CZ2001483A3 - Filtr energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Filtr energie elektronů je proveden s magnetickými vychylovacími oblastmi (3,23+28,31+36) a s jedním vedením paprsku v podstatě ve tvaru písmene w. Filtr energie obsahuje alespoň čtyři magnetické vychylovací oblasti (25,26,33,34), které jsou vždy od sebe odděleny přechodovými drahami v prostoru bez magnetického pole. Elektronový paprsek vychází ze zdroje (2) elektronů, a prochází prvními magnetickými čočkami (4a, 4b, 4c), goniometrie (5) umístěným v čočce (6) o jednom poli, dále druhými magnetickými čočkami (7, 8,9, 10), vedením ve tvaru písmene w. elektronovými čočkami (14, 15) na detektor (16). Celý filtr je přitom symetrický vůči střední rovině (M). Celkový vychylovací úhel v první a poslední vychylovací oblasti činí nejméně 135° a všechny vychylovací oblasti (3,23+28,31+36) společně způsobují vychýlení optické osy o úhel mezi 90° a 210®, s výhodou o úhel 180°. Filtr energie má velkou Helmholtzovou délku, která je větší než dvojnásobek střední hodnoty poloměru vychýlení ve vychylovacich oblastech.

* · φ φ · · φ · « · · · · Φ Φ Φφφ Φ φ Φ Φ · · · · · φ φ φ φ

ΦΦΦΦ ΦΦ φφ Φ «φ

Ol-3835-OO-Ma

Filtr energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi

Oblast techniky

Vynález se týká filtru energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi.

Dosavadní stav techniky

Zobrazovací filtry energie elektronů se používají u transmisních elektronových mikroskopů pro zlepšení kontrastu zobrazení objektů nebo difrakčních diagramů volbou elektronů určitého energetického rozsahu. Pomocí těchto filtračních systémů je rovněž možná registrace rozložení elementů a spekter ztrát energie.

Ze spisů DE 43 10 559, US 4,740,704 a US 4,760,261 jsou známé filtrační systémy, které jako disperzní elementy používají tři nebo čtyři homogenní nebo nehomogenní magnetická pole. Tyto filtry energie jsou přímohledné, to znamená, že optické osy drah dopadajících elektronů a drah vystupujících elektronů jsou navzájem koaxiální. Tyto přímohledné filtry energie mají výhodu v relativně jednoduché nastavitelnosti, protože celý zobrazovací systém před a za filtrem energie se může nejprve u vypnutého filtru energie předem nastavit. Tato výhoda je však vykoupena relativně velkou konstrukční výškou celého systému sestávajícího z elektronového mikroskopu a filtru energie, protože veškeré komponenty elektronové optiky jsou uspořádány v řadě v přímé optické ose. Z toho mohou vznikat, zejména při energii elektronů 200 keV a vyšší, a u filtrů potřebných při takové energii pro vysokou disperzi neboli rozklad, které jsou • · · ·»* · » «« ·· toto·· to* *

2* to to to · ···· to · to * ·· » » · · ··* ···· ·· *» · _>v »·* relativně velké a uspořádané vůči ose symetrie sloupce komponent elektronové optiky nesymetricky, problémy s mechanickou stabilitou.

Dále jsou například ze spisu US 4,851,670 známé filtry energie, které jako disperzní element obsahují jedinou usměrňovači neboli vychylovací oblast, která způsobuje vychýlení paprsku o 90°. Tento jediný disperzní usměrňovači element však vytváří relativně velké zobrazovací chyby, takže za tímto usměrňovacím elementem musí být zařazen velmi nákladný zobrazovací systém. Vychýlením optické osy prostřednictvím tohoto disperzního elementu o 90° a následným vodorovným průběhem optické osy za filtrem energie je sice možno konstrukční výšku snížit, avšak i u tohoto systému dochází rychle ke vzniku problému s mechanickou stabilitou, protože nákladný zobrazovací systém za filtrem energie způsobuje vlivem gravitace vznik příliš velkých momentů.

Ze spisu DE 198 38 600-A1 jsou známé další filtry energie elektronů, které rovněž vytvářejí odchýlení optické osy o 90° mezi vstupem filtru a výstupem filtru, které však v důsledku vícenásobného odchýlení paprsku do opačného směru mají symetrickou konstrukci vůči střední rovině. Touto symetrickou konstrukcí filtru energie je možno, jak známo, odstranit zobrazovací chyby uvnitř filtru energie, takže celkově vznikne lepší zobrazení. Avšak i u tohoto provedení způsobuje vodorovný průběh optické osy za výstupem filtru problémy s mechanickou stabilitou.

Úkolem vynálezu je vytvořit filtr energie, zejména pro elektronové mikroskopy, který umožní dosažení malé konstrukční výšky celého systému, sestávajícího z elektronového mikroskopu a filtru energie, a který způsobí co nejmenší problémy s mechanickou stabilitou. Dalším úkolem vynálezu je vytvořit filtr energie, u něhož φ » ♦ φ φ φφφφ φ φ φφφ «·««··· φ • φφφ · φ φφ · φφ ϊ

φ • •φ »··· ·· budou zobrazovací chyby způsobené elektronovou optikou co nejmenší.

Podstata vynálezu

Uvedený prvně jmenovaný úkol splňuje filtr energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi, u něhož podle vynálezu všechny vychylovací oblasti způsobují společně celkové odchýlení paprsku o úhel 90° až 210°.

Uvedený druhý úkol splňuje filtr energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi, které jsou uspořádány symetricky vůči střední rovině, přičemž podle vynálezu je Helmholtzova délka filtru energie větší než dvojnásobek střední hodnoty poloměrů vychýlení ve vychylovacích oblastech.

Výhodná provedení vynálezu vyplývají jak z kombinace obou těchto provedení, tak i ze znaků v závislých nárocích.

Filtr energie elektronů podle vynálezu má více magnetických vychylovacích oblastí, neboli oblastí pro usměrňování paprsku. Všechny čtyři vychylovací oblasti společně vytvářejí vychýlení, jehož hodnota je mezi 90° a 210°.

Celkovým vychýlením optické osy mezi vstupem filtru a výstupem filtru větším než 90° vznikne u optické osy probíhající před vstupem filtru svisle směrem dolů za výstupem filtru optická osa probíhající šikmo vzhůru. Touto šikmo vzhůru probíhající optickou osou za výstupem filtru se sníží momenty, vznikající v důsledku gravitace, působící na komponenty elektronové optiky uspořádané za výstupem filtru. Optimální mechanické stability se tedy potom φ

• φ φ

Φ • φ • ·Φ φ

dosáhne přirozeně tím, když optická osa probíhá za výstupem filtru opět svisle, takže filtr způsobuje celkově vychýlení paprsku o 180°, přičemž odchylky od průběhu optické osy o + 30° od svislého průběhu ovlivňují mechanickou stabilitu negativně jen nepatrně. Hranice maximálního možného vychýlení je dána tím, že detektor zařazený za filtrem energie nemůže ležet nad filtrem energie v dráze paprsku elektronového mikroskopu a dráha paprsku vystupujícího z filtru energie nesmí protínat dráhu paprsku vstupujícího do filtru energie.

Aby se kromě mechanické stability udržovala na nízké hodnotě i neodstranitelná zobrazovací chyba filtru energie způsobená komponentami elektronové optiky, měl by být filtr energie jednak vytvořen symetricky vůči střední rovině a jednak by současně měla Helmholtzova délka odpovídat alespoň dvojnásobku, s výhodou alespoň trojnásobku nebo dokonce alespoň pětinásobku, střední hodnoty poloměrů vychýlení ve vychylovacích oblastech. Helmholtzova délka je přitom vzdálenost mezi dvěma rovinami zobrazenými filtrem energie v zobrazovacím měřítku 1:1 ve vstupní oblasti filtru energie nebo před ní. Jedna z těchto obou rovin na vstupní straně, vstupní ohybová rovina, se přitom zobrazí disperzně v zobrazovacím měřítku 1:1 do takzvané disperzní roviny, a druhá z těchto obou rovin, vstupní obrazová rovina, se zobrazí achromaticky v zobrazovacím měřítku 1:1 do takzvané výstupní obrazové roviny.

Symetrickým vytvořením filtru energie zmizí, jak známo, část chyb 2. řádu filtru energie. Kombinací s Helmholtzovou délkou, která je ve srovnání s poloměry vychýlení - nebo se střední hodnotou poloměrů vychýlení při různých poloměrech vychýlení - uvnitř filtru energie dlouhá, vznikne uvnitř filtru energie malý průměr svazku, • · · · · • · 44*4 4 4 · • * 4 4 ♦♦♦·· 4 4 4 4 • · · *4« 444

4444 ·· « «· ««* čímž se opět dosáhne toho, že i neodstranitelné chyby zobrazení vyšších řádů zůstanou malé.

Helmholtzova délka, která odpovídá alespoň pětinásobku poloměru vychýlení nebo střední hodnotě poloměrů vychýlení, je přitom zvlášť vhodná pro elektronové mikroskopy s prohlížecí hlavou - při pohledu ve směru pohybu elektronů - před filtrem energie, protože Helmholtzova délka potom odpovídá přibližně obvyklé konstrukční délce prohlížecí hlavy, to znamená vzdálenosti poslední projekční čočky před prohlížecí hlavou a fluorescenčním stínítkem nebo detektorem.

S výhodou se v první vychylovací oblasti provede vychýlení paprsku o úhel, který je větší než 135°. Filtr energie má v důsledku malých délek drah v magnetickém poli, které jsou s tímto provedením spojeny, velmi vysokou disperzi.

Dále je výhodné, když první a poslední vychylovací oblast sestávají vždy ze dvou magnetických dílčích oblastí, které jsou od sebe odděleny přechodovou drahou, přičemž úhel vychýlení v první dílčí oblasti za vstupem filtru a v poslední dílčí oblasti před výstupem filtru odpovídá úhlu vychýlení obou středních dílčích oblastí. Současně by tato přechodová dráha mezi druhou dílčí oblastí první vychylovací oblasti a druhou vychylovací oblastí měla odpovídat přechodové dráze mezi první a druhou dílčí oblastí první vychylovací oblasti. Tím je možno ještě zvýšit symetrii dráhy paprsků v každé z obou navzájem symetrických polovin filtru energie, Tím vzniknou celkově přídavné průběhy paprsků blížící se ose, a tudíž menší chyby vyššího řádu.

Aby se dosáhlo vysoké míry symetrie, měly by být obě střední vychylovací oblasti od sebe odděleny přechodovou drahou, jejíž • · ·*· · » * * ··· «···** · * ···»·» * * * • · · · ·· * · * ··· délka odpovídá dvojnásobku vzdálenosti mezi vstupní ohybovou rovinou před filtrem energie a výstupním okrajem první vychylovací oblasti. Filtr energie má potom dvojitou symetrii, to znamená, že každá z obou navzájem symetrických polovin filtru energie je sama opět symetrická vůči střední rovině obou polovin, alespoň pokud se týká zaostřovacího účinku magnetických polí v magnetech . Protože zaostření vytvářené magnetickými poli je vždy čtvercem vychýlení vytvářeného příslušným magnetickým polem, je pro dvojitou symetrii filtru energie nevýznamné, když obě poloviny filtru energie samotné jsou opět symetrické až na různé znaménko vychýlení.

Aby se dosáhlo celkově vysoké disperze, neboli rozkladu, při současném kompaktním vedení paprsku, měl by být úhel vychýlení v každé z obou dílčích oblastí první vychylovací oblasti - a přirozeně i v obou k ní symetrických dílčích oblastech poslední vychylovací oblasti - větší nebo roven 90°. Úhel vychýlení v první dílčí oblasti první vychylovací oblasti má přitom hodnotu s výhodou dokonce mezi 110° a 120°, ideálně asi 115°. Kombinace vychýlení paprsku 115° v první dílčí oblasti s vychýlením 90° v druhé dílčí oblasti první vychylovací oblasti přitom poskytuje maximální disperzi. Další zvýšení úhlu vychýlení je možné jen s většími přechodovými drahami mezi oběma dílčími oblastmi první vychylovací oblasti, protože jinak mezi druhou vychylovací oblastí a komponentami elektronové optiky elektronového mikroskopu nastávají prostorové problémy s místem.

Podle zvlášť výhodného provedení je filtr energie celkově vytvořen jako teleskopický nebo kvazi teleskopický systém. Kvazi teleskopickým je filtr energie přitom tehdy, když poměr ohniskové vzdálenosti objektivu vůči Helmholtzově délce filtru energie přibližně odpovídá Číselné apertuře objektivu. Toho se dosáhne tehdy, když je Helmholtzova délka větší nebo rovna desetinásobku ’ ν·ν · v • * · · ♦ · k · ft * · · · 9 9999 9 9 9 * • · · » · k · · e ··· ·♦ ♦· · ·· ··· poloměru vychýlení nebo střední hodnotě poloměrů vychýlení. I tím, jak se ukázalo, je možno udržovat na malé hodnotě celkově vzniklé chyby zobrazení, protože chyby zobrazení vyšší než 2. řádu zůstávají malé.

Aby bylo možno celkově korigovat chyby zobrazení 2. řádu, je výhodné uspořádat v přechodových drahách mezi jednotlivými vychylovacími oblastmi a dílčími oblastmi vždy šestipóly, které jsou přirozeně uspořádány v obou symetrických polovinách filtru energie vůči sobě symetricky. Tyto šestipóly slouží ke korekci chyb zobrazení 2. řádu.

V Části vychylovacích oblastí má filtr energie podle vynálezu s výhodou nehomogenní magnetické pole.

Filtr energie zobrazuje rovinu na vstupní straně, vstupní ohybovou rovinu, disperzní do jedné volně přístupné roviny na výstupní straně, disperzní rovinu nebo selektivní rovinu. V rovině symetrie filtru energie přitom vznikne páskové ohnisko, to znamená obraz vstupní ohybové roviny zaostřený jen v jednom směru.

Protože filtr energie působí celkově jako teleskopický systém, měl by se při použití v transmisním elektronovém mikroskopu v od filtru odvrácené ohniskové rovině poslední elektronové čočky ležící před filtrem vytvářet reálný meziobraz objektu nebo zdroje - podle toho, zda má být zobrazen energeticky filtrovaný obraz objektu nebo ohybový diagram objektu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž

-WWW · • · · * » • · · · ···· · · · • · · · · · ··· · obr. 1 znázorňuje schematicky filtr energie podle vynálezu v kombinaci s transmisním elektronovým mikroskopem, obr. 2 ve zvětšeném měřítku filtr energie z obr. 1, obr. 3a a 3b základní dráhy uvnitř filtru energie z obr. 2 v rovině vyobrazení obr. 2 (obr. 3a) a v rovině kolmé k rovině vyobrazení obr, 2 (obr. 3b), obr. 3c disperzní dráhu ve filtru energie z obr. 2, obr. 4 schematicky další příkladné provedení filtru energie podle vynálezu, obr. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e základní dráhy ve filtru energie podle obr. 4 a obr. 6 řez filtrem energie s osmi vychylovacími oblastmi a úplnou dvojitou symetrií.

Příklady provedení vynálezu

Transmisní elektronový mikroskop, znázorněný na obr. 1, má celkově jedno vedení optické osy, které v podstatě odpovídá vedení tvaru velkého písmene J. V části předřazené filtru 3, energie - viděno ve směru postupu paprsku - má zobrazovací systém elektronové optiky téměř běžné provedení se zdrojem 2 elektronů a s vícestupňovým, s výhodou čtyřstupňovým, kondenzorem, sestávajícím ze tří jednotlivých magnetických čoček 4a. 4b, 4c a ze za nimi zařazené Čočky 6 o jednom poli kondenzoru objektivu. Pro snímání zkoumaného preparátu je ve výšce mezery pólového nástavce čočky 6 o jednom poli kondenzoru objektivu uspořádán goniometr 5.. Čočka 6 o jednom poli kondenzoru objektivu plní u tohoto uspořádání dvojí funkci, přičemž slouží jednak společně se třemi jednotlivými magnetickými čočkami, uspořádanými mezi zdrojem 2 elektronů a čočkou 6 o jednom poli kondenzoru objektivu, pro prosvětlení roviny preparátu a jednak současně jako objektiv pro zvětšené vyobrazení roviny preparátu.

b to ♦ to to to • · to * toto·· · to * to to to * to to toto to ·» toto·· ··

Za Čočkou 6 o jednom polí kondenzoru objektivu je uspořádán vícestupňový zobrazovací systém, sestávající s výhodou ze Čtyř jednotlivých magnetických čoček 7, 8., 9, 10. Tento zvětšující zobrazovací systém je přitom v činnosti tak, že se zobrazuje obraz zdroje 2 elektronů, přesněji řečeno přechod zdroje 2 elektronů, nebo rovina preparátu do vstupní ohybové roviny 12 filtru 3. energie. Filtr

3. energie zobrazuje tuto vstupní ohybovou rovinu 12 disperzně stigmaticky do selektivní roviny 13. Současně zobrazuje zobrazovací systém elektronové optiky buď přechod zdroje 2 elektronů (u ohybových diagramů objektů) nebo rovinu preparátu (pří energeticky filtrovaném zobrazení objektu) na nekonečno. Poslední reálný meziobraz preparátu v případě energeticky filtrovaného zobrazení objektu - popřípadě přechodu zdroje 2 elektronů v případě snímání ohybových diagramů objektů - před filtrem 3. energie proto vznikne v od filtru 3. energie odvrácené ohniskové rovině 11 poslední magnetické čočky 10 zobrazovacího systému elektronové optiky, uspořádané před filtrem 1 energie. Jinými slovy, podle požadovaného zvětšení se buzení poslední magnetické čočky 10 před filtrem 3. energie nastaví tak, aby se poslední meziobraz vytvořený podle polohy předřazeného zvětšujícího zobrazovacího systému, sestávajícího z magnetických čoček 7, 8, 9, shodoval s ohniskovou rovinou 11 poslední magnetické čočky 10 uspořádané před filtrem 1 energie.

Filtr 1 energie působí jako afokální, neboli bezohniskový, systém elektronové optiky, takže paprsky vstupující paralelně vystupují z filtru 1 energie opět paralelně, to znamená, že Helmholtzova délka filtru 3. energie je nekonečná. Filtr X energie přitom vychyluje optickou osu - kromě přídavných dalších mezilehlých vychýlení uvnitř filtru 3. energie - celkově o 180°, takže * * · · · · * · * »···· · · · • · · · « · *··· ·· výstupní optická osa Γ, vystupující z filtru 3. energie, je vůči vstupní optické ose 1 paralelně přesazena. Toto přesazení mezí vstupní optickou osou 1 a výstupní optickou osou Γ přitom činí s výhodou asi 0,6 až 1 m.

Ve směru výstupní optické osy 1/, směřující svisle vzhůru, jsou za výstupem filtru 3. energie uspořádány dvě další elektronové čočky

14. 15. kterými se na detektor 16 zobrazují volitelně buď v případě energeticky filtrovaného zobrazení objektu paprsky vystupující z filtru 1 energie nebo, v případě snímání ohybových diagramů objektů, se na detektor 16 zobrazí selektivní rovina 13. Detektor 16 je přitom vytvořen jako jednorozměrný nebo dvourozměrný detektor elektronů, takže je možno snímat i větší spektra.

Provedení filtru 1 energie je znázorněno ještě jednou na obr. 2 ve zvětšeném měřítku. Filtr 3 energie sestává celkově ze šesti sektorových magnetů 23. 24, 25. 26, 27, 28, vychylujících optickou osu paprsku elektronů, z nichž oba první sektorové magnety 23. 24 tvoří první vychylovací oblast, třetí sektorový magnet 25 tvoří druhou vychylovací oblast, Čtvrtý sektorový magnet 26 tvoří třetí vychylovací oblast a oba poslední sektorové magnety 27. 28 tvoří čtvrtou vychylovací oblast. Třetí a čtvrtá vychylovací oblast, sestávající ze sektorových magnetů 26. 27, 28. jsou přitom uspořádány zrcadlově symetricky k oběma prvním vychylovacím oblastem, sestávajícím ze sektorových magnetů 23. 24. 25, takže filtr

3. energie má celkově symetrické provedení vůči střední rovině M. V případě, že má být korigována pouze chyba otvoru v selektivní rovině 13 filtru 1 energie, mohou první a čtvrtá vychylovací oblast sestávat vždy jen z jediného sektorového magnetu. Pokud je žádoucí provést i korekci chyby zobrazení 2. řádu v obrazové rovině, neboli detektoru 16, je výhodné, jak je znázorněno na obr. 2, rozdělit první • · * * · · **» • * · * · ···· « · · k ···»·» « · a ···· ·· ·· · ·» ··· vychylovací oblast do dvou dílčích oblastí s vždy jedním odděleným sektorovým magnetem 23. 24 a přechodovou dráhou, ležící mezi nimi, v prostoru bez magnetického pole. V posledním případě je na základě symetrie filtru 3 energie samozřejmě nutno provést odpovídající oddělení čtvrté a poslední vychylovací oblasti do dvou sektorových magnetů 27. 28.

V přechodové dráze mezi oběma dílčími oblastmi první vychylovací oblasti jsou uspořádány šestipólové korektory Hl, H2. v přechodové dráze mezi druhou dílčí oblastí první vychylovací oblasti a druhou vychylovací oblastí jsou uspořádány dva další šestipólové korektory H3. H4, Tyto šestipólové korektory Hl. H2. H3. H4 slouží ke korekci zobrazovacích chyb 2. řádu v koncové obrazové rovině, neboli detektoru 16. Na základě symetrie vůči střední rovině M jsou mezi třetí vychylovací oblastí, tvořené sektorovým magnetem 26, a první dílčí oblastí poslední vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 27. uspořádány dva další šestipólové korektory H8, H9. Další Šestipólový korektor H5 je uspořádán mezi druhou vychylovací oblastí, tvořenou sektorovým magnetem 25. a třetí vychylovací oblastí tvořenou sektorovým magnetem 26 ve střední rovině M.

Přechodová dráha mezi výstupem z druhé dílčí oblasti první vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 24. a vstupem elektronového paprsku do druhé vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 25, je u filtru 3. energie na obr. 2 identická s přechodovou dráhou mezi oběma dílčími oblastmi, tvořenými sektorovými magnety 23. 24 první vychylovací oblasti. Kromě toho jsou současně identické vychylovací úhly φΐ v první dílčí oblasti, tvořené sektorovým magnetem 23. první vychylovací oblasti a v druhé vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 25.. Těmito oběma opatřeními vznikne další symetrizace. Vytvoření filtru «φφφ ·* ’ ▼ · w * φ φ φ · φ » energie mezi střední rovinou S3 ve druhé vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 25. kolmé k optické ose, a střední rovinou S4 první dílčí oblasti, tvořené sektorovým magnetem 23. první vychylovací oblasti, kolmé k optické ose, je proto zrcadlově symetrické vůči střední rovině Sl druhé dílčí oblasti, tvořené sektorovým magnetem 24, první vychylovací oblasti, kolmé k optické ose. Na základě symetrie celého filtru vůči střední rovině M vznikne samozřejmě analogická dílčí symetrie relativně vůči střední rovině S2 první dílčí oblasti, tvořené sektorovým magnetem 27, poslední vychylovací oblasti, kolmé k optické ose. Zbylé úseky v každé polovině filtru 3. energie mezi vstupní ohybovou rovinou a střední rovinou S4 první dílčí oblasti první vychylovací oblasti, jakož i mezi střední rovinou S3 druhé vychylovací oblasti a střední rovinou M se liší pouze z hlediska směrů vychýlení, avšak nikoli z hlediska velikosti vychýlení. Protože zaostření vytvořené magnetickými poli je čtvercem vychýlení, a tudíž na směru vychýlení nezávislé, vznikne pro průběhy drah celkem v první polovině filtru 3. energie navíc symetrie vůči střední rovině S1 druhé dílčí oblasti první vychylovací oblasti a v druhé polovině symetrie vůči střední rovině S2 první dílčí oblasti čtvrté vychylovací oblasti. Filtr 3. energie je proto - až na rozdíl ve směrech vychýlení - dvojitě symetrický. Touto přídavnou dílčí symetrií se společně s velkou Helmholtzovou délkou způsobí, že veškeré dráhy elektronů probíhají relativně blízko osy, takže chyby vyššího řádu zůstávají malé.

Bez šestiúpólových korektorů H1-H8 by u filtru 3. energie, znázorněného na obr. 2, bylo nutno znaménka a chybu otvoru 2. řádu v selektivní rovině 13 na obr. 1 korigovat. Přídavnými šestipólovými korektory H1-H8 je možno korigovat veškeré chyby druhého řádu jak v achromatické obrazové rovině, tak i v selektivní rovině 13.

• · * * · · · · * • · · · · ···· · · · · ···*·> · · · ··· ·· ·· · *· ···

Vzdálenost 2g mezi druhou vychylovací oblastí, tvořenou sektorovým magnetem 25. a třetí vychylovací oblastí, tvořenou sektorovým magnetem 26, má pro vytvoření symetrie hodnotu dvojnásobku vzdálenosti g mezi vstupní ohybovou rovinou 12 a vstupním okrajem první vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 23..

Výhodný příklad provedení filtru 3. energie podle obr. 2 má následující konstrukční data:

K1 = 0,7906 k2 = 0,7929 μΐ = 0,6123 μ2 = 0,6094 g = 0,5809 R a = 1,736 R D = 7,296 R/E0 s = 1,32 R A = 8,46 R.

Přitom k1 je normovaná bezrozměrová intenzita magnetického zaostření kolmo k rovině vyobrazení obr. 2 prvního sektorového magnetu 23, druhého sektorového magnetu 24, třetího sektorového magnetu 25. čtvrtého sektorového magnetu 26 a Šestého sektorového magnetu 28, μΐ je normovaná bezrozměrová intenzita magnetického zaostření kolmo k rovině vyobrazení obr. 2 druhého sektorového magnetu 24 a pátého sektorového magnetu 27. k2 je normovaná bezrozměrová intenzita magnetického zaostření v rovině vyobrazení obr. 2 prvního sektorového magnetu 23. třetího sektorového magnetu 25. čtvrtého sektorového magnetu 26 a šestého sektorového magnetu 28, μ2 je normovaná bezrozměrová intenzita magnetického zaostření v rovině vyobrazení obr. 2 druhého sektorového magnetu 24 a pátého » w » V · · W Ψ » · ···* ··· • · · · · ···* · · · * • · · · · * b*· ···· ♦· «· · ·· ··· sektorového magnetu 27, g je vzdálenost mezi disperzní neboli selektivní rovinou 13 a výstupním okrajem posledního sektorového magnetu 28, respektive mezi vstupní ohybovou rovinou 12 a vstupním okrajem prvního sektorového magnetu 23. a je volná přechodová dráha mezi oběma dílčími oblastmi, tvořenými sektorovými magnety 23. 24. první vychylovací oblasti a mezi druhou dílčí oblastí první vychylovací oblasti a druhou vychylovací oblastí tvořenou sektorovým magnetem 25. D je disperze, s je minimální vzdálenost mezi optickými osami v druhém sektorovém magnetu 24 a v pátém sektorovém magnetu 27. A je vzájemná vzdálenost obou optických os 1, 1' před vstupem do filtru 1 energie a po výstupu z filtru 3. energie. R je poloměr vychýlení optické osy, identický pro všechny sektorové magnety 23-28, a EO je energie elektronů, které se Šíří ve filtru 3. energie na optické ose. U příkladného provedení, znázorněného na obr. 2, činí vychylovací úhel φ 1 v prvním sektorovém magnetu 23 a třetím sektorovém magnetu 25 vždy 115° a v druhém sektorovém magnetu 24 90°.

Normované bezrozměrné intenzity kí a μί Čtyřpólů jsou přitom definovány vztahy

V obou těchto vztazích označuje R poloměr zakřivení optické osy uvnitř sektorového magnetu, U urychlovací napětí elektronů, e elementární náboj a m hmotu elektronů. Intenzita magnetického čtyřpólů (SBi

-- - » »· > · • · · »· · · * · • · · · · ·*·· · · « · ···»·· ♦ · · ···· ·· ·· , ,. .,, je přitom gradientem hustoty magnetického toku přenášené energie kolmo ke střední rovině v optické ose.

Intenzity κΐ, k2 a μΐ, μ2 zaostření mohou být docíleny dvěma různými cestami, a to buď nehomogenními magnetickými poli, jak je popsáno ve spise US 5,449,914 nebo v článku H. Rose, D. Krahl „Eiectron Optics of Imaging Energie Filters“ in Springer Series in Optical Science, svazek 71, strany 57 a dále, nakladatelství Springer Verlag 1995, nebo vhodnou volbou sklonu vstupního a výstupního okraje sektorových magnetů 23-28 vůči optické ose, jak je popsáno například v časopise Optik, svazek 54, č. 3, strany 235-250,

U příkladného provedení, znázorněného na obr, 2, u něhož jsou všechny vstupní a výstupní okraje sektorových magnetů 23-28 kolmé k optické ose, respektive optická osa je vždy lokálně kolmá ke vstupnímu a výstupnímu okraji příslušného sektorového magnetu 2328, jsou první sektorový magnet 23 první vychylovací oblasti a oba střední sektorové magnety 25. 26 a poslední sektorový magnet 28 poslední vychylovací oblasti vytvořeny kuželovité podle spisu US-A 5,449,914.

Základní dráhy filtrem 1 energie podle obr. 2 s výše uvedenými konstrukčními daty v první polovině filtru 3. energie, tedy mezi vstupní ohybovou rovinou 12 a střední rovinou M, jsou znázorněny na obr. 3a a 3b pro elektrony s energií 200 keV. Další průběh základních drah druhou polovinou filtru 3. energie až k disperzní nebolí selektivní rovině 13 vznikne odpovídajícím zrcadlovým provedením průběhu základních drah v první polovině filtru 3 energie. Jak je vidět na základních drahách na obr, 3a a 3b, vzniknou ve střední rovině M dvě pásková ohniska, a sice jedno páskové ohnisko vstupní ohybové roviny 12 a jedno páskové ohnisko vstupní obrazové roviny

11. Páskové ohnisko vstupní ohybové roviny 12 leží přitom ve střední • · · · « · *·* * · · · · ♦··· · · · » ······ * · · ···♦ ·· ·· · ·· *·· rovině se směrem rozložení pásku v rovině obsahující optickou osu, páskové ohnisko ve vstupní obrazové rovině leží naproti tomu se směrem rozložení pásku kolmo k rovině obsahující optickou osu. Další páskové ohnisko vstupní ohybové roviny 12 kolmo k řezu x-z. tedy se směrem rozložení pásku kolmo k rovině obsahující optickou osu, vznikne mezi první a druhou vychylovací oblastí. Filtr 3. energie má pří primární energii elektronů E0=200 keV při osové vzdálenosti A mezi vstupní optickou osou 1 a výstupní optickou osou 1' o velikosti 0,6 m disperzi 3,3 gm na eV.

Na obr. 4 je znázorněno druhé příkladné provedení vynálezu, které sestává ze šesti sektorových magnetů 31-36, které vytvářejí vždy vychýlení paprsku o 90°. I u tohoto provedení je filtr 1 energie vytvořen symetricky vůči střední rovině M. Oba první sektorové magnety 31. 32 a oba poslední sektorové magnety 35, 36 tvoří i v tomto případě opět společnou vychylovací oblast, která v součtu způsobí vždy vychýlení o 180°. Součet všech šesti sektorových magnetů 31-36 vytvoří celkové vychýlení optické osy mezi vstupní stranou filtru 3. energie a výstupní stranou filtru 1 energie o 180°. Délka a přechodových drah vždy mezi dvěma vychylovacími oblastmi je u tohoto příkladného provedení identická a činí vždy dvojnásobek vzdálenosti disperzní roviny 43 od výstupního okraje posledního sektorového magnetu 36, respektive vzdálenosti mezi vstupní ohybovou rovinou 42 a vstupním okrajem prvního sektorového magnetu 31. I u tohoto příkladného provedení jsou mezi vychylovacími oblastmi uspořádány vždy šestipólové korektory Hl. H2. H3, sloužící pro korekci chyb druhého řádu v zobrazení. Navíc jsou dva další šestipólové korektory H4 uspořádány před vstupním okrajem prvního sektorového magnetu 31 a za výstupním okrajem posledního sektorového magnetu 36.

• · ···· * · * · · · »···· · · · · ······ *·· ···♦ ·· *· · ·· ***

I filtr 3. energie, znázorněný na obr. 4, je dvojitě symetrický, to znamená, že každá z obou symetrických polovin je opět - až na rozdíl ohledně směrů vychýlení - provedena symetricky vůči střední rovině druhého sektorového magnetu 32. respektive pátého sektorového magnetu 35. kolmé k optické ose.

Takový filtr energie může mít následující konstrukční data:

Intenzita magnetického zaostření sektorových magnetů kolmo k rovině vyobrazení (řez yz):

κ = 0,5573, intenzita magnetického zaostření v rovině vyobrazení (řez xz): μ = 0,8303, disperze D = 4,351 R/EO, volná přechodová dráha mezi sektorovými magnety a = 0,6577 R.

Přitom R je opět poloměr vychýlení optické osy stejný pro' všech šest sektorových magnetů 31-36. Takový filtr energie má při vzdálenosti A = 8R = 0,6 m mezi vstupní optickou osou a výstupní optickou osou disperzi 1,95 pm na eV při energii elektronů E0 = 200 keV.

U příkladného provedení, znázorněného na obr. 4, u něhož optická osa probíhá ke vstupním a výstupním okrajům jednotlivých sektorových magnetů 31-36 kolmo k těmto vstupním a výstupním okrajům, se intenzity magnetického zaostření opět vytvářejí příslušnými nehomogenními magnetickými poli.

Průběhy základních drah v první polovině filtru energie, tedy mezi vstupní ohybovou rovinou 42 a střední rovinou M, jsou • · *··· ·· • · · * · ···· · · · · ······ ··· ··· «* «· *· ··· znázorněny na obr. 5a, 5b, 5c, 5d. Disperzní dráha xk je znázorněna na obr. 5e. Jak je možno i v tomto případě z fundamentálních drah seznat, vzniknou i u tohoto filtru energie ve střední rovině dvě pásková ohniska, a sice jedno páskové ohnisko v obrazové rovině a další páskové ohnisko ve vstupní ohybové rovině.

Filtr energie, znázorněný na obr, 6, má celkem šest sektorových magnetů, z nichž - uvažováno ve směru průchodu paprsku - první, čtvrtý, pátý a osmý sektorový magnet způsobují vždy vychýlení o 135° a zbylé sektorové magnety vždy vychýlení o 90°. Celkové vychýlení optické osy činí i u tohoto příkladu provedení 180°. Filtr energie je symetrický vůči střední rovině Zm a každá z obou navzájem symetrických polovin je provedena symetricky vždy k jedné rovině Zsl. Zs2 symetrie, takže i tento filtr energie má dvojitou symetrii. Sestává v podstatě ze dvou za sebou zařazených filtrů energie, z nichž každý způsobuje vychýlení optické osy o 90°.

U příkladných provedení popsaných podle obr. 2 a 4 je Helmholtzova délka vždy nekonečná. Výsledků, kterých má být podle vynálezu dosaženo, je však možno uspokojivě dosáhnout i tehdy, když jsou realizovány kratší Helmholtzovy délky, pokud jsou ještě dostatečně velké vůči poloměrům vychýlení.

U obou příkladných provedení popsaných podle přiložených výkresů jsou poloměry vychýlení ve všech sektorových magnetech vždy identické. Při dodržení dvojité symetrie je však rovněž možné zvolit různé poloměry vychýlení. Dvojitá symetrie může být například zachována i tehdy, když u příkladného provedení podle obr. 2 jsou poloměry vychýlení ve druhé dílčí oblasti, tvořené sektorovým magnetem 24. první vychylovací oblasti a v první dílčí oblasti třetí vychylovací oblasti, tvořené sektorovým magnetem 27.

• « ··*· · · • · · · · 4*44 4 44

4 · · 4 444 *·*· 44 44 444 •

444 stejné, avšak odlišné od poloměrů vychýlení v ostatních vychylovacích oblastech, tvořených sektorovými magnety 25., 26, a dílčích oblastech, tvořených sektorovými magnety 23. 28.,

Filtr energie podle vynálezu se používá s výhodou jako takzvaný „filtr ve sloupci“, který je integrován do sloupce elektronového mikroskopu, přičemž za filtrem energie je dodatečné zvětšení o faktor alespoň stokrát. V úvahu však připadá použití i jako takzvaný „filtr za sloupcem“ s ještě mírnějším dodatečným zvětšením za výstupem filtru energie,

•	•	•	• · · · 4	•
•	•	• ·		4444 4 4 4	•
•	• *	v	•	• · ·	•
	• 4	44			444

Seznam vztahových značek vstupní optická osa 1 výstupní optická osa Γ zdroj 2 elektronů filtr 3 energie magnetická Čočka 4a, 4b, 4c goniometr 5 čočka 6 o jednom poli magnetická čočka 7, 8, 9, 10 ohnisková rovina 11 vstupní ohybová rovina 12 selektivní rovina 13 elektronová čočka 14, 15 detektor 16 sektorový magnet 23-28 sektorový magnet 31-36 vstupní ohybová rovina 42 disperzní rovina 43 střední rovina M filtr M střední rovina Zm rovina Zsl, Zs2 symetrie korektor H1-H9 vychylovací úhel φΐ, φ2 střední rovina S1-S4 intenzita κΐ, k2, μΐ, μ2 magnetického zaostření odstup g poloměr R vychýlení energie E0 elektronů disperze D vzdálenost A urychlovací napětí U elektronů

Claims (19)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1. Filtr energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi (3, 23-28, 31-36), u něhož všechny vychylovací oblasti vytvářejí společně celkové vychýlení paprsku o úhel 90° až 210°.
2. 2. Filtr energie elektronů s magnetickými vychylovacími oblastmi (3, 23-28, 31-36), které jsou uspořádány symetricky vůči střední rovině (M), přičemž Helmholtzova délka filtru energie je větší než dvojnásobek střední hodnoty poloměrů vychýlení ve vychylovacich oblastech,
3. 3. Filtr energie elektronů podle nároku 2, přičemž Helmholtzova délka filtru energie je větší než trojnásobek, s výhodou větší než pětinásobek, střední hodnoty poloměrů vychýlení ve vychylovacich oblastech.
4. 4. Filtr energie elektronů podle nároku 3, přičemž filtr energie je teleskopický nebo kvazi teleskopický.
5. 5. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 2 až 4, přičemž vychylovací oblasti společně vytvářejí celkové vychýlení paprsku o úhel mezi 90° a 210°.
6. 6. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 1 až 5, přičemž jsou upraveny alespoň čtyři vychylovací oblasti (3, 23-28, 31-36) a mezi oběma středními vychylovacími oblastmi (25, 26, 33, 34) je upravena přechodová dráha v prostoru bez magnetického pole.
7. 7. Filtr energie elektronů podle nároku 6, přičemž přechodová dráha mezi oběma středními vychylovacími oblastmi (25, 26) • · · · t • · ♦ · ···· · · · • · · · · * ·· odpovídá dvojnásobku vzdálenosti (g) mezi vstupní ohybovou rovinou (12) a vstupním okrajem první ohybové oblastí (23).
8. 8. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 6 nebo 7, přičemž první vychylovací oblast (23, 24, 31, 32) a poslední vychylovací oblast (27, 28, 35, 36) sestávají vždy ze dvou dílčích oblastí, mezi nimiž je upravena přechodová dráha v prostoru bez magnetického pole.
9. 9. Filtr energie elektronů podle nároku 8, přičemž hodnota vychylovacího úhlu (φΐ) první dílčí oblasti (23) se rovná hodnotě vychylovacího úhlu (φΐ) obou středních vychylovacích oblastí (25, 26, 33, 34).
10. 10. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 6 až 9, přičemž délka přechodové dráhy mezi oběma dílčími oblastmi (23, 24) první vychylovací oblasti se rovná délce přechodové dráhy mezi výstupem z první vychylovací oblasti a vstupem do druhé vychylovací oblasti (25, 33).
11. 11. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 6 až 10, přičemž vychylovací úhel (φΐ, φ2) každé z obou dílčích oblastí (23, 24) první vychylovací oblasti je větší nebo roven 90°.
12. 12. Filtr energie elektronů podle nároku 11, přičemž vychylovací úhel první dílčí oblasti (23) první vychylovací oblasti má hodnotu mezi 110° a 120°, s výhodou 115°.
13. 13. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 6 až 11, přičemž mezi vychylovacími oblastmi (23-28, 31-36) jsou uspořádány šestipólové korektory.

    * · «

    4 4 • 4

    4 Β

    444 • 4 4 4 • 4··* · 4 ·· ··
14. 14. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 1 až 13, přičemž filtr je bezohniskovým teleskopickým systémem.
15. 15. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 1 až 14, přičemž část vychylovacích oblastí (23-28, 31-36) má nehomogenní magnetická pole.
16. 16. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 1 až 15, přičemž celkové vychýlení optické osy mezi vstupem do filtru energie a výstupem z filtru energie činí 150° až 210°, s výhodou 180°.
17. 17. Filtr energie elektronů podle jednoho z nároků 1 až 16, přičemž vzdálenost mezi optickou osou (1) na vstupu filtru energie a optickou osou (1') na výstupu filtru energie, kolmo k optické ose (1) na vstupu filtru energie, činí alespoň 0,6 m.
18. 18. Elektronový mikroskop s filtrem energie elektronů podle jednoho z nároků 1 až 17.
19. 19. Elektronový mikroskop podle nároku 18, přičemž reálný meziobraz objektu nebo zdroje (1) je vytvořen v od filtru odvrácené ohniskové rovině (11) poslední elektronové čočky (10) předřazené před filtrem.