(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散面にビーム源の非点中間像を生ずる静電偏向フィールドと、
非点中間像の長手方向に伸長する方向に指向するスリットの開口とを備えるモノクロメータを具備した電子またはイオンビーム発生システムにおいて、
前記モノクロメータに別個のビーム案内システムを設け、しかも前記案内システムの入力側にスイッチ素子を設け、
前記スイッチ素子によって前記ビーム源より送られた粒子をモノクロメータかあるいは別個のビーム案内システムに導くようにして成る、
ことを特徴とする電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項２】
前記別個のビーム案内システムを前記モノクロメータの入力側と出力側との直接連結部とするようにした請求項１に記載の電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項３】
前記スイッチ素子を前記モノクロメータの偏向フィールドの一部とし、前記別個のビーム案内システムによって生ずる光線のビーム通路を具備するようにして成る請求項１または２のいずれか一項に記載の電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項４】
前記ビームの発生に当たって、前記スイッチ素子と前記ビーム源との間に配設した調節装置によって光軸に垂直に変位することができるように整列される開口によって電流密度を調整するようにしたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項５】
前記調節装置によってビーム源を光軸に対して垂直に変位するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項６】
前記調節装置を圧電素子からなるものとする請求項４または５のいずれか一項に記載の電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項７】
前記偏向フィールドを生ずる電極（２，３，４，５）は、光軸（９）に対して垂直な直線をなす断面によって少なくとも区分に分割されており、かつ、光軸を含む平面において鏡面対称に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子またはイオンビーム発生システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子またはイオンビーム発生システムを備えた電子光学システムまたは電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は分散面に非点中間像を生ずる偏向フィールドを備え、その分散面に中間像の長手方向に伸長するスリットを備えると共に、別個のビーム案内システムと、入力側にスイッチ素子を備えていてビーム源から送られてくる粒子をモノクロメータへ送るか、あるいは別個のビーム案内システムに送るようにする電子またはイオンビームのビーム発生システムに関する。
【０００２】
微視的構造体を研究するためには、電子またはイオンビームが良く使用される。このような場合には、ビーム発生システムから放射される粒子ビームを高度の真空中で、調べようとする構造体に向ける。このプロセスにおいて、粒子ビーム中の粒子は調べようとする物質との相互作用によって、その性質を変え、検出器の手段およびその性質の変化によって、調べようとする構造体の組成に関する情報が得られる。この原理に基づく周知の手段としては、例えばＸ線分析や、電子エネルギー損分光学、透過電子顕微鏡あるいは走査電子顕微鏡がある。この方法にはまた基本的な分析も含まれている。この分析においては、物体の各部位の背後のエネルギースペクトルを確定し、その部位の位置とエネルギースペクトルとの両者から物体の情報を得るのである。
【０００３】
この方法による撮像粒子の決定的なパラメータは、粒子電流密度と粒子の単色性とである。たとえばシステムの解像度を制限する色収差を回避するために、電子顕微鏡においては、極めてエネルギーの範囲の狭い、すなわちなるべく単色性が優れている電子を必要とする。他方、例えば電子エネルギー損分光学は散乱粒子を多量に得るために高粒子電流密度に依存し、それによって分析が極めて短時間で行える。
【０００４】
粒子流を発生する周知のシステムは、高粒子密度もしくは高単色性のいずれかを発生するようにしたものである（ＤＥ  １９６  ３３  ４９６  Ａ１）。高粒子密度と高単色性との両者を求める分析を必要とする場合には、先行技術では、それぞれ別個の装置の２種類のビーム発生装置を使用することが必要である。
【０００５】
１９９９年１０月２９日発行の日本の特許アブストラクト、１９９９年１２月号には、磁界偏向フィールドで作動し、散乱電子の強力な分析を行うために、散乱する物体の下流側に配置したモノクロメータについての記載がある。しかし、この文献には、性質の異なる（高単色性かあるいは交流電流密度）の撮像ビームの発生についての記載はない。
【０００６】
この発明の目的は、以上に述べた課題を解決し、高単色性で低電子流密度の粒子ビームあるいは高電子流密度で低単色性の粒子ビームを任意に提供する電子またはイオンのビーム発生システムの必要性を満足させることにある。
【０００７】
ビーム源とモノクロメータとを備えるビーム発生システムを基にして、この発明の目的は静電偏向電界を備えていて、ビーム源があり、偏向電界によって非点中間像を形成するように影像されるモノクロメータを提供することにある。
【０００８】
スイッチ素子によって決められる粒子の通路に従って、粒子の性質の異なる粒子ビームが生ずる。粒子の通路がモノクロメータを通過する場合には、その出力側に単色性（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｓｙ）の粒子の流れが生じ、別個のビーム案内システムを通過する通路には高粒子電流密度の粒子流が送られる。
【０００９】
この発明のビーム発生システムは、通常設計されている２個のビーム発生システムを、単一のシステムに組み込んでしまうものであって、単一のシステム内に前述した異なる性質を具備する粒子ビームを自由に選択して生成させるのである。顕微鏡による構造体の分析のために、単一の装置で一個の同一の物体を同じ場所で、二つの異なる方法で調べることができれば、それに越したことはない。
【００１０】
前述した従来の装置の場合には、２個の装置をそれぞれ極めて精密に製作しなければならないので、頗る高価な装置になる。しかし、この発明の装置はその製作費を極めて経済的なものにすることができる。
【００１１】
この発明の装置においては、別個のビーム案内システムがモノクロメータの入力側と出力側との間に直接に取付けてある。したがって、この発明による装置は全体のサイズがモノクロメータのサイズと同一になるようにすることができ、ビーム発生システムが極めて小型になる。
【００１２】
この発明の装置は小型で、構造が簡単であるから、スイッチシステムそれ自体をモノクロメータの付属装置とすることができる。ここでいう「付属システム」とは、モノクロメータの偏向磁界の切り変え用部材となるということである。別個のビーム案内システムによって作成されるビーム通路は偏向磁界のビーム通路によって構成してある。
【００１３】
ビーム発生システムを粒子の流れの密度と単色性との異なる要件についての研究に使用するときには、電流密度を調整することができると頗る好都合である。この発明によるビーム源から送り出すビームは、スイッチ素子とビーム源との間に配設してある開口の調節装置で光軸に対して垂直になるように移動して行う。また、前述の装置以外に、電流密度の調節をビーム源ですることができる。そのために、ビーム源には調節装置が設けてあって、それによってビーム源を光軸に対して垂直に移動させることもできる。
【００１４】
開口および／またはビーム源の調節装置は少なくとも２つの設定を行うことができる。その第一の設定では、最大の粒子密度を求めることができ、他方の低粒子密度はビーム発生装置の出力側で得られる。最大の粒子密度に設定すると、開口とビーム源とが最適の状態に調整される。つまり、開口の中心点とビーム源の中心とが別個のビーム案内システムの光軸線と一致する。この場合に最大の粒子が開口の直径を通過できるか否かによるものである。開口の中心点および／またはビーム源の中心点が垂直な方向に移動することは、いずれの場合でも、ビーム発生装置からの出力側で得られる粒子密度を少なくする。粒子電流密度が少ないと、そのビーム発生システムを高単色性の粒子を構成するのに使用する場合に特に必要とするベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果の作用を軽減させてしまう。このベルシュ効果とは電子ビームが一点に集中したときに、その領域における優勢な高電流密度と電子との相互作用でビームのエネルギー幅を大きく広くすることをいうのである。
【００１５】
技術開発によって、開口および／またはビーム源に、交流電圧を加えることによって段階的に移動する圧電素子が作成されている。この素子で、開口および／または放射源を極めて精密に位置づけることができる。それで、所望する位置に設定するのである。
【００１６】
圧電素子による調整の方が位置の調整を精密に行う機械的調整装置よりも遙かに優れている。さらに圧電素子によれば、機械的調整装置を付け加える必要がない。この発明のビーム発生システムは高度の真空中で使用するものであるから、機械的調整装置を使用しないですむということは、真空容器の側壁に複雑な通路を設けないで良いということになる。
【００１７】
この発明のビーム発生システムは、モノクロメータの内部を静電界を利用して、直線の光軸を含む面に鏡面対称をなして伸長する光軸に対して垂直をなす断面において、少なくとも区分的に設定される電極を備えている。このように区分的に真直な面とすることによって、これら電極の製作費を大幅に節約することができる。
【００１８】
【発明の実施の態様】
この発明のビーム発生システムの実施態様を添付図面について、その特徴と利益とを併せて詳細に説明する。
モノクロメータ（１）はΩの形状にした偏向素子（２−５）を具備する。このモノクロメータの入力（７）と出力（８）との間に別個のビーム案内システム（６）が配設してある。モノクロメータの光軸を符号（９）で示す。ビーム案内システムの光軸は符号（１０）で示す。
【００１９】
ビーム源（１１）から発する粒子の流れ（１２）は粒子密度を調整する開口（１３）によって偏向される。この粒子の流れはスイッチ素子（１４）を通過する。なお、この実施態様では、スイッチ素子をモノクロメータの副素子にしてある。スイッチ素子の切り替え状態によって粒子の流れはモノクロメータを通過するように偏向されるか、あるいは別個のビーム案内システム（６）に導かれる。
【００２０】
モノクロメータを通過する一方の粒子の流れにおいては、ビームは粒子のエネルギーによって分散面（１５）で分割される。この分散面に設けてあるスリット開口（１６）で粒子はそのエネルギーによって選別される。なお、この実施態様では、スリット開口（１６）は図の平面に対して垂直にしてある。開口の広さによってエネルギースペクトルの幅が決まり、粒子ビームの平均エネルギーが決まる。スリット開口の広さを小さくすると、高単色性の粒子ビームがモノクロメータの出力（８）のところで得られる。
【００２１】
別個のビーム案内システム（６）を通る粒子の流れの通路によって、この実施態様では、粒子の流れは偏向素子（２）のビーム通路（１７）を通り、再びモノクロメータの出力側にある同じ形のビーム通路（１８）を通過する。ビーム源（１１）と開口（１３）とを最適の状態に調節して、つまり、例えば両者の中心点がビーム源の光軸（１９）上の中心点にあるようにすると、別個のビーム案内システムの出力として、モノクロメータの出力側に送り出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  モノクロメータの光軸と別個のビーム案内システムとによって構成されたビーム発生システムの断面図である。
【符号の説明】
１    モノクロメータ
２，３，４，５  偏向素子
６    別個のビーム案内システム
７    モノクロメータの入力側
８    モノクロメータの出力側
９    モノクロメータの光軸
１０  別個のビーム案内システムの光軸
１１  ビーム源
１２  粒子の流れ
１３  開口
１４  スイッチ素子
１５  分散面
１６  スリット開口
１７，１８  ビーム通路
【図１】
0004891513.tif 000002