JPH01292734A - リターディング型エネルギーフィルタ - 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、エネルギーフィルタに係り、特に、エネルギ
ーフィルタの直前に減速場を有するリターディング型エ
ネルギーフィルタに関するものである。

［従来の技術］ 透過電子顕微鏡において、試料を透過した電子ビームを
ウィーンフィルタ等のエネルギーフィルタに導いてエネ
ルギー分析を行うことが行われており、特に、高分解能
を実現させるものとして、試料を透過した電子ビームの
速度を減速させてエネルギーフィルタに入力するリター
ディング型電子線エネルギーＯＸ分析装置（Ｒｅｔａｒ
ｄｌｎｇ　Ｅ　Ｅ　ＬＳ）が知られている。その構成を
第８図に示す。

第８図で、１は電子顕微鏡のフィラメント、２は試料、
３は電極、４は絞り、５は電極、８はウィーンフィルタ
等のエネルギーフィルタ、７は電極、８は検出器を示す
。

第８図において、フィラメント１には負の高電圧、例え
ば−１００ｋＶ程度の電圧が与えられており、該フィラ
メント１から放出された電子ビームは試料２を透過し、
図示しない電子顕微鏡のレンズ系（対物レンズ、少なく
とも一つの中間レンズ、および投影レンズ）を通過して
、アース電位にされた電極３近傍に置かれた絞り４の開
口部に１２で示す像を結像する。エネルギーフィルタ６
を覆う電極５は、フィラメント１よりは少しだけ高い負
の高電圧、例えば−１００ｋＶ＋２０Ｖになされている
ので、電極３と電極５の間は電子ビ−ムに対して減速場
９を形成する。該減速場９によって作られるレンズ（以
下、減速レンズと称す。

）は、絞り４に得られた像を物面としてエネルギーフィ
ルタ６の入口部に１３で示す像を結像する。

そして、エネルギーフィルタ６によるレンズ作用により
出口部に像１４が得られる。更に、像１４を形成した電
子ビームは、アース電位になされ、その後方に検出器８
が置かれる。電極７と電極５の間に形成された加速場１
０のレンズ作用により、検出器８の入口部に１５に示す
ように結像される。

以上の構成によって、エネルギー分析を行う方法がまず
考えられる。

なお、第８図においては、電極３をアース電位に、電極
５は一１００ｋＶ＋２０Ｖになされるものとして説明し
た。これによると試料２をアース電位に置くことができ
るが、試料２および電極３を正の高電圧とし、電極５を
低電圧に置くようにしてもよいものである。実際、後者
の構成が実用される場合もあるのである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のものにおいては、高分解能を実現
するために第８図の構成としているにも拘らず、実際に
はエネルギーフィルタの性能が十分に発揮されていない
ことが分かってきた。その原因は減速レンズの作用によ
るものと考えられる。

具体的には次のようである。

磁場によるレンズは凸レンズだけであるのに対して、電
場で作られるレンズは凹レンズ作用も有するので、減速
レンズは第９図のように凹レンズと凸レンズの組合せレ
ンズになっている。しかも、電極５の近傍では電子ビー
ムの速度は減速場９により非常に遅くなっているので、
電子ビームの軌道は第１０図の２５で示されるように大
きく曲げられ、エネルギーフィルタ６に入力するときは
大きな入射角になっている。しかし、エネルギーフィル
タ６は、入射角が小さく、かつサイズの小さな電子ビー
ムが入力されることを想定して設計されているので、上
述したように入射角の大きな電子ビームに対してはその
性能を十分に発揮できないものである。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、エネル
ギーフィルタに対してサイズが小さく、シかも入射角の
小さな電子ビームを入力できるリターディング型エネル
ギーフィルタを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明のリターディング
型エネルギーフィルタは、減速場レンズの物面が上記減
速場を形成する電極の間に位置するように上記減速場の
前段に配置される光学系の結像条件を設定したことを特
徴とする。

［作用コ 本発明においては、リターディング型エネルギーフィル
タにおいて、減速場の前段に配置される光学系の結像条
件を、減速場レンズの物面が該減速場を形成する電極の
間に位置するように設定したので、サイズが小さり、シ
かも入射角の小さな電子ビームをエネルギーフィルタに
入力することができ、以て、高分解能のエネルギー分析
を行うことができるものである。

［実施例］ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

本発明に係るリターディング型エネルギーフィルタの実
施例を説明する前に、先ず、本発明の構成を見い出すに
至ったシミュレータ８ンの結果について説明する。

第２図ＩＬ　電極３を８０ｋＶ、電極５を２０Ｖとした
場合の減速場９の電位分布を示す図である。

第２図の電位の関係は第８図に示すものと逆になってい
るが、第２図のような場合も実用されることがあること
は上述した通りである。なお、第２図においては各電極
３．５は光軸１１に対して対称なので半分だけを示して
いる。また、２軸の寸法は、光軸１１に沿って電子ビー
ムの進行方向とは逆向きのエネルギーフィルタ６の中心
からの距離を示すものである。さて、減速レンズのレン
ズ特性は電極３および５に与えられる電位によって決定
されるため、レンズ特性を自由に変化させることができ
ない。しかし、物面の位置を変えれば像面の位置も移動
するので、そこで、電子顕微鏡の中間レンズ等の励磁条
件を変えて、減速レンズの物面の位置を移動させ、その
とき減速レンズの作る像面がどのような位置にあるかを
調べてみたのが第３図である。

第３図の横軸と縦軸の寸法は第２図のエネルギーフィル
タ６の中心を原点とした寸法であり、例えば０点は、物
面が第２図のｅ３關の位置、即ち減速場９の略中心、に
あるとき像面は第２図の３８龍の位置にできることを意
味している。従来は、第８図に関して述べたように物面
は電極３の内部に位置していたから、第２図でいえば８
０．−より左側に位置していたことになり、従って第３
図のＥ点あるいはＦ点で示すような条件に設定されてい
たことになる。

第４図は像面の位置が変化したときに減速レンズの焦点
距離がどのように変化するかを示す図である。なお、焦
点距離は像面における電子ビームの傾斜で与えられるも
のであり、その値が小さい程電子ビームの傾斜が大きい
ことを意味している。

第４図によれば減速レンズの焦点距離は１．２〜１．６
關程度と非常に小さいものであるから、電子ビームは像
面付近で大きく屈折されることが分かる。

第５図は像面位置に対する倍率の関係を示す図である。

なお、倍率は物面における像の大きさと像面における像
の大きさの比で与えられるものである。第５図から、像
面の位置が約３９ｍ−（このとき物面の位置は第３図か
ら約８０１嘗の位置、即ち物面が電極３の表面付近にあ
ることが分かる。）とき倍率が１、それより離れると１
より小さくなり、近付くと１より大きくなることが分か
る。

さて、エネルギーフィルタの分解能を高めるためには、
電子ビームはできるだけ小さな径で、かつ、できるだけ
小さな入射角であるのが望ましいので、従来は、倍率は
１より小さいのが望ましいと考えられ、従って、物面位
置は電極３の表面より試料側とすることが行われていた
のである。

一方、径が０．　２μｍの電子ビームを入射角０゜５　
ｍｒａｄで対物レンズに入射させた場合に、減速レンズ
によって得られる像面の電子ビーム径２Ｄと入射角αの
関係を調べると第６図のようである。

図中Ａ−Ｆは第３図のＡ−Ｆで示した条件に対応してい
る。例えば、Ｄの条件、即ち物面位置は約８０■嘗、像
面位置は約３９　ａｍ、のときには、電子ビーム径２Ｄ
が約５μｍのときに入射角αが約２゜５　ｍｒａｄで最
小となり、電子ビーム径がそれより大きくても、小さく
ても入射角は大きくなることが第６図から分かる。なお
、第６図の各曲線の右下がりの部分は電子顕微鏡の中間
レンズを強励磁にした場合、右上がりの部分は中間レン
ズを弱励磁にした場合である。また、第６図は電子顕微
鏡のレンズ系の励磁を通常使用される範囲内で変化させ
た場合に得られた曲線であるのでＡ−Ｈの曲線は途中で
途切れているのである。

さて、確かに、第３図のり、　　ＥあるいはＦの条件の
ようにして倍率を１以下にすれば減速レンズで得られる
像は小さくなるから径の小さな電子ビームを得ることは
できるが、第６図を参照すれば、このような条件では入
射角を小さくできないことが分かる。例えば、エネルギ
ーフィルタ６の仕様が、電子ビーム径は４μｍ以下、入
射角は２　ｍｒａｄ以下であるとすると、従来のり、　
　Ｅ、　　Ｆという条件では側底満足し得す、Ａ、　　
ＢあるいはＣの条件によってのみ満足し得るものなので
ある。

つまり、従来とは逆に、第１図に示すように減速レンズ
の物面の位置を、第２図の場合には少なくとも８０ミリ
以下にすること、即ち、物面を電極３と電極５の間に位
置させることによって、初めて径が小さく、かつ、入射
角も小さい電子ビームを得ることができるのである。

第３図のＢの条件、即ち物面位置は約５３謳璽、像面位
置は約３　Ｅ！　ｙａｍ、の場合の電子ビームの軌道を
第７図ａ１　ｂに示す。第７図すは、第７図ａのイで示
す部分を拡大した図である。また、図の寸法は試料２を
原点としており、単位は鶴である。

第７図ａにおいて、試料２を透過した電子ビームは対物
レンズ３５、対物ミニレンズ３６により制限視野絞り３
７に結像される。制限視野絞り３７の開口（図示せず）
を通過した電子ビームは、中間レンズ３８および投影レ
ンズ３９により減速レンズ物面３２に結像される。つま
り中間レンズ３８および／または投影レンズ３９の励磁
を調整して図の位置に減速レンズ物面を形成するのであ
る。該減速レンズ物面３２は減速レンズにより、第７図
すの３３で示す位置に結像される。これが減速レンズ像
面である。

なお、上述した実施例においては、減速場レンズの前段
に電子顕微鏡のレンズが配置されていたが、本発明は減
速場レンズの前段に直接電子銃のレンズが配置される場
合にも同様に適用できるものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係るリターデ
ィング型エネルギーフィルタによれば、減速場の前段に
配置される光学系、例えば電子顕微鏡のレンズあるいは
電子銃のレンズ、の励磁を調整することにより当該光学
系の結像条件を、減速場レンズの物面が、該減速場を形
成する電極の間に位置するように設定したので、エネル
ギーフィルタに入力する電子ビームの径および入射角を
共に小さくでき、以てエネルギーフィルタの性能を十分
に発揮させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリターディング型エネルギーフィ
ルタの１実施例の構成を示す図、第２図は減速場の電位
分布の例を示す図、第３図は第２図の電位分布における
物面位置と像面位置の関係を示す図、第４図は同じく像
面位置と焦点距離の関係を示す図、第６図は同じく像面
位置と倍率の関係を示す図、第６図は電子ビーム径と入
射角の関係を示す図、第７図は本発明における電子ビー
ムの軌道の例を示す図、第８図は従来のリターディング
型エネルギーフィルタの構成例を示す図、第９図は減速
レンズの特性を説明するための図、第１０図は従来の減
速レンズによる電子ビームの屈折を示す図である。 １・・・フィラメント、２・・・試料、３・・・電極、
４・・・絞り、５・・・電極、６・・・エネルギーフィ
ルタ、７・・・電極、８・・・検出器、９・・・減速場
、１０・・・加速基、１１・・・光軸、３１・・・減速
レンズ主面、３２・・・減速レンズ物面、３３・・・減
速レンズ像面。 出　願　人　　　日本電子株式会社 代理人　弁理士　菅　井　英　雄（外４名）第１図 第２図 第６図 第７図 （ｂ） 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エネルギーフィルタの直前に減速場を有するリタ
   ーディング型エネルギーフィルタにおいて、上記減速場
   レンズの物面が上記減速場を形成する電極の間に位置す
   るように上記減速場の前段に配置される光学系の結像条
   件を設定したことを特徴とするリターディング型エネル
   ギーフィルタ。