JPH01187754A - 重畳場型エネルギー分析装置 - 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〕 本発明は電場と磁場とを直交方向に加えた重畳場を用い
て非点なし結像を行わせるようにした重畳場型エネルギ
ー分析装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一様電場とこれに直交する一様磁場を荷電粒子ビームに
加えて、このビームのエネルギー分析を行う、所謂ウィ
ーン・フィルターは、Ｊ、Ｊ、Ｔｈｏｍｓｏｎ以来、９
０年の歴史を持ち、ビームの直進、フォーカス条件の可
変等信のフィルターでは得られない優れた特性を持ちな
がら、今日なお広く利用されるに至っていない。この理
由として、その電子あるいはイオン光学上の取り扱いの
複雑さが考えられる。これまでも、いくつかの理論的取
扱いはなされて来たが、解析的取扱いが主であったため
、理想化された条件において解が求められ、そのため実
際に非点なし条件を適切に表現することが出来なかった
。

一様電場と一様磁場の組合せでは、ビームは電場（Ｅ）
方向く分散方向）にのみフォーカス作用を有し、磁場（
Ｂ）方向には発散するので非点結像してしまう。そのた
め、磁場方向にも収束作用を持たせて同じ面にフォーカ
スさせる非点なし結像の方法がいくつか提案されて来た
。例えば、電子のサイクロトロン半径をＲｏとした時、
単純な理論では、 磁場　Ｂ　ｙ　＝　Ｂ　Ｗ　（１”　Ｘ　／　２　Ｒｏ
　）電場　Ｅｘ＝Ｅｗ の直交基によって非点なし結像が実現されるとされてい
る、ここで、Ｂｗ、Ｅｗは、ウィーン条件（Ｅｗ＝ｖＢ
ｗ　：　ｖは電子の速度）を満足する場の強さである。

〔発明が解決すべき課題〕

しかしながら、実際のフィルターにおいては、種々の条
件によって、この式の前提がくづれる。

１つは縁端場の影響であり、もう１つは、磁場　Ｂｙ＝
Ｂｗ　（１＋ａ、ｘ＋ｂ、Ｘ”　＋ＣＩＩｘ３＋・・・
） 電場　Ｅｘ＝Ｅｗ　（１＋ａ、ｘ＋ｂ、ｘ”　＋ｃ、ｘ
’　十幸・−） と表わした時、先の条件は、ｂｌＩ＝ｃ、＝・・・＝０
、ａｌ、＝ｂ、　＝・・・＝Ｏを仮定しているが、これ
らの係数を零にすることが困難な場合がある。特に縁端
場の影響を少なくするように電極間隙と磁極間隙とをほ
ぼ等しくするようにしたフィルターにおいては、これら
の係数を零にすることが出来ない。

これらの係数の存在は非点なし結像の条件を大きく変化
させてしまう場合があり、数多くの係数の値を制御し、
それらの組合せの中から非点なし結像の条件を満たすも
のを見出すことは極めて困難である。

本発明は上記課題を解決するためのもので、磁場と電場
の１次の項の係数値の差が一定になるように電極、磁極
形状を形成することにより非点なし結像の条件を満たず
ものが容易に得られるようにした重畳場型エネルギー分
析装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、電場方向Ｘの高次の項を有する直
交する電場と磁場を与える電極と磁極とを備えた重畳場
型エネルギー分析装置において、電場と磁場のＸ方向１
次の項の係数の差を一定にするように電極、磁極形状を
形成することを特徴とする。

〔作用〕

ＥＸＢ型エネルギーフィルターにおいて、縁端場や電場
・磁場の２次以上の成分がある場合には、それらの影響
によって、非点なし結像の条件は、それらがない場合の
条件１　／　Ｒｍ　−１／　Ｒｅ　−１／Ｒ，から大き
くずれる。本発明においては、電場Ｅｘ＝Ｅｗ　（１＋
ａ、ｘ＋ｂ、ｘ”　＋−・−）　、磁場Ｂｙ＝Ｂｗ　（
１＋ａ、ｘ＋ｂ、ｘ”　＋−）とおいた時、仮りにａ、
を零とおいて非点なし条件を求め、この時のａヨをａ、
。とすれば、ａ、が存在する実際の系においても、非点
なし結像は、ａｍ　　−ａａ＝ａａｌｌ の条件を満たすように、電極及び磁極の形状を決めるこ
とによって達成される。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

例えば、第１図は第２図のような磁極間隙中に電極を入
れた構造のフィルターにおいて、フィルター長Ｌ＝７０
＊■の場合に、どのような係数を実現すれば、非点なし
結像が得られるかを求めたものである。磁極はその構成
上制約がないために、１次の係数ａ、の項のみを有し、
２次以上の高次の項は零となるような形状を持つことが
可能で、そのときの磁場分布は、 Ｂｙ＝Ｂｗ　（１＋ｘ／３１．１）　　・−＝　（１）
電場分布は、 のとき非点なし結像が得られた。

磁場についてのｌ　／ａ、　＝３１．　１ｍ麿は、フィ
ルター長Ｌ−７０ｍの場合に、−様電場、縁端場の効果
なしとした時の非点なし結像をする条件である。電場に
ついてのｘ２の係数は、磁極間隙に電極を挿入する構造
とする場合において、電極間隙を磁極間隙と同程度の大
きさにとる場合には零に出来ず、この値はコントロール
し難い値である。

そして、縁端場の存在どｘ２の項の存在によって、Ｅ方
向とＢ方向とでフォーカス位置が異なり、像は非点を持
つことになるが、第１図の場合では、電場のＸの１次項
をｘ／８０とし、これによってＥ方向とＢ方向のフォー
カスを一致させている。

このように電場の１次項の大きさをうまく調節すれば、
高次の項が無視できない場合でも非点なし結像の条件を
見出すことが出来る。この１次の項を利用せず、電場が
一様と考えた場合には、第３図に示すように縁端基の影
響によって、電場方向と磁場方向とではフォーカス位置
はずれてしまっている。

しかし、単に試行錯誤的にこの条件を求めていくことは
、極めて困難である。

そこで、磁場及び電場の分布を変化させて、ａｏとａ、
の別の係数の組合せにおいて、非点なし結像の条件を試
行錯誤的に求めた結果、非点なし結像は、 Ｂｙ＝Ｂｗ（１＋ｘ／２５．５）　　−・・・・・（３
）の場合には Ｅｘ＝Ｅｗ　（１＋ｘ１５０　＋ｘ”　１５５）・・・
・・・（４） において得られる。

この（３）、（４）弐と（１）、（２）弐とを比較し、
ａ、の値が大きくなった場合、ａ、の値も大きくすれば
良いことが分かる。そしているいろの計算結果をまとめ
てみると、 電場Ｅｘ＝Ｅｗ　（１＋ａ、ｘ＋ｂ、ｘ”　＋・・・）
磁場Ｂｙ＝Ｂｗ　（１＋ａ１１ｘ＋ｂ、ｘ”　＋・−）
とおいた時、仮りにａｏを零とおいて非点なし条件を求
め、この時のａ７をａｌ。とすれば、ａ、が存在する実
際の系においても、非点なし結像は、ａａ　　　　３．
＝　　ａｌｌ。

の条件を満たすように、電極及び磁極の形状を決めるこ
とによって達成されることを見出した。

したがって、あるフィルターにおいて、１つの非点なし
条件を求めることができれば、ａ、とａ、の関係を変え
ても常に非点なし結像の条件は、それが満たされたとき
の両者の差となるように、ａ、　−ａ、＝一定 となる組合せにより実現することになる。ただし、この
一定値は、縁端基の分布、電場、磁場のｘ２係数の大き
さ等によって変化するので特定の値、例えば、 ａ、　−ａｍ　＝１／２ＲＯ というように決めることは出来ない。１　／２　Ｒ６と
なるのは、縁端基もな（ｘ　２以上の項もない仮想的な
場合で、現実には存在しない。フィルター長７０鶴の場
合で言えば、 ａ、−ａ、＝１１５２ である、ためしに、ａ、＝１１５２、ａ０＝０としてみ
ると、第１図と全く同じ軌道となり、非点なし結像が実
現される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、あるフィルターにおいて
、１つの非点なし条件を求めることが出来れば、ａ、と
ａ、の関係を変えてもａ、−ａ。

−一定とすることにより常に非点なし結像が得られる条
件を定めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィルター長７Ｑｔｓの場合に非点なし結像条
件を試行錯誤で求めた場合の電子軌道を示す図、第２図
は電極、磁極形状を示す図、第３図は電場と６ｉ場方向
とでフォーカス位置がずれた場合の軌道を示す図である
。 出　　願　　人　　日本電子株式会社 代理人　弁理士　　蛭　川　昌　信（外千名）第１ｘ Ｚ（ｍｍ） 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電場方向ｘの高次の項を有する直交する電場と磁場を与
   える電極と磁極とを備えた重畳場型エネルギー分析装置
   において、電場と磁場のｘ方向１次の項の係数の差を一
   定にするように電極、磁極形状を形成したことを特徴と
   する重畳場型エネルギー分析装置。