JP2001023558A - エネルギーフィルタ及びそれを用いた電子顕微鏡 - Google Patents
エネルギーフィルタ及びそれを用いた電子顕微鏡Info
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Abstract
ギーフィルタを提供すること及びそれを用いた電子顕微
鏡を提供すること 【解決手段】 エネルギーフィルタWは、電子ビームの
中心軌道0に沿って順次配列される初段フィルタ1と2
段目フィルタ2から構成される。初段フィルタ1のフィ
ルタ長L1は、2段目フィルタ2のフィルタ長L2より
も大きく選定されている。2つのフィルタ1,2の間の
自由空間3(幅d)内の電子ビーム通路上には、エネルギ
ー選択スリット4が配置される。初段フィルタ1及び2
段目フィルタ2は、直交した電界と磁界を有するウィー
ンフィルタである。
Description
った荷電粒子を選択的に通過させるエネルギーフィルタ
及びそれを用いた電子顕微鏡に関する。
子ビームを照射し、試料を透過した電子ビームを蛍光板
に拡大投影することにより、蛍光板上に試料の拡大像を
得ている。近時、試料を透過した電子ビームを蛍光板に
拡大投影する電子光学系内にエネルギーフィルタ例えば
オメガフィルタを配置した透過型電子顕微鏡が開発され
ている。このような電子顕微鏡によれば、試料によって
影響を受けた透過電子の内、オメガフィルタを通過し得
た特定エネルギーの透過電子のみに基づく透過電子顕微
鏡像が形成される。
おいて、得られる電子顕微鏡像のエネルギー選択性(エ
ネルギー分解能)を高めるには、試料に照射する電子ビ
ームのエネルギー幅が狭くなければならない。このた
め、この種の電子顕微鏡では、現状で最も狭いエネルギ
ー幅が得られるコールドタイプの電界放射型電子銃(F
EG)が採用されている。
ても、得られるエネルギー幅は例えば加速電圧200k
Vにおいて0.4eV程度であり、さらにエネルギー幅
を狭めるのは現状では困難である。一方、より高エネル
ギー分解能を目指す上では、試料に照射される電子ビー
ムのエネルギー幅を0.1〜0.2eV程度あるいはそ
れ以下に抑えることが望まれている。そこで、最近、電
子銃と試料との間にエネルギーフィルタを設け、電子源
の作るエネルギーの拡がりの中から狭いエネルギー範囲
をスリットにより選択的に取り出し、エネルギー幅の小
さな電子ビームを得て試料に照射することが試みられて
いる。
れる加速電圧200kV(電子のエネルギーは200k
eV)以上の高エネルギーにおいて0.1〜0.2eV
程度のエネルギーを選択できるだけの分解能を持つ実用
的なエネルギーフィルタは、現在のところ存在しない。
そこで、電子ビームが低エネルギーの状態にある位置に
エネルギーフィルタを配置してエネルギー選択を行い、
その後加速して高エネルギーを与える方式が検討されて
いる。
ーの電子ビームがエネルギーフィルタを通過する場合、
Boersch効果による影響を配慮しなければならない。こ
のBoersch効果とは、近接して飛行する電子(一般には荷
電粒子)同士のクーロン相互作用によって、各電子の速
度従ってエネルギーが相互に影響を受ける現象をいう。
このBoersch効果は電流密度が高い程、また電子の速度
が遅い程大きくなる。従って、低エネルギーの電子ビー
ムがエネルギーフィルタを通過する場合、特にフィルタ
内の収束点で電子が近接して飛行する時に相互に影響を
与え合い、エネルギーが変化して拡がりを持ってしま
い、エネルギー幅の狭い電子ビームを得ることが困難に
なるという問題がある。
のであり、Boersch効果による影響を低減出来るエネル
ギーフィルタを提供すること及びそれを用いた電子顕微
鏡を提供することを目的とするものである。
め、本発明のエネルギーフィルタは、特定のエネルギー
を持つ荷電粒子のみを通過させるために電場と磁場を組
み合わせたエネルギーフィルタであって、該エネルギー
フイルタ内を進行する荷電粒子が、進行方向に対して直
交するX方向について複数回収束されると共に、該方向
と直交するY方向について前記X方向の収束位置と異な
る位置で収束するようにされており、エネルギー選択ス
リットが前記X方向における2回目以降の収束位置に配
置されることを特徴としている。また、本発明の電子顕
微鏡は、電子銃から発生した電子ビームを、特定のエネ
ルギーを持つ電子のみを通過させるエネルギーフィルタ
を介して試料に入射させるようにした電子顕微鏡におい
て、該エネルギーフィルタは、特定のエネルギーを持つ
電子のみを通過させるために電場と磁場を組み合わせた
エネルギーフィルタであって、該エネルギーフイルタ内
を進行する電子が、進行方向に対して直交するX方向に
ついて複数回収束されると共に、該方向と直交するY方
向について前記X方向の収束位置と異なる位置で収束す
るようにされており、エネルギー選択スリットが前記X
方向における2回目以降の収束位置に配置されることを
特徴としている。
態について説明する。図1は、本発明を実施したエネル
ギーフィルタの一例を示している。図1において、本発
明のエネルギーフィルタWは、電子ビームの中心軌道0
に沿って順次配列される初段フィルタ1と2段目フィル
タ2から構成される。初段フィルタ1のフィルタ長L1
は、2段目フィルタ2のフィルタ長L2よりも大きく選
定されている。2つのフィルタ1,2の間には、自由空
間3(幅d)が存在し、この自由空間3内の電子ビーム通
路上には、エネルギー選択スリット4が配置される。ま
た、エネルギーフィルタWの入口部分及び出口部分に
は、初段フィルタ1及び2段目フィルタ2から発生する
電磁界と周囲の電子光学要素の発生する電磁界との干渉
を防止するためのシャント部材5,6が設けられてい
る。
は、直交した電界と磁界を有するウィーンフィルタであ
り、例えば図2に示す構造を有している。図2におい
て、zは電子ビームの光軸を示し、この光軸を挟むよう
に磁極N及びSが対向配置される。さらに、この磁極の
間隙には、対となる電極+,−が光軸を挟むように対向
配置される。
に磁界、x方向に電界が重畳した場が形成される。その
ため、光軸に沿って入射した電子は、直交した電界と磁
界により受ける力と個々の電子の持つエネルギーとによ
り決まる軌道を進むこととなる。
ける電子のZX面内及びZY面内の軌道を示す図であ
る。図3では、円形断面の電子ビームが収束性を持って
初段フィルタ1に入射するものとし、エネルギーフィル
タの通過帯域の中心エネルギー値を持つ電子の軌道が黒
い線で、中心エネルギー値からΔαずれたエネルギー値
を持つ電子の軌道が灰色の線でそれぞれ描かれている。
面であった電子ビームは、ZX面軌道において、初段フ
ィルタ1の中央部(L1/2)付近とスリット位置の2つ
の位置で収束し、一方、ZY面軌道においては、初段フ
ィルタの出口付近で一度だけ収束し、2段目フィルタか
ら再び円形断面の状態で出射することが分かる。このよ
うに、X方向とY方向で異なった位置に収束するように
することは、ウィーンフィルタを構成する電界と磁界の
強度を適切に選定することにより実現することができ
る。
を示している。初段フィルタ1入射時に円形断面であっ
た電子ビームは、スリット位置においては、X方向の幅
が小さくY方向の幅が大きい楕円形あるいは線状の断面
となっており、エネルギー値に応じてX方向の異なる位
置を通る。従って、Y方向に長くX方向に適当な幅を持
つスリットにより、所望のエネルギーを持つ電子のみを
選択的に通過させることが出来る。
ルタとして機能する実施例装置について、Boersch効果
による影響を考察する。前述のごとく、低エネルギーの
電子ビームがエネルギーフィルタを通過する場合、特に
フィルタ内の収束点で電子が近接して飛行する時に相互
に影響を与え合い、エネルギーが変化して拡がりを持っ
てしまい、エネルギー幅の狭い電子ビームを得ることが
困難となるが、本実施例では、ZX面内で2回、ZY面
内で1回電子ビームが収束するものの、ZX面内の収束
位置とZY面内の収束位置は異なっているので、フィル
タ内でビームが点状に収束することがない。すなわち、
各収束位置におけるビームの断面形状は線状であり、点
状に収束するような場合に比べ、電子の密度は格段に小
さい。従って、Boersch効果による影響を、最小限に抑
えることが出来る。
合わせたが、更に多数のフィルタを組み合わせて本発明
のエネルギーフィルタを構成することが出来る。その場
合、スリットは、ZX平面で2回目以降の収束位置に配
置される。スリットをフィルタ内に設置することは困難
なので、フィルタとフィルタの間の自由空間にスリット
を配置することが必要となる。
されるウィーンフィルタを2段構成で用いたが、磁界と
電界は完全に重畳される必要はなく、一部磁界または電
界が単独で存在するような場を備えたエネルギーフィル
タを複数段用いても、本発明のエネルギーフィルタを構
成することが可能である。
み込んだ電子顕微鏡の構成を示す。図5(a)は、FEG
と加速器の間に本発明のエネルギーフィルタを配置した
例を示している。FEG11から発生した1keV〜数
keV程度の比較的低いエネルギーの電子ビームは、入
射アパーチャ12、減速部13、エネルギーフィルタ部
14、加速部15、出射アパーチャ16から成る減速型
エネルギーフィルタ17に入射する。この減速型エネル
ギーフィルタ17において、入射電子は減速部で数10
0eV程度のエネルギーに減速された後、フィルタ部1
4において所定のエネルギーを持つ電子のみが選択さ
れ、加速部15によって再び元のエネルギーを持つよう
に加速されて出射アパーチャ17から出射する。エネル
ギーフィルタ部14は、図1に示された構造を有してい
る。
ムは、加速器18によって所望の高エネルギー(例えば
200keV程度)まで加速された後、コンデンサレン
ズ群19及び対物レンズ20を介して試料21に照射さ
れる。
ルギーフィルタを配置した例を示している。この例で
は、FEG11から発生した1keV〜数keV程度の
比較的低いエネルギーの電子ビームは、加速器18によ
って所望の高エネルギー(例えば200keV程度)まで
加速された後、コンデンサレンズ22を介して入射アパ
ーチャ12、減速部13、エネルギーフィルタ部14、
加速部15、出射アパーチャ16から成る減速型エネル
ギーフィルタ17に入射する。この減速型エネルギーフ
ィルタ17において、入射電子は減速部で数100eV
程度のエネルギーに減速された後、フィルタ部14にお
いて所定のエネルギーを持つ電子のみが選択され、加速
部15によって再び元のエネルギーを持つように加速さ
れて出射アパーチャ17から出射する。エネルギーフィ
ルタ部14は、図1に示された構造を有している。
ムは、コンデンサレンズ群19及び対物レンズ20を介
して試料21に照射される。
タ17の減速部13及び加速部14は、高エネルギーの
電子を数100eV程度のエネルギーに減速し、更に元
の高エネルギーに加速することが必要なため、本来の加
速器18と同様多段電極による多段減速、多段加速とす
るのが好ましい。
はなく種々の変形が可能である。特に、エネルギーフィ
ルタを設ける位置については上記実施形態に限らず試料
の上流側であれば適宜な位置を選択することができる。
ーフィルタ及びそれを用いた電子顕微鏡は、特定のエネ
ルギーを持つ荷電粒子のみを通過させるために電場と磁
場を組み合わせたエネルギーフィルタであって、該エネ
ルギーフイルタ内を進行する荷電粒子が、進行方向に対
して直交するX方向について複数回収束されると共に、
該方向と直交するY方向について前記X方向の収束位置
と異なる位置で収束するようにされており、エネルギー
選択スリットが前記X方向における2回目以降の収束位
置に配置されることを特徴としているため、Boersch効
果による影響を低減出来るという大きな効果が得られ
る。
示す図である。
X面内及びZY面内の軌道を示す図である。
る。
顕微鏡の構成を示す図であり、(a)は、FEGと加速器
の間に本発明のエネルギーフィルタを配置した例を示
し、(b)は、加速器の後段に本発明のエネルギーフィル
タを配置した例を示している。
2段目フィルタ、3:自由空間、4:エネルギー選択ス
リット、5,6:シャント部材、11:FEG、12:
入射アパーチャ、13:減速部、14:エネルギーフィ
ルタ部、15:加速部、16:出射アパーチャ、17:
減速型エネルギーフィルタ17、18:加速器、19:
コンデンサレンズ群、20:対物レンズ、21:試料
Claims (7)
- 【請求項1】特定のエネルギーを持つ荷電粒子のみを通
過させるために電場と磁場を組み合わせたエネルギーフ
ィルタであって、該エネルギーフイルタ内を進行する荷
電粒子が、進行方向に対して直交するX方向について複
数回収束されると共に、該方向と直交するY方向につい
て前記X方向の収束位置と異なる位置で収束するように
されており、エネルギー選択スリットが前記X方向にお
ける2回目以降の収束位置に配置されることを特徴とす
るエネルギーフィルタ。 - 【請求項2】前記エネルギーフィルタは間隔を置いて配
置される2つのエネルギーフィルタから成り、前記エネ
ルギースリットは該2つのエネルギーフィルタの間に配
置されることを特徴とする請求項1記載のエネルギーフ
ィルタ。 - 【請求項3】前記2つのエネルギーフィルタはウィーン
フィルタである請求項1または2記載のエネルギーフィ
ルタ。 - 【請求項4】電子銃から発生した電子ビームを、特定の
エネルギーを持つ電子のみを通過させるエネルギーフィ
ルタを介して試料に入射させるようにした電子顕微鏡に
おいて、該エネルギーフィルタは、特定のエネルギーを
持つ電子のみを通過させるために電場と磁場を組み合わ
せたエネルギーフィルタであって、該エネルギーフイル
タ内を進行する電子が、進行方向に対して直交するX方
向について複数回収束されると共に、該方向と直交する
Y方向について前記X方向の収束位置と異なる位置で収
束するようにされており、エネルギー選択スリットが前
記X方向における2回目以降の収束位置に配置されるこ
とを特徴とする電子顕微鏡。 - 【請求項5】前記エネルギーフィルタへの入射電子を減
速する減速部及び該エネルギーフィルタから出射する電
子を加速する加速部が設けられていることを特徴とする
請求項4記載の電子顕微鏡。 - 【請求項6】前記エネルギーフィルタは間隔を置いて配
置される2つのエネルギーフィルタから成り、前記エネ
ルギースリットは該2つのエネルギーフィルタの間に配
置されることを特徴とする請求項4または5記載の電子
顕微鏡。 - 【請求項7】前記2つのエネルギーフィルタはウィーン
フィルタである請求項6記載の電子顕微鏡。
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