(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線対称に配置された少なくとも３個以上のマグネットからなり、これらマグネットにより、入射してきた電子のうち、特定のエネルギを持つ電子を出射させる結像型エネルギフィルタにおいて、
前記マグネットのうち、互いに線対称に配置された一対のマグネットをそれぞれ励磁するコイルを互いに直列に接続するとともに、この直列に接続した一対のコイルの端部を電源に接続し、更にこの直列に接続した一対のコイルに並列に可変抵抗からなるポテンショメータを接続するとともに、このポテンショメータの可動端子を前記コイルの直列接続部に接続して分流回路を形成したことを特徴とする結像型エネルギフィルタ歪補正装置。
【請求項２】
前記ポテンショメータを前記コイルに、過電流防止用の第１および第２固定固定抵抗を介して接続した特徴とする請求項１記載の結像型エネルギフィルタ歪補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも３個以上のマグネットが線対称に配置され、これらマグネットにより、入射してきた電子のうち、特定のエネルギを持つ電子を出射させる結像型エネルギフィルタの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子光学系にオメガ型エネルギフィルタを組み込んだ電子顕微鏡が開発されているが、この電子顕微鏡１は、図５に示すように電子銃２で発生した電子ｅのビームをコンデンサレンズ３および対物レンズ４を通して試料５に照射し、更に試料５を透過した透過ビームを、中間レンズ６、入力絞り７、スペクトロメータ８、スリット９および投影レンズ１０を通して蛍光板１１に、試料の観察像を投影するものである。
【０００３】
ところで、この電子顕微鏡１に組み込まれたオメガ型エネルギフィルタ１２には、入力絞り７と、スペクトロメータ８およびスリット９が含まれており、図６に示すように、このスペクトロメータ８は、４個の第１ないし第４マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4が入射側から出射側に向けてこれらの順に配置されて構成されている。これらの第１ないし第４マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4は、一対の第１および第４マグネットＭ1とＭ4、一対の第２および第３マグネットＭ2とＭ3が、それぞれ図６において上下線対称に配設されている。そして、スペクトロメータ８は、入射してきた電子ビームのうち、これらの第１ないし第４マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4を順に通過し得る特定のエネルギを持つ電子ｅのビームを入射ビームと同一直線上となるように出射させることにより、Ω字状の電子軌道を形成するようになっている。
【０００４】
このようなスペクトロメータ８においては、歪と非点収差の小さいスペクトロメータを得るために、４個の第１ないし第４マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4が完全に上下対称な磁場を発生する構造が求められるとともに、各マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4の電子光学的特性も上下対称となるように、各マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4の形状の詳細な設計が求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に各マグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4を加工し、かつ組み立てると、素材の不均質、加工誤差および組立誤差によって、スペクトロメータの構造は微小に上下対称とはならず、この微小な非対称性をどうしても避けることはできない。マグネットで作られる磁場の強さの上下対称性および機械的寸法誤差を補うための励磁電流は、ともに０.１％以下の精度が求められるが、この微小な非対称性により、マグネットのみではこの精度を達成することは難しい。このように、微小な非対称性が生じていると、その分、スペクトロメータ８は歪が生じるとともに非点収差が大きくなる。
【０００６】
そこで、微小な非対称性を補正するために、マグネットの数だけ電源を予め用意して励磁電流を個々に独立して制御することが考えられるが、歪と非点収差の様子を見ながら個々の電源を微小にバランス制御しなければならなく、制御が難しいばかりでなく、操作に手間がかかってしまう。しかも、これらの電源を完全にかつ独立して制御することは非現実的であるため、各電源を連動させるような回路構成にしなければならなく、回路構成が複雑となってしまう。更に、マグネットの数だけ電源を用意する必要があるので、部品点数が多くなり、コストが高くなる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、マグネットの微小な非対称性を補正するための電源の数を低減して、各電源間の連動制御を容易にしかつ回路構成を単純化することのできる結像型エネルギフィルタ歪補正装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、請求項１の発明は、線対称に配置された少なくとも３個以上のマグネットからなり、これらマグネットにより、入射してきた電子のうち、特定のエネルギを持つ電子を出射させる結像型エネルギフィルタにおいて、前記マグネットのうち、互いに線対称に配置された一対のマグネットをそれぞれ励磁するコイルを互いに直列に接続するとともに、この直列に接続した一対のコイルの端部を電源に接続し、更にこの直列に接続した一対のコイルに並列に可変抵抗からなるポテンショメータを接続するとともに、このポテンショメータの可動端子を前記コイルの直列接続部に接続して分流回路を形成したことを特徴としている。
また、請求項２の発明は、前記ポテンショメータを前記コイルに、過電流防止用の第１および第２固定固定抵抗を介して接続した特徴としている。
【０００９】
【作用】
このような構成をした本発明の結像型エネルギフィルタ歪補正装置においては、ポテンショメータの可変抵抗を変えることにより、各分流回路の各コイルに流れる電流の比が変化する。そして、電流の比が変化することにより、像の歪の大きさが変化すると同時にスペクトロメータに入射する電子の方向とスペクトロメータから出射する電子の方向との関係も変化するようになる。したがって、ポテンショメータの抵抗を変化させて電流の比をコントロールすることにより、像の歪を補正するとともに、出射方向を補正するという操作を繰り返すことにより、像の歪および出射方向がともに高精度に補正されるようになる。
【００１０】
これにより、マグネットの数より少ない数の電源を用いるだけで、像の歪の補正および出射方向の補正の両立が達成される。また、電源の数がマグネットの数より少ないことにより、電源のバランス制御が高精度にかつ簡単になり、しかも各電源間の連動を微小に制御する必要がなくなるとともに、回路構成が単純になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明にかかる結像型エネルギフィルタ歪補正装置の実施の形態の一例に用いられるスペクトロメータを示す図、図２はこのスペクトロメータにおける回路構成を示す図である。なお、前述の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。
【００１２】
図１に示すように、この例のスペクトロメータ８は、前述と同様に、一対のマグネットＭ1とＭ4、およびＭ2とＭ3の形状が、加工誤差を許容する範囲でそれぞれ線対称に形成されているとともに、マグネットＭ1,Ｍ2とＭ3,Ｍ4とが、Ω字状の電子軌道を形成するように線対称に配置されている。
【００１３】
図２に示すように、第１マグネットＭ1の間隙に磁場を発生させるためにこの第１マグネットＭ1を励磁する一対の第１および第２コイル１３,１４が直列に接続されて設けられているとともに、同様にして第４マグネットＭ4を励磁する一対の第３および第４コイル１５,１６が設けられている。これらの二対の第１ないし第４コイル１３,１４;１５,１６は、第２コイル１４の一端と第３コイル１５の一端とが接続されることにより互いに直列に接続されているとともに、第１コイル１３の一端と第４コイル１６の一端とが第１電源（ＰＳ）１７に接続されている。
【００１４】
また、可変抵抗を有する第１ポテンショメータ１８が第１電源１７に、二対の第１ないし第４コイル１３,１４;１５,１６に対して並列に接続されているとともに、この第１ポテンショメータ１８を挟んで過電流防止用の第１および第２固定抵抗１９,２０がそれぞれ第１ポテンショメータ１８と直列に接続されている。つまり、第１ポテンショメータ１８の一端が第１固定抵抗１９を介して第１コイル１３の一端に接続されているとともに、第１ポテンショメータ１８の他端が第２固定抵抗２０を介して第４コイル１６の一端に接続されている。
【００１５】
更に、第１ポテンショメータ１８の第１可動端子２１が第２コイル１４の一端と第３コイル１５の一端との接続部に接続されている。そして、これらの第１ポテンショメータ１８と第１および第２固定抵抗１９,２０とにより、第１および第２コイル１３,１４と第３および第４コイル１５,１６に流れる電流のバランスを調整する分流回路が構成されている。
【００１６】
一方、これらの二対の第１ないし第４コイル１３,１４;１５,１６、第１電源１７、第１ポテンショメータ１８、第１および第２固定抵抗１９,２０、第１可動端子２１と全く同じようにして、第２マグネットＭ2を励磁する一対の第５および第６コイル２２,２３、第２マグネットＭ3を励磁する一対の第７および第８コイル２４,２５、第２電源（ＰＳ）２６、第２ポテンショメータ２７、第３および第４固定抵抗２８,２９、第２可動端子３０がそれぞれ設けられている。そして、同様にこれらの第２ポテンショメータ２７と第３および第４固定抵抗２８,２９とにより、第５および第６コイル２２,２３と第７および第８コイル２４,２５に流れる電流のバランスを調整する分流回路が構成されている。
【００１７】
このように構成されたこの例のスペクトロメータ８においては、第１ポテンショメータ１８の第１可動端子２１を第１固定抵抗１９側に移動させると、第１マグネットＭ1の励磁電流が小さく、第４マグネットＭ4の励磁電流が大きくなり、また第１可動端子２１を第２固定抵抗２０側に移動させると、第１マグネットＭ1の励磁電流が大きく、第４マグネットＭ4の励磁電流が小さくなる。このように、第１ポテンショメ−タ１８の抵抗を変化させることにより、第１および第４マグネットＭ1,Ｍ4間の間隙に発生する磁場の強さのバランスが微小にコントロールされるようになる。また、同様に第２ポテンショメ−タ２７の抵抗を変化させることにより、第２および第３マグネットＭ2,Ｍ3間の間隙に発生する磁場の強さのバランスが微小にコントロールされる。
【００１８】
いま、直列接続された第１および第２コイル１３,１４の合抵抗をｒ1、直列接続された第３および第４コイル１５,１６の合抵抗をｒ2、第１ポテンショメータ１８の第１可動端子２１より第１固定抵抗１９側の抵抗と第１固定抵抗１９の抵抗との和をＲ1、第１ポテンショメータ１８の第１可動端子２１より第２固定抵抗２０側の抵抗と第２固定抵抗２０の抵抗との和をＲ2、第１および第２コイル１３,１４を流れる電流をＩ1、第３および第４コイル１５,１６を流れる電流をＩ2とすると、これらの電流Ｉ1,Ｉ2との比Ｉ1／Ｉ2は、
【００１９】
【数１】
0003691954.tif 000002
【００２０】
で与えられる。
ここで、ｒ1＝ｒ2＝１０Ω、第１ポテンショメータ１８の抵抗値＝１０００Ω、第１および第２固定抵抗１９,２０の抵抗値＝６００Ωとすると、第１ポテンショメータ１８の第１固定抵抗１９側の抵抗と第１固定抵抗１９の抵抗との和Ｒ1に対する磁場の強さがバランスする電流比Ｉ1／Ｉ2は、図３に示すように変化するようになる。
【００２１】
一方、同様にして第５および第６コイル２２,２３の合抵抗をｒ3、第７および第８コイル２４,２５の合抵抗をｒ4、第２ポテンショメータ２７の第２可動端子３０より第３固定抵抗２８側の抵抗と第３固定抵抗２８の抵抗との和をＲ3、第２ポテンショメータ２７の第２可動端子３０より第４固定抵抗２９側の抵抗と第４固定抵抗２９の抵抗との和をＲ4、第５および第６コイル２２,２３を流れる電流をＩ3、第７および第８コイル２４,２５を流れる電流をＩ4とすると、これらの電流Ｉ3,Ｉ4との比Ｉ3／Ｉ4は、
【００２２】
【数２】
0003691954.tif 000003
【００２３】
で与えられる。
そして、これらの電流比Ｉ1／Ｉ2およびＩ3／Ｉ4を変えることにより、像の歪の大きさが変化するようになるが、それと同時にスペクトロメータ８に入射する電子ｅの方向とスペクトロメータ８から出入射する電子ｅの方向との関係も変化するようになる。
【００２４】
像の歪を真円度（％）で表し、入射電子方向に対する出射電子方向の角度（ｍｒａｄ）とこの真円度（％）とは、各電流比Ｉ1／Ｉ2およびＩ3／Ｉ4をパラメータとして表すと、図４に示す関係となる。図４から明らかなように、比Ｉ1／Ｉ2は入射電子方向に対する出射電子方向の角度よりも真円度に対してより敏感に変化し、比Ｉ3／Ｉ4は真円度よりも入射電子方向に対する出射電子方向の角度に対してより敏感に変化することがわかる。
【００２５】
このことから、第１ポテンショメータ１８の抵抗を変化させて比Ｉ1／Ｉ2をコントロールすることにより、真円度つまり像の歪を補正し、また第２ポテンショメータ２７の抵抗を変化させて比Ｉ3／Ｉ4をコントロールすることにより、角度つまり非点収差を補正するという操作を繰り返せば、像の歪および非点収差をともに高精度に補正することができるようになる。こうして、４個のマグネットＭ1,Ｍ2,Ｍ3,Ｍ4に対して第１および第２電源１７,２６の２個の電源を用いるだけで、像の歪および非点収差の補正の両立が達成される。
【００２６】
しかも、この例の結像型エネルギフィルタ補正装置によれば、マグネットの数より少ない数の電源を用いるだけで、電源のバランス制御を高精度にかつ簡単に行うことができるとともに、各電源間の連動を微小に制御する必要がなくなる。
【００２７】
また、電源の数が少なくなるので、回路構成の単純化が達成できるとともに、コストを低減できる。
更に、スペクトロメータ８の歪補正が高精度に行うことができるようになるので、従来から用いられている偏向コイルを用いなくても、歪補正を行うことができる。
【００２８】
なお、電子ｅの加速電圧を変えたとき、あるいは結像モードを変えたときの電流バランスの最良値を自動的に切り換えるために、これらの最良値を記憶するための記憶装置および切換回路を設けることもできる。
【００２９】
また、前述の例では、本発明をΩ型のスペクトロメータ８に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、α型を始め、３個以上のマグネットを用いる結像型エネルギフィルタのスペクトロメータ８にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の結像型エネルギフィルタ歪補正装置によれば、マグネットの数より少ない数の電源を用いるだけで、像の歪の補正および非点収差の補正を高精度に行うことができる。
【００３１】
しかも、電源の数が少なくなることにより、電源のバランス制御を高精度にかつ簡単に行うことができるようになるとともに、各電源間の連動を微小に制御する必要がなくなる。
【００３２】
また、電源の数が少なくなるので、回路構成の単純化を図ることができ、コストを低減できる。
更に、スペクトロメータの歪補正を高精度に行うことができることから、従来から用いられている偏向コイルを用いなくても、歪補正を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明にかかる結像型エネルギフィルタ歪補正装置の実施の形態の一例に用いられるスペクトロメータを示す図である。
【図２】  この例のスペクトロメータにおける回路構成を示す図である。
【図３】  第１ポテンショメータ１８の第１固定抵抗１９側の抵抗と第１固定抵抗１９の抵抗との和Ｒ1と、コイルに流れる電流の比Ｉ1／Ｉ2Ｉとの関係を示す図である。
【図４】  入射電子方向に対する出射電子方向の角度と像の歪を表す真円度との関係を示す図である。
【図５】  電子光学系にオメガ型エネルギフィルタを組み込んだ従来の電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図６】  従来のオメガ型エネルギフィルタにおけるスペクトロメータの一例を示す図である。
【符号の説明】
８…スペクトロメータ、１２…オメガ型エネルギフィルタ、１３…第１コイル、１４…第２コイル、１５…第３コイル、１６…第４コイル、１７…第１電源（ＰＳ）、１８…第１ポテンショメータ、１９…第１固定抵抗、２０…第２固定抵抗、２１…第１可動端子、２２…第５コイル、２３…第６コイル、２４…第７コイル、２５…第８コイル、２６…第２電源（ＰＳ）、２７…第２ポテンショメータ、２８…第３固定抵抗、２９…第４固定抵抗、３０…第２可動端子、Ｍ1…第１マグネット、Ｍ2…第２マグネット、Ｍ3…第３マグネット、Ｍ4…第４マグネット
【図１】
0003691954.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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