(57)【要約】【課題】製造が容易なＳ型エネルギーフィルタを提供することを目的とする。【解決手段】第１乃至第４の磁界領域Ｆ１〜Ｆ４を有し、第２及び第３の磁界領域Ｆ２，Ｆ３の中間点Ｍに対して、磁界の分布及び電子ビームの軌跡が反対称となるものであって、前記１及び第３の磁界領域Ｆ１，Ｆ３をそれぞれ生成する第１及び第３の磁極Ｍ１、Ｍ３と、前記第２及び第４の磁界領域Ｆ２，Ｆ４をそれぞれ生成する第２及び第４の磁極Ｍ２，Ｍ４とは、それぞれ共通のアンペアターンＣ１，Ｃ２を有する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４以上の偶数の磁界領域を有し、所定点に対して磁界の分布が反対称となる磁界型エネルギーフィルタにおいて、
各磁界領域を生成する磁極の内、同極性の磁極については、共通のアンペアターンを用いること
を特徴とする磁界型エネルギーフィルタ。
【請求項２】
前記各磁極は、生成する磁界の強さに応じた間隙を有することを特徴とする請求項１記載の磁界型エネルギーフィルタ。
【請求項３】
第１乃至第４の磁界領域を有し、第２及び第３の磁界領域の中間点に対して、磁界の分布が反対称となる磁界型エネルギーフィルタにおいて、
前記１及び第３の磁界領域をそれぞれ生成する第１及び第３の磁極と、前記第２及び第４の磁界領域をそれぞれ生成する第２及び第４の磁極とについては、それぞれ共通のアンペアターンを用いること
を特徴とする請求項１記載の磁界型エネルギーフィルタ。
【請求項４】
前記第１及び第３の磁極と、前記第２及び第４の磁極とは、それぞれ異なった磁極の間隙を有することを特徴とする請求項３記載の磁界型エネルギーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の磁界領域を有し、所定のエネルギーを有する電子ビームを透過する磁界型エネルギーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子顕微鏡と接続して、微小部分のエネルギー分析をする電子線エネルギー損失分光装置（ＥＥＬＳ）が用いられている。現状では、ＥＥＬＳにおけるエネルギー分解能は、電子ビームのエネルギー幅で決められている。電界放射電子銃（ＦＥＧ）を用いた場合、電子ビームのエネルギー幅は、０．３〜０．７ｅＶ程度である。このため、さらに高いエネルギー分解能を得たい場合、エネルギー幅を狭くするためのモノクロメータが用いられる。
【０００３】
このモノクロメータとしては、従来はウィーンフィルタを用いたものが多かった。最近では静電型のオメガフィルタが提案されている。古くは、これらのモノクロメータは、エネルギー分散を大きく取るために、高電圧段に挿入して、電子ビームの電子を減速して用いられた。例えば、６０ｋＶの加速電圧を１００Ｖ〜２０Ｖ程度に減速して用いられていた。しかし、このような大きな減速比を用いることは、１００ｋＶ以下の加速電圧では可能であっても２００ｋＶあるいはそれ以上の多段加速が必要な加速電圧で使用する装置では、装置の巨大化が不可避で、実用性が小さくなる欠点があり、用いられたことはなかった。
【０００４】
そこで、電子を加速する前段へのモノクロメータの設置が提案されている。これは、電子銃の直後にモノクロメータを設定し、モノクロメータを透過した電子を加速するものである。
【０００５】
いずれの場合においても、モノクロメータは高電圧下に設置しなければならず、このため、モノクロメータに供給する電流・電圧及びそれらの制御回路も、高電圧下に設置しなければならず、装置は高価で巨大なものになる。モノクロメータに使用するエネルギーフィルタのエネルギー分散が十分大きければ、これをアース電位上において使用することができ、モノクロメータは、その全体の構造が簡素化される。エネルギー分散が大きなフィルターとしては、マンドリンフィルタが知られている。マンドリンフィルタは、２００ｋＶにおいて６μｍ／ｅＶというエネルギー分散を持ち、モノクロメータとして一応は使用可能なレベルである。例えば、電子銃内に静電オメガフィルタをモノクロメータとして設置し、マンドリンフィルタをエネルギーアナライザとして使用することができる。
【０００６】
このようなマンドリンフィルタ又はオメガフィルタは、入射電子ビームの光軸と出射電子ビームの光軸が一直線上にあり、鏡筒の中間に挿入されるのでインコラム型のエネルギーフィルタと称される。
【０００７】
同じくインコラム型のエネルギーフィルタとして、磁界領域によって電子ビームをＳ字状の軌道に偏向するＳ型エネルギーフィルタがある。Ｓ型エネルギーフィルタは、３００ｋＶにおいて６〜１０μｍ／ｅＶのエネルギー分散を有する。これは、マンドリンフィルタの倍程度のエネルギー分散である。
【０００８】
図４は、Ｓ型エネルギーフィルタを説明する図である。
【０００９】
Ｓ型エネルギーフィルタは、図示しない磁極によって生成された第１乃至第４の磁界領域Ｆ１〜Ｆ４を有している。第１乃至第４の磁界領域Ｆ１〜Ｆ４は、第２の磁界領域Ｆ２と第３の磁界領域Ｆ３の中間点Ｍに対して反対称に分布している。また、電子ビームの軌跡も、中間点Ｍに対し反対称である。
【００１０】
加速電圧３００ｋＶで使用する場合の一例を示すと、第１及び第４の磁界領域Ｆ１，Ｆ４を生成する磁極に磁束を供給するヨークには、極性は逆であるがそれぞれ３８５ＡＴのアンペアターンを用いる。また、第２の及び第３の磁界領域Ｆ２，Ｆ３を生成する磁極に磁束を供給するヨークには、極性は逆であるがそれぞれ１３４ＡＴのアンペアターンを用いる。なお、磁極の間隙はすべて１０ｍｍとした。この構成では３００ｋＶにおいて１０μｍ／ｅＶのエネルギー分散が得られる。このような大きいエネルギー分散は、第１及び第４の磁場Ｆ１，Ｆ４の半径に対し、第２及び第３の磁場Ｆ２，Ｆ３の半径が大きいことにも由来している。
【００１１】
Ｓ型エネルギーフィルタでは、第１乃至第４の磁界領域Ｆ１〜Ｆ４を生成する第１乃至第４の磁極は、電子ビームの光軸に対して両側に配置され、しかもこれらの配置は中間点Ｍについて１８０度の回転対称となっている。したがって、オメガフィルタ等の従来のエネルギーフィルタが光軸の片側だけに磁極を有していたことと比べると、入口（入射窓）と出口（出射窓）との距離を長くすることなく、電子ビームの経路を長くすることができる。
【００１２】
また、Ｓ型エネルギーフィルタにおいては、電子ビームの偏向角は、第１の磁界領域Ｆ１において略−１１０度、第２の磁界領域Ｆ２において略２５０度、第３の磁界領域Ｆ３において略−２５０度、第４の磁界領域Ｆ４において略１１０度であるので、偏向角の合計は略７２０度である。オメガフィルタにおける電子ビームの偏向角の合計は例えば５００度であるので、これに比べると偏向角の合計は１．４倍に達している。
【００１３】
さらに、Ｓ型エネルギーフィルタにおいては、エネルギーフィルタにおいて重要な対称性を崩すことなく、入射光軸と出射光軸をずらすことができる。すなわち、入射光軸と出射光軸を所定距離だけ離すことができる。このように入射光軸と出射光軸を離すことにより、電子顕微鏡の設計上の自由度が増すという利益がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、Ｓ型エネルギーフィルタは、実際に製造することは難しかった。Ｓ型エネルギーフィルタにおいて、第１乃至第４の磁界領域Ｆ１〜Ｆ４を実現するヨークやアンペアターン等の構成の製作が困難であった。すなわち、第１乃至第４の磁界領域Ｆ１〜Ｆ４は近接しているので、各磁界領域Ｆ１〜Ｆ４を生成する磁極に磁束を供給する各ヨークについてアンペアターンを巻くために必要な空間を確保することが困難であった。また、第１乃至第４の磁場Ｆ１〜Ｆ４は、交互に逆極性となるため、第１及び第４の磁場Ｆ１，Ｆ４、又は第２及び第３の磁場Ｆ２，Ｆ３に磁束を供給するヨークを共通にまとめることもできなかった。
【００１５】
本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、製造が容易なＳ型エネルギーフィルタを提供することを目的とする。
【００１６】
【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、本発明に係る磁界型エネルギーフィルタは、４以上の偶数の磁界領域を有し、所定点に対して磁界の分布が反対称となるものであって、各磁界領域を生成する磁極の内、同極性の磁極については、共通のアンペアターンを用いる。
【００１７】
好ましくは、前記同極性の磁極又はこれらの磁極に磁束を供給するヨークに、共通のアンペアターンを巻く。
【００１８】
好ましくは、前記アンペアターンは、コイルを巻く回数とこのコイルに流す電流の積である。
【００１９】
好ましくは、前記各磁極は、生成する磁界の強さに応じた間隙、すなわちギャップを有する。
【００２０】
好ましくは、前記磁界領域は、前記間隙に生成され、前記電子ビームの軌道はこの中にある。
【００２１】
好ましくは、第１乃至第４の磁界領域を有し、第２及び第３の磁界領域の中間点に対して、磁界の分布が反対称となるものであって、前記１及び第３の磁界領域をそれぞれ生成する第１及び第３の磁極と、前記第２及び第４の磁界領域をそれぞれ生成する第２及び第４の磁極とについては、それぞれ共通のアンペアターンを用いる。
【００２２】
好ましくは、前記第１及び第３の磁極、前記第２及び第４の磁極、又はこれらの磁極に磁束を供給するヨークに、それぞれ共通のアンペアターンを巻く。
【００２３】
好ましくは、前記第１及び第３の磁極と、前記第２及び第４の磁極とは、それぞれ異なった磁極の間隙を有する。
【００２４】
好ましくは、電子ビームの光軸に対して、左右両側に電子ビームを偏向する磁極を有する。
【００２５】
好ましくは、電子ビームの偏向角の絶対値の合計は、７２０度近傍である。
【００２６】
好ましくは、電子ビームの軌道の接線が入射ビーム又は出射光軸に平行になる位置は４箇所ある。
【００２７】
好ましくは、電子ビームの軌道の接線が入射ビーム又は出射光軸に直交する位置は４箇所ある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る磁界型エネルギーフィルタの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
本実施の形態の磁界型エネルギーフィルタは、第１乃至第４の磁界領域を有し、第２及び第３の磁界領域の中間点に対して磁界領域及び電子ビームの軌跡が反対称となるＳ型フィルターである。
【００３０】
また、本実施の形態のＳ型エネルギーフィルタは、入射電子ビームの光軸Ｌ１と出射電子ビームの光軸Ｌ２がずれた構成となっている。すなわち、これらの光軸Ｌ１，Ｌ２は、所定距離だけ離れている。
【００３１】
図１は、本実施の形態のＳ型エネルギーフィルタの磁極の構成を示す断面図である。
【００３２】
Ｓ型エネルギーフィルタは、第１の磁界領域Ｆ１を生成する磁極Ｍ１と、第２の磁界領域Ｆ２を生成する磁極Ｍ２１〜Ｍ２３と、第３の磁界領域Ｆ３を生成する磁極Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ３３と、第４の磁界領域を生成する磁極Ｍ４と、を有している。
【００３３】
光軸Ｌ１に沿ってＳ型エネルギーフィルタに入射した電子ビームは、磁極Ｍ１の生成する第１の磁界領域Ｆ１によって略−１１０度偏向され、さらに磁極Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３の生成する第２の磁界領域Ｆ２によって略２５０度偏向される。中間点Ｍを通過した電子ビームは、磁極Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ３３の生成する第３の磁界領域Ｆ３によって略−２５０度偏向され、さらに磁極Ｍ４の生成する第４の磁界領域Ｆ４によって１１０度偏向され、光軸Ｌ２に沿って出射される。
【００３４】
図２は、本実施の形態のＳ型エネルギーフィルタの磁極に磁束を供給するヨーク及びヨークに巻かれたアンペアターンの構成を示す断面図である。
【００３５】
本実施の形態のＳ型エネルギーフィルタは、第１の磁界領域Ｆ１を生成する磁極Ｍ１に磁束を供給する第１のヨークＹ１と、第２の磁界領域Ｆ２を生成する磁極Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３に磁束を供給する第２のヨークＹ２と、第３の磁界領域を生成する磁極Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ３３に磁束を供給する第３のヨークＹ３と、第４の磁界領域Ｆ４を生成する磁極Ｍ４に磁束を供給する第４のヨークＹ４と、を有している。
【００３６】
また、本実施の形態のＳ型エネルギーフィルタは、第１のヨークＹ１及び第３のヨークに共通に巻かれたアンペアターンＣ１と、第２のヨークＹ２及び第４のヨークＹ４に共通に巻かれたアンペアターンＣ２とを有している。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、同極性のヨークである第１及び第３のヨークＹ１，Ｙ３、第２及び第４のヨークＹ２，Ｙ４において、それぞれアンペアターンＣ１，Ｃ２を共通に巻くことにより、構成の簡易化を図っている。
【００３８】
これによって、各ヨークＹ１〜Ｙ４にそれぞれアンペアターンを巻く場合と比較すると、アンペアターンを巻く空間が節約される。したがって、本実施の形態によると、アンペアターンを巻く空間に余裕ができるので製造が容易になる。
【００３９】
図３は、本実施の形態のＳ型フィルタにおける磁極の間隙を示す断面図である。この断面図は、図１に示した磁極の配置において、切断線Ｌに沿って縦に切断したものである。
【００４０】
図には、第１の磁界領域Ｆ１を生成する磁極Ｍ１、第２の磁界領域Ｆ２を生成する磁極Ｆ２１、第３の磁界領域Ｆ３を生成する磁極Ｍ３１，Ｍ３２のそれぞれ一部が示されている。なお、実際には、各磁極の干渉を防ぐため、各磁界領域Ｆ１〜Ｆ３は、図示しないシールドによってそれぞれ遮蔽されている。
【００４１】
ここで、第１の磁界領域Ｆ１を生成する磁極Ｍ１の間隙ｄ１＝６ｍｍと、第３の磁界領域Ｆ３を生成する磁極Ｍ３２の間隙ｄ３＝１４ｍｍとは、それぞれ異なっている。磁極間の距離は、電子ビームが通過する位置で測定した。
【００４２】
このように、本実施の形態では、共通にアンペアターンを巻いた第１及び第３のヨークＹ１，Ｙ３からそれぞれ磁束を供給される磁極Ｍ１及びＭ３２において、磁極の間隙を適宜に設定することにより、第１及び第３の磁界領域Ｆ１，Ｆ３の強さをそれぞれ所望の強さに設定している。アンペアターンＣ２を共通に巻いた第２及び第４のヨークＹ２，Ｙ４によって磁束を供給される第２及び第４の磁界領域Ｆ２，Ｆ４についても同様である。
【００４３】
磁極の間隙は、例えば所望の磁界領域の強さが大きくなるほど小さくなるように設定する。ただし、磁界領域の強さは、間隙の大きさのみならず、磁極の形状にも依存する。
【００４４】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限られず、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて種々の形態で実現することができる。例えば、上述の実施の形態においては、第１乃至第４の４個の磁界領域を有するＳ型エネルギーフィルタを示したが、本発明はこれに限られず、例えば６個、８個など、４以上の偶数の磁界領域を有するＳ型エネルギーフィルタに適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
上述のように、本発明によると、製造が容易なＳ型エネルギーフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓ型エネルギーフィルタの磁極の配置を示す図である。
【図２】Ｓ型エネルギーフィルタのヨーク及びコイルの配置を示す図である。
【図３】磁極の間隙を説明する図である。
【図４】Ｓ型フィルタの概略的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｆ１〜Ｆ４　第１乃至第４の磁界領域
Ｌ１　電子ビームの入射光軸
Ｌ２　電子ビームの出射光軸
Ｍ　中間点
Ｍ１，Ｍ２１〜Ｍ２３，Ｍ３１〜Ｍ３３，Ｍ４　磁極
Ｙ１〜Ｙ４　第１乃至第４のヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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