JP3696827B2 - Energy filter - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特定エネルギーを持つ荷電粒子のみを選択的に通過させるエネルギーフィルタに関し、特に、透過型電子顕微鏡、エネルギー分析装置などのモノクロメータ等に使用されるエネルギーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、試料を透過した電子ビームを蛍光板に拡大投射する電子光学系内にエネルギー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。斯かるエネルギーフィルタを有する透過型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（透過荷電粒子）のうち、特定エネルギーの透過電子のみに基づく顕微鏡像を形成することができる。
このようなエネルギーフィルタを用いる分析において高いエネルギー分解能を得るにあたり、電子銃で作られる、試料をする照射する以前の電子のエネルギーの拡がりが邪魔になる場合がある。このような場合に、電子銃と試料との間にもエネルギーフィルタを置き、照射ビームのエネルギー幅を狭くすることが行われる。このような目的で使用されるエネルギーフィルタはモノクロメータと呼ばれる。
【０００３】
（従来例１）
図８は、一様電場と一様磁場を用いるウィーンフィルタによる電子ビーム軌道を示す。電子銃より出射された電子ビームは、フィルタ内での進行過程で、進行方向（Ｚ方向）に対して直交するＸ方向（ＺＸ面内）で１回収束（結像）し、Ｘ方向と直角のＹ方向では収束（結像）しない。
【０００４】
しかし、このウィーンフィルタでは、フィルタの直前でクロスオバーを作って入射ビームをフィルタへ入れると、フィルタから射出される電子ビームの形は、Ｘ方向にはフォーカスして分散を生じるが、Ｙ方向には長く伸びたビームとなり、その後の取扱が困難であった。
【０００５】
（従来例２）
図９は、上述の欠点を克服した不均一場ウィーンフィルタによる電子ビーム軌道を示す。この不均一場ウィーンフィルタは、４極子場（不均一場）を加えることにより、Ｙ方向にもフォーカスを実現し、フィルタ内のどこで見ても丸い横断面のビームとなるラウンドレンズ型のフォーカスを行う。
【０００６】
しかし、この不均一場ウィーンフィルタでは、フィルタの出口にエネルギー選択スリットが配置される。従って、これをモノクロメータとして用いる場合、その後のビームはビームの位置によってエネルギーが異なる（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ）一方、ビーム形状がスリットによって切断された細長形状となり、実用上不便であった。
【０００７】
（従来例３）
図１０は、前記不均一場ウィーンフィルタの欠点を克服する２段型エネルギーフィルタによる電子ビーム軌道を示す。
この２段型エネルギーフィルタは、電子ビームの進行方向に間隔をおいて配置された２個のウィーンフィルタを有し、１段目のエネルギーフィルタの後にエネルギー選択スリットを配置し、エネルギー選択スリットによってエネルギー選択した後に、２段目のエネルギーフィルタによりエネルギー分散をゼロへ戻す（Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ）。
【０００８】
（従来例４）
ところで、電子銃のすぐ近傍で小さい加速電圧のもとでエネルギーフィルタが使用される場合、電子銃から出発した電子が、クロスオバーを作り互いに接近して飛翔すると、電子間クローン相互作用によってエネルギーの広がりやビーム径の増大を起こすことがある、と云う問題があった。
図１１は、前記問題を解決する２段型エネルギーフィルタによる電子ビーム軌道を示す（特開２００１−２３５５８号公報）。
同図に示すように、このエネルギーフィルタでは、電子ビームの進行方向に対して直交するＸ方向では２回フォーカスし、Ｙ方向では１回だけフォーカスする。従って、ラウンドレンズ型のフォーカシングではなく、非点型のフォーカスが行われる。そして前記Ｘ方向の第２フォーカス位置にスリットが配置され、エネルギー選択が行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来例４のエネルギーフィルタでは、１段目フィルタに比べて２段目フィルタの軸長が短く、ビーム進行方向に於いてスリット位置は、エネルギーフィルタ全長の中心に位置しない。従って、エネルギーフィルタによる収差が発生する懸念があった。
【００１０】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、収差の発生が少ないエネルギーフィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による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為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、当該エネルギーフィルタ内を進行する荷電粒子は、進行方向に平行なＺ軸及びこれに直交するＸ軸で定まるＺＸ面内に於いて少なくとも一回収束し、前記Ｚ軸及び、前記Ｚ軸・Ｘ軸と直交するＹ軸で定まるＺＹ面内に於いて、前記収束位置で所定値以上の幅を有し、前記ＺＸ面内における収束位置に、エネルギー選択スリットが配置されている。好ましくは、前記ＺＸ面内及びＺＹ面内に於ける縦断面形状は、Ｚ軸方向におけるエネルギーフィルタの中心位置を中心として対称にされる。
【００１２】
前記エネルギーフィルタは、前記荷電粒子が、前記ＺＸ面内に於いて所定符合のＸ座標値を有する少なくとも一つの第１フィルタ部分と、前記所定符合と逆符合のＸ座標値を有する少なくとも一つの第２フィルタ部分とを備え、
各フィルタ部分の長さは、前記荷電粒子が第１フィルタ部分を進行する際に発生する収差と、第２フィルタ部分を進行する際に発生する収差とが相互にうち消し合うように設定される。
【００１３】
好ましくは、前記エネルギーフィルタは、光軸に沿って配置されたほぼ同じ長さを有する一つの第１フィルタ部分と一つの第２フィルタ部分とを有し、前記荷電粒子は、ＺＸ面内に於いて当該第１フィルタ部分と第２フィルタ部分との間で一回収束する。
【００１４】
好ましくは、磁場及び電場の分布は、光軸に沿ったエネルギーフィルタの中心位置を含むＸＹ面を対称面として面対称を有し、前記荷電粒子の軌道は、前記ＺＸ面内に於いて、光軸上の前記エネルギーフィルタ中心位置を中心に１８０°回転対称を有する。
【００１５】
好ましくは、荷電粒子ビームは、前記ＺＸ面内に於いて一回収束し、ＺＹ面内に於いて、エネルギーフィルタ全長に亘って所定値以上の幅を有し、スリットは、前記Ｚ軸に沿ってエネルギーフィルタの中央に配置される。
【００１６】
好ましくは、荷電粒子ビームは、前記ＺＹ面内に於いて、エネルギーフィルタ全長に亘って平行ビームを形成する。
【００１７】
好ましくは、前記エネルギーフィルタは、Ｚ軸方向に於ける長さがほぼ等しい２つのウィーンフィルタを有する。
【００１８】
好ましくは、荷電粒子ビームは、前記ＺＸ面内及びＺＹ面内に於ける縦断面形状がフィルタ入り口において平行ビームを形成する。
【００１９】
好ましくは、前記エネルギーフィルタは、間隔を置いて配置される複数のウィーンフィルタを含み、各ウィーンフィルタは、一様な電場及び磁場をそれぞれの内部に生成する。
【００２０】
この発明の他の側面は、前記何れかのエネルギーフィルタを有する電子顕微鏡にある。
【００２１】
好ましくは、前記電子顕微鏡に於いて、エネルギーフィルタの直前に配置されたレンズ又はレンズ群は、当該エネルギーフィルタへ入射する電子ビームが、エネルギーフィルタ入り口において平行ビームを形成するように調整されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至４を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明によるエネルギーフィルタの一実施形態を示す概念図である。また、図２は、この実施形態の物理的構成を示す模式図、図３は、この実施形態で使用されるウィーンフィルタの構造を例示する斜視図、図４は、この実施形態で使用されるエネルギー選択スリット板の正面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、この実施形態のエネルギーフィルタ１０は、一般的には、特定のエネルギーを持つ荷電粒子のみを通過させる為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、当該エネルギーフィルタ内を進行する荷電粒子は、進行方向に平行なＺ軸及びこれに直交するＸ軸で定まるＺＸ面内に於いて少なくとも一回収束し、前記Ｚ軸及び、前記Ｚ軸・Ｘ軸と直交するＹ軸で定まるＺＹ面内に於いて、前記収束位置で所定値以上の幅を有し、前記ＺＸ面内における収束位置にエネルギー選択スリット１３ａを配置したものである。
【００２４】
前記エネルギーフィルタ１０は、前記荷電粒子が、前記ＺＸ面内に於いて所定符合のＸ座標値を有する少なくとも一つの第１フィルタ部分１１と、前記所定符合と逆符合のＸ座標値を有する少なくとも一つの第２フィルタ部分１２とを備え、各フィルタ部分１１，１２の長さは、前記荷電粒子が第１フィルタ部分１１を進む際に発生する収差と、第２フィルタ部分１２を進む際に発生する収差とが相互にうち消し合うように設定される。
【００２５】
好ましくは、前記エネルギーフィルタは、光軸Ｏに沿って配置されたほぼ同じ長さを有する一つの第１フィルタ部分１１と一つの第２フィルタ部分１２とを有し、前記荷電粒子は、ＺＸ面内に於いて当該第１フィルタ部分１１と第２フィルタ部分１２との間で一回収束する。
【００２６】
また、磁場及び電場の分布は、光軸Ｏに沿ったエネルギーフィルタ１０の中心位置Ｍを含むＸＹ面を対称面として面対称を有し、前記荷電粒子の軌道は、前記ＺＸ面内に於いて、光軸Ｏ上の前記エネルギーフィルタ中心位置Ｍを中心に１８０°回転対称を有する。
【００２７】
より詳細には、以下の通りである。
図１及び図２に示すように、例えば電子顕微鏡に使用される前記エネルギーフィルタ１０は、Ｚ軸に平行な電子ビーム中心軌道Ｏ（以下、光軸と称する。）に沿って配置された１段目フィルタ１１と、２段目フィルタ１２と、エネルギーフィルタ１０のＺ軸方向の中央位置Ｍに配置されたエネルギー選択スリット板１３と、を有する。エネルギー選択スリット板１３はエネルギー選択スリット１３ａを有する。
【００２８】
このエネルギーフィルタ１０の前段に、電子銃の陰極１６から射出された電子ビームの電子軌道を調整する前段静電レンズ１４が設けてある。また、エネルギーフィルタ１０の後段には、試料（図示せず）への電子ビームの軌道を調整する後段静電レンズ１５が設けてある。
【００２９】
図２に示すように、前記１段目フィルタ１１および２段目フィルタ１２は、それぞれ、Ｚ軸に沿って進行する電子線ｅに対して、直交する電場Ｅ１及び磁場Ｈ１或いは、電場Ｅ２及び磁場Ｈ２を印加するウィ−ンフィルタから成る。
【００３０】
図３に示すように、各ウィーンフィルタ１１，１２は、前記磁場Ｈ１，Ｈ２を生成するために、前記光軸Ｏを挟んで上下方向（Ｙ方向）に対向配置される磁極板（磁極Ｎ）２１及び磁極板（磁極Ｓ）２２を有する。この磁極板２１，２２は、ウィーンフィルタ内部に一様な磁場Ｈ１，Ｈ２を生成する。
【００３１】
また、各ウィーンフィルタ１１，１２は、前記電場Ｅ１，Ｅ２を生成するために、前記光軸Ｏを挟んで左右方向（Ｘ方向）に対向配置される一対のプラス電極板２３及びマイナス電極板２４を有する。この電極板２３，２４は、ウィーンフィルタ内部に一様な電場Ｅ１、Ｅ２を生成する。
【００３２】
図２に示すように、前記初段フィルタ１１及び２段目フィルタ１２は、前記スリット１３ａ（又はスリット板１３）の位置Ｍを含むＸＹ面を対称面として面対称の構造を有する。従って、前記フィルタ１１，１２のフィルタ長Ｌ１，Ｌ２は、ほぼ同じ長さを有する。
【００３３】
従って、前記電場Ｅ１，Ｅ２及び磁場Ｈ１，Ｈ２の分布は、エネルギーフィルタ１０のＺ軸方向の中心位置Ｍを含むＸＹ面を対称面として面対称（図２において左右対称）となる。
【００３４】
エネルギーフィルタ１０の入り口部及び出口部には、フィルタ１１，１２から発生する電磁場と周囲の電子光学要素が発生する電磁場との干渉を防止するためのシャント部材１０１，１０３が設けてある。
【００３５】
上記構成により、Ｚ軸に平行な光軸Ｏおよびその周辺に、当該光軸Ｏに直交するＸ方向に平行な電場Ｅ１，Ｅ２及び、Ｘ方向に対して直角なＹ方向に平行な磁場Ｈ１，Ｈ２が重畳された均一場が形成される。このため、光軸Ｏに沿って入射した電子は、直交した電場Ｅ１，Ｅ２と磁場Ｈ１，Ｈ２より受ける力と、個々の電子のエネルギーにより定まる所定の軌道を進む。
【００３６】
より詳細には、前記電場Ｅ１，Ｅ２及び磁場Ｈ１，Ｈ２の向き及び強さは、次の１，２の条件を充足するように調整されている。
【００３７】
１．エネルギーフィルタ１０内を進行する荷電粒子ビームは、Ｚ軸及Ｘ軸で定まるＺＸ面内に於いて一回収束し、Ｚ軸及びＹ軸で定まるＺＹ面内に於いて、フィルタ１０全長に亘って平行ビームを形成する。
【００３８】
２．電子軌道は、光軸Ｏ上に於けるエネルギーフィルタ１０の中心位置Ｍを通るＹ軸を対称軸として１８０°回転対称性を有する。
【００３９】
図４は、前記スリット１３ａを含むスリット板１３の正面図を示す。
同図に示すように、スリット１３ａは、Ｘ軸方向に狭い幅ｄを有すると共にＹ軸方向に広い幅Ｄを有する。また、スリット板１３は、Ｘ軸方向に移動自在に設けてある。
【００４０】
次に、図５及び図６を参照して、前記エネルギーフィルタ１０の作用を説明する。図５において、各番号１６，１４，１１，１３ａ，１２，１５は、各番号に対応する各要素のＺ方向の位置を示す。
【００４１】
図５（ａ）は、前段静電レンズ１４及び、１段目フィルタ１１、エネルギー選択スリット１３、２段目フィルタ１２及び、後段静電レンズ１５を通過する電子線のＺＸ面での軌道形状を示す。
【００４２】
同図に示すように、陰極１６からの電子線ＥＲは収束性を持つことなく、前段静電レンズ１４の電子レンズ作用により平行ビームにされ、１段目フィルタ１１へ入射される（レンズ１４は、光学で云うコリメータ・レンズとして作用する）。前記フィルタ１１の入り口に於ける平行ビームのビーム幅ＢＷは、例えば、レンズ１４の前方又は、レンズ１４とフィルタ１１との間に配置されるアパーチャ（図示せず）により設定され得る。
【００４３】
１段目フィルタ１１へ平行入射された電子線ＥＲは、（Ｘ方向又はＸＺ面軌道で）当該フィルタ１１の生成する電場Ｅ１及び磁場Ｈ１により、当該フィルタ１１の後方であって、エネルギーフィルタ１０のＺ方向における中心位置Ｍで収束（結像）する。
【００４４】
前記収束された電子線ＥＲは、（後述するエネルギー条件を充足することを前提として）当該位置Ｍでスリット１３ａを通過する。
【００４５】
前記スリット１３ａを通過した電子線ＥＲは、前記１段目フィルタ１１と面対称の構造及び電磁場分布を有する２段目フィルタ１２の生成する電場Ｅ２及び磁場Ｈ２により、当該フィルタ１２の出口において、１段目フィルタ１１の入り口に於けると同じビーム幅ＢＷに戻される。
【００４６】
従って、ＺＸ面内に於いて、電子線の軌道ＥＲは、前記フィルタ中心位置Ｍを中心に１８０°回転対称を有する。
【００４７】
その際、前記電子線の収差は、スリット位置（対称点）Ｍの前後でキャンセルされる。より詳細には、以下の通りである。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、各電子線の軌道（電子軌道）は、前記中間位置Ｍで光軸Ｏを通り、１段目フィルタ１１内部と２段目フィルタ１２内部とで、そのＸ座標値が反転する。
【００４９】
一方、電子軌道の収差は、磁場或いは電場の大きさと軌道の高さ（Ｘ座標値）の積で表される。
【００５０】
又、前記磁場及び電場は、１段目フィルタ１１と２段目フィルタ１２とで同じ方向を向く。
【００５１】
従って、１段目フィルタ１１内部と２段目フィルタ１２内部とで、電子軌道のＸ座標値が反転することにより、前記第１フィルタ１１での収差と第２フィルタ１２での収差が打ち消し合う。
【００５２】
例えば、ある軌道高さを有する電子軌道が、１段目フィルタ１１によりプラスの収差を有する場合、２段目フィルタではほぼ同じ大きさのマイナスの収差を有する。従って、これらの収差はうち消し合い、エネルギーフィルタ全体としては、小さな収差を有する。
【００５３】
図５（ｂ）は、ＹＺ面での電子線の軌道形状（又はビーム形状）を示す。
陰極１６からの電子線ＥＲは、ＸＺ面でのビーム形状と同様、収束性を持つことなく、前段静電レンズ１４の電子レンズ作用により、ビーム幅ＢＷを有する平行ビームにされ、１段目フィルタ１１へ入射される。
【００５４】
従って、電子線ＥＲは、１段目フィルタ１１の入り口において、概略、直径ＢＷの円形断面を有する。
【００５５】
一方、既に示したように（図２及び図３）、ウイーンフィルタ１１、１２は、Ｙ軸方向に於いて電子線へ力を及ぼさない。
【００５６】
従って、ＹＺ面に於いて、１段目フィルタ１１へ平行ビームとして入射された電子線ＥＲは、エネルギーフィルタ１０内では一度も収束されることなく、平行ビームのまま（即ち、ビーム幅ＢＷを保った儘）、２段目フィルタ１２の出口から射出される。
【００５７】
従って、各電子線の軌道ＥＲは、光軸Ｏ上の前記位置Ｍを通るＹ軸を対称軸として１８０°回転対称を有する。
【００５８】
なお、スリット１３ａのＹ軸方向の幅Ｄは、電子線ＥＲのＹ軸方向の幅ＢＷより大きく設定されている。
【００５９】
図５（ｃ）は、前記電子線ＥＲの電子分散軌道（電子線ＥＲの、Ｘ軸方向に於ける分散量のＺ軸に沿っての変動）を示す。
【００６０】
同図に示すように、前記電子線ＥＲは、前記位置Ｍにおいて所定値以上の分散量を有する。即ち、異なるエネルギーを有する電子線は、位置Ｍにおいて異なるＸ軸位置を通過する。
【００６１】
図６は、スリット板１３上での電子線又は電子ビームの形状を示す。
同図に示すように、陰極１６から射出され、所定エネルギー（中心エネルギー値）を有する電子ビームは、電子レンズ１４及び１段目フィルタ１１により、位置Ｍにおいて、Ｙ軸方向に長い幅（ＢＷ）を有しＸ軸方向に短い幅を有する像ＩＭを形成する。ここに、像ＩＭのＹ軸方向の幅ＢＷは、Ｘ軸方向の幅を１μｍとするとき、その１０倍程度以上に設定される。
【００６２】
また、前記エネルギーと異なるエネルギーを有する電子ビームは、Ｘ軸方向において前記像ＩＭからずれた位置に像ＩＭ´を形成する。
【００６３】
従って、前記スリット板１３をＸ軸方向へ移動し、エネルギー選択スリット１３ａを前記像ＩＭ、ＩＭ´等の位置へ選択的に移動又は配置することにより、所望のエネルギーを持つ電子ビームのみを選択的に通過させることができる。
【００６４】
この場合、前記像ＩＭ、ＩＭ´は、Ｘ軸方向のみに収束され、Ｙ軸方向には収束されていない。従って、比較的低エネルギーの電子ビームであっても、前記エネルギー選択の際、電子間クーロン相互作用の影響による、エネルギーの広がりやビーム径の増大を生じることがない。
【００６５】
また、上記エネルギーフィルタ１０によれば、磁場・電場の分布は、スリット板１３の面（フィルタ中心位置Ｍを含むＸＹ面）を対称面として面対称（図２、図４において左右対称）を有し、各電子線の軌跡は、ビーム中心軸Ｏ及び前記位置Ｍを通るＹ軸を対称軸として１８０°回転対称を有する。これにより、前述の如く電子ビームの収差は、スリット位置（対称点）の前後でキャンセルされ、エネルギーフィルタに於ける収差の発生を低減することができる。
【００６６】
なお、上記において電場Ｅ１，Ｅ２及び磁場Ｈ１，Ｈ２の分布は、フィルタ１１，１２内において一様とした。しかし、エネルギーフィルタ１０内における電場・磁場の分布が、Ｚ軸方向の中心位置Ｍを含むＸＹ面を対称面として面対称（図２において左右対称）であれば、どのようなものでも良い。
【００６７】
又、前記エネルギーフィルタ１０は、１つの第１フィルタ部分１１と１つの第２フィルタ部分１２とを有した。しかし、エネルギーフィルタ１０は、複数の第１フィルタ部分又は複数の第２フィルタ部分を有することが出来る。この場合、第１フィルタ部分群による収差の合計と、第２フィルタ部分群による収差の合計とが、相互にうち消し合うように、第１フィルタ部分群の長さの合計と第２フィルター部分群の長さの合計とを設定するのが好ましい。
又、図６において、像ＩＭのＹ軸方向の幅ＢＷは、Ｘ軸方向の幅（例えば１μｍ）の数倍程度とすることもできる。
【００６８】
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明のエネルギーフィルタを組み込んだ電子顕微鏡の構成を示す。
【００６９】
図７（ａ）は、電界放射型電子銃（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す。
【００７０】
ＦＥＧ５１から発射された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５２、減速部５３、エネルギーフィルタ部５４、加速部５５、出射アパーチャ５６からなる減速型エネルギーフィルタ５７へ入射される。
【００７１】
この減速型エネルギーフィルタ５７において、入射電子は減速部５３で数１００ｅＶ程度のエネルギーに減速された後、フィルタ部５４において所定のエネルギーを持つもののみが選択され、加速部５５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５６から出射する。ここにエネルギーフィルタ部５４は、図１乃至図３に示した構造を有する。
【００７２】
出射アパーチャ５６から出射された電子ビームは、加速器５８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５９及び対物レンズ６０を介して試料６１へ照射される。
【００７３】
図７（ｂ）は、本発明のエネルギーフィルタを加速器の後段に配置した例を示す。
この例では、ＦＥＧ５１から発射された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５８によって所望の高エネルギー（例えば２００ｅｋＶ程度）まで加速された後、コンデンサレンズ６２を介して減速型エネルギーフィルタ５７へ入射される。この減速型エネルギーフィルタ５７は、入射アパーチャ５２、減速部５３、エネルギーフィルタ部５４、加速部５５、出射アパーチャ５６からなる。
【００７４】
この減速型エネルギーフィルタ５７において、入射電子は減速部５３で数１００ｅＶ程度のエネルギーに減速された後、エネルギーフィルタ部５４において所定のエネルギーを持つもののみが選択され、加速部５５によって再び元のエネルギーに加速されて出射アパーチャ５７から出射する。エネルギーフィルタ部５４は、図１乃至図３に示す構造を有する。
【００７５】
出射アパーチャ５６から出射された電子ビームは、コンデンサレンズ群５９及び対物レンズ６０を介して試料６１へ照射される。
【００７６】
なお、上記減速型エネルギーフィルタ５７の減速部５３及び加速部５５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５８と同様多段加速とするのが好ましい。
【００７７】
上記電子顕微鏡によれば、ＦＥＧ５１から放射された電子ビームは、加速管を通りすぎて高電圧に加速されるまでの間にモノクロメータを通過したにも拘わらず、スリット位置において、Ｘ方向に１回だけしかフォーカスせず、フォーカス回数が少ないことによって、同種のエネルギーフィルタに比して、クーロン相互作用によるエネルギーの広がりやビーム径の増大を抑えることができる。
【００７８】
また、収差の少ない前記エネルギーフィルタ１０をモノクロメータとして用いることにより、フィルタを通過したビームの大きさを増大させないで、小さいビーム径のままで、試料を照射することができる。
【００７９】
以上説明したように、この実施形態のエネルギーフィルタによれば、スリット位置に対して荷電粒子の軌道、磁場電場の分布が対称形となり、収差がスリット位置の前後でキャンセルされ、収差の発生を低減することが出来る。
【００８０】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるエネルギーフィルタによれば、収差の発生を低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるエネルギーフィルタの一実施形態を示す全体概念図である。
【図２】前記実施形態の物理的構成を示す模式図である。
【図３】前記実施形態で使用されるウィーンフィルタの構造を例示する斜視図である。
【図４】前記実施形態で使用されるエネルギー選択スリット板の正面図である。
【図５】図５（ａ）は前記エネルギーフィルタを通過する電子ビームのＺＸ面での軌道を示す説明図である。図５（ｂ）は同じく電子ビームのＺＹ面での軌道を示す。図５（ｃ）は同じく電子ビームの電子分散軌道を示す。
【図６】前記スリット板上での電子ビームの形状を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は各々本発明の実施形態のエネルギーフィルタを組み込んだ電子顕微鏡の構成を示す模式図である。
【図８】従来例１のエネルギーフィルタにおける電子ビームの軌道を示す説明図である。
【図９】従来例２のエネルギーフィルタにおける電子ビームの軌道を示す説明図である。
【図１０】従来例３のエネルギーフィルタにおける電子ビームの軌道を示す説明図である。
【図１１】従来例４のエネルギーフィルタにおける電子ビームの軌道を示す説明図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an energy filter that selectively allows only charged particles having a specific energy to pass therethrough, and more particularly, to an energy filter used in a monochromator such as a transmission electron microscope or an energy analyzer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a transmission electron microscope has been developed in which an energy filter is disposed in an electron optical system that enlarges and projects an electron beam transmitted through a sample onto a fluorescent screen. According to the transmission electron microscope having such an energy filter, it is possible to form a microscope image based only on transmission electrons having a specific energy among transmission electrons (transmission charged particles) affected by the sample.
In the analysis using such an energy filter, in order to obtain high energy resolution, the spread of the energy of electrons before irradiation of the sample, which is produced by an electron gun, may be an obstacle. In such a case, an energy filter is also placed between the electron gun and the sample to reduce the energy width of the irradiation beam. An energy filter used for such a purpose is called a monochromator.
[0003]
(Conventional example 1)
FIG. 8 shows an electron beam trajectory by a Wien filter using a uniform electric field and a uniform magnetic field. The electron beam emitted from the electron gun converges (images) once in the X direction (in the ZX plane) perpendicular to the traveling direction (Z direction) during the traveling process in the filter, and is perpendicular to the X direction. Convergence (image formation) does not occur in the Y direction.
[0004]
However, in this Wien filter, when a crossover is made just before the filter and the incident beam is put into the filter, the shape of the electron beam emitted from the filter is focused in the X direction and dispersed, but in the Y direction. Became a long beam, and subsequent handling was difficult.
[0005]
(Conventional example 2)
FIG. 9 shows the electron beam trajectory with a non-uniform field Wien filter that overcomes the above-mentioned drawbacks. This inhomogeneous field Wien filter achieves focusing in the Y direction by adding a quadrupole field (inhomogeneous field), and a round lens type focus that produces a round cross-section beam anywhere in the filter. Do.
[0006]
However, in this non-uniform field Wien filter, an energy selection slit is arranged at the outlet of the filter. Accordingly, when this is used as a monochromator, the energy of the subsequent beam differs depending on the position of the beam (Chromatic), while the beam shape becomes an elongated shape cut by the slit, which is inconvenient in practice.
[0007]
(Conventional example 3)
FIG. 10 shows an electron beam trajectory by a two-stage energy filter that overcomes the disadvantages of the non-uniform field Wien filter.
This two-stage type energy filter has two Wien filters arranged at intervals in the traveling direction of the electron beam, an energy selection slit is arranged after the first stage energy filter, and the energy is selected by the energy selection slit. After the selection, the energy dispersion is returned to zero by the second stage energy filter (Achromatic).
[0008]
(Conventional example 4)
By the way, when an energy filter is used in the immediate vicinity of an electron gun under a small acceleration voltage, when electrons starting from the electron gun form a crossover and fly close to each other, the energy of the electrons is caused by the electron-clonal interaction. There was a problem that the spread and the beam diameter might increase.
FIG. 11 shows an electron beam trajectory by a two-stage energy filter that solves the above problem (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-23558).
As shown in the figure, this energy filter focuses twice in the X direction orthogonal to the traveling direction of the electron beam and focuses only once in the Y direction. Therefore, astigmatic focusing is performed instead of round lens focusing. A slit is disposed at the second focus position in the X direction, and energy selection is performed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the energy filter of Conventional Example 4, the axial length of the second-stage filter is shorter than that of the first-stage filter, and the slit position in the beam traveling direction is not located at the center of the entire length of the energy filter. Therefore, there is a concern that aberration due to the energy filter occurs.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an energy filter with less aberration.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an energy filter according to the present invention is an energy filter that combines an electric field and a magnetic field so as to allow only charged particles having a specific energy to pass through, and the charged particles traveling in the energy filter. Is converged at least once in the ZX plane defined by the Z axis parallel to the traveling direction and the X axis orthogonal thereto, and is determined by the Z axis and the Y axis orthogonal to the Z axis / X axis. The energy selection slit is disposed at the convergence position in the ZX plane having a width equal to or greater than a predetermined value at the convergence position. Preferably, the longitudinal cross-sectional shapes in the ZX plane and the ZY plane are symmetric with respect to the center position of the energy filter in the Z-axis direction.
[0012]
In the energy filter, the charged particles have at least one first filter portion having an X coordinate value having a predetermined sign in the ZX plane, and at least one first coordinate portion having an X coordinate value having an opposite sign to the predetermined sign. Two filter parts,
The length of each filter portion is set so that the aberration that occurs when the charged particles travel through the first filter portion and the aberration that occurs when the charged particles travel through the second filter portion cancel each other out. .
[0013]
Preferably, the energy filter has one first filter portion and one second filter portion having substantially the same length disposed along the optical axis, and the charged particles are in the ZX plane. And converge once between the first filter portion and the second filter portion.
[0014]
Preferably, the distribution of the magnetic field and the electric field has a plane symmetry with the XY plane including the center position of the energy filter along the optical axis as a symmetry plane, and the trajectory of the charged particle is a light beam in the ZX plane. It has 180 ° rotational symmetry about the center position of the energy filter on the axis.
[0015]
Preferably, the charged particle beam converges once in the ZX plane, has a width of a predetermined value or more over the entire length of the energy filter in the ZY plane, and the slit extends along the Z axis. Is arranged in the center of the energy filter.
[0016]
Preferably, the charged particle beam forms a parallel beam over the entire length of the energy filter in the ZY plane.
[0017]
Preferably, the energy filter includes two Wien filters having substantially the same length in the Z-axis direction.
[0018]
Preferably, in the charged particle beam, the longitudinal cross-sectional shape in the ZX plane and the ZY plane forms a parallel beam at the filter entrance.
[0019]
Preferably, the energy filter includes a plurality of spaced apart Wien filters, each Wien filter generating a uniform electric and magnetic field therein.
[0020]
Another aspect of the present invention resides in an electron microscope having any one of the energy filters.
[0021]
Preferably, in the electron microscope, the lens or the lens group disposed immediately before the energy filter is adjusted so that the electron beam incident on the energy filter forms a parallel beam at the entrance of the energy filter.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an energy filter according to the present invention. 2 is a schematic diagram showing the physical configuration of this embodiment, FIG. 3 is a perspective view illustrating the structure of a Wien filter used in this embodiment, and FIG. 4 is used in this embodiment. It is a front view of an energy selection slit board.
[0023]
As shown in these drawings, the energy filter 10 of this embodiment is generally an energy filter that combines an electric field and a magnetic field to pass only charged particles having a specific energy, and the energy filter 10 The charged particles traveling in the beam converge at least once in the ZX plane defined by the Z axis parallel to the traveling direction and the X axis orthogonal thereto, and are orthogonal to the Z axis and the Z axis / X axis. In the ZY plane determined by the Y axis, the convergence position has a width equal to or larger than a predetermined value, and the energy selection slit 13a is arranged at the convergence position in the ZX plane.
[0024]
In the energy filter 10, the charged particles have at least one first filter portion 11 having an X coordinate value having a predetermined sign in the ZX plane, and at least one having an X coordinate value having an opposite sign to the predetermined sign. Each of the filter portions 11 and 12 has a length that occurs when the charged particles travel through the first filter portion 11 and when the charged particles travel through the second filter portion 12. The aberration is set so as to cancel out each other.
[0025]
Preferably, the energy filter has one first filter portion 11 and one second filter portion 12 having substantially the same length arranged along the optical axis O, and the charged particles are in the ZX plane. It converges once between the first filter part 11 and the second filter part 12.
[0026]
Further, the distribution of the magnetic field and the electric field has surface symmetry with the XY plane including the center position M of the energy filter 10 along the optical axis O as a symmetry plane, and the trajectory of the charged particles is in the ZX plane. , And 180 ° rotational symmetry about the energy filter center position M on the optical axis O.
[0027]
More details are as follows.
As shown in FIGS. 1 and 2, the energy filter 10 used in, for example, an electron microscope is a single stage disposed along an electron beam center orbit O (hereinafter referred to as an optical axis) parallel to the Z axis. An eye filter 11, a second-stage filter 12, and an energy selection slit plate 13 disposed at a center position M in the Z-axis direction of the energy filter 10 are included. The energy selection slit plate 13 has an energy selection slit 13a.
[0028]
A pre-stage electrostatic lens 14 for adjusting the electron trajectory of the electron beam emitted from the cathode 16 of the electron gun is provided in the front stage of the energy filter 10. Further, a post-stage electrostatic lens 15 for adjusting the trajectory of the electron beam to the sample (not shown) is provided at the rear stage of the energy filter 10.
[0029]
As shown in FIG. 2, the first-stage filter 11 and the second-stage filter 12 each have an electric field E1 and a magnetic field H1 orthogonal to an electron beam e traveling along the Z axis, or an electric field E2 and a magnetic field. It consists of a Wien filter that applies H2.
[0030]
As shown in FIG. 3, each Wien filter 11, 12 is a magnetic pole plate (magnetic pole N) that is opposed to the vertical direction (Y direction) across the optical axis O in order to generate the magnetic fields H 1, H 2. 21 and a magnetic pole plate (magnetic pole S) 22. The magnetic pole plates 21 and 22 generate uniform magnetic fields H1 and H2 inside the Wien filter.
[0031]
Each Wien filter 11, 12 has a pair of a positive electrode plate 23 and a negative electrode plate 24 that are arranged opposite to each other in the left-right direction (X direction) across the optical axis O in order to generate the electric fields E1, E2. Have The electrode plates 23 and 24 generate uniform electric fields E1 and E2 inside the Wien filter.
[0032]
As shown in FIG. 2, the first-stage filter 11 and the second-stage filter 12 have a plane-symmetric structure with the XY plane including the position M of the slit 13a (or slit plate 13) as a symmetry plane. Accordingly, the filter lengths L1 and L2 of the filters 11 and 12 have substantially the same length.
[0033]
Therefore, the distributions of the electric fields E1 and E2 and the magnetic fields H1 and H2 are plane symmetric (symmetric in FIG. 2) with the XY plane including the center position M in the Z-axis direction of the energy filter 10 as a symmetry plane.
[0034]
Shunt members 101 and 103 for preventing interference between the electromagnetic field generated from the filters 11 and 12 and the electromagnetic field generated by the surrounding electro-optic elements are provided at the entrance and exit of the energy filter 10.
[0035]
With the above configuration, the electric field E1, E2 parallel to the X direction perpendicular to the optical axis O and the magnetic field H1, parallel to the Y direction perpendicular to the X direction, around the optical axis O parallel to the Z axis. A uniform field in which H2 is superimposed is formed. For this reason, the electrons incident along the optical axis O travel along a predetermined trajectory determined by the forces received from the orthogonal electric fields E1 and E2 and the magnetic fields H1 and H2 and the energy of each electron.
[0036]
More specifically, the directions and strengths of the electric fields E1 and E2 and the magnetic fields H1 and H2 are adjusted so as to satisfy the following conditions 1 and 2.
[0037]
1. The charged particle beam traveling in the energy filter 10 converges once in the ZX plane determined by the Z axis and the X axis, and covers the entire length of the filter 10 in the ZY plane determined by the Z axis and the Y axis. A parallel beam is formed.
[0038]
2. The electron trajectory has 180 ° rotational symmetry with the Y axis passing through the center position M of the energy filter 10 on the optical axis O as the symmetry axis.
[0039]
FIG. 4 shows a front view of the slit plate 13 including the slit 13a.
As shown in the figure, the slit 13a has a narrow width d in the X-axis direction and a wide width D in the Y-axis direction. The slit plate 13 is provided so as to be movable in the X-axis direction.
[0040]
Next, the operation of the energy filter 10 will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, each number 16, 14, 11, 13a, 12, 15 indicates the position in the Z direction of each element corresponding to each number.
[0041]
FIG. 5A shows the trajectory shape on the ZX plane of the electron beam passing through the front stage electrostatic lens 14, the first stage filter 11, the energy selection slit 13, the second stage filter 12, and the rear stage electrostatic lens 15. Show.
[0042]
As shown in the figure, the electron beam ER from the cathode 16 is not converged but is made into a parallel beam by the electron lens action of the front electrostatic lens 14 and is incident on the first-stage filter 11 (the lens 14 is , Acting as a collimator lens in terms of optics). The beam width BW of the parallel beam at the entrance of the filter 11 can be set by, for example, an aperture (not shown) disposed in front of the lens 14 or between the lens 14 and the filter 11.
[0043]
The electron beam ER incident in parallel to the first-stage filter 11 is behind the filter 11 by the electric field E1 and the magnetic field H1 generated by the filter 11 (in the X direction or XZ plane orbit), and the energy filter 10 Convergence (image formation) is performed at the center position M in the Z direction.
[0044]
The converged electron beam ER passes through the slit 13a at the position M (assuming that an energy condition described later is satisfied).
[0045]
The electron beam ER that has passed through the slit 13a has an electric field E2 and a magnetic field H2 generated by a second-stage filter 12 having a plane-symmetrical structure and electromagnetic field distribution with respect to the first-stage filter 11 at the outlet of the filter 12. The beam width is returned to the same beam width BW as that at the entrance of the stage filter 11.
[0046]
Accordingly, in the ZX plane, the electron beam trajectory ER has a 180 ° rotational symmetry about the filter center position M.
[0047]
At that time, the aberration of the electron beam is canceled before and after the slit position (symmetry point) M. More details are as follows.
[0048]
As shown in FIG. 5 (a), the trajectory (electron trajectory) of each electron beam passes through the optical axis O at the intermediate position M, and the X-rays inside the first-stage filter 11 and the second-stage filter 12 are X. The coordinate value is reversed.
[0049]
On the other hand, the aberration of the electron trajectory is expressed by the product of the magnitude of the magnetic field or electric field and the height of the trajectory (X coordinate value).
[0050]
The magnetic field and electric field are directed in the same direction in the first stage filter 11 and the second stage filter 12.
[0051]
Therefore, the X-coordinate value of the electron trajectory is inverted between the first-stage filter 11 and the second-stage filter 12, so that the aberration in the first filter 11 and the aberration in the second filter 12 cancel each other.
[0052]
For example, when an electron trajectory having a certain trajectory height has a positive aberration by the first-stage filter 11, the second-stage filter has a negative aberration of almost the same magnitude. Therefore, these aberrations cancel out, and the energy filter as a whole has small aberrations.
[0053]
FIG. 5B shows the trajectory shape (or beam shape) of the electron beam on the YZ plane.
Similar to the beam shape on the XZ plane, the electron beam ER from the cathode 16 is converted into a parallel beam having a beam width BW by the electron lens action of the front-stage electrostatic lens 14 without having convergence. 11 is incident.
[0054]
Therefore, the electron beam ER generally has a circular cross section having a diameter BW at the entrance of the first stage filter 11.
[0055]
On the other hand, as already shown (FIGS. 2 and 3), the Wien filters 11 and 12 do not exert a force on the electron beam in the Y-axis direction.
[0056]
Accordingly, in the YZ plane, the electron beam ER incident as a parallel beam on the first-stage filter 11 is never converged in the energy filter 10 and remains a parallel beam (that is, maintains the beam width BW). I) Injected from the outlet of the second stage filter 12.
[0057]
Accordingly, the orbit ER of each electron beam has a 180 ° rotational symmetry with the Y axis passing through the position M on the optical axis O as the symmetry axis.
[0058]
The width D in the Y-axis direction of the slit 13a is set larger than the width BW of the electron beam ER in the Y-axis direction.
[0059]
FIG. 5C shows the electron dispersion trajectory of the electron beam ER (the fluctuation of the dispersion amount of the electron beam ER in the X-axis direction along the Z-axis).
[0060]
As shown in the figure, the electron beam ER has a dispersion amount greater than or equal to a predetermined value at the position M. That is, electron beams having different energies pass through different X-axis positions at the position M.
[0061]
FIG. 6 shows the shape of the electron beam or electron beam on the slit plate 13.
As shown in the figure, an electron beam emitted from the cathode 16 and having a predetermined energy (center energy value) has a long width (BW) in the Y-axis direction at the position M by the electron lens 14 and the first-stage filter 11. And an image IM having a short width in the X-axis direction. Here, the width BW in the Y-axis direction of the image IM is set to about 10 times or more when the width in the X-axis direction is 1 μm.
[0062]
Further, an electron beam having an energy different from the energy forms an image IM ′ at a position shifted from the image IM in the X-axis direction.
[0063]
Accordingly, by moving the slit plate 13 in the X-axis direction and selectively moving or arranging the energy selection slit 13a to the position of the image IM, IM ′, etc., only an electron beam having a desired energy can be selectively selected. Can be passed through.
[0064]
In this case, the images IM and IM ′ are converged only in the X-axis direction and are not converged in the Y-axis direction. Therefore, even when the electron beam has a relatively low energy, the energy spread and the beam diameter do not increase due to the influence of the inter-electron Coulomb interaction when the energy is selected.
[0065]
Further, according to the energy filter 10, the magnetic field / electric field distribution has a plane symmetry (left-right symmetry in FIGS. 2 and 4) with the plane of the slit plate 13 (XY plane including the filter center position M) as a symmetry plane. The trajectory of each electron beam has 180 ° rotational symmetry with the Y axis passing through the beam center axis O and the position M as the symmetry axis. Thereby, as described above, the aberration of the electron beam is canceled before and after the slit position (symmetry point), and the generation of aberration in the energy filter can be reduced.
[0066]
In the above, the distribution of the electric fields E1 and E2 and the magnetic fields H1 and H2 is uniform in the filters 11 and 12. However, any distribution may be used as long as the electric field / magnetic field distribution in the energy filter 10 is plane symmetric (symmetric in FIG. 2) with the XY plane including the center position M in the Z-axis direction as a symmetry plane.
[0067]
The energy filter 10 has one first filter portion 11 and one second filter portion 12. However, the energy filter 10 can have a plurality of first filter portions or a plurality of second filter portions. In this case, the total length of the first filter portion group and the second filter portion group are set such that the sum of aberrations by the first filter portion group and the sum of aberrations by the second filter portion group cancel each other. It is preferable to set the total length of
In FIG. 6, the width BW of the image IM in the Y-axis direction can be about several times the width in the X-axis direction (for example, 1 μm).
[0068]
7A and 7B show the configuration of an electron microscope incorporating the energy filter of the present invention.
[0069]
FIG. 7A shows an example in which the energy filter of the present invention is arranged between a field emission electron gun (FEG) and an accelerator.
[0070]
An electron beam having a relatively low energy of about 1 keV to several keV emitted from the FEG 51 is incident on a deceleration type energy filter 57 including an incident aperture 52, a deceleration unit 53, an energy filter unit 54, an acceleration unit 55, and an emission aperture 56. The
[0071]
In this decelerating type energy filter 57, incident electrons are decelerated to an energy of about several hundreds eV by the decelerating unit 53, and then only those having a predetermined energy are selected in the filter unit 54. The light is accelerated so as to have the light and is emitted from the emission aperture 56. Here, the energy filter unit 54 has the structure shown in FIGS. 1 to 3.
[0072]
The electron beam emitted from the emission aperture 56 is accelerated to a desired high energy (for example, about 200 keV) by the accelerator 58 and then irradiated to the sample 61 through the condenser lens group 59 and the objective lens 60.
[0073]
FIG.7 (b) shows the example which has arrange | positioned the energy filter of this invention in the back | latter stage of an accelerator.
In this example, an electron beam having a relatively low energy of about 1 keV to several keV emitted from the FEG 51 is accelerated to a desired high energy (for example, about 200 ekV) by the accelerator 58 and then decelerated via the condenser lens 62. The light enters the energy filter 57. The decelerating type energy filter 57 includes an incident aperture 52, a decelerating unit 53, an energy filter unit 54, an accelerating unit 55, and an exit aperture 56.
[0074]
In this decelerating type energy filter 57, incident electrons are decelerated to energy of about several hundreds eV by the decelerating unit 53, and then only those having predetermined energy are selected in the energy filter unit 54, and the original energy is again obtained by the accelerating unit 55 And is emitted from the emission aperture 57. The energy filter unit 54 has the structure shown in FIGS.
[0075]
The electron beam emitted from the emission aperture 56 is applied to the sample 61 through the condenser lens group 59 and the objective lens 60.
[0076]
The deceleration unit 53 and the acceleration unit 55 of the deceleration type energy filter 57 need to decelerate high energy electrons to energy of about several hundred eV and further accelerate to the original high energy. It is preferable to use multi-stage acceleration as in
[0077]
According to the above electron microscope, the electron beam emitted from the FEG 51 passes through the monochromator while passing through the accelerating tube and being accelerated to a high voltage. Since focusing is performed only once and the number of focusing is small, it is possible to suppress the spread of energy and the increase of the beam diameter due to Coulomb interaction, as compared with the same type of energy filter.
[0078]
Further, by using the energy filter 10 with less aberration as a monochromator, the sample can be irradiated with a small beam diameter without increasing the size of the beam that has passed through the filter.
[0079]
As described above, according to the energy filter of this embodiment, the trajectory of the charged particles and the magnetic field distribution are symmetrical with respect to the slit position, and the aberration is canceled before and after the slit position, thereby reducing the occurrence of aberration. I can do it.
[0080]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the energy filter according to the present invention can reduce the occurrence of aberrations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall conceptual diagram showing an embodiment of an energy filter according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a physical configuration of the embodiment.
FIG. 3 is a perspective view illustrating the structure of a Wien filter used in the embodiment.
FIG. 4 is a front view of an energy selection slit plate used in the embodiment.
FIG. 5 (a) is an explanatory view showing the trajectory of the electron beam passing through the energy filter on the ZX plane. FIG. 5B similarly shows the trajectory of the electron beam on the ZY plane. FIG. 5C also shows the electron dispersion trajectory of the electron beam.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the shape of an electron beam on the slit plate.
FIGS. 7A and 7B are schematic views each showing a configuration of an electron microscope incorporating the energy filter according to the embodiment of the present invention.
8 is an explanatory diagram showing an electron beam trajectory in the energy filter of Conventional Example 1. FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the trajectory of an electron beam in the energy filter of Conventional Example 2.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the trajectory of an electron beam in the energy filter of Conventional Example 3.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the trajectory of an electron beam in the energy filter of Conventional Example 4.

Claims (9)

特定のエネルギーを持つ荷電粒子のみを通過させる為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、
当該エネルギーフィルタ内を進行する荷電粒子は、進行方向に平行なＺ軸及びこれに直交するＸ軸で定まるＺＸ面内に於いて少なくとも一回収束し、前記Ｚ軸及び、前記Ｚ軸・Ｘ軸と直交するＹ軸で定まるＺＹ面内に於いて、前記収束位置で所定値以上の幅を有し、
前記ＺＸ面内における収束位置に、エネルギー選択スリットが配置され、当該エネルギーフィルタは、前記荷電粒子の軌道が、前記ＺＸ面内に於いてスリット面を境にして反転する少なくとも一つの第１フィルタ部分と少なくとも一つの第２フィルタ部分とを備え、第１フィルタ部分と第２フィルタ部分との長さがほぼ等しく、且つ、前記第１フィルタ部分は、荷電粒子線が前記スリット上に、当該第１フィルタ部分による荷電粒子分散方向であるＸ方向にほぼ直交するＹ方向に延びた断面形状を有するように調整されたエネルギーフィルタ。An energy filter that combines an electric field and a magnetic field to pass only charged particles with a specific energy,
The charged particles traveling in the energy filter converge at least once in a ZX plane defined by a Z axis parallel to the traveling direction and an X axis orthogonal thereto, and the Z axis, the Z axis, and the X axis In the ZY plane determined by the Y axis orthogonal to the width of the predetermined value or more at the convergence position,
An energy selection slit is disposed at a convergence position in the ZX plane, and the energy filter includes at least one first filter portion in which the trajectory of the charged particles is reversed with the slit plane as a boundary in the ZX plane. And at least one second filter portion, the lengths of the first filter portion and the second filter portion are substantially equal, and the first filter portion has a charged particle beam on the slit, An energy filter adjusted to have a cross-sectional shape extending in the Y direction substantially orthogonal to the X direction, which is a charged particle dispersion direction by the filter portion. 請求項１に記載のエネルギーフィルタであって、磁場及び電場の分布は、光軸に沿ったエネルギーフィルタの中心位置を含むＸＹ面を対称面として面対称を有し、前記荷電粒子の軌道は、前記ＺＸ面内に於いて、光軸上の前記エネルギーフィルタ中心位置を中心に１８０°回転対称を有する。  The energy filter according to claim 1, wherein the distribution of the magnetic field and the electric field has a plane symmetry with an XY plane including a center position of the energy filter along the optical axis as a symmetry plane, and the trajectory of the charged particles is In the ZX plane, it has 180 ° rotational symmetry about the center position of the energy filter on the optical axis. 特定のエネルギーを持つ荷電粒子のみを通過させる為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、
当該エネルギーフィルタ内を進行する荷電粒子は、進行方向に平行なＺ軸及びこれに直交するＸ軸で定まるＺＸ面内に於いて少なくとも一回収束し、前記Ｚ軸及び、前記Ｚ軸・Ｘ軸と直交するＹ軸で定まるＺＹ面内に於いて、前記収束位置で所定値以上の幅を有し、
前記ＺＸ面内における収束位置に、エネルギー選択スリットが配置され、当該エネルギーフィルタは、前記荷電粒子の軌道が、前記ＺＸ面内に於いてスリット面を境にして反転する少なくとも一つの第１フィルタ部分と少なくとも一つの第２フィルタ部分とを備え、第１フィルタ部分と第２フィルタ部分との長さは、前記荷電粒子が第１フィルタ部分を進む際に発生する収差と、第２フィルタ部分を進む際に発生する収差とが相互にうち消し合うように設定され、且つ、前記第１フィルタ部分は、荷電粒子線が前記スリット上に、当該第１フィルタ部分による荷電粒子分散方向であるＸ方向にほぼ直交するＹ方向に延びた断面形状を有するように調整されたエネルギーフィルタ。An energy filter that combines an electric field and a magnetic field to pass only charged particles with a specific energy,
The charged particles traveling in the energy filter converge at least once in a ZX plane defined by a Z axis parallel to the traveling direction and an X axis orthogonal thereto, and the Z axis, the Z axis, and the X axis In the ZY plane determined by the Y axis orthogonal to the width of the predetermined value or more at the convergence position,
An energy selection slit is disposed at a convergence position in the ZX plane, and the energy filter includes at least one first filter portion in which the trajectory of the charged particles is reversed with the slit plane as a boundary in the ZX plane. And at least one second filter portion, the lengths of the first filter portion and the second filter portion are the aberration that occurs when the charged particles travel through the first filter portion and the second filter portion. The first filter portion is set in the X direction, which is a charged particle dispersion direction by the first filter portion, on the slit. An energy filter adjusted to have a cross-sectional shape extending in a substantially orthogonal Y direction. 請求項１又は３に記載のエネルギーフィルタであって、
光軸に沿って配置されたほぼ同じ長さを有する一つの第１フィルタ部分と一つの第２フィルタ部分とを有し、前記荷電粒子は、ＺＸ面内に於いて当該第１フィルタ部分と第２フィルタ部分との間で一回収束する。The energy filter according to claim 1 or 3,
One first filter portion and one second filter portion having substantially the same length disposed along the optical axis, and the charged particles are separated from the first filter portion and the first filter portion in the ZX plane. Converge once between the two filter parts. 請求項４に記載のエネルギーフィルターであって、
荷電粒子ビームは、前記ＺＹ面内に於いて、エネルギーフィルター全長に亘ってほぼ平行ビームを形成するもの。The energy filter according to claim 4,
The charged particle beam forms a substantially parallel beam over the entire length of the energy filter in the ZY plane. 請求項１、２又は４に記載のエネルギーフィルタであって、
荷電粒子ビームは、前記ＺＸ面内及びＺＹ面内に於ける縦断面形状がフィルタ入り口において平行ビームを形成するもの。The energy filter according to claim 1, 2, or 4,
In the charged particle beam, the longitudinal cross-sectional shape in the ZX plane and the ZY plane forms a parallel beam at the filter entrance. 請求項１乃至４に記載の何れかのエネルギーフィルタであって、
間隔を置いて配置される複数のウィーンフィルタを含み、各ウィーンフィルタは、一様な電場及び磁場をそれぞれの内部に生成するもの。The energy filter according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of Wien filters arranged at intervals, each Wien filter generating a uniform electric and magnetic field within each. 請求項１乃至５に記載の何れかのエネルギーフィルタを試料より電子銃側に配置した電子顕微鏡。  An electron microscope in which the energy filter according to any one of claims 1 to 5 is disposed closer to an electron gun than a sample. 請求項８に記載の電子顕微鏡であって、前記エネルギーフィルタの直前に配置されたレンズ又はレンズ群は、当該エネルギーフィルタへ入射する電子ビームが、エネルギーフィルタ入り口において平行ビームを形成するように調整されているもの。  9. The electron microscope according to claim 8, wherein the lens or the lens group disposed immediately before the energy filter is adjusted so that an electron beam incident on the energy filter forms a parallel beam at an energy filter entrance. What

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