JP2674987B2 - オメガ形電子エネルギフイルタ - Google Patents
オメガ形電子エネルギフイルタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、磁界中に４つの方向変換領域を有するオメ
ガ形磁気的電子エネルギフィルタ、例えば、電子顕微鏡
用のものに関する。 従来の技術 結像電子エネルギフィルタ、（これは電子フィルタ、
エネルギフィルタ又は電子（エネルギ）スペクトロメー
タとも称される）は透過形電子顕微鏡において、所定の
エネルギ領域の電子の選択により被検対象物結像のコン
トラストを改善するために用いられる。このことはほぼ
100〜200eVの領域にて選定されたエネルギ損失（△Ｅ）
を有するコントラストの付けられていない著しく薄いプ
レパラートの場合極めて明瞭である。すべての非弾性散
乱をした電子（△Ｅ＞０）が排除されるようにして弾性
散乱をした電子（エネルギ損水＝０）のみによって形成
される物体像もフィルタリングされていない像に比して
コントラストの点で著しく改善されている。 結像電子フィルタ付透過形電子顕微鏡の別の重要な利
点は、元素固有の物体結像、即ち同時に比較的大きな物
体領域の元素分布像を次のようにして形成できる点にあ
る。即ち電子フィルタにより通過されたエネルギ領域が
透過された電子と物体との元素固有の相互作用、即ち例
えば原子殻におけるK,L,M吸収に相応するようにするの
である。それにより薄厚の物体（≦300nm）における元
素の定性的分布像及び強度比を測定しかつバックグラウ
ンドを取除いた場合には定量的分布像も著しく高い局部
分解能（≒0.5nm）及び極めて高い検出感度（≒2.10-21
g）で得られ、このような高い分解能及び検出感度は他
の分析技術によっては従来達成されなかったものであ
る。元素の極めて高い局部分解能及び検出感度は生物学
的、医学的研究上のみならず、材料科学の上でも大きな
重要性がある。 電子回折ダイヤグラムの場合にも、非弾性散乱をした
電子の排除によって結像を行なう電子フィルタは回折像
の一層鮮鋭な像を生じさせる。さらに所定エネルギ領域
の非弾性散乱をした電子の回折像を得ることもできる。 ***特許出願公開第2028357号公報からの公知の電子
顕微鏡によれば物体像又は回折ダイヤグラム像のフィル
タリングが可能である。その場合用いられる電子フィル
タは磁気的プリズムと静電ミラーとから成る。但し後者
は外部障害フィールドに対して影響を受け易い。さら
に、電子に対する高い加速電圧の際絶縁上の問題が起こ
る。従って最近では純磁気的フィルタが賞用される。こ
れらのエネルギフィルタの場合、電子軌道の経過に応じ
て所謂アルファ及びオメガフィルタの区別がある。 オメガフィルタは種々の刊行物から公知である。Zanc
hi e.a.（Optik 43,495（1975））が記載している装置
は、３つの磁石と、116゜,232゜,116゜の方向変換角度
を有する３つの方向変換領域とから成る。４つの方向変
換領域と、90゜又はそれより小さい方向変換角度による
のは複数の刊行物が公知である。（H.Rose e.a.Optik 4
0,336（1974）,D.Krahl e.a.Ninth International Cong
ress on Electron Microscopy,Toronto,１,42（1978）,
H,Wollnik e.a.Optik46,255（1976））。 結像電子フィルタは電子顕微鏡にて最適に使用され得
るためには次の２つの条件を充足しなければならない。
多数の画点が局部分解能の損失なしに伝送されなければ
ならず、第１の出射面（exit source plane）（セレク
ション面とも称される）における結像誤差は次のような
程度にわずかでなければならない、即ち通過された電子
の小さなエネルギ幅を実現できる程わずかでなければな
らないのである。 上述の刊行物から公知の電子フィルタの場合いずれの
場合においても達成されるエネルギ幅は不満足なもので
ある。多くの場合局部分解能は不十分である。 H.Rose著（雑誌Optik54，第235頁（1979年））による
記載の装置は同様に90゜の方向変換角度を有する４つの
方向変換領域から成る。磁極片の湾曲した縁及び３つの
付加的６重極（ヘキサポール）により、結像誤差の実際
上完全な補正が達成される。この装置にて欠点となるの
は製造上のコスト、殊に湾曲した縁の製造コストであ
る。さらにこの電子フィルタは湾曲した縁により位置調
整がし難い。 更に論文“Aberration correction of homogeneous m
agnetic deflection systems"（H.Rose著、雑誌Optik,5
1、第15乃至38頁1978年）から、方向変換角度がそれぞ
れ120゜である４つの方向変換領域を有するオメガフィ
ルタが記載されている。しかしこのフィルタも湾曲した
磁極片縁を有している。従ってこのフィルタは上に述べ
た雑誌Optik54から公知の装置と同じ欠点を有してい
る。 発明の目的 本発明の課題とするところは、直線の縁を有する磁極
片を備えたオメガ形フィルタであって、良好な局部分解
能を有し、小さなエネルギ幅を可能にし、できるだけわ
ずかな数の６重極系で済むものを提供することにある。 発明の構成 この課題は本発明によれば特許請求の範囲第１項の特
徴部分に記載の構成を備えたオメガフィルタによって解
決される。 エネルギフィルタは電子ビームを制御するための４つ
の方向変換領域を有するように構成することができる。
この場合請求項３は磁極片縁と電子ビームの波面との間
の角度に対する有利な数値領域を規定する。 本発明の実施例によれば磁極片の縁外にある周辺フィ
ールドが、遮蔽板（文献中ではミラープレート又はフィ
ールドクランプとの称されている）により著しく小さく
される。これらの遮蔽板は少なくとも次のような個所、
すなわち電子ビームが方向変換領域に入出射する個所で
は磁極片縁からわずかな間隔をおいて且有利には磁極片
表面と同じ高さに配置される。本発明の別の実施例によ
れば遮蔽板は磁極片と共に１つの共通の部分、例えば軟
鉄から成るものを形成する。その際磁界を形成するため
のコイルはそれ自体閉じられた１つのチャネル（溝）内
に挿入されておりこのチャネルは磁極片表面を周囲遮蔽
面から切離す。このように、小さい所定の周辺フィール
ドを有する均質磁界を形成する技術はA.V.Crewe e.a（R
ev.Sci.Instr.42,411（1971））の研究報告から公知で
ある。 本発明の実施例によれば電子ビームの制御のため第
２、第３方向変換領間に６重極系が、結像誤差の補正の
ための付加的手段として配置される。この場合に対して
請求範囲７は磁極片縁と電子ビームの面の方向との間の
角度に対する数値領域が規定される。この場合において
も本発明の別の実施例では遮蔽板が用いられこの遮蔽板
は磁極片と共に１つの共通の部分を形成し得る。 ６重極系のない構成においても、６重極系を有する構
成においてもフィルタの中心平面内に第１の入射面が存
在する。更に両構成の場合縮尺度1:1で第２の出射面内
への第１の入射面のアクロマチック且スティグマチック
な結像が行なわれ、さらに、第２の出射面内への第２の
入射面の分散的で且スティグマチックな結像が行なわれ
る。 遮蔽板を有するエネルギフィルタの重要な利点とする
ところは容易に位置調整し易く障害フィールドが良好に
遮蔽されることである。 実施例 次に第１図ないし第3b図に示す実施例を用いて本発明
を詳細に説明する。 第１、第２図中図平面は電子ビームの中心軸線11がフ
ィルタを通過するところの平面である。他の公知のオメ
ガフィルタのように、これらのフィルタも、図平面に対
して垂直に位置しかつ線10において図平面と交差する中
心平面に対して対称的に構成されている。この対称平面
内で（虚の）第１の入射面BEの中間像が位置し、この第
１の入射面はオメガフィルタにより（虚の）第１の出射
面BAに結像される。 第１、第２図に示すフィルタは磁石から成り、この磁
石の、図平面より下方にある磁極面12,13,14はその縁12
a,13a,14aが示されている。図平面の上方及び下方にあ
る磁極片（これは図平面に対して鏡対称的に同じに構成
されている）間に均質な磁界が生じ、この磁界により、
電子ビームは方向変換領域12b,13b,14b,12eにおいて、
半径R1,R2を有する円軌道上で角度Φだけ偏向される。
その際精確な半径及び角度は電子のエネルギに依存し、
それにより第２の出射面QAにエネルギスペクトルが生
じ、このエネルギスペクトルからいつかの領域を抽出す
ることができる。 第１方向変換領域12b中への電子ビーム11の入射の際
磁極片12の縁12c（及び相応して、図平面に対して鏡対
称的に配置された、磁界に対する磁極片の図示してない
第２の磁極片の縁）は、電子ビーム11の波面の方向11a
と共に角度ε１を成す。方向変換領域12bから射出する
電子ビーム11の波面の方向11bと磁極片12の縁12dとの間
に角度ε２が生じる。同様の角度ε３、ε４が、第２方
向変換領域13b中にて入、出射の際生じる。 ひきつづいての経過においてフィルタの対称的構成に
基づき第１図に示すような相応の角度が生じる。波面と
磁極片縁との間に存在するそのような角度の適当な選択
により、図平面に対して垂直の平面内でも電子ビームの
収束を達成できる。結像エラーの良好な補正のため、第
１図に示す装置構成に対して次の数値領域が特に好適で
あることが明らかになっている。 100゜≦Φ≦115゜ 25゜≦ε１≦40゜ 30゜≦ε２≦45゜ 15゜≦ε３≦30゜ 10゜≦ε４≦35゜ 0.8≦R2/R1≦1.6 その場合エネルギフィルタのほかの幾何学的寸法d1,l
1,l2,l3,R2/R1は必然的に（虚の）第１の出射面BA内へ
の（虚の）第１の入射面BEの少なくとも近似的にスチグ
マッチな結像及び第２の出射面QA内への第２の入射面QE
の少なくとも近似的にスチグマッチな結像の要求から決
められる。 第１図に示す磁極片12,13,14は著しく拡がった周辺フ
ィールドを有し、これらの周辺フィールドは方向変換領
域12b,13b,14b,12e外でも電子ビーム11に影響するもの
である。これらの周辺フィールドは遮蔽板によって著し
く小さくできる。第3a図、第3b図に示すそれの特別な実
施例では第１図中12で示す磁極片32は遮蔽板と共に１つ
の共通の部分30を形成する。この部分30は偏向系に属す
る第２部分31と同様に例えば軟鉄から成り得る。部分3
0,31中には幅Ｓを有する溝34,35が形成されており、そ
れらの溝の内側輪郭は例えば縁32c,32dを有する磁極片3
2,33の形を成す。溝34,35の外側輪郭は例えば遮蔽板38
の縁40c,40dを形成する。溝34,35内に位置するコイル3
6,37を通って流れる電流により、磁極片32,33間に均質
な磁界が生ぜしめられる。これに反して溝34,35外には
磁界が生ぜず、その結果周辺フィールドは実質的に溝の
幅Ｓに制限されている。遮蔽板38,39の間隔Ｄは電子ビ
ーム11が通過する個所41にて磁極片表面32,33の間隔と
同じ大きさである。但し、そうでなくてもよい。その他
の個所40では遮蔽板38,39は直ぐ相互に上下に重なり合
っている。 わずかなエネルギ幅が可能であるように局部分解能の
損失なしに伝送される画素数を最大にしかつ、第２の出
射面QA内でのエラーを最小にするには次の数値が有利で
ある。 Φ＝108゜ ε１＝32.0゜ ε２＝38.0゜ ε３＝24.5゜ ε４＝24.1゜ R2/R1＝１ d1＝1.00R1 l1＝0.66R1 l2＝2.52R1 l3＝0.79R1 Ｓ＝0.10R1 Ｄ＝0.10R1 その場合フィルタの幾何学的寸法は次のように規格化
されている。即ちR1の適当な選択により和d1＋l1が、任
意の電子顕微鏡の結像系により与えられる、２つの入射
面間の間隔に適合され得るように規格化されている。 第２図には構成上類似のオメガフィルタが示されてお
り、このオメガフィルタが第１図に示すフィルタと相違
する点は幾らか異なった選定値及び６重極系21である。
（他のフィルタの構成は類似であるので、第１図におけ
ると同じ参照番号が用いられた。）電子光学系にて公知
の６重極系（電子ビームの軸線に対して半径方向に配置
された６つの磁極片を有する磁気系）により、第２の出
射面QA内の結像エラーの幾らかより良好な補正が可能で
あって、それにより、第２図に示す装置構成により、エ
ネルギ分解能の改善が、第１図に示す装置構成に比して
係数1.6だけ行なわれ得る。もって、50mmの終像半径を
有する普及している電子顕微鏡の場合、3.3eVに比して
2.1eVまでのエネルギ幅△Ｅが可能である。 ビーム路中にさらに別の６重極系を設けることはでき
るが、オメガフィルタが適宜選定された場合結像特性は
さして改善されない。 第２図に示すエネルギフィルタに対して次の領域が有
利であることが明らかになっている。 100゜≦Φ≦115゜ 10゜≦ε１≦30゜ 25゜≦ε２≦45゜ 10゜≦ε３≦30゜ 15゜≦ε４≦35゜ 0.8≦R2/R1≦1.6 この実施例においても、周辺フィールドの拡がりを遮
蔽板によって、例えば第3a図、第3b図にて示すように、
小さくすることが可能である。最適な結像特性は請求範
囲９にて特定した数値によって得られる。勿論、この場
合にも、R1の適当な選択によっていずれの任意の電子顕
微鏡への適合も可能である。 第２図に図示のフィルタの場合有利には次の数値が選
定される： Φ＝104゜ ε１＝18.0゜ ε２＝39.0゜ ε３＝27.5゜ ε４＝30.1゜ R2/R1＝１ d1＝1.03R1 l1＝0.92R1 l2＝2.43R1 l3＝1.34R1 Ｓ＝0.14R1 Ｄ＝0.14R1 この場合R1は、和d1＋l1が電子顕微鏡の結像系によっ
て決められる、２つの入射面間の間隔に等しいように選
定される。 発明の効果 本発明によれば直線の縁を有する磁極片を有するオメ
ガ形フィルタであって、良好な局部分解能を有し、小さ
なエネルギ幅を可能にし、できるだけわずかな６重極系
で済むものを実現できるという効果が奏される。
ガ形磁気的電子エネルギフィルタ、例えば、電子顕微鏡
用のものに関する。 従来の技術 結像電子エネルギフィルタ、（これは電子フィルタ、
エネルギフィルタ又は電子（エネルギ）スペクトロメー
タとも称される）は透過形電子顕微鏡において、所定の
エネルギ領域の電子の選択により被検対象物結像のコン
トラストを改善するために用いられる。このことはほぼ
100〜200eVの領域にて選定されたエネルギ損失（△Ｅ）
を有するコントラストの付けられていない著しく薄いプ
レパラートの場合極めて明瞭である。すべての非弾性散
乱をした電子（△Ｅ＞０）が排除されるようにして弾性
散乱をした電子（エネルギ損水＝０）のみによって形成
される物体像もフィルタリングされていない像に比して
コントラストの点で著しく改善されている。 結像電子フィルタ付透過形電子顕微鏡の別の重要な利
点は、元素固有の物体結像、即ち同時に比較的大きな物
体領域の元素分布像を次のようにして形成できる点にあ
る。即ち電子フィルタにより通過されたエネルギ領域が
透過された電子と物体との元素固有の相互作用、即ち例
えば原子殻におけるK,L,M吸収に相応するようにするの
である。それにより薄厚の物体（≦300nm）における元
素の定性的分布像及び強度比を測定しかつバックグラウ
ンドを取除いた場合には定量的分布像も著しく高い局部
分解能（≒0.5nm）及び極めて高い検出感度（≒2.10-21
g）で得られ、このような高い分解能及び検出感度は他
の分析技術によっては従来達成されなかったものであ
る。元素の極めて高い局部分解能及び検出感度は生物学
的、医学的研究上のみならず、材料科学の上でも大きな
重要性がある。 電子回折ダイヤグラムの場合にも、非弾性散乱をした
電子の排除によって結像を行なう電子フィルタは回折像
の一層鮮鋭な像を生じさせる。さらに所定エネルギ領域
の非弾性散乱をした電子の回折像を得ることもできる。 ***特許出願公開第2028357号公報からの公知の電子
顕微鏡によれば物体像又は回折ダイヤグラム像のフィル
タリングが可能である。その場合用いられる電子フィル
タは磁気的プリズムと静電ミラーとから成る。但し後者
は外部障害フィールドに対して影響を受け易い。さら
に、電子に対する高い加速電圧の際絶縁上の問題が起こ
る。従って最近では純磁気的フィルタが賞用される。こ
れらのエネルギフィルタの場合、電子軌道の経過に応じ
て所謂アルファ及びオメガフィルタの区別がある。 オメガフィルタは種々の刊行物から公知である。Zanc
hi e.a.（Optik 43,495（1975））が記載している装置
は、３つの磁石と、116゜,232゜,116゜の方向変換角度
を有する３つの方向変換領域とから成る。４つの方向変
換領域と、90゜又はそれより小さい方向変換角度による
のは複数の刊行物が公知である。（H.Rose e.a.Optik 4
0,336（1974）,D.Krahl e.a.Ninth International Cong
ress on Electron Microscopy,Toronto,１,42（1978）,
H,Wollnik e.a.Optik46,255（1976））。 結像電子フィルタは電子顕微鏡にて最適に使用され得
るためには次の２つの条件を充足しなければならない。
多数の画点が局部分解能の損失なしに伝送されなければ
ならず、第１の出射面（exit source plane）（セレク
ション面とも称される）における結像誤差は次のような
程度にわずかでなければならない、即ち通過された電子
の小さなエネルギ幅を実現できる程わずかでなければな
らないのである。 上述の刊行物から公知の電子フィルタの場合いずれの
場合においても達成されるエネルギ幅は不満足なもので
ある。多くの場合局部分解能は不十分である。 H.Rose著（雑誌Optik54，第235頁（1979年））による
記載の装置は同様に90゜の方向変換角度を有する４つの
方向変換領域から成る。磁極片の湾曲した縁及び３つの
付加的６重極（ヘキサポール）により、結像誤差の実際
上完全な補正が達成される。この装置にて欠点となるの
は製造上のコスト、殊に湾曲した縁の製造コストであ
る。さらにこの電子フィルタは湾曲した縁により位置調
整がし難い。 更に論文“Aberration correction of homogeneous m
agnetic deflection systems"（H.Rose著、雑誌Optik,5
1、第15乃至38頁1978年）から、方向変換角度がそれぞ
れ120゜である４つの方向変換領域を有するオメガフィ
ルタが記載されている。しかしこのフィルタも湾曲した
磁極片縁を有している。従ってこのフィルタは上に述べ
た雑誌Optik54から公知の装置と同じ欠点を有してい
る。 発明の目的 本発明の課題とするところは、直線の縁を有する磁極
片を備えたオメガ形フィルタであって、良好な局部分解
能を有し、小さなエネルギ幅を可能にし、できるだけわ
ずかな数の６重極系で済むものを提供することにある。 発明の構成 この課題は本発明によれば特許請求の範囲第１項の特
徴部分に記載の構成を備えたオメガフィルタによって解
決される。 エネルギフィルタは電子ビームを制御するための４つ
の方向変換領域を有するように構成することができる。
この場合請求項３は磁極片縁と電子ビームの波面との間
の角度に対する有利な数値領域を規定する。 本発明の実施例によれば磁極片の縁外にある周辺フィ
ールドが、遮蔽板（文献中ではミラープレート又はフィ
ールドクランプとの称されている）により著しく小さく
される。これらの遮蔽板は少なくとも次のような個所、
すなわち電子ビームが方向変換領域に入出射する個所で
は磁極片縁からわずかな間隔をおいて且有利には磁極片
表面と同じ高さに配置される。本発明の別の実施例によ
れば遮蔽板は磁極片と共に１つの共通の部分、例えば軟
鉄から成るものを形成する。その際磁界を形成するため
のコイルはそれ自体閉じられた１つのチャネル（溝）内
に挿入されておりこのチャネルは磁極片表面を周囲遮蔽
面から切離す。このように、小さい所定の周辺フィール
ドを有する均質磁界を形成する技術はA.V.Crewe e.a（R
ev.Sci.Instr.42,411（1971））の研究報告から公知で
ある。 本発明の実施例によれば電子ビームの制御のため第
２、第３方向変換領間に６重極系が、結像誤差の補正の
ための付加的手段として配置される。この場合に対して
請求範囲７は磁極片縁と電子ビームの面の方向との間の
角度に対する数値領域が規定される。この場合において
も本発明の別の実施例では遮蔽板が用いられこの遮蔽板
は磁極片と共に１つの共通の部分を形成し得る。 ６重極系のない構成においても、６重極系を有する構
成においてもフィルタの中心平面内に第１の入射面が存
在する。更に両構成の場合縮尺度1:1で第２の出射面内
への第１の入射面のアクロマチック且スティグマチック
な結像が行なわれ、さらに、第２の出射面内への第２の
入射面の分散的で且スティグマチックな結像が行なわれ
る。 遮蔽板を有するエネルギフィルタの重要な利点とする
ところは容易に位置調整し易く障害フィールドが良好に
遮蔽されることである。 実施例 次に第１図ないし第3b図に示す実施例を用いて本発明
を詳細に説明する。 第１、第２図中図平面は電子ビームの中心軸線11がフ
ィルタを通過するところの平面である。他の公知のオメ
ガフィルタのように、これらのフィルタも、図平面に対
して垂直に位置しかつ線10において図平面と交差する中
心平面に対して対称的に構成されている。この対称平面
内で（虚の）第１の入射面BEの中間像が位置し、この第
１の入射面はオメガフィルタにより（虚の）第１の出射
面BAに結像される。 第１、第２図に示すフィルタは磁石から成り、この磁
石の、図平面より下方にある磁極面12,13,14はその縁12
a,13a,14aが示されている。図平面の上方及び下方にあ
る磁極片（これは図平面に対して鏡対称的に同じに構成
されている）間に均質な磁界が生じ、この磁界により、
電子ビームは方向変換領域12b,13b,14b,12eにおいて、
半径R1,R2を有する円軌道上で角度Φだけ偏向される。
その際精確な半径及び角度は電子のエネルギに依存し、
それにより第２の出射面QAにエネルギスペクトルが生
じ、このエネルギスペクトルからいつかの領域を抽出す
ることができる。 第１方向変換領域12b中への電子ビーム11の入射の際
磁極片12の縁12c（及び相応して、図平面に対して鏡対
称的に配置された、磁界に対する磁極片の図示してない
第２の磁極片の縁）は、電子ビーム11の波面の方向11a
と共に角度ε１を成す。方向変換領域12bから射出する
電子ビーム11の波面の方向11bと磁極片12の縁12dとの間
に角度ε２が生じる。同様の角度ε３、ε４が、第２方
向変換領域13b中にて入、出射の際生じる。 ひきつづいての経過においてフィルタの対称的構成に
基づき第１図に示すような相応の角度が生じる。波面と
磁極片縁との間に存在するそのような角度の適当な選択
により、図平面に対して垂直の平面内でも電子ビームの
収束を達成できる。結像エラーの良好な補正のため、第
１図に示す装置構成に対して次の数値領域が特に好適で
あることが明らかになっている。 100゜≦Φ≦115゜ 25゜≦ε１≦40゜ 30゜≦ε２≦45゜ 15゜≦ε３≦30゜ 10゜≦ε４≦35゜ 0.8≦R2/R1≦1.6 その場合エネルギフィルタのほかの幾何学的寸法d1,l
1,l2,l3,R2/R1は必然的に（虚の）第１の出射面BA内へ
の（虚の）第１の入射面BEの少なくとも近似的にスチグ
マッチな結像及び第２の出射面QA内への第２の入射面QE
の少なくとも近似的にスチグマッチな結像の要求から決
められる。 第１図に示す磁極片12,13,14は著しく拡がった周辺フ
ィールドを有し、これらの周辺フィールドは方向変換領
域12b,13b,14b,12e外でも電子ビーム11に影響するもの
である。これらの周辺フィールドは遮蔽板によって著し
く小さくできる。第3a図、第3b図に示すそれの特別な実
施例では第１図中12で示す磁極片32は遮蔽板と共に１つ
の共通の部分30を形成する。この部分30は偏向系に属す
る第２部分31と同様に例えば軟鉄から成り得る。部分3
0,31中には幅Ｓを有する溝34,35が形成されており、そ
れらの溝の内側輪郭は例えば縁32c,32dを有する磁極片3
2,33の形を成す。溝34,35の外側輪郭は例えば遮蔽板38
の縁40c,40dを形成する。溝34,35内に位置するコイル3
6,37を通って流れる電流により、磁極片32,33間に均質
な磁界が生ぜしめられる。これに反して溝34,35外には
磁界が生ぜず、その結果周辺フィールドは実質的に溝の
幅Ｓに制限されている。遮蔽板38,39の間隔Ｄは電子ビ
ーム11が通過する個所41にて磁極片表面32,33の間隔と
同じ大きさである。但し、そうでなくてもよい。その他
の個所40では遮蔽板38,39は直ぐ相互に上下に重なり合
っている。 わずかなエネルギ幅が可能であるように局部分解能の
損失なしに伝送される画素数を最大にしかつ、第２の出
射面QA内でのエラーを最小にするには次の数値が有利で
ある。 Φ＝108゜ ε１＝32.0゜ ε２＝38.0゜ ε３＝24.5゜ ε４＝24.1゜ R2/R1＝１ d1＝1.00R1 l1＝0.66R1 l2＝2.52R1 l3＝0.79R1 Ｓ＝0.10R1 Ｄ＝0.10R1 その場合フィルタの幾何学的寸法は次のように規格化
されている。即ちR1の適当な選択により和d1＋l1が、任
意の電子顕微鏡の結像系により与えられる、２つの入射
面間の間隔に適合され得るように規格化されている。 第２図には構成上類似のオメガフィルタが示されてお
り、このオメガフィルタが第１図に示すフィルタと相違
する点は幾らか異なった選定値及び６重極系21である。
（他のフィルタの構成は類似であるので、第１図におけ
ると同じ参照番号が用いられた。）電子光学系にて公知
の６重極系（電子ビームの軸線に対して半径方向に配置
された６つの磁極片を有する磁気系）により、第２の出
射面QA内の結像エラーの幾らかより良好な補正が可能で
あって、それにより、第２図に示す装置構成により、エ
ネルギ分解能の改善が、第１図に示す装置構成に比して
係数1.6だけ行なわれ得る。もって、50mmの終像半径を
有する普及している電子顕微鏡の場合、3.3eVに比して
2.1eVまでのエネルギ幅△Ｅが可能である。 ビーム路中にさらに別の６重極系を設けることはでき
るが、オメガフィルタが適宜選定された場合結像特性は
さして改善されない。 第２図に示すエネルギフィルタに対して次の領域が有
利であることが明らかになっている。 100゜≦Φ≦115゜ 10゜≦ε１≦30゜ 25゜≦ε２≦45゜ 10゜≦ε３≦30゜ 15゜≦ε４≦35゜ 0.8≦R2/R1≦1.6 この実施例においても、周辺フィールドの拡がりを遮
蔽板によって、例えば第3a図、第3b図にて示すように、
小さくすることが可能である。最適な結像特性は請求範
囲９にて特定した数値によって得られる。勿論、この場
合にも、R1の適当な選択によっていずれの任意の電子顕
微鏡への適合も可能である。 第２図に図示のフィルタの場合有利には次の数値が選
定される： Φ＝104゜ ε１＝18.0゜ ε２＝39.0゜ ε３＝27.5゜ ε４＝30.1゜ R2/R1＝１ d1＝1.03R1 l1＝0.92R1 l2＝2.43R1 l3＝1.34R1 Ｓ＝0.14R1 Ｄ＝0.14R1 この場合R1は、和d1＋l1が電子顕微鏡の結像系によっ
て決められる、２つの入射面間の間隔に等しいように選
定される。 発明の効果 本発明によれば直線の縁を有する磁極片を有するオメ
ガ形フィルタであって、良好な局部分解能を有し、小さ
なエネルギ幅を可能にし、できるだけわずかな６重極系
で済むものを実現できるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
第１図は６重極系のないオメガフィルタの実施例の概念
図、第２図は６重極系のあるオメガフィルタの実施例の
概念図、第3a図は統合化された遮蔽板を有する２つの磁
極片から成る偏向系の断面図、第3b図は統合化された遮
蔽板を有する磁極片の平面図である。 12b,13b,14b,12e……方向変換領域
図、第２図は６重極系のあるオメガフィルタの実施例の
概念図、第3a図は統合化された遮蔽板を有する２つの磁
極片から成る偏向系の断面図、第3b図は統合化された遮
蔽板を有する磁極片の平面図である。 12b,13b,14b,12e……方向変換領域
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．磁界中に４つの方向変換領域を有するオメガ形結像
磁気的電子エネルギフィルタであって、前記磁界によっ
て電子ビームが方向変換領域において円軌道上で方向変
換角度Φだけ偏向される、オメガ形電子エネルギフィル
タにおいて、 前記方向変換領域を形成する磁極片の縁は真直ぐであり
かつ電子ビームの中心軸線が１平面内でありかつフィル
タはこの平面に対して垂直である対称平面を有してお
り、かつ前記方向変換角度Φは次の数値領域内、 100゜≦Φ≦115゜ にあるように選定されていることを特徴とするオメガ形
電子エネルギフィルタ。 ２．方向変換領域における円軌道の半径（R1,R2）相互
間の比が次の数値領域内、 0.8≦R2/R1≦1.6 にあるように選定されている特許請求の範囲第１項記載
のエネルギフィルタ。 ３．電子ビーム（11）の、第１の変換領域（12b）への
入射の際に電子ビームの波面の方向（11a）は第１の磁
極片（12）の縁（12c）と角度ε１を形成し、電子ビー
ムの、前記第１の変換領域（12b）からの出射の際に電
子ビームの波面の方向（11b）は前記第１の磁極片（1
2）の縁（12d）と角度ε２を形成し、第２の変換領域
（13b）への入射の際に電子ビームの波面の方向（11b）
は第２の磁極片（13）の縁（13a）と角度ε３を形成
し、前記第２の変換領域（13b）からの出射の際に電子
ビームの波面の方向は前記磁極片（13）の縁（13a）と
角度ε４を形成し、前記角度はそれぞれ次の数値領域内
にあり、 25゜≦ε１≦40゜ 30゜≦ε２≦45゜ 15゜≦ε３≦30゜ 10゜≦ε４≦35゜ さらに次の幾何学的寸法、第２の入射面（QE）と前記第
１の変換領域（12b）の入射縁（12c）との間の間隔d1、
電子ビームの入射点と第１の入射面（BE）との間の間隔
l1、前記第１の方向変換領域（12b）と前記第２の変換
領域（13b）との間の間隔l2、該第２の方向変換領域（1
3b）と第３の方向変換領域（14b）との間の間隔l3は、
第１の出射面（BA）にて第１の入射面（BE）の少なくと
もほぼスティグマチックな結像が得られ、第２の出射面
（QA）にて第２の入射面（QE）の少なくともほぼスティ
グマチックな結像が得られるように選定されている、特
許請求の範囲第２項記載のエネルギフィルタ。 ４．第１の方向変換領域（12b）の前、各方向変換領域
（12b,13b,14b,12e）の間、最後の方向変換領域（12e）
の後に磁界の遮蔽板（38,39）が設けられており、該遮
蔽板の表面は少なくともほぼ磁極片（32,33）の表面の
高さのところに位置し、前記遮蔽板の縁（40c,40d）は
磁極片の縁（32c,32d）に対して平行にわずかな間隔Ｓ
をおいて配置されている特許請求の範囲第３項記載のエ
ネルギフィルタ。 ５．次の数値が選定されており、 前記方向変換角度 Φ＝108゜ 前記角度 ε１＝32.0゜ 前記角度 ε２＝38.0゜ 前記角度 ε３＝24.5゜ 前記角度 ε４＝24.1゜ 前記半径比 R2/R1＝１ さらに次の幾何学的寸法が選定されており、 前記間隔 d1＝1.00R1 前記間隔 l2＝2.52R1 前記間隔 l3＝0.79R1 前記間隔 Ｓ＝0.10R1 電子ビーム（11）の領域における前記遮断板（38,39）
間の間隔Ｄ＝0.10R1 この場合R1は、前記第２の入射面（QE）と前記第１の入
射面（BE）との間の間隔が1.66R1に等しいように選定さ
れている特許請求の範囲２項から第４項までのいずれか
１項記載のエネルギフィルタ。 ６．前記第２方向変換領域（13b）と前記第３方向変換
領域（14b）との間に６重極系（21）が設けられている
特許請求の範囲第２項記載のエネルギフィルタ。 ７．電子ビーム（11）の、第１の変換領域（12b）への
入射の際に電子ビームの波面の方向（11a）は第１の磁
極片（12）の縁（12c）と角度ε１を形成し、電子ビー
ムの、前記第１の変換領域（12b）からの出射の際に電
子ビームの波面の方向（11b）は前記第１の磁極片（1
2）の縁（12d）と角度ε２を形成し、第２の変換領域
（13b）への入射の際に電子ビームの波面の方向（11b）
は第２の磁極片（13）の縁（13a）と角度ε３を形成
し、前記第２の変換領域（13b）からの出射の際に電子
ビームの波面の方向は前記磁極片（13）の縁（13a）と
と角度ε４を形成し、前記角度はそれぞれ次の数値領域
は次のように定められており、 10゜≦ε１≦30゜ 25゜≦ε２≦45゜ 10゜≦ε３≦30゜ 15゜≦ε４≦35゜ さらに次の幾何学的寸法、第２の入射面（QE）と前記第
１の変換領域（12b）の入射縁（12c）との間の間隔d1、
電子ビームの入射点と第１の入射面（BE）との間の間隔
l1、前記第１の方向変換領域（12b）と前記第２の変換
領域（13b）との間の間隔l2、該第２の方向変換領域（1
3b）と第３の方向変換領域（14b）との間の間隔l3は第
１の出射面（BA）にて少なくともほぼスティグマチック
な、第１の入射面（BE）の結像が得られ、第２の出射面
（QA）にて第２の入射面（QE）の少なくともほぼスティ
グマチックな結像が得られるように選定されている、特
許請求の範囲第６項記載のエネルギフィルタ。 ８．第１の方向変換領域（12b）の前、各方向変換領域
（12b,13b,14b,12e）の間、最後の方向変換領域（12e）
の後に磁界の遮蔽板（38,39）が設けられており、該遮
蔽板の表面は少なくともほぼ磁極片（32,33）の表面の
高さのところに位置し、前記遮蔽板の縁（40c,40d）は
磁極片の縁（32c,32d）に対して平行にわずかな間隔Ｓ
をおいて配置されている特許請求の範囲第７項記載のエ
ネルギフィルタ。 ９．次の数値が選定されており、 前記方向変換角度 Φ＝104゜ 前記角度 ε１＝18.0゜ 前記角度 ε２＝39.0゜ 前記角度 ε３＝27.5゜ 前記角度 ε４＝30.1゜ 前記半径比 R2/R1＝１ さらに次の幾何学的寸法が選定されており、 前記間隔 d1＝1.03R1 前記間隔 l2＝2.43R1 前記間隔 l3＝1.34R1 前記間隔 Ｓ＝0.14R1 電子ビーム（11）の領域における前記遮断板（38,39）
間の間隔Ｄ＝0.14R1 この場合R1は、第２の入射面（QE）と第１の入射面
（BE）との間の間隔が1.95R1に等しいように選定されて
いる特許請求の範囲第８項記載のエネルギフィルタ。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19853532699 DE3532699A1 (de) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | Elektronenenergiefilter vom omega-typ |
| DE3532699.9 | 1985-09-13 |
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|---|---|
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| JP2674987B2 true JP2674987B2 (ja) | 1997-11-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61214214A Expired - Lifetime JP2674987B2 (ja) | 1985-09-13 | 1986-09-12 | オメガ形電子エネルギフイルタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4740704A (ja) |
| EP (1) | EP0218920B1 (ja) |
| JP (1) | JP2674987B2 (ja) |
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| EP0647960B1 (en) * | 1993-05-21 | 1997-03-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Energy filter with correction of a second-order chromatic aberration |
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