(57)【要約】【課題】Ｘ線および光を検出する荷電粒子ビーム・カラム内の透過性レンズを提供すること。【解決手段】最終レンズは、ＥＤＳ画像化および分析のためにＸ線に関して透過性である要素、または陰極ルミネセンス（ＣＬ）画像化および分析のために光に関して透過性である要素を含むことができる。複合ＥＤＳおよびＣＬ画像化と分析のためにＸ線と光の両方に関して透過性である要素を含むように、この最終レンズを構築し配置することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム・システム内で使用する静電レンズであって、
光軸を画定するように互いに間隔を置いて配置された複数の集束要素であり、前記光軸に沿って荷電粒子ビームが前記レンズを通り抜けて、前記レンズのすぐ近くに前記レンズに隣接して配置された試料上へ進み、それによって前記試料からの発散が前記レンズ内へ放射され、少なくとも１つの前記要素が前記発散に関して透過性である、複数の集束要素と、
前記発散を検出する少なくとも１つの検出器と
を備える静電レンズ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である材料から作られた、請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの集束要素が、原子番号の小さい材料から作られた、請求項１または２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記原子番号の小さい材料がベリリウムである、請求項３に記載のレンズ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの集束要素が中実のプレートとして作られた、請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの集束要素が、対向する表面を有する中空のプレートとして形成された、請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの集束要素が薄いシートとして形成された、請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの集束要素が、光に関して透過性である材料から形成された、請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの集束要素が中実のプレートとして形成された、請求項８に記載のレンズ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である第１の部分と光に関して透過性である第２の部分とを含む複合要素として形成された、請求項１から９のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項１１】
前記第１の部分が、原子番号の小さい材料から形成され、前記第２の部分がガラスから形成された、請求項１０に記載のレンズ。
【請求項１２】
前記第１の部分と前記第２の部分がともに中実のプレートとして構築された、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１３】
前記第２の部分が中実のプレートとして構築され、前記第１の部分が、対向する表面を有する中空のプレートとして構築された、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１４】
前記第２の部分が中実のプレートとして構築され、前記第１の部分が薄いシートとして構築された、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１５】
荷電粒子ビームによる衝突によって試料から放射された発散を検出する方法であって、
試料のすぐ近くに前記試料に隣接して配置するための静電レンズを提供することであり、荷電粒子ビームが前記静電レンズを通り抜けて前記試料に衝突し、それによって前記試料から発散が放射されて前記レンズに入ることと、
前記ビームを前記試料上で集束させるために前記レンズ内に配置された少なくとも１つの集束要素を提供することであり、前記集束要素のうちの少なくとも１つの集束要素が前記発散に関して透過性であることと、
前記発散を検出する少なくとも１つの検出器を提供することと
を含む方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である材料から作られた、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの集束要素が、原子番号の小さい材料から作られた、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記材料がベリリウムである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの集束要素が光透過性材料から作られた、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記光透過性材料がガラスである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である第１の部分と光に関して透過性である第２の部分とを含む複合要素として形成された、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の部分が、原子番号の小さい材料でできており、前記第２の部分がガラスでできている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記原子番号の小さい材料がベリリウムである、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の観察に使用する荷電粒子ビーム・カラムに関し、より詳細には、レンズを含むシステムであって、レンズの一部分が、画像化および／または分析に使用する放出（ｅｍｉｓｓｉｏｎ）に対して透過性であるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡法の分野では、全体にあまりに小さくて肉眼では見えない物体、特徴部分または構成要素の拡大された画像を生成するさまざまなタイプの光学デバイスがよく知られている。このようなデバイスには例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などが含まれる。試料の画像化は通常、画像化ビームによる試料の照射によって生じた試料からの発散（ｅｍａｎａｔｉｏｎ）または出力放射（ｏｕｔｐｕｔ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を検出することによって達成される。このような発散には例えば、２次電子、後方散乱電子、Ｘ線、光（可視光および近ＩＲ、近ＵＶなどの近可視光）およびこれらの任意の組合せが含まれる。これらの画像化デバイスは、ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）、アブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）などにより材料を除去することによってまたは付着などにより材料を付加することによって試料を改変する機械加工機能を有する追加のツールを備える「デュアル・ビーム」システムの一部であることがある。例えば、このようなデュアル・ビーム・システムは、機械加工のための集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）と、画像化のための電子顕微鏡とを含むことがある。
【０００３】
典型的なデュアル・ビーム・システムでは、試料からの発散を集め検出して画像化するためのさまざまな検出器または他のさまざまな付属品に十分な空間を提供し、同時に分解能を向上させ、良好な光学特性を得るために、それぞれのデバイスまたはカラムが、可能な限り試料の近くに配置される。しかしながら、空間は通常、ビームが試料に衝突する点の近くに限定される。空間が限定されるため、両方のカラムの端部をできるだけ試料の近くに配置することができるように、それぞれのカラムは一般に、両方のカラムの端部が当接することを可能にする円錐形の端部を有するように形成される。この空間内に両方のカラムを収めるためには、通常は１３〜１６ｍｍの間である試料からの作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）だけ隔ててそれぞれのカラムの端部を配置する必要がある。このような作動距離には、２次電子検出器、後方散乱電子検出器、Ｘ線検出器などのさまざまな付属品に空間を提供するという利点がある。しかしながら、このような作動距離は光学特性を悪化させ、その結果、最適ではない画像化に帰着する。
【０００４】
このようなデュアル・ビーム・システムの一例が、Ｒａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｃｏａｘｉａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｗｉｔｈ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ」という名称の米国特許第６，３７３，０７０号明細書に示され、記述されている。ビーム・システム１０は、集束イオン・ビーム・カラム１２と、試験体１６を観察するための光学顕微鏡カラム１４とを含む。２つのカラム１２と１４の間の関係は図２Ａに最もよく示されている。システム１０は鏡筒３２を含み、鏡筒３２は、カメラ４０、照射システム４２およびレンズ・アセンブリ４４を支持する。観察および／または画像化のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）７０ａおよび７０ｂが試験体１６を照らし、ミラー・アセンブリ５６が、試験体１６からの光を集め、その光をレンズ・アセンブリ４４内へ反射させる。試験体１６の上方の小空間内に収容するためカラム１２と１４が当接関係に置かれるように、それぞれのカラム１２および１４の端部は、円錐形に形成されていることが分かる。この配置は、カラム１２および１４のそれぞれの端部、ならびにミラー・アセンブリ５６、ダイオード７０ａ、７０ｂなどの追加の付属品を配置するための空間の提供を可能にするため、試験体１６から発散の十分な検出を提供する。しかしながら、このような空間を提供するためには、試験体１６との間に、試験体１６の画像の光学的品質を劣化させる比較的に大きな作動距離を置いてカラム１２および１４を配置する必要がある。
【０００５】
試料と光学カラムの間の作動距離がより小さくてすむ、より小さなスポット・サイズで機能することができるデバイスを使用すると、改良された光学的品質を得ることができる。これは、標準光学カラムを単独で使用することによって達成することができるが、デュアル・ビーム・システムまたは多ビーム・システムを使用したいときには達成が難しい。多カラム・システムでより小さな作動距離を達成する１つの方法は、より小さな光学カラムを使用する方法である。いくつかのカラムは、典型的なカラムよりも小さく製造され、可能な限り小さく構築されている。より小さなカラムまたは「ミニ」カラムは、より経済的に製造することができる利点、およびより小さな空間ですむという利点をもたらす。同時発生的な複数のビームに関する要件がなく、小さな空間にカラムを一緒に詰め込む必要がないため、ミニ・カラムは、単独で、または多カラム・システムの一部として使用することができる。したがって、典型的なビーム・カラムよりも試料にはるかに近い位置にそれぞれのカラムの端部を配置することができ、これによってはるかに小さな作動距離が可能になり、はるかに小さな作動距離は、試料位置におけるより小さなスポット・サイズを可能にし、より小さなスポット・サイズは、より良好な光学特性を提供する。しかしながら、独立型のカラムを使用するのかまたは多カラム・システムを使用するのかに関わらず、試料からの発散が投射される角度および検出器に対する空間の不足のため、小さな作動距離は、試料からの発散の検出をより困難にする。
【０００６】
静電最終レンズを使用する典型的な荷電粒子光学カラムは、最終レンズ内に、１次ビームがその中を通して投射される１つまたは複数の電極を含む。これらの電極は、１次ビームを制御し、１次ビームを試料上へ集束させる。２次電子または後方散乱電子を検出することによって画像を形成したいときには、試料からの電子をレンズを通して引き上げるように電極がバイアスされたスルー・ザ・レンズ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｅ−ｌｅｎｓ）（ＴＴＬ）検出システムを使用することができる。それらの電子は次いで、レンズ内に配置されたチャンネル・プレート電子増倍器（ｃｈａｎｎｅｌ  ｐｌａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）などの要素によって検出される。しかしながら、試料からのＸ線または反射光を使用して画像を形成したいときに現行のＴＴＬ検出器は役立たない。この場合には、レンズ内の電極がＸ線および光を遮断するからである。
【０００７】
試料からの小さな作動距離で使用することができ、同時に、Ｘ線および／または光などの放出を集めて検出および画像化することを可能にする荷電粒子光学カラムが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，３７３，０７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、Ｘ線、光などの試料からの放出を検出することができ、同時に、試料から最終レンズまでの小さな作動距離を提供する荷電粒子ビーム・システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、その最終レンズの少なくとも一部分が、検出すべき放出に対して透過性である光学カラムを提供する。例えば、この最終レンズは、検出のために、Ｘ線に関してのみ透過性である１つもしくは複数の要素、光に関してのみ透過性である１つもしくは複数の要素、またはＸ線と光の両方に関して透過性である１つもしくは複数の要素を含むことができる。
【００１１】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり大まかに概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の目的と同じ目的を達成するために他の構造体を変更しまたは設計するためのベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、そのような等価の構造体は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１２】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】小角度のＸ線を検出するための荷電粒子ビーム・カラム内の本発明に基づく透過性レンズの関連部分の略図である。
【図２】小角度のＸ線を検出するための透過性レンズの他の実施形態を示す図である。
【図３】小角度のＸ線を検出するための透過性レンズの他の実施形態を示す図である。
【図４】より大きな角度で放射されたＸ線を検出するための本発明の一実施形態を示す図である。
【図５】より大きな角度で放射されたＸ線を検出するための本発明の他の実施形態を示す図である。
【図６】より大きな角度で放射されたＸ線を検出するための本発明の他の実施形態を示す図である。
【図７】光を検出するための本発明の一実施形態を示す図である。
【図８】光を検出するための本発明の他の実施形態を示す図である。
【図９】小角度のＸ線と光の両方を検出するための透過性レンズの一実施形態を示す図である。
【図１０】小角度のＸ線および光を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図１１】小角度のＸ線および光を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図１２】小角度の光およびより大きな角度のＸ線を検出するための透過性レンズの一実施形態を示す図である。
【図１３】小角度の光およびより大きな角度のＸ線を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図１４】小角度の光およびより大きな角度のＸ線を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図１５】小角度のＸ線およびより大きな角度の光を検出するための透過性レンズの一実施形態を示す図である。
【図１６】小角度のＸ線およびより大きな角度の光を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図１７】小角度のＸ線およびより大きな角度の光を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図１８】より大きな角度のＸ線と光の両方を検出するための透過性レンズの一実施形態を示す図である。
【図１９】より大きな角度のＸ線と光の両方を検出するための他の実施形態を示す図である。
【図２０】より大きな角度のＸ線と光の両方を検出するための他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、光発散および／またはＸ線発散などの試料からの放出を、画像化および分析で使用する検出器に提供するために一部分が透過性であるレンズが提供される。「透過性である」とは、画像化または分析に役立つ信号を提供するのに十分な量の放射がその材料を通り抜けることを意味する。試料からの信号が強いほど、また、検出器の感度がよいほど、透過時に許容することができる損失は大きくなる。透過性材料は、放射に対して完全に透明である必要は必ずしもなく、信号をある程度減衰させるものでもよい。以下では、「光」を、可視光および近ＩＲ、近ＵＶなどの近可視光と定義する。本発明の実施形態は、高いスループットおよび小さな作動距離を有する荷電粒子ビーム・カラムで特に有用である。
【００１５】
典型的な荷電粒子カラムでは、１次ビームが、さまざまな電極およびレンズを通過する経路に沿って進み、その後に最終レンズを通り抜けて、画像化および分析の対象である試料に衝突する。１次ビームが試料に衝突すると、Ｘ線、光などのさまざまな発散が試料から放射される。いくつかの用途では、エネルギー分散型分光法（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）（ＥＤＳまたはＥＤＡＸ）と呼ばれるプロセスにおいて、試料から放出されたＸ線を使用して、画像化情報および／または分析情報を取得することが望ましい。他の用途では、陰極ルミネセンス（ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）（ＣＬ）などにおいて、試料から放出された光を使用して、画像化情報および／または分析情報を取得することが望ましい。他の用途では、試料から放出されたＸ線と光の両方を使用して、画像化情報および／または分析情報を取得することが望ましい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、荷電粒子光学カラムが複数の電極を含む静電最終レンズを含み、この静電最終レンズでは、少なくとも最終電極が、小さな作動距離を隔てて最終レンズの下方に配置された試料からのＸ線を透過させる原子番号の小さい材料からなる。さらに、このレンズ内の追加の電極を、Ｘ線を透過させる原子番号の小さい材料で構成することもできる。いくつかの実施形態では、電極のビーム衝突点と検出器の間の部分が透過性である限りにおいて、その電極の全体ではなく一部分だけが透過性である。
【００１７】
いくつかの実施形態では、荷電粒子光学カラムが複数の電極を含む静電最終レンズを含み、この静電最終レンズでは、最終電極の少なくとも一部が、小さな作動距離を隔てて最終レンズの下方に配置された試料からの可視光または近可視（近ＵＶ、近ＩＲ）光を透過させる材料からなる。さらに、レンズ内の追加の電極またはそれらの電極の部分を、試料からの光を透過させる材料で構成することもできる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、荷電粒子光学カラムが静電最終レンズを有し、この静電最終レンズでは、最終電極の第１の部分がＸ線を透過させる材料からなり、最終電極の第２の部分が、可視光または近可視（近ＵＶ、近ＩＲ）光を透過させる材料からなる。
【００１９】
本発明の他の態様では、Ｘ線もしくは光またはＸ線と光の両方を検出する検出器が提供される。検出器は、カラムの側部の試料の近くに、概ね１次ビームと試料表面の交点の方に向けて配置することができる。光軸を囲む１つ、２つ、３つ、４つまたはそれよりも多くの検出器を配置することができる。最終レンズ内の最終電極の一部が、検出器と試料の間の見通し線にかかることがある。透過性の最終レンズ要素を提供することにより、試料のより近くに最終レンズ要素を配置することができ、それによって作動距離を短くし、同時に、１つまたは複数の検出器に放出が到達することを可能にすることができる。透過性の要素を提供することにより、試料から検出器までの見通し線が最終レンズ要素の下に延在する必要がなくなるため、試料および検出器の間の仰角を大きくすることができる。さらに、検出器の取り込み角（ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ  ａｎｇｌｅ）を大きくすることができる。検出器に入射する試料からの放出を規定する取り込み円錐はレンズ要素の透過性部分を通ることができ、これによってより大きな仰角およびより大きな取り込み角が可能になる。
【００２０】
図１〜６は、ＥＤＳ画像化および分析用の本発明の実施形態を示す。図１は、本発明に基づく荷電粒子ビーム・カラムの関連部分を示す。本発明に関連しないものである限り、荷電粒子源、および荷電粒子カラムの部分を形成し１次ビームを加速させ制御する役目を果たすその他の要素は一切示していない。図１に示されているとおり、電極１０２、１０４および１０６が最終静電レンズ１０８を構成する。ビーム１１０は、最終静電レンズ１０８を通り抜けて試料１１２に衝突する。レンズ１０８は、試料１１２から約１ｍｍ以内のところに配置することができる。この小さな作動距離は、試料位置においてより小さなスポット・サイズを達成することを可能にし、より小さなスポット・サイズは、より良好な光学特性を提供する。電極１０２、１０４および１０６は、電極１０２、１０４および１０６を通り抜け試料１１２へ向かう光路に沿って１次ビーム１１０が進んでいるときに１次ビーム１１０を集束させる集束電場を発生させるための要件を満たすように、公知の従来の方式で形づくられている。ビーム１１０が試料１１２に衝突すると、試料１１２からＸ線１１４が放出される。Ｘ線は一般に、放射点から等方的に、すなわち放射点から全ての方向に均一に放射される。レンズ１０８内へ放射されたＸ線は、Ｘ線に関して透過性となるように構築された１つまたは複数の電極を透過する。Ｘ線に関して透過性であるレンズ１０８内のそれらの電極は、Ｘ線を検出するために、最少のＸ線吸収量および最大のＸ線透過量を可能にする材料から、最少のＸ線吸収量および最大のＸ線透過量を可能にする構成で構築される。これらの透過性電極は、Ｘ線に関して透過性となるように、原子番号の小さい材料から形成されることが好ましい。好ましい材料はベリリウムだが、本発明は他の材料も企図する。試料１１２から放射されてレンズ１０８に入ったＸ線は、１つまたは複数の電極を透過し、Ｘ線検出器１１６および１１８によって検出される。２つのＸ線検出器１１６および１１８だけが示されているが、任意の数の検出器を使用し、それらを所望の任意の位置に配置して、試料から放出されたＸ線を検出することができる。画像化および分析用のデバイス（図示せず）に検出器１１６および１１８を接続することができる。
【００２１】
Ｘ線が材料を透過するときには一般に、その材料内をＸ線が進む単位長さごとに、ある量のＸ線が吸収される。したがって、用途に応じた最適なＸ線透過を可能にするため、レンズ１０８内の透過性電極をさまざまな構成で形成することができる。図１の実施形態では、電極１０２が中実のプレートであり、このプレートは、試料１１２からより小さな角度で放射されたＸ線１１４が重大な減衰なしに電極１０２を透過してＸ線検出器１１６および１１８によって検出されるような透過性材料から作られている。図２は、図１に示した実施形態に似た実施形態を示す。この実施形態では、電極２０２、２０４および２０６が最終静電レンズ２０８を構成する。ビーム２１０は、最終静電レンズ２０８を通り抜けて試料２１２に衝突する。試料２１２からＸ線２１４が放射され、このＸ線は、電極２０２を透過し、Ｘ線検出器２１６および２１８によって検出される。この実施形態では、電極２０２が、Ｘ線透過性材料の薄いシートから作られた上面２０２ａおよび下面２０２ｂを有する中空のプレートとして形成されている。所望ならば、上面２０２ａと下面２０２ｂとを接続するリブ（ｒｉｂ）（図示せず）を提供して強度を追加することもできる。図３は、図１に示した実施形態に似た実施形態を示す。この実施形態では、電極３０２、３０４および３０６が最終静電レンズ３０８を構成する。ビーム３１０は、最終静電レンズ３０８を通り抜けて試料３１２に衝突する。試料３１２からＸ線３１４が放射され、このＸ線は、電極３０２を透過し、Ｘ線検出器３１６および３１８によって検出される。この実施形態では、電極３０２が、Ｘ線透過性材料の単一の薄いシートとして形成されている。所望ならば、電極３０２の電極３０４から遠い方の面にリブ（図示せず）を取り付けて強度を追加することもできる。
【００２２】
図４〜６は、図１〜３に示された角度よりも大きな角度で試料から放射されたＸ線を検出する実施形態を示す。図４は、電極４０２、４０４および４０６が最終静電レンズ４０８を構成する実施形態を示す。ビーム４１０は、最終静電レンズ４０８を通り抜けて試料４１２に衝突する。試料４１２からＸ線４１４が放射され、このＸ線は、電極４０２と４０４の両方を透過する。この実施形態では、電極４０２および４０４がともに、Ｘ線透過性材料から作られた中実のプレートとして形成されている。この角度で放射されたＸ線４１４を検出するために、試料４１４から軸方向に離れた位置に検出器４１６および４１８が配置されている。図５の実施形態では、電極５０２、５０４および５０６が最終静電レンズ５０８を構成する。ビーム５１０は、最終静電レンズ５０８を通り抜けて試料５１２に衝突する。試料５１２からＸ線５１４が放射され、このＸ線は、電極５０２と５０４の両方を透過し、Ｘ線検出器５１６および５１８によって検出される。この実施形態では、電極５０２および５０４がともに、Ｘ線透過性材料の薄いシートから作られた上面５０２ａ、５０４ａおよび下面５０２ｂ、５０４ｂをそれぞれが有する中空のプレートとして形成されている。所望ならば、電極５０２の上面５０２ａと下面５０２ｂおよび／または電極５０４の上面５０４ａと下面５０４ｂをリブ（図示せず）によって接続して、強度を追加することもできる。図６の実施形態では、電極６０２、６０４および６０６が最終静電レンズ６０８を構成する。ビーム６１０は、最終静電レンズ６０８を通り抜けて試料６１２に衝突する。試料６１２からＸ線６１４が放射され、このＸ線は、電極６０２と６０４の両方を透過し、Ｘ線検出器６１６および６１８によって検出される。この実施形態では、電極６０４が、Ｘ線透過性材料の薄いシートから作られた上面６０４ａおよび下面６０４ｂを有する中空のプレートとして形成されており、電極６０２が、Ｘ線透過性材料の単一の薄いシートとして形成されている。所望ならば、電極６０４の上面６０４ａと下面６０４ｂをリブ（図示せず）によって接続して強度を与えることもできる。さらに、電極６０２の電極６０４から遠い方の面にリブ（図示せず）を取り付けて強度を与えることもできる。
【００２３】
Ｘ線透過性電極の形態、すなわち中実のプレートとするのか、中空のプレートとするのか、または薄いシートとするのかは、用途およびＸ線が減衰する（材料に吸収される、または散乱する）比率によって決定することができる。一般に、より高いパーセンテージのＸ線が材料を透過して検出されるように、減衰するＸ線のパーセンテージは小さいほど望ましい。下の表は、Ｘ線透過のパーセンテージを、０．１ｍｍから６．０ｍｍまでの厚さの材料および１．０ｋｅＶから５０．０ｋｅＶまでのさまざまなＸ線エネルギー・レベルについて示す。透過は、材料の厚さだけでなく、Ｘ線が放射される角度にも左右される。例えば、図２を参照すると、電極２０２の上面２０２ａおよび下面２０２ｂの厚さがそれぞれ０．１ｍｍであり、ビーム軸に対して６０°の角度でＸ線が放射される場合、材料内のＸ線経路の長さは下式によって決定される。
【００２４】
【数１】
2016025082.tif 000003
【００２５】
この式によれば材料内の経路長は０．４ｍｍである。下表から、４．０ｋｅＶでの予想されるＸ線透過は５２．６２％であることが分かる。別の例として図３を参照する。薄いシートの電極３０２の厚さが０．１ｍｍであり、ビーム軸に対して６０°でＸ線が放射される場合、上式を使用すると経路長は０．２ｍｍである。したがって、エネルギーがより小さい２．０ｋｅＶのＸ線の予想される透過は６．３３％であり、一方、エネルギーがより大きい４．０ｋｅＶのＸ線の予想される透過は７２．５４％である。必要な最小透過は用途によって異なる。例えば、試料からの信号が大きいほど、また、検出器の感度がよいほど、より大きな減衰を許容することができる。例えば、試料からの信号は、電子ビーム電流と、検出すべきタイプの放出、例えば特定のＸ線を放出する試料の、それぞれの電子が試料に当たる確率とに依存する。したがって、電子電流が大きい場合にはより小さな透過が許容されるが、大きな電子電流は、低い分解能を有するより大きなビームを意味する。したがって、必要な透過は大幅に変動しうる。いくつかの実施形態では、レンズ要素の透過が９０％超、８０％超、６０％超、４０％超、２０％超または１０％超である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図７および８は、陰極ルミネセンス（ＣＬ）画像化および分析用の実施形態を示す。図７の実施形態では、電極７０２、７０４および７０６が最終静電レンズ７０８を構成する。ビーム７１０は、最終静電レンズ７０８を通り抜けて試料７１２に衝突する。試料７１２から光７１４が放出され、この光は、電極７０２を透過して光検出器７１６および７１８によって検出される。この実施形態では、電極７０２が、光に関して透過性の材料から構築された中実のプレートとして形成されている。光透過を可能にする好ましい材料はガラスである。しかしながら、本発明は他の材料も企図する。電極７０２の電気伝導性を高めるために、インジウムスズ酸化物などの電気伝導性コーティングを電極７０２の外面に塗布することができる。所望ならば、できるだけ多くの光が電極７０４を透過することを可能にするために、電極７０４の表面に無反射コーティングを塗布することもできる。図８では、電極８０２、８０４および８０６が最終静電レンズ８０８を構成する。ビーム８１０は、最終静電レンズ８０８を通り抜けて試料８１２に衝突する。光８１４は、図７に示された角度よりも大きな角度で試料８１２から放出されている。この実施形態では、光８１４が、電極８０２と８０４の両方を透過して光検出器８１６および８１８によって検出される。電極８０２と８０４はともに、光透過性材料から作られた中実のプレートとして構築されており、これらの電極は、電気伝導性を高めるためのインジウムスズ酸化物コーティング、ならびに／またはできるだけ多くの光が透過することを可能にするために電極８０２および８０４の表面に塗布された無反射コーティングを含むことができる。
【００２８】
図９〜２０は、複合ＥＤＳ／ＣＬ画像化および分析用の本発明のさまざまな実施形態を示す。図９〜１１は、試料からより小さな角度で放射された光およびＸ線を検出する実施形態を示す。図９は、電極９０２、９０４および９０６が最終静電レンズ９０８を構成する実施形態を示す。ビーム９１０は、最終静電レンズ９０８を通り抜けて試料９１２に衝突する。この実施形態では、電極９０２が、一方の部分９０２ａが中実の光透過性材料から作られた複合プレートであり、もう一方の部分９０２ｂが中実のＸ線透過性材料からなる。光９１４は、電極９０２の部分９０２ａを透過して光検出器９１６によって検出され、一方、Ｘ線９１５は、電極９０２の部分９０２ｂを透過してＸ線検出器９１８によって検出される。光透過性部分９０２ａは、電極の電気伝導性を高めるために電極９０２の外面に塗布されたインジウムスズ酸化物または他の材料コーティングを含むことができる。さらに、電極９０２の表面に無反射コーティングを塗布することもできる。図１０は、電極１００２、１００４および１００６が最終静電レンズ１００８を構成する実施形態を示す。ビーム１０１０は、最終静電レンズ１００８を通り抜けて試料１０１２に衝突し、その結果、光１０１４が電極１００２を透過し、光検出器１０１６によって検出され、一方、Ｘ線１０１５が電極１００２を透過し、Ｘ線検出器１０１８によって検出される。この実施形態では、電極１００２が、図９の電極９０２の部分９０２ａと同様に形成された一方の部分１００２ａが中実の光透過性材料から作られた複合プレートである。この実施形態では、電極１００２の部分１００２ｂが、Ｘ線透過性材料から形成された上面１００２ｃおよび下面１００２ｄを有する中空のプレートとして形成されている。上面１００２ｃと下面１００２ｄの間にリブ（図示せず）を追加して強度を与えることができる。図１１は、電極１１０２、１１０４および１１０６が最終静電レンズ１１０８を構成する実施形態を示す。ビーム１１１０は、最終静電レンズ１１０８を通り抜けて試料１１１２に衝突し、その結果、光１１１４が電極１１０２を透過し、光検出器１１１６によって検出され、一方、Ｘ線１１１５が電極１１０２を透過し、Ｘ線検出器１１１８によって検出される。電極１１０２は、電極１１０２の部分１１０２ｂがＸ線透過性材料の単一の薄いシートとして形成されていることを除き、図１０に示されたものと同様である。所望ならば、部分１１０２ｂの試料１１１２に面した表面にリブ（図示せず）を追加して強度を追加することができる。
【００２９】
図１２〜１４は、より小さな角度で放射された光およびより大きな角度で放射されたＸ線を検出する実施形態を示す。図１２は、電極１２０２、１２０４および１２０６が最終静電レンズ１２０８を構成する実施形態を示す。ビーム１２１０は、最終静電レンズ１２０８を通り抜けて試料１２１２に衝突する。この実施形態では、図９に示し説明した電極９０２と同様に、電極１２０２が、一方の部分１２０２ａが中実の光透過性材料から作られた複合プレートであり、もう一方の部分１２０２ｂが中実のＸ線透過性材料からなる。電極１２０４は、Ｘ線透過性材料からなる中実のプレートとして形成されている。光１２１４は、電極１２０２の部分１２０２ａを透過して光検出器１２１６によって検出され、一方、Ｘ線１２１５は、電極１２０２の部分１２０２ｂおよび電極１２０４を透過してＸ線検出器１２１８によって検出される。図１３は、電極１３０２、１３０４および１３０６が最終静電レンズ１３０８を構成する実施形態を示す。ビーム１３１０は、最終静電レンズ１３０８を通り抜けて試料１３１２に衝突する。この実施形態では、図１０に示し説明した電極１００２と同様に、電極１３０２が、一方の部分１３０２ａが中実の光透過性材料から作られた複合材であり、もう一方の部分１３０２ｂが、Ｘ線透過性材料でできた上面１３０２ｃおよび下面１３０２ｄを有する中空のプレートでできている。電極１３０４も複合材であり、一方の部分１３０４ａが所望の任意の材料でできている。任意の材料でよいのは、電極１３０４のこの部分を光もＸ線も透過していないからである。もう一方の部分１３０４ｂは、Ｘ線透過性材料でできた上面１３０４ｃおよび下面１３０４ｄを有する、図５に示し説明した電極５０４と同様に構築された中空のプレートである。光１３１４は電極１３０２を透過し、光検出器１３１６によって検出され、一方、Ｘ線１３１５は、電極１３０２および１３０４を透過してＸ線検出器１３１８によって検出される。図１４は、図１３に示された実施形態に似た実施形態を示す。この実施形態では、電極１４０２、１４０４および１４０６が最終静電レンズ１４０８を構成する。ビーム１４１０は、最終静電レンズ１４０８を通り抜けて試料１４１２に衝突する。電極１４０２および１４０４は、電極１４０２の部分１４０２ｂが、図１１に示し説明した電極１１０２の部分１１０２ｂと同様にＸ線透過性材料の単一の薄いシートから形成されていることを除き、図１３に示し説明した電極１３０２および１３０４と同様である。光１４１４は電極１４０２を透過し、光検出器１４１６によって検出され、一方、Ｘ線１４１５は、電極１４０２と１４０４の両方を透過してＸ線検出器１４１８によって検出される。
【００３０】
図１５〜１８は、より大きな角度で放射された光およびより小さな角度で放射されたＸ線を検出する実施形態を示す。図１５は、電極１５０２、１５０４および１５０６が最終静電レンズ１５０８を構成する実施形態を示す。ビーム１５１０は、最終静電レンズ１５０８を通り抜けて試料１５１２に衝突する。この実施形態では、電極１５０２が、一方の部分１５０２ａが中実の光透過性材料から作られた複合プレートであり、もう一方の部分１５０２ｂが中実のＸ線透過性材料からなる。電極１５０４は、光透過性材料からなる中実のプレートとして形成されている。電気伝導性を高めるために、インジウムスズ酸化物などの電気伝導性コーティングを、電極１５０４の外面および電極１５０２の部分１５０２ａに塗布することができる。できるだけ多くの光が透過することを可能にするために、電極１５０４の表面および電極１５０２の部分１５０２ａに無反射コーティングを塗布することもできる。光１５１４は、電極１５０２の部分１５０２ａおよび電極１５０４を透過して光検出器１５１６によって検出され、一方、Ｘ線１５１５は、電極１５０２の部分１５０２ｂを透過してＸ線検出器１５１８によって検出される。図１６は、図１５に示された実施形態に似た実施形態を示す。この実施形態では、電極１６０２、１６０４および１６０６が最終静電レンズ１６０８を構成する。ビーム１６１０は、最終静電レンズ１６０８を通り抜けて試料１６１２に衝突する。電極１６０４は、図１５に関して示し上で説明した電極１５０４と同様に光透過性材料からなる中実のプレートとして形成されている。図１３に関して示し説明した電極１３０２と同様に、電極１６０２は、一方の部分１６０２ａが中実の光透過性材料から作られた複合材であり、もう一方の部分１６０２ｂが、Ｘ線透過性材料でできた上面１６０２ｃおよび下面１６０２ｄを有する中空のプレートでできている。光１６１４は、電極１６０２の部分１６０２ａおよび電極１６０４を透過して光検出器１６１６によって検出され、一方、Ｘ線１６１５は、電極１６０２の部分１６０２ｂを透過してＸ線検出器１６１８によって検出される。図１７は、図１５に示された実施形態に似た実施形態を示す。この実施形態では、電極１７０２、１７０４および１７０６が最終静電レンズ１７０８を構成する。ビーム１７１０は、最終静電レンズ１７０８を通り抜けて試料１７１２に衝突する。電極１７０４は、図１５に関して示し上で説明した電極１５０４と同様に光透過性材料からなる中実のプレートとして形成されている。図１４に関して示し説明した電極１４０２と同様に、電極１７０２は、一方の部分１７０２ａが中実の光透過性材料から作られた複合材であり、もう一方の部分１７０２ｂが、Ｘ線透過性材料の単一の薄いシートとして形成されている。光１７１４は、電極１７０２の部分１７０２ａおよび電極１７０４を透過して光検出器１７１６によって検出され、一方、Ｘ線１７１５は、電極１７０２の部分１７０２ｂを透過してＸ線検出器１７１８によって検出される。
【００３１】
図１８〜２０は、試料からより大きな角度で放射された光とＸ線の両方を検出する実施形態を示す。図１８は、電極１８０２、１８０４および１８０６が最終静電レンズ１８０８を構成する実施形態を示す。ビーム１８１０は、最終静電レンズ１８０８を通り抜けて試料１８１２に衝突する。この実施形態では、電極１８０２および１８０４がともに、それぞれの部分１８０２ａおよび１８０４ａが中実の光透過性材料から作られた複合プレートとして形成されており、一方、部分１８０２ｂおよび１８０４ｂが中実のＸ線透過性材料でできている。この光透過性材料およびＸ線透過性材料は、上に記載した実施形態で論じた材料と同種の材料である。光１８１４は、電極１８０２の部分１８０２ａおよび電極１８０４の部分１８０４ａを透過して光検出器１８１６によって検出され、一方、Ｘ線１８１５は、電極１８０２の部分１８０２ｂおよび電極１８０４の部分１８０４ｂを透過してＸ線検出器１８１８によって検出される。図１９は、電極１９０２、１９０４および１９０６が最終静電レンズ１９０８を構成する実施形態を示す。ビーム１９１０は、最終静電レンズ１９０８を通り抜けて試料１９１２に衝突する。電極１９０２および１９０４は、それぞれの部分１９０２ａおよび１９０４ａが中実の光透過性材料から作られた、図１８で説明した電極１８０２および１８０４に似た複合材である。しかしながら、電極１９０２の部分１９０２ｂおよび電極１９０４の１９０４ｂは、Ｘ線透過性材料の薄いシートから作られた上面１９０２ｃ、１９０４ｃおよび下面１９０２ｄ、１９０４ｄを有する中空のプレートでできている。部分１９０２ｂおよび１９０４ｂはともに、図１３に関して示し説明した電極１３０２の部分１３０２ｂと同様に構築されている。光１９１４は、電極１９０２の部分１９０２ａおよび電極１９０４の部分１９０４ａを透過して光検出器１９１６によって検出される。Ｘ線１９１５は、電極１９０２の部分１９０２ｂおよび電極１９０４の部分１９０４ｂを透過してＸ線検出器１９１８によって検出される。図２０は、電極２００２、２００４および２００６が最終静電レンズ２００８を構成する実施形態を示す。ビーム２０１０は、最終静電レンズ２００８を通り抜けて試料２０１２に衝突する。電極２００２および２００４は、光透過性部分２００２ａおよび２００４ａならびにＸ線透過性部分２００２ｂおよび２００４ｂを含む、図１９に関して示し説明した電極１９０２および１９０４に似た複合材である。この実施形態では、電極２００２の部分２００２ｂが、Ｘ線透過性材料の単一の薄いシートとして、図１７の電極１７０２の部分１７０２ｂと同様に形成されている。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム・システム内で使用する静電レンズは、光軸を画定するように互いに間隔を置いて配置された複数の集束要素であり、光軸に沿って荷電粒子ビームがレンズを通り抜けて、レンズのすぐ近くに隣接して配置された試料上へ進み、それによって試料からの発散がレンズ内へ放射され、少なくとも１つの集束要素が発散に関して透過性である、複数の集束要素と、発散を検出する少なくとも１つの検出器とを備える。
【００３３】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である材料から作られている。いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、原子番号の小さい材料から作られている。いくつかの実施形態では、その原子番号の小さい材料がベリリウムである。いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が中実のプレートとして作られている。いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、対向する表面を有する中空のプレートとして形成されている。いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が薄いシートとして形成されている。
【００３４】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、中実のプレート、対向する表面を有する中空のプレート、または薄いシートを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、光に関して透過性である材料から形成されている。いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が中実のプレートとして形成されている。
【００３６】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である第１の部分と光に関して透過性である第２の部分とを含む複合要素として形成されている。いくつかの実施形態では、第１の部分が、原子番号の小さい材料から形成されており、第２の部分がガラスから形成されている。いくつかの実施形態では、第１の部分と第２の部分がともに中実のプレートとして構築されている。いくつかの実施形態では、第２の部分が中実のプレートとして構築されており、第１の部分が、対向する表面を有する中空のプレートとして構築されている。いくつかの実施形態では、第２の部分が中実のプレートとして構築されており、第１の部分が薄いシートとして構築されている。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビームによる衝突によって試料から放射された発散を検出する方法は、試料のすぐ近くに試料に隣接して配置するための静電レンズを提供することであり、荷電粒子ビームがこの静電レンズを通り抜けて試料に衝突し、それによって試料から発散が放射されてレンズに入ることと、ビームを試料上で集束させるためにレンズ内に配置された少なくとも１つの集束要素を提供することであり、この集束要素のうちの少なくとも１つの集束要素が発散に関して透過性であることと、発散を検出する少なくとも１つの検出器を提供することとを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である材料から作られている。いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、原子番号の小さい材料から作られている。いくつかの実施形態では、その材料がベリリウムである。
【００３９】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が光透過性材料から作られている。いくつかの実施形態では、この光透過性材料がガラスである。
【００４０】
いくつかの実施形態では、その少なくとも１つの集束要素が、Ｘ線に関して透過性である第１の部分と光に関して透過性である第２の部分とを含む複合要素として形成されている。いくつかの実施形態では、第１の部分が、原子番号の小さい材料でできており、第２の部分がガラスでできている。いくつかの実施形態では、その原子番号の小さい材料がベリリウムである。
【００４１】
以上に記載した実施形態では、透過性レンズ電極を使用して試料からの発散を透過させるが、この透過性レンズ要素を使用して放射を試料へ透過させることもできる。例えば、レーザからまたは他の源からの光を透過性レンズ電極を通して試料に導いて、試料からの放出を誘起することができる。いくつかの実施形態では、第１のタイプの放射を透過性電極によって透過させ、一方、光、荷電粒子などの第２のタイプの放出を集める。第２のタイプの放出は、透過性電極を通してもしくは電極の開口部を通して集めることができ、または電極と試料の間を進んでいる放出を検出する検出器によって集めることができる。
【００４２】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する現在既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４３】
１０２  電極
１０４  電極
１０６  電極
１０８  最終静電レンズ
１１０  ビーム
１１２  試料
１１４  Ｘ線
１１６  Ｘ線検出器
１１８  Ｘ線検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【外国語明細書】
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2016025082000002.pdf
2016025082000003.pdf
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