(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の少なくとも一つのビームを発生させるための粒子源であって、
前記荷電粒子の放出用の粒子を放出する表面、
前記粒子を放出する表面の像の形成用のレンズ、
前記荷電粒子のビームの制限用のビームを制限する絞り、及び
前記像の場所におけるエネルギーを選択する絞り
を備える、粒子源において、
前記ビームを制限する絞りは、前記ビームが、偏心して前記レンズを通り抜けるビームであるような方式で提供されたものである、粒子源。
【請求項２】
請求項１に従った粒子源において、
前記ビームを制限する絞りは、また、ビームが前記レンズの中央の部分を通過することを許容するように、提供されたものである、粒子源。
【請求項３】
請求項１又は２に従った粒子源であって、
さらに偏向ユニットを備えると共に、
前記偏向ユニットは、前記レンズの光軸に向かって前記荷電粒子のビームを、偏向させられたビームが前記光軸のまわりでさらに伝播するような様式で、偏向させるように、提供されたものである、粒子源。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一つに従った粒子源を備える、粒子光学的な装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子源が備え付けられた粒子−光学装置に関し、その粒子源は、荷電粒子の少なくとも一つのビームを発生させるように、具現され、その粒子源には、
荷電粒子の放出用の粒子を放出する面、
粒子を放出する面の像の形成用のレンズ、
前記粒子のビームの制限用のビームを制限する絞り、及び
像の場所における、エネルギーを選択する絞り
が提供される。
【背景技術】
【０００２】
粒子−光学装置で用いられるこのような粒子源は、刊行物（非特許文献１）に記載されている。
【０００３】
それに記載された粒子ビームは、電子源の形態を有し、例えば、電子顕微鏡において使用され得ると共に、電子ビームに小さいエネルギーの広がりを提供することに役に立つ。例えば、電子顕微鏡において、電子ビームの小さいエネルギーの広がりは、用いられた電子−光学レンズが、そのとき、より小さい色収差を引き起こすことになり、その結果としてより高い分解能が得られるので、望ましい。
【０００４】
色収差は、一般に、レンズが、異なるエネルギーを備えた粒子について異なる光学パワーを有するという事実によって引き起こされる。レンズ（静電的又は磁気的）は、一般に、低エネルギーの粒子に対しては、より高いエネルギーを備えた粒子に対するよりも小さい焦点距離を有することになる。色収差は、ビームにおける粒子のエネルギーの広がりに比例する。このように、より低いエネルギーの広がりは、より少ない色収差に至る。
【０００５】
既知の電子源において、電子を放出する面によって発生させられた電子ビームは、ビームを制限する絞りを備えたレンズによって、電子を放出する面を、ビームを制限する面上へ結像させるような様式で、集束させられる。レンズ及び像の間に、電子ビームを、第一の偏向ユニットによって偏向させる。
【０００６】
当業者に知られているように、低エネルギーの粒子は、電気的な又は磁気的な偏向の場によって、高エネルギーの粒子についての場合よりも大きい程度に、偏向させられる。よって、このような偏向の結果として、空間的なエネルギーの分布が、起こることになる。このエネルギーの分散の結果として、レンズによって形成された像は、分散線であり、その線は、異なるエネルギーを備えた粒子の点の焦点の集団であり、それによって、与えられたエネルギーを備えた電子は、分散線上における対応する位置を有することになる。
【０００７】
分散線に対して垂直な（及びそれによって、エネルギーの分散が起こる方向に垂直な）選択スリットを据え付けることによって、そのスリットは、分散線の一部分が通過することのみを許容するが、通過した電子ビームは、通過した部分においてある一定の区間の元来のエネルギースペクトルを備えた電子のみが存在するので、減少したエネルギーの広がりを有することになる。
【０００８】
続いて、ビームは、第二の偏向ユニットによって、再度逆戻りに、通過したビームが、ビームの方向に沿って延びるように、それが第一の偏向ユニットによって偏向させられる前に、偏向させられる。第一及び第二の偏光ユニットの選ばれた対称性の結果として、第一の偏光ユニットによって引き起こされたビームのエネルギーの分散を相殺することもまた可能である。
【非特許文献１】２００２年９月１日から６日まで南アフリカのＤｕｒｂａｎ催された“１５ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”のセッション５／Ｓ１４の講演集録に出版されたような、Ｓ．Ｕｈｌｅｍａｎｎ及びＭ．Ｈａｉｄｅｒによる“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｓｅｔ−ｕｐ  ｏｆ  ａ  ｆｕｌｌｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ  ｏｆ  ａ  ２００  ｋＶ  ＴＥＭ”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
既知の粒子源は、相対的に広大な構築物である。本発明は、より小型な構築物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このために、本発明による粒子源は、ビームを制限する絞りが、前記ビームが、偏心してレンズを通り抜けるビームであるような様式で、具現されることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、レンズの中央部分を通り抜けないが、偏心して位置させられるレンズの一部分を通り抜ける、ビームを用いることによって所望のエネルギーの分散を成し遂げることが、可能であるという洞察の上に立てられる。
【００１２】
ビームが、偏心してレンズを通り抜けるという事実の結果として、ビームにおける低エネルギーの粒子は、レンズに対して、より高いエネルギーを備えた粒子よりも近くレンズの光軸と交差することになる。その結果は、レンズが、点状の対象を、丸の像として結像させずに、代わりに分散線として結像させるということであり、その丸の像は、仮にビームが、レンズの中部を通り抜けるものであったとする場合のものであろう。分散線の場所に、分散線の一部分が通過することのみを許容するエネルギーを選択する絞りを置くことによって、通過したビームのエネルギーの広がりを、ビームに元来存在するエネルギーの広がりに関して、減少させることになる。
【００１３】
レンズによって形成された像は、分散線であり、それによって、この分散線の一部分は、エネルギーを選択する絞りを素通りすることを許容される。エネルギーを選択する絞りに、近似によって分散線の幅に等しい分散の方向における大きさを与えることによって、通過したビームは、みかけ上正方形の像から現れることになる。そして、このみかけの像は、任意の後の光学素子についての対象として役に立つことになる。丸の形態は、通常、後の光学素子についての対象として使用されるが、正方形の形態は、より通例の丸の対象の形態の十分な近似である。
【００１４】
偏心のビームの助けにより作られた像は、光軸の外側に形成される。これは、レンズの球面収差によって引き起こされ、その収差は、それ自体を、レンズの中部から遠くでレンズを通り抜けるビームに対して、レンズが、レンズの中央部分を通り抜けるビームに対するよりも大きい光学パワーを有するということで特徴付ける。粒子を放出する面の像が、レンズの光軸の外側に形成されるので、エネルギーを選択する絞りもまた、従って、その軸上に置かれる必要がないことになる。
【００１５】
ビームを制限する絞りを、レンズの前に、レンズの中に、又はレンズの後に、置くことができることは、指摘されるべきである。偏心のビームが、レンズを横切るときのように、依然として制限されないこともあることは、本質的ではない、結局偏心のビームを形成する粒子が、レンズの偏心して位置させられた部分を通り抜けることのみが、本質的である。
【００１６】
本発明による粒子源の別の実施形態において、ビームを制限する絞りもまた、レンズの中部を通り抜けるビームが通過することを許容するように、具現される。
【００１７】
例えば、電子顕微鏡において粒子源を使用する際に、しばしば、例えば一つの観察の状況において、その性質を選択することができるビーム、エネルギーの減少についての要求なしに相対的に大きい電流を備えたビーム、及び別の観察の情況において、大きい電流についての要求なしに減少したエネルギーの広がりを備えたビームについての要求がある。そして、それは、粒子源が、必要に応じてビームの両方のタイプの各々を発生させることができるとすれば、好都合である。
【００１８】
この要求は、偏心のビームに加えて、今また、中央のビーム、すなわち、レンズの中部を通じたビームが、相対的に大きい電流を伴って、通過することを許容することによって、満足させられる。相対的に大きい電流は、偏心のビームの場合におけるビームを制限する絞りの絞り開口よりも大きいようにこの中央のビームの場合におけるビームを制限する絞りの絞り開口を選ぶことによって、達成される。もちろん、絞り開口のより大きい直径は、ビームのより大きい開口の角度、従って、より大きい電流を暗示する。
【００１９】
この中央のビームについては、エネルギーの減少が達成されず、空間的なエネルギーの分散を備えた分散線が形成されないように見ることは、指摘されるべきである。よって、エネルギーを選択する絞りの開口は、中央のビームの場合には、必要でない。しかしながら、偏心のビームについて存在するエネルギーを選択する絞りの空間的な範囲は、中央のビームが、妨害されないで通過することを許容されるような様式で、選ばれるべきである。これは、先ごろ説明したように、偏心のビームから導かれる像が、軸の上にないので、可能であり、従って、偏心のビームについてのエネルギーを選択する絞りが、光軸と同じくらい遠くに延びる必要がない。
【００２０】
中央のビームで作られた像が、レンズの励起の場合には、偏心のビームの助けにより形成された像よりもレンズから幾分遠くにあることになるが、この効果について補正することは、望みであれば、レンズの光学パワーを緩やかに変動させることによって、可能である。
【００２１】
さらに別の実施形態においては、本発明による粒子源には、偏向ユニットが提供され、その偏向ユニットは、光軸に向かって荷電粒子のビームの一つを、このビームが光軸のまわりでさらに伝播するような様式で、偏向させるように、具現される。
【００２２】
この実施形態は、電流及びエネルギーの広がりに関して異なる性質を備えた、異なるビームついての要求があるとすれば、特に魅力的である。ビームは、中央のビーム及び一つ以上の偏心のビームを含んでもよい。これを、数個のビームを制限する絞り及び数個のエネルギーを選択する絞りの両方を適用することによって、達成することができる。エネルギーの広がりにおける差を、エネルギーを選択する絞りにおける絞り開口の直径を、異なるものであるように選ぶことによって成し遂げることができるのに対して、電流における所望の差は、ビームを制限する絞りにおける絞り開口の直径を、異なるものであるように選ぶことによって達成される。
【００２３】
例えば、電子顕微鏡において本発明による粒子源を使用するとき、ビームの一つが選択される。選択されたビームを、これが、それ自体知られている後の光学素子についての光軸のまわりで利用可能であるような様式で、扱うことが望まれる。これを、エネルギーを選択する絞りの付近に偏向ユニットを置くことによって、達成することができる。選択されたビームは、光軸に向かって偏向ユニットによって偏向させられ、それによって他の選択されないビームは、光軸のまわりのある場所の中へもたらされない。これらの選択されないビームを、偏向ユニットの後部に置かれた絞りによって遮断することができる。
【００２４】
偏向ユニット及びレンズを、静電的なもの又は磁気的なものであるように、具現してもよいことは、指摘されるべきである。純粋に静電的な実施形態は、粒子源が、イオン源であるとき、好都合であり、電場でイオンを集束させると共に偏向させることが、磁場でイオンを集束させると共に偏向させるよりも容易であるように見る。加えて、静電レンズは、一般に、磁気レンズよりも大きい色収差を引き起こし、それは、この場合には、静電的に具現されたレンズの（所望の）エネルギーの分散が、磁気的に具現されたレンズのものよりも大きいことを意味する。
【００２５】
さらに別の実施形態において、粒子を放出する面は、数個の、並置されない、粒子を放出する構成要素の面の形態を有する。
【００２６】
この実施形態は、偏心の絞り開口を、軸上に置かれた粒子を放出する面によっては、もはや照明することができないほど軸から遠い位置で、レンズを通り抜けるビームを形成することが、可能であるので、好都合である。これは、一般に、粒子を放出する面が、制限された開口の角度内で粒子のみを放出するという理由である。
【００２７】
ビームが光軸を横切るところと実質的に同じ位置で像が形成されることを許容するために、ビームを制限する絞りを通り抜ける電子のビームは、本質的に、平行なビームであるべきである。これを、粒子を放出する構成要素の面の各々の付近に補助レンズを、粒子を放出する構成要素の面を、この補助レンズの焦点面に位置させるような様式で、置くことによって、達成することができる。
【００２８】
粒子を放出する構成要素の面に、別の位置だけでなく光軸に関して別の方向性もまた、すなわち、ビームが光軸に平行な軸のまわりの対称性を明示しないように、与えることが、可能であることは、指摘されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を、図に基づいてさらに記載することにするが、それによって同一の符号は、対応する要素を示す。
【００３０】
図１は、断面において、本発明による粒子源を概略的に示す。電子の場の放出源の電子を放出する面１のような粒子を放出する面は、光軸２上に位置させられる。電子を放出する面１から放たれる電子のビーム１１は、丸の穴４及び５の形態におけるビームを制限する絞りの開口を含む絞り３によって、中央のビーム１２及び偏心のビーム１３に細分される。ビーム１２及び１３の両方は、光軸２に置かれたレンズ６によって集束させられる。電子を放出する面１は、ビーム１２を介して像１４を形成すると共にビーム１３を介して像１５を形成するために、レンズ６によって結像させられる。エネルギーを選択する絞りの開口９は、絞り７に位置させられ、その絞り７においては、中央のビーム１２が通過することを許容するために、切欠８もまた作られる。ビーム１３が軸を通り抜ける位置の付近に、偏向ユニット１０が置かれ、そのユニットは、光軸２のまわりにビーム（１２、１３）の一つを偏向させる。
【００３１】
電子を放出する面１は、ビーム１１の中に電子を放出する。このビーム１１は、絞り開口４及び偏心して位置させられた絞り開口５の両方を照明するが、その絞り開口４は、光軸２のまわりで中央に位置させられる。絞り開口４及び５は、絞り３における丸の切欠として具現される。場の放出源の場合には、この絞り３もまた、抽出電極として役に立つことができ、それによって電圧の差が、絞り３及び電子を放出する面１の間に印加される。絞り開口４及び５の大きさは、ビーム１２及び１３における電流を決定する。絞り開口５の偏心率は、偏心のビーム１３のエネルギーの分散を決定する。
【００３２】
絞り開口４によって形成された中央のビーム１２は、光軸２のまわりに位置させられたレンズ６によって集束させられ、それによって電子を放出する面１の像１４は、形成される。同様に、偏心のビーム１３は、集束させられ、それによって電子を放出する面の像１５（分散線）が、形成される。
【００３３】
図２は、絞り７の立面図を示し、その図において、絞り開口（８、９）は、中央のビーム１２及び偏心のビーム１３が通過することを許容するために、切り出しされてある。
【００３４】
図２は、絞り７、すなわち、絞りがその源の側から見えるものの立面図を示す。光軸のまわりに位置させられた、中央のビーム１２は、絞り７における切欠によって形成された絞り開口８を横切る。レンズ６は、偏心のビーム１３を集束させ、それによって、電子を放出する面１の像１５が、絞り７に形成される。
【００３５】
レンズ６の色収差の結果として、電子を放出する面１の像１５は、径方向に分散線の中へ伸ばされる。結果として、レンズ６が、高いエネルギーを備えた電子について、それが低いエネルギーを備えた電子についてするよりも少ない効力の屈折の効果を明示するので、公称よりも高いエネルギーを備えた電子を、光軸２から、公称よりも低いエネルギーを備えた電子よりも遠くに位置させることになる。
【００３６】
今、このビーム１３の一部分のみが通過することを許容することによって、通過したビーム１６は、絞り７に入射するビーム１３よりも小さいエネルギーの広がりを有することになる。これは、径方向における像１５の長さよりも小さい、径方向における寸法を、絞り開口９に付与することによって、達成される。
【００３７】
例えば、電子顕微鏡において、電子源で形成された様々な像が、おおよそ丸である形態を有することは、望ましい。電子源の線様の像は、人為構造を引き起こし得る。接線方向における像１５の幅におおよそ等しい径方向における寸法を、絞り開口９に付与することによって、通過したビーム１６における電子は、像１５のおおよそ正方形の部分から現れることになり、その像は、通常、丸の形態の十分な近似であるように、蒸散することになる。
【００３８】
接線方向における像１５の幅が、レンズ６の倍率を乗じた電子を放出する面１の（みかけの）大きさに等しいので、それは、レンズ６によって形成されるような電子を放出する面１の像１５が、拡大された像であるとすれば、好都合である。
【００３９】
絞り開口９が、最も高い電子密度を備えた像１５の部分が通過することを許容することは、望ましく、これが、通過したビーム１６における最も高い電流に帰着することになるように見える。従って、像１５が、例えば、絞り７の源側に位置決めされた偏向ユニットの助けにより、絞り開口９にわたって可動であることが、望まれる。
【００４０】
ビーム１３が、偏心してレンズを通り抜けるので、像１５の場所で分散線を一緒に形成する点の焦点は、非点収差に悩まされることになる。この非点収差を、非点収差補正装置のユニットの助けにより相殺することができる。魅力的な実施形態は、偏向ユニットを非点収差補正装置のユニットと組み合わせることであるが、その偏向ユニットは、絞り開口９にわたってビーム１３を移動させるために使用される。
【００４１】
絞り開口９にわたってビーム１５を移動させるための偏向ユニットの使用に加えて、他の方法もまた、例えば、電子を放出する面１、レンズ６、若しくは絞り７を機械的に変位させる又は穏やかにレンズ６の焦点をずらすことによって、使用することができる。
【００４２】
また、像１５の場所で分散線を一緒に形成する点の焦点は、コマ、回折などのような、さらなる誤差で悩まされる。レンズにおけるビームの与えられた偏心率については、ビーム１３の開口の角度の適切な選択の手段によって、結果として生じる分散線が、エネルギーの分散の方向において、それに対して垂直な方向におけるものよりもたいへん大きい範囲を有するような程度まで、これらの誤差を減少させることは、可能である。この様式では、絞りの開口９の助けにより、有効なエネルギーのフィルター処理を達成することは、可能である。
【００４３】
絞り７によって通過することが許容されるビーム１２及び１６を、例えば、それ自体知られた技術を使用して、分析されるものである試料上に集束させることができる。それによって、試料上に集束されるビームが、光軸２のまわりで中央に置かれることは、一般に重要なことである。これは、偏向ユニット１０によって達成され、そのユニットは、適切な励起の手段によって、光軸２のまわりにビーム１６又はビーム１２のいずれかを偏向させることができる。
【００４４】
一つの偏心のビームのみを描くが、絞り３における数個の偏心の絞りの開口及び絞り７における数個のエネルギーを選択する絞りの開口を切り出すことによって、数個の偏心のビームを形成することが可能であり、それによって偏向ユニット１０が、光軸２のまわりにこれらのビームの一つを偏向させることは、指摘されるべきである。
【００４５】
図３は、本発明による粒子源を示し、それによって、粒子を放出する面が、数個の、並置されない、粒子を放出する構成要素の面の形態をとる。
【００４６】
図３は、粒子を放出する構成要素の面１−１，…，１−Nの数Nを示し、それらの面は、一般に、１−ｉによって示される。例えば、不連続の、電子を放出する場の放射体の形態における、これらの粒子を放出する構成要素の面１−ｉは、各々、電子のそれ自身のビーム１１−ｉを生じさせる。これらのビーム１１−ｉの各々は、それ自身のビームを制限する絞りの開口５−ｉによって制限される。
【００４７】
この実施形態は、それが、偏心の絞り開口５−ｉを、軸２上に置かれた粒子を放出する面によって、もはや照明することができないほど軸２から遠い場所でレンズ６を通り抜けるビーム１１−ｉを形成する可能性を提供するという点で、好都合である。これは、粒子を放出する面が、一般に、制限された開口の角度内で粒子を放出するという理由である。
【００４８】
ビーム１３−ｉが光軸を横切る場所と実質的に同じ位置で像１５−ｉを形成するために、レンズ６に入射する電子のビーム１１−ｉは、本質的に、平行なビームであるべきである。これを、電子を放出する構成要素の面１−ｉの各々の付近に補助レンズ１７−ｉを、電子を放出する構成要素の面１−ｉが、この補助レンズ１７−ｉの焦点面に位置させられるような様式で、置くことによって、達成することができる。
【００４９】
粒子を放出する構成要素の面１１−ｉに、光軸２に関して別の位置だけでなく、別の方向性もまた、すなわち、ビーム１１−ｉが、光軸２に平行な軸まわりの対称性を明示しないように、与えることが、可能であることは、指摘されるべきである。
［付記］
付記（１）：
粒子源が備え付けられた粒子−光学装置であって、
該粒子源は、荷電粒子の少なくとも一つのビーム（１６）を発生させるように、具現され、
該粒子源には、
該荷電粒子の放出用の粒子を放出する面（１）、
該粒子を放出する面（１）の像（１５）の形成用のレンズ（６）、
該粒子のビームの制限用のビームを制限する絞り（３）、及び
該像（１５）の場所における、エネルギーを選択する絞り（７）
が提供される粒子−光学装置において、
該ビームを制限する絞り（３）は、該ビーム（１６）が、偏心して該レンズ（６）を通り抜けるビームであるような方法で具現されることを特徴とする粒子−光学装置。
付記（２）：
前記ビームを制限する絞り（３）は、また、前記レンズ（６）の中部を通り抜けるビーム（１２）が通過することを許容するように、具現される、付記（１）に記載の粒子−光学装置。
付記（３）：
偏向ユニット（１０）が提供され、
該偏向ユニット（１０）は、前記荷電粒子のビーム（１２、１３）の一つを光軸（２）に向かって、このビームが、該光軸（２）のまわりでさらに伝播するような様式で、偏向させるように、具現される、付記（１）又は（２）に記載の粒子−光学装置。
付記（４）：
前記粒子を放出する面（１）は、数個の、並置されない、粒子を放出する構成要素の面（１−ｉ）の形態を有する、付記（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の粒子−光学装置。
付記（５）：
付記（１）乃至（４）のいずれか一つに記載の粒子−光学装置で用いられる粒子源。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】断面において、本発明による粒子源を概略的に描く。
【図２】本発明による粒子源に用いられるような、中央のビームが通過することを許容する目的のために絞り開口を切り出しておいた、及び偏心のビームが通過することを部分的に許容するためのエネルギーを選択する絞りの開口を位置させる、絞りの概略の立面図を表現する。
【図３】本発明による粒子ビームを示し、それによって、粒子を放出する面は、数個の、並置されない、粒子を放出する構成要素の面の形態をとる。
【符号の説明】
【００５１】
１          電子を放出する面
２          光軸
３，７      絞り
４，５      絞り開口
６          レンズ
８          切欠
９，９−ｉ  絞りの開口
１０        偏向ユニット
１１，１１−ｉ，１３−ｉ    電子のビーム
１２        中央のビーム
１３        偏心のビーム
１４，１５，１５−ｉ    像
１６，１６−ｉ    通過したビーム
１−ｉ      粒子を放出する構成要素の面
５−ｉ      ビームを制限する絞りの開口
１７−ｉ    補助レンズ
【図１】
0004749734.tif 000002
【図２】
0004749734.tif 000003
【図３】
0004749734.tif 000004