(57)【要約】【課題】  試料を交換したときにおいて、回折像面と中間像面の位置修正を効率良く行うことのできる電子光学システム及び電子顕微鏡を提供することを目的とする。【解決手段】  試料５に１次線３を照射する手段と、１次線３の照射により試料５から発生した電子６の回折像を結像する電子光学システム５０とを備える電子顕微鏡において、当該電子光学システム５０が、試料側に配置された対物レンズ７と、その後段に配置された中間レンズ８及び減速レンズ１０と、中間レンズ８と減速レンズ１０との間に位置する回折像面２２に配置された回折絞り１１と、中間レンズ８と減速レンズ１０との間に位置する回折像面２２の位置に設けられた回折レンズ９とを有する。これにより、試料５を交換したときには、中間レンズ８のレンズ強度と回折レンズ９のレンズ強度を個別に調整すればよいので、回折像面２２と中間像面３３の位置修正を効率良く行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料側に配置された対物レンズと、その後段に配置された中間レンズ及び減速レンズと、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面に配置された回折絞りとを備え、減速レンズの後段側に、試料から発生した電子の回折像を結像する電子光学システムであって、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面の位置に回折レンズを設けたことを特徴とする電子光学システム。
【請求項２】
前記回折レンズと前記減速レンズとの間に視野制限絞りが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子光学システム。
【請求項３】
試料に１次線を照射する手段と、１次線の照射により試料から発生した電子の回折像を結像する電子光学システムとを備える電子顕微鏡において、当該電子光学システムが、試料側に配置された対物レンズと、その後段に配置された中間レンズ及び減速レンズと、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面に配置された回折絞りと、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面の位置に設けられた回折レンズとを有することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
前記電子光学システムには、前記回折レンズと前記減速レンズとの間に視野制限絞りが設けられていることを特徴とする請求項３記載の電子顕微鏡。
【請求項５】
前記電子光学システムの後段側にアナライザが設けられていることを特徴とする請求項３若しくは４記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子光学システム及び電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に電子線等の１次線を照射し、これにより試料から発生する反射電子に基づいて試料像を得る装置として低エネルギー反射電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）と呼ばれるものがある。
【０００３】
このような低エネルギー反射電子顕微鏡においては、ビームセパレータにより、試料に照射される１次線と試料から発生する反射電子（２次線）とが振り分けられる。このビームセパレータとしては、主にウイーンフィルタが用いられる。
【０００４】
当該低エネルギー反射電子顕微鏡には、１次線となる電子線を加速して放出するための電子線源が備えられている。この電子線源から放出された電子線は、照射レンズ系により集束されてビームセパレータに入射する。ビームセパレータに入射した電子線は、ビームセパレータ内において大きく偏向され、その軌道が垂直方向に沿うように偏向されて試料に入射する。このとき、電子線はカソードレンズより減速される。これによって、当該電子線は、減速された状態で試料に照射される。
【０００５】
電子線が照射された試料からは、反射電子が発生する。この試料から発生した反射電子は、カソードレンズによって加速され、対物レンズを介してビームセパレータに入射する。このようにしてビームセパレータに入射した反射電子は、ビームセパレータ内においては偏向作用を受けずに、そのまま直進して当該ビームセパレータを通過する。
【０００６】
ビームセパレータを通過した反射電子は、第１の中間レンズによって集束されて回折絞りを通過する。その後、反射電子は、第２の中間レンズにより所定の大きさに拡大され、スクリーンに試料像として結像される。そして、当該試料像を撮像することによって、試料像の観察を行うことができる。
【０００７】
このような電子顕微鏡において、対物レンズによる像倍率の変化にかかわらず、回折絞りの位置に反射電子の回折像面を位置させるものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
そして、上述した電子顕微鏡の構成の一部を変更し、第２の中間レンズの代わりに減速レンズを配置するとともに、当該減速レンズの後段に反射電子の回折像の分析を行うアナライザが設けられた低エネルギー反射電子顕微鏡が検討されている。この場合、反射電子は、減速レンズのより減速されて当該アナライザに入射される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−７６６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の減速レンズ及びアナライザが設けられた低エネルギー反射電子顕微鏡の場合、１次線の照射により試料から発生した反射電子は、カソードレンズによって加速されて、対物レンズを介してビームセパレータに入射する。ビームセパレータに入射した反射電子は、ビームセパレータを直進して通過し、中間レンズによって集束される。
【００１１】
中間レンズと減速レンズとの間には、回折絞りと視野制限絞りとが設けられており、中間レンズによって集束された反射電子は回折絞りを通過し、回折絞りを通過した反射電子は視野制限絞りを通過して減速レンズに入射する。減速レンズに入射された反射電子は減速され、減速レンズの後段に位置するアナライザに入射することとなる。
【００１２】
このような低エネルギー反射電子顕微鏡の場合、（１）対物レンズ及び中間レンズによる反射電子の回折像面は、回折絞りが置かれた位置に位置するように、各レンズのレンズ強度が設定されなければならない。また、（２）対物レンズ及び中間レンズによる反射電子の中間像面は、視野制限絞りが置かれた位置に位置するように、各レンズのレンズ強度が設定されなければならない。そして、（３）減速レンズによって減速された反射電子の回折面が、アナライザの入口部に位置するようにしなければならない。
【００１３】
よって、対物レンズと中間レンズの各レンズ強度は、上記（１）及び（２）の条件を満たすように設定する必要がある。また、その際に、上記（３）の条件が同時に満たされるように、減速レンズの配置が設計段階で決められていなければならない。
【００１４】
ところで、このような低エネルギー反射電子顕微鏡においては、上記のカソードレンズを形成するために、試料に対して所定の負電位が印加されている。よって、試料を交換するたびに、当該カソードレンズのレンズ強度が変化することとなる。
【００１５】
この結果、上記回折像面と中間像面の双方が移動してしまうこととなる。このように当該回折像面と中間像面とが移動した場合には、改めて対物レンズ及び中間レンズの双方のレンズ強度を同時に調整して、当該回折像面と中間像面の位置を修正しなければならない。しかしながら、このような対物レンズ及び中間レンズ双方のレンズ強度を同時に調整して、当該回折像面と中間像面に位置を修正する調整作業は、非常に手間がかかり、また時間もかかるものであった。
【００１６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、試料を交換したときにおいて、当該回折像面と中間像面の位置修正を効率良く行うことのできる電子光学システム及び電子顕微鏡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】
【００１７】
本発明における電子光学システムは、試料側に配置された対物レンズと、その後段に配置された中間レンズ及び減速レンズと、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面に配置された回折絞りとを備え、減速レンズの後段側に、試料から発生した電子の回折像を結像する電子光学システムであって、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面の位置に回折レンズを設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明における電子顕微鏡は、試料に１次線を照射する手段と、１次線の照射により試料から発生した電子の回折像を結像する電子光学システムとを備える電子顕微鏡であって、当該電子光学システムが、試料側に配置された対物レンズと、その後段に配置された中間レンズ及び減速レンズと、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面に配置された回折絞りと、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面の位置に設けられた回折レンズとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、中間レンズと減速レンズとの間に位置する回折像面の位置に回折レンズが設けられている。
【００２０】
よって、試料を交換したときには、中間レンズのレンズ強度と回折レンズのレンズ強度を個別に調整すればよいので、上記回折像面と中間像面の位置修正を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明における実施の形態について説明する。図１は、本発明における電子光学システムを備えた低エネルギー反射電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【００２２】
同図において、電子銃（電子線源）１からは、１次線となる電子線３が加速されて放出される。当該電子線３は、照射レンズ系２によって集束され、ビームセパレータ４に入射する。このビームセパレータ４は、ウイーンフィルタの構成となっている。ビームセパレータ４に入射した電子線３は、ビームセパレータ４内において大きく偏向され、その軌道が垂直方向に沿った状態となり、試料５に向けて入射する。
【００２３】
試料５は、試料ステージ５ａに載置されている。そして、試料ステージ５ａには、リターディング電圧印加用電源５ｂによって負電位となるリターディング電圧が印加されている。これにより、試料５には、試料ステージ５ａを介して、リターディング電圧印加用電源５ｂにより当該リターディング用電圧が印加されることとなる。
【００２４】
また、試料５に対向する位置には対物レンズ７が配置されている。この対物レンズ７は、接地電位とされている。
【００２５】
よって、試料５には負電位となるリターディング用電圧が印加されているとともに、試料５に対向する対物レンズ７は接地電位とされているので、試料５と対物レンズ７との間には試料５に印加されるリターディング用電圧に起因するカソードレンズ５ｃが形成される。
【００２６】
従って、試料５に入射する電子線３は、当該カソードレンズ５ｃによって減速された状態で試料５に照射される。
【００２７】
このようにして電子線３が照射された試料５からは、反射電子６が発生する。この試料５から発生した反射電子６は、カソードレンズ５ｃによって加速され、対物レンズ７を介してビームセパレータ４に入射する。ビームセパレータ４に入射した反射電子６は、ビームセパレータ４内においては偏向作用を受けずに、そのまま直進して当該ビームセパレータ４を通過する。
【００２８】
ビームセパレータ４を通過した反射電子６は、中間レンズ８によって集束されて回折絞り９を通過する。その後、反射電子６は、視野制限絞り１２を通過した後、減速レンズ１０に入射する。減速レンズ１０によって、反射電子６は減速される。
【００２９】
ここで、対物レンズ７と中間レンズ８との間には、回折面２１が位置している。また、中間レンズ８と減速レンズ１０との間には、回折像面２２が位置している。この回折像面２２に、回折絞り１１が位置するように構成されている。
【００３０】
本発明の実施の形態においては、この回折絞り１１が配置される回折像面２２に、そのレンズ主面（後述の回折レンズ９のレンズ主面）が一致するように回折レンズ９が設けられている。この回折レンズ９の作用については後述する。
【００３１】
ここで、回折レンズ９の具体的構成について図２を参照して説明する。ここで、図２は、本発明における回折レンズ９の具体例を示すための垂直断面図である。
【００３２】
同図に示すように、回折レンズ９は、回折絞り１１を間に挟んで配置される２つの励磁コイル９ａ，９ｂを備えている。これら励磁コイル９ａ，９ｂは、ヨーク１００の内部に配置されている。また、回折絞り１１は、反射電子６が通過するための孔１１ｃが形成された絞り部１１ａと、当該絞り部１１ａを必要に応じて収納する本体部１１ｂとを有する。回折絞り１１の絞り部１１ａは、回折レンズ９を構成するヨーク１００における上側ポールピース９ｃと下側ポールピース９ｄとの間に位置するように配置されている。これにより、回折レンズ９の主面は、回折絞り１１が配置される位置に位置することとなり、図１における回折像面２２に位置することとなる。
【００３３】
なお、図２に示すように、中間レンズ８を構成する励磁コイル８ａ内部に備えるヨークと、回折レンズ９を構成するヨーク１００とを一体的に形成することもできる。
【００３４】
さらに図１を参照して説明すると、減速レンズ１０の後段側には、回折面２３が位置している。そして、減速レンズ１０の後段側には、アナライザ１３の入口部１３ａが位置しており、この回折面２３に、アナライザ１３の入口部１３ａが位置するように構成されている。ここで、反射電子６は、減速レンズ１０によって減速されるので、この減速された反射電子６は、当該入口部１３ａに入射されこととなる。なお、アナライザ１３は、エネルギーフィルタの構成となっている。
【００３５】
上記の構成において、試料５と対向するように試料側に配置された対物レンズ７と、その後段に配置された中間レンズ８及び減速レンズ１０と、中間レンズ８と減速レンズ１０との間に位置する回折像面２２に配置された回折絞り１１と、当該回折像面２２に位置する回折レンズ９と、回折絞り１１の後段側であって、回折レンズ９と減速レンズ１０との間に位置する視野制限絞り１２とにより、本発明における電子光学システム５０が構成されている。
【００３６】
当該電子光学システム５０においては、試料５から発生した反射電子６による各試料像（中間像を含む）３１〜３３は順次拡大されていくこととなる。そして、この電子光学システム５０の減速レンズ１０によって減速された反射電子６による回折像は、当該減速レンズ１０の後段側に位置するアナライザ１３の入口部１３ａに結像されることとなる。
【００３７】
アナライザ１３の入口部１３ａに、試料５からの反射電子６の回折像が結像されると、当該アナライザ１３により当該回折像のエネルギー選択像が形成される。このエネルギー選択像は、アナライザ１３の出口部１３ｂを通過し、投影レンズ系１４により撮像手段１５のスクリーン１５ａに投影される。撮像手段１５は、当該スクリーン１５ａに投影されたエネルギー選択像を撮像する。これにより撮像されたエネルギー選択像は、図示しない表示装置により表示されたり、必要に応じて図示しない記憶手段に像データとして記憶される。
【００３８】
以上の構成からなる電子光学システム５０を備える低エネルギー反射電子顕微鏡において、試料５が交換され、交換前の試料と高さの異なる試料５が試料ステージ５ａ上に配置される場合がある。このときにおいても、当該交換後の試料５には、上述したリタデーション電圧が印加されることとなる。この場合、当該交換後の試料５と対物レンズ７との距離が試料交換前に対して変わることとなるので、当該試料５と対物レンズ７とによって形成されるカソードレンズの強度も変わることとなる。
【００３９】
これにより、電子光学システム５０内における反射電子６による像面が変動しても、以下の手順によって回折像面２２と中間像面３３の位置を修正する。
【００４０】
まず、中間レンズ８のレンズ強度を調整して、回折像面２２が回折レンズ９の主面に位置するように当該回折像面２２の位置を修正する。
【００４１】
次に、回折レンズ９のレンズ強度を調整して、中間像面３３が視野制限絞り１２の位置に位置するように当該中間像面３３の位置を修正する。この場合、回折レンズ９のレンズ強度を調整して変化しても、後段側の回折面２３の位置は、アナライザ１３の入口部１３ａの位置から変動することはない。
【００４２】
このように本発明においては、中間レンズ８と減速レンズ１０との間に位置する回折像面２２の位置に回折レンズ９が設けられている。よって、試料５を交換したときには、中間レンズ８のレンズ強度と回折レンズ１０のレンズ強度を個別に調整すればよいので、回折像面２２と中間像面３３の位置修正を効率良く行うことができる。
【００４３】
なお、上述の例においては、１次線として電子線を用いる例であったが、これに限定されるものではない、上記例の他に、Ｘ線源を配置して、当該Ｘ線源から放出されるＸ線を１次線として用いるようにしてもよい。この場合には、上記電子顕微鏡は、光電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）として使用されることとなる。
【００４４】
さらに、上述の例においては、電子光学システム５０を低エネルギー反射電子顕微鏡に設けた例であったが、これに限定されるものではない。上記例の他に、透過形電子顕微鏡の結像系に当該電子光学システム５０を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明における電子光学システムを備えた低エネルギー反射電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【図２】本発明における回折レンズの具体例を示すための垂直断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…電子銃（電子線源）、２…照射レンズ系、３…電子線（１次線）、４…ビームセパレータ、５…試料、６…反射電子（電子）、７…対物レンズ、８…中間レンズ、９…回折レンズ、１０…減速レンズ、１１…回折絞り、１２…視野制限絞り、１３…アナライザ、１４…投影レンズ系、１５…撮像手段、２１…回折面、２２…回折像面、２３…回折面、３３…中間像面、５０…電子光学システム
【図１】
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【図２】
2005310512.tif 000004