JPS6266553A - オメガ形電子エネルギフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はＳ光中に４つの方向変換領域を有するオメガ形
占気的電子エネルヤフィルタ、例えば、電子顕微縫用の
ものに関する。

従来技術 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）スペラトロメータ
とも称される）は透過形電子□ １　　　　　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１００〜２ｏｏｅ
ｖ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（エネルギ損失＝０）のみによって形成される物
体像（被検対象物像〕もフィルタリング（濾光）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、すなわち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、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（交互）作用、即ち原子殻に
おけるＫ　、　Ｌ　、　Ｍｇ＆収に相応するようにする
のである。それにより元素の定性的分布像、及び少かれ
像全体に亘って分布するノイズの評価に際して（他の多
くの定置的測定におけるように顕微鏡撮影に際して生じ
る結像誤差等の妨害要因により惹起されるノイズの評価
ないしＢａｏｋｇ−ｒｏｕｎｄの強度の除失に際して淀
量的分布像が薄厚の物体（＜３０ｎｍ）にて著しく高い
周部分解能（〜０．５　ｎｍ　）及び極めて高い検出感
度（χ２．１０−２１．ｆｉ’　）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Ｉｅ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。

***特許明細書第２０２８３５７号から公知の電子顕微
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（１！光）が可能であムその場合用いられる電子フ
ィルタは磁気的プリズム（角柱）と静電ミラーとから成
る。但し後看は外部障害フィールドに対して影ｑＪを受
は易い。さらに、電子に対する高い別途電圧の除絶縁上
の問題が起こる。従って最近では純磁気的てアルファ及
びオメガフィルタの区別がある。

オメガフィルタは植々の刊行物から公知である。Ｚａｎ
ａｈｉ　ｅ、ａ、（Ｏｐｔｉｋ　４３．４９５　（１９
７５））が記載している装置は６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、９００
又はそれより小さい方向に換角度によるのは膜数の刊行
物が公知である。（Ｈ。

Ｒｏｓｅ　ｅ、ａ、ｏｐｔｉｋ　Ａｒ５ｅ　３３６　（
１９７４）、Ｄ、Ｋｒａｈｌ　ｅ、ａ。

Ｎ１ｎｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｇｒ
ｅｓ＋ｓ　ｏｎ　Ｅｌｅｏｔｒｏｎｅ、ａ、ｏｐｔｉｋ
　４ｃ、２５５　　（１９７６））。

結像電子フィルタ・二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、出口側走行平面（セレクション平面とも称され
る）における結像誤差を二次のような程度にわずかで危
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　ｅ、ａ、（Ｏｐｔ、ｉｋ　５４　＊　２
３５　（１９７９））　　による記載の装ｆは同様に９
０°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つの竹刀Ω的６重接（ヘ
キサボール）により、結像誤差の実際上完全な補正が上
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緑により位置調整がし難い
。

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、サボール）で済むも
のを提供することにある。

発明の構成 上記課題の解決のため本発明によれは方向変換角度が９
０°エリ大であるようにするのである。

エネルギフィルタは電子ビームを制御するためたんに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
。この場合請求範囲３は磁極片電子ビームの波頭（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ａ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
ルドフランジとも称されている）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−かられずかな間隔全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（＃ン内に挿入されておジこのチャネルは磁極片
表面を周囲遮蔽面から切流す。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Ｅ工
Ａ、Ｖ、Ｃｒａｖｅ　ｅ、ａ、　（Ｒｒｖ、　８ｃｉ、
　Ｉｎ５ｔｒ、　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６方向変換領間に６Ｍ＃Ａ系が、結像誤差の補正のた
めの性別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波頭との間の角度に
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シエ磁
極片と共に１つの共通の部分を形成し得る。

６重葎糸のない構成においても、６重接系全有する構成
においてもフィルタの中心平面内に入口側像平面が存在
する。更に画構成の場合縮尺度１：１で出口側像平面内
への入口側像平面のアクロマチック（色消し）且スティ
グマチック（同心）の結像が行なわれ、さらに、出口側
走行平面内への分散性で共心の結像が行なわれる。

遮蔽板を■するエネルギフィルタの爪贅な利点とすると
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１と第６図に示す実施例金柑いて本発明を詳
、’ｆ：？Ｉに説明する。

第１、第２図中図平圓を′工電子ビームの中心軸線１１
がフィルタ（ｉ−通過する平面である。他の公知の第２
がフィルタのようにこれちのフィルタも、図平面に対し
て垂直に位置する中心平面（この中心平面は線１０にて
図平面と交差する）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）入口側像平面Ｂ２の中間像が
位置し上記入口側像平面はオメガフィルタにより（虚の
）出口側像平面ＢＡ内に結像される。

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１２ａ、１３ａ、１４ａが示されている。図平面の
上刃及び下方にある磁極片（これは因平面に対して鏡対
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＊１４ｂ２１２ｅにおいて、方向変換半径Ｒｘ、
Ｒ２を有する円形路上で角度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
より出ロ側走行平面ＱＡ内に生じるエネルギスペクトル
からは諸領域が取除かれ得る。

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１２Ｇ（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
てない像）は、電子ビーム１１の波頭の方向１１ｏと共
に角度ε、２を底丁。方向変換領域１２ｂから射出する
電子ビーム１１の方向１１′ｂと磁極片１２の縁１２ａ
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中にて人、出射の除虫じる。

ひきつづいての経過においてフィルタの対称的Ｍ成に基
づき第１図に示すような相応の角度が生じる。波頭と磁
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ｆ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°くφく１１５゜ ２５　°＜６１く４０゜ ３０°くε２く４５゜ １５　°＜ε３＜３０　。

１０°く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Ｊ　、
　１１　＋　１２　＊　１３　ｓ　Ｒ２／Ｒ１は必然的
に（虚の）出口側像平面ＢＡ内への（虚の）入口側像平
面Ｂ８の少なくとも近似的に共心の結像及び出口側走行
平面ＱＡ内への入口側走行平面ＱＥの少なくとも近似的
な共心の結像の要求により与えられる。

第１因に示す磁極片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Ｆ＆１方
向変換領域１２ｂｔ１３ｂｔ１４ｂｌ１２ｅ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３＆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シ得る。部分３０．３１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３２０　ｅ　３２ｄを有する
磁極片３２．３３の形を成す。溝３４．３５の外側輪郭
は例えば遮蔽板３８の縁４００．４０ｄを形成する。溝
３４．３５内に位置するコイル３６．３７を通って流れ
る電流により、磁極な 片３２．３３間に均質〆磁界が生ぜしめられる。

これに反してＲ３４，３５外に＆Ｘａ％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の間隔りは電子ビーム１１が通
過する個所４１にて磁極表面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京な９合
っている。

局部分解能の損失なしに伝送される像点の最大数及び、
出口側走行平面ＱＡ内での最小のエラー、よって、わず
かなエネルギ幅が可能であＡ？″ンは槽ψ箭聞ζｆ和９
１伽シ値１／ｒｌ−リイ凄放される。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Ｒ
１の適当な選択により間隔の和ｄ１＋１１　が走行平面
と像平面との間の間隔（゛その際その間隔は任意の電子
顕微鏡の結像系により与えられるものであム）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。）を子光学系にて公知
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、出口側走
行平面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）、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、５０ｎｍの
結像半径を有する電子顕微鏡の場合、３．３ｅＶある。

ビーム路中にさらに６Ｍ極糸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を工さし
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、１＝明らかになっている。

１００　　’＜φ＜１１５　’ １０°くξ１く３０゜ ２５°くε２く４５゜ １０°くε３く６０゜ １５°くε４＜３５’ ０−８　＜　Ｒ２／ＲＬ　＜　１−６ この実施例においても、周辺フィールドの拡がシを遮蔽
板によって、例えば、第６ａ図、第５ｂ図にて示すよ５
に、小さくすることが可能である。２つの結像特性は請
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
成子顕微鏡への適合も可能である。

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
エネルイ幅を可能にし、できるだけわずかな６電極系で
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図に６束径系のないオメガフィルタの実施例の概念
図、第２図は６電極系のあるオメガフィルタの実施例の
概念図、第３＆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６ｂ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。 １２１）＋１３ｂ＃１４ｂ・・・方向変換領域Ｆｉｇ、
１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁界中に４つの方向変換角度を有するオメガ形結像
   磁気的電子エネルギフィルタにおいて、方向変換角度（
   φ）は９０°より大であることを特徴とするオメガ電子
   エネルギフィルタ。 ２、方向変換角度（φ）は次の数値領域内にあり １００°≦φ≦１１５° 各方向変換半径（Ｒ＿１、Ｒ＿２）相互間の比は次の数
   値領域内にある ０．８≦Ｒ＿２／Ｒ＿１≦１．６ 特許請求の範囲第１項記載のエネルギフィルタ。 ３、磁極片縁（１２ｃ、１２ｄ）と電子ビーム（１１）
   の波頭の方向（１１ａ、１１ｂ）との間の角度（ε＿１
   、ε＿２、ε＿３、ε＿４）は次のような数値領域内に
   あり ２５°≦ε＿１≦４０° ３０°≦ε＿２≦４５° １５°≦ε＿３≦３０° １０°≦ε＿４≦３５° 出口側像平面（Ｂ）内で入口側像平面（ＢＥ）の少なく
   とも近似的に共心の結像の条件が満たされており出力側
   走行平面（ＱＡ）内で入口側走行平面（ＱＥ）の少なく
   とも近似的共心の結像の条件が満たされているように幾
   何学的寸法（ｄ＿１、ｌ＿１、ｌ＿２、ｌ＿３、Ｒ＿２
   ／Ｒ＿１）が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、最初の方向変換領域（１２ｂ）の前、各方向変換領
   域（１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１２ｅ）間、最後の方向
   変換領域（１２ｅ）の後に遮蔽板（３８、３９）が設け
   られており、該遮蔽板の表面は少なくとも近似的に磁極
   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、 φ＝１０８° ε＿１＝３２．０° ε＿２＝３８．０° ε＿３＝２４．５° ε＿４＝２４．１° Ｒ＿２／Ｒ＿１＝１ 更に、次の幾何学的寸法が選定されており ｄ＿１＝１．００Ｒ＿１ ｌ＿１＝０．６６Ｒ＿１ ｌ＿２＝２．５２Ｒ＿１ ｌ＿３＝０．７９Ｒ＿１ Ｓ＝０．１０Ｒ＿１ Ｄ＝０．１０Ｒ＿１ その際和ｄ＿１＋ｌ＿１が走行平面と像平面との間の間
   隔に等しいようにＲ＿１が選定され、前記間隔は電子顕
   微鏡の結像系により設定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。 ６、第２方向変換領域（１３ｂ）と第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、磁極片縁（１２ｃ、１２ｄ）と電子ビーム（１１）
   の波頭の方向（１１ａ、１１ｂ）との間の角度（ε＿１
   、ε＿２、ε＿３、ε＿４）の数値領域は次のように定
   められており、 １０°＜ε＿１＜３０° ２５°＜ε＿２＜４５° １０°＜ε＿３＜３０° １５°＜ε＿４＜３５° さらに、幾何学的寸法（ｄ＿１、ｌ＿１、ｌ＿２、ｌ＿
   ３、Ｒ＿２／Ｒ＿１）は出口側像平面（Ｂ＿Ａ）にて少
   なくとも近似的に共心の、入口側像平面（Ｂ＿Ｅ）の結
   像の条件が満たされ、出口側走行平面（Ｑ＿Ａ）にて入
   口側走行平面（Ｑ＿Ｅ）の、少なくとも近似的に共心の
   結像の条件が満たさ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）前、各方向変換領域
   （１２ｂ、１３ｂ）間、最後の方向変換領域（１２ｂ）
   の後に遮蔽板が設けられており、該遮蔽板の表面は少な
   くとも近似的に磁極片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、３
   ２ｄ）に対して平行にわずかな間隔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、 φ＝１０４° ε＿１＝１８．０° ε＿２＝３９．０° ε＿３＝２７．５° ε＿４＝３０．１° Ｒ＿２／Ｒ＿１＝１ さらに次の幾何学的寸法が選定されており、 ｄ＿１＝１．０３Ｒ＿１ ｌ＿１＝０．９２Ｒ＿１ ｌ＿２＝２．４３Ｒ＿１ ｌ＿３＝１．３４Ｒ＿１ Ｓ＝０．１４Ｒ＿１ Ｄ＝０．１４Ｒ＿１ その際Ｒ＿１は、和ｄ＿１＋ｌ＿１が走行平面と像平面
   との間の間隔に等しいように選定され、前記間隔は電子
   顕微鏡の結像系によつて与えら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。