DE60037071T2

DE60037071T2 - Magentischer Energiefilter

Info

Publication number: DE60037071T2
Application number: DE60037071T
Authority: DE
Inventors: Katsushige Akishima Tsuno; Eric Munro; John Rouse
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: EP1780762B1; EP1058287A2; US6441378B1; EP1058287B1; DE60040250D1; DE60037071D1; EP1780762A1; EP1058287A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Energiefilter mit mehreren Magnetfeldern und ist dazu ausgelegt, die Bahn des Elektronenstrahls von dem Eingangsfenster zu der Ausgangsblende abzulenken.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
4 zeigt ein Beispiel der Struktur eines Elektronenmikroskops, welches eine einen OMEGA-Energiefilter enthaltende Elektronenoptik aufweist. 5 stellt die Struktur des A-Typ-OMEGA-Energiefilters dar. 6 stellt die Struktur des B-Typ-OMEGA-Energiefilters dar. 7(a) und 7(b) stellen die Grundbahn bei dem A-Typ-OMEGA-Energiefilter dar. 8(a) und 8(b) stellen die Grundbahn bei dem B-Typ-OMEGA-Energiefilter dar.
In-Säule-Energiefilter, wie beispielsweise OMEGA-Energiefilter und Castain-Henry-Filter, werden häufig als Energiefilter in Kombination mit gebräuchlichen Elektronenmikroskopen verwendet, da die Mikroskop-Säule unter gerade Halten derselben in das Mikroskop aufgenommen werden kann. Wie in 4 gezeigt ist, emittiert bei einem Elektronenmikroskop mit einer den OMEGA-Energiefilter enthaltenden Elektronenoptik eine Elektronenkanone 11 einen auf eine Probe 14 gerichteten Elektronenstrahl durch eine Kondensorlinse 12. Ein beobachtbares Bild der Probe wird auf einen fluoreszierenden Bildschirm 20 mittels einer Objektivlinse 13, einer Zwischenlinse 15, einem Eingangsfenster 16, dem OMEGA-Energiefilter 17, einer Ausgangsblende 18 und einer Projektionslinse 19 projiziert. Bei diesem Ω-Typ-Energiefilter sind vier Magnetfelder M₁, M₂, M₃ und M₄, bei denen der Strahl den Krümmungsradius R₁, R₂, R₃ bzw. R₄ aufweist, derart angeordnet, dass eine Ω-geformte Bahn gebildet wird. Der Elektronenstrahl wird wiederum durch diese Magnete derart geführt, dass der austretende Strahl mit dem einfallenden Strahl fluchtend ausgerichtet ist. 5 und 6 zeigen zwei Beispiele für eine Geometrie der magnetischen Polstücke sowie der Elektronenbahn. Eine gerade Linie, auf der der einfallende Strahl und der austretende Strahl miteinander ausgerichtet sind, oder eine gerade Linie, welche sowohl durch das Eingangsfenster als auch durch die Ausgangsblende hindurchfährt, wird hierbei als die "gerade Achse" bezeichnet. Die Mittelbahn des Strahls, welcher durch die Magnetfelder des Filters, wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist, abgelenkt wird, wird hierbei als die "optische Achse, welche die Mittelbahn des Filters anzeigt" bezeichnet.
Auf diese Art und Weise wird ein Instrument mit einem OMEGA-Energiefilter, welcher in das oder hinter dem Abbildungslinsensystem eines Transmissionselektronenmikroskops eingesetzt ist, als eine Vorrichtung zum elektronenmikroskopischen Abbilden (ESI) verwendet. Bei OMEGA-Energiefiltern, ALPHA-Energiefiltern usw. liegt die optische Achse des einfallenden Strahls auf gleicher Linie mit der optischen Achse des austretenden Strahls. Mehrere Magnetfelder werden entwickelt. Demnach wird ein derartiger OMEGA-Energiefilter in das Abbildungslinsensystem eingesetzt, um die Bahn des Elektronenstrahls von dem Eingangsfenster zu der Ausgangsblende abzulenken. Dies wird ein In-Säule-ESI-Instrument genannt. Andererseits wird dadurch ebenfalls ein Filter bereitgestellt, bei dem ein Einsektorenmagnet mit einem multipolaren Korrektor kombiniert ist. Bei diesem Filter weist die optische Achse des austretenden Strahls einen Winkel von ungefähr 90° relativ zu dem einfallenden Strahl auf. Folglich wird dieser Filter hinter der Mikroskopsäule angeordnet und ist als ein Nach-Säulen-Filter bekannt.
Ein OMEGA-Energiefilter ist ein typischer In-Säule-Filter. Der Prototyp dieses Filters wurde dadurch hergestellt, dass ein Magnetfeldprisma, ein elektrostatischer Spiegel und weitere Magnetfeldprismen derart kombiniert wurden, dass ein In-Säule-Filter (ursprünglich bekannt als Castain-Henry-Filter) gebildet wird und dass der elektrostatische Spiegel durch ein Magnetfeldprisma ersetzt wird, sodass alle ablenkenden Elemente aus Magnetfeldern bestehen. Dieser Filter wurde in den 1970er Jahren in Frankreich entwickelt und beinhaltet drei Magnetfelder. Anschließend wurden in Deutschland Abberationstheorien von Filtern erforscht. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von vier Magneten vorteilhafter ist als die Verwendung von drei Magneten. Darauf folgende Untersuchungen haben zu einem System geführt, bei dem vier Magnete verwendet werden.
Bei einem Sektoren-geformten Magnet mit einem einheitlichen Magnetfeld wird der Strahl in einer Richtung x fokussiert, welche parallel zu der Ebene der Magnetpolstücke ist, bei denen eine Energiedispersion stattfindet. Jedoch findet keine fokussierende Maßnahme in Richtung y des Magnetfelds statt. Im Falle eines OMEGA-Energiefilters sind die Endflächen der magnetischen Polstücke entsprechend verkippt, um eine Quadrupol-Linsen-Maßnahme herzustellen, welche den Strahl in Richtung des Magnetfeldes fokussiert. Die zwei in den 5 und 6 gezeigten Beispiele wurden unter unterschiedlichen optischen Voraussetzungen ausgelegt. Die Geometrie aus 5 wird ein A-Typ genannt, bei dem drei fokussierende Maßnahmen in der Richtung x, welche parallel zu der Ebene der magnetischen Polstücke ausgebildet ist, sowie in der Richtung y des Magnetfeldes stattfinden. Die Geometrie von 6 wird als ein B-Typ genannt, bei dem drei fokussierende Maßnahmen in der Richtung x stattfinden, welche parallel zu der Ebene der magnetischen Polstücke ausgebildet ist, und zwei fokussierende Maßnahmen treten in der Richtung des Magnetfelds y auf. Der Unterschied bezüglich ihrer wesentlichen optischen Eigenschaften wird beispielsweise anhand der Bahndiagramme des A-Typs und B-Typs, welche in 7 bzw. 8 gezeigt sind, ersichtlich, wo die optische Achse, welche die Mittelbahn des Filters anzeigt, als eine gerade Linie gezeichnet ist.
Bei diesen Bahndiagrammen sind die Bahnen x_α und y_β gleich jenen Bahnen eines Elektronenstrahls, der am Ende ein fokussiertes Elektronenmikroskopbild auf dem fluoreszierenden Bildschirm bilden wird. Andererseits sind die Bahnen x_γ und y_δ gleich jenen Bahnen eines Elektronenstrahls, welcher durch die vorhergehende Linsenstufe auf die Eingangsfensterebene des Filters fokussiert wird. Nach Passieren durch den Filter werden diese Bahnen x_γ und y_δ auf die Ausgangsblendenebene fokussiert. Bei Erreichen der Ausgangsblendenebene wird der Elektronenstrahl ausreichend nach Maßgabe seiner Energie dispergiert. Die Ausgangsblende selektiert nur einen gewünschten Energiebereich des Strahls. Das Bild des fluoreszierenden Schirms wird gebildet durch einen Energiebereich des Strahls, welcher die Ausgangsblende hindurch passiert. Dann, wenn die Dispersion zurückgelassen wird, findet eine Unschärfe statt. Somit muss die Dispersion auf der Bildebene verschwinden, was als die achromatische Bedingung bezeichnet wird. Der OMEGA-Energiefilter weist eine bedeutende Eigenschaft auf, nämlich dass die Bahn in Bezug auf die Mittelebene symmetrisch hergestellt wird, was die Aperturaberration auf der Bildebene und Verzerrungen unterbindet.
Um Aberrationen zweiter Ordnung auf null zu bringen und verbleibende Aberrationen zu reduzieren, wird bei dem OMEGA-Energiefilter die Ebene zwischen dem zweiten Magneten M₂ und dem dritten Magneten M₃ als eine Symmetrieebene verwendet (Mittelebene). Auf diese Art und Weise werden die Strahlbahnen vor und nach der Symmetrieebene symmetrisch wiedergegeben. Insbesondere lässt man LL den Abstand von der Bildebene (Pupillenebene) zu der Ausgangsblendenebene sein. Die Bildebene (die Pupillenebene) des einfallenden Strahls wird in einem Abstand LL von der Eingangsfensterebene eingestellt. Unter diesen Bedingungen unterscheiden sich A-Typen und B-Typen bei der Bahn in der y-Richtung (in der Richtung des Magnetfelds) wie folgt: Bei dem A-Typ gelten die Gleichungen y_β = 0 und γ_δ' = 0 an der Symmetrieebene, wie dies in den 7(a) und 7(b) gezeigt ist. Bei dem B-Typ gelten die Gleichungen y_β' = 0 und y_δ = 0 an der Symmetrieebene, wie dies in den 8(a) und 8(b) gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass "'" in Bezug auf z eine Differenzierung kennzeichnet, d.h. den Gradienten der Bahn kennzeichnet. Bei beiden Typen ergeben die x-Bahnen x_α = 0 und x_γ' = 0 auf der Symmetrieebene für die gleichen Bedingungen für beide Strahlen.
Wenn die Anfangsbedingungen auf diese Art und Weise für den A-Typ ausgewählt werden, wird die Bahn x_γ dreimal fokussiert und die Bahn y_δ wird dreimal fokussiert, wie dies in den 7(a) und 7(b) gezeigt ist. Die fokussierten Punkte werden jeweils durch Pfeile in der Figur angezeigt. Für den B-Typ wird die Bahn x_γ dreimal fokussiert, die Bahn y_δ wird jedoch nur zweimal fokussiert, wie dies in den 8(a) und 8(b) gezeigt ist. Das heißt, dass das Bild umgedreht ist. Das Bestehen dieser zwei Typen von OMEGA-Energiefiltern ist seit vielen Jahren bekannt.
Im Falle eines Elektronenmikroskops wird ein Energiefilter als ein (1) Monochrometer zum Begrenzen der Energie einer Elektronenquelle verwendet, um einen hochmonochromatischen Strahl zu erzeugen, wird der Energiefilter (2) als ein Elektronenenergieverlustspektroskop (EELS) zum Messen des Energieverlusts, welcher durch eine Probe herbeigeführt wird, verwendet und der Energiefilter wird (3) als ein energiefilterndes Transmissionsmikroskop (EFTEM) zum Erzeugen eines Bildes aus Null-Verlust-Elektronen, welches Energie-Verlust-Elektronen ausschließt, oder nur aus Verlust-Elektronen. Die Eigenschaften, die gegenwärtig in diesen Anmeldungen nachgesucht werden, sollen eine große Dispersion aufweisen.
Das am meisten bekannte Verfahren zum Erzeugen einer großen Dispersion ist es, eine Verzögerung bereitzustellen. Für gewöhnlich weist ein Energiefilter eine Dispersion von ungefähr 1/1000 bis 1/10000 der Energien der einfallenden Elektronen auf. Demnach wird dann, wenn die Energien der einfallenden Elektronen herabgesetzt werden, die Auflösung der beobachtbaren Energie größer. Zu diesem Zweck ist es jedoch erforderlich, dass der Energiefilter in einem Feld angeordnet ist, über das eine Hochspannung angelegt ist. Folglich verkompliziert dies die Geräteausstattung oder macht sie sperrig.
Lanio et al., "Test und verbesserter Aufbau eines korrigierten bildgebenden magnetischen Energiefilters", Optik, Band 78, Nr. 2, 1986, Seiten 56–68, beziehen sich auf einen magnetischen Omega-Energiefilter, wie dieser beispielsweise vorstehend beschrieben wurde.
Die DE-A1-198,38,600 bezieht sich auf einen magnetischen Energiefilter, bei dem eine Elektronenstrahlbahn in Bezug auf eine Symmetrieebene symmetrisch ist. Eine Normale der Symmetrieebene ist gegenüber einer Einfallsrichtung des Elektronenstrahls geneigt.
Die JP-A-51,151,179 bezieht sich auf einen magnetischen Energiefilter, welcher die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist dazu vorgesehen, die vorstehenden Probleme zu behandeln. Es wäre wünschenswert, einen magnetischen Energiefilter bereitzustellen, welcher einen verlängerten Strahlpfad aufweist, eine erhöhte Summe der Absolutwerte der Strahlablenkungswinkel aufweist sowie kompakt ist.
Folglich stellt die Erfindung einen magnetischen Energiefilter bereit, wie dieser in Anspruch 1 definiert ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines magnetischen Energiefilters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
2(a)–2(f) sind Diagramme, die Grundbahnen vergleichen basierend auf den Ergebnissen einer Simulation des in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden magnetischen Energiefilters;
3 ist ein Diagramm eines magnetischen Energiefilters in Übereinstimmung mit einem Beispiel, welches nicht Teil der Erfindung ist;
4 ist ein Diagramm eines Elektronenmikroskops, welches einen OMEGA-Energiefilter enthaltende Elektronenoptiken aufweist;
5 ist ein Diagramm, welches einen A-Typ-OMEGA-Energiefilter darstellt;
6 ist ein Diagramm, welches einen B-Typ-OMEGA-Energiefilter darstellt;
7(a) und 7(b) sind Diagramme, die die Grundbahn bei dem A-Typ-OMEGA-Energiefilter darstellen; und
8(a) und 8(b) sind Diagramme, welche die Grundbahn bei dem B-Typ-OMEGA-Energiefilter darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt die Struktur eines magnetischen Energiefilters in Übereinstimmung mit der Erfindung. Die 2(a) bis 2(f) stellen Diagramme dar, welche die Grundbahnen zeigen, welche basieren auf den Ergebnissen einer Simulation des in Übereinstimmung mit der Erfindung stehenden magnetischen Energiefilters.
Die 2(a) stellt die Bahn eines Elektronenstrahls dar, welcher ein Elektronenmikroskopbild bildet, welches auf die Eingangsfensterebene projiziert wird. Der ein fokussiertes Elektronenmikroskopbild auf der Eingangsfensterebene bildende Elektronenstrahl formt insgesamt vier Kreuzungspunkte und bildet anschließend wieder ein fokussiertes Elektronenmikroskopbild auf der Ausgangsblendenebene. Die 2(b) stellt die Bahn des Elektronenstrahls dar, welcher (zwei) bestimmte Energien von Elektronenstrahlen aufweist, welche durch das Eingangsfenster passieren. Die Elektronenstrahlen, welche durch das Eingangsfenster passieren, werden dreifach fokussiert und unterlaufen eine vierte fokussierende Maßnahme an der Ausgangsblendenebene. Dann, wenn Elektronenstrahlen unterschiedliche Energien aufweisen, beschreiben sie unterschiedliche Bahnen und werden an verschiedenen Stellen an der Ausgangsblendenebene fokussiert. Demnach kann nur ein Elektronenstrahl, welcher eine gewünschte Energie aufweist, mit einer Ausgangsblende ausgewählt werden. Die 2(c) stellt die Bahn x_α (x alpha) des Elektronenstrahls dar, welcher ein Mikroskopbild formt, wobei die Bahn parallel zu der magnetischen Polstückebene ausgebildet ist. Die 2(d) stellt die Bahn y_β (y beta) des Elektronenstrahls dar, welcher ein Mikroskopbild formt, wobei die Bahn die gleiche Richtung wie die Richtung des magnetischen Feldes aufweist. Die 2(e) zeigt die Bahn x_γ (x gamma) eines Elektronenstrahls mit einer gewünschten Energie an, welcher parallel zu der magnetischen Polstückebene verläuft, und zeigt den Wert der Dispersion x_χ (x chi) entlang der optischen Achse an. Die 2(f) zeigt an die Bahn y_δ (y delta) eines Elektronenstrahls mit einer gewünschten Energie in Richtung des magnetischen Feldes.
In Bezug auf 1 sind Magneten M₁–M₄, ein Eingangsfenster I und eine Ausgangsblende S dargestellt. Die Bahn eines Elektronenstrahls in der Geometrie von 1 wird nachstehend beschrieben. Der Elektronenstrahl trifft in Richtung der optischen Achse auf, welche durch den Pfeil angezeigt ist. Der Strahl bildet einen Kreuzungspunkt (fokussierten Punkt) auf der Ebene des Eingangsfensters I und trifft dann auf einen Filter. Der Elektronenstrahl, welcher durch das Eingangsfenster passiert ist, tritt ein in das magnetische Feld M, mit einem Ablenkunsgwinkel von Φ₁. Der Strahl wird um Φ₁ abgelenkt. Der Strahl wird, wie in der Figur gezeigt ist, im Uhrzeigersinn abgelenkt. Der Strahl tritt dann aus dem Feld aus und unterläuft einer ersten fokussierenden Maßnahme des Filters.
Anschließend tritt der Strahl in den Magneten M₂ ein, welcher einen Ablenkunsgwinkel von Φ₂ aufweist, und wird um Φ₂ in der entgegengesetzten Richtung abgelenkt. Der Strahl wird, wie in der Figur gezeigt ist, in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung abgelenkt. Der Strahl verlässt dann den Magneten M₂ und passiert über einen Punkt O, bei dem eine gerade Achse die Bahn des Elektronenstrahls schneidet. Der Strahl wird einer zweiten fokussierenden Maßnahme nahe an diesem Punkt O unterzogen. Nachdem er über den Punkt O passiert ist, tritt der Strahl in den Magneten M₃ ein, welcher auf der entgegengesetzten Seite der geraden Achse angeordnet ist und welcher einen Ablenkungswinkel Φ₃ aufweist. Bei diesem Magneten wird der Strahl um Φ₃ in einer Richtung im Uhrzeigersinn abgelenkt und der Strahl verlässt den Magneten da, wo Φ₃ = –Φ₂ ist. Anschließend wird der Strahl einer dritten fokussierenden Maßnahme unterzogen.
Ein Strahl, welcher aus dem Magneten M₃ austritt, passiert in den Magneten M₄ mit einem Ablenkungswinkel von Φ₄, wobei Φ₄ = –Φ₂ ist. Bei diesem Magneten wird der Strahl um Φ₄ in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn abgelenkt und verlässt den Magneten.
Der den Magneten M₄ verlassende Elektronenstrahl erreicht die Ausgangsblende und wird einer vierten fokussierenden Maßnahme an der Ausgangsblendenebene unterzogen. Der Elektronenstrahl wird unter dieser Bedingung ausreichend aufgrund einer Energievariation dispergiert.
Demgemäß passiert nur der Elektronenstrahl die Ausgangsblende hindurch und verlässt den Filter, welcher die gewünschte Energie aufweist.
Der Punkt O, welcher auf der Hälfte des Weges zwischen den Magneten M₂ und M₃ angeordnet ist, wird als der Mittelpunkt bezeichnet. Eine Achse, die durch diesen Punkt verläuft und die vertikal auf der Papierebene steht, stellt eine zweifache Rotationssymmetrieachse oder eine zweifache Rotationsachse für den ausgewählten Elektronenstrahlpfad durch den Filter dar. Das heißt, dass sich für die physikalische Struktur des Filters eine zweifache Rotationssymmetrie um die Achse ergibt, welche durch den Punkt O verläuft (mit Ausnahme der Polaritäten der Magneten, wie dies nachstehend erklärt wird).
In Übereinstimmung mit der Erfindung sind bei dem magnetischen Energiefilter die Magneten auf entgegengesetzten Seiten der Achse angeordnet, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Überdies sind sie in einer zweifachen Rotationssymmetrie angeordnet. Im Unterschied zu herkömmlichen Filtern, wie beispielsweise einem OMEGA-Filter und einem ALPHA-Filter, bei denen Magnete nur an einer Seite einer geraden Achse angeordnet sind, kann der Strahlungspfad verlängert werden und die Summe der Absolutbeträge der Strahlablenkungswinkel können erhöht werden, ohne dass der Abstand zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters, d.h. der Abstand D zwischen dem Eingangsfenster I und der Ausgangsblende S, vergrößert wird.
Demnach ist der magnetische Energiefilter, welcher wie vorstehend in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, kompakter als der OMEGA-Filter des Standes der Technik. Bei der Geometrie in 1 werden für die Ablenkungswinkel angenommen, dass diese die Werte 110°, –250°, 250° und –110° in dieser Reihenfolge ausgehend von der Eingangsseite aufweisen. Die Summe der Absolutbeträge der Ablenkungswinkel beträgt 720°, welche doppelt so groß ist wie jene der Ablenkungswinkel des ALPHA-Filters. Im Falle des OMEGA-Filters des Standes der Technik wird für die Grenzwerte der tatsächlichen Ablenkungswinkel der vier Magnete angenommen, dass diese die Werte 125°, –125°, –125° und 125° in dieser Reihenfolge aufweisen. Die Summe der Absolutbeträge der Ablenkungswinkel beträgt 500°, welche 1.4 Mal größer ist als der herkömmliche Wert.
Da, wo der vorstehend vorgeschlagene Energiefilter aus vier magnetischen Feldern M₁, M₂, M₃ und M₄ aufgebaut ist, sind die Magnetfelder M₂ und M₃ auf gegenüberliegenden Seiten der Symmetrieebene angeordnet und weisen eine identische Polarität auf. Bei einem magnetischen Energiefilter (nachstehend als der S-Filter bezeichnet) sind in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Magnetfelder M₂ und M₃ auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Rotationssymmetrieachse angeordnet und weisen entgegengesetzte Polaritäten auf.
Bei dem Beispiel aus den 1 und 2 beträgt die Summe der Absolutbeträge der Ablenkungswinkel 720°. Bei dem S-Filter, bei dem die Magnetfelder 1 und 2 in ihrer Polarität entgegengesetzt sind, kann der Strahlpfad dann, wenn die Summe der Absolutbeträge der Ablenkungswinkel größer als 540° eingestellt ist, verlängert werden und die Summe der Absolutbeträge der Strahlablenkungswinkel kann erhöht werden, ohne dass der Abstand zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters, d.h. der Abstand D zwischen dem Eingangsfenster I und der Ausgangsblende S, vergrößert wird. Auf diese Art und Weise wird der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht.
Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Anzahl, wie viele Male die Bahn x_γ die optische Achse überquert. Im Allgemeinen kann daran gedacht werden, dass eine größere Dispersion stattfindet, da die Zahl des Überquerens der Bahn x_γ über die optische Achse, welche die Mittelbahn in dem Filter angibt, erhöht wird. Die Zahl des Überquerens der Bahn x_γ bei dem OMEGA-Filter des Standes der Technik über die optische Achse, welche die Mittelbahn in dem Filter angibt, beträgt drei, wie dies durch die Pfeile in den 7(b) und 8(b) für beide Typen A und B aus den 5 bzw. 6 angezeigt ist. Andererseits beträgt bei dem Filter, welcher mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt, diese Zahl vier, wie dies in 2(e) durch Pfeile angezeigt ist.
Die 3 ist ein Diagramm, welches einen magnetischen Energiefilter in Übereinstimmung mit einem Beispiel, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, darstellt. Dieser Filter weist Magnete M₅ bis M₈, ein Eingangsfenster I und eine Ausgangsblende S auf. Die Magnete M₅ und M₆ sind in 3 beide an der Eingangsseite, d.h. an der Seite des Eingangsfensters, ausgebildet. Die Magnetfelder, welche durch diese Magnete M₅ und M₆ erzeugt werden, erzeugen die gleiche Strahlablenkungsrichtung. Die Strahlablenkungsrichtung, welche durch die Magnete M₇ und M₈ an der Ausgangsseite, d.h. an der Seite des Ausgangsschlitzes, bewirkt wird, ist entgegengesetzt zu der Strahlablenkungsrichtung, welche durch die Magnete M₅ und M₆ an der Einfallsseite bewirkt wird, wo sich das Eingangsfenster befindet. Das heißt, dass diese Magnete in einer zweifachen Rotationssymmetrie angeordnet sind. Insbesondere weisen die Magnete M₅ und M₆ Ablenkungswinkel Φ₅ bzw. Φ₆ auf, während die Magnete M₇ und M₈ Ablenkungswinkel Φ₇ (S = –Φ₆) bzw. Φ₈ (= –Φ₅) aufweisen. Dieser Filter wird als der Filter mit einer 8-Form bezeichnet. Bei diesem Filter mit 8-Form beträgt die Summe der Absolutbeträge der Strahlablenkungswinkel näherungsweise 720°. Ergänzend kann festgehalten werden, dass der magnetische Energiefilter, wie er in 1 gezeigt ist und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, eine modifizierte Form eines OMEGA-Filters darstellt, und dass der magnetische Energiefilter, welcher in 3 gezeigt ist, eine modifizierte Form eines ALPHA-Filters darstellt.
Es ist dies zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen sind die OMEGA- und ALPHA-Filter modifiziert und die Magnete sind auf den gegenüberliegenden Seiten einer geraden Achse mit einer zweifachen Rotationssymmetrie angeordnet. Unterschiedliche Typen von Magneten können an den sich gegenüberliegenden Seiten einer geraden Achse angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Modifizierung eines OMEGA-Filters, wie beispielsweise ein S-Filter, und eine Modifikation eines ALPHA-Filters an den sich gegenüberliegenden Seiten einer geraden Achse angeordnet sein.
Überdies ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Filter aus vier Magneten, wie beispielsweise M₁–M₄, aufgebaut. Insgesamt besteht der magnetische Energiefilter aus vier Magnetfeldern. Beispielsweise können einige der Magneten M₂ und M₃ oder alle, wie diese in 1 gezeigt sind, in zwei aufgeteilt sein. Beispielsweise kann der Magnet M₂ in zwei Teile M₂-1 und M₂-2 aufgeteilt sein. Das heißt, dass dann, wenn ein Magnet in Zwei aufgeteilt ist und zwischen ihnen ein Driftraum eingesetzt ist, die Struktur im Wesentlichen unverändert bleibt.
Wie dies von der bislang angegebenen Beschreibung verstanden werden kann, stellt die vorliegende Erfindung einen magnetischen Energiefilter bereit, welcher vier Magnetfelder aufweist, um die Bahn eines Elektronenstrahls ausgehend von der Eingangsfensterebene zu der Ausgangsblendenebene abzulenken, wobei der Energiefilter die Merkmale, wie sie in dem unabhängigen Anspruch 1 definiert sind, aufweist. Die Zahl der Magnetfelder beträgt wenigstens vier. Die Magnetfelder, welche sich an den sich gegenüberliegenden Seiten einer Rotationssymmetrieachse befinden, weisen eine entgegengesetzte Polarität auf, wobei die Rotationssymmetrieachse sich in der Mitte des Wegs zwischen den zweiten und dritten Magnetfeldern befindet. Ablenkungsmagente werden an sich gegenüberliegenden Seiten einer geraden Achse angebracht. Die Summe der Absolutbeträge der Strahlablenkungswinkel der Magnetfelder ist größer als 540° oder beträgt ungefähr 720°. Demzufolge kann im Vergleich zu dem OMEGA-Filter und dem ALPHA-Filter des Standes der Technik die Strahlpfadlänge und die Summe der Absolutbeträge der Ablenkungswinkel erhöht werden. Zusätzlich wird der Abstand zwischen dem Eingangsfenster und der Ausgangsblende verkürzt, was auf diese Art und Weise den Energiefilter kompakter macht.

Claims

Magnetischer Energiefilter, welcher ein Eingangsfenster (I) und eine Ausgangsblende (S) umfasst und dazu ausgebildet ist, mehrere Magnetfelder zu erzeugen, die dazu ausgelegt sind, eine Bahn eines sich von dem Eingangsfenster bis zu der Ausgangsblende erstreckenden Elektronenstrahls abzulenken, wobei die Bahn in einer Ebene liegt und eine erste Richtung, in der der Elektronenstrahl in das Eingangsfenster eintritt, und eine zweite Richtung aufweist, in der der Elektronenstrahl durch die Ausgangsblende passiert, wobei die zweite Richtung mit der ersten Richtung auf einer geraden Linie ausgerichtet ist, wobei der magnetische Energiefilter umfasst: wenigstens vier Magnete (M_1-4), welche dazu ausgebildet sind, ein erstes, zweites, drittes bzw. viertes Magnetfeld derart zu erzeugen, dass die Bahn des Elektronenstrahls dazu ausgebildet ist, durch die wenigstens vier Magnete in der Reihenfolge des ersten, zweiten, dritten und vierten zu passieren; wobei die zweiten und dritten Magnete Ablenkungsmagnete (M₂, M₃) sind, welche an gegenüberliegende Seiten einer geraden Linie angebracht sind, welche das Eingangsfenster mit der Ausgangsblende in der Ebene verbindet, die ersten und zweiten Magnete (M₁, M₂) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, die zweiten und dritten Magnete (M₂, M₃) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, und wobei die wenigstens vier Magnete dazu ausgebildet sind, eine Elektronenbahn zu definieren, die eine auf der Hälfte des Wegs zwischen den zweiten und dritten Magnete angeordnete zweifache Rotationssymmetrieachse aufweist, wobei die Achse orthogonal zu der Ebene ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Absolutbeträge der Strahlablenkungswinkel (Ø_1-4) der Magnete (M_1-4) größer ist als 540°.
Magnetischer Energiefilter nach Anspruch 1, wobei die Summe der Absolutbeträge der Strahlablenkungswinkel (Ø_1-4) der Magnete im Wesentlichen auf 720° eingestellt ist.
Magnetischer Energiefilter nach Anspruch 1, wobei die Strahlablenkungswinkel (Ø_1-4) der Magnete (M_1-4) im Wesentlichen 110°, –250°, 250° bzw. –110° in dieser Reihenfolge ausgehend von der Eingangsseite betragen.
Elektronenmikroskop, umfassend einen magnetischen Energiefilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.