(57)【要約】【課題】本発明は、電荷粒子のための画像生成型エネルギフィルタに関する。【解決手段】第１のエネルギ分析器（３０）の出口面（５）と第２のエネルギ分析器（４０）の前記入口面（６）との間には、トランスファレンズ手段（２０）が設けられている。これにより、サンプル（１）の表面（１´）の、検出器（１０）への、エネルギ濾過された、収差のない結像が可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子およびイオンのような電荷粒子のための画像生成型エネルギフィルタであって、少なくとも２つの、環状の、相前後して設けられたエネルギ分析器を具備し、少なくとも１つのエネルギ分析器は、入口面および出口面に、夫々絞りを有してなるエネルギフィルタにおいて、
前記第１のエネルギ分析器（３０，３０´，３０´´）の前記出口面（５）と前記第２のエネルギ分析器（４０，４０´，４０´´）の前記入口面（６）との間には、トランスファレンズ手段（２０）が設けられており、このトランスファレンズ手段は、負の横倍率ＶＬと、負の角倍率ＶＷと、角度γ＝β−１８０°分の画像の回転と、テレスコープ状のビームパスとを有し、ここで、夫々の偏向角Φは等しく、また、エネルギ分散面（３３，４３）は、互いに角度βだけ回転されていることを特徴とするエネルギフィルタ。
【請求項２】
前記トランスファレンズ手段（２０，２０´）は、このトランスファレンズ手段が、前記エネルギ分散面（３３）において、前記第１のエネルギ分析器（３０，３０´，３０´´）の前記出口面（５）にある中間画像ＺＢ１（２３）を、
【数１】
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角度γだけ回転させて、中間画像ＺＢ２（２４）として、前記第２のエネルギ分析器（４０，４０´，４０´´）の前記入口面（６）に投影するように、デザインされており、
但し、α１は、前記第１のエネルギ分析器（３０，３０´，３０´´）の前記出口面（５）からの電荷粒子の出口角であり、α２は、前記第２のエネルギ分析器（４０，４０´，４０´´）の前記入口面（６）への入口角であり、Ｅ１は、前記第１のエネルギ分析器（３０，３０´，３０´´）の前記出口面での電荷粒子の運動エネルギであり、Ｅ２は、前記第２のエネルギ分析器（４０，４０´，４０´´）の前記入口面における電荷粒子の運動エネルギであり、
前記トランスファレンズ手段（２０，２０´）における前記電荷粒子は、テレスコープ状のビームパスを通過することを特徴とする請求項１に記載のエネルギフィルタ。
【請求項３】
前記エネルギ分析器（３０，３０´，３０´´，４０，４０´，４０´´）および前記トランスファレンズ手段（２０）は、このトランスファレンズ手段の中心を中心として点対称に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギフィルタ。
【請求項４】
前記エネルギ分析器（３０，３０´，３０´´，４０，４０´，４０´´）は、異なったサイズを有することを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギフィルタ。
【請求項５】
前記エネルギ分析器は、球状セクタ（３０´，４０´）、半球形分析器（３０，４０）またはシリンダ状分析器（３０´´，４０´´）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載のエネルギフィルタ。
【請求項６】
前記半球形分析器（３０，４０）の前記エネルギ分散面（３３，４３）は、前記トランスファレンズ手段（２０）の軸（２００）を中心として、角度β＝１８０°だけ回転して設けられており、この結果、前記ビームパスはＳ字形の形状を有することを特徴とする請求項５に記載のエネルギフィルタ。
【請求項７】
前記トランスファレンズ手段（２０）は、少なくとも１つの静電筒レンズ（２１，２２）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載のエネルギフィルタ。
【請求項８】
前記トランスファレンズ手段（２０´）は、少なくとも１つの磁気レンズを有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載のエネルギフィルタ。
【請求項９】
前記トランスファレンズ手段（２０）は、少なくとも１つの多重極レンズ（１２１，１２２）を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載のエネルギフィルタ。
【請求項１０】
前記トランスファレンズ手段（２０）は、少なくとも２つのレンズ（２１，２１´）および（２２，２２´）を有すること、および前記第１のエネルギ分析器（３０，３０´，３０´´）の前記出口面（５）は、前記第１のレンズ（２１，２１´）の焦点に設けられており、前記第２のエネルギ分析器（４０，４０´，４０´´）の前記入口面（６）は前記第２のレンズ（２２，２２´）の焦点に設けられており、前記２つのレンズの距離は２Ｆであり、Ｆは前記レンズ（２１，２２，２１´，２２´）の焦点距離であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載のエネルギフィルタ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１に記載のエネルギフィルタの、電子顕微鏡のための使用。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１に記載のエネルギフィルタの、時間分解測定装置のための使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子およびイオンのような電荷粒子のための画像生成型エネルギフィルタであって、少なくとも２つの、環状の、相前後して設けられたエネルギ分析器を具備し、少なくとも１つのエネルギ分析器は、入口面および出口面に、夫々絞りを有してなるエネルギフィルタに関する。本発明はこのような画像生成型エネルギフィルタの使用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
入口面および出口面に設けられた絞りは、各々のエネルギ分散面に垂直に延びているスリット絞りまたは円形の絞りであってよい。
【０００３】
エネルギフィルタは、好ましくは結像型または画像生成型エネルギフィルタを意味する。画像生成型フィルタの使用が特に好都合であるのは、平行に加工される像フィールドが１００×１００より多い画素（ピクセル）を含む場合である。このとき、記録時間は、サンプルを順次にスキャンする分光計よりも著しく短くなる。
【０００４】
エネルギフィルタは、例えば、表面の定量的な元素分析のための最重要な方法の１つである光電子分光法で用いられる。高い空間分解（Ortsaufloesung）と光電子エネルギ分配との組合せは、分光顕微鏡検査法と呼ばれる。高い空間分解を達成するために、実質的に２つの異なった方法が用いられる。
【０００５】
第１の変更の実施の形態では、集束された光子ビームがサンプルの上をスキャンされ、かくて定められた発光点から来る光電子が、そのエネルギに基づいて分析される。
【０００６】
第２の方法では、光子ビームは、対物レンズの視角範囲を照らすためには、まさしく十分に集束される。発生された光電子の強度分布は、電子光学的に拡大されて結像される。
【０００７】
元素分布のまたは化学結合の図を導き出すことができるためには、光電子は、その運動エネルギに基づいて分析されねばならない。透過電子顕微鏡法に関しては、このことのために、種々の技術が開発された。ここではまた、実質的に２つの原理がある。
【０００８】
画像を生成するためにすべての電子を用いる顕微鏡がある。画像の一部分のスペクトルを生成するためには、電子の僅かな部分がエネルギ分析器を通過する。顕微鏡の他の部分は狭いエネルギ帯域のみを用いるが、そのためには、完全な画像をエネルギ分析器の中に運ぶ。
【０００９】
電子は、一定のエネルギを有する電子のみを通すことができる静電形または磁気式の装置によって濾過される。結果として生じるビームの強度は、サンプルの表面にある化学成分の濃度を反映する。この方法では、モノクロメータ内の通過際に、空間分解が低下してはならない。
【００１０】
一連のエネルギ分析器はこのような結像機能のために開発された。結像の質を必要としないエネルギ分析のためには、半球形分析器が、その良好な透過およびエネルギ分解の故に、市販の装置に大いに使用された。
【００１１】
静電エネルギ分析器の有り得る画像特性が、既に何年も前から、一般的な環状のフィールドを有する分析器に基づいて研究された（Ｂ・ヴァンベルク、Ｇ・エングダール、Ａ・スケラーモ、Imaging Properties of electrostatic Energy Analyzers with toroidal fields, J. Electron Spectr. Rel. Phenomen. 9(1976)
,111-127頁）。環状の電位に関しては、一方の方向における曲率半径は、この方向に垂直な方向とは異なる曲率半径である。半径間の１の比率を有する球形キャパシタは、特殊な場合として、この一般的な記述に含まれている。シリンダ状キャパシタは一方向のみに湾曲されており、半径間の比率は０である。例えば、Ｋ・ヨースト、Novel Design of a spherical spectrometer, J. Phys. E:Sci. Instr. 12, 1979,1006-1012頁に記載されるように、複数のフィール形態の間の移行が連続的に調整されることができる分光計がある。
【００１２】
EP 0293924 B1からは、半球状のデザインの球形分析器を有するエネルギフィルタを具備する電子顕微鏡が公知である。エネルギフィルタの結像の質を改善するためには、入口ギャップの前には、複雑なレンズ系が設けられていて、出来る限り垂直にぶつかる電子を発生させる。軌道の平均半径ｒ０＝ｘ０で始まる電子に関して、α０＝−α１が成り立つべきである。但し、α０は入口角であり、α１はエネルギフィルタからの出口角である。
【００１３】
これらの電子に関して、入口角は、電子のエネルギに関係なく、正確に出口角に伝送されると言われている。
【００１４】
この特性を利用するために、サンプルの、拡大された画像が、分析器の入口スリットに投影されるのではなく、分析器のスリット絞りの前に取り付けられたレンズの焦点に投影される。かくて、画像の位置が角度に変換される。入口のスリット絞りは、レンズの、画像側の焦点に置かれる。
【００１５】
分析器の出口スリットは所望のエネルギ範囲を選択する。分析器の後方にある他のレンズは、透過された角度画像から、今エネルギ濾過された位置画像を再構築する。この位置画像は更に拡大され、強度増幅器、例えばミクロチャネルプレートによって、スクリーンに見えるようにされることができる。
【００１６】
類似の装置を有する電子分光計は、EP 02 46 841 B1に記載されている。レンズ系が前置および後置された環状キャパシタ型のこのエネルギ分析器によって、２．５μｍまでの空間分解が達成される
しかし、この場合、式α１＝−α０が通常大凡の近似であることは無視された。Nucl. Instr. Methods A291 (1990)60-66頁に、入口角および出口角が、入口位置および出口位置に依ることが示されている。入口角および出口角が著しく異なるのは、入口位置および出口位置が異なる場合である。このとき、（ｔａｎα０）：ｘ０＝−（ｔａｎα１）：ｘ１が成り立つ。
【００１７】
収差は、画像フィールドの拡大と共に、すなわちｘ１とｘ０の間の有り得る相違と共に増大する。以下の例はこれらの収差の大きさを明示している。
【００１８】
４ｍｍの直径を有する視野の場合、例えばｘ０＝１２２ｍｍおよびｘ１＝１２６ｍｍであり、受入れ角度α０＝５°である場合、α１＝５．１６°の出射角が計算される。これは入射角からの３％の収差である。このことから、１００μｍの半径を有する視野の場合、画像フィールドの縁に３μｍの収差が生じる。
【００１９】
同じ入口位置を有するが、入口角は異なる電子に関しては、
【数２】
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【００２０】
に基づいて、異なった出口位置および異なった出口角が生じる。
【００２１】
このことは、例えば、T.Sagara等、Resolution improvements for hemispherical energy analyzers, Rev. Sci. Instr. 71,2000,4201-4207頁に記載されている。
【００２２】
他の例は、他の作動モードで、半球形分析器を利用する。ここでは、電位は、電子が、半径の２乗で増えるフィールドで、双曲線軌道に沿って移動するように選択されている。
【００２３】
US-Patent 5,185,524では、静電球形ミラー分析器が記載されている。電子はスリットを通って内球に入り、逆フィールドによって、内球を通って再度焦点に戻される。物体および画像は内球にある。
【００２４】
この装置の欠点はNucl. Instr. Methods 42, 1966, 71-76頁に記載されている。内球には、複数の大きなスリットがあり、これらのスリットは、ビームの横断面が小さい個所にはない。これらの個所に必要な球面ポテンシャル（sphaerisches Potential）を保証するために、この個所にはネットが取着される。フィールドの一部分のみがメッシュを通過することは、達成可能な空間分解能を限定する。ネットの各々のメッシュが小さな発散レンズである。ビームパスにネットを用いる他の欠点は、二次電子の発生である。この発生は背景の増大をもたらし、これにより、表示可能なコントラストを減じる。エネルギ選択性のギャップは複数の半球の間の電界にあって、調整のために接近することが難しい。外球に印加されるねばならない電圧は、従来の半球形分析器よりも著しく高い。
【００２５】
このデザインでは、前述の個所でのように、固有の収差がある。これらの収差は構造の二回対称に起因する。
【００２６】
DE 196 33 496 A1では、鏡面対称的に構成された、電子顕微鏡用のモノクロメータが記載されている。Ωの形のデザインは二次収差を回避し、三次収差も消える。選択されたデザインにとって、デザイン上の重要な基準は中間焦点の回避である。このことによって、小さい直径および高い電流密度を有する一次電子ビームを単色にすることができるようにすべきである。この要求は、機械的に複雑な解決をもたらす。デザインは、互いに非常に正確に調整されねばならない８つの環状セクタからなる。このことは、製造を非常にコストのかかるものにし、調整を非常に時間のかかるものにする。
【００２７】
DE 0 470 299 A1では、複数のモノクロメータの、類似の、鏡面対称的な配列が選択されている。この配列は、同様に、中間レンズではなく、真っ直ぐの接続管を有する。エネルギ選択性のスリットは対称面にある。ここでも、結像のための使用は提案されていない。
【００２８】
US 5,466,933からは、９０°の、相補的な、向かい合うセレクタ対からなるエネルギフィルタが公知である。これらのセレクタは、Ｓ字形を形成するように相対して設けられている。２つのセレクタの間には、開口絞りが設けられている。このエネルギフィルタによって、入って来る平行な電子ビームがセレクタの配列の出口に形成される。
【００２９】
複数の平行な電子ビームを用いるこの装置によって、コントラストの鮮明な結像がエネルギフィルタの出口に得られるが、出口に達する強度は極めて低い。強度の増大は、電子も０に等しくない入口角α０で入れることによって達成されることができるが、そのとき、画素のぼやけ従ってまたコントラストの減少が生じる。
【００３０】
WO 01/61725 A1では、電子ビームを平行に移動しかつエネルギ分析をする電子光学的な結像システムからなる結像ビームパスを有する透過電子顕微鏡が記載されている。透過電子顕微鏡は２つの球形のエネルギ分析器からなり、両者の間にレンズが挿入されている。このレンズは２つの分析器の焦点にある。このレンズの中心には、サンプルの中間画像またはサンプルの角度画像が位置している。視野レンズの場合には倍率がプラスであるので、第１のデフレクタの中の通過の際に生じる収差は修正されない。収差の修正の主張はこの公報では記述も議論もなされていない。
【００３１】
DE 30 14 785 A1では、複数の部分モノクロメータの間にスリット絞りの形の遅延形レンズを有する、電荷粒子用の二重モノクロメータが記載されている。従来可能であったよりも高い強度で、エネルギ分解能の損失なしに作動するモノクロメータが記載されている。システムの、画像特性を改善するレンズは記載されていない。US 4,742,223でも、スリット絞りが記載されている。システムの画像特性には立ち入らない。
【００３２】
US 5,448,063では、二次および三次の収差のみを補償する鏡面対称的な画像生成型エネルギフィルタが記載されている。この収差修正は、装置上の高いコストをかけて、追加の６重極場を用いることによってのみ、達成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明の課題は、最小限の収差を有し、高い空間分解能の際のコントラストの鮮明な結像および出口での高い強度を保証する画像生成型エネルギフィルタを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
この課題は、第１のエネルギ分析器の出口面と第２のエネルギ分析器の入口面との間には、トランスファレンズ手段が設けられており、このトランスファレンズ手段は、負の横倍率ＶＬおよび負の角倍率ＶＷ、角度γ＝β−１８０°分の画像の回転およびテレスコープ状のビームパスを有し、但し、各々の偏向角Φは等しく、エネルギ分散面（３３，４３）は互いに角度βだけ回転されていることを特徴とするエネルギフィルタによって解決される。
【００３５】
エネルギ分析器の回転はトランスファレンズ手段の軸を中心としてなされる。
【００３６】
「テレスコープ状のビームパス」とは、各々の平行な光線束が、入射角に従って、１つの平行な光線束に変換されてなるビームパスを意味する。角度γは反対の位置からの画像の回転を表わす。この反対の位置は、例えば静電形レンズによって達成される。
【００３７】
エネルギフィルタの利点は、第１のエネルギ分析器の入口面に垂直にぶつかる粒子ビームで作業がなされる必要は必ずしもないこと、すなわち、入口角α０が０に等しくなくてもよいことにあり、それ故に、エネルギフィルタの出口には、高い強度を有するコントラストの鮮明な画像が生成されることができる。第１のエネルギ分析器の出口で生じる収差、特に二次の収差が、トランスファレンズ手段によって、第２のエネルギ分析器の入口面へと変換される。それ故に、電荷粒子が第２のエネルギ分析器の中を通過する際に、これらの収差は完全に除去される。
【００３８】
エネルギフィルタの結像の質は、実質的にトランスファレンズ手段の質によってのみ限定される。
【００３９】
トランスファレンズ手段が、以下のようにデザインされていることは好ましい。すなわち、このトランスファレンズ手段は、エネルギ分散面において、第１のエネルギ分析器の出口面にある中間画像ＺＢ１を、
【数３】
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【００４０】
角度γ＝β−１８０°だけ回転させて、大きさＺＢ２の中間画像として、第２のエネルギ分析器の入口面に投影するようにである。但し、α１は、第１のエネルギ分析器の出口面からの電荷粒子の出口角であり、α２は、第２のエネルギ分析器の入口面での入口角であり、Ｅ１は、第１のエネルギ分析器の出口面での電荷粒子の運動エネルギであり、Ｅ２は、第２のエネルギ分析器の入口面における電荷粒子の運動エネルギであり、トランスファレンズ手段における電荷粒子は、テレスコープ状のビームパスを通過する。
【００４１】
静電トランスファレンズ手段に関しては、βは１８０°であり、ＶＬおよびＶＷは負である。磁気式のトランスファレンズ手段に関しては、ＶＬおよびＶＷは負である。画像の回転が生じることがある。それ故に、β≠１８０°が選択されねばならない。
【００４２】
エネルギ分析器およびトランスファレンズ手段が、トランスファレンズ手段の中心Ｚを中心として点対称的に設けられていることは好ましい。このことは、複数のエネルギ分析器が同一の大きさを有することおよびＶＬ＝−１およびＶＷ＝−１であることを意味する。
【００４３】
しかし、エネルギ分析器は異なった大きさを有してもよい。このことによって、準点対称的な配列が形成される。この配列では、ＶＷおよびＶＬは０より小さい。
【００４４】
ＶＷ＝ＶＬ＝−１は、半径およびパス・エネルギ（Pass-Energien）を互いに適切に調整することによって、設定されることができる。
【００４５】
本発明の枠内であれば、分析器のために如何なる種類の偏向フィールドが用いられようとも、それは基本的に自由である。永久にまたは電流によって発生されることができる磁界の他に、静電界の使用も特に好ましい。
【００４６】
環状のエネルギ分析器が、特に９０°より多い偏向角を有する球状セクタまたはシリンダ状分析器であることは好ましい。
【００４７】
Φ＝１８０°の偏向角を有する半球形分析器が特に好ましい。何故ならば、これらの半球形分析器が、その出口で、特に大きなエネルギ分散を有するからである。
【００４８】
粒子の位置エネルギが〜１／γであってなる球形フィールドでは、電荷粒子が、閉じた楕円軌道に沿って移動する。エネルギが異なりおよび角度が異なるにせよ一点で始まるすべての粒子が、３６０°の循環後に、正確に再度開始位置に達した。それ故に、出口に収差は生じない。このような閉じた球形分析器でなら、２つの半球の、エネルギ分散型の２つの面が、デフィニションに基づき、角度β＝０を形成するだろう。１８０°の回転後に、異なったエネルギを有する粒子が、互いに径方向の最大限度の間隔を有する。径方向のフィールドを妨げない開口がここに設けられるときは、所望のエネルギの粒子のみが通される。しかし、このような閉じた球形分析器では、例えば入射レンズおよび検出器またはトランスファレンズを収容するスペースがないであろう。
【００４９】
エネルギ分散面が角度βだけ回転されているように相対して設けられている２つの半球形分析器の場合、完全な球形分析器の諸特性が、トランスファレンズ手段の画像特性によって維持されることができる。それ故に、エネルギフィルタの出口には、同様に、収差のない画像が生じる。トランスファレンズ手段は、軌道が正確な結像をもって維持され、第１の半球形分析器の入射点のみが第２の半球形分析器の出射点から空間的に分離されることを引き起こす。
【００５０】
かくて、作用の面では、球形コンデンサが生じる。非相対論的粒子が、閉じられた周期的な楕円軌道を通過することは知られている。完全な循環後に、角度および位置が得られる。このことは、開始位置、入射角または電荷粒子のエネルギに関係ない。
【００５１】
半球形分析器のエネルギ分散面が、トランスファレンズ手段の軸を中心として、角度β＝１８０°だけ回転して設けられており、その結果、ビームパスはＳ字形の形状を有する。この配列は、特に簡単なトランスファレンズ手段が用いられることができるという利点を有する。
【００５２】
実際的な理由から、複数の分散面の間の角度βが、好ましくは５°ないし３５５°の、特に１５°ないし３４０°の角度範囲から選択される。
【００５３】
複数のエネルギ分析器は異なってデザインされていることができる。このことは、トランスファレンズ手段のデザインの際に、再度考慮されねばならない。横倍率および角倍率は、異なったエネルギ分析器の場合、例えば、異なったパス・エネルギの場合、第２のエネルギ分析器の入口面への中間画像の結像の際に、Ｅ１およびＥ２に適合させられねばならない。従って、トランスファレンズ手段のデザインでは、ラグランジェ・ヘルムホルツの式
【数４】
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【００５４】
を考慮しなければならない。
【００５５】
しかし、コストの観点からは、複数の同一のエネルギ分析器が用いられ、同一のパス・エネルギで作動されることが好都合である。この場合、トランスファレンズ手段の横倍率はＶＬ＝−１であり、トランスファレンズ手段の角倍率はＶＷ＝−１である。
【００５６】
トランスファレンズ手段が、少なくとも１つの静電レンズ、特に、静電筒レンズを有することは好ましい。このレンズは、特に２つの半球形分析器との関連で用いられ、半球形分析器の、エネルギ分散面は、角度β＝１８０°だけ相対して回転されて設けられている。
【００５７】
トランスファレンズ手段は、少なくとも１つの磁気レンズを有することができる。磁気レンズは、静電レンズよりも少ない収差を有するという利点を有する。従って、角βだけ回転して設けられたエネルギ分析器の故に、中間画像ＺＢ１が、同様に、角度γ＝β−１８０°だけ回転して投影されねばならないとき、磁気レンズが用いられるのは好ましい。
【００５８】
トランスファレンズ手段が少なくとも２つのレンズを有することは好ましい。
【００５９】
第１のエネルギ分析器の出口面が、第１のレンズの焦点に設けられており、第２のエネルギ分析器の入口面が、第２のレンズの焦点に設けられており、２つのレンズの距離が２Ｆであり、Ｆが２つのレンズの焦点距離であることは好都合である。
【００６０】
トランスファレンズ手段は、少なくとも１つの静電または磁気式の多重極レンズを有することもできる。多重極レンズは、結像が、多重極レンズによって、全く球面収差のなしに実現されることができるという利点を有する。多重極レンズは、２つのエネルギ分析器の間で、点対称的な構造が発生するように、設けられている。
【００６１】
利用の可能性は、エネルギフィルタが結像型の電子光学的システムの結像ビームパスに設けられていることを提案する。エネルギフィルタの課題は、エネルギフィルタの絞りの適切な調整によって、所定のエネルギの電子をビームパスから選択することにある。この場合、検査されるサンプルの中間画像、フーリエ変換される中間画像、または結像ビームパスの他の強度分布が、エネルギ分析器の入口スリットに送られるか否かは重要でない。エネルギフィルタの変化によって、このような電荷粒子のエネルギおよび検知されたビームパスのエネルギ幅が測定かつ変化される。
【００６２】
好ましい使用は、電子顕微鏡での使用である。この場合、エネルギフィルタは、物体から発せられたまたは後方散乱された電子の結像の際に、用いられる。これらの電子は、元来、高いエネルギ幅を有する。コントラストの改善は狭いエネルギ幅からの電子の使用によって、達成される。エネルギ窓の選択的な設定によって、連続的な所定の信号が選び出されかつ増幅され、他の信号はこれに比べて減じられることができる。所定の情報の適切な強調はかようにして可能である。
【００６３】
エネルギフィルタの他の好ましい使用は、時間分解される測定装置のための使用である。エネルギフィルタの利点は、第１のエネルギ分析器に生じる飛行時間（Flugzeit）の差も、トランスファレンズ手段によっておよび第２のエネルギ分析器の中の通過によって、除去されることである。
【００６４】
以下、本発明の典型的な実施の形態を、図面を参照して詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
図１には、２つの半球形分析器３０および４０を有し、両者の間にはトランスファレンズ手段２０が設けられてなるエネルギフィルタの略横断面が示されている。２つの半球形分析器３０，４０およびトランスファレンズ手段２０は、ビームパスが同一平面にあり、Ｓ字形の形状を有する。
【００６６】
装置全体はトランスファレンズ手段２０の中心Ｚに関して点対称であり、点対称は二回である。
【００６７】
この場合、電子は、第１の半球形分析器３０で、左カーブを通過し、トランスファレンズ手段２０の中の通過後に、第２の半球形分析器４０で右カーブを通過する。このことは、２つのエネルギ分析器の２つのエネルギ分散面３３，４３が互いに対し角度β＝１８０°だけ回転されていること（図４を参照）を意味する。
【００６８】
図１では、第１のおよび第２のエネルギ分析器における、電子の、中央のビームパス４および７のみが示されている。エネルギフィルタは画像特性を有し、二次のおよびそれより高い次の収差を回避する。
【００６９】
サンプル１の表面１´は、第１のレンズ系２から間隔ｇをあけている。レンズ系は、表面１´から出る電子を、第１の半球形分析器３０の入口面３に投影する。
【００７０】
物体距離ｇはレンズ系２の焦点距離と同じであってもよい。それ故に、焦点距離ｂは無限にほぼ等しい。この場合、第１のエネルギ分析器３０の入口面３が、レンズ系２の、画像側の焦点面に設けられていることは好ましい。
【００７１】
入口面３には、エネルギを規定する第１のスリット絞り２５がある。このスリット絞りは図面の面に直角方向に延びており、幅Ｂ１を有する（図３も参照せよ）。
【００７２】
半球形分析器３０は、スリット絞り２５を通って入る電子を、出口面５に収差をもって投影する。出口面には、幅Ｂ２の第２のスリット絞り２６がある。
【００７３】
電子が、種々の入口角α０で、入口面３にあるスリット絞り２５に入るので、電子は、第１のエネルギ分析器の偏向フィールドを離れる際に、同様に、種々の出口角α１で出る。
【００７４】
第２のスリット絞り２６は、図面の面に直角に延びている。スリット絞りには、非点収差の中間画像ＺＢ１２３の線焦点（Linienfokus）が位置している。エネルギ分散は図面の面においてなされる。この分散は、中央のビームパス４からの、エネルギ偏差に比例している値分の偏差を意味する。スリット幅Ｂ２（図３も参照せよ）を変えることによって、スリット絞り２６を通過する電子のエネルギ幅が選択的に調整または変化される。結果として、このエネルギ幅内にある電子のみが中間画像ＺＢ１２３に達する。結果として、電子ビームは単色である。
【００７５】
この出口面５にはトランスファレンズ手段２０が後置されている。トランスファレンズ手段は、２つの同一の収束レンズ２１および２２からなり、出口面５で発生された第１の中間画像２３を、逆の第２の中間画像ＺＢ２２４すなわちＶＬ＝−１として、第２のエネルギ分析器４０の入口面６に投影する。
【００７６】
トランスファレンズ手段２０は、中間画像ＺＢ１２３を反転して入口面６に投影するのみならず、角度も反転させる。それ故に、第２のエネルギ分析器４０の入口面６における入口角α２に関しては、α２＝−α１が成り立つ。
【００７７】
第２のエネルギ分析器４０では、中間画像ＺＢ１２３の非点収差の反転および第１のエネルギ分析器３０との対比での軌道のカーブの反転によって、収差が除去される。それ故に、出口面８には、エネルギ濾過された、スティグマチックな画像２９が生じる。この画像はレンズ系９によって検出器１０に投影されることができる。
【００７８】
この実施の形態では、第２のエネルギ分析器４０も、入口面６に幅Ｂ３を有するスリット絞り２７と、出口面８に幅Ｂ４を有するスリット絞り２８とを具備する。
【００７９】
サンプル１の表面１´または拡大または縮小された画像がレンズ系２の焦点距離の距離に位置決めされる場合に、レンズ系９も、出口面８からの焦点距離の距離に設けられており、検出器１０はレンズ系９の焦点距離の距離に設けられている。
【００８０】
このとき、実像の代わりに、回折画像が、２つのエネルギ分析器３０，４０の入口面および出口面にある。レンズ系２および９が非対称的に作動されるとき、エネルギフィルタを用いて、二次のおよびそれより高い次の収差を回避しつつ、サンプル１の回折画像が得られる。レンズ系が「非対称的に作動される」と言われるのは、レンズ系２によってサンプルの表面が入口面３に投射されて、レンズ系９が、中間画像２９がレンズ系９の焦点距離に位置しているように調整される場合、あるいは、逆に、レンズ系２が、サンプルの表面（またはその表面の中間画像）がレンズの焦点距離に位置しており、同時に、面８がレンズ系９によって検出器１０に鮮明に投影されるように、かように調整される場合である。
【００８１】
サンプルの回折画像は、このとき、レンズ系２によって入口面３に投射される。この回折画像はエネルギ濾過されて、出口面８に達する。そこから、回折画像はレンズ系９によって検出器１０に投影される。
【００８２】
図２には、トランスファレンズ手段２０にあるビームパスが略示されている。２つの、同一の、静電集光レンズ２１，２２は、Ｆ-２Ｆ-Ｆ配列を有する。但し、Ｆはレンズ２１，２２の焦点距離である。このレンズの配列に基づき、第１の中間画像ＺＢ１２３は横倍率ＶＬ＝−１で出口面５に投影され、光線束は角倍率ＶＷ＝−１で入口面６に第２の中間画像ＺＢ２２４として投影される。ビームパスは点対称でありかつテレスコープ状である。
【００８３】
他のレンズ、例えば電子光学式の円柱レンズが用いられるとき、角倍率および横倍率は非分散面で＋１であってもよい。
【００８４】
図３は、図１に略示されておりかつ３つの可能な電子軌道Ｅ０，Ｅ１およびＥ２を有する装置の可能な実施の形態を示している。エネルギ分散面の断面が示されている。
【００８５】
電子はサンプル１の表面１´から始まり、幅Ｂ１を有するスリット絞り２５を通って第１の半球形分析器３０に入る。半球形分析器では、インナー・シェル３１とアウター・シェル３２との間に、静電偏向フィールドが供給されている。
【００８６】
電子が、点Ｘ０で、スリット絞り２５を通って直角に入るとき、電子は軌道Ｅ０を描く。この軌道は第１のおよび第２の半球形分析器で、各々の半円形を描く。
【００８７】
軌道Ｅ０がトランスファレンズ手段２０の軸２００にぶつかるので、この軌道は、同様に、第２の半球形分析器４０のスリット絞り２７の点Ｘ０で投影され、第２の半球形分析器内で、点Ｚに点対称的に延びている軌道を通る。
【００８８】
軌道Ｅ１上の電子が、第１の半球形分析器３０のスリット絞り２５の点Ｘ１で、他のエネルギおよび入口角α０，１で始まり、他方、軌道Ｅ２の電子は点Ｘ１で入口角−α０，２で始まる。電子は第２のスリット絞り２６の点Ｘ２へ偏向され、電子は夫々に楕円軌道を描く。出口角はα１，１およびα１，２である。この実施の形態では、|α１，１|＝|α１，２|が選択された。
【００８９】
スリット絞り２６における第１の中間画像ＺＢ１の画素Ｘ０は、第２の中間画像ＺＢ２の画素として、横倍率−１および角倍率−１で、点Ｘ３の面６に投影される。従って、角度に関しては、α１，２＝−α２，２およびα１，１＝−α２，１が成り立つ。
【００９０】
第２のエネルギ分析器４０では、インナー・シェル４１とアウター・シェル４２との間に、同じ強さの静電偏向フィールドが存在する。それ故に、電子軌道Ｅ１およびＥ２は、第１のエネルギ分析器３０での楕円軌道に対応する楕円軌道を通過する。電子は、点Ｘ４で、同様に角度α０，１およびα０，２に対応する角度α３，１およびα３，２で出る。角度α１，１およびα１，２の偏向はエネルギ分析器４０の中の第２の通過によって補償される。点Ｘ４に関しても、Ｘ４＝Ｘ１が成り立つ。かくて、サンプル１のエネルギ濾過された画像が、スリット絞り２８の面に収差なしに得られる。
【００９１】
図４では、図３に示された実施の形態が斜視図で示されている。半球形分析器３０，４０には、エネルギ分散面３３および４３ならびにスリット絞り２５，２６，２７および２８が描かれている。第２の半球形分析器４０は、トランスファレンズ手段２０の、スリット絞り２７の中を延びている軸２００を中心として、角度β＝１８０°だけ回転して設けられている。
【００９２】
図５では、第２の半球形分析器４０が、スリット絞り２７の中を延びている軸２００を中心として、角度β＝９０°だけ回転して設けられてなる他の実施の形態が示されている。
【００９３】
図６では、図３に対応する実施の形態が示されている。半球形分析器２０，３０（３０，４０）の代わりに、インナー・シェル３１´，４１´およびアウター・シェル３２´，４２´を有する球状セクタ２０´，３０´（３０´，４０´）が用いられる。球状セクタの偏向角はΦ≦１８０°である。絞り２５，２６，２７の配列は、図３に示す配列とは、これらの絞りが球状セクタの入口面および出口面に設けられていない点で異なっている。この実施の形態も、点Ｚに関して二回点対称を示している。
【００９４】
図７では、図６に示した装置が、２つの他の環状セクタ５０ａおよび５０ｂだけ補足されている。環状セクタ５０ａは第１の球状セクタ３０´の手前に設けられており、環状セクタ５０ｂは第２の球状セクタ４０´の後方に設けられている。これらの追加的な環状セクタ５０ａおよび５０ｂは、それより高い次の収差を修正するために用いられる。
【００９５】
図８は、インナー・シェル３１´´，４１´´およびアウター・シェル３２´´，４２´´を有する２つのシリンダ状分析器３０´，４０´（３０´´，４０´´）およびトランスファレンズ手段２０からなるエネルギフィルタを示している。トランスファレンズ手段２０の軸２００は、シリンダ軸３４および４４に共線的にではなく、中央の軌道４´，７´の方向にシリンダ状分析器を通って延びている。シリンダ状分析器はシリンダ軸３４，４４と４２．３°の角度を形成する。
【００９６】
図９ａ，ｂは、球面収差およびコマ収差を回避するトランスファレンズ手段２０を示している。このことは、電気式および磁気式の筒レンズ（２１，２２）と２つの６重極レンズ１２１および１２２との組合せによって達成される。トランスファレンズ手段２０の軸２００は方向Ｚに対応する。
【００９７】
図９ａでは、６重極セグメントの、軸に垂直な断面が示されている。粒子への力Ｆは２つの隣接した電極の間の方向を変化させる。軸電位に関して、電極に電圧Ｕおよび−Ｕが交互に印加されている。
【００９８】
図９ｂでは、スイッチ・オフされた６重極１２１（破線）および励起された６重極１２２（実線）の場合の、ｘｙ断面（Schnitt）で軸に平行に入射する２つの電子の、軸から離れた軌道の進路が略示されている。軸に近い軌道は、６重極によっては、ほんの僅かしか影響を受けない。
【００９９】
６重極は、エネルギ分析器の出口面５および入口面６に位置している。
【０１００】
図１０は、図２の静電レンズに類似した磁気的なトランスファレンズ手段２０を、略図で示している。レンズ２２´および２１´の磁界はコイルによって生起される。静電トランスファレンズ手段との重要な相違は、角度γ分の画像の追加の回転である。但し、γは
【数５】
2006505898.tif 000006
【０１０１】
において画像の位置に関連している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】２つの半球形分析器を有するエネルギフィルタの略図を示している。
【図２】トランスファレンズ手段の略図を示している。
【図３】図１に示した装置の実施の形態を示している。
【図４】図３に示した実施の形態の斜視図を示している。
【図５】図４に示した実施の形態とは他の回転角度の点で異なる他の実施の形態を示している。
【図６】エネルギ分析器として球形セクタを有する他の実施の形態の略図を示している。
【図７】合計４つの環状セクタを有する他の実施の形態を示している。
【図８】シリンダ状分析器を有するエネルギフィルタを示している。
【図９ａ】複数の多重極レンズを有するトランスファレンズ手段を示している。
【図９ｂ】軸から離れた２つの電子のコースの略図を示している。
【図１０】磁気レンズを有するトランスファレンズ手段を示している。
【符号の説明】
【０１０３】
１  サンプル
１´  サンプルの表面
２  第１のレンズ系
３  入口面
４  第１のエネルギ分析器の中央のビームパス
４´  第１のエネルギ分析器の中央のビームパス
５  出口面
６  入口面
７  第２のエネルギ分析器の中央のビームパス
７´  第２のエネルギ分析器の中央のビームパス
８  出口面
９  レンズ系
１０  検出器
２０  トランスファレンズ手段
２０´  トランスファレンズ手段
２１  第１のトランスファレンズ
２１´  第１のトランスファレンズ
２２  第２のトランスファレンズ
２２´  第２のトランスファレンズ
２３  第１の中間画像
２４  第２の中間画像
２５  第１のスリット絞り
２６  第２のスリット絞り
２７  第３のスリット絞り
２８  第４のスリット絞り
２９  画像
３０  第１の環状のエネルギ分析器
３０´  第１の環状のエネルギ分析器
３０´´  第１の環状のエネルギ分析器
３１  インナー・シェル
３１´  インナー・シェル
３１´´  インナー・シェル
３２  アウター・シェル
３２´  アウター・シェル
３２´´  アウター・シェル
３３  エネルギ分散面
３４  軸
４０  第２の環状のエネルギ分析器
４０´  第２の環状のエネルギ分析器
４０´´  第２の環状のエネルギ分析器
４１  インナー・シェル
４１´  インナー・シェル
４１´´  インナー・シェル
４３  エネルギ分散面
４４  軸
５０ａ  環状セクタ
５０ｂ  環状セクタ
１２１  ６重極レンズ
１２２  ６重極レンズ
２００  トランスファレンズ手段の軸。
【図１】
2006505898.tif 000008
【図２】
2006505898.tif 000009
【図３】
2006505898.tif 000010
【図４】
2006505898.tif 000011
【図５】
2006505898.tif 000012
【図６】
2006505898.tif 000013
【図７】
2006505898.tif 000014
【図８】
2006505898.tif 000015
【図９ａ】
2006505898.tif 000016
【図９ｂ】
2006505898.tif 000017
【図１０】
2006505898.tif 000018
【国際調査報告】
2006505898.tif 000019
2006505898.tif 000020
2006505898.tif 000021
2006505898.tif 000022
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