JP2019096615A - 調節可能なビームエネルギー広がりを有する透過荷電粒子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】モノクロメータのアパーチャの縮小に過度に依存することなくビームエネルギーの拡がりを抑えて高分解能のＥＥＬＳを可能にする。【解決手段】モノクロメータスリット８ｂの下流に配置されたコンデンサレンズアセンブリ１２を構成する第１のレンズＣ１により荷電粒子ビームの広がりを制御し、第２のレンズＣ２ａにより荷電粒子ビームをコリメートし、コンデンサアパーチャＣＡの開口を適切に選択することで、所望のエネルギー拡がりを持った荷電粒子を試料Ｓに入射する。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、
−試料を保持するための試料ホルダと、
−荷電粒子のビーム生成するためのビーム源と、
−前記ビームを光軸に沿って方向付けて試料を照射する照射体であって、前記照射体は、
・モノクロメータスリットを有し、所与のエネルギー広がりΔＥ０を有する出力ビームを生成するように構成されたモノクロメータと、
・前記モノクロメータの下流にあるコンデンサレンズアセンブリと、を備える、照射体と、
−試料を透過した荷電粒子の束を受け取り、それを感知デバイスに導く結像系と、
−顕微鏡の少なくともいくつかの操作面を制御するためのコントローラと、を備える、透過荷電粒子顕微鏡を使用する方法に関する。

本発明はまた、そのような方法を実施することができる透過荷電粒子顕微鏡に関する。

荷電粒子顕微鏡方法は、特に電子顕微鏡の形態で、微小な対象物を撮像するための周知かつますます重要な技術である。歴史的に、電子顕微鏡の基本的な属は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）のようないくつかの周知の装置種に進化し、また、例えば、イオンビームミリングまたはイオンビーム誘起堆積（ＩＢＩＤ）などの支援活動を可能にする、「加工」集束イオンビーム（ＦＩＢ）を追加的に採用するいわゆる「デュアルビーム」装置（例えば（ＦＩＢ−ＳＥＭ）などの亜種に進化した。より具体的には、
−ＳＥＭでは、走査電子ビームによる試料の照射は、二次電子、後方散乱電子、Ｘ線、及び陰極ルミネッセンス（赤外、可視及び／または紫外の光子）の形態で、試料からの「補助」放射線の放出を促進し、例えば、この発散放射線の１つ以上の成分が続いて検出され、画像蓄積目的で使用される。
−ＴＥＭでは、試料を照射するために使用される電子ビームは、試料（この目的のために、一般的に、ＳＥＭ試料の場合よりも一般に薄い）へ侵入するのに十分高いエネルギーであるように選択され、そうして試料から放出された透過電子を用いて画像を作成することができる。このようなＴＥＭを走査モードで動作させる（よってＳＴＥＭになる）と、照射電子ビームの走査運動中に問題の画像が蓄積される。
ここで解明されているいくつかの話題のさらなる情報は、例えば、以下のＷｉｋｉｐｅｄｉａのリンクから収集することができる。
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎ＿ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｃａｎｎｉｎｇ＿ｅｌｅｃｔｒｏｎ＿ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ＿ｅｌｅｃｔｒｏｎ＿ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｃａｎｎｉｎｇ＿ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ＿ｅｌｅｃｔｒｏｎ＿ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ

照射ビームとして電子を使用する代わりとして、荷電粒子顕微鏡方法は他の種類の荷電粒子を使用して行うこともできる。この点では、「荷電粒子」という語句は、例えば、電子、正イオン（例えば、ＧａまたはＨｅイオン）、負イオン（酸素など）、陽子、及び陽電子を含むものとして広義に解釈されるべきである。非電子ベースの荷電粒子顕微鏡方法に関して、いくつかのさらなる情報は、例えば、以下のような参考文献から収集することができる。
ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｆｏｃｕｓｅｄ＿ｉｏｎ＿ｂｅａｍ
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｃａｎｎｉｎｇ＿Ｈｅｌｉｕｍ＿Ｉｏｎ＿Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
−Ｗ．Ｈ．Ｅｓｃｏｖｉｔｚ，Ｔ．Ｒ．Ｆｏｘ ａｎｄ Ｒ．Ｌｅｖｉ−Ｓｅｔｔｉ， Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｗｉｔｈ ａ Ｆｉｅｌｄ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ， Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ７２（５），ｐｐ．１８２６−１８２８（１９７５）．
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｐｕｂｍｅｄ／２２４７２４４４

撮像及び（局在化した）表面改質（例えば、ミリング、エッチング、堆積など）の実行に加えて、荷電粒子顕微鏡は、分光学の実施、ディフラクトグラムの検査、イオンチャネリング／イオン後方散乱（ラザフォード後方散乱分光測定）等の研究などの他の機能も有し得ることに留意すべきである。

すべての場合において、透過荷電粒子顕微鏡（ＴＣＰＭ）は、少なくとも以下の構成要素を備える。
−粒子源、例えばショットキー電子源またはイオン源。
−照射体（荷電粒子ビームカラム）、それはビーム源からの「生の」放射ビームを操作し、かつ、放射ビームに、集束、収差軽減、クロッピング（絞りを用いた）、フィルタリング等などの特定の動作を実行するように機能する。それは、概して１つ以上の（荷電粒子）レンズを含み、他のタイプの（粒子）光学部品を含んでもよい。必要に応じて、照射体は、調査されている資料にわたってその出射ビームに走査運動を行わせるように呼び出すことができる偏向器システムを備えることができる。照射体の（末端）部分は、試料上にビームフットプリントを画定するように機能するコンデンサレンズアセンブリ（その最後のレンズはしばしば「対物レンズ」または「集光対物レンズ」と呼ばれる）を備え、このアセンブリは、典型的には、１つ以上のレンズ／アパーチャプレートを備える。必要に応じて、本発明の場合のように、照射体は、試料に向かって送られる荷電粒子のエネルギー広がりを狭めるように機能するモノクロメータを備えてもよく、このようなモノクロメータは、典型的には、選択されたエネルギー範囲内の粒子の排他的選択を可能にするために利用される−例えば、画質に対する色収差の副作用を低減し、及び／または電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）における達成可能な分解能を向上させるために利用される分散デバイス（例えば、ウィーンフィルタなど）を備える。
−調査中の試料を保持して位置決め（例えば、傾斜、回転）することができる試料ホルダ。必要に応じて、このホルダは、ビームに関して試料の走査運動をもたらすことができるように動かすことができる。一般に、そのような試料ホルダは、位置決めシステムに接続される。極低温試料を保持しようとする場合、試料ホルダには適切な冷却デバイスを設けることができる。
−本質的に試料（面）を透過する荷電粒子を取り込み、それらを検出／撮像デバイス（カメラ）、分光装置（ＥＥＬＳモジュールなど）等などの感知デバイス上に方向付けする（焦点合わせする）結像系。上述した照射体の場合と同様に、結像系は、収差軽減、クロッピング、フィルタリング等の他の機能も実行してもよく、概して、１つ以上の荷電粒子レンズ及び／または他のタイプの粒子光学部品を備える。

ここでいう分光装置が存在する場合には、一般に、以下を備える。
−（結像系からの）荷電粒子の入射束を、エネルギー分解された（連続の）アレイのスペクトルサブビーム、それは最終的にスペクトルを形成するように検出表面に導かれ得る、に分散させるための分散デバイス（例えば、１つ以上の「荷電粒子プリズム」を含む）。基本的には、前記入射束は様々なエネルギーの荷電粒子を含み、かつ、分散デバイスは、（分散方向に沿って）所与のエネルギーのサブビームの（連続的な）収集／アレイに「これらをファンアウト」する（質量分析計を幾分思い出させる様態で）。

使用される感知デバイスは、事実上単一であっても、合成／分散していてもよく、感知しようとするものに応じて、多くの異なる形態を取ることができることに留意されたい。それは、例えば、１つ以上のフォトダイオード、ＣＭＯＳ検出器、ＣＣＤ検出器、光電池等を備えることができる。

以下では、本発明は、電子顕微鏡の具体的文脈で説明されるが、そのような単純化は、明快さ／例示目的でのみ意図されており、必ずしも限定するものと解釈されるべきではない。

上述したようなＴＣＰＭの例は、ＥＥＬＳモジュールが供された（Ｓ）ＴＥＭである。ＥＥＬＳは、所与の試料に関する元素／化学情報を得るために（Ｓ）ＴＥＭにおいて使用される技術である。（（Ｓ）ＴＥＭの照射体からの）照射ビーム内の移動電子は、試料中の原子のコアシェルの束縛電子へエネルギーを移行し、このコア電子を外殻へ引き上げることができる（非弾性散乱）。この移動電子からのエネルギー移行は、ＥＥＬＳスペクトル中におけるいわゆる「コア損失ピーク」（ＣＬＰ）を引き起こす。ＣＬＰの（粗い）位置（エネルギー単位）は元素固有であり、その正確な位置及び形状は元素の化学的環境及び結合に固有である。上記で言及したＣＬＰに加えて、ＥＥＬＳスペクトルは、概して、いわゆる「プラズモン共鳴ピーク」（ＰＲＰ）、すなわち、試料中のプラズモン上の電子の単一または複数の散乱に関連する比較的広い一連のピーク／ショルダーをも含む。これらのＰＲＰは、典型的には、０〜５０ｅＶのエネルギー範囲にある。典型的には、ＥＥＬＳモジュールはエネルギー選択結像デバイス（ＥＦＴＥＭ：エネルギーフィルタ型ＴＥＭ）としても使用できる。これを達成するために、それらの（主）スペクトル面の近位にスリット（「レターボックス」）を採用する。モジュールが純粋な質量分析計として使用されるとき、このスリットは引っ込められ、スペクトル面は、ポスト分散光学系を使用して使用される検出器（カメラ）上に拡大し、結像することができる。他方、モジュールがエネルギー選択結像デバイスとして使用されるとき、スリットは、特定のエネルギー窓（典型的には１０〜５０ｅＶ幅のオーダー）のみを通過／許可するように呼び出すことができ、その場合、ポスト分散（ポストスリット）光学系は、前記スペクトル面のフーリエ変換面を検出器上に結像する。ＥＥＬＳ及びＥＦＴＥＭのさらなる情報については、以下のリンクを参照できる。
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎ＿ｅｎｅｒｇｙ＿ｌｏｓｓ＿ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｅｎｅｒｇｙ＿ｆｉｌｔｅｒｅｄ＿ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ＿ｅｌｅｃｔｒｏｎ＿ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ

近年、試料中のプラズモン、フォノン及び／またはバンドギャップをマッピングするためにＥＥＬＳを使用することに強く関心が高まっている。「標準」（コア損失）モノクローム化ＥＥＬＳ−約 ０．１ｅＶ〜１．０ｅＶのオーダーの典型的な分解能で行わる−とは対照的に、「高分解能」（フォノン／プラズモン／バンドギャップ）ＥＥＬＳは、例えば、約０．００５〜０．０３０ｅＶの範囲のずっと良い分解能を必要とする。このような分解能は、避けられない光学収差が、（モノクロメータの）増大する励起の関数としてビームエネルギー広がりに望ましくない増加を引き起こすので、従来のモノクロメータを使用して得ることができない。そのような収差に取り組む１つの方法は、縮小入口アパーチャを使用することによってモノクロメータのビーム径を減少させることであろう。しかしながら、
−（例えば、米国特許第５，８３８，００４号に記載されているように）この機能を満たすために可変入口アパーチャを構築することは、アパーチャが典型的に位置する必要がある場所の近くの高電圧及び超高真空のために複雑になり、
−比較的小さなサイズの固定された入口アパーチャを単に用いることは、「標準的な」ＥＥＬＳのビーム電流を過度に減少させるので、望ましくない。

本発明の目的は、これらの問題に対処することである。より具体的には、本発明の目的は、使用されるモノクロメータの入口アパーチャを修正することに依存することなく、ビームエネルギー広がりのかなりの減少を可能にする方法／装置を提供することである。特に、本発明の目的は、前記方法／装置が、必要に応じて前記ビームエネルギー広がりの容易な調整を可能にするすることである。

これら及び他の目的は、上記の冒頭の段落に記載された方法で達成され、以下のステップを特徴とする。
−第１の使用セッションにおいて、以下のうちの少なくとも１つを選択する。
（ａ）前記コンデンサレンズアセンブリの第１のレンズ（Ｃ１）の励起、
（ｂ）前記第１のレンズの下流のコンデンサアパーチャ（ＣＡ）の幅（すなわちサイズ）、
それにより前記アパーチャを出る出射ビームの第１の幅Ｗ１−及び関連する第１のエネルギー広がりΔＥ１−を生成する、
−第２の使用セッションにおいて、前記出射ビームの第２の異なる幅Ｗ２−及び関連する第２の異なるエネルギー広がりΔＥ２−を生成するように、前記パラメータ（ａ）及び（ｂ）の少なくとも１つを選択する。

このため、本発明はモノクロメータ（その関連する出力ビームエネルギー広がりΔＥ０を有する）を単独で／不変のままにし、それにもかかわらず試料に入射する選択可能な／調整可能なエネルギー広がりΔＥｎを達成することができ、ここでΔＥｎは所望／必要に応じて１つ以上の値≦ΔＥ０を有するように選ぶことができ

、したがって、例えば、高分解能ＥＥＬＳ分析に対してはΔＥ１がΔＥ０よりも著しく小さくなるようにΔＥ１を選択することができ、次いで、例えば、標準分解能分析に対してはΔＥ２〜ΔＥ０に戻ることができる。本発明は、モノクロメータ自体に起きる第１の（固定の）段階、及び（下流の）集光で起きる第２の（可変の）段階を有する、一種の「２段階」モノクローム効果を効果的に実現する。

本発明を理解する別の方法は、それがモノクロメータの位置に前記コンデンサアパーチャ（ＣＡ）の調整可能な虚像を作成するように機能し、そのためコンデンサアパーチャはモノクロメータの可変仮想アパーチャとして働くことを実現することである。この仮想アパーチャのサイズ（及び／または形状）は、以下の方法の１つまたは両方で調整することができる。
−第１コンデンサレンズ（Ｃ１レンズ、モノクロメータとコンデンサアパーチャＣＡの間に位置する）の励起を変化させることによって、及び／または、
−コンデンサアパーチャＣＡのサイズを変更することによって、例えば、交換器を使用して異なるコンデンサアパーチャＣＡをビーム経路内に交換することによって、または調整可能な絞り式アパーチャを使用することによって。

このような操作の両方は、モノクロメータの位置で実際の可変アパーチャを実現しようとするよりはるかに簡単であり、固定モノクロメータアパーチャを採用するよりも柔軟性がある。上述の仮想アパーチャの正確な位置は、コンデンサレンズアセンブリの特定の実装によって影響されることを留意するべきで、選択された実装に応じて、仮想アパーチャは、例えば、モノクロメータの入射面またはその近傍、モノクロメータの出射面、またはこれらの２つの面の間の位置にあってもよい。

いくつかの一般的な（拘束力のない）ガイダンスを与えるために、以下のことを注記する。
（ｉ）ΔＥｎ〜ΔＥ０（実質的に変更されていないモノクロメータ出力）を達成するためには、コンデンサアパーチャＣＡがモノクロメータを離れるビームに対して大きな縮小／抑制効果を持たないことを保証することができる。これは、ＣＡの平面で比較的狭い出力ビームを生成するように、比較的広いコンデンサアパーチャＣＡを選択することによって、及び／またはレンズＣ１を励起することによって達成することができる（例えば図３Ａを参照）。
（ｉ）ΔＥｎ＜ΔＥ０（改善された単色ビーム）を達成するためには、コンデンサアパーチャＣＡがモノクロメータを離れるビームに対して顕著な縮小／抑制効果を有することを保証することができる。これは、ＣＡの平面で比較的広い出力ビームを生成するように、比較的狭いコンデンサアパーチャＣＡを選択することによって、及び／またはレンズＣ１を励起することによって達成することができる（例えば図３Ｂを参照）。このようにして、アパーチャＣＡの入射側のビームの比較的限定された中心部分のみが実際にＣＡによって試料に向かって通過し、それによりさらなる波長範囲選択に影響を及ぼす（とりわけ、モノクロメータで生じる収差の影響を削減することによって）。アパーチャＣＡが狭いほど、及び／またはＣ１からの出力ビームの幅が広いほど、この波長範囲選択が狭くなる。

例えば、
−シナリオ（ｉ）は、「標準」ＥＥＬＳ／結像に有用な、ΔＥ０≧０．１ｅＶのオーダーのエネルギー広がりを有する試料レベルのビームを提供するために使用することができる。
−シナリオ（ｉｉ）は、低色収差の高分解能ＥＥＬＳ／結像のために、ΔＥｎ＜０．０５ｅＶ、好ましくは＜０．０３ｅＶのオーダーのエネルギー広がりを有する試料レベルのビームを提供するために使用することができる。

もちろん、シナリオ（ｉｉ）における仮想モノクロメータのアパーチャがより小さいため、シナリオ（ｉｉ）では、シナリオ（ｉ）よりも試料レベルビームの電流はかなり小さい。概して、このより小さいビーム電流は、ΔＥｎ＜０．０５ｅＶのオーダーのエネルギー広がりを必要とする現象（フォノン、プラズモン、及びバンドギャップなど）が、「標準ＥＥＬＳ」で研究される現象（コア損失ピークなど）よりもずっと強い電子ビームとの相互作用を有する傾向があるため、ＥＥＬＳ実験に限定されない。

本発明の特定の実施形態では、前記コンデンサレンズアセンブリの第２のレンズ（Ｃ２）は、前記第１のレンズ（Ｃ１）と前記コンデンサアパーチャ（ＣＡ）との間に配設される。このような第２のレンズＣ２は、例えば、コンデンサアパーチャＣＡに衝突する前に、レンズＣ１を離れた発散ビームを（半）コリメートされたビーム（例えば、約５０μｍのオーダーの（半）均一幅を有する）に変換するように機能することができる。これは、例えば、対物レンズなどのコンデンサアパーチャＣＡの下流に位置するさらなる光学系への効率的なビーム入射を容易にすることができる。

当業者であれば、本発明によるパラメータ（ａ）及び／または（ｂ）の調整は、手動で（例えば、ユーザインターフェースメニュー内の特定の値を選択することによって、または（実際のまたは仮想の）「ノブ」を微調することによって）、または自動的に（例えば、ユーザインターフェースメニュー／バッチレシピに示されているように、実行されている分析のタイプに応じて所与のパラメータ値を自律的に選択するように設定／プログラムされたコントローラ／プロセッサによって）なされ得ることを理解するであろう。

本発明の有用性／適用性は、高分解能ＥＥＬＳに限定されず、それに加えて／代替的に、例えば、低色収差結像を可能にすることが実現されることを明白に留意すべきである。

本発明は、ここで、例示的実施形態及び添付の概略図に基づいてより詳細に解明される。

本発明が実施されるＴＣＰＭの実施形態の長手方向断面立面図を描写する。 図１の一部の拡大詳細図を示し、より具体的にはＥＥＬＳモジュールを示す。 本発明の第１の実施形態による動作を示す、図１の上部の拡大図を描写する。 大部分図３Ａに対応するが、本発明の第２の実施形態による動作を示す。

図において、関連する場合、対応する部品は対応する参照符号を用いて示されている。

実施例１
図１（縮尺通りではない）は、本発明が実施されるＴＣＰＭＭの実施形態の非常に概略的な描写であり、より具体的には、ＴＥＭ／ＳＴＥＭの実施形態を示す。図において、真空エンクロージャ２内で、電子源４は、電子光学軸Ｂ´に沿って伝搬する電子ビームＢを生成し、電子光学照射体（荷電粒子ビームカラム）６を横切り、電子光学照射体は、試料Ｓの選択された部分（例えば、（局所的に）薄くされ／平坦化されてもよい）上に電子を方向付け／集束する役割を果たす。また偏向器１０が描写されており、（とりわけ）ビームＢの走査運動を行うために使用することができる。

試料Ｓは、ホルダＨが（着脱自在に）固定されている受け台Ａ´を移動させる、位置決めデバイス／ステージＡによって多自由度で位置決め可能な試料ホルダＨに保持されており、例えば、試料ホルダＨは、（とりわけ）ＸＹ平面内で移動し得る（図示されたデカルト座標系を参照して、典型的には、Ｚに平行な運動及びＸ／Ｙについての傾斜も可能である）指を備えてもよい。このような移動は、軸Ｂ´（Ｚ方向）に沿って走行する電子ビームＢによって試料Ｓの異なる部分を照射／結像／検査すること、及び／またはビーム走査の代替として走査運動を行うことを可能にする。必要に応じて、オプションの冷却デバイス（図示せず）を、試料ホルダＨと密接に熱接触させて、それを（及びその上の試料Ｓを）例えば極低温に維持することができる。

電子ビームＢは、（例えば）二次電子、後方散乱電子、Ｘ線及び光学放射（陰極ルミネッセンス）を含む、様々なタイプの「誘導」放射線を試料Ｓから放出させるような様態で試料Ｓと相互作用する。必要に応じて、これらの放射タイプのうちの１つ以上は、分析デバイス２２を用いて検出することができ、分析デバイスは、例えば、結合されたシンチレータ／光電子増倍管またはＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光）モジュールであってもよく、そのような場合には、画像はＳＥＭと基本的に同じ原理を用いて構築され得る。しかしながら、代替的にまたは補足的に、試料Ｓを横切り（通過し）、そこから出て／放出し、（実質的には、一般的にある程度の偏向／散乱を伴うが）軸Ｂ´に沿って伝播し続ける電子を研究し得る。このような透過電子束は、結像系（投射レンズ）２４に入り、結像系は、一般に、様々な静電／磁気レンズ、偏向器、補正器（スティグメータなど）等を備える。通常の（非走査）ＴＥＭモードでは、この結像系２４は、透過電子束を蛍光スクリーン（感知デバイス）２６に集束することができ、必要に応じて、蛍光スクリーン２６は、（矢印２６´によって概略的に示されるように）軸Ｂ´の方向から外れるように引っ込められ／引き出され得る。試料Ｓ（その一部）の画像またはディフラクトグラムは、結像系２４によってスクリーン２６上に形成され、これはエンクロージャ２の壁の適切な部分に位置するビューイングポート２８を通して見ることができる。スクリーン２６の引き込み機構は、例えば、性質上、機械的及び／または電気的であってもよく、ここには描かれていない。

スクリーン２６上の画像／ディフラクトグラムを見る代わりとして、結像系２４を離れる電子束の焦点深度が概して非常に大きい（例えば、１メートルのオーダー）という事実を代わりに利用することができる。結果として、以下に示すような、様々な他のタイプの感知デバイスをスクリーン２６の下流で使用することができる。
・ＴＥＭカメラ３０。カメラ３０では、電子束Ｂ´´は、コントローラ／プロセッサ２０によって処理され、例えば、フラットパネルディスプレイのような表示デバイス（図示せず）上に表示される静止画像またはディフラクトグラムを形成することができる。必要でない場合、カメラ３０は、（矢印３０´によって概略的に示されるように）軸Ｂ´の方向から外れるように引っ込められ／引き出され得る。
・ＳＴＥＭカメラ３２。カメラ３２からの出力は、試料Ｓ上のビームＢの（Ｘ、Ｙ）走査位置の関数として記録することができ、Ｘ、Ｙの関数としてカメラ３２からの出力の「マップ」である画像を構築することができる。カメラ３２は、直径が例えば２０ｍｍの単一画素を含むことができ、カメラ３０内に特徴的に存在する画素のマトリクスとは対照的である。さらに、カメラ３２は概してはるかに高い取得速度（例えば、毎秒１０^６ポイント）を有し、カメラ３０（例えば、毎秒１０^２画像）よりも高い。再び、必要でない場合には、（矢印３２´によって概略的に示されるように）カメラ３２を軸Ｂ´の方向から外れるように引っ込められ／引き出され得る（ただし、このような引き込みは、例えば、ドーナツ形環状暗視野カメラ３２の場合には必要ではなく、そのようなカメラでは、中心穴が、カメラが使用されていないときにビーム束の通過を可能にする）。
−カメラ３０または３２を使用する撮像の代替として、分光装置３４を起動することもでき、現在の例では、分光装置３４は、ＥＥＬＳモジュールである。
アイテム３０、３２、及び３４の順序／位置は厳密ではなく、多くの可能な変形が考えられることに留意すべきである。例えば、分光装置３４は、結像系２４に一体化することもできる。

コントローラ（コンピュータプロセッサ）２０は、制御ライン（バス）２０ ´を介して様々な図示された構成要素に接続されていることに留意されたい。このコントローラ２０は、作用の同期、設定点の提供、信号処理、計算の実行、及び表示デバイス（図示せず）上のメッセージ／情報の表示などの様々な機能を提供することができる。言うまでもなく、（概略的に描写された）コントローラ２０は、（部分的に）エンクロージャ２の内部または外部にあってもよく、所望に応じて単一または複合の構造を有してもよい。

当業者であれば、エンクロージャ２の内部を厳密な真空に保つ必要はないことを理解するであろう、例えば、いわゆる「環境制御型ＴＥＭ／ＳＴＥＭ」において、所与の気体のバックグラウンド雰囲気は、エンクロージャ２内に故意に導入／維持される。当業者であればまた、実際において、エンクロージャ２の容積を制限することが有利であり、そのため、可能な場合、使用される電子ビームが通過する（例えば、直径１ｃｍのオーダーの）小さなチューブの形態をとる軸Ｂ´を本質的に抱えるが、電子源４、試料ホルダＨ、スクリーン２６、カメラ３０、カメラ３２、分光装置３４等のような構造を収容するために外に広がることを理解するであろう。

ここで図２を参照すると、これは、図１の分光装置３４の拡大された、より詳細な図を示す。図では、（試料Ｓ及び結像系２４を通過した）電子束Ｂ´´が、電子光学軸Ｂ´に沿って伝搬することが示されている。束Ｂ´´は、分散デバイス３（「電子プリズム」）に入り、スペクトルサブビーム（図２に破線で概略的に示されている）のエネルギー分解された／エネルギー差異化された（連続の）アレイ５に分散（ファンアウト）され、分散方向Ｘに沿って分布し、例示の目的のために、これらのサブビームのうちの３つが図において５ａ、５ｂ、及び５ｃと表示されている。これに関して、伝統的に、伝播はＺ方向に沿って発生すると考えられ、したがって、描かれたデカルト座標系は、分散デバイス３内の束Ｂ´´と「共偏向する」。

アイテム３の下流で、サブビームのアレイ５は、調整可能／伸縮自在スリット（レターボックス）７に遭遇し、それは、例えば、ＥＦＴＥＭモードで使用して、アレイ５の所与の部分を選択／認可し、他の部分を廃棄／閉塞することができ、この目的のために、スリット７は、望み通りにスリット７（の開口）を開／閉／移動するように発動することができる駆動デバイス７ａに接続されている。ＥＥＬＳモードでは、このスリット７は通常（完全に）開き／引っ込められている。当業者であれば、スリット７は分光装置３４の分散面またはその近傍に配設されることが有利であることを理解するであろう、同様に、検出器１１も有利にはこのような平面にまたはそのような平面に近接して位置する。もし必要なら、例えば、分散デバイス３及び／または例えば分散デバイス３とスリット７との間に設けられたドリフト管／偏向器（図示せず）（への電気信号）を適宜調整することによって、スリット７に当たるスペクトルサブビームのアレイ５を狙い／シフトすることが可能である。

スリット７を横切った後、アレイ５の（選択された部分）は、ポスト分散電子光学系９を通過し、そこで例えば、拡大／集束され、最終的に、検出器１１上に方向付け／投射され、サブビーム５ａ、５ｂ、及び５ｃは、検出器部分１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃ上にそれぞれ突き当たる。

照射体６の２つの特定の構成要素、すなわちモノクロメータ８及びコンデンサレンズアセンブリ１２（図１参照）は、本発明に関して特に重要であり、これらの構成要素の寄与をここで詳細に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、図１の上部の拡大図を描写する。両方の図において、電子源４は様々な方向に放射線（荷電粒子経路）を放射し、これらは一連のアノード電極４´によって「捕らえられ」加速される。各放射線は、分散が起こる、すなわち所与の公称経路／放射線に沿って通過する粒子の正確なエネルギーに依存する差異偏向が起こる、分散／粒子プリズム８ａに入り、様々な放射線にスペクトル拡散を引き起こす。モノクロメータスリット８ｂは、このスペクトル拡散の比較的狭いサブセクションを選択するために使用され、したがって、選択されたエネルギー範囲ΔＥ０のみを通過させる。図３Ａ及び図３Ｂに示された特定の設定では、モノクロメータスリット８ｂが、加速器アノード４´の後に接地電位で位置付けされ、それはスリットの構築を容易にするが、しかしながら、別の構成では、モノクロメータスリット８ｂは、例えば、モノクロメータの分散素子内またはその近傍に位置付けすることができる。

前記エネルギー広がりΔＥ０を有するビームは、次に、様々なコンデンサレンズＣ１、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ３、及びコンデンサアパーチャＣＡを備えるコンデンサアセンブリ１２に入り、（最終的に）試料Ｓに向けられる。しかしながら、図３Ａと図３Ｂとの間には有意差があり、これらは以下のように説明することができる。
−図３Ａにおいて、モノクロメータスリット８ｂから出てくるビームＢは、コンデンサレンズＣ１によって比較的緩やかに広げられ、そのため、全て（またはその非常に大きな中央部分）がコンデンサアパーチャＣＡを通過する。必要に応じて、アパーチャＣＡは、その小さな周辺／環状領域をブロックすることによって、ビームを「クリーンアップ」するために使用することができるが、アパーチャＣＡを通過するビームフットプリントの全パーセンテージには比較的小さな影響しか及ぼさない。
−図３Ｂにおいて、モノクロメータスリット８ｂから出てくるビームＢは、コンデンサレンズＣ１によってより強く拡張され（及び／または比較的小さなコンデンサアパーチャＣＡが選択され）、そのため、ビームの比較的小さい中央部分のみがアパーチャＣＡを通過する。これは、アパーチャＣＡを通過するビームフットプリントの総パーセンテージに大きな影響を与え、ビームエネルギー広がりを付随して低減する。

Claims (7)

1. 透過荷電粒子顕微鏡を使用する方法であって、前記透過荷電粒子顕微鏡は、
   −試料を保持するための試料ホルダと、
   −荷電粒子のビームを生成するためのビーム源と、
   −前記ビームを光軸に沿って方向付けて前記試料を照射する照射体であって、前記照射体は、
   ・モノクロメータスリットを有し、所与のエネルギー広がりΔＥ０を有する出力ビームを生成するように構成されたモノクロメータと、
   ・前記モノクロメータの下流にあるコンデンサレンズアセンブリと、を備える、照射体と、
   −前記試料を透過した荷電粒子の束を受け取り、それを感知デバイスに導く結像系と、
   −前記顕微鏡の少なくともいくつかの操作面を制御するためのコントローラと、を備え、
   以下のステップ：
   −第１の使用セッションにおいて、
   （ａ）前記コンデンサレンズアセンブリの第１のレンズの励起、
   （ｂ）前記第１のレンズの下流のコンデンサアパーチャの幅、の少なくとも１つを選択し、
   そうして前記アパーチャを出る出射ビームの第１の幅Ｗ１−及び関連する第１のエネルギー広がりΔＥ１−を生成するステップと、
   −第２の使用セッションにおいて、前記パラメータ（ａ）及び（ｂ）の少なくとも１つを選択し、そうして前記出射ビームの第２の異なる幅Ｗ２−及び関連する第２の異なるエネルギー広がりΔＥ２−を生成するステップと、を特徴とする、方法。
2. パラメータ（ａ）及び（ｂ）の少なくとも１つの調整は、前記モノクロメータの位置に形成された前記コンデンサアパーチャの虚像を幅において変化させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記コンデンサレンズアセンブリの第２のレンズは、前記第１のレンズと前記コンデンサアパーチャとの間に配設される、請求項１または２に記載の方法。
4. ΔＥ１及びΔＥ２の少なくとも１つは、０．０５ｅＶ未満、好ましくは０．０３ｅＶ未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. ΔＥ０≧０．１ｅＶである、請求項４に記載の方法。
6. 前記感知デバイスは、電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）モジュールに含まれている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 透過荷電粒子顕微鏡であって、
   −試料を保持するための試料ホルダと、
   −荷電粒子のビームを生成するためのビーム源と、
   −前記ビームを光軸に沿って方向付けて前記試料を照射する照射体であって、前記照射体は、モノクロメータスリットを有し、所与のエネルギー広がりΔＥ０を有する出力ビームを生成するように構成されたモノクロメータと、前記モノクロメータの下流にあるコンデンサレンズアセンブリと、を備える、照射体と、
   −前記試料を透過した荷電粒子の束を受け取り、それを感知デバイスに導く結像系と、
   −前記顕微鏡の少なくともいくつかの操作面を制御するためのコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   −第１の使用セッションおいて、
   （ａ）前記コンデンサレンズアセンブリの第１のレンズの励起、
   （ｂ）前記第１のレンズの下流のコンデンサアパーチャの幅、の少なくとも１つを選択し、
   そうして前記アパーチャを出る出射ビームの第１の幅Ｗ１−及び関連する第１のエネルギー広がりΔＥ１−を生成することと、
   −第２の使用セッションにおいて、前記パラメータ（ａ）及び（ｂ）の少なくとも１つを選択し、そうして前記出射ビームの第２の異なる幅Ｗ２−及び関連する第２の異なるエネルギー広がりΔＥ２−を生成することと、を実行するように構成されていることを特徴とする、透過荷電粒子顕微鏡。
   

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