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WO2006008840A1 - 球面収差補正静電型レンズ、インプットレンズ、電子分光装置、光電子顕微鏡、および測定システム - Google Patents

球面収差補正静電型レンズ、インプットレンズ、電子分光装置、光電子顕微鏡、および測定システム Download PDF

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WO2006008840A1
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WO
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spherical aberration
mesh
electrostatic lens
shape
electron
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English (en)
French (fr)
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Hiroshi Daimon
Hiroyuki Matsuda
Makoto Kato
Masato Kudo
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Jeol Ltd
Nara Institute of Science and Technology NUC
Original Assignee
Jeol Ltd
Nara Institute of Science and Technology NUC
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    • H01J2237/2522—Secondary particles mass or energy spectrometry of electrons (ESCA, XPS)

Definitions

  • Spherical aberration correction electrostatic lens input lens, electron spectrometer, photoelectron microscope, and measurement system
  • the present invention relates to an electron spectroscopic device such as XPS (photoelectron spectroscopic device) and AES (Auger electron spectroscopic device), and a first stage input lens of PEEM (photoelectron microscope).
  • XPS photoelectron spectroscopic device
  • AES Alger electron spectroscopic device
  • PEEM photoelectron microscope
  • an electrostatic lens called an input lens is often used at the incident part of an energy analyzer (typically, an electrostatic hemisphere analyzer).
  • the role of the input lens is to improve the energy resolution by first taking in as many electrons as possible from the sample force and decelerating the electrons so that the force also enters the analyzer.
  • an electron spectrometer may be provided with a function for limiting the field of view of electron capture on the sample surface.
  • the sensitivity is determined by how large an opening angle electron can be captured by the input lens.
  • an energy analyzer with an imaging function can measure the angular dependence of the energy peak of photoelectrons simultaneously by imaging the capture angle distribution. In that case, if the uptake angle is 90 degrees or more, the take-out angle dependence from the surface grazing to the vertical can be measured at once, and the depth dependence of the element can be measured efficiently.
  • the limit is about ⁇ 20 °.
  • the angle of capture may be small. Specifically, when the output energy is several hundred eV, the capture angle is about 30 degrees ( ⁇ 15 degrees) or less. If the solid energy can be measured with the emission energy set to several hundred eV or more, it is possible to analyze the atomic arrangement structure using photoelectron diffraction and photoelectron holography. However, if the uptake angle is about 30 degrees or less, it is insufficient for the atomic structure analysis.
  • An object of the present invention is to further increase the capture angle as compared with the case of using a spherical mesh.
  • the spherical aberration-correcting electrostatic lens of the present invention has an enlarged virtual image having negative spherical aberration with respect to an electron or ion beam emitted from a predetermined object surface position with a certain opening angle.
  • the electron beam or the ion beam emitted from the predetermined surface position with a certain opening angle is arranged to form an enlarged virtual image having negative spherical aberration.
  • An optical axis-symmetric spheroid having a concave shape with respect to the object surface or a single mesh whose basic shape is a shape close to the spheroid, and the image plane side is arranged coaxially with the optical axis.
  • the electrostatic lens is provided with a plurality of concentric electrodes forming a convergent electric field that forms a real image and produces a positive spherical aberration, and finely adjusts the shape of the mesh to thereby adjust the real image. It is desirable to correct the blur.
  • a capture angle of ⁇ 60 ° is realized by correcting spherical aberration using an aspherical mesh. Since the sensitivity of the lens is proportional to the square of the capture angle, a significant improvement in sensitivity and function can be expected by using this lens as the first stage of the input lens of the electron spectroscopy system.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a spherical aberration correcting electrostatic lens according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) is a perspective view of a spherical aberration-correcting electrostatic lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (b) is a perspective view of a spherical aberration-correcting electrostatic lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the result of electron trajectory calculation for a lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an approximate expression of the shape of the mesh in the lens of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ellipticity of the mesh and the size of image blur at the time of focusing in the spherical aberration-correcting electrostatic lens according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an electron spectroscopic device to which a spherical aberration correcting electrostatic lens according to the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a photoelectron microscope to which a spherical aberration correction electrostatic lens according to the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional spherical aberration correcting electrostatic lens having a spherical mesh.
  • FIG. 1 One embodiment of the spherical aberration correcting electrostatic lens of the present invention is shown in FIG.
  • This lens is a light having a concave shape with respect to an object surface arranged so as to form an enlarged virtual image having negative spherical aberration with respect to an electron or ion beam emitted from a predetermined object surface position with a certain opening angle.
  • a mesh M having an axisymmetric spheroidal surface or a shape close to it and a concentric surface that forms a real image of a magnified virtual image and produces a positive spherical aberration, which is a rotating body surface with the optical axis as the central axis.
  • the mesh M is integrally attached to the first electrode EL1, and the same potential as that of the first electrode EL1 is applied.
  • FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) are perspective views of a spherical aberration correcting electrostatic lens according to an embodiment of the present invention.
  • 2A is a perspective view of the spherical aberration-correcting electrostatic lens according to the embodiment of the present invention viewed from the direction in which the mesh protrudes
  • FIG. 2B illustrates the mesh force S protruding
  • FIG. 3 is a perspective view of a spherical aberration correcting electrostatic lens according to an embodiment of the present invention viewed from the direction opposite to the direction.
  • the spherical aberration-correcting electrostatic lens of the present embodiment is composed of a mesh M and electrodes EL1-ELn that also have concentric force. It is configured.
  • Fig. 2 (a) and Fig. 2 (b) the same hatching is applied to mesh M and electrode EL1! Show that these members are at the same potential! /
  • a magnetic lens can be used as the concentric electrodes EL2-ELn.
  • the use of a magnetic lens is advantageous in that discharge from the electrode can be prevented.
  • the principle that the lens shown in FIG. 1 corrects spherical aberration is as follows. In other words, a local negative spherical aberration is generated by the electric field generated around the mesh M, and is canceled by the positive spherical aberration generated by the convergent electric field. It is to make a statue. [0021] As described above, when the capture angle is about ⁇ 30 ° or more, it is difficult to correct with a spherical mesh. Therefore, in the present invention, a very large capture angle is realized by using a mesh having a spheroidal surface or a shape close thereto.
  • a beam with an emission angle of up to ⁇ 30 ° can be given a relatively ideal electric field using a spherical mesh, but such an electric field has an emission angle of about ⁇ 30 ° or more.
  • the ideal deviation of the electric field force becomes prominent and an excessive action occurs in the direction of the central axis, resulting in a large spherical aberration.
  • the electric field may be shaped so that the force in the direction of the central axis increases relative to a beam having a relatively small exit angle.
  • the shape of the mesh may be a spheroid having a major axis in the optical axis direction that is not a spherical surface or a shape close thereto.
  • the reason for making the mesh an elliptical surface instead of a spherical surface is as follows. First, as a premise to increase the capture angle, regardless of the shape of the mesh, the prospective angle of the entire mesh as seen from the electronic light source on the object surface must be large. If the mesh is a spherical surface, it is necessary to bring the electron light source closer to the center of curvature of the spherical surface in order to obtain a large mesh angle. However, this means that the angle between the electron trajectory and the mesh surface when passing through the electron force S mesh is close to a right angle.
  • the shape and arrangement of the mesh M and the electrodes EL1-ELn and the voltage applied to them depend on the negative spherical aberration generated around the mesh due to the convergence electric field. If you decide to cancel out the resulting positive spherical aberration, Also, the number of electrodes will vary depending on the design.
  • FIG. 3 is a diagram showing the result of electron trajectory calculation for the lens according to one embodiment of the present invention.
  • the lens shown in FIG. 3 is composed of a mesh M and multi-divided electrodes EL1-EL9 arranged from the vicinity thereof.
  • the first electrode EL1 and the electrode EL9 at the extreme end Is given earth potential.
  • a capture angle of ⁇ 60 ° force S is achieved.
  • the number of force electrodes showing a lens using nine electrodes may be 8 or less, or 10 or more.
  • the potential of the first electrode EL1 and the electrode EL9 at the extreme end may be other than the earth potential. In particular, by making the potential of the first electrode EL1 positive, a wide range of electrons can be captured with a small mesh.
  • the major axis radius A of the ellipse is 83.928 mm
  • the minor axis radius B is 50.826 mm
  • the distance 0 from the origin 0 force on the object surface to the center Oov of the ellipse is 49.828 mm.
  • the distance zl from the object surface to the mesh was 17.416 mm.
  • Fine adjustment of the mesh shape defines the amount of change AR ( ⁇ ) of the elliptic force related to the mesh shape after fine adjustment using the following formula, and the parameter a0, al-an is set to minimize the spherical aberration. It was done by optimizing to
  • the amount of change AR ( ⁇ ) is the mesh shape after fine adjustment with respect to the distance R to the origin O force ellipse when the polar coordinates centered on the origin O on the object surface are expressed as (R, ⁇ ). Is the amount of displacement. Table 1 shows the parameter values obtained as a result of this optimization.
  • FIG. 5 shows the relationship between the ellipticity of the mesh (the value of AZB in Equation 1) and the size of image blur at the time of focusing for the spherical aberration-correcting electrostatic lens according to the present invention. It is a graph which shows.
  • the capture angle of the spherical aberration-correcting electrostatic lens was set to 60 °.
  • the spherical aberration correcting electrostatic lens according to the present invention can be used in various charged particle optical devices such as an electron spectroscopic device and a photoelectron microscope.
  • various charged particle optical devices such as an electron spectroscopic device and a photoelectron microscope.
  • configurations of an electron spectroscopic device and a photoelectron microscope to which the spherical aberration correcting electrostatic lens according to the present invention is applied will be described.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an electron spectroscopic device to which the spherical aberration correction electrostatic lens according to the present invention is applied.
  • the electron spectroscopic device 1 includes a spherical-field-correcting electrostatic lens 2 and an electron energy analyzer 3 according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a photoelectron microscope to which the spherical aberration correction electrostatic lens according to the present invention is applied.
  • the photoelectron microscope 10 includes a spherical aberration correction electrostatic lens 2 according to the present invention, an intermediate lens 11, an electron energy analyzer 3, a projection lens 12, and a screen 13. Yes.
  • the photoelectron microscope 10 having the above-described configuration includes the spherical aberration correction electrostatic lens 2 according to the present invention, it is possible to detect photoelectrons whose sample force is also detected with high sensitivity. Therefore, the sample can be analyzed in detail by using the photoelectron microscope 10.
  • the spherical aberration correcting electrostatic lens of the present invention can also be applied to a measurement system including an electron spectroscopic device equipped with the lens and a spherical aberration correcting electrostatic lens. According to such a measurement system, since the spherical aberration correction electrostatic lens of the present invention is provided, the measurement object can be analyzed in more detail.
  • the spherical aberration-correcting electrostatic lens of the present invention it is possible to further widen the capture angle as compared with the case of using a spherical mesh. Therefore, a significant improvement in sensitivity and function can be expected by using the spherical aberration correcting electrostatic lens according to the present invention in the first stage of an input lens of an electron spectroscopy system such as an electron spectrometer or a photoelectron microscope. Furthermore, by using the input lens in a configuration that includes a mesh that accelerates or decelerates electrons or ions, the energy of the photoelectrons after passing through the mesh can be set arbitrarily, so that the energy can be reduced as much as it becomes easier to focus. The photoelectrons can also be measured.

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Abstract

　回転楕円面又はそれに近い形状のメッシュ（Ｍ）を、電極（ＥＬ１～ＥＬｎ）のうち電極（ＥＬ１）に設け、後段の電極（ＥＬ２～ＥＬｎ）の電圧を適宜設定することにより、メッシュ（Ｍ）により発生された局所的な負の球面収差を収束電場により生じる正の球面収差で相殺することで、最適な電場分布を形成する。これにより、取り込み角が±６０°程度まで拡大された静電型レンズを実現できる。

Description

明 細 書
球面収差補正静電型レンズ、インプットレンズ、電子分光装置、光電子顕 微鏡、および測定システム
技術分野
[0001] この発明は、 XPS (光電子分光装置）、 AES (ォージェ電子分光装置)などの電子 分光装置や、 PEEM (光電子顕微鏡)の初段インプットレンズに関する。
背景技術
[0002] 従来の電子分光装置においては、エネルギーアナライザ (代表的には静電半球ァ ナライザ)の入射部分にインプットレンズと呼ばれる静電レンズが用いられることが多 い。インプットレンズの役目は、まず試料力も放出される電子をできるだけ多く取り込 み、その電子を減速させて力もアナライザに入射させることで、エネルギー分解能を 向上させることである。
[0003] また、試料表面での電子の取り込みの視野を制限する機能を電子分光装置に持た せることもある。このような構成の電子分光装置においては、インプットレンズが試料 力もどれだけ大きな開き角の電子を取り込めるかで感度が決まる。また、結像機能を 持つエネルギーアナライザでは、取り込み角度分布を結像することにより、光電子の エネルギーピークの角度依存性を同時に測定できる。その場合には取り込み角が 90 度以上であれば、表面すれすれから垂直までの取り出し角依存性が一度に測定でき 、元素の深さ依存性の測定を効率的に行うことができる。
[0004] ところが通常の静電レンズでは、球面収差によって、大きな開き角のビームを一点 に集束させることができない。具体的には、取り込み角は ±20° 程度が限界である。
[0005] また、通常の光電子顕微鏡においては試料から出る光電子や 2次電子を加速して 対物レンズに入射することによって大きな取り込み角を実現している力 電子の出射 エネルギーが大きくなると余り曲がらなくなるためにその取り込み角は小さくなることが ある。具体的には、出射エネルギーが数百 eVの場合、取り込み角は 30度（± 15度） 程度以下である。出射エネルギーを数百 eV以上に設定した状態で広 、立体角の測 定ができると、光電子回折や光電子ホログラフィーと 、つた原子配列構造解析が可 能になるが、取り込み角が 30度程度以下だと原子配列構造解析には不十分である。
[0006] また、電子レンズでは球面収差が必然的に発生するとともに、軸対称で空間電荷の 存在しない通常のレンズ構成では、球面収差を 0にできないことが証明されており、 大きな取り込み角は実現できない。そこで、レンズの途中にメッシュ電極やフォイル電 極を置くことで空間電荷を導入するのと等価な効果を持たせ、これによつて球面収差 を補正する試みが行なわれて 、る。
[0007] まずフオイルを用いる場合は、電子線がフオイルを通過できるように、電子のェネル ギーをある程度高く設定する必要がある。このように電子のエネルギーを高く設定す ることは、透過電子顕微鏡などでは可能である力 せいぜい数 keVまでのエネルギー を有する電子を測定対象とする電子分光装置では困難である。
[0008] また、たとえ電子のエネルギーが高くても、電子の散乱、吸収を防ぐためにフオイル は十分薄 、必要があるので、フオイルを曲面に整形するのが困難であると 、う問題が ある。なお、平面状のフォイルによって最低次の 3次球面収差を 0にできる力 高次の 球面収差まで打ち消すのは難しい。電子顕微鏡においては、もともと電子線の開き 角をミリラジアンのオーダーまで絞って高分解能を得て 、るので、とりあえず 3次の球 面収差が補正できれば十分である。し力 電子分光で要求される数十度の開き角の ビームに対しては、フオイルは球面収差を有効に補正する手段にはなりえな!/、。
[0009] 上に述べたフオイルによる補正の問題点は、フオイルの代わりにメッシュを用いるこ とで解決される。メッシュによれば、透過性の問題は無くなり、また曲面に整形するの もフオイルに比べれば楽である。従来は、たとえば特開平 8— 111199号公報（1996 年 4月 30日公開）に記載されているように、球面メッシュを用いることで感度を上げる 試みが行なわれ（図 8参照）、取り込み角は ±30° 程度まで増加されていた。
発明の開示
[0010] 本発明は、球面メッシュを用いる場合よりもさらに取り込み角を広げることを目的とし ている。
[0011] 上記目的を達成するため、本発明の球面収差補正静電型レンズは、所定物面位 置から一定の開き角をもって出た電子またはイオンビームに対して負の球面収差を 有する拡大虚像を形成するように配置された、物面に対して凹面形状を有する光軸 対称な回転楕円面又はそれに近い形状力 なる単一のメッシュと、その像面側に光 軸に同軸に配置され、前記拡大虚像の実像を形成し正の球面収差を生じる収束電 場を形成する同心面力 なる複数の電極とを備えていることを特徴とする。
[0012] より高い集束性を実現するためには、所定物面位置から一定の開き角をもって出た 電子またはイオンビームに対して負の球面収差を有する拡大虚像を形成するように 配置された、物面に対して凹面形状を有する光軸対称な回転楕円面又はそれに近 い形状を基本形状とした単一のメッシュと、その像面側に光軸に同軸に配置され、前 記拡大虚像の実像を形成し正の球面収差を生じる収束電場を形成する同心面から なる複数の電極とを備えて ヽる静電型レンズにぉ ヽて、前記メッシュの形状を微調整 して、前記実像のボケを補正することが望ましい。
[0013] 本発明の球面収差補正静電型レンズによれば、非球面メッシュを用いて球面収差 を補正することにより、 ±60° の取り込み角が実現される。レンズの感度は取り込み 角の 2乗に比例するので、このレンズを電子分光系のインプットレンズにおける初段 部分に用いることによって、大幅な感度と機能の向上が見込まれる。
[0014] 本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十 分わ力るであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白にな るであろう。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明に係る球面収差補正静電型レンズの一実施形態を示す図である。
[図 2(a)]本発明の一実施形態に係る球面収差補正静電型レンズの斜視図である。
[図 2(b)]本発明の一実施形態に係る球面収差補正静電型レンズの斜視図である。
[図 3]本発明の一実施形態に係るレンズに関して、電子軌道計算をした結果を示す 図である。
[図 4]図 3のレンズにおけるメッシュの形状の近似式を説明するための図である。
[図 5]本願発明に係る球面収差補正静電型レンズにおいて、メッシュが有する楕円率 と、フォーカス時における像のボケの大きさとの関係を示すグラフである。
[図 6]本願発明に係る球面収差補正静電型レンズを適用した電子分光装置の構成 例を示す図である。 [図 7]本願発明に係る球面収差補正静電型レンズを適用した光電子顕微鏡の構成 例を示す図である。
[図 8]従来の球面メッシュを有する球面収差補正静電型レンズの断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0016] 〔1.本願発明の球面収差補正静電型レンズに関して〕
本発明の球面収差補正静電型レンズの一実施形態を図 1に示す。このレンズは、 所定物面位置から一定の開き角をもって出た電子またはイオンビームに対して負の 球面収差を有する拡大虚像を形成するように配置された物面に対して凹面形状を有 する光軸対称な回転楕円面又はそれに近い形状を有するメッシュ Mと、光軸を中心 軸とする回転体面であり拡大虚像の実像を形成し正の球面収差を生じる収束電場を 形成する同心面からなる複数の電極 EL1— ELnと、各電極に任意の電圧を印加す るための電源（図示せず）とにより構成されている。ここで、メッシュ Mは、第 1電極 EL 1に一体的に取り付けられ、第 1電極 EL1と同じ電位が与えられる。
[0017] 図 2 (a)および図 2 (b)は、本願発明の一実施形態に係る球面収差補正静電型レン ズの斜視図である。なお、図 2 (a)は、メッシュが突出する方向から本発明の一実施 形態に係る球面収差補正静電型レンズを見た斜視図であり、図 2 (b)は、メッシュ力 S 突出する方向と逆方向から本発明の一実施形態に係る球面収差補正静電型レンズ を見た斜視図である。
[0018] 図 1、図 2 (a)、および図 2 (b)に示すように、本実施形態の球面収差補正静電型レ ンズは、メッシュ Mと、同心円力もなる電極 EL1— ELnとから構成されている。なお、 図 2 (a)および図 2 (b)においてメッシュ Mと電極 EL1とに同一のハッチングが付され て！、るのは、これらの部材が同電位にあることを示して！/、る。
[0019] 同心円の電極 EL2— ELnとして、磁場レンズを用いることも可能である。磁場レン ズを用いることは、電極からの放電を防止できるという点で有利である。
[0020] 図 1に示すレンズが球面収差を補正する原理は以下のとおりである。すなわち、メッ シュ Mの周りにできる電場により局所的な負の球面収差を生成し、それを収束電場 により生成される正の球面収差で打ち消すことにより、像面 PIでボケが補正された拡 大像を作ることである。 [0021] なお、上述したとおり、取り込み角が ± 30° 程度以上になると球面のメッシュで補 正することは困難になる。そこで、本発明は回転楕円面又はそれに近い形状のメッシ ュを用いることで、非常に大きな取り込み角を実現している。また、出射角が ± 30° 程度までのビームに対しては、球面のメッシュを用いて比較的理想に近い電場を与 えることができるが、このような電場を出射角が ± 30° 程度以上のビームに対して適 用すると、理想的な電場力 のズレが顕著になり中心軸方向に過大な作用が生じ、 大きな球面収差をもたらす結果となる。
[0022] この問題を解決するには、比較的小さい出射角をもつビームに対して、相対的に見 て中心軸方向の力が増大するように電場を整形すればよい。そのためには、メッシュ の形状は、球面ではなぐ光軸方向に長軸をもつ回転楕円面又はそれに近い形状と すればよい。
[0023] メッシュを球面ではなく楕円面にする理由は以下のとおりである。まず取り込み角を 増やすための前提として、メッシュの形状にかかわらず、物面における電子光源から 見たメッシュ全体の見込み角が大きくなければならな 、。もしメッシュが球面の場合、 メッシュの見込み角を大きく取るには、電子光源を球面の曲率中心付近まで近づけ る必要がある。しかし、これは電子力 Sメッシュを通過する際の電子軌道とメッシュ面と のなす角が直角に近 、ことを意味する。
[0024] そのため、電子カ ッシュを通過する際の屈折作用はほとんど得られなくなり、レン ズに必要とされる集束作用を得ることが困難となる。そこで、メッシュ面を通過する際 の屈折作用を増力 tlさせるために、中心軸に対してより曲率の大きい、光軸方向に長 軸をもつ楕円面とするのである。
[0025] また、図 1に示す球面収差補正静電型レンズにおいて、メッシュ M及び電極 EL1— ELnの形状や配置、及びそれらにかける電圧は、メッシュ周辺で発生した負の球面 収差を収束電場により生じる正の球面収差で相殺するように決定すればょ 、。また、 電極の数は設計に応じて変化してょ 、。
[0026] 図 3は、本発明の一実施形態に係るレンズに関して、電子軌道計算をした結果を示 す図である。なお、図 3のレンズは、メッシュ Mと、その近傍から配置された多分割電 極 EL1— EL9で構成されている。また、第 1電極 EL1と、最も端にある電極 EL9とに はアースポテンシャルが与えられている。このレンズによって、取り込み角 ± 60° 力 S 実現される。なお、図 3においては 9つの電極を用いるレンズを示した力 電極の数 は 8以下又は 10以上であってもよい。また、第 1電極 EL1と、最も端にある電極 EL9 のポテンシャルはアースポテンシャル以外でも良い。特に、第 1電極 EL1のポテンシ ャルを正にすることにより、小さなメッシュで広い範囲の電子を取り込むことができる。
[0027] メッシュ形状は、正確に回転楕円面として与えられる形状では球面収差を完全に取 り除くことはできず、物面力ゝら像面までの距離を 500mmとしたとき、集束点で lmm程 度のボケが生じる。なお、通常の電子分光においては、アナライザ入り口に数 mm幅 のスリットが置かれるので、この程度までボケが抑えられれば十分である。
[0028] し力しながら球面収差を厳密に 0にする必要がある場合、回転楕円面として与えら れるメッシュの形状をさらに微調整すればよい。この場合、メッシュの形状は、多項式 展開により表現するか、あるいは数値的に表現する必要がある。図 3はこのような微 調整を行った後の電子軌道を示して!/ヽる。
[0029] 具体的には、図 3の球面収差補正静電型レンズに用いたメッシュの形状は、近似的 に以下の式で表現される（図 4参照)。
[数 1]
Figure imgf000008_0001
[0030] ここで、楕円の長軸半径 Aは 83.928mm、短軸半径 Bは 50.826mm、物面上の原点 0 力も楕円の中心 Oovまでの距離 ζθは、 49.828mmである。また、物面からメッシュまで の距離 zlは 17.416mmとした。
[0031] そして、メッシュ形状の微調整は、以下の式で微調整後のメッシュ形状に係る楕円 力もの変化量 A R( Θ )を定義し、パラメータ a0,al— anを、球面収差が最小になるよう に最適化することで行った。
[数 2] Δ/？ (の = α0 +な l∞s (の + «2cos(2<9) +な 3cos(3 + ··· + « os(n0)
なお、変化量 AR( Θ )は、物面上の原点 Oを中心とする極座標を (R, Θ )として表現 した場合における、原点 O力 楕円までの距離 Rに対して微調整後のメッシュ形状が 変位する量である。このように最適化した結果得られたパラメータ値を表 1に示す。
[表 1]
i a(i) a(i+1 ) a(i+2) a(i+3)
0 0.02276534 -0.04595226 0.2025693 -1.01626032
4 0.80852427 3.43616484 -5.28589311 -1.91051272
8 3.8492545 6.54714045 8.17070334 -60.87155409
12 66.27121 148 31.04915991 -104.2805696 17,41064024
16 130.9126232 -179.4638207 181.1 198638 -219.8278809
20 184.204988 -46.61989035 28.21433024 -158.9245447
24 125.782988 149.3363534 -309.5966193 128.8125736
28 251.0895235 -621.7407591 761.1740088 -477.7010587
32 -14.2581134 283.8178842 -374.1945141 546.4842967
36 -568.380405 236.5440682 -40.561 15109 273.5107002
40 -365.569348 -2.81491568 284.9194824 -166.3241255
44 -18.0626652 130.930941フ -239.0143786 133.8375943
48 1 19.7297615 -47.00716256 -195.544336 8.46264561
52 310.3231261 一 115.921384 -138.3852572 -148.9387069
56 327.161727 131.1421784 -300.1810874 -435.2307328
60 958.9327807 -301.5418878 -684.3534237 794.0595384
64 -234.004749 - 79.61908303 -41.92264024 135.8530778
68 -17.4977807 -51.69557301 - 37.97415163 60.69282065
72 54.37255907 - 101.458482 66.58466784 -94.83679587
76 24.97081501 292.2071 153 -449.4793955 107.3526022
80 285.041981 1 -234.6846462 21.64295228 -32.09396229
84 73.60854535 53.88984232 -125.9065371 14.58811256
88 82.90382007 -70.29707719 37.43264945 -4.49405482
92 -32.3934338 16.71906933 20.93529348 2.05117546
96 -36.6298845 8.900617 2 18.17126481 13.71 16175
100 -43.6836161 28.14901298 -4.11948962 -5.92126201
104 9.03492074 -2.82089267 -2.98328988 -4.73646922
108 7.98990766 2.37061122 -3.58382089 -4.00691688
112 -1.1 1020061 6.00546624 8.39009059 -20.90705838
116 14.1196407 -4.98924185 2.44765695 1.49563757
120 - 2.73082197 -2.80914392 8.09108793 -17.04443968
124 31.70669925 -29.21133675 1.88340672 17.41459377
128 -10.5427924 0.4141 1998 -0.30705446 -2.11773674
132 7.21992635 -5.06957235 1.66541034 -4.06774591
136 4.81034286 -1.77991805 2.23786435 -3.54505788
140 -0.22944973 2.76150478 0.39577453 -1.46766283
144 -1.88724356 1.81152873 1.9363094 一 1.95014515
1 8 -1.12615135 1.41842975 0.24026101 -0.24927497
152 -0.34733963 -0.04154328 0.18479182 0.28302996
156 -0.27339714 0.04216784 -0.24859575 0.3015522
160 0.05309796 -0.1 100368 -0.14537415 0.11823244
164 0.05109639 0.04352473 -0.17216657 0.0919959
168 -0.0439265 0.13863717 -0.15263893 0.0468879
172 -0.00586276 0.04421637 -0.03210722 -0.03473107
176 0.06525243 -0.04219697 0.0130231 -0.0015416
また、好適な取り込み角、たとえば ±60° を実現する場合に、メッシュの楕円率 (数 における A/Bの値）をどのように設定すべきかをシミュレーションしたので、その結 果を以下に記載する。
[0034] 実際には、メッシュの形を最適化する際、楕円率に加え、楕円中心とメッシュ開口部 の位置、すなわち、 ζθおよび zl (図 4参照）の値が重要になる。しかし、以下に示す結 果においては、楕円率変化の効果のみを見るために、楕円中心とメッシュ開口部の 位置は、それぞれ、 z0= 46.933mm, zl=21.333mmに固定した。
[0035] 図 5は、本願発明に係る球面収差補正静電型レンズにぉ ヽて、メッシュが有する楕 円率 (数 1における AZBの値）と、フォーカス時における像のボケの大きさとの関係を 示すグラフである。なお、図 5に示すフォーカス時のボケの大きさをシミュレーションす る際、球面収差補正静電型レンズの取り込み角は 60° に設定した。
[0036] 図 5に示すように、 AZBの値が 1から増えていくに従って、フォーカス時のボケの大 きさが減少し、楕円率が 1. 8程度の値になる際に、フォーカス時のボケの大きさが 0 近傍の値となる。
[0037] これは、 AZBが 1の場合、すなわちメッシュ形状が円形となる場合においては球面 収差を補正できず、 AZBの値を大きくしてメッシュ形状を楕円形としていくことにより 、効率的に球面収差を補正できていることを示している。そして、球面収差補正静電 型レンズの取り込み角を 60° に設定した場合に、 AZBの値を 1. 8程度の値とすれ ば、球面収差を最も効率よく補正できるといえる。
[0038] 〔2.本願発明の球面収差補正静電型レンズを適用可能な装置〕
本願発明に係る球面収差補正静電型レンズは、たとえば電子分光装置や光電子 顕微鏡のような種々の荷電粒子光学装置に用いることができる。以下、本願発明に 係る球面収差補正静電型レンズを適用した、電子分光装置および光電子顕微鏡の 構成について説明する。
[0039] 図 6は、本願発明に係る球面収差補正静電型レンズを適用した電子分光装置の構 成例を示す図である。図 6に示すように、電子分光装置 1は、本願発明に係る球面収 差補正静電型レンズ 2と、電子エネルギー分析器 3とを備えて 、る。
[0040] 上記構成の電子分光装置 1は、本願発明に係る球面収差補正静電型レンズ 2を備 えているので、試料力も検出される光電子を感度良く検出することができる。よって、 電子分光装置 1を用いることにより、試料を詳細に分析することができる。 [0041] 図 7は、本願発明に係る球面収差補正静電型レンズを適用した光電子顕微鏡の構 成例を示す図である。図 7に示すように、光電子顕微鏡 10は、本願発明に係る球面 収差補正静電型レンズ 2と、中間レンズ 11と、電子エネルギー分析器 3と、投射レン ズ 12と、スクリーン 13とを備えている。
[0042] 上記構成の光電子顕微鏡 10は、本願発明に係る球面収差補正静電型レンズ 2を 備えているので、試料力も検出される光電子を感度良く検出することができる。よって 、光電子顕微鏡 10を用いることにより、試料を詳細に分析することができる。
[0043] なお、本願発明の球面収差補正静電型レンズは、同レンズを搭載した電子分光装 置や球面収差補正静電型レンズを包含する測定システムにも適用することができる。 このような測定システムによれば、本願発明の球面収差補正静電型レンズが設けら れているので、より詳細に測定対象物を分析することができる。
[0044] 尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様また は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような 具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と特許請 求の範囲内で、 V、ろ 、ろと変更して実施することができるものである。
産業上の利用の可能性
[0045] 本発明の球面収差補正静電型レンズによれば、球面メッシュを用いる場合よりもさ らに取り込み角を広げることが可能となる。したがって、本発明に係る球面収差補正 静電型レンズを、電子分光装置や光電子顕微鏡等の電子分光系のインプットレンズ における初段部分に用いることによって、大幅な感度と機能の向上が見込まれる。さ らに、上記インプットレンズを電子またはイオンを加減速するメッシュを含めた構成で 用いることにより、メッシュ透過後の光電子のエネルギーを任意に設定できるので、フ オーカスし易くなるだけでなぐ低 、エネルギーの光電子も測定することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 所定物面位置力 一定の開き角をもって出た電子またはイオンビームに対して負の 球面収差を有する拡大虚像を形成するように配置され、物面に対して凹面形状を有 する光軸対称な回転楕円面又はそれに近い形状力 なる単一のメッシュと、 その像面側に光軸に同軸に配置され、前記拡大虚像の実像を形成し正の球面収 差を生じる収束電場を形成する同心面からなる複数の電極とを備えていることを特徴 とする球面収差補正静電型レンズ。
[2] 所定物面位置力 一定の開き角をもって出た電子またはイオンビームに対して負の 球面収差を有する拡大虚像を形成するように配置され、物面に対して凹面形状を有 する光軸対称な回転楕円面又はそれに近い形状を基本形状とした場合、該基本形 状が微調整された形状を有する単一のメッシュと、
その像面側に光軸に同軸に配置され、前記拡大虚像の実像を形成し正の球面収 差を生じる収束電場を形成する同心面からなる複数の電極とを備えていることを特徴 とする球面収差補正静電型レンズ。
[3] 請求の範囲第 1項または第 2項に記載された球面収差補正静電型レンズと、所定 物面との間に、電子またはイオンを加速または減速するメッシュを少なくとも 1枚備え て 、ることを特徴とするインプットレンズ。
[4] 請求の範囲第 1項または第 2項に記載された球面収差補正静電型レンズ、ある 、 は請求の範囲第 3項に記載のインプットレンズを備えていることを特徴とする電子分 光装置。
[5] 請求の範囲第 1項または第 2項に記載された球面収差補正静電型レンズ、ある 、 は請求の範囲第 3項に記載のインプットレンズを備えていることを特徴とする光電子 顕微鏡。
[6] 請求の範囲第 4項に記載の電子分光装置および請求の範囲第 5項に記載の光電 子顕微鏡の少なくとも一方を含むことを特徴とする測定システム。
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