標本の光学的分析を行うためのアダプタ
【課題】標本から受容される光を集めるように配置されるとともに、分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう光を向けるミラーを用いる構成において、分析軸と、光軸に沿って位置決めされる光学系との双方に対して、ミラーが正確かつ反復性をもって位置決めされるようにする。
【解決手段】ミラー（１８）は、分析軸上の作動位置に挿入可能、かつ分析軸から離れた非作動位置に後退可能である。調整可能な第１マウント（４４）が放物面ミラー（１８）の挿入位置を定める。また、調整可能な第２マウント（４６）が放物面ミラー（１８）の後退位置を定めるとともに、作動位置から非作動位置へ後退する間にミラーの位置を定める。
【解決手段】ミラー（１８）は、分析軸上の作動位置に挿入可能、かつ分析軸から離れた非作動位置に後退可能である。調整可能な第１マウント（４４）が放物面ミラー（１８）の挿入位置を定める。また、調整可能な第２マウント（４６）が放物面ミラー（１８）の後退位置を定めるとともに、作動位置から非作動位置へ後退する間にミラーの位置を定める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本分析システムに関するものである。好適な実施形態においては、電子顕微鏡が分光分析システム、例えばラマン分光システム、光ルミネセンス分光システムまたは陰極ルミネセンス分光システムに組み合わされる。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の特許文献１においては、分析システム、例えば走査型電子顕微鏡が分析軸（analytical axis）に沿って標本に電子のビームを照射する。概ね標本上の分析軸には放物面ミラーが取り付けられ、このミラー内の開口により電子ビームが通過して標本に達することができるようになっている。ミラーはミラーホルダアセンブリ上に取り付けられ、このアセンブリは一般に分析軸と交差する光軸を有する。ミラーホルダアセンブリは、ミラーをその作動位置と分析軸から離れた非作動位置との間で進退できるものであってもよい。
【０００３】
【特許文献１】国際公開９９／５８９３９号公報
【特許文献２】米国特許第５，４４６，９７０号明細書
【特許文献３】国際特許出願ＧＢＯ１／００１７０号明細書
【特許文献４】米国特許第４，４５１，９８７号明細書
【特許文献５】米国特許第４，４７３，９５５号明細書
【非特許文献１】George TurrelおよびJacques Corset「Raman Microscopy， Developments & Applications」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分析軸と、光軸に沿って位置決めされる光学系との双方に対して、ミラーが正確かつ反復性をもって位置決めされるようにすることが望まれる。
【０００５】
さらに、走査型電子顕微鏡などの分析システムは超高真空下で作動可能なものであるので、作動位置と非作動位置との双方についてミラーの調整を真空の外でできるようにすることが好適である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の形態は、分析軸を有するとともに該分析軸に概ね沿う分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう前記光を向ける光学エレメントを具え、
該光学エレメントは前記分析軸上の作動位置と前記分析軸からはなれた非分析位置との間で調整可能である、アダプタにおいて、
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える調整可能なマウントによって前記作動位置が定められるアダプタを提供する。
【０００７】
好ましくは、前記調節可能なマウントが運動学的なものである。
【０００８】
好ましくは、前記標本チャンバ内が減圧状態にあり、当該減圧状態が前記光学エレメントを前記作動位置に向けて付勢するのに用いられている。
【０００９】
好ましくは、前記光学エレメントは前記光軸に沿う入力光ビームも受容し、該入力光ビームが前記標本に向かうようにされている。
【００１０】
好ましくは、前記光学エレメントがミラーである。あるいは、前記光学エレメントが光ファイバ集光エレメントであるものとすることができる。
【００１１】
好ましくは、前記光軸が前記分析軸に対して概ね横切る方向にある。
【００１２】
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える第２マウントによって前記非作動位置が定められるものであってもよい。この第２マウントが調整可能なものであってもよい。
【００１３】
本発明の第２の形態は、分析軸を有するとともに該分析軸に概ね沿う分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
第１焦点面を有し、前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう前記光を向ける第１光学エレメントを具え、
該第１光学エレメントは前記分析軸上の作動位置と前記分析軸からはなれた非分析位置との間で調整可能であり、
第２焦点面を有する第２光学素子が前記第１光学エレメントに対して固定された関係をもって設けられ、前記第２光学エレメントが、前記第１光学エレメントにより前記光軸に沿うよう向けられた光を光学的アナライザに向かわせるものであるアダプタにおいて、
前記第１および第２光学エレメントは、
前記第１光学エレメントが前記作動位置にあるときに、それらの焦点面が前記第１光学エレメントの移動の向きに平行となるよう配置され、
前記第１光学エレメントのその作動位置での位置決めにおける誤差を少なくとも一部補正するよう配置されていることを特徴とするアダプタを提供する。
【００１４】
好ましくは、前記第１光学エレメントの位置をその作動位置に定めるべく位置決めマウントが設けられるとともに、
前記第１光学エレメントが前記作動位置にあるときに、前記第１光学エレメントの焦点距離と、前記第２光学エレメントの焦点距離との比が、前記第１光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離と、前記第２光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離との比に対して反転している。
【００１５】
好ましくは、前記第１および第２光学エレメントの焦点距離が等しく、前記第１光学エレメントが前記作動位置にあるときに、前記第１光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離が、前記第２光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離に等しい。
【００１６】
好ましくは、前記第１および第２光学エレメントが放物面ミラーを具えている。
【００１７】
本発明の第３の形態は、分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿って光学的アナライザに前記光を向かわせる光学エレメントを具え、
該光学エレメントが放物面ミラーであるアダプタにおいて、
前記放物面ミラーによって反射された光を光学的アナライザに合わせるための少なくとも１つのミラーが設けられ、該少なくとも１つのミラーが調整可能であるとともに、
前記光学的分析手段での歪みが画像処理ソフトウェアにより補正されるアダプタを提供する。
【００１８】
好ましくは、前記放物面ミラーと前記光学的アナライザとの間に第２放物面ミラーが配設され、当該２つの放物面ミラーは収差をキャンセルする向きに配置されている。前記放物面ミラーと前記光学的分析手段との間にさらに２つの放物面ミラーが配設され、当該４つの放物面ミラーは収差をキャンセルする向きに配置されているものとすることができる。
【００１９】
本明細書において用いるような、「運動学的（kinematic）」、「運動学的に（kinematically）」という語および同様の語の意味の議論については、特許文献２が参照されるべきである。これらの語は、保持（carrying）部材および受容部材上の各要素対間で点接触が行われるような運動学的支持だけでなく、各要素間で小面積のまたは線の接触が行われる半運動学的支持または擬似運動学的支持をも含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
図１は、一般的な電子ビーム発生・集束・走査システム１２を有する電子顕微鏡１０を示している。これは、公知の方法で、概ね分析軸１４に沿って電子のビームを標本１６に対し照射する。
【００２１】
走査型電子顕微鏡の代わりに、本発明は、透過型電子顕微鏡を含む他の種類の分析システムや、イオンビーム照射（ion beam bombardment）システムとともに用いられるものでもよい。
【００２２】
放物面ミラーまたはその他の凹面鏡１８が概ね標本１６上の軸１４にマウントされ、中央開口２０を有することで電子ビームが標本１６に向けて通過することが可能となる。放物面ミラー１８はミラーホルダアーム２２に取り付けられ、これは走査型電子顕微鏡の分析軸１４に概ね直交する光軸２４を有している。ミラーホルダ２２は、放物面ミラー１８を、作動位置（実線で示す）と非作動位置（破線で示す）との間で、双方向矢印２６で示すように進退させることができる。非作動位置において放物面ミラー１８は、走査型電子顕微鏡内の他の機器、すなわち電子ビームを標本１６に照射することによって生じるＸ線を検出するのに用いることができるＸ線検出器などと干渉することはない。
【００２３】
システム内には、例えば分光計を具えることができる光学系２８も設けられている。作動位置にあるときには、入射するレーザビーム２７をミラー２５またはその他の手段を介して光軸２４に沿うように向け、放物面ミラー１８によって標本１６上に集束させることができる。レーザビームは、例えば紫外線、可視光または赤外線とすることもできる。標本１６からの散乱光は、放物面ミラー１８によって集められ、コリメートされて、光学系２８に向かう光軸２４に沿った戻し方向にフィードバックされる。集められた光は、ラマン、蛍光または光ルミネセンスなどのような非弾性散乱光（inelastically scattered light）であってもよい。また、レーザ波長では弾性散乱（レーリー）光を含むであろう。これに代えて、またはこれとともに、ミラー１８によって標本１６から集められる光は陰極ルミネセンスであってもよく、これはレーザ入射を要することなく標本１６上の電子ビームの作用によって生じる。
【００２４】
図１は、走査型電子顕微鏡チャンバに対して光学系２８が剛に固定されたシステムを示している。この場合、放物面ミラーは、これが作動位置に置かれる度に、光学系と電子ビームとの双方に対して正確に位置決めされなければならない。他の構成として、光学系を放物面ミラーに対して剛に固定し、系全体がともに進退できるようにすることもできる。この構成は、電子ビームに対して放物面ミラーを正確に配置すれば足りるという点で有利であるが、重くかさばる光学系の分光計およびレーザ、あるいは信号収集およびレーザ供給に関連する部品をミラーホルダアームのアセンブリによって支持しなければならない点で不利である。
【００２５】
図２には後退機構の機能要素が示されている。走査型電子顕微鏡には、走査型電子顕微鏡チャンバ１１の壁にチャンバフランジ３０が設けられている。後退機構３２は、機構フランジ３４を介して走査型電子顕微鏡チャンバのフランジ３０に取り付けられる。機構フランジ３４が走査型電子顕微鏡チャンバ１１に取り付けられると、電子ビーム軸１４に対して固定され、従って重要なすべての光学的および機械的配置はこの機構フランジ３４が基準とされる。
【００２６】
一対のガイドレール３６（一方のみを図示）および後退スクリュ３８が機構フランジ３８に取り付けられる。後退アーム４０がガイドレール３６に取り付けられ、後退スクリュ３８によりガイドレール３６に沿って前進または後退（wound in or out）可能である。後退スクリュ３８はモータ駆動されるものとすることができる。放物面ミラー１８は摺動チューブ４２により間接的に移送され、これは光軸２４について後退アーム４０と同心に取り付けることができる。摺動チューブ４２すなわち放物面ミラー１８の位置は、調整可能な運動学的マウントを具える２セットのマウントによって定められる。これらは位置決めマウント４４および後退マウント４６である。後退アーム４０がガイドレール３６に沿って前進または後退することで、位置決めマウント４４上に摺動チューブ４２を押圧（すなわち挿入位置に放物面ミラーを保持）し、または、後退マウント４６上に摺動チューブ４２を押圧（すなわち後退位置に放物面ミラーを保持）する。ベローズシール４８を用いて、直線移動可能な真空シールを実現する。この種のシールには、チルト、軽度の回転および横方向変位を許容するという利点があり、超高真空圧力に至るまで信頼性のあるシールである。摺動Ｏリングシールのような他のシールが用いられてもよい。
【００２７】
ベローズシールは、一端にベローズ固定フランジ５０を、他端にベローズ移動フランジ５２を有している。ベローズ固定フランジ５０は走査型電子顕微鏡チャンバ１０に隣接する機構フランジ３４に取り付けられている。ベローズ移動フランジ５２は光学系フランジ５４と、走査型電子顕微鏡チャンバ１０から離れた摺動チューブ４２の抜き出し端との双方に取り付けられている。光学系フランジ５４は、光の取り出しを行うための真空ウィンドウ５６を備えるとともに、走査型電子顕微鏡チャンバ１０内で放物面ミラー１８を支持しているミラーホルダアーム２２を保持する。
【００２８】
後退アーム４０を用いて、走査型電子顕微鏡チャンバ１０に向けて摺動チューブ４２を押すことができ、ここではその位置が位置決めマウント４４によって定められる。後退アーム４０はまた、走査型電子顕微鏡チャンバ１０から離れるように摺動チューブ４２を押すことができ、後退アーム４０に対するその位置は、後退の間と後退位置にあるときとの双方で、後退マウント４６により定められるようになっている。摺動アーム４２すなわち放物面ミラー１８の位置は常に、位置決めマウント４４または後退マウント４６のいずれかによって定められる。
【００２９】
位置決めマウント４４の運動学的マウントは、後退機構３２の機構フランジ３４上の光軸２４と同心の円上で、１２０度の間隔をおいた３つのＶ型溝を具える。これらは摺動チューブ４２に隣接する機構フランジ３４の面上に設けられる。各Ｖ型溝は、図３に示すように、一対の平行な円筒状ローラ６０によって提供されるものでもよい。同様に間隔をおいた球状端をもつ３つのベアリングが、機構フランジ３４に隣接する摺動チューブの面に設けられる。摺動チューブ４２が機構フランジ３４に向かって移送されると、ボールベアリングがＶ型溝と相互に作用し合うことで、機構フランジ４４に対する摺動チューブ４２の位置、従って放物面ミラー１８の位置が正確に定められる。
【００３０】
走査型電子顕微鏡チャンバ内の真空が機構フランジに対して摺動チューブを所定位置に保持するので、磁力あるいはばねによるものなどのような、運動学的要素を保持するための他の方法は不要である。
【００３１】
運動学的マウントについては調整可能であることが望ましく、またその調整についても真空外で（ex-vacuo）可能であることが望ましい。本例では、球状端をもつ各ベアリングの位置は光軸２４に平行に調整可能である。図４および図５に示すように、球状端をもつ各ベアリングは丸みのある端部６４をもつ円筒状ロッド６２によって提供される。各円筒状ロッド６２は摺動チューブ４２内に配置されるハウジング６６に収容されている。ハウジング６６はその長手軸に沿って延在する中央開口６８を有している。この開口は段付きのものであり、拡大部７０と縮小部７２とを有している。円筒状ロッド６２は段部７４をもつ拡大部７０内に嵌入され、縮小部７２に入るところで係止される。円筒状ロッド６２はねじ７６によりハウジング６６内の所定位置で保持される。このねじ７６はハウジング６６の側面にある開口７８を通して挿入され、円筒状ロッド６２の側面の一部にある平坦部８０を押圧するものである。円筒状ロッド６２の丸みのある端部６４はハウジング６６の中央開口から外方に延在する。
【００３２】
ハウジング６６の外側部もまた段付き円筒形状を有している。ハウジングの縮小部８２の外側表面にはねじが付けられており、摺動チューブ４２内のねじ付き開口８４に螺着されるとともにボルト８５によって所定位置に保持される。ハウジング６６の内側表面の縮小部７２にもねじが付けられ、調整ねじ８６を受容する。この調整ねじは、摺動チューブ４２に対しハウジング６６の位置をその長手軸方向に調整できるようにするものである。
【００３３】
球状端をもつベアリングは、光軸２４に平行に個々に位置調整可能である。従って、ボールベアリングの位置を個々に調整することにより、ミラーホルダアーム２２を３軸のそれぞれに関して６０度チルトさせることができる。光学アーム５８もまた、球状端をもつベアリングの位置を全体的に調整することによって、進退軸に平行に移動可能である。これらのアライメントは、走査型電子顕微鏡１４に関して３次元に放物面ミラー１８を位置決めするのに十分である。
【００３４】
シリンダ６４の丸みのある端部はＶ型溝に対して２接点をもつ。Ｖ型溝に対して２接点をもつ他の形状を用いることもでき、例えば図６においては楔形が示されている。この楔形は、例えば６０度の角度をもつものとすることができる。
【００３５】
放物面ミラー１８を後退させるために、後退アーム４０を後退させて走査型電子顕微鏡チャンバ１０から離れた摺動チューブ４２の端部に接触させ、そして機構全体を機構フランジ３４から引き離す。位置決めマウント４４での接触は解除され、後退の間、放物面ミラー１８の位置は後退マウント４６によって定められる。放物面ミラー１８の後退は、後退スクリュ上の調整可能な係止部（不図示）によって制限される。
【００３６】
後退アーム４０と摺動チューブとの間の接触は、位置決めマウント４４と同様の調整可能な運動学的マウントにより行われる。ここでは、球状端をもつベアリングが後退アーム４０に配設されるとともに、摺動チューブ４２上のＶ型溝と接触する。
【００３７】
図７は後退アームの端面を示す。ガイドレールのための開口９２が設けられるとともに、後退スクリュのためのねじ付き開口９４が設けられている。４つの細長い開口９０が設けられ、ここに球状端をもつベアリングのためのハウジングが配置される。これらの細長いスリットによって、各ハウジングを個々に、横方向に調整することができる。
【００３８】
従って摺動チューブ４２の位置すなわち放物面ミラー１８の位置は、位置決めマウント４４によって（すなわち機構フランジ３４に対して）、または、後退マウント４６によって（すなわち後退アーム４０に対して）、常に定められることになる。
【００３９】
位置決めマウント４４での運動学的マウントの調整によって放物面ミラー１８のアライメントが行われた後、後退マウント４６での運動学的マウントの調整が行われ、そのボールベアリングのなす平面が位置決めマウント部の平面に平行になるようにされる。また、ボールベアリングがＶ型溝に確実に位置合わせされるよう、横方向の調整を行うことによって、位置決めマウント４４のチルト調整により生じる、後退アームに対する摺動チューブ４２のいかなる横方向変位も補償されるようにする。これらの調整は、位置決めマウント４４の係合から後退マウント４６の係合までの移行を通じて、放物面ミラー１８のいかなる変位も最小限にする助けとなる。そして、位置決めマウント４４の調整によって放物面ミラー１８の位置合わせに変化が生じた後には、それらの調整を要するのみである。
【００４０】
本発明の調整可能な運動学的マウントは、他の適用において使用する場合にも好適である。例えば、特許文献３に記載されたような光ファイバの集光エレメント（fibre optic light collection element）を、標本と欠陥検査装置（defect review tool（ＤＲＴ）；半導体ウェハ内の欠陥を検出するための電子顕微鏡の一種）の対物レンズとの間で、正確に位置決めすることができる。ウェハ内の欠陥をＤＲＴ内で電子の光学的中心（electron optical centre）となるように正確に位置づけることができ、これにより光ファイバ集光エレメントも標本表面から既知の距離をもって電子の光学的中心に移動されるものとなる。よって光ファイバ集光エレメントは、Ｘ，ＹおよびＺにおいて正確に位置決めされるものとなり、これは上述の調整可能な運動学的マウントを使用することによって実現できる。
【００４１】
本発明は調節可能な位置決めマウントに限られるものではない。６自由度で放物面ミラー１８の位置を制約する他の調整可能マウントもまた好適である。かかるマウントは例えば、プレートに当接していくつかの変位を制限するボールと、他の変位を制限する平面ばね（planar spring）との組み合わせを具えることができ、これについては特許文献４および特許文献５に開示されている。
【００４２】
図８は、分光計のように、放物面ミラー１８によって集められた光を光学系に結合するための光学的構成を示している。先の図面において示したものと同様の部分には同一の参照番号が用いられている。
【００４３】
放物面ミラー１８によって集められた標本からの光は調整可能なミラー１００，１０２を介し第２放物面ミラーに向けて反射される。二つの放物面ミラーは互いに固定された関係にあり、それらの相対的アライメントは二つの調整可能なミラー１００，１０２によって６軸に調整することができる。
【００４４】
顕微鏡の対物部（objective）１０６は後退機構３２の機構フランジ３４（従って標本チャンバ）に対して固定位置に設けられる。顕微鏡対物部１０６は第２放物面ミラー１０４の焦点に位置し、光をコリメートして、分光計に向く適切な平行ビームにする。顕微鏡の対物部１０６を調整可能とし、第２放物面ミラー１０４の焦点に正確に位置づけできるようにすることが望ましい。
【００４５】
放物面ミラーは平面鏡より好ましく用いられるが、これはより良好な集光効率（light collection efficiency）を提供するからである。放物面ミラーは楕円面鏡（ellipsoid）より好ましく用いられるが、楕円面鏡は２焦点を有し、位置合わせが複雑で微妙なものとなるからである。
【００４６】
放物面ミラーを用いることの当然の結果として、軸外の画像が歪むことになる。これは二つの放物面ミラーを用いることで改善される。四つの放物面ミラーを用いればより一層の改善が可能となるが、この場合は位置合わせが容易でなくなる。
【００４７】
図８は、アライメントミラー１００，１０２とともに標本から顕微鏡対物部１０６に光結合を行う一対の放物面ミラー１８，１０４を示しているが、アライメントミラーとともに１または４つの放物面ミラーを使用するシステムを用いることもできる。
【００４８】
ラマンレーザプローブ（Raman laser probe）を電子顕微鏡に結合するために放物面ミラーを使用することについては、先に非特許文献１に開示されている。このシステムにおいては、図９に示すように、一対の放物面ミラー１１０，１１２が配置され、それらの焦点１１４，１１６が異なる水平面にあるようになっている。この配置はすべての収差（aberration）をキャンセルできない点で不利である。
【００４９】
本発明においては、図１０に示すように、焦点が同一水平面にあるように放物面ミラー１１０，１１２が配置されている。放物面ミラーのこの構成によって収差がキャンセルされ、特に近軸光線（paraxial rays）からの収差が補正される。
【００５０】
残余の歪み（糸巻き形歪み（pin-cushion distortion）や樽形歪み（barrel distortion）など）を補正するために、イメージワープ（image warping）などの画像処理技術が用いられる。
【００５１】
１μｍより高い精度でレーザスポットを標本上に反復可能に位置決めすることが望ましい。しかし非運動学的位置決めマウント（例えばエンドストップすなわち滑り軸受）が用いられる場合、あるいは運動学的位置決めマウントが汚損された場合には、例えばドリフトによってスポット位置の精度は低下する。標本上でのレーザスポット位置の精度低下は以下に述べる光学的構成によって補償される。
【００５２】
図１１は無限共役比モード（infinite conjugate mode）で働く焦点距離ｆの２つの等しいレンズ１２０，１２２を示しており、これらは、物体Ｏが上方に移動すると、画像Ｉは同じ量だけ逆移動（invert）する。後退アームの位置の小さい誤差を補償するのにこの性質を用いる。
【００５３】
図１２Ａは後退アームにおいて用いられている光学素子を単純化した形態で示している。光学素子の各セットは平面鏡１２４，１２６およびレンズ１２８，１３０を具えることができる。あるいは、図８に示したように、光学素子は一対の放物面ミラーを具えていてもよい。光学素子は後退アーム内で互いに剛に取り付けられており、その結果後退アームの挿入／後退が光学系アセンブリ全体の移動を生じさせる。加えて、光学素子は整合の取れた対であり、画像／物体に関する小領域について、物体は倍率ファクタ１で結像され、焦点が合っており、かつ反転（invert）されるようになっている。
【００５４】
図１２Ａは２つのミラー・レンズアセンブリ１２４，１２８・１２６，１３０を示しており、これらは等しい焦点距離ｆを有し、回転中心（すなわち位置決めマウント）に対して等距離離隔している。
【００５５】
図１２Ｂに示すようにアセンブリ全体がＸ方向に移動する一方、物体Ｏが固定されていれば、後退アームに対して−Ｘ移動する画像Ｉ’が生じる。従って標本上のレーザスポットの位置はそのままであり、後退アームの僅かな移動によって影響を受けることはない。上述の補償をＸ，−Ｘ，Ｙおよび−Ｙにおける後退アームの移動に適用する。
【００５６】
このシステムは、Ｚ方向における後退アームの移動については同様の方法で補償しない。しかし光学系の被写界深度（depth of field）内のＺ方向における変化が小さければ問題はない。本光学系において用いる放物面ミラーの被写界深度は、例えば約２０μｍである。スポットを１μｍ以内で位置決めすることを目的としているので、放物面ミラーのこのオーダの小変位は受容される。
【００５７】
また光学素子を対称に配置することによって、後退アームの僅かな揺動も補償される。図１１は、例えばハウジング１３２によって互いに固定された２つのレンズ１２０，１２２を示している。物体Ｏが固定され、ハウジング１３２が回転中心Ｐの回りに揺動し、被写界深度内で小角度がついても、画像Ｉは動かない。これは上述と同じ理由による。しかしこれは２つの光学素子の中心に回転軸がある場合にのみ成り立つことである。後退アームの位置決めマウント（運動学的またはその他のもの）は光学素子間の回転軸として作用する。
【００５８】
レンズの焦点距離が等しくない場合は、回転中心を焦点距離が長い方のレンズに近い位置に移動させなければならない。例えば、対物レンズ焦点距離ｆ１：結像レンズ焦点距離ｆ２の比が１：２であれば、物体から回転中心までの距離：回転中心から画像までの距離の比を２：１にしなければならない。
【００５９】
後退アームが揺動するとＺにおける変位も生じるが、揺動角が小さくかつ回転中心から物体までの距離が大きければ、画像には影響がない。
【００６０】
図１３は図８に示したものと同様な後退アームの光学的構成を示している。この構成は光路を曲げるための２つのミラー１３４，１３６を含んでいる。位置決めマウントは回転軸Ｐを形成し、レンズ１２８，１３０が等しい焦点距離をもつ場合には、ミラー・レンズアセンブリ１２４，１２８・１２６，１３０のそれぞれから等距離に位置づけられる。
【００６１】
従って、対称な光学素子を用いることで、不正確な動きのシステムに対する補正が行われる。この光学素子の配置とすることで、精度の低い位置決めマウントを用いても、後退アームの位置が多少正確でなくてもこれが補正されるので、安定かつ反復性のある後退アームの位置決めが可能となる。
【００６２】
光学系が一対の放物面ミラーを具える場合には、図１０を参照して述べたように、補正の度合いは画像フィールドにわたる画像品位の関数であり、これら放物面ミラーが相等しいものであることを要する。放物面ミラーを用いることで、平面鏡・レンズアセンブリよりも、よりよい集光、従ってまたより高速の光学系が提供されるという利点がある。加えて、放物面ミラーは後退アーム内での占有スペースが小さく、また大きい被写界深度を有するために後退アームの大きいＺ内変位を許容できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】分光システムに組み合わされる走査型電子顕微鏡の模式図である。
【図２】図１の後退機構の模式図である。
【図３】後退機構の機構フランジの端面図である。
【図４】後退機構の調整可能な運動学的マウントを示す。
【図５】調整可能な運動学的マウントの部分の分解図である。
【図６】他の運動学的マウントである。
【図７】後退機構の後退アームの端面図である。
【図８】走査型電子顕微鏡と光学系との間の光学的配置の模式図である。
【図９】放物面ミラーの従来の連結を示す。
【図１０】本発明において用いられる放物面ミラーの連結を示す。
【図１１】無限共役比モードの２つのレンズの図である。
【図１２】図１２Ａおよび図１２Ｂは後退アームにおける光学素子を単純化して示す。
【図１３】後退アーム内の光学素子を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本分析システムに関するものである。好適な実施形態においては、電子顕微鏡が分光分析システム、例えばラマン分光システム、光ルミネセンス分光システムまたは陰極ルミネセンス分光システムに組み合わされる。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の特許文献１においては、分析システム、例えば走査型電子顕微鏡が分析軸（analytical axis）に沿って標本に電子のビームを照射する。概ね標本上の分析軸には放物面ミラーが取り付けられ、このミラー内の開口により電子ビームが通過して標本に達することができるようになっている。ミラーはミラーホルダアセンブリ上に取り付けられ、このアセンブリは一般に分析軸と交差する光軸を有する。ミラーホルダアセンブリは、ミラーをその作動位置と分析軸から離れた非作動位置との間で進退できるものであってもよい。
【０００３】
【特許文献１】国際公開９９／５８９３９号公報
【特許文献２】米国特許第５，４４６，９７０号明細書
【特許文献３】国際特許出願ＧＢＯ１／００１７０号明細書
【特許文献４】米国特許第４，４５１，９８７号明細書
【特許文献５】米国特許第４，４７３，９５５号明細書
【非特許文献１】George TurrelおよびJacques Corset「Raman Microscopy， Developments & Applications」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分析軸と、光軸に沿って位置決めされる光学系との双方に対して、ミラーが正確かつ反復性をもって位置決めされるようにすることが望まれる。
【０００５】
さらに、走査型電子顕微鏡などの分析システムは超高真空下で作動可能なものであるので、作動位置と非作動位置との双方についてミラーの調整を真空の外でできるようにすることが好適である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の形態は、分析軸を有するとともに該分析軸に概ね沿う分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう前記光を向ける光学エレメントを具え、
該光学エレメントは前記分析軸上の作動位置と前記分析軸からはなれた非分析位置との間で調整可能である、アダプタにおいて、
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える調整可能なマウントによって前記作動位置が定められるアダプタを提供する。
【０００７】
好ましくは、前記調節可能なマウントが運動学的なものである。
【０００８】
好ましくは、前記標本チャンバ内が減圧状態にあり、当該減圧状態が前記光学エレメントを前記作動位置に向けて付勢するのに用いられている。
【０００９】
好ましくは、前記光学エレメントは前記光軸に沿う入力光ビームも受容し、該入力光ビームが前記標本に向かうようにされている。
【００１０】
好ましくは、前記光学エレメントがミラーである。あるいは、前記光学エレメントが光ファイバ集光エレメントであるものとすることができる。
【００１１】
好ましくは、前記光軸が前記分析軸に対して概ね横切る方向にある。
【００１２】
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える第２マウントによって前記非作動位置が定められるものであってもよい。この第２マウントが調整可能なものであってもよい。
【００１３】
本発明の第２の形態は、分析軸を有するとともに該分析軸に概ね沿う分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
第１焦点面を有し、前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう前記光を向ける第１光学エレメントを具え、
該第１光学エレメントは前記分析軸上の作動位置と前記分析軸からはなれた非分析位置との間で調整可能であり、
第２焦点面を有する第２光学素子が前記第１光学エレメントに対して固定された関係をもって設けられ、前記第２光学エレメントが、前記第１光学エレメントにより前記光軸に沿うよう向けられた光を光学的アナライザに向かわせるものであるアダプタにおいて、
前記第１および第２光学エレメントは、
前記第１光学エレメントが前記作動位置にあるときに、それらの焦点面が前記第１光学エレメントの移動の向きに平行となるよう配置され、
前記第１光学エレメントのその作動位置での位置決めにおける誤差を少なくとも一部補正するよう配置されていることを特徴とするアダプタを提供する。
【００１４】
好ましくは、前記第１光学エレメントの位置をその作動位置に定めるべく位置決めマウントが設けられるとともに、
前記第１光学エレメントが前記作動位置にあるときに、前記第１光学エレメントの焦点距離と、前記第２光学エレメントの焦点距離との比が、前記第１光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離と、前記第２光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離との比に対して反転している。
【００１５】
好ましくは、前記第１および第２光学エレメントの焦点距離が等しく、前記第１光学エレメントが前記作動位置にあるときに、前記第１光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離が、前記第２光学エレメントの焦点および前記位置決めマウント間の光路に沿った距離に等しい。
【００１６】
好ましくは、前記第１および第２光学エレメントが放物面ミラーを具えている。
【００１７】
本発明の第３の形態は、分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿って光学的アナライザに前記光を向かわせる光学エレメントを具え、
該光学エレメントが放物面ミラーであるアダプタにおいて、
前記放物面ミラーによって反射された光を光学的アナライザに合わせるための少なくとも１つのミラーが設けられ、該少なくとも１つのミラーが調整可能であるとともに、
前記光学的分析手段での歪みが画像処理ソフトウェアにより補正されるアダプタを提供する。
【００１８】
好ましくは、前記放物面ミラーと前記光学的アナライザとの間に第２放物面ミラーが配設され、当該２つの放物面ミラーは収差をキャンセルする向きに配置されている。前記放物面ミラーと前記光学的分析手段との間にさらに２つの放物面ミラーが配設され、当該４つの放物面ミラーは収差をキャンセルする向きに配置されているものとすることができる。
【００１９】
本明細書において用いるような、「運動学的（kinematic）」、「運動学的に（kinematically）」という語および同様の語の意味の議論については、特許文献２が参照されるべきである。これらの語は、保持（carrying）部材および受容部材上の各要素対間で点接触が行われるような運動学的支持だけでなく、各要素間で小面積のまたは線の接触が行われる半運動学的支持または擬似運動学的支持をも含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
図１は、一般的な電子ビーム発生・集束・走査システム１２を有する電子顕微鏡１０を示している。これは、公知の方法で、概ね分析軸１４に沿って電子のビームを標本１６に対し照射する。
【００２１】
走査型電子顕微鏡の代わりに、本発明は、透過型電子顕微鏡を含む他の種類の分析システムや、イオンビーム照射（ion beam bombardment）システムとともに用いられるものでもよい。
【００２２】
放物面ミラーまたはその他の凹面鏡１８が概ね標本１６上の軸１４にマウントされ、中央開口２０を有することで電子ビームが標本１６に向けて通過することが可能となる。放物面ミラー１８はミラーホルダアーム２２に取り付けられ、これは走査型電子顕微鏡の分析軸１４に概ね直交する光軸２４を有している。ミラーホルダ２２は、放物面ミラー１８を、作動位置（実線で示す）と非作動位置（破線で示す）との間で、双方向矢印２６で示すように進退させることができる。非作動位置において放物面ミラー１８は、走査型電子顕微鏡内の他の機器、すなわち電子ビームを標本１６に照射することによって生じるＸ線を検出するのに用いることができるＸ線検出器などと干渉することはない。
【００２３】
システム内には、例えば分光計を具えることができる光学系２８も設けられている。作動位置にあるときには、入射するレーザビーム２７をミラー２５またはその他の手段を介して光軸２４に沿うように向け、放物面ミラー１８によって標本１６上に集束させることができる。レーザビームは、例えば紫外線、可視光または赤外線とすることもできる。標本１６からの散乱光は、放物面ミラー１８によって集められ、コリメートされて、光学系２８に向かう光軸２４に沿った戻し方向にフィードバックされる。集められた光は、ラマン、蛍光または光ルミネセンスなどのような非弾性散乱光（inelastically scattered light）であってもよい。また、レーザ波長では弾性散乱（レーリー）光を含むであろう。これに代えて、またはこれとともに、ミラー１８によって標本１６から集められる光は陰極ルミネセンスであってもよく、これはレーザ入射を要することなく標本１６上の電子ビームの作用によって生じる。
【００２４】
図１は、走査型電子顕微鏡チャンバに対して光学系２８が剛に固定されたシステムを示している。この場合、放物面ミラーは、これが作動位置に置かれる度に、光学系と電子ビームとの双方に対して正確に位置決めされなければならない。他の構成として、光学系を放物面ミラーに対して剛に固定し、系全体がともに進退できるようにすることもできる。この構成は、電子ビームに対して放物面ミラーを正確に配置すれば足りるという点で有利であるが、重くかさばる光学系の分光計およびレーザ、あるいは信号収集およびレーザ供給に関連する部品をミラーホルダアームのアセンブリによって支持しなければならない点で不利である。
【００２５】
図２には後退機構の機能要素が示されている。走査型電子顕微鏡には、走査型電子顕微鏡チャンバ１１の壁にチャンバフランジ３０が設けられている。後退機構３２は、機構フランジ３４を介して走査型電子顕微鏡チャンバのフランジ３０に取り付けられる。機構フランジ３４が走査型電子顕微鏡チャンバ１１に取り付けられると、電子ビーム軸１４に対して固定され、従って重要なすべての光学的および機械的配置はこの機構フランジ３４が基準とされる。
【００２６】
一対のガイドレール３６（一方のみを図示）および後退スクリュ３８が機構フランジ３８に取り付けられる。後退アーム４０がガイドレール３６に取り付けられ、後退スクリュ３８によりガイドレール３６に沿って前進または後退（wound in or out）可能である。後退スクリュ３８はモータ駆動されるものとすることができる。放物面ミラー１８は摺動チューブ４２により間接的に移送され、これは光軸２４について後退アーム４０と同心に取り付けることができる。摺動チューブ４２すなわち放物面ミラー１８の位置は、調整可能な運動学的マウントを具える２セットのマウントによって定められる。これらは位置決めマウント４４および後退マウント４６である。後退アーム４０がガイドレール３６に沿って前進または後退することで、位置決めマウント４４上に摺動チューブ４２を押圧（すなわち挿入位置に放物面ミラーを保持）し、または、後退マウント４６上に摺動チューブ４２を押圧（すなわち後退位置に放物面ミラーを保持）する。ベローズシール４８を用いて、直線移動可能な真空シールを実現する。この種のシールには、チルト、軽度の回転および横方向変位を許容するという利点があり、超高真空圧力に至るまで信頼性のあるシールである。摺動Ｏリングシールのような他のシールが用いられてもよい。
【００２７】
ベローズシールは、一端にベローズ固定フランジ５０を、他端にベローズ移動フランジ５２を有している。ベローズ固定フランジ５０は走査型電子顕微鏡チャンバ１０に隣接する機構フランジ３４に取り付けられている。ベローズ移動フランジ５２は光学系フランジ５４と、走査型電子顕微鏡チャンバ１０から離れた摺動チューブ４２の抜き出し端との双方に取り付けられている。光学系フランジ５４は、光の取り出しを行うための真空ウィンドウ５６を備えるとともに、走査型電子顕微鏡チャンバ１０内で放物面ミラー１８を支持しているミラーホルダアーム２２を保持する。
【００２８】
後退アーム４０を用いて、走査型電子顕微鏡チャンバ１０に向けて摺動チューブ４２を押すことができ、ここではその位置が位置決めマウント４４によって定められる。後退アーム４０はまた、走査型電子顕微鏡チャンバ１０から離れるように摺動チューブ４２を押すことができ、後退アーム４０に対するその位置は、後退の間と後退位置にあるときとの双方で、後退マウント４６により定められるようになっている。摺動アーム４２すなわち放物面ミラー１８の位置は常に、位置決めマウント４４または後退マウント４６のいずれかによって定められる。
【００２９】
位置決めマウント４４の運動学的マウントは、後退機構３２の機構フランジ３４上の光軸２４と同心の円上で、１２０度の間隔をおいた３つのＶ型溝を具える。これらは摺動チューブ４２に隣接する機構フランジ３４の面上に設けられる。各Ｖ型溝は、図３に示すように、一対の平行な円筒状ローラ６０によって提供されるものでもよい。同様に間隔をおいた球状端をもつ３つのベアリングが、機構フランジ３４に隣接する摺動チューブの面に設けられる。摺動チューブ４２が機構フランジ３４に向かって移送されると、ボールベアリングがＶ型溝と相互に作用し合うことで、機構フランジ４４に対する摺動チューブ４２の位置、従って放物面ミラー１８の位置が正確に定められる。
【００３０】
走査型電子顕微鏡チャンバ内の真空が機構フランジに対して摺動チューブを所定位置に保持するので、磁力あるいはばねによるものなどのような、運動学的要素を保持するための他の方法は不要である。
【００３１】
運動学的マウントについては調整可能であることが望ましく、またその調整についても真空外で（ex-vacuo）可能であることが望ましい。本例では、球状端をもつ各ベアリングの位置は光軸２４に平行に調整可能である。図４および図５に示すように、球状端をもつ各ベアリングは丸みのある端部６４をもつ円筒状ロッド６２によって提供される。各円筒状ロッド６２は摺動チューブ４２内に配置されるハウジング６６に収容されている。ハウジング６６はその長手軸に沿って延在する中央開口６８を有している。この開口は段付きのものであり、拡大部７０と縮小部７２とを有している。円筒状ロッド６２は段部７４をもつ拡大部７０内に嵌入され、縮小部７２に入るところで係止される。円筒状ロッド６２はねじ７６によりハウジング６６内の所定位置で保持される。このねじ７６はハウジング６６の側面にある開口７８を通して挿入され、円筒状ロッド６２の側面の一部にある平坦部８０を押圧するものである。円筒状ロッド６２の丸みのある端部６４はハウジング６６の中央開口から外方に延在する。
【００３２】
ハウジング６６の外側部もまた段付き円筒形状を有している。ハウジングの縮小部８２の外側表面にはねじが付けられており、摺動チューブ４２内のねじ付き開口８４に螺着されるとともにボルト８５によって所定位置に保持される。ハウジング６６の内側表面の縮小部７２にもねじが付けられ、調整ねじ８６を受容する。この調整ねじは、摺動チューブ４２に対しハウジング６６の位置をその長手軸方向に調整できるようにするものである。
【００３３】
球状端をもつベアリングは、光軸２４に平行に個々に位置調整可能である。従って、ボールベアリングの位置を個々に調整することにより、ミラーホルダアーム２２を３軸のそれぞれに関して６０度チルトさせることができる。光学アーム５８もまた、球状端をもつベアリングの位置を全体的に調整することによって、進退軸に平行に移動可能である。これらのアライメントは、走査型電子顕微鏡１４に関して３次元に放物面ミラー１８を位置決めするのに十分である。
【００３４】
シリンダ６４の丸みのある端部はＶ型溝に対して２接点をもつ。Ｖ型溝に対して２接点をもつ他の形状を用いることもでき、例えば図６においては楔形が示されている。この楔形は、例えば６０度の角度をもつものとすることができる。
【００３５】
放物面ミラー１８を後退させるために、後退アーム４０を後退させて走査型電子顕微鏡チャンバ１０から離れた摺動チューブ４２の端部に接触させ、そして機構全体を機構フランジ３４から引き離す。位置決めマウント４４での接触は解除され、後退の間、放物面ミラー１８の位置は後退マウント４６によって定められる。放物面ミラー１８の後退は、後退スクリュ上の調整可能な係止部（不図示）によって制限される。
【００３６】
後退アーム４０と摺動チューブとの間の接触は、位置決めマウント４４と同様の調整可能な運動学的マウントにより行われる。ここでは、球状端をもつベアリングが後退アーム４０に配設されるとともに、摺動チューブ４２上のＶ型溝と接触する。
【００３７】
図７は後退アームの端面を示す。ガイドレールのための開口９２が設けられるとともに、後退スクリュのためのねじ付き開口９４が設けられている。４つの細長い開口９０が設けられ、ここに球状端をもつベアリングのためのハウジングが配置される。これらの細長いスリットによって、各ハウジングを個々に、横方向に調整することができる。
【００３８】
従って摺動チューブ４２の位置すなわち放物面ミラー１８の位置は、位置決めマウント４４によって（すなわち機構フランジ３４に対して）、または、後退マウント４６によって（すなわち後退アーム４０に対して）、常に定められることになる。
【００３９】
位置決めマウント４４での運動学的マウントの調整によって放物面ミラー１８のアライメントが行われた後、後退マウント４６での運動学的マウントの調整が行われ、そのボールベアリングのなす平面が位置決めマウント部の平面に平行になるようにされる。また、ボールベアリングがＶ型溝に確実に位置合わせされるよう、横方向の調整を行うことによって、位置決めマウント４４のチルト調整により生じる、後退アームに対する摺動チューブ４２のいかなる横方向変位も補償されるようにする。これらの調整は、位置決めマウント４４の係合から後退マウント４６の係合までの移行を通じて、放物面ミラー１８のいかなる変位も最小限にする助けとなる。そして、位置決めマウント４４の調整によって放物面ミラー１８の位置合わせに変化が生じた後には、それらの調整を要するのみである。
【００４０】
本発明の調整可能な運動学的マウントは、他の適用において使用する場合にも好適である。例えば、特許文献３に記載されたような光ファイバの集光エレメント（fibre optic light collection element）を、標本と欠陥検査装置（defect review tool（ＤＲＴ）；半導体ウェハ内の欠陥を検出するための電子顕微鏡の一種）の対物レンズとの間で、正確に位置決めすることができる。ウェハ内の欠陥をＤＲＴ内で電子の光学的中心（electron optical centre）となるように正確に位置づけることができ、これにより光ファイバ集光エレメントも標本表面から既知の距離をもって電子の光学的中心に移動されるものとなる。よって光ファイバ集光エレメントは、Ｘ，ＹおよびＺにおいて正確に位置決めされるものとなり、これは上述の調整可能な運動学的マウントを使用することによって実現できる。
【００４１】
本発明は調節可能な位置決めマウントに限られるものではない。６自由度で放物面ミラー１８の位置を制約する他の調整可能マウントもまた好適である。かかるマウントは例えば、プレートに当接していくつかの変位を制限するボールと、他の変位を制限する平面ばね（planar spring）との組み合わせを具えることができ、これについては特許文献４および特許文献５に開示されている。
【００４２】
図８は、分光計のように、放物面ミラー１８によって集められた光を光学系に結合するための光学的構成を示している。先の図面において示したものと同様の部分には同一の参照番号が用いられている。
【００４３】
放物面ミラー１８によって集められた標本からの光は調整可能なミラー１００，１０２を介し第２放物面ミラーに向けて反射される。二つの放物面ミラーは互いに固定された関係にあり、それらの相対的アライメントは二つの調整可能なミラー１００，１０２によって６軸に調整することができる。
【００４４】
顕微鏡の対物部（objective）１０６は後退機構３２の機構フランジ３４（従って標本チャンバ）に対して固定位置に設けられる。顕微鏡対物部１０６は第２放物面ミラー１０４の焦点に位置し、光をコリメートして、分光計に向く適切な平行ビームにする。顕微鏡の対物部１０６を調整可能とし、第２放物面ミラー１０４の焦点に正確に位置づけできるようにすることが望ましい。
【００４５】
放物面ミラーは平面鏡より好ましく用いられるが、これはより良好な集光効率（light collection efficiency）を提供するからである。放物面ミラーは楕円面鏡（ellipsoid）より好ましく用いられるが、楕円面鏡は２焦点を有し、位置合わせが複雑で微妙なものとなるからである。
【００４６】
放物面ミラーを用いることの当然の結果として、軸外の画像が歪むことになる。これは二つの放物面ミラーを用いることで改善される。四つの放物面ミラーを用いればより一層の改善が可能となるが、この場合は位置合わせが容易でなくなる。
【００４７】
図８は、アライメントミラー１００，１０２とともに標本から顕微鏡対物部１０６に光結合を行う一対の放物面ミラー１８，１０４を示しているが、アライメントミラーとともに１または４つの放物面ミラーを使用するシステムを用いることもできる。
【００４８】
ラマンレーザプローブ（Raman laser probe）を電子顕微鏡に結合するために放物面ミラーを使用することについては、先に非特許文献１に開示されている。このシステムにおいては、図９に示すように、一対の放物面ミラー１１０，１１２が配置され、それらの焦点１１４，１１６が異なる水平面にあるようになっている。この配置はすべての収差（aberration）をキャンセルできない点で不利である。
【００４９】
本発明においては、図１０に示すように、焦点が同一水平面にあるように放物面ミラー１１０，１１２が配置されている。放物面ミラーのこの構成によって収差がキャンセルされ、特に近軸光線（paraxial rays）からの収差が補正される。
【００５０】
残余の歪み（糸巻き形歪み（pin-cushion distortion）や樽形歪み（barrel distortion）など）を補正するために、イメージワープ（image warping）などの画像処理技術が用いられる。
【００５１】
１μｍより高い精度でレーザスポットを標本上に反復可能に位置決めすることが望ましい。しかし非運動学的位置決めマウント（例えばエンドストップすなわち滑り軸受）が用いられる場合、あるいは運動学的位置決めマウントが汚損された場合には、例えばドリフトによってスポット位置の精度は低下する。標本上でのレーザスポット位置の精度低下は以下に述べる光学的構成によって補償される。
【００５２】
図１１は無限共役比モード（infinite conjugate mode）で働く焦点距離ｆの２つの等しいレンズ１２０，１２２を示しており、これらは、物体Ｏが上方に移動すると、画像Ｉは同じ量だけ逆移動（invert）する。後退アームの位置の小さい誤差を補償するのにこの性質を用いる。
【００５３】
図１２Ａは後退アームにおいて用いられている光学素子を単純化した形態で示している。光学素子の各セットは平面鏡１２４，１２６およびレンズ１２８，１３０を具えることができる。あるいは、図８に示したように、光学素子は一対の放物面ミラーを具えていてもよい。光学素子は後退アーム内で互いに剛に取り付けられており、その結果後退アームの挿入／後退が光学系アセンブリ全体の移動を生じさせる。加えて、光学素子は整合の取れた対であり、画像／物体に関する小領域について、物体は倍率ファクタ１で結像され、焦点が合っており、かつ反転（invert）されるようになっている。
【００５４】
図１２Ａは２つのミラー・レンズアセンブリ１２４，１２８・１２６，１３０を示しており、これらは等しい焦点距離ｆを有し、回転中心（すなわち位置決めマウント）に対して等距離離隔している。
【００５５】
図１２Ｂに示すようにアセンブリ全体がＸ方向に移動する一方、物体Ｏが固定されていれば、後退アームに対して−Ｘ移動する画像Ｉ’が生じる。従って標本上のレーザスポットの位置はそのままであり、後退アームの僅かな移動によって影響を受けることはない。上述の補償をＸ，−Ｘ，Ｙおよび−Ｙにおける後退アームの移動に適用する。
【００５６】
このシステムは、Ｚ方向における後退アームの移動については同様の方法で補償しない。しかし光学系の被写界深度（depth of field）内のＺ方向における変化が小さければ問題はない。本光学系において用いる放物面ミラーの被写界深度は、例えば約２０μｍである。スポットを１μｍ以内で位置決めすることを目的としているので、放物面ミラーのこのオーダの小変位は受容される。
【００５７】
また光学素子を対称に配置することによって、後退アームの僅かな揺動も補償される。図１１は、例えばハウジング１３２によって互いに固定された２つのレンズ１２０，１２２を示している。物体Ｏが固定され、ハウジング１３２が回転中心Ｐの回りに揺動し、被写界深度内で小角度がついても、画像Ｉは動かない。これは上述と同じ理由による。しかしこれは２つの光学素子の中心に回転軸がある場合にのみ成り立つことである。後退アームの位置決めマウント（運動学的またはその他のもの）は光学素子間の回転軸として作用する。
【００５８】
レンズの焦点距離が等しくない場合は、回転中心を焦点距離が長い方のレンズに近い位置に移動させなければならない。例えば、対物レンズ焦点距離ｆ１：結像レンズ焦点距離ｆ２の比が１：２であれば、物体から回転中心までの距離：回転中心から画像までの距離の比を２：１にしなければならない。
【００５９】
後退アームが揺動するとＺにおける変位も生じるが、揺動角が小さくかつ回転中心から物体までの距離が大きければ、画像には影響がない。
【００６０】
図１３は図８に示したものと同様な後退アームの光学的構成を示している。この構成は光路を曲げるための２つのミラー１３４，１３６を含んでいる。位置決めマウントは回転軸Ｐを形成し、レンズ１２８，１３０が等しい焦点距離をもつ場合には、ミラー・レンズアセンブリ１２４，１２８・１２６，１３０のそれぞれから等距離に位置づけられる。
【００６１】
従って、対称な光学素子を用いることで、不正確な動きのシステムに対する補正が行われる。この光学素子の配置とすることで、精度の低い位置決めマウントを用いても、後退アームの位置が多少正確でなくてもこれが補正されるので、安定かつ反復性のある後退アームの位置決めが可能となる。
【００６２】
光学系が一対の放物面ミラーを具える場合には、図１０を参照して述べたように、補正の度合いは画像フィールドにわたる画像品位の関数であり、これら放物面ミラーが相等しいものであることを要する。放物面ミラーを用いることで、平面鏡・レンズアセンブリよりも、よりよい集光、従ってまたより高速の光学系が提供されるという利点がある。加えて、放物面ミラーは後退アーム内での占有スペースが小さく、また大きい被写界深度を有するために後退アームの大きいＺ内変位を許容できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】分光システムに組み合わされる走査型電子顕微鏡の模式図である。
【図２】図１の後退機構の模式図である。
【図３】後退機構の機構フランジの端面図である。
【図４】後退機構の調整可能な運動学的マウントを示す。
【図５】調整可能な運動学的マウントの部分の分解図である。
【図６】他の運動学的マウントである。
【図７】後退機構の後退アームの端面図である。
【図８】走査型電子顕微鏡と光学系との間の光学的配置の模式図である。
【図９】放物面ミラーの従来の連結を示す。
【図１０】本発明において用いられる放物面ミラーの連結を示す。
【図１１】無限共役比モードの２つのレンズの図である。
【図１２】図１２Ａおよび図１２Ｂは後退アームにおける光学素子を単純化して示す。
【図１３】後退アーム内の光学素子を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析軸を有するとともに該分析軸に概ね沿う分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう前記光を向ける光学エレメントを具え、
該光学エレメントは前記分析軸上の作動位置に挿入可能、かつ前記分析軸から離れた非作動位置に後退可能である、アダプタにおいて、
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える第１マウントによって前記作動位置が定められ、
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える第２マウントによって前記非作動位置が定められ、
前記第２マウントはさらに、前記作動位置から前記非作動位置へ後退する間に前記光学エレメントの位置を定める、
ことを特徴とするアダプタ。
【請求項２】
前記第１および第２マウントが運動学的なものであることを特徴とする請求項１に係るアダプタ。
【請求項３】
前記光学エレメントが前記作動位置に向けて付勢されていることを特徴とする請求項１または請求項２に係るアダプタ。
【請求項４】
前記標本チャンバ内が減圧状態にあり、当該減圧状態が前記光学エレメントを前記作動位置に向けて付勢するのに用いられていることを特徴とする請求項３に係るアダプタ。
【請求項５】
前記光学エレメントは前記光軸に沿う入力光ビームも受容し、該入力光ビームが前記標本に向かうようにされていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに係るアダプタ。
【請求項６】
前記光学エレメントがミラーであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに係るアダプタ。
【請求項７】
前記光学エレメントが光ファイバ集光エレメントであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに係るアダプタ。
【請求項８】
前記光軸が前記分析軸に対して概ね横切る方向にあることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに係るアダプタ。
【請求項９】
前記第１マウントが調整可能なものであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに係るアダプタ。
【請求項１０】
前記第２マウントが調整可能なものであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに係るアダプタ。
【請求項１】
分析軸を有するとともに該分析軸に概ね沿う分析ビームを標本に向かって照射する他の分析装置の標本チャンバ内にマウントされた標本の光学的分析を行うためのアダプタであって、
前記標本から受容される散乱または発生光を集めるように配置されるとともに、前記分析軸に交差する光軸に概ね沿うよう前記光を向ける光学エレメントを具え、
該光学エレメントは前記分析軸上の作動位置に挿入可能、かつ前記分析軸から離れた非作動位置に後退可能である、アダプタにおいて、
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える第１マウントによって前記作動位置が定められ、
６自由度に前記光学エレメントの変位を抑える第２マウントによって前記非作動位置が定められ、
前記第２マウントはさらに、前記作動位置から前記非作動位置へ後退する間に前記光学エレメントの位置を定める、
ことを特徴とするアダプタ。
【請求項２】
前記第１および第２マウントが運動学的なものであることを特徴とする請求項１に係るアダプタ。
【請求項３】
前記光学エレメントが前記作動位置に向けて付勢されていることを特徴とする請求項１または請求項２に係るアダプタ。
【請求項４】
前記標本チャンバ内が減圧状態にあり、当該減圧状態が前記光学エレメントを前記作動位置に向けて付勢するのに用いられていることを特徴とする請求項３に係るアダプタ。
【請求項５】
前記光学エレメントは前記光軸に沿う入力光ビームも受容し、該入力光ビームが前記標本に向かうようにされていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに係るアダプタ。
【請求項６】
前記光学エレメントがミラーであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに係るアダプタ。
【請求項７】
前記光学エレメントが光ファイバ集光エレメントであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに係るアダプタ。
【請求項８】
前記光軸が前記分析軸に対して概ね横切る方向にあることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに係るアダプタ。
【請求項９】
前記第１マウントが調整可能なものであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに係るアダプタ。
【請求項１０】
前記第２マウントが調整可能なものであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに係るアダプタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−３１３１４（Ｐ２００９−３１３１４Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１３３３（Ｐ２００８−２９１３３３）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【分割の表示】特願２００３−５１９６６８（Ｐ２００３−５１９６６８）の分割
【原出願日】平成１４年８月５日（２００２．８．５）
【出願人】（３９１００２３０６）レニショウ パブリック リミテッド カンパニー (166)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【分割の表示】特願２００３−５１９６６８（Ｐ２００３−５１９６６８）の分割
【原出願日】平成１４年８月５日（２００２．８．５）
【出願人】（３９１００２３０６）レニショウ パブリック リミテッド カンパニー (166)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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