DE19860988B4

DE19860988B4 - Elektronenmikroskop mit Energiefilter

Info

Publication number: DE19860988B4
Application number: DE19860988A
Authority: DE
Inventors: Koji Hitachi Kimoto; Yoshifumi Hitachinaka Taniguchi; Shunroku Mito Taya; Shigeto Hitachinaka Isakozawa; Takashi Aoyama; Masakazu Mobara Saito; Tomoko Hachioji Sekiguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2018-08-26

Abstract

Ein Energiefilter, das in ein bereits installiertes Elektronenmikroskop eingebaut werden kann und eine geringe Aberration aufweist, beinhaltet mehrere Ablenkeinrichtungen (18a bis d, 19a bis c) und ist so aufgebaut, dass ein mittlerer Elektronenstrahlweg (11) eine Symmetrie aufweist und die Senkrechte (13') zur Symmetrieebene (13) gegenüber der Einfallsrichtung (16) des Elektronenstrahls geneigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenspektrometer mit Energiefilter, das Elektronen einer bestimmten Energie auswählt und ein Bild erzeugt. Insbesondere betrifft sie ein Transmissionselektronenmikroskop mit einem solchen Energiefilter.
In den letzten Jahren konnte man auf dem Gebiet der elektrischen, magnetischen und mechanischen Materialien sowie bei Halbleitervorrichtungen den elektrischen, magnetischen und mechanischen Materialeigenschaften feine Materialstrukturen zuordnen. Die Technik des Messens und Auswertens bei hoher Raumauflösung ist dabei als grundlegende Technik für die Materialentwicklung von Bedeutung. Ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) stellt eine der Meßtechniken mit hoher räumlicher Auflösung dar. Um nicht nur Mikrostrukturen beobachten zu können sondern auch Kenntnisse durch Elementanalyse, Analyse chemischer Bindungen usw. erhalten zu können, wird außerdem eine Elektronenenergieverlustspektroskopie (electron energy loss spectroscopy EELS) angewendet, die die Energie der durch die Probe hindurchtretenden Elektronen analysiert (R. F. Egerton: Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, Plenum Press, 1986). Ein Verfahren zur Elektronenenergieverlustspektroskopie, in dem ein bildgebender Energiefilter vorgesehen ist und die Transmissionselektronen einer zweidimensionalen Energiedispersion bzw. -streuung unterworfen werden, wird energiefilternde Transmissionselektronenmikroskopie (energy filtering transmission electron microscopy EF-TEM) genannt (L. Reimer Ed.: Energy-Filtering Transmission Electron Microscopy, Springer, 1995). Dieses Verfahren ist im Hinblick auf die folgenden Gesichtspunkte ein wirksames Materialbeurteilungsverfahren:

(1) Durch Abtrennen inelastisch gestreuter Elektronen, die den Hintergrund darstellten, wird lediglich für die Elektronen ohne Verlust ein Bild und Beugungsmuster erhalten und eine quantitative Beurteilung der Stärke ermöglicht (J. C. H. Spence und J. M. Zuo: Electron Microdeffraction, Plenum Press, 1992).
(2) Durch Beobachtung der inelastisch gestreuten Elektronen ist es möglich, Informationen, beispielsweise zur Elementanalyse und chemischen Analyse zweidimensional zu erhalten.

Energiefilternde Transmissionselektronenmikroskope können einem Typ (säuleninternen Typ), bei dem ein Energiefilter in die Säule des Elektronenmikroskops eingebaut ist, oder einem Typ (säulennachgeordneten Typ), bei dem der Energiefilter dem hinteren Abschnitt der Mikroskopsäule hinzugefügt wird, zugeordnet werden.
Ein Beispiel des säuleninternen Typs ist in JP 06042358 B1 offenbart. Ein säulennachgeordnetes Energiefilter ist beispielsweise aus einem Aufsatz von O. L. Krivanek et al (O. L. Krivanek, A. J. Gubbens und N. Dellby: Microsc. Microanal. Microstruct. 2 (1991), 315) bekannt, von dem der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht. Im folgenden werden Merkmale der konventionellen Technik sowohl unter Beachtung des säuleninternen Typs als auch unter Beachtung des säulennachgeordneten Typs beschrieben.
(a) Konventionelles säuleninternes Energiefilter:
5 stellt eine schematische Darstellung eines Elektronenmikroskops mit einem konventionellen säuleninternen Energiefilter dar. Das Elektronenmikroskop weist einen Aufbau auf, bei dem das Energiefilter zwischen einem Zwischenlinsensystem und einem Projektionslinsensystem angeordnet ist. Ein von einer Elektronenkanone ausgestrahlter Elektronenstrahl wird zunächst von einer Beschleunigungsspannungsvorrichtung beschleunigt. Die Elektronen werden von einem Kondensorlinsensystem gebündelt und fallen auf eine Probe, die von einem Probenhalter gehalten wird. Der Elektronenstrahl bewirkt verschiedene Wechselwirkungen mit der Probe und ein Teil des Elektronenstrahls verliert teilweise seine Energie. Der Wert des Energieverlusts hängt von der Wechselwirkung zwischen der Probe und den Elektronen ab. Der durch die Probe hindurchge tretene Elektronenstrahl wird von einer Objektivlinse und einem Zwischenlinsensystem vergrößert und erreicht das Energiefilter des säuleninternen Typs. In diesem Fall wird ein letzter Brennpunkt bzw. Strahl- oder Bündelknoten des Zwischenlinsensystems in der Bündelknotenebene des Energiefilters ausgebildet und ein Bild (beispielsweise ein Elektronenmikroskopbild oder ein Beugungsmuster) wird von dem zu filternden Elektronenstrahl auf der Einfallsbildebene gebildet. In dem säuleninternen Energiefilter werden der Energie entsprechend verschiedene Wege bewirkt. In 5 ist ein mittlerer Elektronenweg durch eine gekrümmte Linie wiedergegeben. Da der mittlere Weg den griechischen Buchstaben Ω zeichnet, wird das Energiefilter auch Ω-Filter genannt. JP-A-62-66552 betrifft beispielsweise ein säuleninternes Energiefilter, das einen Ω-artigen Elektronenweg erzeugt. Der vom Bündelknoten kommende Elektronenstrahl wird abhängig vom Wert des Energieverlusts an unterschiedlichen Positionen auf der Energiedispersionsebene zusammengeführt. Dementsprechend wird auf der Energiedispersionsebene ein Spektrum entsprechend der Größe des Elektronenenergieverlusts, d.h. ein Elektronenenergieverlustspektrum gebildet. Außerdem bildet der Elektronenstrahl einer Einfallsbildebene wieder ein Bild auf einer achromatischen Bildebene. Die Bildebene wird achromatische Bildebene genannt, da ein Elektronenstrahl anderer Energie ein Bild auch an der gleichen Position erzeugt (es gibt keine Energiedispersion). Der Elektronenstrahl wird nach Hindurchtreten durch das säuleninterne Energiefilter von dem Projektionslinsensystem vergrößert und auf einen Leuchtschirm, ein Bildaufnahmegerät usw. projiziert, die in einer Beobachtungskammer vorgesehen sind. Das Projektionslinsensystem und ein Energieschlitz weisen die folgenden beiden Aufgaben und Funktionen auf:
Eine der Funktionen besteht darin, durch Auswahl von Elektronen einer interessierenden Energie und Projizieren der achromatischen Bildebene auf den Leuchtschirm (oder das Bildaufnahmegerät) ein energiegefiltertes Bild zu beobachten. Die andere Funktion besteht darin, durch Projizieren von Elektronen, die auf der Energiedispersionsebene erzeugt worden sind, auf den Leuchtschirm (oder das Bildaufnahmegerät) ohne Verwendung des Energieauswahlschlitzes ein Elektronenenergieverlustspektrum zu messen.
Der Ω-artige Weg der Elektronenstrahlen innerhalb des säuleninternen Energiefilters kann unter Verwendung mehrerer miteinander kombinierter Elektronenspektrometer erreicht werden. In diesem Stand der Technik werden vier Magnetsektoren verwendet. Ein Magnetsektor ist ein Gegenstand, um Elektronen unter Verwendung des Prinzips, daß der Umlaufradius von Elektronen im Magnetfeld von der Elektronenenergie abhängt, zu streuen bzw. zu verteilen.
Das Hauptmerkmal des konventionellen säuleninternen Energiefilters liegt darin, daß die Wege der Elektronenstrahlen im Energiefilter bezüglich einer Symmetrieebene symmetrisch sind. Es ist bekannt, daß Bildfehler auf der achromatischen Bildebene aufgrund der Symmetrie des Elektronenstrahlwegs verringert werden. Dies stellt einen elektronenoptischen Vorteil des säuleninternen Typs dar. Ein allgemeines Merkmal des konventionellen säuleninternen Energiefilters besteht außerdem darin, daß eine Senkrechte zur Symmetrieebene und die Richtung der auf das Energiefilter einfallenden Elektronen zueinander parallel sind. Damit sollen die Richtung der auf das Energiefilter einfallenden Elektronen und die Austrittsrichtung der Elektronen gleich sein. Neben den Energiefiltern, die den in der Figur gezeigten Ω-artigen Weg erzeugen, gibt es unter den säuleninternen Energiefiltern einen, in dem ein mittlerer von den Elektronen zurückgelegter Weg α-artig ist (JP-A-62-69456, JP-A-7-37536, JP-A-8-3699), einen Castaing-Henry-Energiefilter, bei dem ein elektrostatischer Spiegel und ein Magnetsektor miteinander kombiniert sind, und andere. Allen diesen ist jedoch gemeinsam, daß ein mittlerer Weg der Elektronenstrahlen bezüglich einer Symmetrieebene symmetrisch ist und die Senkrechte auf die Symme trieebene parallel zur Einfallsrichtung der Elektronenstrahlen ist.
(b) Konventionelle säulennachgeordnete Energiefilter
6 stellt eine schematische Darstellung eines Elektronenmikroskops mit einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter dar. Optische Komponenten des Elektronenmikroskops von einer Elektronenkanone bis zu einer Bildaufnahmeeinrichtung sind bereits als Transmissionselektronenmikroskop bekannt. Am hinteren Abschnitt des Elektronenmikroskops ist ein säulennachgeordnetes Energiefilter angeordnet.
Durch Zurückziehen eines Leuchtschirms und des Bildaufnahmegeräts aus einer optischen Achse des Elektronenstrahls treten die Elektronenstrahlen in das säulennachgeordnete Energiefilter ein. In ihm wird die Energiedispersion durch einen einzelnen Magnetsektor hervorgerufen. In diesem Fall werden Elektronen von der Bündelknotenebene, die von einem Projektionslinsensystem gebildet wird, entsprechend ihrer Energie gestreut bzw. aufgespalten und auf eine Energiedispersionsebene projiziert. Die von einem Energieschlitz ausgewählten Elektronenstrahlen werden von Multipol-Linsen vergrößert und auf einen Bilddetektor projiziert. Die Multipol-Linsen wirken ähnlich wie das Projektionslinsensystem in dem Elektronenmikroskop mit säuleninternem Energiefilter, projizieren ein Bild von den vom Energieschlitz ausgewählten Elektronen auf den Bilddetektor und sie projizieren ein Energieverlustspektrum auf der Energiedispersionsebene auf den Bilddetektor.
Das Hauptmerkmal des konventionellen säulennachgeordneten Elektronenmikroskops besteht darin, daß lediglich ein Magnetsektor vorgesehen ist. Von dem einzigen Magnetsektor wird dementsprechend keine achromatische Bildebene gebildet, wie sie in dem säuleninternen Energiefilter vorhanden war. Es ist daher notwendig, ein achromatisches Bild mit den Multipol-Linsen usw. zu bilden. Außerdem sind die Bildfehler durch den einzelnen Magnetsektor bekanntermaßen groß, da ein Elektronenstrahl keine Symmetrie aufweist (N. Ajika, H. Hashimoto, K. Yamaguchi und H. Endo: Japanese Journal of Applied Physics, 24 (1985) L 41). Die Multipol-Linsen müssen unter Bildung eines achromatischen Bilds und der Korrektur von Bildfehlern betrieben werden, so daß ihre Struktur komplizierter wird als die des Projektionslinsensystems in dem säuleninternen Energiefilter. In den oben angegebenen Artikeln (O. L. Krivanek et al, 1991) stellen die Multipol-Linsen zwölfstufige Linsen mit sechs Quadrupolstufen und sechs Sextupolstufen dar und sind sehr kompliziert.
Ein weiteres Elektronenmikroskop mit säuleninternem Filter ist in R.F. Egerton: "Modification of a transmission electron microscope to give energy-filtered images and diffraction patterns, and electron energy loss spectra", Journal of Physics E: Scientific Instruments 1975, Bd. 8, Seite 1033 bis 1037 angegeben. Symmetrische Energiefilter sind noch in DE 35 32 326 A1 (für ein Rasterelektronenmikroskop) und in GB 1 301 493 A (für einen Teilchenbeschleuniger) offenbart.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Elektronenmikroskop mit einem Energiefilter zu liefern, das einfach im Aufbau ist und geringe Bildfehler aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronenmikroskop mit einem Energiefilter geliefert, das zum säulennachgeordneten Typ gehört, während die elektrooptischen Vorteile des säuleninternen Typs beibehalten werden, so daß beinahe alle Probleme in den säuleninternen und säulennachgeordneten Energiefiltern gelöst werden können.
Im folgenden werden von der Erfindung gelöste Probleme unter Bezug auf die säuleninternen und säulennachgeordneten Energiefilter beschrieben.
(a) Probleme mit Bezug zum säuleninternen Energiefilter:
Da ein Energiefilter in die Säule eines Elektronenmikroskops integriert ist, besteht das Problem, daß die Abmessungen des Instruments groß werden. In dem in 5 gezeigten Stand der Technik liegt die Höhe des Instruments um die dem Energiefilter und einer Linsenstufe entsprechenden Höhe über der eines konventionellen Elektronenmikroskops. Dies bedeutet, daß eine Kondensorapertur und ein Probenhalter, die von einer Person während der Beobachtung häufig bedient werden, vom Bedienungspult getrennt werden müssen, wodurch die Bedienbarkeit erheblich leidet.
Wenn die Gesamthöhe des Elektronenmikroskops groß wird, unterliegt das Instrument den Einflüssen mechanischer Vibrationen und die Vibrationen der Probe machen es unmöglich, eine Verschlechterung der räumlichen Auflösung zu vermeiden. Außerdem erhöht sich der Schwerpunkt des Instruments, was vom Sicherheitgesichtspunkt aus unerwünscht ist. Wenn die Instrumentenhöhe 3 m erreicht, kann es in einem normalen Labor kaum noch eingebaut werden.
Außerdem erhöht sich die Energiedispersion, die einen der Leistungsparameter der Energiefilters darstellt, mit der Größe des Energiefilters, und sie ist umgekehrt proportional zur Beschleunigungsspannung (nach relativistischer Korrektur). Um bei hoher Beschleunigungsspannung eine ausreichende Energiedispersion zu erhalten, ist es daher notwendig, das Energiefilter groß zu machen, wodurch die Größe des Instruments weiter zunimmt. Ein solches säuleninternes Energiefilter hoher Beschleunigungsspannung und ein Energiefilter großer Energiedispersion waren daher schwer zu entwickeln.
Da sich das Energiefilter nicht zusätzlich in ein bereits fertiggestelltes Elektronenmikroskop einbauen läßt, ist es wenig vielseitig. Insbesondere wurden Elektronenmikroskope in den letzten Jahren nicht nur zur Beobachtung von Vergrößerungsansichten sondern auch in Kombination mit verschiedenen Analysatoren (beispielsweise bei der energiedispersiven Röntgenstrahlspektroskopie usw.) verwendet. Da das säuleninterne Energiefilter schwierig mit einem bereits fertiggestellten Instrument zu kombinieren ist, ist sein Anwendungsbereich demgegenüber sehr beschränkt.
(b) Probleme mit Bezug zum säulennachgeordneten Energiefilter:
Ein Problem des säulennachgeordneten Energiefilters liegt darin, daß das Instrument kompliziert wird, weil komplexe Multipol-Linsen zur Bildung von achromatischen Bildern und zur Korrektur von Bildfehlern notwendig sind. Wenn das Instrument kompliziert wird, erhöhen sich Ausrichtungsfaktoren, was von einer Bedienungsperson viel Übung verlangt. Insbesondere wirken sich Abweichungen von der Achse direkt auf Bildfehler aus, da die Multipol-Linse nicht symmetrisch zur Achse ist. Daher fehlt dem Instrument die Stabilität in der Leistung und die Achse muß häufig justiert werden.
Da lediglich ein Magnetsektor vorgesehen ist, sind außerdem die Bildfehler stets groß und die Bilder können große Fehler beinhalten.
Als Einrichtung zur Lösung der obigen Probleme ist in der vorliegenden Erfindung ein Energiefilter vorgesehen, in dem ein mittlerer Elektronenstrahlweg symmetrisch zu einer Symmetrieebene ist und sich die Senkrechte zur Symmetrieebene nicht parallel zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls befindet. Dadurch, daß der mittlere Weg des Elektronenstrahls symmetrisch gestaltet ist, ist es möglich, den elektrooptischen Vorteil eines konventionellen säuleninternen Energiefilters beizubehalten. Und durch Neigen der Senkrechten auf die Symmetrieebene gegenüber der Einfallsrichtung mit einem Winkel von 45° ist es möglich, den sich am Ende ergebenden Ablenkungswinkel der Elektronenstrahlen auf 90° festzusetzen, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß das Energiefilter auch an einem bereits hergestellten Elektronenmikroskop, ohne es zu modifizieren, installiert werden kann, wie dies bei einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter der Fall ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können die folgenden Probleme lösen.
Zunächst können die folgenden Probleme des konventionellen säuleninternen Energiefilters gelöst werden:

(1) Da das Energiefilter in jedes beliebige Elektronenmikroskop aufgenommen werden kann, sind die Beschränkungen der Erweiterbarkeit, die ein Problem beim konventionellen säuleninternen Typ darstellten, aufgehoben.
(2) Da sich die Gesamthöhe des Elektronenmikroskops durch Einbau des Energiefilters unter der Beobachtungskammer nicht erhöht, werden die mit der Vergrößerung der Abmessungen verbundenen Probleme mit dem säuleninternen Energiefilter gelöst. Ein übliches Elektronenmikroskop weist unter der Kamerakammer (bzw. der Beobachtungskammer) einen Raum mit einer Höhe von typischerweise 60 cm oder mehr auf. Ein solcher Raum erlaubt ein Energiefilter von ausreichender Leistung (beispielsweise mit einer Energiedispersion von 1 μm/Elektronenvolt) bei einem Elektronenmikroskop der 400 kV-Klasse oder einer kleineren Klasse, wie sie üblicherweise verwendet werden.
(3) Bei dem Instrument mit dem säuleninternen Energiefilter kann eine Bedienungsperson, die das Energiefilter nicht benötigt, die Funktion des Elektronenmikroskops ohne funktionelle Änderungen, ohne Bedienung des Energiefilters nutzen. Da außerdem die Kondensorapertur und die Position des Probenhalters unverändert bleiben, ist das oben angesprochene Problem der Verschlechterung der Bedienbarkeit gelöst.

Ferner werden die folgenden Probleme des konventionellen säulennachgeordneten Energiefilters gelöst.

(1) Da die Aberrationskorrektur unter Verwendung komplizierter Multipol-Linsen nicht benötigt wird, ist eine komplizierte Achsenjustierung unnötig und die Bedienbarkeit wird erheblich verbessert. Bei einem konventionellen Instrument müssen beispielsweise mindestens sechs Faktoren (ein achromatisches Bild, ein x-Fokus, ein y-Fokus, ein Spektralfehler in x-Richtung, ein Spektralfehler in y-Richtung und ein Längen-Breitenverhältnis des Bilds) justiert werden. Demgegenüber werden die Faktoren auf etwa 2 verringert (einem achromatischen Bild, einem x-Fokus).
(2) Da das Energiefilter selbst eine Funktion zum Auslöschen der Aberration aufweist, werden Bildfehler prinzipiell klein.
(3) Der Aufbau des Instruments wird einfach und es kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein einfallendes Bild auf dem Leuchtschirm des Elektronenmikroskops verkleinert und auf die Einfallsebene des Energiefilters projiziert. Dadurch kann die Differenz zwischen der Vergrößerung auf dem Leuchtschirm und der endgültigen Beobachtungsvergrößerung klein gemacht werden. Verglichen mit einem Instrument, bei dem ein Bild, das etwa 20 mal so groß wie der Leuchtschirm ist, auf die Bilddetektoreinrichtung in dem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter projiziert wird, bedeutet dies eine Einrichtung, die die Vergrößerung auf einen kleineren Wert als diesen verringern kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Energiefilters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Elektronenmikroskops mit einem Energiefilter nach der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung eines Energiefilters eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,
4(a) bis (d) jeweils eine schematische Darstellung eines Elektronenwegs bei der Erfindung,
5 einen Querschnitt durch ein Elektronenmikroskop mit einem konventionellen säuleninternen Energiefilter,
6 einen Querschnitt durch ein Elektronenmikroskop mit einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter,
7(a) bis (c) jeweils eine Ansicht zur Erläuterung des Unterschieds in einer Beobachtungsbildebene nach Durchtritt durch ein konventionelles Energiefilter und ein Energiefilter nach der Erfindung, wobei 7(a) ein Gittermu ster einer Einfallsbildebene, 7(b) ein Beispiel eines Gittermusters, das von einem konventionellen säulennachgeordneten Typ auf eine achromatische Bildebene projiziert worden ist, und 7(c) ein Beispiel eines nach der Erfindung projizierten Gittermusters zeigt, und
8(a) und (b) jeweils eine schematische Darstellung der Form eines Energiefilters, wobei 8(a) ein Beispiel der Form eines konventionellen Energiefilters und 8(b) ein Beispiel der Form eines Energiefilters der Erfindung darstellt.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist das Energiefilter aus vier Elektronenspektrometern 18a, 18b, 18c und 18d, d.h. einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Elektronenspektrometer zusammengesetzt, die jeweils im gepunkteten Bereich der Figur ein homogenes Magnetfeld erzeugen können.
Der von einer Brenn- bzw. Bündelknotenebene 10 ausgehende Elektronenstrahl 11 mit bestimmter Energie läuft über eine Strecke DL1 und wird von dem ersten Elektronenspektrometer 18a mit einem Radius R1 und einem Winkel α1 abgelenkt. Der Elektronenstrahl 11 läuft weiterhin über eine Strecke DL2 und erreicht das zweite Elektronenspektrometer 18b, das ihn mit einem Radius R2 und einem Winkel α2 ablenkt. Dann durchläuft der Elektronenstrahl 11 eine Strecke DL3 und wird von einem dritten und einem vierten Elektronenspektrometer 18c und 18d jeweils wiederum abgelenkt, woraufhin er aus dem Energiefilter austritt.
Wenn ein Elektronenstrahl mit von dem obengenannten Elektronenstrahl verschiedener Energie von der Bündelknotenebene 10 ausgeht, unterscheidet sich der Umlaufradius (R1, R2), so daß der Elektronenstrahl ein von dem obengenannten Weg 11 verschiedenen Elektronenweg erzeugt und damit an einer anderen Position zusammenläuft. Der mittlere Weg 11 der von den vier Elektronenspektrometern abgelenkten Elektronenstrahlen ist zur Symmetrieebene 13 symmetrisch. Der hier beschriebene mittlere Elektronenstrahlweg bedeutet einen mittleren Weg in der Gegend der optischen Achse, der von Elektronen mit der zu beobachtenden Energie erzeugt wird. Durch Festsetzen von Formparametern wie den Umlaufradien (R1, R2) und den Ablenkwinkeln (α1, α2) der Elektronenspektrometer, der Strecken (DL2, DL3) zwischen den Elektronenspektrometern, den Winkeln (ε1, ε2, ε3, ε4) zwischen dem Elektronenstrahlweg und den Enden der Magnetpole auf jeweils vorbestimmte Werte wird ein Elektronenstrahl, der von der die Strecke DL1 von dem ersten Elektronenspektrometer entfernt angeordneten Bündelknotenebene 10 ausgeht, unter Energiedispersion an einer Energiedispersionsebene 15 zusammengeführt und Elektronen, die von der einen Abstand L von der Bündelknotenebene 10 aufweisenden Einfallsbildebene 12 ausgehen, bilden auf einer achromatischen Bildebene 14 ein Bild ohne Energiedispersion. Zum Betrieb als gewünschtes abbildendes Energiefilter können die genannten Formparameter nicht willkürlich gwählt werden. Die Formparameter müssen durch Berechnung optimiert werden, beispielsweise unter Verwendung eines Rechenprogramms für Elektronenstrahlwege, das in der Literatur veröffentlicht ist (T. Matsuo et al: Mass Spectroscopy 24 (1976) 19–62).
Das vorliegende Energiefilter ist dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Elektronenstrahlweg 11 symmetrisch zur Symmetrieebene 13 ist und der Winkel Θ zwischen der Senkrechten 13' auf die Symmetrieebene 13 und einer Einfallsrichtung 16 des Elektronenstrahls die Bedingung 0° < Θ < 90° erfüllt. Im Energiefilter des vorliegenden Ausführungsbeispiels beträgt der Winkel zwischen der Einfallsrichtung 16 und der Senkrechten 13' auf die Symmetrieebene 13 45° und der Winkel zwischen der Einfallsrichtung 16 und der Austrittsrichtung 17 des Elektronenstrahls (der endgültige Ablenkungswinkel) ist 90° gewählt.
Demgegenüber beträgt in jedem konventionellen säuleninternen Energiefilter nach 5, obwohl eine Symmetrieebene 13 vorhanden ist, zu der der mittlere Elektronenstrahlweg 11 symmetrisch ist, der Winkel Θ zwischen der Einfallsrichtung 16 des Elektronenstrahls und der Senkrechten 13' auf die Symmetrieebene 13 0°.
Und in dem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter von 6 existiert ohne komplizierte Multipol-Linsen prinzipiell keine achromatische Bildebene 14, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Bekanntermaßen können viele Bildfehler auf der achromatischen Bildebene verringert werden, indem der Elektronenweg symmetrisch gestaltet wird, und Energiefilter mit unterschiedlichen Elektronenwegen sind vorgeschlagen worden. In diesem gesamten Stand der Technik war die Senkrechte zur Symmetrieebene jedoch parallel zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls. Für ein Energiefilter, wie dem des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem die Senkrechte 13' zur Symmetriebene gegenüber der Einfallsrichtung 16 geneigt ist, gibt es jedoch keinen Bericht über eine Berechnung, und es wurde bisher nicht untersucht, ob es als Energiefilter anwendbar ist.
Damit ein Energiefilter mit mehreren kombinierten Magnetpolen einen symmetrischen Elektronenweg aufweist und eine achromatische Bildebene sowie eine Energiedispersionsebene ausbildet, sind Untersuchungen unter Verwendung eines Berechnungsprogramms und der Optimierung der Form notwendig. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gelten die folgenden Werte (Wertesatz (I)) für den Elektronenweg
DL1 = 54 mm
DL2 = 53 mm
DL3 = 40 mm
R1 = 28 mm
R2 = 61 mm
α1 = 79°
α2 = 124°
ε1 = 35°
ε2 = 7°
ε3 = 7°
ε4 = 18°
L = 81 mm
Innerhalb der folgendene Bereiche sind auch andere Ablenkungswinkel als die oben angegebenen numerischen Werte für Energiefilter geeignet:
60° ≤ α1 ≤ 85°
105° ≤ α2 ≤ 130°
Im folgenden wird unter Bezug auf 2 ein Ausführungsbeispiel eines Elektronenmikroskops, das mit einem Energiefilter kombiniert ist, beschrieben.
Zunächst wird der Betrieb des Elektronenmikroskops erläutert. Ein Elektronenstrahl 22, der von einer Elektronenkanone 21 ausgesandt wird, wird von einer Beschleunigungsspannungsvorrichtung 23 beschleunigt und von einem Kondensorlinsensystem 24 zusammengeführt, woraufhin er dann auf eine an einem Probenhalter befestigte Probe 26 einfällt. Der durch die Probe hindurchgetretene Elektronenstrahl wird von einer Objektivlinse 28 sowie einem Zwischen- und Projektionslinsensystem 30 vergrößert und auf eine Bildbeobachtungseinrichtung, beispielsweise einen in einer Beobachtungskammer 31 vorgesehenen Leuchtschirm 33 projiziert und beobachtet. Alternativ wird der Elektronenstrahl 22 auf ein Bildaufnahmegerät 36 wie beispielsweise einen photographischen Film für Elektronen oder eine Bildplatte, die in einer Kamerakammer 32 vorgesehen sind, projiziert und dort aufgezeichnet. Eine Bedienungsperson beobachtet ein auf den Leuchtschirm 33 projiziertes Bild über ein Beobachtungsfenster 34 und bedient ein Bedienungspult.
Nun wird ein Energiefilter-Instrument nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutert.
Im Energiefilter wird zunächst ein Elektronenmikroskopbild, das auf dem Leuchtschirm 33 ausgebildet ist, unter Verwendung eines Vorfilterlinsensystems 41 auf die Einfallsbildebene 12 des Energiefilters projiziert. Jenes arbeitet hier so, daß am Ort der Bündelknotenebene 10 des Energiefilters ein Strahl- bzw. Bündelknoten gebildet wird. Innerhalb des Energiefilters folgen Elektronen einem symmetrischen Weg 11, der bezüglich der Symmetrieebene 13 wie in 1 gezeigt symmetrisch ist, und sie bilden die achromatische Bildebene 14 und die Energiedispersionsebene 15 aus. Auf der Energiedispersionsebene 15 ist ein Energieschlitz 40 vorgesehen. Der Energieschlitz 40 weist eine veränderbare Schlitzbreite auf und es ist möglich, den Schlitz weit aus dem Elektronenstrahlweg herauszuziehen. Der durch den Energieschlitz 40 hindurchgetretene Elektronenstrahl wird von einem Nachfilterlinsensystem 42 vergrößert und sein Elektronenmikroskopbild 43 wird auf einen Bilddetektor 44 projiziert.
Das Nachfilterlinsensystem 42 weist im wesentlichen die folgenden beiden verschiedenen Funktionen auf, wie dies auch bei dem Projektionslinsensystem 52 des konventionellen säuleninternen Energiefilters der Fall ist. Die erste Funktion besteht darin, daß das Nachfilterlinsensystem 42 das durch den Energiefilter auf der achromatischen Bildebene 14 erzeugte Bild auf den Bilddetektor 44 projiziert. Dadurch kann ein Bild, das von Elektronen der von dem Energieschlitz 40 ausgewählten Energie erzeugt ist, d.h. ein energiegefiltertes Bild von dem Bilddetektor 44 gemessen werden. Eine weitere Funktion besteht darin, ein Bild, das von Elektronen auf der Energiedispersionsebene 15 erzeugt wird, auf den Bilddetektor 44 zu projizieren. Da entsprechend dem Energieunterschied gestreute Elektronen wie beschrieben auf die Energiedispersionsebene 15 geworfen werden, wird ein Energieverlustspektrum beobachtet.
In dieser Art betrifft das vorliegende Ausführungsbeispiel auch ein Energiefiltersystem, das später unter der Säule des Elektronenmikroskops angebracht werden kann.
Üblicherweise wird ein Elektronenmikroskop von einer Bedienungsperson betrieben, die auf einem Stuhl sitzt, während sie den Leuchtschirm in der Beobachtungskammer beobachtet. Die Höhe der Beobachtungskammer ist daher im allgemeinen auf 70 bis 100 cm festgelegt. Außerdem ist das Bedienungspult für das Elektronenmikroskop etwa auf der gleichen Höhe (35) angeordnet. Aus allgemeinen ingenieurstechnischen Gründen ist un ter der Kamerakammer 32 ein Raum mit einer Höhe von 60 cm oder mehr vorgesehen. Daher kann das Energiefilterinstrument in diesem Raum angeordnet werden. Eine Größe des Energiefilters von 30 bis 50 cm genügt, um auch eine ausreichende Energiedispersion (1 μm/Elektronenvolt) bei beispielsweise 200 bis 400 kV sicherzustellen, so daß das Energiefilterinstrument mit dem Vorfilterlinsensystem 41 zufriedenstellend unter der Kamerakammer 32 angebaut werden kann.
Da andererseits in einem konventionellen Energiefilter der endgültige Ablenkungswinkel nicht 90° beträgt, steht nicht ausreichend Platz zur Verfügung, um das Projektionslinsensystem und den Bilddetektor am Ende des Energiefilters anzuordnen und es ist unmöglich, sie wirklich darin einzubauen. Das Energiefilter mit 90° Ablenkung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht es, das Energiefilterinstrument in dem genannten Raum anzuordnen und die Elektronenstrahlsymmetrie beizubehalten.
Außerdem ändert der Einbau des Energiefilters nicht die Positionen des von einem Benutzer bedienten Bedienungspults, einer Apertur 29 für eine ausgewählte Fläche, einer Objektivapertur 27, einer Kondensorapertur 25 und des Probenhalters 26, so daß sich der Vorteil ergibt, daß die Bedienungsfreundlichkeit des konventionellen Instruments nicht verlorengeht.
Der Einbau des Energiefilterinstruments unter der Kamerakammer 32 führt zu keiner Erhöhung des Schwerpunkts des gesamten Instruments, so daß dieses kaum durch mechanische Vibrationen beeinflußt wird, die einen der großen Faktoren bei der Verschlechterung der Ortsauflösung bei der Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop darstellt.
Da außerdem die Höhe des Instruments nicht zunimmt, wird kein Sicherheitsproblem verursacht.
Da in dem Raum unter der Kamerakammer noch ein Spielraum verbleibt, kann das Energiefilter noch weiter vergrößert werden. Beim konventionellen säuleninternen Typ, der in 5 gezeigt ist, wird die Größe des Energiefilters von der Vergrößerung 53 der Höhe des Instruments bestimmt, so daß die Größe des Energiefilters auf einen kleinen Wert beschränkt war. Dies ist einer der Gründe, warum das säuleninterne Energiefilter bei Instrumenten mit hoher Beschleunigungsspannung schwierig zu verwenden ist. Da die Beschleunigungsspannung größer wird, kann eine ausreichende Energiedispersion (d.h. die Leistungsfähigkeit bei der Elektronenspektroskopie) auch mit dem gleichen Energiefilter nicht mehr erreicht werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch beispielsweise sogar noch ein Energiefilter der gleichen Größe von fast 50 cm wie es als konventionelles säuleninternes Energiefilter zu groß für die Anwendung ist, noch eingebaut werden, so daß ein Energiefilter höherer Leistungsfähigkeit als das konventionelle Energiefilter oder ein Energiefilter für eine höhere Beschleunigungsspannung zur Verfügung gestellt werden kann.
Außerdem wird bei dem Energiefilter des Ausführungsbeispiels die übliche Funktion des Elektronenmikroskops vor und nach der Installation des Energiefilters nicht verändert, so daß diese Funktion nicht verlorengeht. Der Benutzer, der ein konventionelles Betriebsverfahren des Elektronenmikroskops anwendet, wird im Zuge des Einbaus des Energiefilters nicht zu besonderem Können im Umgang mit einem neuen Betriebsverfahren gezwungen.
In den vergangenen Jahren wurden Elektronenmikroskope außerdem oft mit Zubehör versehen und das vorliegende Energiefilter kann ebenso mit verschiedenen Elektronenmikroskopen kombiniert werden.
Da das Energiefilter selbst die Fähigkeit zur Korrektur von Aberrationen aufweist, kann es im Vergleich zu einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter einfach ohne Multipol-Linsen aufgebaut sein. Weil es keine komplizierten Multipol-Linsen benötigt, kann die Stabilität und Bedienungsfreundlichkeit des Instruments verbessert werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Energiefilters wird nun unter Bezug auf 3 beschrieben. Dieses Energiefilter ist aus drei Elektronenspektrometern 19, 19b, 19c zusammenge setzt. Ein gewünschtes abbildendes Energiefilter kann erhalten werden, indem den Formparametern beispielsweise die folgenden Werte gegeben werden:
DL1 = 215 mm
L = 142 mm
DL2 = 63 mm
R1 = 30 mm
R2 = 63 mm
α1 = 76,9°
α2 = 116,2°
ε1 = 29,5°
ε2 = 13,4°
ε3 = 33°
Die 4(a) bis (d) zeigen jeweils Ausführungsbeispiele mit denkbaren Elektronenbahnen. Die 4(a) und (b) sind schematische Darstellungen der entsprechenderweise in den 1 und 3 gezeigten Energiefilter. Die 4(c) und (d) zeigen jeweils andere bevorzugte Elektronenbahnen.
Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen Magnetsektoren als Elektronenspektrometer verwendet werden, die jeweils ein gleichförmiges Magnetfeld erzeugen, sind die Elektronenspektrometer nicht darauf eingeschränkt. Denn die gleiche Wirkung kann beispielsweise durch eine Kombination eines elektrostatischen Spiegels und eines Magnetsektors oder durch Verwendung von Sektoren, die inhomogene Magnetfelder erzeugen, erzielt werden. Außerdem kann die gleiche Funktion durch Kombination von von den Magnetsektoren verschiedenen Multipol-Linsen erreicht werden.
Die Aberration kann außerdem durch gekrümmte Flächen in den Polflächen erheblich verringert werden.
Die 7(a) bis (c) stellen die praktische Wirksamkeit der Erfindung im Vergleich mit einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter dar. Die 7(a) zeigt ein Testmuster (a) für eine Einfallsbildebene, die 7(b) zeigt ein Beispiel (b) eines Energiefilterbilds, das mittels eines konventionellen Nachsäulenenergiefilters erhalten wurde und die 7(c) zeigt ein Beispiel (c) eines Energiefilterbilds nach der Erfindung. Im Beispiel nach der Erfindung von 7(c) wurde eine Berechnung unter Verwendung des obengenannten Wertesatzes (I) der Formparameter für einen Elektronenfilter und unter Festlegung der Vergrößerung des Nachfilterlinsensystems 42 auf den Faktor 100 berechnet. Für die Berechnung wurde das Programm in dem bereits erwähnten Aufsatz T. Matsuo et al: Mass Spectroscopy 24 (1976) 19–62) verwendet.
Im Beobachtungsbeispiel mittels des konventionellen säulennachgeordneten Energiefilters in 7(b) wurde durch Projektion ein fehlerbehaftetes Gitterbild erhalten. Als solches wird es natürlich im Hinblick auf das quadratische Gitterbild, das in der Einfallsbildebene in 7(a) beobachtet wird, erhalten, aber seine Form beruht auf der Störung aufgrund der Aberration des Filters. Im vorliegenden Beispiel ist das Muster so gestört, daß es wie durch Pfeile angezeigt in Querrichtung gestreckt ist. Die Hauptursache dafür besteht darin, daß die Störung in einem einzigen Magnetsektor groß ist. Da die Multipol-Linsengruppe zur Korrektur der Störung keine axialsymmetrischen Linsen bilden, können solche Fälle, in denen sich die Vergrößerung in vertikaler Richtung und in Querrichtung unterscheidet, häufig auftreten. Darüber hinaus ist der von den Pfeilen angegebene Abschnitt zur linken Seite hin konkav gestört. In dieser Art wohnt dem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter natürlicherweise ein großer Bildfehler inne. Es ist schwierig, diesen Fehler durch einfaches Fokussieren zu korrigieren, so daß es notwendig ist, mehrere Linsen mit sechs Stufen an Quadrupol-Linsen und sechs Stufen an Sextupol-Linsen hinzuzunehmen, wodurch jedoch der Betrieb sehr schwierig wird.
Bei dem in 7(c) gezeigten Ausführungsbeispiel ist die beim Stand der Technik nach 7(b) beobachtete Abweichung des Verhältnisses von Länge und Breite jedoch nicht sichtbar. Bemerkenswerterweise tritt auch ein solcher Fehler wie eine konkave Krümmung nicht auf. Der Grund für dieses vorteilhafte Verhalten liegt darin, daß das Energiefilter selbst eine Funktion zur Korrektur der Aberration durch eine symmetrisch vorgesehene Elektronenbahn aufweist.
Die durch Berechnung der Energiefilter (a) und (b) erhaltene Leistung ist in Tabelle 1 aufgelistet, wodurch die praktischen Wirkungen der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem bekannten säuleninternen Energiefilter im einzelnen dargestellt sind. Dabei stellt (a) ein Beispiel einer Anord nung von Magnetsektoren, die in 8(a) gezeigt ist, und (b) eine Anordnung von Magnetpolen, die von dem Wertesatz (I) der Formparameter des obigen Ausführungsbeispiels festgelegt und in 8(b) gezeigt ist, dar. Tabelle 1
(Bemerkung: L stellt den Abstand (mm) zwischen dem Bündelknoten und der Einfallsbildebene dar.)
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, kann bei der Erfindung dann, wenn der Hauptaberrationskoeffizient AA für die Ener giedispersionsebene klein gehalten wird, der Aberrationskoeffizient XX, der den Fehler in der achromatischen Bildebene ausdrückt, kleiner als bisher gemacht werden und die Energiedispersion D ist groß. Wenn der Abstand zwischen dem Bündelknoten und der Einfallsbildebene auf L festgesetzt ist, wird ein Parameter M, der die Leistung des Energiefilters wiedergibt und sich aus M = D X L²/|AA| ergibt, im Vergleich zum konventionellen Energiefilter erheblich verbessert.
Der Grund dafür, daß das Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem so ausgezeichneten Energiefilter versehen sein kann, liegt darin, daß es sich bei dem Filter um einen säulennachgeordneten Typ handelt, der Filterentwurf von großen Beschränkungen freigehalten werden kann und die Filterform optimiert werden kann, wobei die Symmetrie der Elektronenbahn beibehalten wird.
Wie erläutert, lösen die Ausführungsbeispiele der Erfindung viele Probleme des konventionellen Energiefilters für ein Elektronenmikroskop und erreichen die folgenden neuen Wirkungen. Diese Wirkungen werden im folgenden im Vergleich zu einem konventionellen Energiefilter beschrieben.

(1) Ein Energiefilter mit einfacherem Aufbau als ein konventionelles Energiefilter kann zur Verfügung gestellt werden.
(2) Die Bedienbarkeit wird verbessert, da der Aufbau einfacher als beim konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter ist.
(3) Ein Bild mit geringeren Fehlern kann mittels weniger struktureller Komponenten als beim konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter erhalten werden.

Im Vergleich zu einem anderen Energiefiltertyp, d.h. einem säuleninternen Energiefilter, können die folgenden neuen Wirkungen erzielt werden.

(1) Einer Verschlechterung der Bedienungsfreundlichkeit, die von einer Vergrößerung der Höhe verursacht wurde, sowie eine Verschlechterung der Sicherheit aufgrund einer Verlänge rung des Instruments, die beim säuleninternen Energiefilter ein Problem darstellten, kann begegnet werden.
(2) Da bei einem säuleninternen Energiefilter die Position der Probe nach oben verlegt wird, war dieses anfällig für mechanische Schwingungen. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch kaum solchen Schwingungen unterworfen.
(3) Da nahezu alle die Größe betreffenden Probleme gelöst sind, kann die Leistungsfähigkeit des Elektronenspektrometers mit einem groß ausgelegten Energiefilter verbessert werden.

Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es nicht nötig, ein Elektronenmikroskop selbst zu verändern, so daß die Erfindung auf verschiedene Verfahren unter Verwendung eines Elektronenmikroskops ohne verändert werden zu müssen, angewendet werden kann. So kann beispielsweise eine neue Elektronendetektoreinrichtung für verschiedene Verfahren, einschließlich der Elektronenholographie mit einem Elektronenstrahl-Biprisma, einem Elektronenmikroskopierverfahren bei ultraniedriger Temperatur zur Verhinderung von Strahlenschäden an der Probe und einem abtastenden Transmissionselektronenmikroskopieverfahren zur Beobachtung eines Bilds durch Betrieb mit einem zusammengeführten Elektronenstrahl verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, Elektronen unterschiedlicher Energie auf der Energiedispersionsebene zu streuen bzw. aufzuspalten und auszuwählen sowie in der achromatischen Bildebene ein energiegefiltertes Bild zu beobachten.
Für das Energiefilter ist es also notwendig, die Energiedispersionsebene und die achromatische Bildebene gleichzeitig an verschiedenen Orten auszubilden.
Die Bezugszeichen in den Figuren bedeuten das folgende:

10: Brennpunkt- bzw. Strahl- oder Bündelknotenebene,
11: mittlerer Weg eines Elektronenstrahls,
12: Eingangsbildebene,
13: Symmetrieebene,
13': Senkrechte auf die Symmetrieebene,
14: achromatische Bildebene,
15: Energiedispersionsebene,
16: Einfallsrichtung eines Elektronenstrahls,
17: Austrittsrichtung eines Elektronenstrahls,
18a, 18b, 18c, 18d: erstes, zweites, drittes, viertes Spektrometer,
19a, 19b, 19c: erstes, zweites, drittes Spektrometer,
21: Elektronenkanone,
22: Elektronenstrahl,
23: Beschleunigungsspannungsvorrichtung,
23': Beschleunigungselektrode,
24: Kondensorlinsensystem,
25: Kondensorapertur,
26: Probe und Probenhalter,
27: Objektivapertur,
28: Objektivlinse,
29: Auswahlflächenapertur,
30: Zwischen- und Projektionslinsensystem,
31: Beobachtungskammer,
32: Kamerakammer,
33: Leuchtschirm,
34: Beobachtungsfenster,
35: Bedienungspulthöhe,
36: Bildaufnahmegerät,
40: Enegieschlitz,
41: Vorfilterlinsensystem,
42: Nachfilterlinsensystem,
43: Elektronenmikroskopbild,
44: Bilddetektor,
50: säuleninternes Energiefilter,
51: Zwischenlinsensystem,
52: Projektionslinsensystem,
53: Abschnitt, um den sich die Höhe gegenüber dem konventionellen Elektronenmikroskop erhöht,
60: Bündelknotenebene des Projektionslinsensystems,
61: Magnetsektor,
62a, 61b: Multipol-Linsen.

Claims

Elektronenmikroskop mit einer Elektronenkanone (21), einer Beschleunigungsspannungsvorrichtung (23) zum Beschleunigen eines Elektronenstrahls (22), der von der Elektronenkanone ausgesandt wird, einem Kondensorlinsensystem (24), das den Elektronenstrahl auf eine Probe (26) wirft, Zwischen- und Projektionslinsensystemen (30) zur Ausbildung eines Bild- oder Beugungsmusters der Probe, einer Beobachtungs- (31) oder Kamerakammer (32), die mit einer Einrichtung (33, 36) zum Beobachten bzw. Aufzeichnen des Bilds oder Beugungsmusters versehen ist, einem Energiefilter (18a bis d, 19a bis c) am Ende der Beobachtungs- bzw. Kamerakammer und einem Energieschlitz (40) auf der Energiedispersionsebene (15) des Energiefilters (18a bis d, 19a bis c) zum Durchtritt von Elektronen einer ausgewählten Energie, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiefilter mehrere Magnetsektoren (18a bis d, 19a bis c) aufweist, die bezüglich einer Symmetrieebene (13) so angeordnet sind, daß der mittlere Weg des entlang der elektronenoptischen Achse einfallenden Elektronenstrahls im Energiefilter bezüglich der Symmetrieebene (13) symmetrisch ist, wobei die Senkrechte (13') zur Symmetrieebene (13) gegenüber der Einfallsrichtung (16) des Elektronenstrahls um einen Winkel Θ mit 0° < Θ < 180° geneigt ist.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei im Energiefilter die von einer Bündelknotenebene (10) ausgehenden Elektronen auf die Energiedispersionsebene (15) und die von einer Eingangsbildebene (12) ausgehenden Elektronen auf eine achromatische Bildebene (14) abgebildet werden.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Winkel Θ zwischen der Senkrechten (13') zur Symmetrieebene (13) und der Einfallsrichtung (16) des Elektronenstrahls 45° beträgt.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Energiefilter mit n Magnetsektoren (18a bis d, 19a bis c) versehen ist, wobei n mindestens zwei beträgt und für die Ablenkungswinkel α1, α2 ... αn des Elektronenstrahls durch die entsprechenden Magnetsektoren die folgenden Beziehungen gelten: α1 = αn, α2 = αn – 1 ... und wobei für den sich am Ende ergebenden Ablenkungswinkel αe gilt: 0° < αe < 180°.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Energiefilter mit mehreren Magnetsektoren (18a bis d) mit viermaliger Ablenkung eines Elektronenstrahls (22) versehen ist und die jeweiligen Ablenkungswinkel α1, α2, α3, α4 des Elektronenstrahls durch die Magnetsektoren die folgenden Bedingungen erfüllen: α1 = α4 und α2 = α3, 30° ≤ α1 ≤ 135°, 60° ≤ α2 ≤ 180° und α1 < α2.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, mit 60° ≤ α1 ≤ 85° und 105° ≤ α2 ≤ 130°.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Energiefilter mit mehreren Magnetsektoren (19a bis c) mit dreimaliger Ablenkung eines Elektronenstrahls (22) versehen ist und die jeweiligen Ablenkungswinkel α1, α2, α3 des Elektronenstrahls durch die Magnetsektoren die folgenden Bedingungen erfüllen: α1 = α3 und 30° ≤ α1 ≤ 135°.
Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der sich am Ende ergebende Ablenkungswinkel αe 90° beträgt.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 7, wobei die Summe α1 + α2 + α3 270° beträgt.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 7, wobei die Summe α1 + α2 + α3 450° beträgt.
Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Energiefilter unter der Beobachtungskammer (31) oder Kamerakammer (32) des Elektronenmikroskops angebracht ist.
Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem Aufbau zum Befestigen des Energiefilters unter der Beobachtungskammer (31) bzw. Kamerakammer (32) des Elektronenmikroskops.
Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Bilddetektor (44) zur Erfassung des aus dem Energiefilter austretenden Elektronenstrahls und mit einer Elektronenlinse (42) zwischen dem Energiefilter und dem Bilddetektor (44).
Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Elektronenlinse (41) zwischen dem Energiefilter und der Beobachtungs- (31) bzw. Kamerakammer (32).
Elektronenmikroskop nach Anspruch 14, mit einem Linsensystem (41) zwischen dem Energiefilter und der Beobachtungskammer (3) bzw. Kamerakammer (32) zur Verkleinerung eines von dem Elektronenmikroskop erzeugten Bilds und zum Projizieren des Bilds auf eine Einfallsbildebene (12) des Energiefilters.