収差補正カソード・レンズ顕微鏡機器
【課題】 収差補正カソード・レンズ顕微鏡機器を提供すること。
【解決手段】 収差補正顕微鏡機器が提供される。機器は、第１の非分散電子回折パターンを受け取るように配置された第１の磁気偏向器を有する。第１の磁気偏向器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に第１のエネルギー分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に配置された静電レンズ、並びに、第１の磁気偏向器と実質的に同一の第２の磁気偏向器を有する。第２の磁気偏向器は、静電レンズからの第１のエネルギー分散電子回折パターンを受け取るように配置される。第２の磁気偏向器はまた、第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器は、１つ又は複数の収差を補正するように構成された電子鏡も有する。電子鏡は、第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギー分散電子回折パターンを投射するために第２の非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器へ反射するように配置される。
【解決手段】 収差補正顕微鏡機器が提供される。機器は、第１の非分散電子回折パターンを受け取るように配置された第１の磁気偏向器を有する。第１の磁気偏向器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に第１のエネルギー分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に配置された静電レンズ、並びに、第１の磁気偏向器と実質的に同一の第２の磁気偏向器を有する。第２の磁気偏向器は、静電レンズからの第１のエネルギー分散電子回折パターンを受け取るように配置される。第２の磁気偏向器はまた、第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器は、１つ又は複数の収差を補正するように構成された電子鏡も有する。電子鏡は、第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギー分散電子回折パターンを投射するために第２の非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器へ反射するように配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電子顕微鏡に関し、より具体的には、簡易収差補正電子顕微鏡機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
低エネルギー電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）及び光電子放出顕微鏡（ＰＥＥＭ）は両方とも、強力な電界が研究中の試料と顕微鏡の対物レンズとの間に維持される、カソード・レンズ顕微鏡の例である。こうした機器において、試料はカソードとされ、対物レンズはアノードとされる。電子は、例えば５００ｅＶより弱い低エネルギーで、ＬＥＥＭ機器の場合は試料から反射され、或いは、ＰＥＥＭ機器の場合は試料によって光放出される。電子は加速されて対物レンズに入り、１０−３０ｋｅＶのエネルギーに達する。その後、これらの電子を使用して視野スクリーン上に試料の像を形成する。
【０００３】
顕微鏡機器の対物レンズの後側焦点面は電子の角度分布像を提供し、これは、試料の外層における原子の配置に関する情報を含む。この像は、ＬＥＥＭの場合は低エネルギー電子回折（ＬＥＥＤ）パターン、又は、ＰＥＥＭの場合は光電子回折（ＰＥＤ）パターンと見なされる。これらの電子のエネルギー分布はまた、研究対象の表面の電子的及び化学的性質についての情報を含むことができる。
【０００４】
電子のエネルギーのフィルタ処理によって、操作者が、例えば特定の化学元素の電子の結合エネルギーに対応する特定の電子エネルギーで試料の像を見ることができるようになる。代替的には、顕微鏡の投射器及び分光器のレンズを異なる励起状態で操作することによって、エネルギーがフィルタ処理されたＰＥＤパターンを観察することができる。操作者は、光電子のエネルギー・スペクトルを記録することを選択できる。エネルギー・フィルタ処理カソード・レンズ顕微鏡機器とシンクロトロン放射との組み合わせは、表面及び境界面の構造及び組成の研究時に、非常に強力な分析ツールを操作者に提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
収差補正型エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭは、幾つかの研究グループによって研究されてきている。一般に、行われている実験手法はかなり複雑であり、例えば、Ｇｅｒｍａｎ ＳＭＡＲＴプロジェクト並びにバークレーに本部を置くＰＥＥＭプロジェクトのためにＲｏｓｅ及びＰｒｅｉｋｓｚａｓによって概説されるような、分散のないプリズム・アレイを含む。こうした手法において、エネルギーのフィルタ処理は、投射鏡筒内にオメガ型エネルギー・フィルタを含むことによって達成される。収差補正は、分散のないプリズム・アレイの四面のうちの１つに電子鏡を含むことによって達成される。分散のないプリズム・アレイ、電子鏡及びオメガ型フィルタは、高度に複雑な電子光学部品である。１つの顕微鏡機器内に３つの要素全てを組み合わせることは、機器の設計及び構成において簡単なことではないと実証されてきた。従って、分散を許容するより簡単なプリズム・アレイに基づく新規な機器形状を実現することが望ましく、これによって、エネルギーのフィルタ処理及び収差補正の機能を簡素に組み込むことが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、簡易収差補正型カソード・レンズ顕微鏡機器を提供し、より具体的には、簡易収差補正型複合ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を提供する。
【０００７】
例えば、本発明の１つの態様において、収差補正顕微鏡機器が提供される。機器は、第１の非分散電子回折パターンを受け取るように配置された第１の磁気偏向器を有する。第１の磁気偏向器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に第１のエネルギー分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に配置された静電レンズ、並びに、第１の磁気偏向器と実質的に同一の第２の磁気偏向器を有する。第２の磁気偏向器は、静電レンズからの第１のエネルギー分散電子回折パターンを受け取るように配置される。第２の磁気偏向器はまた、第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器は、１つ又は複数の収差を補正するように構成された電子鏡も有する。電子鏡は、第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギー分散電子回折パターンを投射するために第２の非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器へ反射するように配置される。
【０００８】
本発明のこの実施形態において、第１の磁気偏向器の出射面と、第２の磁気偏向器と、第２の磁気偏向器の第１の出射面と、第２の磁気偏向器の第２の出射面とは、等倍率となるように配置される。更に、顕微鏡機器はまた、非分散電子回折パターンを収差補正のために電子鏡面上に合焦させ、電子鏡内での収差補正後、第２の磁気偏向器に戻る際に、第２の磁気偏向器の第１の出射面上にもう一度再合焦するように配置された補助静電レンズ・システムを有することができる。顕微鏡機器は、第１の磁気偏向器のための入射面と一致する対物レンズの後側焦点面に電子回折パターンを形成するように、電子を受け取るために配置された対物レンズを含むことができる。
【０００９】
更に、顕微鏡機器は、電子回折パターンのスライスをフィルタ処理するために、対物レンズの後側焦点面及び第１の磁気偏向器の入射面に配置された入射開口部、並びに、エネルギー分散電子回折パターンの所望の電子エネルギーを選択するように、第２の磁気偏向器の第２の出射面に配置された出射開口部を有することができる。最後に、顕微鏡機器は、電子回折パターンを受け取り、拡大するように配置された投射鏡筒、並びに、該投射鏡筒からの拡大された電子エネルギー回折パターンを投射するための視野スクリーンを含むことができる。
【００１０】
本発明の別の態様では、電子顕微鏡機器において収差を補正する方法が提供される。
【００１１】
本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面と共に読まれる、本発明の例証的な実施形態の下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
下記に詳細に示されるように、本発明は、簡易収差補正カソード・レンズ顕微鏡機器を紹介する。本発明の実施形態の新規な顕微鏡機器の設計及び形状は、これまでに提案された電子光学部品をより単純な装置と置き換えることによって、収差補正のタスクを著しく簡素化する。
【００１３】
最初に図１を参照すると、図面は、収差補正又はエネルギーのフィルタ処理を行わないＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。ＬＥＥＭ機器においては、電子銃が、電子ビーム１０２を、例えば１５ｋｅＶの電子エネルギーで発生させる。集束レンズ１０４が、電子ビーム１０２を、特定のプリズム・アレイを有する磁気偏向器１０６内に合焦させる。磁気偏向器１０６は２枚の平行な板で構成され、その間で電子が偏向される。磁気偏向器１０６のそれぞれの板は少なくとも１つの電磁石、好ましくは５つの電磁石を含むことが好ましい。磁気偏向器１０６は、電子ビーム１０２を、大きな角度で、例えば本実施形態では９０度で偏向し、これにより、電子ビーム１０２を、試料１１０から反射させるために対物レンズ・システム１０８に向ける。
【００１４】
或いは、ＰＥＥＭ機器においては、試料１１０を紫外線（ＵＶ）光又は弱Ｘ線光１１２で照射し、光電子を試料１１０から発生させることができる。この実施形態においては、電子銃は使用されない。
【００１５】
試料１１０からの電子は、回折パターンを対物レンズ・システム１０８の後側焦点面に形成し、同様に、試料１１０の実空間像を磁気偏向器１０６のプリズム・アレイの対角面に形成する。
【００１６】
磁気偏向器１０６の外側には、特に重要な４つの対称面が存在する。磁気偏向器１０６の面Ｄ１に位置付けられた対象物は、磁気偏向器１０６の面Ｄ２に等倍率で転写される。対物レンズ・システム１０８の後側焦点面は、面Ｄ１と一致するように位置決めされ、回折パターンを面Ｄ２で観察できるようにする。試料の実空間拡大像は、磁気偏向器１０６の対角上に配置される。この対角面は色収差がない。回折パターンは面Ｄ２においてエネルギー的に分散され、色収差がある。
【００１７】
投射鏡筒１１４は、磁気偏向器１０６の対角面からの像、又は磁気偏向器１０６の面Ｄ２からの回折パターンの視野スクリーン１１８上への拡大のために、レンズ１１６を含む。
【００１８】
ここで図２を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。ＬＥＥＭ機器においては、上述のように、電子銃が電子ビーム２０２を発生させる。集束レンズ２０４及び第１の磁気偏向器２０６の磁界も、図１と同様の様式で作用する。電子ビーム２０２の偏向によって、電子ビームが対物レンズ・システム２０８内及び試料２１０へ向けられる。試料２１０からの電子ビーム２０２の反射後に、電子はその経路を後戻りして、好ましくは１０−３０ｋｅＶの範囲の最終的な運動エネルギーとなり、ＬＥＥＤパターンを対物レンズ・システム２０８の後側焦点面に形成する。或いは、ＰＥＥＭ機器を用いて、上述のように、ＰＥＤパターンを後側焦点面に生成することができる。
【００１９】
対物レンズ・システム２０８の後側焦点面は、第１の磁気偏向器２０６の面Ａ１と一致するように位置決めされ、実空間像を第１の磁気偏向器２０６の対角上に形成できるようにし、回折パターンを第１の磁気偏向器２０６の面Ａ２において等倍率で観察できるようにする。面Ａ１及び面Ａ２は、第１の磁気偏向器２０６の中心からそれぞれ等距離であり、配列要素の適切な励起に基づくプリズムを通して、１：１の像転写、９０度の偏向によって互いに関連している。
【００２０】
実空間像のエネルギーのフィルタ処理は、面Ａ１の適切な入射スリット２２０の配置により部分的に提供され、回折パターンを横切るスライスを得ることが好ましい。入射スリット２２０の幅は、面Ａ２における実現可能なエネルギー分解能を決定するであろう。面Ａ２において、スライスは第１の磁気偏向器２０６のプリズム・アレイによって再び像形成され、またエネルギーは分散される。
【００２１】
第１の磁気偏向器２０６のプリズム・アレイは、簡単で、製造が容易であると実証された設計である。それは、像面及び回折面の両方について二重焦点型である。本発明のこの実施形態においては、対角上に配置された像面は色収差がないことが好ましい。本発明のこの実施形態においては、回折面は、用いられたプリズムの寸法に対してほぼ６マイクロメータ／ｅＶの分散を有し、エネルギーのフィルタ処理及び分光のためには十分である。
【００２２】
原則として、Ｒｏｓｅ及びＰｒｅｉｋｓｚａｓのＳＭＡＲＴプロジェクトの教示に従って、第１の磁気偏向器２０６の底面において面Ａ２の下に電子鏡を配置することによって、球面収差及び色収差を補正するように試みることができる。しかしながら、面Ａ２におけるエネルギー分散によって、補正は非実用的なものになる。例えば、ここで図３を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、分散がある場合の収差補正を示す。分散があるときに、分散された光線は補正されない。代わりに、元の収差よりも大きい結合収差がもたらされる。更に、ここで図４を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、分散がない場合の収差補正を示す。分散がない場合、電子鏡の収差は対物レンズの収差を補正することができる。
【００２３】
従って、図２に戻って参照すると、実質的に第１の磁気偏向器２０６と同一の第２の磁気偏向器２２２が、第１の磁気偏向器２０６の面Ａ２が第２の磁気偏向器２２２の面Ｂ１と一致するように、第１の磁気偏向器２０６の下に配置される。更に、Ａ２／Ｂ１面の中心に位置付けられた静電レンズ２２４は、試料の像を、第１の磁気偏向器２０６の対角面から第２の磁気偏向器２２２の対角面上に等倍率で転写する。第２の磁気偏向器２２２を通しての９０度偏向後に、電子回折パターンは、対称性により、第２の磁気偏向器２２２の面Ｂ２において、再びエネルギー分散がなくなる。
【００２４】
上述の本発明の実施形態は、固定焦点距離で動作する単純な静電アインツェル・レンズによって分離された、２つの実質的に同一なプリズム・アレイ又は磁気偏向器を用いる。像転写を回転しないように維持するためには、磁気レンズよりも静電レンズが選ばれる。像の回転は、第２の磁気偏向器２２２による第１の９０度偏向の後で生じる、収差補正のために電子鏡に入る適切な光線経路を設定するエネルギー分散の解消を妨げる。
【００２５】
第２の磁気偏向器２２２の面Ｂ２の向こう側に配置される電子鏡２２６は、色収差及び球面収差の両方を補正する。第２の磁気偏向器２２２と電子鏡２２６との間の補助静電レンズ・システム２２８は、収差補正後に電子回折パターンを面Ｂ２に合焦するように、また、像を第２の磁気偏向器２２２の対角面上に合焦するように設定される。第２の磁気偏向器２２２による第２の９０度偏向後に、電子回折パターンは、第２の磁気偏向器２２２のプリズム・アレイによって面Ｂ３に再び像形成され、ここでエネルギー・スペクトルは再び分散される。面Ｂ３内の出射開口部２２８は、所望の電子エネルギーを選択するように位置決めされ、投射レンズ２１６は、エネルギーがフィルタ処理された試料２１０の実空間像を視野スクリーン２１８上に拡大する。
【００２６】
図２に示された本発明の実施形態においては、通常の方法で回折面と像面とを切り換える投影鏡筒内の回折レンズの他はどのレンズの設定も変更することなく、エネルギー・フィルタ処理された回折パターンを得ることができる。ここで図５を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、電子顕微鏡機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す。図５は、単純にするために、電子のエネルギー・スペクトルが、Ｅ１＞Ｅ２である２つの個々のエネルギーＥ１及びＥ２のみを含むものとする。エネルギーの差のために、Ｅ１における電子回折ディスクはＥ２の場合よりも大きい。対物レンズの後側焦点面、即ち図２の面Ａ１においては、これら２つのディスクは同心である。図２の面Ｂ３においては、エネルギー分散のために、Ｅ２はＥ１に対してずれている。面Ａ１に配置された開口部は、Ｅ１及びＥ２に対応して、面Ｂ３内に２本の輝度線を生じさせる。
【００２７】
ここで図６を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、異なる入射開口部の位置についての、電子顕微鏡機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す。面Ａ１内の開口部は回折ディスク全体にわたって走査されるので、Ｅ１及びＥ２に対応する分散された線も、Ｂ３全体にわたって走査される。投射レンズはＢ３を視野スクリーン上に投影する。入射開口部が面Ａ１全体にわたって走査されるときに、Ｂ３内のスライスの分散像は、映像収集システムを用いて視野スクリーンから、入射開口部のそれぞれの位置につき１つの画像を記録することができる。Ｅ１及びＥ２のための完全な回折ディスクは、Ｅ１及びＥ２の両方のために、これらの映像記録からデジタル・コンピュータによって容易に再現することができる。
【００２８】
顕微鏡の位置合わせは、上記で提供された本発明の実施形態によって非常に簡易化される。エネルギーのフィルタ処理は、複雑なオメガ型フィルタを介しての電子ビーム偏向ではなく、面Ａ１の適切なスリット及び面Ｂ３の適切な開口部の挿入のみを必要とする。第２の磁気偏向器２２２をオフにした状態で、電子は投射鏡筒内へまっすぐ下方に移動し、第１の磁気偏向器２０６単独の位置合わせを可能にする。第１の磁気偏向器２０６が位置合わせされるときに、第２の磁気偏向器２２２は２段階で作動させることができる。第１に、９０度の偏向は、電子ビーム２０２を電子鏡２２６内の軸方向貫通孔を通して通過させることによって検知して確立される。第２に、電子鏡２２６が作動され、電子ビーム２０２は、第２の９０度偏向を受ける第２の磁気偏向器２２２内に反射して戻り、ビームは再び投射鏡筒内に向けられる。第１の磁気偏向器２０６及び第２の磁気偏向器２２２は、別々に位置合わせし、作動できることに注意されたい。
【００２９】
ここで図７を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、どちらの磁気偏向器も作動されていない収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。機器のこうした作動構成は、収差補正及びエネルギーのフィルタ処理のどちらも行わない結果となる。この動作方式は、第１の磁気偏向器２０６及び第２の磁気偏向器２２２による偏向の複雑さを増すことなく、電子銃、集束レンズ、静電レンズ及び投射レンズをまっすぐな鏡筒形状に位置合わせするように選択される。
【００３０】
ここで図８を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、第１の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。機器のこうした作動は、エネルギーのフィルタ処理のみを可能にし、収差補正は行わない。この動作方式は、第１の磁気偏向器２０６及び対物レンズ・システムを、図８のまっすぐな鏡筒形状に対して位置合わせするように選択される。
【００３１】
ここで図９を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、第２の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。機器のこうした作動は、第２の磁気偏向器２２２及び電子鏡光学部品の、図８のまっすぐな鏡筒形状に対しての位置合わせのみを可能にする。
【００３２】
ここで図１０を参照すると、フロー図は、本発明の実施形態による、電子顕微鏡機器のためのエネルギー・フィルタ処理収差補正方法を示す。方法は、対物レンズの後側焦点面に電子回折パターンを形成するために電子が対物レンズにおいて受け取られるブロック１００２から開始する。ブロック１００４において、電子回折パターンのスライスが、対物レンズの後側焦点面に配置された入射開口部でフィルタ処理される。ブロック１００６において、電子回折パターンのスライスは第１の磁気偏向器で受け取られる。第１の磁気偏向器は、入射面及び出射面を有する。入射面は入射開口部と一致する。
【００３３】
ブロック１００８において、エネルギー分散電子回折パターンが、第１の磁気偏向器の出射面及び第２の磁気偏向器の入射面に配置された静電レンズを通して、第１の磁気偏向器から第２の磁気偏向器に転写される。第２の磁気偏向器は、第１の磁気偏向器と実質的に同一である。
【００３４】
ブロック１０１０において、非分散電子回折パターンが、第２の磁気偏向器から該第２の磁気偏向器の第１の出射面に投射される。ブロック１０１２において、非分散電子回折パターンは、１つ又は複数の収差を補正し、非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器に戻すために電子鏡内で反射される。
【００３５】
ブロック１０１４において、エネルギー分散電子回折パターンは、第２の磁気偏向器の第２の出射面に投射される。最後に、ブロック１０１６において、エネルギー分散電子回折パターンの所望の電子エネルギーが、第２の磁気偏向器の出射面に配置された出射開口部において選択され、方法は終わる。
【００３６】
上述の本発明の実施形態は、電子鏡筒が垂直の向きを維持することを可能にし、これは機械的安定性の理由から有益である。更に、銃からスクリーンまでの軸は１本の直線のままであり、集束レンズ・システム、プリズム間の転写レンズ及び投射レンズ・システムを含む主要な電子光学部品の位置合わせを非常に容易にする。
【００３７】
第１の磁気偏向器２０６と第２の磁気偏向器２２２との間の電子エネルギー分散の解消は、機械的及び磁界の耐性に対する極めて厳密な要件を伴う複雑な電子光学設計に依存せず、電子ビーム偏向における単純でしっかりした対称性に依存する。第２の磁気偏向器２２２での偏向は、第１の磁気偏向器２０６における偏向によって生じた分散を解消する。
【００３８】
本発明の実施形態は、電子光学鏡筒の全体的な再設計を必要としない。第２の磁気偏向器は、第１の磁気偏向器と実質的に同一である。エネルギーのフィルタ処理は、１つの調節可能なエネルギー規定開口部ストリップをシステムの面Ａ１に加え、エネルギー選択開口部を面Ｂ３に加えることによって、達成される。この後者の開口部はまた、対物開口部として機能する。静電転写レンズ及び電子鏡システムのみを、収差補正機能を実現するために設計する必要がある。
【００３９】
最後に、上述の本発明の実施形態は高度なモジュール性を有する。エネルギーのフィルタ処理及び収差補正の両方とも、電子光学鏡筒の他の部品を変更する必要なく、必要な構成部品の追加によって、標準的なＬＥＥＭ機器に後付けすることができる。
【００４０】
本発明の例証的な実施形態が、添付の図面を参照しながら本明細書において説明されてきたが、本発明はそれらの正確な実施形態に限定されず、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、当業者ならば種々の他の変更及び修正を行うことができるということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】収差補正を行わないＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による、収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による、分散がある場合の収差補正を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、分散がない場合の収差補正を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、図２のＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す図である。
【図６】本発明の実施形態による、異なる入射開口部の位置についての、図２のＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、どちらの磁気偏向器も作動されていない収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による、第１の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、第２の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による、顕微鏡機器のための収差補正及びエネルギー・フィルタ処理の方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０２、２０２：電子ビーム
１０４、２０４：集束レンズ
１０６：磁気偏向器
１０８、２０８：対物レンズ・システム
１１０、２１０：試料
１１２：Ｘ線光
１１４：投射鏡筒
１１６、２１６：投射レンズ
１１８、２１８：視野スクリーン
２０６：第１の磁気偏向器
２２０：スリット
２２２：第２の磁気偏向器
２２４：静電レンズ
２２６：電子鏡
２２８：補助静電レンズ・システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電子顕微鏡に関し、より具体的には、簡易収差補正電子顕微鏡機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
低エネルギー電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）及び光電子放出顕微鏡（ＰＥＥＭ）は両方とも、強力な電界が研究中の試料と顕微鏡の対物レンズとの間に維持される、カソード・レンズ顕微鏡の例である。こうした機器において、試料はカソードとされ、対物レンズはアノードとされる。電子は、例えば５００ｅＶより弱い低エネルギーで、ＬＥＥＭ機器の場合は試料から反射され、或いは、ＰＥＥＭ機器の場合は試料によって光放出される。電子は加速されて対物レンズに入り、１０−３０ｋｅＶのエネルギーに達する。その後、これらの電子を使用して視野スクリーン上に試料の像を形成する。
【０００３】
顕微鏡機器の対物レンズの後側焦点面は電子の角度分布像を提供し、これは、試料の外層における原子の配置に関する情報を含む。この像は、ＬＥＥＭの場合は低エネルギー電子回折（ＬＥＥＤ）パターン、又は、ＰＥＥＭの場合は光電子回折（ＰＥＤ）パターンと見なされる。これらの電子のエネルギー分布はまた、研究対象の表面の電子的及び化学的性質についての情報を含むことができる。
【０００４】
電子のエネルギーのフィルタ処理によって、操作者が、例えば特定の化学元素の電子の結合エネルギーに対応する特定の電子エネルギーで試料の像を見ることができるようになる。代替的には、顕微鏡の投射器及び分光器のレンズを異なる励起状態で操作することによって、エネルギーがフィルタ処理されたＰＥＤパターンを観察することができる。操作者は、光電子のエネルギー・スペクトルを記録することを選択できる。エネルギー・フィルタ処理カソード・レンズ顕微鏡機器とシンクロトロン放射との組み合わせは、表面及び境界面の構造及び組成の研究時に、非常に強力な分析ツールを操作者に提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
収差補正型エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭは、幾つかの研究グループによって研究されてきている。一般に、行われている実験手法はかなり複雑であり、例えば、Ｇｅｒｍａｎ ＳＭＡＲＴプロジェクト並びにバークレーに本部を置くＰＥＥＭプロジェクトのためにＲｏｓｅ及びＰｒｅｉｋｓｚａｓによって概説されるような、分散のないプリズム・アレイを含む。こうした手法において、エネルギーのフィルタ処理は、投射鏡筒内にオメガ型エネルギー・フィルタを含むことによって達成される。収差補正は、分散のないプリズム・アレイの四面のうちの１つに電子鏡を含むことによって達成される。分散のないプリズム・アレイ、電子鏡及びオメガ型フィルタは、高度に複雑な電子光学部品である。１つの顕微鏡機器内に３つの要素全てを組み合わせることは、機器の設計及び構成において簡単なことではないと実証されてきた。従って、分散を許容するより簡単なプリズム・アレイに基づく新規な機器形状を実現することが望ましく、これによって、エネルギーのフィルタ処理及び収差補正の機能を簡素に組み込むことが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、簡易収差補正型カソード・レンズ顕微鏡機器を提供し、より具体的には、簡易収差補正型複合ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を提供する。
【０００７】
例えば、本発明の１つの態様において、収差補正顕微鏡機器が提供される。機器は、第１の非分散電子回折パターンを受け取るように配置された第１の磁気偏向器を有する。第１の磁気偏向器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に第１のエネルギー分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器はまた、第１の磁気偏向器の出射面に配置された静電レンズ、並びに、第１の磁気偏向器と実質的に同一の第２の磁気偏向器を有する。第２の磁気偏向器は、静電レンズからの第１のエネルギー分散電子回折パターンを受け取るように配置される。第２の磁気偏向器はまた、第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器は、１つ又は複数の収差を補正するように構成された電子鏡も有する。電子鏡は、第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギー分散電子回折パターンを投射するために第２の非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器へ反射するように配置される。
【０００８】
本発明のこの実施形態において、第１の磁気偏向器の出射面と、第２の磁気偏向器と、第２の磁気偏向器の第１の出射面と、第２の磁気偏向器の第２の出射面とは、等倍率となるように配置される。更に、顕微鏡機器はまた、非分散電子回折パターンを収差補正のために電子鏡面上に合焦させ、電子鏡内での収差補正後、第２の磁気偏向器に戻る際に、第２の磁気偏向器の第１の出射面上にもう一度再合焦するように配置された補助静電レンズ・システムを有することができる。顕微鏡機器は、第１の磁気偏向器のための入射面と一致する対物レンズの後側焦点面に電子回折パターンを形成するように、電子を受け取るために配置された対物レンズを含むことができる。
【０００９】
更に、顕微鏡機器は、電子回折パターンのスライスをフィルタ処理するために、対物レンズの後側焦点面及び第１の磁気偏向器の入射面に配置された入射開口部、並びに、エネルギー分散電子回折パターンの所望の電子エネルギーを選択するように、第２の磁気偏向器の第２の出射面に配置された出射開口部を有することができる。最後に、顕微鏡機器は、電子回折パターンを受け取り、拡大するように配置された投射鏡筒、並びに、該投射鏡筒からの拡大された電子エネルギー回折パターンを投射するための視野スクリーンを含むことができる。
【００１０】
本発明の別の態様では、電子顕微鏡機器において収差を補正する方法が提供される。
【００１１】
本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面と共に読まれる、本発明の例証的な実施形態の下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
下記に詳細に示されるように、本発明は、簡易収差補正カソード・レンズ顕微鏡機器を紹介する。本発明の実施形態の新規な顕微鏡機器の設計及び形状は、これまでに提案された電子光学部品をより単純な装置と置き換えることによって、収差補正のタスクを著しく簡素化する。
【００１３】
最初に図１を参照すると、図面は、収差補正又はエネルギーのフィルタ処理を行わないＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。ＬＥＥＭ機器においては、電子銃が、電子ビーム１０２を、例えば１５ｋｅＶの電子エネルギーで発生させる。集束レンズ１０４が、電子ビーム１０２を、特定のプリズム・アレイを有する磁気偏向器１０６内に合焦させる。磁気偏向器１０６は２枚の平行な板で構成され、その間で電子が偏向される。磁気偏向器１０６のそれぞれの板は少なくとも１つの電磁石、好ましくは５つの電磁石を含むことが好ましい。磁気偏向器１０６は、電子ビーム１０２を、大きな角度で、例えば本実施形態では９０度で偏向し、これにより、電子ビーム１０２を、試料１１０から反射させるために対物レンズ・システム１０８に向ける。
【００１４】
或いは、ＰＥＥＭ機器においては、試料１１０を紫外線（ＵＶ）光又は弱Ｘ線光１１２で照射し、光電子を試料１１０から発生させることができる。この実施形態においては、電子銃は使用されない。
【００１５】
試料１１０からの電子は、回折パターンを対物レンズ・システム１０８の後側焦点面に形成し、同様に、試料１１０の実空間像を磁気偏向器１０６のプリズム・アレイの対角面に形成する。
【００１６】
磁気偏向器１０６の外側には、特に重要な４つの対称面が存在する。磁気偏向器１０６の面Ｄ１に位置付けられた対象物は、磁気偏向器１０６の面Ｄ２に等倍率で転写される。対物レンズ・システム１０８の後側焦点面は、面Ｄ１と一致するように位置決めされ、回折パターンを面Ｄ２で観察できるようにする。試料の実空間拡大像は、磁気偏向器１０６の対角上に配置される。この対角面は色収差がない。回折パターンは面Ｄ２においてエネルギー的に分散され、色収差がある。
【００１７】
投射鏡筒１１４は、磁気偏向器１０６の対角面からの像、又は磁気偏向器１０６の面Ｄ２からの回折パターンの視野スクリーン１１８上への拡大のために、レンズ１１６を含む。
【００１８】
ここで図２を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。ＬＥＥＭ機器においては、上述のように、電子銃が電子ビーム２０２を発生させる。集束レンズ２０４及び第１の磁気偏向器２０６の磁界も、図１と同様の様式で作用する。電子ビーム２０２の偏向によって、電子ビームが対物レンズ・システム２０８内及び試料２１０へ向けられる。試料２１０からの電子ビーム２０２の反射後に、電子はその経路を後戻りして、好ましくは１０−３０ｋｅＶの範囲の最終的な運動エネルギーとなり、ＬＥＥＤパターンを対物レンズ・システム２０８の後側焦点面に形成する。或いは、ＰＥＥＭ機器を用いて、上述のように、ＰＥＤパターンを後側焦点面に生成することができる。
【００１９】
対物レンズ・システム２０８の後側焦点面は、第１の磁気偏向器２０６の面Ａ１と一致するように位置決めされ、実空間像を第１の磁気偏向器２０６の対角上に形成できるようにし、回折パターンを第１の磁気偏向器２０６の面Ａ２において等倍率で観察できるようにする。面Ａ１及び面Ａ２は、第１の磁気偏向器２０６の中心からそれぞれ等距離であり、配列要素の適切な励起に基づくプリズムを通して、１：１の像転写、９０度の偏向によって互いに関連している。
【００２０】
実空間像のエネルギーのフィルタ処理は、面Ａ１の適切な入射スリット２２０の配置により部分的に提供され、回折パターンを横切るスライスを得ることが好ましい。入射スリット２２０の幅は、面Ａ２における実現可能なエネルギー分解能を決定するであろう。面Ａ２において、スライスは第１の磁気偏向器２０６のプリズム・アレイによって再び像形成され、またエネルギーは分散される。
【００２１】
第１の磁気偏向器２０６のプリズム・アレイは、簡単で、製造が容易であると実証された設計である。それは、像面及び回折面の両方について二重焦点型である。本発明のこの実施形態においては、対角上に配置された像面は色収差がないことが好ましい。本発明のこの実施形態においては、回折面は、用いられたプリズムの寸法に対してほぼ６マイクロメータ／ｅＶの分散を有し、エネルギーのフィルタ処理及び分光のためには十分である。
【００２２】
原則として、Ｒｏｓｅ及びＰｒｅｉｋｓｚａｓのＳＭＡＲＴプロジェクトの教示に従って、第１の磁気偏向器２０６の底面において面Ａ２の下に電子鏡を配置することによって、球面収差及び色収差を補正するように試みることができる。しかしながら、面Ａ２におけるエネルギー分散によって、補正は非実用的なものになる。例えば、ここで図３を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、分散がある場合の収差補正を示す。分散があるときに、分散された光線は補正されない。代わりに、元の収差よりも大きい結合収差がもたらされる。更に、ここで図４を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、分散がない場合の収差補正を示す。分散がない場合、電子鏡の収差は対物レンズの収差を補正することができる。
【００２３】
従って、図２に戻って参照すると、実質的に第１の磁気偏向器２０６と同一の第２の磁気偏向器２２２が、第１の磁気偏向器２０６の面Ａ２が第２の磁気偏向器２２２の面Ｂ１と一致するように、第１の磁気偏向器２０６の下に配置される。更に、Ａ２／Ｂ１面の中心に位置付けられた静電レンズ２２４は、試料の像を、第１の磁気偏向器２０６の対角面から第２の磁気偏向器２２２の対角面上に等倍率で転写する。第２の磁気偏向器２２２を通しての９０度偏向後に、電子回折パターンは、対称性により、第２の磁気偏向器２２２の面Ｂ２において、再びエネルギー分散がなくなる。
【００２４】
上述の本発明の実施形態は、固定焦点距離で動作する単純な静電アインツェル・レンズによって分離された、２つの実質的に同一なプリズム・アレイ又は磁気偏向器を用いる。像転写を回転しないように維持するためには、磁気レンズよりも静電レンズが選ばれる。像の回転は、第２の磁気偏向器２２２による第１の９０度偏向の後で生じる、収差補正のために電子鏡に入る適切な光線経路を設定するエネルギー分散の解消を妨げる。
【００２５】
第２の磁気偏向器２２２の面Ｂ２の向こう側に配置される電子鏡２２６は、色収差及び球面収差の両方を補正する。第２の磁気偏向器２２２と電子鏡２２６との間の補助静電レンズ・システム２２８は、収差補正後に電子回折パターンを面Ｂ２に合焦するように、また、像を第２の磁気偏向器２２２の対角面上に合焦するように設定される。第２の磁気偏向器２２２による第２の９０度偏向後に、電子回折パターンは、第２の磁気偏向器２２２のプリズム・アレイによって面Ｂ３に再び像形成され、ここでエネルギー・スペクトルは再び分散される。面Ｂ３内の出射開口部２２８は、所望の電子エネルギーを選択するように位置決めされ、投射レンズ２１６は、エネルギーがフィルタ処理された試料２１０の実空間像を視野スクリーン２１８上に拡大する。
【００２６】
図２に示された本発明の実施形態においては、通常の方法で回折面と像面とを切り換える投影鏡筒内の回折レンズの他はどのレンズの設定も変更することなく、エネルギー・フィルタ処理された回折パターンを得ることができる。ここで図５を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、電子顕微鏡機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す。図５は、単純にするために、電子のエネルギー・スペクトルが、Ｅ１＞Ｅ２である２つの個々のエネルギーＥ１及びＥ２のみを含むものとする。エネルギーの差のために、Ｅ１における電子回折ディスクはＥ２の場合よりも大きい。対物レンズの後側焦点面、即ち図２の面Ａ１においては、これら２つのディスクは同心である。図２の面Ｂ３においては、エネルギー分散のために、Ｅ２はＥ１に対してずれている。面Ａ１に配置された開口部は、Ｅ１及びＥ２に対応して、面Ｂ３内に２本の輝度線を生じさせる。
【００２７】
ここで図６を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、異なる入射開口部の位置についての、電子顕微鏡機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す。面Ａ１内の開口部は回折ディスク全体にわたって走査されるので、Ｅ１及びＥ２に対応する分散された線も、Ｂ３全体にわたって走査される。投射レンズはＢ３を視野スクリーン上に投影する。入射開口部が面Ａ１全体にわたって走査されるときに、Ｂ３内のスライスの分散像は、映像収集システムを用いて視野スクリーンから、入射開口部のそれぞれの位置につき１つの画像を記録することができる。Ｅ１及びＥ２のための完全な回折ディスクは、Ｅ１及びＥ２の両方のために、これらの映像記録からデジタル・コンピュータによって容易に再現することができる。
【００２８】
顕微鏡の位置合わせは、上記で提供された本発明の実施形態によって非常に簡易化される。エネルギーのフィルタ処理は、複雑なオメガ型フィルタを介しての電子ビーム偏向ではなく、面Ａ１の適切なスリット及び面Ｂ３の適切な開口部の挿入のみを必要とする。第２の磁気偏向器２２２をオフにした状態で、電子は投射鏡筒内へまっすぐ下方に移動し、第１の磁気偏向器２０６単独の位置合わせを可能にする。第１の磁気偏向器２０６が位置合わせされるときに、第２の磁気偏向器２２２は２段階で作動させることができる。第１に、９０度の偏向は、電子ビーム２０２を電子鏡２２６内の軸方向貫通孔を通して通過させることによって検知して確立される。第２に、電子鏡２２６が作動され、電子ビーム２０２は、第２の９０度偏向を受ける第２の磁気偏向器２２２内に反射して戻り、ビームは再び投射鏡筒内に向けられる。第１の磁気偏向器２０６及び第２の磁気偏向器２２２は、別々に位置合わせし、作動できることに注意されたい。
【００２９】
ここで図７を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、どちらの磁気偏向器も作動されていない収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。機器のこうした作動構成は、収差補正及びエネルギーのフィルタ処理のどちらも行わない結果となる。この動作方式は、第１の磁気偏向器２０６及び第２の磁気偏向器２２２による偏向の複雑さを増すことなく、電子銃、集束レンズ、静電レンズ及び投射レンズをまっすぐな鏡筒形状に位置合わせするように選択される。
【００３０】
ここで図８を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、第１の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。機器のこうした作動は、エネルギーのフィルタ処理のみを可能にし、収差補正は行わない。この動作方式は、第１の磁気偏向器２０６及び対物レンズ・システムを、図８のまっすぐな鏡筒形状に対して位置合わせするように選択される。
【００３１】
ここで図９を参照すると、図面は、本発明の実施形態による、第２の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す。機器のこうした作動は、第２の磁気偏向器２２２及び電子鏡光学部品の、図８のまっすぐな鏡筒形状に対しての位置合わせのみを可能にする。
【００３２】
ここで図１０を参照すると、フロー図は、本発明の実施形態による、電子顕微鏡機器のためのエネルギー・フィルタ処理収差補正方法を示す。方法は、対物レンズの後側焦点面に電子回折パターンを形成するために電子が対物レンズにおいて受け取られるブロック１００２から開始する。ブロック１００４において、電子回折パターンのスライスが、対物レンズの後側焦点面に配置された入射開口部でフィルタ処理される。ブロック１００６において、電子回折パターンのスライスは第１の磁気偏向器で受け取られる。第１の磁気偏向器は、入射面及び出射面を有する。入射面は入射開口部と一致する。
【００３３】
ブロック１００８において、エネルギー分散電子回折パターンが、第１の磁気偏向器の出射面及び第２の磁気偏向器の入射面に配置された静電レンズを通して、第１の磁気偏向器から第２の磁気偏向器に転写される。第２の磁気偏向器は、第１の磁気偏向器と実質的に同一である。
【００３４】
ブロック１０１０において、非分散電子回折パターンが、第２の磁気偏向器から該第２の磁気偏向器の第１の出射面に投射される。ブロック１０１２において、非分散電子回折パターンは、１つ又は複数の収差を補正し、非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器に戻すために電子鏡内で反射される。
【００３５】
ブロック１０１４において、エネルギー分散電子回折パターンは、第２の磁気偏向器の第２の出射面に投射される。最後に、ブロック１０１６において、エネルギー分散電子回折パターンの所望の電子エネルギーが、第２の磁気偏向器の出射面に配置された出射開口部において選択され、方法は終わる。
【００３６】
上述の本発明の実施形態は、電子鏡筒が垂直の向きを維持することを可能にし、これは機械的安定性の理由から有益である。更に、銃からスクリーンまでの軸は１本の直線のままであり、集束レンズ・システム、プリズム間の転写レンズ及び投射レンズ・システムを含む主要な電子光学部品の位置合わせを非常に容易にする。
【００３７】
第１の磁気偏向器２０６と第２の磁気偏向器２２２との間の電子エネルギー分散の解消は、機械的及び磁界の耐性に対する極めて厳密な要件を伴う複雑な電子光学設計に依存せず、電子ビーム偏向における単純でしっかりした対称性に依存する。第２の磁気偏向器２２２での偏向は、第１の磁気偏向器２０６における偏向によって生じた分散を解消する。
【００３８】
本発明の実施形態は、電子光学鏡筒の全体的な再設計を必要としない。第２の磁気偏向器は、第１の磁気偏向器と実質的に同一である。エネルギーのフィルタ処理は、１つの調節可能なエネルギー規定開口部ストリップをシステムの面Ａ１に加え、エネルギー選択開口部を面Ｂ３に加えることによって、達成される。この後者の開口部はまた、対物開口部として機能する。静電転写レンズ及び電子鏡システムのみを、収差補正機能を実現するために設計する必要がある。
【００３９】
最後に、上述の本発明の実施形態は高度なモジュール性を有する。エネルギーのフィルタ処理及び収差補正の両方とも、電子光学鏡筒の他の部品を変更する必要なく、必要な構成部品の追加によって、標準的なＬＥＥＭ機器に後付けすることができる。
【００４０】
本発明の例証的な実施形態が、添付の図面を参照しながら本明細書において説明されてきたが、本発明はそれらの正確な実施形態に限定されず、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、当業者ならば種々の他の変更及び修正を行うことができるということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】収差補正を行わないＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による、収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による、分散がある場合の収差補正を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、分散がない場合の収差補正を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、図２のＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す図である。
【図６】本発明の実施形態による、異なる入射開口部の位置についての、図２のＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器の面Ａ１及び面Ｂ３における個々のエネルギーを示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、どちらの磁気偏向器も作動されていない収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による、第１の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、第２の磁気偏向器が作動されている収差補正エネルギー・フィルタ処理ＬＥＥＭ／ＰＥＥＭ機器を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による、顕微鏡機器のための収差補正及びエネルギー・フィルタ処理の方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０２、２０２：電子ビーム
１０４、２０４：集束レンズ
１０６：磁気偏向器
１０８、２０８：対物レンズ・システム
１１０、２１０：試料
１１２：Ｘ線光
１１４：投射鏡筒
１１６、２１６：投射レンズ
１１８、２１８：視野スクリーン
２０６：第１の磁気偏向器
２２０：スリット
２２２：第２の磁気偏向器
２２４：静電レンズ
２２６：電子鏡
２２８：補助静電レンズ・システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁気偏向器であって、第１の非分散電子回折パターンを受け取るように配置され、前記第１の磁気偏向器の出射面に第１のエネルギー分散電子回折パターンを投射するように構成された、第１の磁気偏向器と、
前記第１の磁気偏向器の前記出射面に配置された静電レンズと、
前記第１の磁気偏向器と実質的に同一の第２の磁気偏向器であって、前記静電レンズから前記第１のエネルギー分散電子回折パターンを受け取るように配置され、前記第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成された、第２の磁気偏向器と、
前記第２の非分散電子回折パターンにおける１つ又は複数の収差を補正するように構成され、前記第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギー分散電子回折パターンを投射するために前記第２の非分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器に反射するように配置された、電子鏡と
を含む収差補正顕微鏡機器。
【請求項２】
前記第１の偏向器の前記出射面と、前記第２の磁気偏向器と、前記第２の磁気偏向器の前記第１の出射面と、前記第２の磁気偏向器の前記第２の出射面とは、等倍率となるように配置される、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項３】
収差補正のために、前記非分散電子回折パターンを前記電子鏡の表面上に合焦させ、収差補正後、前記第２の磁気偏向器に戻る際に、前記第２の磁気偏向器の前記第１の出射面上に再び合焦するように配置された補助静電レンズ・システムを更に含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項４】
電子を受け取るように配置された対物レンズ・システムを更に含み、前記対物レンズ・システムは、前記第１の磁気偏向器のための入射面と一致する前記対物レンズ・システムの後側焦点面に電子回折パターンを形成するように構成された、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項５】
前記電子回折パターンのスライスをフィルタ処理するために、前記対物レンズ・システムの前記後側焦点面及び前記第１の磁気偏向器の入射面に配置された入射開口部と、
前記エネルギー分散電子回折パターンの所望の電子エネルギーを選択するように、前記第２の磁気偏向器の前記第２の出射面に配置された出射開口部と
を更に含む、請求項４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項６】
前記入射開口部は、調節可能又は移動可能の少なくとも一方である、請求項５に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項７】
前記収差補正顕微鏡機器は、低エネルギー電子顕微鏡機器を含み、
電子ビームを特定の電子エネルギーで発生させる電子銃と、
前記電子ビームを前記電子銃から前記第１の磁気偏向器内に受け取って合焦させるように配置された１つ又は複数の集束レンズと
を更に含み、
前記第１の磁気偏向器は、前記対物レンズ・システムへの電子反射のために、前記対物レンズを通して試料の表面上に前記電子ビームを偏向させる、請求項４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項８】
前記収差補正顕微鏡機器は、光電子放出顕微鏡機器を含み、試料を照射して光電子を前記対物レンズに発生させるために、紫外光源及び弱Ｘ線光子源のうち少なくとも１つを更に含む、請求項４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項９】
前記静電レンズは、回転しない像転写のために、固定焦点距離で動作する静電アインツェル・レンズを含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１０】
電子回折パターン及び実空間像のうち少なくとも１つを受け取り、拡大するように配置された投射鏡筒と、
前記投射鏡筒からの拡大された電子エネルギー回折パターン及び実空間像のうち少なくとも１つを投射するための視野スクリーンと
を更に含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡。
【請求項１１】
前記第１の磁気偏向器及び前記第２の磁気偏向器の各々は、特定の電子光学特性を生じさせるように電磁石を有するプリズム・アレイを含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１２】
前記プリズム・アレイの各々は、前記電子回折パターンに対応する実空間像を前記プリズム・アレイ内の対角面に形成するように構成される、請求項１１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１３】
前記プリズム・アレイの各々は色分散のために構成される、請求項１１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１４】
前記プリズム・アレイは、それぞれの入射面と出射面に対して垂直な、間で電子が偏向される、２枚の平行板を含み、前記２枚の平行板の各々は複数の電磁石を含む、請求項１１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１５】
前記２枚の平行板の各々は５つの電磁石を含む、請求項１４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１６】
前記第１の磁気偏向器及び前記第２の磁気偏向器は、前記電子回折パターンをほぼ９０度偏向するように構成される、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１７】
電子顕微鏡機器内の収差補正方法であって、
第１の磁気偏向器の出射面及び第２の磁気偏向器の入射面に配置された静電レンズを通して、エネルギー分散電子回折パターンを前記第１の磁気偏向器から前記第２の磁気偏向器に転写するステップであって、前記第２の磁気偏向器は前記第１の磁気偏向器と実質的に同一である、ステップと、
非分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器から前記第２の磁気偏向器の第１の出射面に投射するステップと、
１つ又は複数の収差を補正し、前記非分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器に戻すように、前記非分散電子回折パターンを電子鏡内で反射させるステップと、
エネルギー分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器の第２の出射面に投射するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
電子を対物レンズ・システムで受け取るステップであって、前記対物レンズ・システムは、電子回折パターンを前記対物レンズ・システムの後側焦点面に形成することができる、ステップと、
前記対物レンズ・システムの前記後側焦点面に配置された入射開口部において前記電子回折パターンのスライスをフィルタ処理するステップと、
前記入射開口部と一致する入射面を有する前記第１の磁気偏向器で前記電子回折パターンの前記スライスを受け取るステップと、
前記第２の磁気偏向器の前記第２の出射面に配置された出射開口部において前記エネルギー分散回折パターンの所望の電子エネルギーを選択するステップと
を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
エネルギーがフィルタ処理された収差補正像を視野スクリーン上に拡大するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
エネルギーがフィルタ処理された回折パターンを視野スクリーン上に拡大するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
分散エネルギー・スペクトルを視野スクリーン上に拡大するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
第１の磁気偏向器であって、第１の非分散電子回折パターンを受け取るように配置され、前記第１の磁気偏向器の出射面に第１のエネルギー分散電子回折パターンを投射するように構成された、第１の磁気偏向器と、
前記第１の磁気偏向器の前記出射面に配置された静電レンズと、
前記第１の磁気偏向器と実質的に同一の第２の磁気偏向器であって、前記静電レンズから前記第１のエネルギー分散電子回折パターンを受け取るように配置され、前記第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成された、第２の磁気偏向器と、
前記第２の非分散電子回折パターンにおける１つ又は複数の収差を補正するように構成され、前記第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギー分散電子回折パターンを投射するために前記第２の非分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器に反射するように配置された、電子鏡と
を含む収差補正顕微鏡機器。
【請求項２】
前記第１の偏向器の前記出射面と、前記第２の磁気偏向器と、前記第２の磁気偏向器の前記第１の出射面と、前記第２の磁気偏向器の前記第２の出射面とは、等倍率となるように配置される、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項３】
収差補正のために、前記非分散電子回折パターンを前記電子鏡の表面上に合焦させ、収差補正後、前記第２の磁気偏向器に戻る際に、前記第２の磁気偏向器の前記第１の出射面上に再び合焦するように配置された補助静電レンズ・システムを更に含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項４】
電子を受け取るように配置された対物レンズ・システムを更に含み、前記対物レンズ・システムは、前記第１の磁気偏向器のための入射面と一致する前記対物レンズ・システムの後側焦点面に電子回折パターンを形成するように構成された、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項５】
前記電子回折パターンのスライスをフィルタ処理するために、前記対物レンズ・システムの前記後側焦点面及び前記第１の磁気偏向器の入射面に配置された入射開口部と、
前記エネルギー分散電子回折パターンの所望の電子エネルギーを選択するように、前記第２の磁気偏向器の前記第２の出射面に配置された出射開口部と
を更に含む、請求項４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項６】
前記入射開口部は、調節可能又は移動可能の少なくとも一方である、請求項５に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項７】
前記収差補正顕微鏡機器は、低エネルギー電子顕微鏡機器を含み、
電子ビームを特定の電子エネルギーで発生させる電子銃と、
前記電子ビームを前記電子銃から前記第１の磁気偏向器内に受け取って合焦させるように配置された１つ又は複数の集束レンズと
を更に含み、
前記第１の磁気偏向器は、前記対物レンズ・システムへの電子反射のために、前記対物レンズを通して試料の表面上に前記電子ビームを偏向させる、請求項４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項８】
前記収差補正顕微鏡機器は、光電子放出顕微鏡機器を含み、試料を照射して光電子を前記対物レンズに発生させるために、紫外光源及び弱Ｘ線光子源のうち少なくとも１つを更に含む、請求項４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項９】
前記静電レンズは、回転しない像転写のために、固定焦点距離で動作する静電アインツェル・レンズを含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１０】
電子回折パターン及び実空間像のうち少なくとも１つを受け取り、拡大するように配置された投射鏡筒と、
前記投射鏡筒からの拡大された電子エネルギー回折パターン及び実空間像のうち少なくとも１つを投射するための視野スクリーンと
を更に含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡。
【請求項１１】
前記第１の磁気偏向器及び前記第２の磁気偏向器の各々は、特定の電子光学特性を生じさせるように電磁石を有するプリズム・アレイを含む、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１２】
前記プリズム・アレイの各々は、前記電子回折パターンに対応する実空間像を前記プリズム・アレイ内の対角面に形成するように構成される、請求項１１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１３】
前記プリズム・アレイの各々は色分散のために構成される、請求項１１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１４】
前記プリズム・アレイは、それぞれの入射面と出射面に対して垂直な、間で電子が偏向される、２枚の平行板を含み、前記２枚の平行板の各々は複数の電磁石を含む、請求項１１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１５】
前記２枚の平行板の各々は５つの電磁石を含む、請求項１４に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１６】
前記第１の磁気偏向器及び前記第２の磁気偏向器は、前記電子回折パターンをほぼ９０度偏向するように構成される、請求項１に記載の収差補正顕微鏡機器。
【請求項１７】
電子顕微鏡機器内の収差補正方法であって、
第１の磁気偏向器の出射面及び第２の磁気偏向器の入射面に配置された静電レンズを通して、エネルギー分散電子回折パターンを前記第１の磁気偏向器から前記第２の磁気偏向器に転写するステップであって、前記第２の磁気偏向器は前記第１の磁気偏向器と実質的に同一である、ステップと、
非分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器から前記第２の磁気偏向器の第１の出射面に投射するステップと、
１つ又は複数の収差を補正し、前記非分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器に戻すように、前記非分散電子回折パターンを電子鏡内で反射させるステップと、
エネルギー分散電子回折パターンを前記第２の磁気偏向器の第２の出射面に投射するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
電子を対物レンズ・システムで受け取るステップであって、前記対物レンズ・システムは、電子回折パターンを前記対物レンズ・システムの後側焦点面に形成することができる、ステップと、
前記対物レンズ・システムの前記後側焦点面に配置された入射開口部において前記電子回折パターンのスライスをフィルタ処理するステップと、
前記入射開口部と一致する入射面を有する前記第１の磁気偏向器で前記電子回折パターンの前記スライスを受け取るステップと、
前記第２の磁気偏向器の前記第２の出射面に配置された出射開口部において前記エネルギー分散回折パターンの所望の電子エネルギーを選択するステップと
を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
エネルギーがフィルタ処理された収差補正像を視野スクリーン上に拡大するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
エネルギーがフィルタ処理された回折パターンを視野スクリーン上に拡大するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
分散エネルギー・スペクトルを視野スクリーン上に拡大するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００９−５２８６６８（Ｐ２００９−５２８６６８Ａ）
【公表日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５７４４３（Ｐ２００８−５５７４４３）
【出願日】平成１９年２月１４日（２００７．２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６２１０１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１００９７８
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１４日（２００７．２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６２１０１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１００９７８
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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