荷電粒子用モノクロメータ
【課題】簡単な構造を有するモノクロメータを提案して、このモノクロメータが簡単に調整できかつ濾波された粒子ビームの指向性ビーム値に対する不利な影響を有しないようにすること
【解決手段】荷電粒子用モノクロメータにおいて、粒子の拡散方向に相前後して直列に配置された複数のウィーンフィルタを有しており、このウィーンフィルタの一部は、別のウィーンフィルタに対して光軸の周りに９０°の回動角で回動して配置されていることを特徴とする荷電粒子用モノクロメータを構成する。
【解決手段】荷電粒子用モノクロメータにおいて、粒子の拡散方向に相前後して直列に配置された複数のウィーンフィルタを有しており、このウィーンフィルタの一部は、別のウィーンフィルタに対して光軸の周りに９０°の回動角で回動して配置されていることを特徴とする荷電粒子用モノクロメータを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子用モノクロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の低電圧電子顕微鏡では、殊に色の不鮮明さ、例えば１次の軸上色収差により、達成可能な解像度が１ｋｅＶの電子エネルギーに対して約３ｎｍに限定されてしまう。ここでは対物レンズのガウス像面における色収差円板の直径ｄは、色収差定数ＣＦと、ガウス像面における電子ビームのアパーチャαと、この電子ビームの相対的なエネルギー幅δＥ／Ｅとの積から表される。
【０００３】
色収差定数は、使用した回転対称電子レンズにおいて、シェルツァーの定理（Scherzerschen Theorem）に起因して原理的にゼロではなく、また電子は、放射過程と、Boersch効果（Boerscheffekt）、すなわち確率的なクローン相互作用による変則的なエネルギー分布とに起因して単色ではないため、相対的なエネルギーバンド幅はつねにゼロでない。最適化された対物レンズと、電子源としてジルコニウム酸化物−タングステン−ショットキー−エミッタとを有する今日の低電圧ラスタ電子顕微鏡については、１ｋｅＶのエネルギーを有する電子に対して、かつ２ｍｍの作業距離において色収差定数はほぼ１．５ｍｍである。エネルギー幅δＥは、ビーム流に依存して１ｅＶまで約０．５である。
【０００４】
色収差定数のさらなる最小化はまったく不可能であるため、解像度をさらに上げるために４極形レンズ系かまたは静電ミラーからなる色収差補正器を使用することがすでに公知である。構造が通常、極めて複雑である色収差補正器とは択一的なものとして、モノクロメータを使用して、後続の電子光学結像系によって処理される電子ビームのエネルギー幅を低減することが考えられ得る。
【０００５】
比較的簡単な構造を有するモノクロメータとして回転対称静電フィルタレンズが公知であり、この静電フィルタレンズでは粒子の拡散方向に向けられた静電界によって粒子が濾波され、ここでこの粒子の運動エネルギーは静電的な電位差によって決まるエネルギーを下回る。しかしながらこのような静電フィルタレンズは、電子ビームの指向性ビーム値（Richtstrahlwert）が大きく劣化してしまうという欠点を有する。
【０００６】
さらに、曲がった光軸を有する静電モノクロメータはすでに提案されている。しかしながら曲がった光軸を有する系は通例、調整が困難である。
【０００７】
さらに荷電粒子用モノクロメータとしてウィーンフィルタが公知であり、ここでは、静電双極子の場と、磁気双極子の場とが互いに垂直に重なり合って配置されている。Journal of Physicsの論文E: Scienfique Instruments Volume 3 (1970)、第１２１頁以下から、相前後して配置された２つのウィーンフィルタを使用することがすでに公知であり、ここではビームの通過するプローブがこれらの２つのウィーンフィルタの間に配置されている。ここで第２のウィーンフィルタは、このプローブの電子−エネルギー損失スペクトルを形成するエネルギー分析器として使用される。所定の方向、すなわち静電場の方向におけるウィーンフィルタの集束効果を補償するため、ここではこれらのウィーンフィルタは２つの４極形レンズの間に配置されている。
【０００８】
Institute of Physics Conferencesシリーズ番号１６５，シンポジウム６，第２１７〜２１８頁に発表された、Tanakaその他による比較的新しい会議寄稿論文には別のモノクロメータが提案されており、これは相前後して接続された２つのウィーンフィルタから構成される。ここではエネルギーの選択は、２つのウィーンフィルタの中央で行われる。ここでは第２のウィーンフィルタは、第１のウィーンフィルタによって形成された非点収差の結像を相殺するために使用される。
【０００９】
同じ会議における同じ著者の別の会議寄稿論文（上記の巻、第２１１および２１２頁に発表されている）にはさらにウィーンフィルタの構造が記載されており、ここでは静電電極の表面も、磁気双極子の磁極片の表面も共に円筒面として構成されており、これによって光軸からの間隔が大きくてもウィーン条件が保持される。
【非特許文献１】Journal of Physicsの論文E: Scienfique Instruments Volume 3 (1970)、第１２１頁以下
【非特許文献２】Tanaka, Institute of Physics Conferences寄稿論文 シリーズ番号１６５，シンポジウム６，第２１７〜２１８頁
【非特許文献３】Tanaka, Institute of Physics Conferences寄稿論文 シリーズ番号１６５，シンポジウム６，第２１１および２１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、簡単な構造を有するモノクロメータを提案して、このモノクロメータが簡単に調整でき、かつ濾波された粒子ビームの指向性ビーム値に不利な影響を有しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、本発明により、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有するモノクロメータによって解決される。
【００１２】
本発明の有利な実施例は従属請求項の特徴部分に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１様相では、モノクロメータは、複数のウィーンフィルタ、有利には相前後して直列に接続された４つのウィーンフィルタを有しており、ここでこれらのうちの一部が、絶対値で９０°の回動角で光軸の周りに別のウィーンフィルタに対して回動している。ウィーンフィルタを互いに回動させて配置することによって、ウィーンフィルタの一部、有利には外側の２つにより非点収差の結像が１方向に行なわれ、かつ別のウィーンフィルタ、有利には中央のウィーンフィルタにより非点収差の結像が上記の方向に垂直な方向に行なわれるようにする。これにより全体としてスチグマチックな結像が達成される。本発明のこの第１様相によればモノクロメータそれ自体がスチグマチックに結像できるため、スチグマチックな結像のために別の素子、例えば、付加的な４極子は不要である。
【００１４】
ここでは外側のウィーンフィルタにおける場は互いに並列に配向すべきであり、中央のウィーンフィルタにおける場は互いに逆並列に配向すべきである。付加的に個々のウィーンフィルタの屈折力を選択して、このモノクロメータの２つの軸の基本パスのうちの１つが、このモノクロメータの中心面に関して対称であり、それに垂直な断面における軸の基本パスが、モノクロメータの中心面に関して非対称であるようにすべきである。これによりこのモノクロメータによって形成される結像が全体として分散を有しないようにすることができる。すなわちこの場合にエネルギーの変動によって画像は時間的に移動しない。
【００１５】
モノクロメータの中央には非点収差の中間画像が形成され、ここではエネルギー濾波をスリット絞りによって行うことが可能である。
【００１６】
全体としてスチグマチックな結像を行うため、外側のウィーンフィルタの屈折力を、内側のウィーンフィルタの屈折力よりも大きく選択すべきである。
【００１７】
拡散方向に直列に相前後して配置された１つまたは複数のウィーンフィルタを有する、本発明の第２様相では、１つまたは複数のウィーンフィルタの磁気双極子の磁極片と、１つまたは複数のウィーンフィルタ電気双極子の電極とを、共通な光軸の周りの９０°の回動角の回動に関して互いに対称になるように構成する。このためには電気双極子の電極を、磁気双極子の磁極片と同じ軟磁性材料から構成すべきである。磁気双極子と電気双極子とを互いに対称に構成することによって、磁気的および静電的なポテンシャル配分と、磁気的および静電的な場配分とが縦方向にも横方向にも等しくなるようにすることができる。
【００１８】
磁気的および静電的な双極子の場が周縁部においても対称であることによって、一方では結像エラーを回避することができる。また同時に、個々のウィーンフィルタの静電的な部分と磁気的な部分との対称に構成することにより、互いに回動した複数のウィーンフィルタを直列に配置する際に、作製技術上の利点が得られる。なぜならば互いに組み合わせるべき全ウィーンフィルタの電極および磁極片部分を単一の材料ブロックから作製することができるからであり、ここでこの材料ブロックには、第１の処理ステップにおいて中心の長手方向の孔が電子パスの貫通に対して設けられ、また別の長手方向の孔がのちの再組み立てに対して設けられる。つぎの第２のステップになってはじめて、互いに組み合わせるべき全ウィーンフィルタの電極および磁極片が作り出され、第３ステップになってはじめて、この材料ブロックが第１ステップで形成した孔に対して垂直に分解される。これに続くステップではつぎにコイルと電気的なコンタクト部とが取り付けられ、また絶縁部が個々の磁極片の間に取り付けられる。この場合に第１ステップで形成する組み立て孔により、のちの再組み立ての際に互いに対称な配置が保証されるのである。
【００１９】
ウィーンフィルタの周縁部においてもウィーン条件を正しく調整するため、磁極片および電極の相互に加工される面を同心の部分球面または同軸の部分円筒面として構成すべきである。しかしながら、磁極片および電極の相互に加工される面のこの同心の部分球面または同軸の部分円筒面を、多角形に構成されるそれぞれ平らな多数の面によって近似することも可能である。さらに各ウィーンフィルタの個々の磁極片は互いに電気的に絶縁すべきであり、かつウィーンフィルタ間の磁界のクロストークを阻止するために、個々のウィーンフィルタ間に透磁率の高い材料からなる絞りを配置すべきである。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の詳細を、図面に示した実施例に基づき詳しく説明する。
【００２１】
図１および２からわかるように本発明のモノクロメータは全部で４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４から構成されており、これらは共通の光軸ＯＡに沿って直列に配置されている。各ウィーンフィルタは、光軸ＯＡの周りの９０°の回動について対称に構成されている。すなわち各ウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４は、互いに垂直な２つの面Ｓ１，Ｓ２に関して対称である。各ウィーンフィルタは４つの磁極片セグメント５，６，７および８からなり、これらはそれぞれ互いに絶縁器９，１０，１１および１２によって電気的に絶縁されている。４つの磁極片セグメント５，６，７および８の各々は、光軸ＯＡの方向に伸びる磁極片１３，１４，１５および１６を有する。４つのすべての磁極片の、光軸ＯＡの方を向いた端面１３ａ，１４ａ，１５ａおよび１６ａは、光軸ＯＡに対して同軸な部分円筒面として構成されている。各磁極片１３，１４，１５および１６の周りには、１つずつの磁気コイル１３ｓ，１４ｓ，１５ｓおよび１６ｓが磁気双極場を形成するために配置されている。
【００２２】
ここで指摘しておきたいのは、個々のウィーンフィルタの全体構造は、光軸ＯＡの周りの９０°の回動に関して対称であることに起因して、構造の点から見て磁気４極子の構造に類似することである。しかしながら磁気４極子と異なり、本発明によるモノクロメータのウィーンフィルタでは、４極子場が形成されるのではなく純粋な双極場が形成されるのである。したがって対向する磁極片１３，１５ないしは１４，１６のコイル１３ｓ，１５ｓないしは１４ｓ，１６ｓは反対に励磁され、これによって互いに対向する磁極片端面１３ａ，１５ａないしは１４ａ，１６ａ磁気的なＮ極およびＳ極を形成する。ウィーンフィルタが駆動されて、例えば対向する２つの磁極片１３，１５が磁気的なＮ極およびＳ極を形成すると、これらに９０°回動して配置された２つの磁極片１４，１６は電気双極子に対する電極を形成する。このために、電極を形成するこの２つの磁極片１４，１６に接続されている磁極片セグメント６，８には、詳細に示していないコンタクトによって適切な電位が供給される。静電双極子の電極を形成する磁極片１４，１６の周りに配置されたコイル１４ｓ，１６ｓはこの動作モードでは実質的に不要である。しかしながらこれらのコイルによって必要時にこのウィーンフィルタを光軸ＯＡに対して９０°回動させて駆動させることができ、これにより、全部で４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４は同一の構造を有することができ、かつ電気的および磁気的なコンタクトの点だけから別個に制御できるのである。
【００２３】
図１にさらに示されているのは、孔１７，１８，１９および２０であり、これは複数のウィーンフィルタの直列構成を中心合わで組み合わせるために設けられている。
【００２４】
図２からわかるように全部で４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４は、その機械的な構造の点から見ると光軸の方向に中央平面Ｓ３に関して対称に配置されている。それぞれ隣り合うウィーンフィルタＷ１およびＷ２ないしはＷ３およびＷ４は互いに、電気的な絶縁器２１，導電性保護プレート２３および別の絶縁器２２の並びによってそれぞれ隔てられている。ここで保護プレート２３は、１ウィーンフィルタから隣り合う別のウィーンフィルタへの双極子磁場のクロストークも、静電双極子の場クロストークも共に阻止する。電気的な絶縁器２１，２２は短絡を阻止する。したがって保護プレート２３はフリンジ磁界絞りを形成し、導電性の軟磁性材料、すなわち透磁率が高く、導電率が高く、かつ残留磁気の少ない強磁性材料からなる。ここで透磁率は１００００以上とすべきである。有利な材料は、例えばVacuumschmelze社から"Mumetall"および"Vacoperm"の名称で製造され販売されている材料である。保護プレート２３は、これによって隣り合うウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４間の回動の影響を阻止する。ここでは必要に応じて２重のフリンジ磁界絞りを設けて、より高い保護効果を達成することも可能である。
【００２５】
ここでは導電性の軟磁性材料からなる別の電気絶縁部２４および磁気保護プレート２５が、このモノクロメータの２つの外側の周縁部にそれぞれ設けられており、これによってこのモノクロメータは、全体的に磁気的にも電気的にも、このモノクロメータが組み込まれる電子顕微鏡の残りのコンポーネントから絶縁ないしは保護される。
【００２６】
別の電気および磁気保護部２６，２７が付加的に中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の間に設けられている。ウィーンフィルタの中央の面Ｓ３には非点収差の中間画像が得られるため、この面ではエネルギー選択のためのスリット絞りを使用可能である。
【００２７】
光軸に対して垂直な断面において構造的に同じ構成になるのにもかかわらず、４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４の一部は光軸ＯＡの周りに絶対値で９０°回動されて駆動される。第１ウィーンフィルタＷ１において図２の図の面内にある磁極片１３ａ，１５ａが磁気双極子を形成し、かつ図の面の上または下にある磁極片１６ａ，１４ａが静電双極子を形成する場合、第１ウィーンフィルタに続く第２ウィーンフィルタＷ２は正確に９０°回動して制御される。すなわち第２ウィーンフィルタＷ２において図２の図の面内にある磁極片が静電双極子を形成し、かつ図２の図の面の手前または後ろにある磁極片が磁気双極子を形成するのである。中央の面Ｓ３に続くウィーンフィルタＷ３は、先行するウィーンフィルタＷ２とは正確に反対に駆動される。すなわちここでも図２の図の面にある磁極版は静電双極子の電極を形成し、かつ図の面の手前または後ろにある磁極片は磁気双極子を形成するのであるが、これは第２ウィーンフィルタＷ２とは逆の極性で行われるのである。つぎに第４ウィーンフィルタＷ４は再度第１ウィーンフィルタＷ１と同じように駆動される。
【００２８】
上記のことからわかるように、中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３は互いに非対称に、または外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４は互いに対称であり、内側の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３はそれぞれ、隣り合う外側のウィーンフィルタＷ１，Ｗ４に対して光軸ＯＡの周りに９０°回動している。
【００２９】
説明したウィーンフィルタの結像特性は、図３ａおよび３ｂによれば最も簡単に説明可能である。図３ａおよび３ｂでも同様に４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４が、それぞれの電気的な場Ｅおよびそれぞれの磁気的な場Ｂと共に示されている。ここで図３ａでは、第１の断面ＸＺにおいて物点Ｐ１から送出される基本パスが示されている。ＸＺ平面におけるパス経過に対して外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４はそれぞれ集束し、これに対してこの断面において中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３は結像の特性を有しない。それは中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の磁界ＢはＸＺ平面にあり、これらの２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の静電場ＥはＸＺ平面に垂直であるからである。これに対して外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４だけにおいてローレンツ力と静電力とが結像を生じさせる。ここで外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４における場の強度は電子エネルギーに依存して選択され、これによってＸＺ平面で中央の面Ｓ３において非点収差の中間画像が得られるようにする。モノクロメータ全体の対称構造であることに起因して、最後のウィーンフィルタＷ４は、第１ウィーンフィルタＷ１とは対称的に中央の面Ｓ３に発生した中間画像をモノクロメータの後ろにある点Ｐ２に結像する。このために最後のウィーンフィルタＷ４の屈折力は、第１ウィーンフィルタＷ１の屈折力に等しく、そのために第１および最後のウィーンフィルタＷ１，Ｗ４は有利には光軸ＯＡの方向に同じ長さを有するのである。
【００３０】
図３ｂには同じ物点Ｐ１から送出されたビームが図３ａに垂直な面、すなわちＹＺ断面において示されている。このＹＺ電面では外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４は作用しない。それは静電場Ｅがこの断面に垂直であり、また磁場Ｂがこの断面内にあるからである。これに対してこの断面ＹＺでは中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３は、ローレンツ力および静電力とによって結像を生じさせる。ここで中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の強度は粒子エネルギーに依存して選択され、これにより物点Ｐ１から送出された粒子パスは、第２のウィーンフィルタＷ２から出射した後、したがって中央の面Ｓ３の領域において光軸ＯＡと平行に走行し、かつ第３のウィーンフィルタＷ３によって同じ点Ｐ２で焦点を結ぶようにされる。ここでは物点Ｐ１の結像もＸＺ断面において行われる。外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４と、２つの共役の点Ｐ１，Ｐ２との距離に対する、中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の距離からすでにわかるように、外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４の屈折力は、中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の屈折力よりも強く選択される。ここで中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の屈折力は、絶対値が等しい。したがって有利には２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の長さも光軸ＯＡの方向に等しい。しかしながらこれは外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４よりも光軸ＯＡの方向により長くすることが可能である。
【００３１】
全部をまとめるとこのモノクロメータは全体としてスチグマチックに結像する。すなわち点Ｐ１はスチグマチックに点Ｐ２に結像されるのである。ここでＸＺ断面における倍率は＋１であり、ＹＺ断面において−１である。これは本発明のモノクロメータでは付加的な４極子レンズまたは個々のウィーンフィルタの４極子場部分なしに達成され、すなわち各ウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４はいわゆる均一なウィーンフィルタなのである。
【００３２】
図４では、基本パスｘα，ｙβ，ｘγおよびｙδ、ならびにｘ方向おける分散ｘκおよびｙ方向における分散ｙκが上記のモノクロメータに対して示されている。ここでこれらの基本パスは、いわゆるＳＣＯＦＦ近似（Sharp Cut-Off Fringing Field）において計算されている。ここでは、４つのすべてのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４に対して２０ｍｍの有効な場の長さ、また外側のウィーンフィルタと、隣り合う内側のウィーンフィルタとの間のそれぞれの間隔に対しては５ｍｍの間隔、さらに中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３間の間隔に対しては２０ｍｍの間隔が前提とされている。図４からわかるように、基本パスｘαは中央の面Ｓ３に関して非対称であり、基本パスｙβはこの中央の面Ｓ３に関して対称である。
【００３３】
個々のウィーンフィルタの極性を相応に選択して、交差する場の極性が第１ウィーンフィルタＷ１および第４ウィーンフィルタＷ４において同じであるようにし、これに対して交差する場の極性が中央の２つのウィーンフィルタＷ２およびＷ３において互いに逆であるようにすることにより、このモノクロメータは全体として、また２つの断面において分散を有しない。これに対して中央の面Ｓ３では利用可能な分散がｘ方向ｘκにあり、また付加的に利用可能でない分散がｙ方向ｙκにある。ここではｘ方向における利用可能な分散ｘκは、ｙ方向における利用できない分散ｙκよりも優勢である（図４参照）。ｙ方向における分散ｙκが利用できないのは、エネルギー選択スリットを、非点収差の中間画像のために非点収差の中間画像線に平行に配向しなければならないからである。ｙ方向における分散ｙκにも起因して、中央の面Ｓ３に発生する複数の線像は、粒子のエネルギーに応じてｙ方向すなわち線方向に互いにずれる。しかしながら、スリット絞りのスリット長が十分に大きく選択されているか、またはスリット方向に異なるエネルギーに対して線像がスリット絞りにおいてずれている場合には、このことは障害ではない。
【００３４】
１０ｋｅＶの電子に対する、ｘ方向における１６．４ｍｍの分散ｘκから、ｅＶ当たり約１．６μｍの分散が中央の面Ｓ３で発生する。これは１０ｋｅＶの電子に対しては比較的大きい。エネルギー幅を０．２ｅＶに低減するためには３２０ｎｍのスリット幅が必要である。このようなスリット幅はマイクロマシンニングで簡単に作製可能である。１０ｋｅＶよりも小さなエネルギーを有する電子に対してこの分散は相応してより大きく、また同じエネルギー幅を達成するためには相応に大きなスリット幅で十分である。
【００３５】
このモノクロメータでは非点収差の中間画像と、別の実際の中間画像がないこととにより、関連するBoersch効果はこのモノクロメータでは予想されない。
【００３６】
この他にこのモノクロメータはつぎのように動作させることが可能である。すなわち物点Ｐ１およびそれと共役の像点Ｐ２が、このモノクロメータにおいて仮想的であり、かつスチグマチックであるように動作させることが可能である。
【００３７】
場および軸の基本パスが上記のように対称ないしは非対称であることによって、このモノクロメータには全体として２次の球面収差がない。エネルギー選択面すなわち中央の面におけるｘ方向の２次の球面収差は、必要に応じてウィーンフィルタの相応のヘキサポール部分または第２のヘキサポールによって補正することが可能である。相応するヘキサポールＨ１，Ｈ２は図３ａおよび３ｂに示されている。系全体の対称性を維持するために、これらのヘキサポールも同様に中央の面Ｓ３に関して対称に配置すべきである。
【００３８】
ウィーンフィルタ間のフリンジ磁界絞り２３，２７（図２）は、ピンホール絞りとして構成されており、かつ接地されているか、ないしはその電位は隣り合う２つのウィーンフィルタにおける静電気双極子の電極電位（ビーム電位）の平均値である。これらのフリンジ磁界絞りは、高い透磁率と残留磁気の少ない材料から構成すべきである。
【００３９】
本発明の補正器の４つの個別素子は、比較的簡単に作製可能である。４極子レンズまたは４極子部分を有する分散電子光学プリズムは不要である。光軸は直線のままであり、そのためこのモノクロメータは、仕上げられた状態で極めて簡単に動作させることも可能である。
【００４０】
４つのウィーンフィルタでは、交差した簡単な双極場だけ（したがって４極子部分はない）が形成されるため、これらの４つのウィーンフィルタの相互の調整および電子顕微鏡のレンズに対するこのモノクロメータ全体の調整は、影響を受けにくく簡単に行うことが可能である。
【００４１】
また図４に関して注意すべきであるのは、基本ビームのシミュレーションおよび計算時に、参照符号２８で示した箇所に、このモノクロメータの後置される対物レンズまたはコンデンサの主平面が配置されていることである。この箇所における基本ビームの計算は、このモノクロメータによって行われるのではなく、対物ないしはコンデンサレンズによって行われる。参照符号２８で示した箇所に対物ないしはコンデンサレンズがない場合には、この基本ビームは直線上に継続進行することになり、この場合にこのことから上記の対称性の特性が得られ、また分散がなくなる。分散がないことおよび対称性の特性から得られる利点は、対物またはコンデンサレンズを使用する際にももちろん維持される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるモノクロメータの、光軸に対して垂直な面における断面図である。
【図２】図１のモノクロメータの断面ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３ａ】１断面におけるモノクロメータの結像特性の概略図である。
【図３ｂ】図３ａの断面とは互いに垂直な断面におけるモノクロメータの結像特性の概略図である。
【図４】図１および２のモノクロメータにおける基本パスの線図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｗ１−Ｗ４ ウィーンフィルタ、 Ｓ３ 中央の面、 ＯＡ 光軸、 ５−８ 磁極片セグメント、 ９−１２ 絶縁器、 １３−１６ 磁極片、 １３ａ−１６ａ 磁極片端面、 １３ｓ−１６ｓ マグネットコイル、 １７−２０ 孔部、 ２１，２２，２４ 電気絶縁器、 ２３ 保護プレート、 ２５ 磁気保護プレート、 ２６，２７ 電気および磁気保護プレート、 Ｅ 電界、 Ｂ 磁界、 Ｐ１ 物点、 Ｐ２ Ｐ１の共役点、 ｘα，ｙβ，ｘγ，ｙδ 基本パス、 ｘκ，ｙκ 分散
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子用モノクロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の低電圧電子顕微鏡では、殊に色の不鮮明さ、例えば１次の軸上色収差により、達成可能な解像度が１ｋｅＶの電子エネルギーに対して約３ｎｍに限定されてしまう。ここでは対物レンズのガウス像面における色収差円板の直径ｄは、色収差定数ＣＦと、ガウス像面における電子ビームのアパーチャαと、この電子ビームの相対的なエネルギー幅δＥ／Ｅとの積から表される。
【０００３】
色収差定数は、使用した回転対称電子レンズにおいて、シェルツァーの定理（Scherzerschen Theorem）に起因して原理的にゼロではなく、また電子は、放射過程と、Boersch効果（Boerscheffekt）、すなわち確率的なクローン相互作用による変則的なエネルギー分布とに起因して単色ではないため、相対的なエネルギーバンド幅はつねにゼロでない。最適化された対物レンズと、電子源としてジルコニウム酸化物−タングステン−ショットキー−エミッタとを有する今日の低電圧ラスタ電子顕微鏡については、１ｋｅＶのエネルギーを有する電子に対して、かつ２ｍｍの作業距離において色収差定数はほぼ１．５ｍｍである。エネルギー幅δＥは、ビーム流に依存して１ｅＶまで約０．５である。
【０００４】
色収差定数のさらなる最小化はまったく不可能であるため、解像度をさらに上げるために４極形レンズ系かまたは静電ミラーからなる色収差補正器を使用することがすでに公知である。構造が通常、極めて複雑である色収差補正器とは択一的なものとして、モノクロメータを使用して、後続の電子光学結像系によって処理される電子ビームのエネルギー幅を低減することが考えられ得る。
【０００５】
比較的簡単な構造を有するモノクロメータとして回転対称静電フィルタレンズが公知であり、この静電フィルタレンズでは粒子の拡散方向に向けられた静電界によって粒子が濾波され、ここでこの粒子の運動エネルギーは静電的な電位差によって決まるエネルギーを下回る。しかしながらこのような静電フィルタレンズは、電子ビームの指向性ビーム値（Richtstrahlwert）が大きく劣化してしまうという欠点を有する。
【０００６】
さらに、曲がった光軸を有する静電モノクロメータはすでに提案されている。しかしながら曲がった光軸を有する系は通例、調整が困難である。
【０００７】
さらに荷電粒子用モノクロメータとしてウィーンフィルタが公知であり、ここでは、静電双極子の場と、磁気双極子の場とが互いに垂直に重なり合って配置されている。Journal of Physicsの論文E: Scienfique Instruments Volume 3 (1970)、第１２１頁以下から、相前後して配置された２つのウィーンフィルタを使用することがすでに公知であり、ここではビームの通過するプローブがこれらの２つのウィーンフィルタの間に配置されている。ここで第２のウィーンフィルタは、このプローブの電子−エネルギー損失スペクトルを形成するエネルギー分析器として使用される。所定の方向、すなわち静電場の方向におけるウィーンフィルタの集束効果を補償するため、ここではこれらのウィーンフィルタは２つの４極形レンズの間に配置されている。
【０００８】
Institute of Physics Conferencesシリーズ番号１６５，シンポジウム６，第２１７〜２１８頁に発表された、Tanakaその他による比較的新しい会議寄稿論文には別のモノクロメータが提案されており、これは相前後して接続された２つのウィーンフィルタから構成される。ここではエネルギーの選択は、２つのウィーンフィルタの中央で行われる。ここでは第２のウィーンフィルタは、第１のウィーンフィルタによって形成された非点収差の結像を相殺するために使用される。
【０００９】
同じ会議における同じ著者の別の会議寄稿論文（上記の巻、第２１１および２１２頁に発表されている）にはさらにウィーンフィルタの構造が記載されており、ここでは静電電極の表面も、磁気双極子の磁極片の表面も共に円筒面として構成されており、これによって光軸からの間隔が大きくてもウィーン条件が保持される。
【非特許文献１】Journal of Physicsの論文E: Scienfique Instruments Volume 3 (1970)、第１２１頁以下
【非特許文献２】Tanaka, Institute of Physics Conferences寄稿論文 シリーズ番号１６５，シンポジウム６，第２１７〜２１８頁
【非特許文献３】Tanaka, Institute of Physics Conferences寄稿論文 シリーズ番号１６５，シンポジウム６，第２１１および２１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、簡単な構造を有するモノクロメータを提案して、このモノクロメータが簡単に調整でき、かつ濾波された粒子ビームの指向性ビーム値に不利な影響を有しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、本発明により、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有するモノクロメータによって解決される。
【００１２】
本発明の有利な実施例は従属請求項の特徴部分に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１様相では、モノクロメータは、複数のウィーンフィルタ、有利には相前後して直列に接続された４つのウィーンフィルタを有しており、ここでこれらのうちの一部が、絶対値で９０°の回動角で光軸の周りに別のウィーンフィルタに対して回動している。ウィーンフィルタを互いに回動させて配置することによって、ウィーンフィルタの一部、有利には外側の２つにより非点収差の結像が１方向に行なわれ、かつ別のウィーンフィルタ、有利には中央のウィーンフィルタにより非点収差の結像が上記の方向に垂直な方向に行なわれるようにする。これにより全体としてスチグマチックな結像が達成される。本発明のこの第１様相によればモノクロメータそれ自体がスチグマチックに結像できるため、スチグマチックな結像のために別の素子、例えば、付加的な４極子は不要である。
【００１４】
ここでは外側のウィーンフィルタにおける場は互いに並列に配向すべきであり、中央のウィーンフィルタにおける場は互いに逆並列に配向すべきである。付加的に個々のウィーンフィルタの屈折力を選択して、このモノクロメータの２つの軸の基本パスのうちの１つが、このモノクロメータの中心面に関して対称であり、それに垂直な断面における軸の基本パスが、モノクロメータの中心面に関して非対称であるようにすべきである。これによりこのモノクロメータによって形成される結像が全体として分散を有しないようにすることができる。すなわちこの場合にエネルギーの変動によって画像は時間的に移動しない。
【００１５】
モノクロメータの中央には非点収差の中間画像が形成され、ここではエネルギー濾波をスリット絞りによって行うことが可能である。
【００１６】
全体としてスチグマチックな結像を行うため、外側のウィーンフィルタの屈折力を、内側のウィーンフィルタの屈折力よりも大きく選択すべきである。
【００１７】
拡散方向に直列に相前後して配置された１つまたは複数のウィーンフィルタを有する、本発明の第２様相では、１つまたは複数のウィーンフィルタの磁気双極子の磁極片と、１つまたは複数のウィーンフィルタ電気双極子の電極とを、共通な光軸の周りの９０°の回動角の回動に関して互いに対称になるように構成する。このためには電気双極子の電極を、磁気双極子の磁極片と同じ軟磁性材料から構成すべきである。磁気双極子と電気双極子とを互いに対称に構成することによって、磁気的および静電的なポテンシャル配分と、磁気的および静電的な場配分とが縦方向にも横方向にも等しくなるようにすることができる。
【００１８】
磁気的および静電的な双極子の場が周縁部においても対称であることによって、一方では結像エラーを回避することができる。また同時に、個々のウィーンフィルタの静電的な部分と磁気的な部分との対称に構成することにより、互いに回動した複数のウィーンフィルタを直列に配置する際に、作製技術上の利点が得られる。なぜならば互いに組み合わせるべき全ウィーンフィルタの電極および磁極片部分を単一の材料ブロックから作製することができるからであり、ここでこの材料ブロックには、第１の処理ステップにおいて中心の長手方向の孔が電子パスの貫通に対して設けられ、また別の長手方向の孔がのちの再組み立てに対して設けられる。つぎの第２のステップになってはじめて、互いに組み合わせるべき全ウィーンフィルタの電極および磁極片が作り出され、第３ステップになってはじめて、この材料ブロックが第１ステップで形成した孔に対して垂直に分解される。これに続くステップではつぎにコイルと電気的なコンタクト部とが取り付けられ、また絶縁部が個々の磁極片の間に取り付けられる。この場合に第１ステップで形成する組み立て孔により、のちの再組み立ての際に互いに対称な配置が保証されるのである。
【００１９】
ウィーンフィルタの周縁部においてもウィーン条件を正しく調整するため、磁極片および電極の相互に加工される面を同心の部分球面または同軸の部分円筒面として構成すべきである。しかしながら、磁極片および電極の相互に加工される面のこの同心の部分球面または同軸の部分円筒面を、多角形に構成されるそれぞれ平らな多数の面によって近似することも可能である。さらに各ウィーンフィルタの個々の磁極片は互いに電気的に絶縁すべきであり、かつウィーンフィルタ間の磁界のクロストークを阻止するために、個々のウィーンフィルタ間に透磁率の高い材料からなる絞りを配置すべきである。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の詳細を、図面に示した実施例に基づき詳しく説明する。
【００２１】
図１および２からわかるように本発明のモノクロメータは全部で４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４から構成されており、これらは共通の光軸ＯＡに沿って直列に配置されている。各ウィーンフィルタは、光軸ＯＡの周りの９０°の回動について対称に構成されている。すなわち各ウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４は、互いに垂直な２つの面Ｓ１，Ｓ２に関して対称である。各ウィーンフィルタは４つの磁極片セグメント５，６，７および８からなり、これらはそれぞれ互いに絶縁器９，１０，１１および１２によって電気的に絶縁されている。４つの磁極片セグメント５，６，７および８の各々は、光軸ＯＡの方向に伸びる磁極片１３，１４，１５および１６を有する。４つのすべての磁極片の、光軸ＯＡの方を向いた端面１３ａ，１４ａ，１５ａおよび１６ａは、光軸ＯＡに対して同軸な部分円筒面として構成されている。各磁極片１３，１４，１５および１６の周りには、１つずつの磁気コイル１３ｓ，１４ｓ，１５ｓおよび１６ｓが磁気双極場を形成するために配置されている。
【００２２】
ここで指摘しておきたいのは、個々のウィーンフィルタの全体構造は、光軸ＯＡの周りの９０°の回動に関して対称であることに起因して、構造の点から見て磁気４極子の構造に類似することである。しかしながら磁気４極子と異なり、本発明によるモノクロメータのウィーンフィルタでは、４極子場が形成されるのではなく純粋な双極場が形成されるのである。したがって対向する磁極片１３，１５ないしは１４，１６のコイル１３ｓ，１５ｓないしは１４ｓ，１６ｓは反対に励磁され、これによって互いに対向する磁極片端面１３ａ，１５ａないしは１４ａ，１６ａ磁気的なＮ極およびＳ極を形成する。ウィーンフィルタが駆動されて、例えば対向する２つの磁極片１３，１５が磁気的なＮ極およびＳ極を形成すると、これらに９０°回動して配置された２つの磁極片１４，１６は電気双極子に対する電極を形成する。このために、電極を形成するこの２つの磁極片１４，１６に接続されている磁極片セグメント６，８には、詳細に示していないコンタクトによって適切な電位が供給される。静電双極子の電極を形成する磁極片１４，１６の周りに配置されたコイル１４ｓ，１６ｓはこの動作モードでは実質的に不要である。しかしながらこれらのコイルによって必要時にこのウィーンフィルタを光軸ＯＡに対して９０°回動させて駆動させることができ、これにより、全部で４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４は同一の構造を有することができ、かつ電気的および磁気的なコンタクトの点だけから別個に制御できるのである。
【００２３】
図１にさらに示されているのは、孔１７，１８，１９および２０であり、これは複数のウィーンフィルタの直列構成を中心合わで組み合わせるために設けられている。
【００２４】
図２からわかるように全部で４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４は、その機械的な構造の点から見ると光軸の方向に中央平面Ｓ３に関して対称に配置されている。それぞれ隣り合うウィーンフィルタＷ１およびＷ２ないしはＷ３およびＷ４は互いに、電気的な絶縁器２１，導電性保護プレート２３および別の絶縁器２２の並びによってそれぞれ隔てられている。ここで保護プレート２３は、１ウィーンフィルタから隣り合う別のウィーンフィルタへの双極子磁場のクロストークも、静電双極子の場クロストークも共に阻止する。電気的な絶縁器２１，２２は短絡を阻止する。したがって保護プレート２３はフリンジ磁界絞りを形成し、導電性の軟磁性材料、すなわち透磁率が高く、導電率が高く、かつ残留磁気の少ない強磁性材料からなる。ここで透磁率は１００００以上とすべきである。有利な材料は、例えばVacuumschmelze社から"Mumetall"および"Vacoperm"の名称で製造され販売されている材料である。保護プレート２３は、これによって隣り合うウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４間の回動の影響を阻止する。ここでは必要に応じて２重のフリンジ磁界絞りを設けて、より高い保護効果を達成することも可能である。
【００２５】
ここでは導電性の軟磁性材料からなる別の電気絶縁部２４および磁気保護プレート２５が、このモノクロメータの２つの外側の周縁部にそれぞれ設けられており、これによってこのモノクロメータは、全体的に磁気的にも電気的にも、このモノクロメータが組み込まれる電子顕微鏡の残りのコンポーネントから絶縁ないしは保護される。
【００２６】
別の電気および磁気保護部２６，２７が付加的に中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の間に設けられている。ウィーンフィルタの中央の面Ｓ３には非点収差の中間画像が得られるため、この面ではエネルギー選択のためのスリット絞りを使用可能である。
【００２７】
光軸に対して垂直な断面において構造的に同じ構成になるのにもかかわらず、４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４の一部は光軸ＯＡの周りに絶対値で９０°回動されて駆動される。第１ウィーンフィルタＷ１において図２の図の面内にある磁極片１３ａ，１５ａが磁気双極子を形成し、かつ図の面の上または下にある磁極片１６ａ，１４ａが静電双極子を形成する場合、第１ウィーンフィルタに続く第２ウィーンフィルタＷ２は正確に９０°回動して制御される。すなわち第２ウィーンフィルタＷ２において図２の図の面内にある磁極片が静電双極子を形成し、かつ図２の図の面の手前または後ろにある磁極片が磁気双極子を形成するのである。中央の面Ｓ３に続くウィーンフィルタＷ３は、先行するウィーンフィルタＷ２とは正確に反対に駆動される。すなわちここでも図２の図の面にある磁極版は静電双極子の電極を形成し、かつ図の面の手前または後ろにある磁極片は磁気双極子を形成するのであるが、これは第２ウィーンフィルタＷ２とは逆の極性で行われるのである。つぎに第４ウィーンフィルタＷ４は再度第１ウィーンフィルタＷ１と同じように駆動される。
【００２８】
上記のことからわかるように、中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３は互いに非対称に、または外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４は互いに対称であり、内側の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３はそれぞれ、隣り合う外側のウィーンフィルタＷ１，Ｗ４に対して光軸ＯＡの周りに９０°回動している。
【００２９】
説明したウィーンフィルタの結像特性は、図３ａおよび３ｂによれば最も簡単に説明可能である。図３ａおよび３ｂでも同様に４つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４が、それぞれの電気的な場Ｅおよびそれぞれの磁気的な場Ｂと共に示されている。ここで図３ａでは、第１の断面ＸＺにおいて物点Ｐ１から送出される基本パスが示されている。ＸＺ平面におけるパス経過に対して外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４はそれぞれ集束し、これに対してこの断面において中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３は結像の特性を有しない。それは中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の磁界ＢはＸＺ平面にあり、これらの２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の静電場ＥはＸＺ平面に垂直であるからである。これに対して外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４だけにおいてローレンツ力と静電力とが結像を生じさせる。ここで外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４における場の強度は電子エネルギーに依存して選択され、これによってＸＺ平面で中央の面Ｓ３において非点収差の中間画像が得られるようにする。モノクロメータ全体の対称構造であることに起因して、最後のウィーンフィルタＷ４は、第１ウィーンフィルタＷ１とは対称的に中央の面Ｓ３に発生した中間画像をモノクロメータの後ろにある点Ｐ２に結像する。このために最後のウィーンフィルタＷ４の屈折力は、第１ウィーンフィルタＷ１の屈折力に等しく、そのために第１および最後のウィーンフィルタＷ１，Ｗ４は有利には光軸ＯＡの方向に同じ長さを有するのである。
【００３０】
図３ｂには同じ物点Ｐ１から送出されたビームが図３ａに垂直な面、すなわちＹＺ断面において示されている。このＹＺ電面では外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４は作用しない。それは静電場Ｅがこの断面に垂直であり、また磁場Ｂがこの断面内にあるからである。これに対してこの断面ＹＺでは中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３は、ローレンツ力および静電力とによって結像を生じさせる。ここで中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の強度は粒子エネルギーに依存して選択され、これにより物点Ｐ１から送出された粒子パスは、第２のウィーンフィルタＷ２から出射した後、したがって中央の面Ｓ３の領域において光軸ＯＡと平行に走行し、かつ第３のウィーンフィルタＷ３によって同じ点Ｐ２で焦点を結ぶようにされる。ここでは物点Ｐ１の結像もＸＺ断面において行われる。外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４と、２つの共役の点Ｐ１，Ｐ２との距離に対する、中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の距離からすでにわかるように、外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４の屈折力は、中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の屈折力よりも強く選択される。ここで中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の屈折力は、絶対値が等しい。したがって有利には２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３の長さも光軸ＯＡの方向に等しい。しかしながらこれは外側の２つのウィーンフィルタＷ１，Ｗ４よりも光軸ＯＡの方向により長くすることが可能である。
【００３１】
全部をまとめるとこのモノクロメータは全体としてスチグマチックに結像する。すなわち点Ｐ１はスチグマチックに点Ｐ２に結像されるのである。ここでＸＺ断面における倍率は＋１であり、ＹＺ断面において−１である。これは本発明のモノクロメータでは付加的な４極子レンズまたは個々のウィーンフィルタの４極子場部分なしに達成され、すなわち各ウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４はいわゆる均一なウィーンフィルタなのである。
【００３２】
図４では、基本パスｘα，ｙβ，ｘγおよびｙδ、ならびにｘ方向おける分散ｘκおよびｙ方向における分散ｙκが上記のモノクロメータに対して示されている。ここでこれらの基本パスは、いわゆるＳＣＯＦＦ近似（Sharp Cut-Off Fringing Field）において計算されている。ここでは、４つのすべてのウィーンフィルタＷ１，Ｗ２，Ｗ３およびＷ４に対して２０ｍｍの有効な場の長さ、また外側のウィーンフィルタと、隣り合う内側のウィーンフィルタとの間のそれぞれの間隔に対しては５ｍｍの間隔、さらに中央の２つのウィーンフィルタＷ２，Ｗ３間の間隔に対しては２０ｍｍの間隔が前提とされている。図４からわかるように、基本パスｘαは中央の面Ｓ３に関して非対称であり、基本パスｙβはこの中央の面Ｓ３に関して対称である。
【００３３】
個々のウィーンフィルタの極性を相応に選択して、交差する場の極性が第１ウィーンフィルタＷ１および第４ウィーンフィルタＷ４において同じであるようにし、これに対して交差する場の極性が中央の２つのウィーンフィルタＷ２およびＷ３において互いに逆であるようにすることにより、このモノクロメータは全体として、また２つの断面において分散を有しない。これに対して中央の面Ｓ３では利用可能な分散がｘ方向ｘκにあり、また付加的に利用可能でない分散がｙ方向ｙκにある。ここではｘ方向における利用可能な分散ｘκは、ｙ方向における利用できない分散ｙκよりも優勢である（図４参照）。ｙ方向における分散ｙκが利用できないのは、エネルギー選択スリットを、非点収差の中間画像のために非点収差の中間画像線に平行に配向しなければならないからである。ｙ方向における分散ｙκにも起因して、中央の面Ｓ３に発生する複数の線像は、粒子のエネルギーに応じてｙ方向すなわち線方向に互いにずれる。しかしながら、スリット絞りのスリット長が十分に大きく選択されているか、またはスリット方向に異なるエネルギーに対して線像がスリット絞りにおいてずれている場合には、このことは障害ではない。
【００３４】
１０ｋｅＶの電子に対する、ｘ方向における１６．４ｍｍの分散ｘκから、ｅＶ当たり約１．６μｍの分散が中央の面Ｓ３で発生する。これは１０ｋｅＶの電子に対しては比較的大きい。エネルギー幅を０．２ｅＶに低減するためには３２０ｎｍのスリット幅が必要である。このようなスリット幅はマイクロマシンニングで簡単に作製可能である。１０ｋｅＶよりも小さなエネルギーを有する電子に対してこの分散は相応してより大きく、また同じエネルギー幅を達成するためには相応に大きなスリット幅で十分である。
【００３５】
このモノクロメータでは非点収差の中間画像と、別の実際の中間画像がないこととにより、関連するBoersch効果はこのモノクロメータでは予想されない。
【００３６】
この他にこのモノクロメータはつぎのように動作させることが可能である。すなわち物点Ｐ１およびそれと共役の像点Ｐ２が、このモノクロメータにおいて仮想的であり、かつスチグマチックであるように動作させることが可能である。
【００３７】
場および軸の基本パスが上記のように対称ないしは非対称であることによって、このモノクロメータには全体として２次の球面収差がない。エネルギー選択面すなわち中央の面におけるｘ方向の２次の球面収差は、必要に応じてウィーンフィルタの相応のヘキサポール部分または第２のヘキサポールによって補正することが可能である。相応するヘキサポールＨ１，Ｈ２は図３ａおよび３ｂに示されている。系全体の対称性を維持するために、これらのヘキサポールも同様に中央の面Ｓ３に関して対称に配置すべきである。
【００３８】
ウィーンフィルタ間のフリンジ磁界絞り２３，２７（図２）は、ピンホール絞りとして構成されており、かつ接地されているか、ないしはその電位は隣り合う２つのウィーンフィルタにおける静電気双極子の電極電位（ビーム電位）の平均値である。これらのフリンジ磁界絞りは、高い透磁率と残留磁気の少ない材料から構成すべきである。
【００３９】
本発明の補正器の４つの個別素子は、比較的簡単に作製可能である。４極子レンズまたは４極子部分を有する分散電子光学プリズムは不要である。光軸は直線のままであり、そのためこのモノクロメータは、仕上げられた状態で極めて簡単に動作させることも可能である。
【００４０】
４つのウィーンフィルタでは、交差した簡単な双極場だけ（したがって４極子部分はない）が形成されるため、これらの４つのウィーンフィルタの相互の調整および電子顕微鏡のレンズに対するこのモノクロメータ全体の調整は、影響を受けにくく簡単に行うことが可能である。
【００４１】
また図４に関して注意すべきであるのは、基本ビームのシミュレーションおよび計算時に、参照符号２８で示した箇所に、このモノクロメータの後置される対物レンズまたはコンデンサの主平面が配置されていることである。この箇所における基本ビームの計算は、このモノクロメータによって行われるのではなく、対物ないしはコンデンサレンズによって行われる。参照符号２８で示した箇所に対物ないしはコンデンサレンズがない場合には、この基本ビームは直線上に継続進行することになり、この場合にこのことから上記の対称性の特性が得られ、また分散がなくなる。分散がないことおよび対称性の特性から得られる利点は、対物またはコンデンサレンズを使用する際にももちろん維持される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるモノクロメータの、光軸に対して垂直な面における断面図である。
【図２】図１のモノクロメータの断面ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３ａ】１断面におけるモノクロメータの結像特性の概略図である。
【図３ｂ】図３ａの断面とは互いに垂直な断面におけるモノクロメータの結像特性の概略図である。
【図４】図１および２のモノクロメータにおける基本パスの線図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｗ１−Ｗ４ ウィーンフィルタ、 Ｓ３ 中央の面、 ＯＡ 光軸、 ５−８ 磁極片セグメント、 ９−１２ 絶縁器、 １３−１６ 磁極片、 １３ａ−１６ａ 磁極片端面、 １３ｓ−１６ｓ マグネットコイル、 １７−２０ 孔部、 ２１，２２，２４ 電気絶縁器、 ２３ 保護プレート、 ２５ 磁気保護プレート、 ２６，２７ 電気および磁気保護プレート、 Ｅ 電界、 Ｂ 磁界、 Ｐ１ 物点、 Ｐ２ Ｐ１の共役点、 ｘα，ｙβ，ｘγ，ｙδ 基本パス、 ｘκ，ｙκ 分散
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィーンフィルタ（Ｗ１〜Ｗ４）を有しており、
該ウィーンフィルタの磁気双極子の磁極片（１３，１５）と、該ウィーンフィルタの電気双極子とが、光軸を中心とした９０°の回動角の回動に関して互いに対称に構成されていることを特徴とする、
荷電粒子用モノクロメータ。
【請求項２】
磁気双極子の磁極片（１３，１５）も、電気双極子の電極（１４，１６）も共に軟磁性材料からなる、
請求項１に記載のモノクロメータ。
【請求項３】
電気的な絶縁部（９，１０，１１，１２）が、個々のウィーンフィルタの磁極片の間に設けられている、
請求項１または２に記載のモノクロメータ。
【請求項４】
ウィーンフィルタの磁極片および電極の相互に加工される面は、同心の部分球面または同軸の部分円筒面として構成されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のモノクロメータ。
【請求項５】
マグネットコイル（１３ｓ，１４ｓ，１５ｓ，１６ｓ）と電気的コンタクト部が設けられており、これにより制御を光軸（ＯＡ）の周りに９０°ステップで選択することによって、磁気および電気双極子の場の方向が回転可能である、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のモノクロメータ。
【請求項１】
ウィーンフィルタ（Ｗ１〜Ｗ４）を有しており、
該ウィーンフィルタの磁気双極子の磁極片（１３，１５）と、該ウィーンフィルタの電気双極子とが、光軸を中心とした９０°の回動角の回動に関して互いに対称に構成されていることを特徴とする、
荷電粒子用モノクロメータ。
【請求項２】
磁気双極子の磁極片（１３，１５）も、電気双極子の電極（１４，１６）も共に軟磁性材料からなる、
請求項１に記載のモノクロメータ。
【請求項３】
電気的な絶縁部（９，１０，１１，１２）が、個々のウィーンフィルタの磁極片の間に設けられている、
請求項１または２に記載のモノクロメータ。
【請求項４】
ウィーンフィルタの磁極片および電極の相互に加工される面は、同心の部分球面または同軸の部分円筒面として構成されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のモノクロメータ。
【請求項５】
マグネットコイル（１３ｓ，１４ｓ，１５ｓ，１６ｓ）と電気的コンタクト部が設けられており、これにより制御を光軸（ＯＡ）の周りに９０°ステップで選択することによって、磁気および電気双極子の場の方向が回転可能である、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のモノクロメータ。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【公開番号】特開２００８−９８１８４（Ｐ２００８−９８１８４Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３０８１２（Ｐ２００７−３３０８１２）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【分割の表示】特願２００１−３７８４０６（Ｐ２００１−３７８４０６）の分割
【原出願日】平成１３年１２月１２日（２００１．１２．１２）
【出願人】（５９８１１９０８３）エルエーオー エレクトローネンミクロスコーピー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【分割の表示】特願２００１−３７８４０６（Ｐ２００１−３７８４０６）の分割
【原出願日】平成１３年１２月１２日（２００１．１２．１２）
【出願人】（５９８１１９０８３）エルエーオー エレクトローネンミクロスコーピー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1)
【Ｆターム（参考）】
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