JPS6269456A - アルフア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 本発明は磁界中に方向変換領域を有する結像磁気的電子
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ｔｌｉ？鏡において、所
定のエネルギ領域の電子の選択によシ被検対象物（物体
）結像のコントラストを改善する丸めに用いられる。こ
のことはほぼ１００〜２００　ｅＶの領域にて選定され
たエネルギ損失（ΔＥ）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（ｊｇン０）が排
除されるようにし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
ィルタを通過し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、即ち電子殻におけるに、　　
Ｌ。

Ｍ吸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、及びまた次のような定量的分布像即
ち強度比の測定に際して考慮さる−べき多かれ少なかれ
像全体に亘って公理するノイズの評価に際して（他の多
くの定葉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Ｂ々ｃＱ　ｒ　ｏｕｎｄの強度の除去に際して）
定量的分布像が、薄厚の物体（≦３Ｑｎｍ）にて者しく
高い局部分解能（’５０．５　ｎｎｌ　）及び極めて旨
い検出感度（＃２．１０−２１．！ｉ’　）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（検出する）こともできる。

***特許明細書５ｇ２０２８５５７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（濾光）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（角
柱）と構成ミラーとから成る但し後者は外部障害フィー
ルげに対して影響を受けやすい。さらに電子に対する高
い加速直圧の際、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、電子走行路（軌道）の経過に応じてアル
ファ及びオメガフィルタの区別がある。

アルファフィルタは例えば刊行物Ｊ、Ｆ’Ｈ。

Ｐｅｒｅｚ　ｅ　ａ、　（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｄｅ　Ｐｈ
ｙｓｉｑｕｅ、　Ｃｏ１１ｏｑｕｅＣ２，ｓｕｐｐｌｅ
ｍｅｎｔａｕｎ２．　４５．　　Ｃ２−１７１（１９８
４））から公知である。このフィルタは異なるフィール
Ｐ（磁界）強度を有する２つの磁気的セクタ（方向変換
領域）から成り、その際それらの領域は狭い中間空間に
よって分離されている。上記セクタの１つを、フィルタ
にて人、出射の際ビームが通過する。

結渾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、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、即ち通過された成子の小さなエネルギｉｔ
−実現できる程わずかでなければならないのである。後
者の条件は公知のアルファフィルタによっては充足され
ず、最も小さいエネルギ幅はほぼ７００　ｅＶである。

発明の目的 本発明の課題とするところは良好な局部分解能を有する
のみならず、小さなエネルギ＠をも可能にするアルファ
フィルタを提・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ば中間空間により切
離された６つの方向変換領域を設は前記中間空間の長さ
は前記方向変換領域の大きさのオーダであるようにした
のである。

本発明の実施例によれば方向変換角度は請求範囲１に対
して従属項になっている請求範囲２に記載の数値領域に
選定される・ 請求範囲６は磁慄片と電子ビームの波頭との間の角度に
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ｊ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も
称されている）により着しく小さくされる。これらの遮
蔽板は少なくとも択のような個所すなわち成子ビームが
方向変換領域に入出射する個所では磁極縁かられずかな
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
ｎ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違敞面から切離す。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、　Ｃｒｅｖｒｅ　ｅ、ａ、　（Ｒｅｖ
、　Ｓｃｉ、　Ｉｎ５ｔｒ　４２＋４１１　（１９７１
））の研究報告から公知である。

本発明のエネルギフィルタの中心平面内には入口側像平
面の非点収差中間像が線状焦点（Ｓｔ、ｒｉｃｈｆｏｋ
ｕｓ　）を以て偏向フィールＰ方向に対して平行に位置
し、入口１１１１１走行平面の非点収差中間像が位置す
る。さらに入口側像平面の、出口側像平面内への色消し
くアクロマチック）非点収差結像が縮尺１ｆｌ：１で行
なわれ、且入口側走行平面の、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。

遮蔽板を有するエネルギフィルタの主要な利点は容易に
調整し易く、障害フィールドを良好に遮蔽できることで
ある。

実施例 次に本発明を第１図〜第２ｂ図を用いて詳細に説明する
。

第１図中図平面は′電子ビームの中心軸線１１がフィル
タを通過する平面であろう本発明のフィルタも、図千面
に対して垂直に位置する中心平面（この中心平面は１１
１１ｉ１１０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。

第１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１
２ａ、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）間に均質す磁界が生じ、この
磁界により、成子ビームは方向変換領域１２ｂ。

１３　ｂ　＋　　１４　ｂ　ｔ　　１２　ｅにおいて、
方向変換半径Ｒ１，＋　　Ｒ２を有する円形路（軌道）
上で角度φ１及びφ２だけ偏向される。そのｍ＋１１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
出口側走行（飛程）平面ＱＡ内に生じるエネルギスペク
トルから諸領域が取除かれ得る。

第１方向ｆ換領域１２ｂ１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、ｉ界に対する磁極片の図示し
てない縁）は、′成子ビーム１１の波頭の方向１１ｃと
共に角度ε１２を成す。方向変換領域１２ｂから射出す
る成子ビーム１１の方向１ｉｂと磁極片１２の縁１２ａ
との間に角度Ｃ３が生じる。同様の角度’３１　　’４
が１ｌｃ２方向変換狽域１３’ｏ中ニテ人、出射の除土
じる。方向′Ｒ侠領領域　２　ｂ＋　　１３　ｂ。

１４ｂ間に比較的大きな間隔’２ｐ　　１３が存在する
。

フィルタの対称構成に基づき、第２の通過部において方
向変換領域１４ｂ、１２ｂにて人、出射に対して第１図
に示すような角度６１．ε２゜ε３．ε４が当嵌まる。

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１区の平面内でも電子
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。

５０’≦φｌ≦７５゜ １０５°≦φ２≦１６００ 一５°≦６１≦１５゜ 一５°≦ｅ２≦２０゜ ２Ｌｌ’≦ε３≦４０’ 一６５°≦６４≦−１５゜ ０．８≦Ｒ２／Ｒ１≦１．６ その場合エネルギフィルタのほかの幾何的寸法ｄ工＋　
　１１＋　　１２ｙ　　１３＋　　Ｒ２／　Ｒ１は必然
的に出口側像平面ＢＡ内への入口側像平面軸の少なくと
も近似的に共心の結像及び出口側走行平面Ｑ内への入口
側走行平面Ｑ８の少なくとも近似的な共心の結像の要求
によシ与えられる。

第１図に示す磁極片１２．１３．１４は看しく拡がった
周辺フィールドを有し、これらの周辺フィールドは方向
に換領域１２ｂ、１３ｂ。

１４ｂ、１２８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２ａ図、第２ｂ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夛
得る。部分３０．３１中には偏Ｓを有する溝３４．３５
が形成されており、それらの溝の内部輪郭は−ｊえば縁
３２Ｃｊ　　３２ｄｔ有する磁極片３２．３３の形を成
す。！１１３４．３５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３６．３７を通って流れるは流により、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外には磁シ（が生ぜず、その
結果周辺フィールドは実質的に購の幅Ｓに制限されてい
る。遮蔽板３８．３９の間隔りは成子ビーム１１が通過
する個所４１にてｔｉｆｉ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重な
り合っている。

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ＯＴ牝であることは請求範囲５に規定
した数値領域の選定によって達成される。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Ｒ１の適当な選択によυ間隔の差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る。）に適合
され得るように規格化されている。

従来技術について説明したエネルギフィルタに比して、
請求範囲５に記載された数値は、係数２より小の係数分
だけ比較的に悪い局部分解能を有するが、２００より大
の係数分だけ比較的に良好なエネルギ分解能を有する。

もって、５　Ｑ　ｎｍの終１摩半径を有する通有の電子
顕微鏡の場合２．６　ｅＶまでのエネルギ幅ΔＥが可能
である。

発明の効果 本発明によれば、良好な局部分解能を有するのみならず
、小さなエネルギ幅を可能にするアルファフィルタを実
現できるという幼果が萎される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアルファフィルタの実施例の構成図、
第２ａ図は統合化された遮蔽板を有する２つの磁極片か
ら成る偏向系の祈面図、第２ｂ図は統合化された遮蔽板
を有する磁極片を示す平面図である。 Ｑ、、　Ｑ、・・・出口側、入口側走行（飛程）平面、
Ｂ、　、　　Ｂ８・・・出口側、入口側源平面、１２ｂ
。 １３１＝＋、１４ｂ・・・方向変換領域！ｉ９」 ２ａ Ｆｉｇム Ｆｉｇ亜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁界中に方向変換領域を有する結像磁気的電子エネ
   ルギフィルタであつて、前記磁界によりエネルギフィル
   タにて入出射の際方向変換領域を電子ビームが通過せし
   められるように構成されているものにおいて、中間空間
   （ｌ＿２、ｌ＿３）によつて切離されている３つの方向
   変換領域（１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）を設け、前記中間
   空間の長さは方向変換領域（１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）
   の大きさのオーダであることを特徴とするアルファ形電
   子エネルギフィルタ。 ２、次の数値領域内にある方向変換角度（φ＿１、φ＿
   ２）が選定されており、 ５０°≦φ＿１≦７５° １０５°≦φ＿２≦１３０° さらに、次の数値領域内にある、各方向変換半径（Ｒ＿
   １、Ｒ＿２）相互間の比が選定されている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）は次の数値領域内にあるよ
   うに選定されており、 −５°≦ε＿１≦１５° −５°≦ε＿２≦２０° ２０°≦ε＿３≦４０° −３５°≦ε＿４≦−１５° 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）内での
   入口像平面（Ｂ＿Ｅ）の少なくとも近似的に共心の結像
   の条件、また、出口側走行平面（Ｑ＿Ａ）内での入口側
   走行平面（Ｑ＿Ｅ）の少なくとも近似的に共心の結像の
   条件が満たされてい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、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、下記の数値が選定されており、 φ＿１＝６５° φ＿２＝１１５° ε＿１＝９．５° ε＿２＝１３．７° ε＿３＝２９．４° ε＿４＝−２７．５° Ｒ＿２／Ｒ＿１＝１．２ さらに下記の幾何学的寸法が選定されており、 ｄ＿１＝１．７３Ｒ＿１ ｌ＿１＝０．２８Ｒ＿１ ｌ＿２＝２．４１Ｒ＿１ ｌ＿３＝０．５０Ｒ＿１ Ｓ＝０．１０Ｒ＿１ Ｄ＝０．１０Ｒ＿１ その際Ｒ＿１は差ｄ＿１−ｌ＿１が走行平面と像平面と
   の間隔に等しいように選定されており、前記間隔は電子
   顕微鏡の結像系により与えら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、中心平面（１０）内に入口側像平面（Ｂ＿Ｅ）の非
   点収差中間像が線状焦点を以て偏向フィールド方向に対
   して平行に位置し、入口側走行平面（Ｑ＿Ｅ）の非点収
   差中間像が線状焦点を以て、偏向フィールド方向に対し
   て垂直方向に位置するように構成されている前記特許請
   求の範囲各項のうちいずれかに記載のエネルギフィルタ
   。