第2電極，設於減速電極的後段。
和本揭示相關連的進一步特徵，將由本說明書之記述、所附圖面而明瞭。此外，本揭示之態樣，藉由要素及多樣要素的組合及以下的詳細記述與所附申請專利範圍之樣態而達成並實現。
本說明書的記述僅是典型的示例，應當理解其未以任何意義限定本揭示之申請專利範圍或適用例。
按照本揭示之技術，能夠實現一種減小從帶電粒子源放出的帶電粒子束的能量分散，而小型的高解析力能量濾波器(在濾波器內部，增大能量分散)，及具備其之能量分析器或帶電粒子束裝置。
本實施形態，有關將從帶電粒子源放射的帶電粒子束運用電子透鏡照射至試料面上，藉此分析試料資訊或是將其圖像化之技術。 帶電粒子束裝置中，期望是減小帶電粒子束的能量分散(提高能量解析力(減小能量解析力的值))，但為此必須增大能量濾波器內的能量分散。若要增大能量濾波器內的能量分散，不得不增大能量濾波器的尺寸。但，本實施形態中，如上述般，是以縮小能量濾波器的尺寸作為一個待解問題。鑑此，本實施形態中，為了縮小能量濾波器的尺寸，同時增大能量濾波器內的能量分散，係設計成在能量濾波器的減速電極設置空洞。
以下參照所附圖面說明本揭示之實施形態。所附圖面中，功能上相同的要素可能以相同編號表示。此外，以下實施形態中使用的圖面中，即使是平面圖為了容易看懂圖面亦可能加上陰影線。另，所附圖面雖示意依循本揭示的原理之具體的實施形態與實作例，但它們是用來理解本揭示，絕非用來限定性地解釋本揭示。本說明書的記述僅是典型的示例，未以任何意義限定本揭示之申請專利範圍或適用例。
本實施形態中，雖充分詳細地撰寫其說明以便所屬技術領域者實施本揭示，但其他建置、形態亦為可能，應當理解可不脫離本揭示的技術思想之範圍與精神而做構成、構造的變更或多樣要素的置換。是故，以下的記述不得限定解釋其字面。
又，以下實施形態的說明中，示意將本揭示的技術適用於由使用了帶電粒子束的掃描電子顯微鏡與電腦系統所構成的帶電粒子束系統的例子。所謂掃描帶電粒子顯微鏡，例如可舉出使用了電子束的掃描電子顯微鏡(SEM)或使用了離子束的掃描離子顯微鏡等。此外，作為掃描型電子顯微鏡的例子，可舉出使用了掃描型電子顯微鏡的檢查裝置、複檢(review)裝置、汎用的掃描型電子顯微鏡、具備掃描型電子顯微鏡的試料加工裝置或試料分析裝置等，本揭示在該些裝置中亦可適用。但，此實施形態不應被限定性地解釋，例如對於使用電子束或離子束等的帶電粒子束的帶電粒子束裝置或一般性的觀察裝置，本揭示亦可被適用。
此外，以下說明的實施形態的機能、動作、處理、流程中，主要以「電腦系統」「控制裝置」「ΔE計測控制器」為主語(動作主體)來進行針對各要素或各處理之說明，但亦可訂為以「帶電粒子束系統」為主語(動作主體)之說明。
＜帶電粒子束系統的構成例＞ 圖2為按照本實施形態之帶電粒子束系統30的構成例示意圖。帶電粒子束系統30，為使用電子透鏡令帶電粒子束聚焦於試料14面上，檢測從試料14獲得的二次帶電粒子，藉此分析試料14的資訊或將其圖像化之裝置。
帶電粒子束系統30，具備帶電粒子源9、及限制從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10的射束徑之光圈11、及計測帶電粒子束10的電流量之法拉第杯15及電流計16、及令帶電粒子束10聚焦於試料14上之各自至少1個的電子透鏡12及對物透鏡13、及在帶電粒子源9與光圈11之間的光軸18上將從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10的能量予以分離之能量濾波器1、及基於從法拉第杯15及電流計16計測出的電流值而計算ΔE之ΔE計測控制器17、及檢測藉由帶電粒子束10的照射而從試料14獲得的二次電子之二次電子檢測器34、及檢測藉由帶電粒子束10的照射而從試料14獲得的背向散射電子之背向散射電子檢測器33、及控制上述的各構成要素之控制裝置32、及記憶裝置(記憶體)36、及輸出入裝置37。另，藉由控制裝置32及ΔE計測控制器17而構成電腦系統。
對於帶電粒子源9係從第1加速電源(未圖示)施加電壓7，在第1加速電源的輸出電壓上設置有引出電源(未圖示)，在引出電源的輸出電壓8上設置有能量濾波器1。能量濾波器1，作用成為入射的帶電粒子束10的高通濾波器，而輸出被能量分離的帶電粒子束10。被能量分離的帶電粒子束10，藉由光圈11被限制射束徑之後，入射至法拉第杯15。然後，連接至法拉第杯15的電流計16，計測被能量分離的帶電粒子束10的電流量。此外，ΔE計測控制器17，以計測出的電流量為基礎，透過減速電源4控制對構成能量濾波器1的減速電極1-2(示於第2圖)施加的電壓，而調整使得通過能量濾波器1的帶電粒子束的ΔE成為最小。
一旦能量濾波器1的調整結束，驅動部(未圖示)便將法拉第杯15從光軸18挪出。然後，藉由能量濾波器1而被能量分離的帶電粒子束10，透過位於下游的電子透鏡12與對物透鏡13而聚焦於試料14上。被能量分離的帶電粒子束的能量解析力的值ΔE，變得比入射至能量濾波器1之前還小，聚焦於試料14上的帶電粒子束10的射束徑變得更小。
另，帶電粒子束系統30中，偏向器(未圖示)配置於光軸18上(例如配置於電子透鏡及對物透鏡13的周邊部)。控制裝置32，運用該偏向器，將帶電粒子束10在試料14上掃描。二次電子檢測器34或背向散射電子檢測器33，和帶電粒子束10在試料14上的掃描同步，檢測從試料14獲得的二次電子或背向散射電子。控制裝置32，藉由將該些檢測訊號做訊號處理而生成空間解析度高的圖像。此外，控制裝置32例如將生成的圖像輸出至輸出入裝置37，將伴隨前述訊號處理的一連串資料或資訊記錄於記憶裝置36。
＜能量濾波器1的構成例＞ 圖3為能量濾波器1的構成例示意截面圖。能量濾波器1，具備以光軸18為中心而配置成旋轉對稱(因是截面圖，圖3中為光軸線對稱)之減速電極1-2、加速電極1-3、第1電極1-1、第1聚焦電極1-4、第2電極1-5、第2聚焦電極1-6、第3電極1-7、電極保持材1-8。電極保持材1-8由絕緣體所構成，其保持減速電極1-2、加速電極1-3、第1電極1-1、第1聚焦電極1-4、第2電極1-5、第2聚焦電極1-6、第3電極1-7。
第1電極1-1和第2電極1-5和第3電極1-7，與屏障1-9連接而成為同電位。屏障1-9，由導磁率高的構件(例如坡莫合金)製作，遮蔽外部的浮遊磁場。依同樣方式，第1電極1-1和第2電極1-5和第3電極1-7亦可能由導磁率高的構件(例如坡莫合金)製作。第1聚焦電極1-4與其他電極絕緣，和第1電極1-1及第2電極1-5共同形成一個靜電透鏡。依同樣方式，第2聚焦電極1-6亦與其他電極絕緣，和第2電極1-5及第3電極1-7共同形成一個靜電透鏡。另，各電極呈圓盤形狀，在中心部形成有孔。此外，電極保持材1-8構成為圓筒狀，在其內部保持各電極。
在減速電極1-2，以光軸18為中心而旋轉對稱地設有空洞(電極空洞1-2a)。此外，在電極空洞1-2a的兩側形成單孔電極1-2-1及1-2-2，但單孔電極的徑在兩側可為相同亦可相異。減速場和加速場在電極空洞1-2a的內部相接，藉此會形成作為能量分散點(分散面)21的鞍點。作為能量分散點21的鞍點的位置，會由於形成電極空洞1-2a的位於兩側的2個單孔電極1-2-1及1-2-2的徑與形成於減速電極1-2的兩側的電場強度的強弱而變化。形成於減速電極1-2的兩側的電場強度的強弱可能相同也可能相異。
＜減速電極1-2的電極空洞1-2a內的電位分布與電子軌道＞ 圖4A為減速電極1-2的兩側的電場相同的情形示意圖。圖4B為減速電極1-2的兩側的電場相異的情形示意圖。圖4C為減速電極1-2的兩側的電場相同的情形下的電位分布與電子軌道示意圖。圖4D為減速電極1-2的兩側的電場相異的情形下的電位分布與電子軌道示意圖。此外，即使做成非對稱的單孔電極徑或非對稱的電場強度，身為能量濾波器的機能不變。以下，以2個單孔電極的徑做成相同，兩側的電場強度亦做成相同來說明。
能量分散點21，位於比能量濾波器1的入口還遠的位置(電極空洞1-2a的內部)，因此令同電位以上的帶電粒子通過的截面積大，能夠提高能量解析力。
圖5A為習知(圖1)的能量濾波器中通過能量分散點21的附近之帶電粒子a2-1的軌道示意概略圖。圖5B為本實施形態的能量濾波器1中通過能量分散點21的附近之帶電粒子b2-2的軌道示意概略圖。圖5A中的等電位線a19-1，為減速電極1-2的厚度薄，且未形成有電極空洞1-2a的情形(習知例)之等電位分布。此等電位分布，形成於接近減速電極1-2的入口開口部的部分。另一方面，圖5B中的等電位線b19-2，為在減速電極1-2形成有電極空洞1-2a的情形(本實施形態)之等電位分布。此等電位分布，形成於遠離減速電極1-2的入口開口部的部分(減速電極1-2的近乎中心部)。
習知例及本實施形態任一者的情形，皆是藉由施加於減速電極1-2的減速電位而帶電粒子2(帶電粒子a2-1及帶電粒子b2-2)在減速電極1-2的入口開口部附近具有聚焦點a20-1。當沒有電極空洞1-2a的情形下(圖5A)，能量分散點21形成於聚焦點a20-1的附近，且等電位線a19-1亦在能量分散點21變得密集。因此，當帶電粒子線a2-1遠離光軸18而入射的情形下，會在等電位線a19-1被反射而不能通過下游，僅有勉強未遠離光軸18而入射的帶電粒子才能通過下游(能量濾波器1的出口)側。另一方面，當具有電極空洞1-2a的情形下(圖5B)，能量分散點21拉開與聚焦點a20-2的距離而形成得較遠，且等電位線b19-2亦在能量分散點21變得有疏有密，因此帶電粒子線b2-2即使遠離光軸18而入射的情形下，仍不會被等電位線b19-2反射而能夠通過下游側。
＜入射至減速電極1-2的帶電粒子2的軌道的計算結果例＞ 圖6為入射至減速電極1-2的帶電粒子2的軌道的計算結果例示意圖。圖6A為平行入射至具有電極空洞1-2a的減速電極1-2之帶電粒子2的軌道示意圖。圖6B為平行入射至不具有電極空洞1-2a的減速電極1-2之帶電粒子2的軌道示意圖。圖6C為平行入射至不具有電極空洞1-2a且厚度薄的減速電極1-2之帶電粒子2的軌道示意圖。圖6D為以聚焦在形成於具有電極空洞1-2a的減速電極1-2的附近的聚焦點a20-1之方式入射的帶電粒子2的軌道示意圖。圖6E為以聚焦在形成於不具有電極空洞1-2a的減速電極1-2的附近的聚焦點a20-1之方式入射的帶電粒子2的軌道示意圖。圖6F為以聚焦在形成於不具有電極空洞1-2a且厚度薄的的減速電極1-2的附近的聚焦點a20-1之方式入射的帶電粒子2的軌道示意圖。任一情形下減速電極1-2的開口徑皆相同。
平行入射的情形下，帶電粒子2是帶有距光軸18 0.1μm～5μm的偏位(offset)，將帶電粒子2的入射能量設為3000.001V。聚焦入射的情形下，在距減速電極1-2的上游側(減速電極1-2的入口側)32μm形成聚焦點a20-1，令朝向聚焦點a20-1的角度帶有0.5mrad～7.8mrad，將帶電粒子2的入射能量設為3000.001V及3000.01V。
對於各自的入射條件(平行入射的情形下，距光軸18為0.1μm～5μm的偏位，聚焦入射的情形下對於聚焦點a20-1為0.5mrad～7.8mrad的角度)，以平行入射至光軸18上的3000.000V的帶電粒子2會被反射之方式對減速電極1-2施加電壓。亦即，對於減速電極1-2施加和對於帶電粒子源9施加的電壓概略同電位的電壓，來抵銷被加速的能量。通常，被施加於減速電極的電位與光軸上的電位有偏位(offset)，因此當帶電粒子束為電子束或負離子束(例如B2 - 離子束、H- 離子束等)的情形下施加負極性(－極性)的電壓，當帶電粒子束為正離子束(例如Ga+ 離子束、Ne+ 離子束、He+ 離子束等)的形下施加正極性(+極性)的電壓。
由圖6的計算結果亦可知，當在減速電極1-2內設置電極空洞1-2a的情形下，能夠增大能量濾波器1內的能量分散，其結果可減小輸出的帶電粒子束的能量分散。 ＜針對光軸上的電位及帶電粒子2的減速電極通過條件＞
圖7為當帶電粒子2為電子束的情形下對減速電極1-2施加0[V]時的軸上電位的例子示意圖。即使對於減速電極1-2施加0[V]，存在於減速電極1-2的兩側之電場仍會越界而使軸上電位產生偏位。圖7中，Φ(0，0)V為偏位。
Figure 02_image001
表1為示意能量差1mV的帶電粒子2能夠通過減速電極1-2之入射條件的計算結果例示意表。平行入射的情形下，如表1(a)所示，有電極空洞1-2的情形相較於無電極空洞1-2的情形，即使在距光軸18有6倍～8倍偏位的入射條件(2.4μm的偏位)下仍能以能量解析力ΔE=1mV來做帶電粒子束10的能量篩選。
如圖6C及表1(c)所示，當使用習知的薄厚度減速電極的情形下，可知若入射條件不設為平行成距光軸18偏位0.3μm以下，則無法計測能量解析力ΔE=～1mV。此外，如圖6E及表1(b)所示，藉由將入射條件設為聚焦入射條件，當雖然厚度厚但無電極空洞1-2的情形下可將最大容許入射角設為2.2mrad以下。又，如圖6D及表1(b)所示，有電極空洞1-2的情形下能夠將最大容許入射角設為7.8mrad。然而，如圖6C及表1(c)所示，薄厚度電極的情形下幾乎無法改善。這是因為如圖5所示，聚焦點a20-1與能量分散點21之距離近的關係。
如圖6B及表1(b)、圖6E及表1(b)所示，無電極空洞1-2a的情形下，即使設為平行入射或聚焦入射，帶電粒子2皆會衝撞減速電極1-2的內壁，而無法通過減速電極1-2。特別是聚焦入射的情形下，將帶電粒子2的能量設為3000.001V及3000.01V。如圖6D所示，有電極空洞1-2的情形下，無論帶有哪一者的能量的電子皆能通過，但如圖6E所示，無電極空洞1-2的情形下，帶有3000.1V的能量的電子會衝撞壁。是故，為了檢測帶有一樣的能量的電子不得不限制入射角度，最大入射角成為2.2mrad。
＜第1聚焦電極1-4的配置條件＞ 圖8為本實施形態(在減速電極1-2形成電極空洞1-2a的情形)下，從帶電粒子源9至能量濾波器1的出口為止之帶電粒子束10的軌道示意圖。
圖8中，對於第3電極1-7施加用來從帶電粒子源9引出帶電粒子束10的電壓(例如數kV)，作用成為引出電極。從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10，藉由安裝於第3電極1-7的限制光圈(未圖示)而被限制，僅帶電粒子束10的一部分的帶電粒子束透射至下游側。透射的帶電粒子束10，藉由被施加於第2聚焦電極1-6的電壓(例如數百V)，會在第2電極1-5與第1聚焦電極1-4之間具有聚焦點。其後，藉由被施加於第1聚焦電極1-4的電壓(例如數百V)，帶電粒子束10會在減速電極1-2的入口開口部附近具有聚焦點a20-1。聚焦作用，不僅是被施加於第1聚焦電極1-4的電壓所造成之聚焦作用，形成於第1電極1-1與減速電極1-2之間的減速電場的透鏡作用亦有效果。通過聚焦點a20-1後，形成帶電粒子束10的帶電粒子，根據其各自帶有的能量與入射條件而在能量分散點21分散。
如圖6及表1所示，按照入射至減速電極1-2之條件不同，會導致能量濾波器1的能量解析力輕易地變動。如圖3及圖8所示由第1電極1-1與第1聚焦電極1-4與第2電極1-5所構成的聚焦透鏡，為將帶電粒子束10往減速電極1-2的入射條件予以穩定化之手段，係根據要求的能量解析力而控制入射角。此外，如圖5及圖6所示，入射角度小者能量解析力較高。是故，為了使由第1電極1-1與第1聚焦電極1-4與第2電極1-5所構成的聚焦透鏡的角度倍率變小，係以下述方式配置第1聚焦電極1-4，即，在位於第2電極1-5與第1聚焦電極1-4之間的聚焦點和第1聚焦電極1-4的中心之距離L1a、及第1聚焦電極1-4的中心和形成於減速電極1-2的入口開口部的聚焦點a20-1之距離L1b之間，成為L1a＜L1b。
＜對於第2電極1-5的施加電壓的差異所造成之帶電粒子2的軌道的差異＞ 圖9為對於第2電極1-5的施加電壓的差異所造成之帶電粒子2的軌道的差異示意圖。圖9A為對配置於減速電極1-2的前段之第2電極1-5施加3000V，對配置於減速電極1-2的後段之加速電極1-3施加1500V的情形下之帶電粒子2的軌道的計算例示意圖。圖9B為對第2電極1-5施加3000V，對加速電極1-3施加3000V的情形下之帶電粒子2的軌道的計算例示意圖。帶電粒子2的入射條件，兩者皆是訂為將距光軸18的偏位量設為1.5μm～2.0μm而平行入射，將帶電粒子2的能量設為3000.000V、3000.001V、3000.010V、3000.100V。此外，對於減速電極1-2設定成使得具有3000.000V的能量的帶電粒子2會反射。
如圖9A所示，當對於加速電極1-3施加1500V的情形下，可知僅3000.100V的帶電粒子會通過。這是因為帶電粒子2若非某一能量以上者則無法超過和能量相當的電位。另一方面，如圖9B所示，若對於加速電極1-3施加3000V，則3000.001V以上的帶電粒子2全部會通過。是故，可知能量濾波器1具有1mV的能量解析力(將原本具有3kV的能量的電子以1mV單位予以分離)。
此外，如圖9B所示，在減速電極1-2的內部的電極空洞1-2a內，對稱於減速電極1-2的中心而造出減速電場與加速電場的等電位分布。因此，入射至減速電極1-2的帶電粒子2，在電極空洞1-2a內受到能量分散之後亦會受到聚焦作用。通過了能量分散點21的帶電粒子2，在減速電極1-2的出口開口部的附近形成聚焦點b20-2。形成於聚焦點b20-2的帶電粒子束徑雖會因像差而稍微暈散，但作為光源來使用則足夠小。此外，如圖9B所示，帶有愈大能量的帶電粒子在電極空洞1-2a內從光軸18離軸之後，愈會聚焦於聚焦點b20-2。因此，通過了聚焦點b20-2的帶電粒子2係能量愈高者愈會發散。
＜從光軸的入射偏位量的差異所造成之帶電粒子2的軌道的差異＞ 圖10為從光軸的入射偏位量的差異所造成之帶電粒子2的軌道的差異示意圖。圖10A為將從光軸18的入射偏位量設為1.5μm～2.0μm而令帶電粒子2平行入射的情形下之帶電粒子2的軌道示意圖。將帶電粒子2的能量設為3000.000V、3000.001V、3000.010V、3000.100V，而計算通過減速電極1-2後的帶電粒子束10的軌道。此外，帶電粒子束10，以聚焦點b20-2為亮點，藉由被施加於加速電極1-3的電壓而帶有放射軌道，但能量愈高的帶電粒子2其放射角度愈變大。
圖10B為將從光軸18的入射偏位量設為0.15μm～0.20μm而令帶電粒子2平行入射的情形下之帶電粒子束10的軌道示意圖。如同圖10A，能量愈高的帶電粒子2其放射角度愈變大，但其程度變小。是故，帶電粒子2按照入射角度不同而能量所造成之放射角度會變化。也就是說，能量濾波器1中，雖作用成為能量解析力高的高通濾波器，但光圈11會限制射束徑而就能量而言作用成為能量解析力稍低的低通濾波器。又，藉由組合高通濾波器與低通濾波器，便能形成帶通濾波器。
＜單孔電極的焦點f與單孔電極的半徑R之關係＞ 圖9及圖10中，是將入射至減速電極1-2的帶電粒子2的入射條件設為平行，但入射條件不限定於平行，設為在減速電極1-2入口附近形成聚焦點a20-1，而以聚焦於聚焦點a20-1的角度做聚焦入射亦同樣。圖11為設減速電極1-2的入口側的單孔電極的焦距為f，將聚焦點a20-1設定在距減速電極1-2恰好焦點f的上游側的位置，而以聚焦於聚焦點a20-1的角度將電子入射的情形示意圖。在此情形下，電子會在減速電極1-2的電極空洞1-2a內朝z軸(光軸)平行行進。但，能量小的電子在電極空洞1-2a內會受到能量分散，而在形成於電極空洞1-2a內的鞍點被能量分離。
這裡，單孔透鏡的焦距f，以Davisson Calbick的式子，能夠如以下式(1)般表示。另，圖12為第2電極1-5、單孔透鏡、及加速電極1-3的位置關係及施加電壓示意圖。
[數1]
Figure 02_image003
這裡，Φz表示軸上電位，z=0表示單孔透鏡的中心位置。若將第2電極1-5的電位設為Φ1kV，將加速電極1-3的電位設為0kV，則在第2電極1-5與單孔透鏡(前段的單孔電極)之間產生的電場E1為Φ1／L，在單孔透鏡(後段的單孔電極)與加速電極1-3之間產生的電場E2為0。如此一來式(1)便成為以下的式(2)。
[數2]
Figure 02_image005
另一方面，若系統的因次已定，則成為Φ(z=0)=G*Φ1(G=Φz(z=0)／Φ1)，表示成f=4G*L(G為係數)。以數值分析方式算出4G*L，則成為4G*L≒0.64R。又，若將減速電極1-2的入口側與出口側之距離(減速電極1-2的寬幅：電極寬幅)設為D，則當減速電極1-2的因次為D／R≧5時，焦距f不受系統的因次影響，而僅取決於單孔電極的半徑R，能夠以f=λR、λ=0.64±0.05(λ：無因次的係數)表示。這裡，0.05為示意在裝置間的經驗上的機械差異(誤差)之數值。
圖13為相對於D／R之G=Φz(z=0)／Φ1的值的變化示意圖表。由圖13可知，當D／R≧5時，不論減速電極1-2的電極寬幅D、減速電極1-2的開口半徑R、減速電極1-2與第2電極1-5之距離L的各自的值為何，G的值皆會收斂至0.64。故，G=0.64時，單孔透鏡的焦距f不會變動而係穩定。
＜帶通濾波器的作用＞ 圖14為能量濾波器1的身為帶通濾波器的作用示意圖。圖14中，橫軸E示意能量，縱軸示意標準化為’1’的帶電粒子束10的帶電粒子數。圖14A為設想冷陰極電子源作為帶電粒子源的情形下身為帶通濾波器的作用示意圖。在此情形下，冷陰極電子源的能量譜呈現在高能量側陡峭地變小，在低能量側平緩地衰減之形狀(Da(E))。這是因為若冷陰極電子源在室溫下動作，則會因穿隧效應而透射能量障壁，因此費米能階的電子不會被散射而會放出，比其還低能量的電子則會受到散射而放出。
此外，如圖14A所示，能量濾波器1所造就的高通濾波器22具有高能量解析力，因此能夠陡峭地遮蔽低能量側的電子。另一方面，光圈11所造就的低通濾波器23，如前述般能量解析力稍低。但，如圖14A所示，冷陰極電子源的高能量側的能量譜陡峭，因此只要將高通濾波器22契合陡峭地變化的能量，即使是低通濾波器23不作用的區域(藉由光圈11構成低通濾波器23，因此在低通濾波器23的傾斜部分存在不作用的區域)，不管有沒有低通濾波器，仍能將能量譜Da(E)變換成ΔE小的(Δεa)能量譜Da*(E)。
圖14B為設想肖特基電子源作為帶電粒子源的情形下身為帶通濾波器的作用示意圖。肖特基電子源被施加約1800K的熱，因此比起冷陰極電子源其能量譜Db(E)寬幅較廣。具有寬幅廣的能量譜的情形下，如圖14B所示，即使在高能量側低通濾波器23仍會作用，能夠將能量譜Db(E)變換成ΔE小的(Δεb)能量譜Db*(E)。
＜令能量分析器動作之情形＞ 當運用具備上述的能量濾波器1之能量分析器31(參照圖2)，計測從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10的能量分散ΔE的情形下，係將光圈11從光軸18卸除(運用未圖示的驅動部)，而將法拉第杯15配置於光軸18上(運用未圖示的驅動部)。然後，ΔE計測控制器17，為了滿足帶電粒子束10往上述的能量濾波器1的入射條件(參照表1)，係將對於第2聚焦電極1-6施加的來自第2聚焦電源的電壓6、及對於第1聚焦電極1-4施加的來自第1聚焦電源的電壓3、及對於減速電極1-2施加的來自減速電源的電壓4、及對於加速電極1-3施加的來自加速電源的電壓5分別控制成合適的值。
＜ΔE計測控制器17的作用＞ 這裡，詳述ΔE計測控制器17的動作及作用。如圖2所示，對於第3電極1-7(參照圖3)施加引出電源的輸出電壓8(數kV)。例如，對於帶電粒子源9施加來自第1加速電源的電壓7(-3000.000V)。作為引出電源的輸出電壓8係對於第3電極1-7施加+3000.000V。在此情形下，GND電位從帶電粒子源9看來會成為+3000.000V的電位。此外，藉由引出電源的輸出電壓8(+3000.000V)而被引出的帶電粒子束10的能量從帶電粒子源9看來亦為+3000.000V。是故，只要對於減速電極1-2施加合適的電壓Vr，而在電極空洞1-2a的中心附近的光軸18上形成-3000.000V的電位障壁，則帶有比+3000.000V還小的能量之帶電粒子2便會因電位障壁而全部被反射。
通過了能量濾波器1的帶電粒子束10會一直直進到和能量濾波器1同電位的法拉第杯15，因此帶電粒子束10全部藉由法拉第杯15而被檢測。是故，藉由法拉第杯15而被檢測的電流Ip(Vr)會成為對於減速電極1-2施加的電壓Vr的函數，以式(3)表示。
[數3]
Figure 02_image007
式(3)中，D(E)示意從帶電粒子源9放射的帶電粒子束10的能量譜，f(Vr|E)示意帶電粒子2的能量為E的情形下當對於減速電極1-2施加電壓Vr時透射能量濾波器1的帶電粒子束10的透射率。如式(1)所示，電流Ip(Vr)由D(E)與f(Vr|E)之摺積來表示。
圖15A為電流Ip(Vr)與Ip(Vr)對Vr的微分dIp(Vr)／dVr之關係示意圖。由圖15A可知，對於帶有能量E的帶電粒子束10，若減速電壓Vr小則帶電粒子束10會全部透射能量濾波器1，但若減速電壓Vr成為某一值附近則帶電粒子束10的一部分變得無法透射，在某一值以上則全部反射。以下的式(4)為示意Ip(Vr)的微分的式子。
[數4]
Figure 02_image009
Ip(Vr)的微分，示意帶電粒子的能量分布Dε(E)，但能量分布Dε(E)的形狀取決於透射函數f(Vr|E)的形狀。
圖15B為透射函數f(Vr|E)的形狀(一例)示意圖。按照圖15B，透射函數f(Vr|E)，若能量E比Vr充分小則成為f(Vr|E)=1，但在Vr附近會衰減，若比Vr還充分大則成為f(Vr|E)=0。此外，按照在Vr的附近的衰減幅度ε的大小，成為觀測出的能量譜Dε(E)。如式(4)所示，若衰減幅度ε充分小則Dε(E)和帶電粒子束10的能量譜D(E)相等。是故，為了精度良好地計測帶電粒子束10的能量譜D(E)，可知必須要衰減幅度ε小的能量濾波器1。
按照本實施形態之能量濾波器1的衰減幅度ε，為|ε|＜1mV這樣極小，計測出的能量譜Dε(E)能夠視為Dε(E)≒D(E)。
帶電粒子束10的能量分散ΔE，能夠以能量譜Dε(E)或是D(E)的半值寬來表示。若將Dε(E)的半值寬訂為能量分散ΔE，則ΔE計測控制器17能夠藉由掃描對於減速電極1-2施加的電壓Vr而從式(3)及式(4)算出Dε(E)，來求出能量分散ΔE。
當光圈11未被插入至光軸18上的情形下，計算出的能量分散ΔE能夠視為從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10的能量分散ΔE。另一方面，當光圈11被插入至光軸18上的情形下，通過了光圈11的帶電粒子束其高能量側的一部分會因光圈11而受到限制，因此會成為更小的能量ΔE的值。
像以上這樣，ΔE計測控制器17藉由上述的手續計測能量分散ΔE，以能量分散ΔE的值成為最小之方式來調節對於減速電極1-2施加的電壓Vr。能量分散ΔE的值成為最小之Vr，位於數式(4)所示Ip的微分值成為最大之Vr或是成為反曲點之Vr的附近。是故，亦能將Vr設定成Ip的微分值成為最大之值或是成為反曲點之值。
＜減速電極1-2的周邊部的構成例＞ 圖16為按照本實施形態之減速電極1-2的周邊部的構成例示意圖。針對減速電極1-2雖在圖2等亦有示意，但這裡從能量分析器31僅抽出減速電極1-2的周邊部的構成而再度說明。
減速電極周邊部，包含以光軸18為中心而旋轉對稱地配置之減速電極1-2、加速電極1-3、第1電極1-1。減速電極1-2、加速電極1-3、及第1電極1-1，各自由具有規定的寬幅之圓盤狀的構件所構成。
減速電極1-2、加速電極1-3、及第1電極1-1，藉由絕緣體的電極保持材1-8而被保持。第1電極1-1和屏障1-9連接，成為同電位。屏障1-9，由導磁率高的構件(例如坡莫合金)製作，遮蔽外部的浮遊磁場。依同樣方式，第1電極1-1亦能夠由導磁率高的構件(例如坡莫合金)製作。
減速電極1-2，具有以光軸18為中心而旋轉對稱地設置之空洞(電極空洞1-2a)。在帶電粒子源9與減速電極1-2之間有複數個電子透鏡(參照圖2)，從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10會入射至能量濾波器1。
＜能量濾波器1的構成例＞ 圖17為按照本實施形態之能量濾波器1的構成例示意圖。針對能量濾波器1雖在圖2等亦有示意，但這裡從能量分析器31僅抽出能量濾波器1的構成而再度說明。
能量濾波器1，包含以光軸18為中心而旋轉對稱地設置之減速電極1-2、加速電極1-3、第1電極1-1、第1聚焦電極1-4、第2電極1-5。減速電極1-2、加速電極1-3、第1電極1-1、第1聚焦電極1-4、及第2電極1-5，藉由絕緣體的電極保持材1-8而被保持。第1電極1-1與第2電極1-5和屏障1-9連接而成為同電位。屏障1-9，由導磁率高的構件(例如坡莫合金)製作，遮蔽外部的浮遊磁場。依同樣方式，第1電極1-1與第2電極1-5亦能夠由導磁率高的構件(例如坡莫合金)製作。
減速電極1-2，具有以光軸18為中心而旋轉對稱地設置之空洞(電極空洞1-2a)。在帶電粒子源9與能量濾波器1之間有複數個電子透鏡(參照圖2)，從帶電粒子源9放出的帶電粒子束10會入射至能量濾波器1。
＜具備能量濾波器1之帶電粒子束裝置的構成例＞ 圖18為按照本實施形態之具備能量濾波器1的帶電粒子束裝置的構成例示意圖。 圖18中的帶電粒子束裝置，係運用能量濾波器1，檢測將帶電粒子束10照射至試料14而從試料14放出的二次電子25。從未圖示的帶電粒子源放出的帶電粒子束10，藉由未圖示的電子透鏡而被聚焦於試料14上。從試料14放出的二次電子25，透過輸入透鏡(input lens)26入射至能量濾波器1。然後，藉由能量濾波器1而被能量篩選的帶電粒子在二次電子檢測器24被檢測。在輸入透鏡26與能量濾波器1之間配置校準器27，二次電子25以滿足能量濾波器1的入射條件(參照表1)之方式受到偏向。入射至試料14的帶電粒子束10，藉由未圖示的偏向器而在試料14上掃描，最終在二次電子檢測器24同步被檢測。藉此，可獲得被能量篩選的二次電子像。
＜實施形態的總結＞
(i)按照本實施形態之能量濾波器，能夠將從能量分散ΔE的值大的帶電粒子源放出的帶電粒子束的ΔE減小，而將ΔE變小的帶電粒子束藉由電子透鏡聚焦於更小的試料上。此外，無需將裝置大型化，便能形成ΔE小的帶電粒子束。又，能夠以高能量解析力(例如ΔE=～數mV)計測帶電粒子束的ΔE，能夠進行帶電粒子源的性能評估。此外，藉由在減速電極設有空洞，能量分散的帶電粒子不會衝撞減速電極的內壁，因此內壁不會被污染物污染，能夠穩定維持減速電極空洞中的電場，不會有能量解析力的經年變化。
(ii)更具體而言，按照本實施形態之能量濾波器中，在具有具開口部的1對的單孔電極之減速電極，設置具有比開口部的半徑R還大的半徑之電極空洞部。藉由在減速電極內設置這樣的電極空洞部，能夠增大能量濾波器內的帶電粒子束的能量分散，其結果，可減小從能量濾波器輸出的帶電粒子束的能量分散(提高能量解析力(減小能量解析力的值))。此外，藉由設置這樣的電極空洞部，無需增大減速電極的尺寸便能增大減速電極內的空間，故可縮小能量濾波器本體的尺寸，乃至於能量分析器及帶電粒子線裝置的裝置尺寸。
若將減速電極的光軸方向的寬幅設為D，則減速電極構成為具有D/R≧5的關係。如此一來，減速電極的1對的單孔電極中配置於帶電粒子束的入口側之單孔電極的焦點f與開口部的半徑R之關係，由以下的式(5)表示。
[數5]f=λR、λ=0.64±0.05(λ：無因次的係數) (5)
亦即，單孔電極的焦點f不受減速電極的寬幅D的值影響，為僅由開口部的半徑R所決定之值。在此情形下，藉由對於配置於減速電極的前段與後段的第1電極(上游側)與第2電極(下游側)各自施加規定的電位而產生的電場，會越界至減速電極的電極空洞部的內部，而形成抵抗帶電粒子束的能量之電位的鞍點(能量分散點)。此外，該能量濾波器，在和鞍點相交的光軸的附近，作用成為進行帶電粒子束的能量篩選之能量解析力高的高通濾波器。
能量濾波器，具有由複數個聚焦透鏡所構成之聚焦透鏡系統，但此聚焦透鏡系統包含至少二段的聚焦透鏡，在該二段的聚焦透鏡之間具有中間聚焦點。又，二段的聚焦透鏡當中，位於距帶電粒子源近的上游側的聚焦透鏡(第2聚焦電極1-6)，係構成以帶電粒子源為物點，以中間聚焦點為像點之縮小系統。另一方面，二段的聚焦透鏡當中，位於距帶電粒子源遠的下游側的聚焦透鏡(第1聚焦電極1-4)，係構成以中間聚焦點為物點，以形成於減速電極的入口附近的聚焦點為像點之放大系統。此時，下游側的聚焦透鏡(第1聚焦電極1-4)被配置成，該中間聚焦點與下游側的聚焦透鏡之距離L1a、及下游側的聚焦透鏡與聚焦透鏡系統的聚焦點之距離L1b之關係成為L1a<L1b。藉此，可減小聚焦透鏡系統的角度倍率，故能夠減小帶電粒子束往減速電極的入射角，因此可提高帶電粒子束的能量解析力。
另，對於第1電極(第1電極1-1)施加的電壓被設定成和帶電粒子束的加速電壓相等，但對於第2電極(加速電極1-3)施加的電壓能夠設為可變。藉由控制對於第2電極的施加電壓，能夠實現將帶電粒子束以1mV的解析力予以分離之能量濾波器。
(iii)能夠將上述能量濾波器裝進能量分析器。此時，能量分析器，除了能量濾波器，還具備配置於該能量濾波器的後段之法拉第杯、及計測流入法拉第杯的帶電粒子束的電流量之電流計、及基於電流量算出帶電粒子束的能量分散ΔE的值之ΔE計測控制器。又，ΔE計測控制器，執行從當對於減速電極施加了電壓Vr時藉由電流計計測出的電流量Ip(Vr)來計測其微分值之處理、及算出由對於電壓Vr的電流量Ip(Vr)的微分值所示意之譜的半值寬來作為帶電粒子束的能量分散ΔE的值之處理，而對於減速電極施加電流量Ip(Vr)的微分值成為最大之電壓Vr或成為電流量Ip(Vr)的反曲點之電壓Vr。
(iv)按照本實施形態之能量濾波器或能量分析器，例如能夠適用於SEM、TEM、STEM、AUGER、FIB、PEEM、及LEEM等的帶電粒子束裝置。
(v)以上雖已說明了本實施形態，但該些實施形態是提出作為例子，並非意圖限定以下所示申請專利範圍。該些新穎之實施形態，可以其他各種形態來實施，在不脫離本揭示的技術要旨的範圍內，能夠進行種種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形，均包含於本揭示的技術之範圍或要旨內，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。
1:能量濾波器 1-1:第1電極 1-2:減速電極 1-3:加速電極 1-4:第1聚焦電極 1-5:第2電極 1-6:第2聚焦電極 1-7:第3電極 1-8:電極保持材 2:帶電粒子 2-1:帶電粒子a 2-2:帶電粒子b 3:來自第1聚焦電源的電壓 4:來自減速電源的電壓 5:來自第2加速電源的電壓 6:來自第2聚焦電源的電壓 7:來自第1加速電源的電壓 8:引出電源的輸出電壓 9:帶電粒子源 10:帶電粒子束 11:光圈 12:電子透鏡 13:對物透鏡 14:試料 15:法拉第杯 16:電流計 17:ΔE計測控制器 18:光軸 19:等電位線 19-1:等電位線a 19-2:等電位線b 20:聚焦點 20-1:聚焦點a 20-2:聚焦點b 21:能量分散點 22:高通濾波器 23:低通濾波器 24,34:二次電子檢測器 25:二次電子 26:輸入透鏡 27:校準器 30:帶電粒子束系統 31:能量分析器 32:控制裝置 33:背向散射電子檢測器 35:電腦系統 36:記憶裝置 37:輸出入裝置
[圖1]習知的減速型的能量濾波器的構成例示意圖。 [圖2]按照本實施形態之帶電粒子束系統30的構成例示意圖。 [圖3]按照本實施形態之能量濾波器1的構成例示意截面圖。 [圖4A]減速電極1-2的兩側的電場相同的情形示意圖。 [圖4B]減速電極1-2的兩側的電場相異的情形示意圖。 [圖4C]減速電極1-2的兩側的電場相同的情形下的電位分布與電子軌道示意圖。 [圖4D]減速電極1-2的兩側的電場相異的情形下的電位分布與電子軌道示意圖。 [圖5A]習知(圖1)的能量濾波器中通過能量分散點21的附近之帶電粒子a2-1的軌道示意概略圖。 [圖5B]本實施形態的能量濾波器1中通過能量分散點21的附近之帶電粒子b2-2的軌道示意概略圖。 [圖6A]平行入射至具有電極空洞1-2a的減速電極1-2之帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖6B]平行入射至不具有電極空洞1-2a的減速電極1-2之帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖6C]平行入射至不具有電極空洞1-2a且厚度薄的減速電極1-2之帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖6D]以聚焦在形成於具有電極空洞1-2a的減速電極1-2的附近的聚焦點a20-1之方式入射的帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖6E]以聚焦在形成於不具有電極空洞1-2a的減速電極1-2的附近的聚焦點a20-1之方式入射的帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖6F]以聚焦在形成於不具有電極空洞1-2a且厚度薄的減速電極1-2的附近的聚焦點a20-1之方式入射的帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖7]當帶電粒子2為電子束的情形下對減速電極1-2施加0[V]時的軸上電位的例子示意圖。 [圖8]本實施形態(在減速電極1-2形成電極空洞1-2a的情形)下，從帶電粒子源9至能量濾波器1的出口為止之帶電粒子束10的軌道示意圖。 [圖9A]圖9A為對配置於減速電極1-2的前段之第2電極1-5施加3000V，對配置於減速電極1-2的後段之加速電極1-3施加1500V的情形下之帶電粒子2的軌道的計算例示意圖。 [圖9B]對第2電極1-5施加3000V，對加速電極1-3施加3000V的情形下之帶電粒子2的軌道的計算例示意圖。 [圖10A]將從光軸18的入射偏位量設為1.5μm～2.0μm而令帶電粒子2平行入射的情形下之帶電粒子2的軌道示意圖。 [圖10B]將從光軸18的入射偏位量設為0.15μm～0.20μm而令帶電粒子2平行入射的情形下之帶電粒子束10的軌道示意圖。 [圖11]設減速電極1-2的入口側的單孔電極的焦距為f，將聚焦點a20-1設定在距減速電極1-2恰好焦點f的上游側的位置，而以聚焦於聚焦點a20-1的角度將電子入射的情形示意圖。 [圖12]第2電極1-5、單孔透鏡、及加速電極1-3的位置關係及施加電壓示意圖。 [圖13]相對於D／R之G=Φz(z=0)／Φ1的值的變化示意圖表。 [圖14A]設想冷陰極電子源作為帶電粒子源的情形下身為帶通濾波器的作用示意圖。 [圖14B]設想肖特基電子源作為帶電粒子源的情形下身為帶通濾波器的作用示意圖。 [圖15A]電流Ip(Vr)與Ip(Vr)對Vr的微分dIp(Vr)／dVr之關係示意圖。 [圖15B]透射函數f(Vr|E)的形狀(一例)示意圖。 [圖16]按照本實施形態之減速電極1-2的周邊部的構成例示意圖。 [圖17]按照本實施形態之能量濾波器1的構成例示意圖。 [圖18]按照本實施形態之具備能量濾波器1的帶電粒子束裝置的構成例示意圖。
1:能量濾波器
1-1:第1電極
1-2:減速電極
1-2-1:單孔電極
1-2-2:單孔電極
1-2a:電極空洞
1-3:加速電極
1-4:第1聚焦電極
1-5:第2電極
1-6:第2聚焦電極
1-7:第3電極
1-8:電極保持材
1-9:屏障
2:帶電粒子
3:來自第1聚焦電源的電壓
4:來自減速電源的電壓
5:來自第2加速電源的電壓
6:來自第2聚焦電源的電壓
8:引出電源的輸出電壓
18:光軸
21:能量分散點

Claims (19)

  1. 一種能量濾波器，係抑制從帶電粒子源放出的帶電粒子束的能量分散△E之能量濾波器，具備：減速電極，具有：1對的單孔電極，具有開口部；及電極空洞部，具有比該開口部的半徑還大的半徑，且以前述開口部的中心為光軸而旋轉對稱地設置；及第1電極，設於前述減速電極的前段；及第2電極，設於前述減速電極的後段。
  2. 如請求項1所述之能量濾波器，其中，若將前述減速電極的光軸方向的寬幅設為D，將前述開口部的半徑設為R，則前述減速電極具有D/R≧5的關係。
  3. 如請求項1所述之能量濾波器，其中，藉由對於前述第1電極與前述第2電極各自施加規定的電位而產生的電場，會越界至前述電極空洞部的內部，而形成抵抗前述帶電粒子束的能量之電位的鞍點。
  4. 如請求項3所述之能量濾波器，其中，前述能量濾波器，在和前述鞍點相交的前述光軸的附近，作用成為進行前述帶電粒子束的能量篩選之高通濾波器。
  5. 如請求項1所述之能量濾波器，其中，更具備：聚焦透鏡系統，配置於前述帶電粒子源與前述第1電極之間，在前述減速電極的入口附近形成前述帶電粒子束的聚焦點。
  6. 如請求項5所述之能量濾波器，其中，通過了前述聚焦點的前述帶電粒子束，平行於前述光軸而入射至前述減速電極的前述電極空洞部。
  7. 如請求項5所述之能量濾波器，其中，前述聚焦透鏡系統，係以前述帶電粒子源為物點，以前述聚焦點為像點之放大系統。
  8. 如請求項5所述之能量濾波器，其中，前述聚焦透鏡系統，包含至少二段的聚焦透鏡，在該二段的聚焦透鏡之間具有中間聚焦點，前述二段的聚焦透鏡當中，位於距前述帶電粒子源近的上游側的聚焦透鏡，係構成以前述帶電粒子源為物點，以前述中間聚焦點為像點之縮小系統，前述二段的聚焦透鏡當中，位於距前述帶電粒子源遠的下游側的聚焦透鏡，係構成以前述中間聚焦點為物點，以形成於前述減速電極的入口附近的前述聚焦點為像點之放大系統。
  9. 如請求項2所述之能量濾波器，其中，前述1對的單孔電極中配置於前述帶電粒子束的入口側之單孔電極的焦點f與前述開口部的半徑R之關係，以f=λR、λ=0.64±0.05表示。
  10. 如請求項5所述之能量濾波器，其中，更具備：保持材，藉由絕緣體保持前述聚焦透鏡系統、前述減速電極、前述第1電極、前述第2電極；及 屏障構件，遮蔽外部的浮遊磁場。
  11. 如請求項10所述之能量濾波器，其中，前述屏障構件，由導磁率高的磁性體所構成，連接至構成前述聚焦透鏡系統的電極。
  12. 如請求項1所述之能量濾波器，其中，對於前述第1電極施加的電壓，和前述帶電粒子束的加速電壓相等，對於前述第2電極施加的電壓，為可變。
  13. 一種能量分析器，具備：如請求項1之能量濾波器；及法拉第杯，配置於前述能量濾波器的後段；及電流計，計測流入前述法拉第杯的帶電粒子束的電流量；及△E計測控制器，基於前述電流量算出前述帶電粒子束的能量分散△E的值；前述△E計測控制器，執行：從當對於前述減速電極施加了電壓Vr時藉由前述電流計計測出的電流量Ip(Vr)來計測其微分值之處理；及算出由對於前述電壓Vr的前述電流量Ip(Vr)的微分值所示意之譜的半值寬來作為前述帶電粒子束的能量分散△E的值之處理。
  14. 如請求項13所述之能量分析器，其中，前述△E計測控制器，對於前述減速電極施加前述電流量Ip(Vr)的微分值成為最大之電壓Vr或成為電流量 Ip(Vr)的反曲點之電壓Vr。
  15. 一種帶電粒子束裝置，係對試料照射帶電粒子束而取得前述試料的資訊之帶電粒子束裝置，具備：如請求項1之能量濾波器；及帶電粒子源，配置於前述能量濾波器的前段；及電源，對於構成前述能量濾波器的最前段的電極施加從前述帶電粒子源引出帶電粒子之電壓。
  16. 如請求項15所述之帶電粒子束裝置，其中，更具備：電子透鏡，配置於前述能量濾波器的後段，令前述帶電粒子束聚焦於前述試料。
  17. 如請求項16所述之帶電粒子束裝置，其中，更具有：光圈，配置於前述能量濾波器與前述電子透鏡之間，前述光圈，在前述能量濾波器的出口附近具有聚焦點，藉由限制從該聚焦點放射的帶電粒子的放射角度，來限制通過了前述能量濾波器的前述帶電粒子束的帶有高能量側的能量之帶電粒子的一部分。
  18. 如請求項17所述之帶電粒子束裝置，其中，具備：光圈，配置於前述能量濾波器的後段；及法拉第杯，配置於前述光圈的後段；及 電流計，計測流入前述法拉第杯的帶電粒子束的電流量；及△E計測控制器，基於前述電流量算出前述帶電粒子束的能量分散△E的值；及驅動部，挪動前述法拉第杯的位置；前述△E計測控制器，執行：從當對於前述減速電極施加了電壓Vr時藉由前述電流計計測出的電流量Ip(Vr)來計測其微分值之處理；及算出由對於前述電壓Vr的前述電流量Ip(Vr)的微分值所示意之譜的半值寬來作為前述帶電粒子束的能量分散△E的值之處理；及對於前述減速電極施加前述電流量Ip(Vr)的微分值成為最大之電壓Vr或成為電流量Ip(Vr)的反曲點之電壓Vr之處理；對於前述減速電極施加了前述電壓Vr後，前述驅動部將前述法拉第杯從前述光軸卸除。
  19. 如請求項15所述之帶電粒子束裝置，其中，更具備：輸入透鏡(input lens)，收集從前述試料放出的帶電粒子；及帶電粒子檢測器，檢測帶電粒子；前述能量濾波器，對藉由前述輸入透鏡而被收集的帶電粒子做能量篩選，前述帶電粒子檢測器，檢測藉由前述能量濾波器而被 篩選的前述帶電粒子。
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