(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段の多重磁極子レンズを直線状に組み合わせて荷電粒子ビームの収束特性を向上するレンズ系において、前記多段の多重磁極子レンズのヨークを１体で共用する構造となし、各多重磁極子レンズの間に磁気シールド部が前記ヨークに一体構造として設けられることを特徴とする多段多重磁極子レンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載の多段多重極子レンズ系において、前記多段の多重磁極子レンズの組み合わせは、２重磁極子、４重磁極子、６重磁極子の内のどれかの組み合わせであることを特徴とする多段多重磁極子レンズ系。
【請求項３】
請求項１に記載の多段多重極子レンズ系において、前記多重磁極子レンズの各多段多重磁極子が非磁性体物質によって等間隔に固定されたことを特徴とする多段多重磁極子レンズ系。
【請求項４】
請求項３に記載の多段多重極子レンズ系において、上記の多段多重磁極子レンズの中心部に荷電粒子が通過するための真空容器が備えられており、前記非磁性体物質が、電気的絶縁物であり、前記多重磁極子の各磁極子と前記真空容器が絶縁物を挟んだ構造とされることを特徴とする多段多重磁極子レンズ系。
【請求項５】
請求項４に記載の多段多重極子レンズ系において、前記真空容器に正電圧を印加し、荷電粒子がレンズ内で加速される機構を有することを特徴とする多段多重磁極子レンズ系。
【請求項６】
請求項４または５に記載の多段多重極子レンズ系において、前記の多段の多重磁極子レンズが前記真空容器との間に隙間を有し、荷電粒子ビームの軸に垂直な二次元方向に並行と傾斜の微動ができる機構を備えたことを特徴とする多段多重磁極子レンズ系。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の多段多重磁極子レンズが、電子顕微鏡の下部のエネルギー分析器の扇形磁極の入射側と出射側に設置されたことを特徴とする多段多重磁極子レンズ付き電子エネルギー分析器。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載の多段多重磁極子レンズが、電子顕微鏡の下部のエネルギー分析器の扇形磁極の入射側と出射側に設置された4重磁極子レンズと６重磁極子レンズの組み合わせであることを特徴とする電子エネルギー分析器。
【請求項９】
請求項１から５のいずれかに記載の多段多重磁極子レンズが電子顕微鏡の下部のエネルギー分析器の扇形磁極の入射側に２重磁極子レンズ、４重磁極子レンズおよび６重磁極子レンズの３段レンズ、出射側に4重磁極子レンズと６重磁極子レンズの２段レンズの組み合わせで設置されることを特徴とする電子エネルギー分析器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡用のエネルギーアナライザーに用いる多段多重磁極子レンズ系及びそれを用いた電子エネルギー分析器に係り、特に、試料の微小部の観察と元素分析を行う分析電子顕微鏡に使われる電子エネルギー分析器の収束特性を改善するのに適した多段多重磁極子レンズ系及びそれを用いた電子エネルギー分析器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子顕微鏡に扇形磁場のエネルギーアナライザーを取り付けて、試料を透過した電子のエネルギー分析をすることにより、試料の微小部の拡大像をより鮮明にしたり、元素分析や特定元素のマッピング像を得ることができる。この場合、従来は、エネルギー分散を大きくして分解能を向上するために、扇形磁場の前後に複数の４重磁極子レンズを設置している。その具体例は、例えば、米国特許４，７４３，７５６号,   PARALLEL  DETECTION   ELECTRON  ENERGY-LOSS   SPECTROMETER, （May, 10, １９８８）に開示されている。
【０００３】
また、２次収差を除去するためにさらに６重磁極子レンズを連結する場合がある。その具体例として、例えば、特開平１１−９６９５５号公報（９７，９，１９出願)に、平行検出形エネルギー損失分析器が開示されている。その構成を図６の（Ａ）、（Ｂ）に示す。扇形磁場の前後に、４重磁極子レンズと６重磁極子レンズを組み合わせて分散を拡大し収束するとともに、２次収差を除去する電子光学系である。１０は電子ビーム、１１は電子顕微鏡により作られたクロスオーバ、12は扇形磁場、１３は４重磁極子レンズ、１４は６重磁極子レンズ、１５は６重磁極子レンズ、１６は４重磁極子レンズ、１７は２重磁極子レンズ、１８はダイオードアレイ検知器である。
【０００４】
この構成の機能は、扇形磁場１２だけのエネルギー分散では不十分なので、磁場出射後に設置された４重磁極子レンズ(Q2)１６を働かせることにより、分散能を大きく変え、扇形磁場入り口の４重磁極子レンズ(Q1)１３でダイオードアレイ検知器に収束させる。しかしQ2で分散を拡大すると、ビームの広がり角に関わる２次収差が増大し分解能も低下するので、２段の６重磁極子レンズ（H1）１４と、（H2）１５を適正に作動することによりにより、これらの２次収差を除去して、エネルギー分解能を向上することができるが、４重磁極子レンズと６重磁極子レンズは中心軸が一致することが必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、構成が複雑になるに従い、実用面で種々の課題が発生する。すなわち、従来は、個々のレンズを組み立てて、中心に備えられた真空容器のパイプに沿って配置していた。また個々の多重磁極子は別々のヨークに組み込まれる構造であった。そのため、次のような課題があった。
【０００６】
▲１▼  個々の多重磁極子レンズ間の組み立て誤差により、それぞれの中心軸間にずれが生じ、そのために軸ずれ収差が発生する。
▲２▼  ヨークに組み込まれた個々の磁極子間の非対称性による組み立て誤差が生じ、収束性を低下させる可能性がある。
▲３▼  機械的な軸調整機構を付加する場合、個々の多重磁極子レンズを微動させる機構が必要になり、調整個所が多くなる。
▲４▼  部品点数が多く、組み立て誤差ばかりでなく、生産コストも高くなり、調整時間が多くなる。
【０００７】
本発明の目的は、以上の各課題を解決した多段多重磁極子レンズ系及びそれを用いた電子エネルギー分析器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多段の多重磁極子レンズを直線状に組み合わせて荷電粒子ビームの収束特性を向上するレンズ系において、上記の多段のレンズの磁路（ヨーク）が１体で共用する構造を有することを特徴とする。
本発明の他の特徴は、上記多段のレンズの磁路（ヨーク）が１体に構成された多段の多重極子レンズ系において、各多重磁極子レンズの間に磁気シールド部がレンズ磁路と一体構造を有することにある。
本発明の他の特徴は、上記多段のレンズの磁路（ヨーク）が１体に構成された多段多重極子レンズ系において、多重磁極子レンズが２重磁極子、４重磁極子、６重磁極子の内のどれかの組み合わせであることにある。
【０００９】
本発明の他の特徴は、上記多段多重磁極子レンズが、電子顕微鏡の下部のエネルギー分析器の扇形磁極の入射側と出射側に設置された多段多重磁極子レンズ付き電子エネルギー分析器にある。
本発明の他の特徴は、上記多段多重磁極子レンズが、電子顕微鏡の下部のエネルギー分析器の扇形磁極の入射側と出射側に設置された4重磁極子レンズと６重磁極子レンズの組み合わせである電子エネルギー分析器にある。
【００１０】
本発明によれば、複数の多重磁極子レンズ系を１つの磁路に組み込み、磁極子間の位置固定治具を絶縁材にしたことにより、前記各課題を解決した多段多重磁極子レンズ系及びそれを用いた電子エネルギー分析器を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多段多重磁極子レンズ系の実施の形態を説明する。
比較的近接して直列に並べる多重磁極子レンズ系を製作する場合は、ヨークを共通にすることができる。まず、複数の多重磁極子レンズが異なる磁場を形成する場合はそれぞれの場に他の場が重畳しないように磁気シールドが必要である。
【００１２】
共通のヨークに異なる多重磁極子、たとえば４重磁極子と６重磁極子と磁気シールドを一体に組み合わせた本発明の多段多重磁極子レンズ系の斜視図を図１に示す。また、その縦断面を図２に示す。図において、１は共通のヨーク、２は1段目の多重（４重）磁極子、3はその励磁コイル、4は磁気シールド部、５は2段目の多重（６重）磁極子、６はその励磁コイル、７、７’は磁極子の取り付けネジ、８は真空容器用パイプである。
【００１３】
共通ヨーク１は円筒形状を有しており、磁気シールド４が中心に穴の空いた竹の節状の一体構造である。それぞれの多重磁極子２，５と、それぞれの励磁用コイル３，６は、ヨークの側面に精度よく等間隔に空けられた穴に組み込まれ、磁極子の取り付けネジ７、７’によってヨークと固定される。レンズの中央には真空容器としてのパイプ８が設置され、真空排気系（省略）に接続され、その中を荷電粒子ビームが通過する構造になっている。
【００１４】
図２の断面図によれば、２段のレンズ系のヨーク１と磁気シールド４は１体構造になっている様子と、各磁極子がヨーク１の周りに空けた穴にネジ７、７’で取り付けられている構造が明示されている。
しかし、図１、図２の構成だけでは、各磁極子の組み立て精度は必ずしも十分には得られない。機械精度はビームが通過する再近傍で必要になるのでそれぞれの磁極子を等間隔にするための治具が有効である。
【００１５】
本発明の多重磁極子レンズにおいては、ヨークにコイルと磁極子を組み込んだ後、各磁極子の形状に形状を高精度で削り取った非磁性体（たとえばアルミや燐青銅など）の位置固定治具を組み込む。
【００１６】
真空容器のパイプ８には荷電粒子に対して加速電圧を印可して、扇形磁場によるエネルギー選択やスペクトルを取る機能を持たせる場合がある。一般に多重磁極子は接地電位で使用するので、真空パイプと磁極の間を電気絶縁する必要がある。この場合は放電を防止するために治具の材料を絶縁物（たとえば硬質樹脂）にする。
【００１７】
【実施例】
本発明の多重磁極子レンズの実施例として、４重磁極子レンズの横断面を図３に示す。９は磁極子間の位置固定治具、１０は荷電粒子ビームの位置である。従来のレンズは磁路１に磁極子２を取り付けるのみであったので、磁極子の先端の組み立て精度は十分ではなかったが、精密加工された位置固定治具９を加えることにより各磁極子間の取り付け精度は改善される。
【００１８】
図４に、本発明を平行検出形エネルギー分析器において実施した例を示す。１２は扇形磁石、１９は扇形磁場用分析管、２０は入り口側に設置された本発明の多段多重磁極子レンズ系、２１は出口側の多段多重極子レンズ系、、２２はビームの絞り機構、２３は真空容器パイプへの加速電圧の印加端子、２４、２５はそれぞれのレンズ系の位置微動調整用のネジ、２６,２７はレンズ収納ケース、２８はレンズ用電流端子である。多段多重磁極子レンズ系とレンズ収納ケースの間に微動範囲の空間を空けて、ケースに取り付けられた微動位置調性用ネジでレンズ系の位置を最適化することができる。
【００１９】
この微動位置調部分（出口側）の拡大図を、図５に示す。上部が真空容器で下部がレンズ収納容器と磁気シールドの機能を兼ねた鉄鋼製のレンズ収納ケース２６と、多段多重磁極子レンズ系２１はその収納ケースに取り付けられた８本の調整ネジ２５によってビーム１０に対する位置と角度が調整される。レンズ系は大気中にあるが、真空容器パイプ内８は上下のフランジ２９、３０によってＯリングを介して真空封じされる。
【００２０】
本発明の実施例の平行検出形エネルギー分析器によれば、直線状に並ぶ多重磁極子の磁路を共通にして、機械加工精度と組み立て精度を高め、ビームの軸にレンズ系の直線中心軸を合わせる機構を設けたため、個々のレンズの組み込み誤差を、共通の磁路に組み込むことにより、レンズ間の組み立て精度を高めることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、下記のような効果を有する、多段多重磁極子レンズ系及びそれを用いた電子エネルギー分析器が得られる。
１）  磁気シールド部と一体加工された共通ヨークに多段の多重磁極子レンズを組み込んだ場合は、ヨークの加工精度は１０ミクロンオーダなので、相互の取り付け精度は個々のレンズを組み立てるより改善される。
２）  ヨークの部品点数が1/3になる。
３）  多重磁極子に巻いているコイルの電流を変えることにより各レンズ場は独立に設定できるので、従来と変わらないレンズ機能が選られる。
４）  多重磁極子間の取り付け精度は、精密加工された位置固定治具９を追加することで改善される。
５）  特に、多重磁極子レンズ内の真空容器パイプ８に電圧を印可してビームを加速する場合は位置固定治具の材質を絶縁物（硬質樹脂など）にすることによりパイプと磁極子間の放電を防止することができる。
６）  一体構造のレンズ系全体を真空パイプに対して微動させる場合、従来個々に微動調整ていたが、一つの機構でレンズ系が微動調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した多段多重磁極子レンズ系の外観斜視図である。
【図２】  本発明を適用した多段多重磁極子レンズ系の縦断面図である。
【図３】  本発明の一実施例になる４重磁極子レンズの実施例の横断面図である。
【図４】  本発明の一実施例になるエネルギーアナライザーの縦断面図である。
【図５】  図４の実施例の微動調整機構の拡大図である。
【図６】  従来の２段4重磁極子レンズと６重磁極子レンズを組み合わせたエネルギーアナライザーの実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…共通のヨーク、２…1段目の多重磁極子レンズ、３…その励磁コイル、４…磁気シールド部、５…2段目の多重磁極子レンズ、６…その励磁コイル、７…磁極子の取り付けネジ、８…真空容器のパイプ、9…磁極間の位置固定治具、１０…ビームの位置、１１…ビームのクロスオーバ、１２…扇形磁場、１３…扇形磁場の入口側の４重磁極子レンズ、１４…入口側の６重磁極子レンズ、１５…出口側の６重磁極子レンズ、１６…出口側の４重磁極子レンズ、１７…入口側の２重磁極子レンズ、１８…ダイオードアレイ検出器、１９…扇形磁場用分析管、２０…入口側の多段多重磁極子レンズ系、２１…出口側の多段多重磁極子レンズ系、２２…ビーム絞り、２３…加速電圧印加端子、２４…入り口側のレンズ系軸微調用ネジ、２５…出口側のレンズ系軸微調用ネジ、２６…入り口側レンズ収納ケース、２７…出口側レンズ収納ケース、２８…レンズ系電流端子、２９,３０…真空シールフランジ。
【図１】
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【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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