JP2003331764A

JP2003331764A - エネルギーフィルタ

Info

Publication number: JP2003331764A
Application number: JP2002142485A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mukai; 向井雅貴
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームを制限するスリット開口部の幅を容
易に選択できるようにしつつ、不所望のエネルギーを持
った電子がスリット開口部を透過するのを防止できるエ
ネルギーフィルタを提供する。【解決手段】スリット６は、Ｘ軸方向に並設された５個
のスリット開口部６ａを有する櫛状に形成されている。
これらのスリット開口部６ａの各幅はそれぞれ長手方向
（Ｙ軸方向）に一定の幅とされ、第１フィルタのエネル
ギー分解能をＤ（μｍ／ｅＶ）、試料に照射するエネル
ギー幅をそれぞれＥ₁（ｅＶ）、Ｅ₂（ｅＶ）、Ｅ₃（ｅ
Ｖ）、Ｅ₄（ｅＶ）、Ｅ₅（ｅＶ）とすると、Ｅ₁・Ｄ
（μｍ）、Ｅ₂・Ｄ（μｍ）、Ｅ₃・Ｄ（μｍ）、Ｅ₄・
Ｄ（μｍ）、Ｅ₅・Ｄ（μｍ）に設定されている。電子
ビームがＸ軸方向に偏向されることで、所望のエネルギ
ーの電子が選択されて対応するエネルギーのスリット開
口部６ａを透過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子顕微鏡
等の電子ビームを利用した装置に設けられて、エネルギ
ー分散された電子ビームのうち、特定のエネルギースペ
クトルの電子ビームを選択して試料に照射させること
で、エネルギー分解能の向上を図るためなどに用いられ
るエネルギーフィルタの技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】透過型電子顕微鏡においては、試料に電
子ビームを照射し、試料を透過した電子ビームを蛍光板
に拡大投影することにより、蛍光板上に試料の拡大像を
得ている。この透過型電子顕微鏡において、得られる電
子顕微鏡像のエネルギー選択性(エネルギー分解能)を高
めるには、試料に照射する電子ビームのエネルギー幅を
できるだけ狭くすることが求められる。このため、この
種の電子顕微鏡では、現状で最も狭いエネルギー幅が得
られるコールドタイプの電界放射型電子銃(ＦＥＧ)が採
用されている。

【０００３】しかしながら、このタイプのＦＥＧを用い
ても、得られるエネルギー幅は例えば高い加速電圧２０
０ｋＶにおいて０.４ｅＶ程度であり、さらにエネルギ
ー幅を狭めるのは現状では困難である。これにもかかわ
らず、より高エネルギー分解能を目指す上で、試料に照
射される電子ビームのエネルギー幅を０.１〜０.２ｅＶ
程度あるいはそれ以下に抑えることが望まれている。

【０００４】そこで、最近、電子銃と試料との間におけ
る試料への照射側の光学系で、電子銃から電子が放出さ
れた直後、つまり電子銃のエミッタ直下に電子分光器で
あるエネルギーフィルタを設け、電子銃の作るエネルギ
ーの拡がりの中から狭いエネルギー範囲をエネルギーフ
ィルタのスリットにより選択的に取り出し、エネルギー
幅の小さな電子ビームを得て試料に照射することが試み
られている。

【０００５】ところが、エネルギーフィルタのエネルギ
ー分解能は電子ビームのエネルギーに依存することか
ら、高分解能電子顕微鏡で必要とされる加速電圧２００
ｋＶ(電子のエネルギーは２００ｋｅＶ)以上の高エネル
ギーにおいて０.１〜０.２ｅＶ程度のエネルギーを選択
できるだけの分解能を得るためには、電子ビームがエネ
ルギーフィルタに入射する直前で電子ビームのエネルギ
ーを数ｋｅＶから数ｅＶ程度に低く設定する必要があ
る。しかし、２００ｋｅＶ以上の電子ビームのエネルギ
ーを数ｋｅＶから数ｅＶ程度まで低く設定するために
は、収差の大きい減速電界レンズを使う必要がある。収
差は電子ビームのぼけを引き起こし、実用的なエネルギ
ーフィルタとは言えない。そこで、電子源から放出され
た直後の電子ビームが低エネルギーの状態にある位置に
エネルギーフィルタを配置してエネルギー選択を行い、
その後加速して高エネルギーを与える方式が検討されて
いる。

【０００６】しかし、電子ビームを低エネルギーの状態
に設定した場合、この低エネルギーの電子ビームがエネ
ルギーフィルタを通過する際、ベルシェ（Boersch）効
果による影響を配慮しなければならない。このベルシェ
効果とは、近接して飛行する電子(一般には荷電粒子)ど
うしのクーロン相互作用によって、各電子の速度にした
がってエネルギーが相互に影響を受ける現象をいう。こ
のベルシェ効果は電流密度が高い程、また電子の速度が
遅い程大きくなる。したがって、低エネルギーの電子ビ
ームがエネルギーフィルタを通過する際は、特にフィル
タ内の収束点で電子が近接して飛行する時に相互に影響
を与え合い、エネルギーが変化して拡がりを持ってしま
い、エネルギー幅の狭い電子ビームを得ることが困難に
なるという問題がある。

【０００７】このようなことから、互いに直交した電界
と磁場とを有するウィーンフィルタからなる第１および
第２フィルタ（第１フィルタのフィルタ長＞第２フィル
タのフィルタ長）を電子ビームの中心軌道に沿って順次
配列するとともに、これらの第１および第２フィルタの
間の自由空間内の電子ビーム通路上にエネルギー選択ス
リットを配置することにより、ベルシェ効果による影響
を低減できるようにしたエネルギーフィルタが特開２０
０１−２３５５８号公報において提案されている。

【０００８】図６はこの公開公報に開示されている透過
型電子顕微鏡を示し、（ａ）はこの透過型電子顕微鏡に
おける電子銃からの試料への照射側の光学系を模式的に
示す図、（ｂ）は（ａ）におけるエネルギーフィルタ部
を模式的に示す図である。

【０００９】図６（ａ）に示すように、この透過型電子
顕微鏡１における、試料への照射側の光学系は、電子銃
（例えば、ＦＥＧ；本発明の電子源に相当）２と、入射
アパーチャ３、電子を減速する減速部４、エネルギー選
択用のスリット開口部を有するスリット６を備えて電子
分光器部を構成するエネルギーフィルタ部５、電子を加
速する加速部７および出射アパーチャ８からなり減速型
電子分光器部を構成する減速型エネルギーフィルタ９
と、加速器１０と、コンデンサレンズ群および対物レン
ズからなる照射レンズ系１１とから構成されている。

【００１０】図６（ｂ）に示すように、エネルギーフィ
ルタ部５は、電子ビームの中心軌道（光軸）Ｏに沿って
順次配列される第１フィルタ１３と第２フィルタ１４か
ら構成されている。第１フィルタ１３のフィルタ長Ｌ₁
は、第２フィルタ１４のフィルタ長Ｌ₂よりも大きく選
定されている。２つのフィルタ１３,１４の間の自由空
間内における電子ビーム通路上には、エネルギー選択用
のスリット６が配置されている。なお、１５,１６は、
それぞれ、エネルギーフィルタ部５の入口部分および出
口部分に設けられた、第１フィルタ１３およびび第２フ
ィルタ１４から発生する電磁界と周囲の電子光学要素の
発生する電磁界との干渉を防止するためのシャント部材
である。

【００１１】第１フィルタ１３および第２フィルタ１４
は、直交した電界と磁界を有するウィーンフィルタであ
り、図６（ｂ）において、Ｚ軸は電子ビームの光軸Ｏを
示し、この光軸Ｏを挟むように磁極ＮおよびＳが対向配
置される。更に、これらの磁極Ｎ,Ｓの間隙には、±の
一対の電極が磁極Ｎ,Ｓの配置と同様に光軸を挟むよう
に対向配置されている（図には＋電極のみが記載されて
おり、−電極はこの＋電極に重なって設けられてい
る）。

【００１２】これらの磁極Ｎ,Ｓおよび±電極の配置に
より、光軸Ｏおよびその周囲には、Ｙ軸方向｛Ｚ軸に直
交しかつ図６（ｂ）において左右方向｝に磁界、Ｘ軸方
向（Ｚ軸に直交しかつ図６（ｂ）において図面に対して
垂直方向）に電界が重畳した場が形成される。これによ
り、光軸に沿って入射した電子は、直交した電界と磁界
により受ける力と個々の電子の持つエネルギーとにより
決まる軌道を進むようになる。

【００１３】図７はこのエネルギーフィルタ部５内にお
ける電子の軌道を示し、（ａ）はＺＸ面内の軌道を示す
図、（ｂ）はＺＹ面内の軌道を示す図である。図７
（ａ）,（ｂ）においては、円形断面の電子ビームが収
束性を持って第１フィルタ１３に入射するものとし、エ
ネルギーフィルタ９の通過帯域の中心エネルギー値を持
つ電子の軌道が太い線で、中心エネルギー値から若干ず
れたエネルギー値を持つ電子の軌道が細い線でそれぞれ
描かれている。

【００１４】図７（ａ）に示すように、第１フィルタ１
３の入射時に円形断面であった電子ビームは第１フィル
タ１３によりＸ軸方向にエネルギー分散されて、ＺＸ面
軌道においては、第１フィルタ１３の中央部(Ｌ₁／２)
付近とスリット６の位置の２つの位置で収束し、一方、
図７（ｂ）に示すようにＺＹ面軌道においては、第１フ
ィルタ１３の出口付近で一度だけ収束し、第２フィルタ
１４から再び円形断面の状態で出射することが分かる。
このように、Ｘ軸方向とＹ軸方向で異なった位置に収束
するようにすることは、ウィーンフィルタを構成する電
界と磁界の強度を適切に選定することにより実現するこ
とができる。

【００１５】図８は、スリット６の面上での電子ビーム
形状を示す図である。図８に示すように第１フィルタ１
３への入射時に円形断面であった電子ビームは、スリッ
ト６の位置においては、Ｘ軸方向の幅が小さくＹ軸方向
の幅が大きい楕円形あるいは線状の断面となっており、
エネルギー値に応じてＸ軸方向の異なる位置を通る。し
たがって、Ｙ軸方向に長くＸ軸方向に適当な幅を持つス
リット開口部により、所望のエネルギーを持つ電子のみ
を選択的に通過させることができる。

【００１６】このようなエネルギーフィルタ部５におい
ては、ＺＸ面内で２回、ＺＹ面内で１回電子ビームが収
束するが、その場合、ＺＸ面内の収束位置とＺＹ面内の
収束位置とが異なっているので、エネルギーフィルタ部
５内で電子ビームが点状に収束することはない。すなわ
ち、各収束位置における電子ビームの断面形状は線状で
あるため、点状に収束するような場合に比べ、電子の密
度は格段に小さい。したがって、ベルシェ効果による影
響を、最小限に抑えることができる。

【００１７】そして、電子源２から発生した数ｋｅＶ程
度の比較的低いエネルギーの電子ビームが入射アパーチ
ャ３から減速型エネルギーフィルタ９内に入射し、入射
した電子ビームはこの減速型エネルギーフィルタ９の減
速部４で数１００ｅＶ程度のエネルギーに減速される。

【００１８】次に、減速された電子ビームは、エネルギ
ーフィルタ部５において所定のエネルギーを持つ電子の
みがスリット６のスリット開口部により選択される。選
択された所定のエネルギーの電子ビームは加速部７によ
って再び元のエネルギー（数ｋｅＶ）を持つように加速
され、出射アパーチャ８から出射する。そして、出射ア
パーチャ８から出射した電子ビームは、加速器１０によ
って所望の高エネルギー（例えば、２００ｋｅＶ程度）
まで加速され、この高エネルギーの電子ビームは照射レ
ンズ系１１を介して試料１２に照射される。

【００１９】ところで、電子分光器であるエネルギーフ
ィルタ９は、試料１２に照射する電子ビームの幅を所望
の幅に選択できるようにするため、スリット６のスリッ
ト開口部の幅をユーザーの操作に応じて任意に変化可能
にすることが望ましい。その場合、前述のようにエミッ
タ直下にエネルギーフィルタ９を設置する場合は、スリ
ット６の電位が加速電圧に重畳し、かつエネルギーフィ
ルタ９周辺はエミッタ周辺と同程度の超高真空が要求さ
れる。エネルギー分散させる光学素子である第１フィル
タ１３のエネルギー分散能（２０μｍ以下）から考慮す
ると、スリット６の動作精度はサブミクロンオーダーが
不可欠である。以上のような高電圧かつ超高真空の過酷
な条件下では、モータ駆動によるスリット６のスリット
開口部の幅の制御は非常に困難になるという問題があ
る。

【００２０】この問題を解決するために、従来、図９に
示すような楔形に開いたスリット開口部６ａを有するス
リット６が用いられることが多い。このスリット６は完
全に固定された状態で使用され、偏向素子を用いて電子
ビームを偏向させることで楔形のスリット開口部６ａ上
での透過位置を移動させ、電子ビームを制限するスリッ
ト開口部６ａの幅を選択できるようにしている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前述のようにベルシェ
効果の影響を低減するために、電子ビームのエネルギー
分散方向（Ｘ軸方向）とそれに対する垂直方向（Ｙ軸方
向）とは必ず同時にフォーカスさせないようにしている
が、エネルギー選択を行うスリット開口部６ａ上ではＸ
軸方向に電子が収束していなければならないため、Ｙ軸
方向には発散させておく必要がある。

【００２２】しかしながら、Ｙ軸方向へ発散する電子ビ
ームの伸びが、Ｘ軸方向への電子ビームの伸びに対して
極端に伸びた場合、前述の楔形に開いたスリット開口部
６ａでは楔形のスリット開口部６ａの開き角の角度が問
題になり、図９に示すようにエネルギー選択された運動
エネルギーＥを持った電子に加えて、エネルギー選択さ
れていない運動エネルギーＥ−δＥ,Ｅ＋δＥを持った
電子、つまり不所望のエネルギーを持った電子までがス
リット開口部６ａを透過する可能性がある。

【００２３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、電子ビームを制限するスリ
ット開口部の幅を容易に選択できるようにしつつ、不所
望のエネルギーを持った電子がスリット開口部を透過す
るのを防止できるエネルギーフィルタを提供することで
ある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明のエネルギーフィルタは、電場と
磁場とを組み合わせて、電子ビームを電子の進行方向と
直交する方向に分散させかつこの分散方向に複数回収束
させるとともに、前記分散方向と直交する方向について
前記分散方向の収束位置と異なる位置で収束させるフィ
ルタと、前記分散方向における２回目以降の収束位置に
配置されて選択されたエネルギーを持った電子を透過さ
せるスリット開口部を有するエネルギー選択用のスリッ
トとを少なくとも備え、前記電子ビームを利用した装置
に設けられるエネルギーフィルタにおいて、前記スリッ
ト開口部が、長手方向に沿って一定の幅を有しかつ異な
る選択されたエネルギーを持った電子をそれぞれ透過さ
せるように異なる所定数の幅のスリット開口部からなる
ことを特徴としている。

【００２５】また、請求項２の発明は、前記スリット
が、前記異なる所定数の幅のスリット開口部が各幅毎に
並列されて櫛状に形成されていることを特徴としてい
る。

【００２６】更に、請求項３の発明は、前記所定数の幅
のスリット開口部の少なくとも１つは、長手方向に幅が
階段状に変化する異なる複数の幅に形成されていること
を特徴としている。

【００２７】更に、請求項４の発明は、隣り合うスリッ
ト開口部の内側の縁どうしの距離（スリットの間隔）
が、前記電子ビームを利用した装置の電子源のエミッタ
が持つ電子ビームのエネルギーの広がりをＨ（ｅＶ）、
前記フィルタの分解能をＤ（μｍ／ｅＶ）としたとき、
Ｈ・Ｄ（μｍ）より大きく設定されていることを特徴と
している。

【００２８】更に、請求項５の発明は、前記スリット開
口部の異なる所定数の幅が、階段状に変化する幅に形成
されていることを特徴としている。

【００２９】更に、請求項６の発明は、前記スリット開
口部の幅が、選択されたエネルギー幅をＥ（ｅＶ）、前
記フィルタの分解能をＤ（μｍ／ｅＶ）としたとき、Ｅ
・Ｄ（μｍ）に設定されていることを特徴としている。

【００３０】

【作用】このように構成された請求項１ないし６の発明
においては、スリットが長手方向に沿って一定の幅を有
しかつ異なる選択されたエネルギーを持った電子をそれ
ぞれ透過させるように異なる所定数の幅のスリット開口
部を有しているので、電子ビームを偏向させて、選択さ
れたエネルギーを持つ電子のみがこのエネルギーに対応
する幅のスリット開口部を透過するようになる。このと
き、スリット開口部は長手方向に一定の幅とされている
ので、選択されていないエネルギーを持った電子、つま
り不所望のエネルギーを持った電子がこのスリット開口
部を透過することが防止される。そして、スリット開口
部の異なる幅の数だけ電子ビームのエネルギーが選択可
能となる。

【００３１】また、本発明のエネルギーフィルタにおい
ては、電子ビームを選択するエネルギーに応じて偏向さ
せることにより、そのエネルギーに対応するスリット開
口部が設定されるようになる。したがって、従来の機械
駆動によるスリットを使用する場合に比べて、電子ビー
ムを制限するスリット開口部の幅が容易に選択可能とと
なるとともに、電子ビームを利用した装置の電子源にお
けるエミッタの直下に、本発明のエネルギーフィルタが
比較的容易に設置可能となる。

【００３２】しかも、あらかじめサブミクロンオーダー
の精度を持つスリットを固定した状態で使用すること
で、従来の機械駆動による場合に比べてエネルギー選択
がより精緻に行うことが可能となり、エネルギー選択が
より正確に行われるようになる。

【００３３】これにより、超高真空もしくは高電圧とい
う条件等の、機械駆動によるスリット幅制御が困難な条
件下においても、最適なエネルギースペクトルが選択可
能となる。

【００３４】特に、請求項２の発明においては、スリッ
トが、異なる所定数の幅のスリット開口部が各幅毎に並
列されて櫛状に形成されているので、スリット開口部の
長手方向と直交する方向、つまりスリット開口部の並設
方向に電子ビームを偏向させることにより、選択する所
定数のエネルギーの中から、所望のエネルギーの電子が
このエネルギーに対応するスリット開口部をより簡単に
透過させることが可能となる。

【００３５】また、請求項３の発明においては、並設さ
れた所定数のスリット開口部の少なくとも１つは、長手
方向に幅が階段状に変化する異なる複数の幅に形成され
ているので、スリット開口部の長手方向および／または
この長手方向と直交方向、つまりスリット開口部の並設
方向と直交する方向および／またはこの並設方向に電子
ビームを偏向させることにより、選択する所定数のエネ
ルギーの中から、所望のエネルギーの電子がこのエネル
ギーに対応するスリット開口部をより簡単に透過させる
ことが可能となる。

【００３６】更に、請求項４の発明においては、隣り合
うスリット開口部の内側の縁どうしの距離（スリットの
間隔）が、電子ビームを利用した装置の電子源のエミッ
タが持つ電子ビームのエネルギーの広がりをＨ（ｅ
Ｖ）、フィルタの分解能をＤ（μｍ／ｅＶ）としたと
き、Ｈ・Ｄ（μｍ）より大きく設定されることから、フ
ィルタでエネルギー分散された電子ビームの広がりで、
選択したエネルギーを持つ電子がこのエネルギーに対応
したスリット開口部の隣のスリット開口部を透過するこ
とが防止される。

【００３７】更に、請求項５の発明においては、スリッ
ト開口部の異なる所定数の幅が階段状に変化しているの
で、スリット開口部の長手方向、つまりスリット開口部
の並設方向と直交する方向に電子ビームを偏向させるこ
とにより、選択する所定数のエネルギーの中から、所望
のエネルギーの電子がこのエネルギーに対応するスリッ
ト開口部をより簡単に透過させることが可能となる。

【００３８】更に、請求項６の発明においては、スリッ
ト開口部の幅が、選択されたエネルギー幅をＥ（ｅ
Ｖ）、フィルタの分解能をＤ（μｍ／ｅＶ）としたと
き、Ｅ・Ｄ（μｍ）に設定されているので、選択された
所望のエネルギーを持つ電子が、このエネルギーに対応
するスリット開口部をより確実に透過可能となる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００４０】図１は本発明に係るエネルギーフィルタの
実施の形態の一例に用いられるスリットを光軸（Ｚ軸）
方向に見て模式的に示す図である。なお、以下の説明に
おいて、その例より前に記載された例のエネルギーフィ
ルタ９の構成要素に対応する構成要素には同じ符号を付
すことで、その詳細な説明は省略する。

【００４１】図示しないが、この例のエネルギーフィル
タ９のエネルギーフィルタ部５も、図６（ｂ）に示すエ
ネルギーフィルタ部５と同じように、第１フィルタ１３
と、この第１フィルタ１３のフィルタ長Ｌ₁よりフィル
タ長Ｌ₂が短く設定された第２フィルタ１４とを備えて
おり、これらの第１および第２フィルタ１３,１４は互
いに直交した電界と磁界とを有するウィーンフィルタか
ら構成されている。

【００４２】そして、エネルギーフィルタ部５を通過す
る電子ビームは、図６（ｂ）に示すエネルギーフィルタ
部５と同様に第１および第２フィルタ１３,１４による
電界および磁界の作用を受け、図７（ａ）に示すと同様
にＺＸ面において２回収束し、かつ図７（ｂ）に示すと
同様にＺＹ面において１回収束するが、スリット６は、
第１および第２フィルタ１３,１４の間の自由空間内で
ＺＸ面において２回目に収束する位置に設置されてい
る。

【００４３】また、エネルギーフィルタ部５内の電子ビ
ームは、電界および磁界による偏向作用を受けず、光軸
（Ｚ軸）に沿って平行にフィルタ内を進行するようにな
っている。

【００４４】図１に示すようにこの例のスリット６は、
Ｘ軸方向に並設された５つのスリット開口部６ａを有す
る櫛状に形成されている。これらのスリット開口部６ａ
の各幅はそれぞれ長手方向（Ｙ軸方向）に一定の幅に設
定されているが、各スリット開口部６ａ毎にエネルギー
を分散させる第１フィルタ１３のエネルギー分解能およ
び試料１２に照射するエネルギー幅に応じて異なる幅に
設定されている。すなわち、第１フィルタ１３のエネル
ギー分解能をＤ（μｍ／ｅＶ）、試料１２に照射するエ
ネルギー幅をそれぞれＥ₁（ｅＶ）、Ｅ₂（ｅＶ）、Ｅ₃
（ｅＶ）、Ｅ₄（ｅＶ）、Ｅ₅（ｅＶ）とすると、各スリ
ット開口部６ａの幅は、それぞれ同図に示すようにＥ₁
・Ｄ（μｍ）、Ｅ₂・Ｄ（μｍ）、Ｅ₃・Ｄ（μｍ）、Ｅ
₄・Ｄ（μｍ）、Ｅ₅・Ｄ（μｍ）に設定されている。

【００４５】また、エネルギー分散による電子ビームの
広がりで隣のスリット開口部６ａによる電子ビームの透
過を防ぐために、電子銃２のエミッタが持つ電子ビーム
のエネルギーの広がりをＨ（ｅＶ）とすると、隣りどう
しのスリット開口部６ａ,６ａの互いに最も近い位置に
ある内側の縁６ａ_1a,６ａ_2a間の間隔（以下、単にスリ
ット間隔という）がＨ・Ｄ（μｍ）より大きく、つまり
同図に示すようにスリット間隔＞Ｈ・Ｄに設定されてい
る。

【００４６】この例のエネルギー選択用のスリット６を
使用する場合、図２（ａ）に示すようにスリット６はＺ
Ｘ面においてエネルギーフィルタ部５に同図の左側から
入射した電子ビームの２回目の収束位置に、そのスリッ
ト開口部６ａの長手方向がＹ軸方向となるようにして設
置される。そして、エネルギーフィルタ９におけるエネ
ルギーフィルタ部５の動作が次のように行われる。すな
わち、第１フィルタ１３により磁界または電界のいずれ
かが増減されることにより、電子ビームが分散される方
向（つまり、Ｘ軸方向）に偏向される。この電子ビーム
の偏向方向は、スリット６のスリット開口部６ａの長手
方向に対して直交方向（つまり、Ｘ軸方向；並設方向）
となっている。このとき、図２（ｂ）に示すようにＺＹ
面においては、同様にエネルギーフィルタ部５に入射し
た電子ビームは偏向作用を受けず、直進するようにされ
ている。

【００４７】この電子ビームのＸ軸方向の偏向を制御す
ることにより、制限された特定のエネルギー幅Ｅを持っ
た電子がそのエネルギー幅に対応するスリット開口部６
ａ（例えば、エネルギー幅Ｅ₁を持った電子の場合はそ
のエネルギー幅Ｅ₁に対応するスリット開口部）を透過
させることができるようになる。そして、スリット開口
部６ａを透過した、選択されたエネルギー幅Ｅを持った
電子が試料１２に照射されるようになる。

【００４８】このとき、スリット間隔＞Ｈ・Ｄに設定さ
れているので、エネルギー分散による電子ビームの広が
りで隣のスリット開口部６ａによる電子ビームの透過
（例えば、隣のエネルギー幅Ｅ₂に対応するスリット開
口部による、エネルギー幅Ｅ₁を持った電子の透過）が
防止される。

【００４９】この例のエネルギーフィルタ９によれば、
一定の幅を有しかつ選択する特定のエネルギー幅Ｅに応
じて幅が異なる所定数のスリット開口部６ａをＸ軸方向
に並設してスリット６を櫛状に形成し、第１フィルタ１
３により電子ビームを選択するエネルギー幅Ｅに応じて
偏向させて、選択したエネルギー幅Ｅに対応するスリッ
ト開口部６ａを透過させるようにしているので、従来の
機械駆動によるスリットを使用する場合に比べて、電子
ビームを制限するスリット開口部の幅を容易に選択でき
るようになるとともに、電子銃（ＦＥＧ）２におけるエ
ミッタの直下に、エネルギー選択用スリット６を備える
エネルギーフィルタ９を比較的容易に設置可能となる。

【００５０】しかも、あらかじめサブミクロンオーダー
の精度を持つスリットを固定した状態で使用すること
で、従来の機械駆動による場合に比べてエネルギー選択
がより精緻に行うことができるようになるので、エネル
ギー選択をより正確に行うことができる。

【００５１】これにより、超高真空もしくは高電圧とい
う条件等の、機械駆動によるスリット幅制御が困難な条
件下においても、最適なエネルギースペクトルが選択可
能となる。

【００５２】また、幅が長手方向に沿って一定の幅にさ
れたスリット開口部６ａを用いているので、幅が長手方
向に沿って変化して選択されていないエネルギーを持っ
た電子が透過するおそれのある従来の楔形のスリット開
口部６ａに比し、選択されたエネルギーを持った電子の
みを確実に透過させることができ、選択されない不所望
のエネルギーを持った電子の透過を防止することができ
る。

【００５３】更に、このような長手方向に一定幅であ
り、かつ互いに異なる幅の所定数のスリット開口部６ａ
を並設しているので、これらのスリット開口部６ａの所
定数だけ電子ビームのエネルギー幅を選択することがで
きる。

【００５４】なお、スリット開口部６ａの数は５つに限
定されることなく、任意の数だけ設けることもできる。

【００５５】この例のエネルギーフィルタ９の他の構成
および他の作用効果は、実質的に図６（ｂ）に示す従来
例と同じである。

【００５６】図３は、本発明に係るエネルギーフィルタ
の実施の形態の他の例に用いられるスリットをＺ軸方向
に見て模式的に示す、図１と同様の図である。

【００５７】前述の図１に示す例のスリット６では、一
定の幅でかつ幅の異なる５つのスリット開口部６ａ₁,６
ａ₂,６ａ₃,６ａ₄,６ａ₅をＸ軸方向に並設しているが、
図３に示すようにこの例のスリット６では、１つのスリ
ット開口部６ａが設けられている。このスリット開口部
６ａは、幅が長手方向（Ｙ軸方向）に階段状に変化する
幅に形成された３段（３つ）のスリット開口部６ａ₆,６
ａ₇,６ａ₈とされている。各段のスリット開口部６ａ₆,
６ａ₇,６ａ₈の幅は、いずれも長手方向に一定の幅に設
定されている。

【００５８】そして、各スリット開口部６ａ₆,６ａ₇,６
ａ₈の幅は、それぞれ前述の図１に示す例と同様に、第
１フィルタ１３のエネルギー分解能Ｄ（μｍ／ｅＶ）お
よび試料１２に照射するエネルギー幅Ｅ₆（ｅＶ）,Ｅ₇
（ｅＶ）,Ｅ₈（ｅＶ）に応じて、同図に示すようにＥ₆
・Ｄ（μｍ）、Ｅ₇・Ｄ（μｍ）、Ｅ₈・Ｄ（μｍ）に設
定されている。

【００５９】この例のエネルギー選択用のスリット６を
使用する場合、図４（ａ）に示すようにスリット６はＺ
Ｘ面においてエネルギーフィルタ部５に同図の左側から
入射した電子ビームの２回目の収束位置に、そのスリッ
ト開口部６ａの長手方向がＹ軸方向となるようにして設
置される。そして、エネルギーフィルタ９におけるエネ
ルギーフィルタ部５の動作が次のように行われる。すな
わち、第１フィルタ１３により磁界または電界のいずれ
かが増減されることにより、ＺＹ面において電子ビーム
が分散される方向と直交する方向（つまり、Ｙ軸方向）
に偏向される。この電子ビームの偏向方向は、スリット
６のスリット開口部６ａの長手方向（つまり、Ｙ軸方
向）となっている。このとき、図４（ｂ）に示すように
ＺＸ面においては、同様にエネルギーフィルタ部５に入
射した電子ビームは偏向作用を受けず、直進するように
されている。

【００６０】この電子ビームのＹ軸方向の偏向を制御す
ることにより、制限された特定のエネルギー幅Ｅを持っ
た電子がそのエネルギー幅に対応するスリット開口部６
ａ（例えば、エネルギー幅Ｅ₆を持った電子の場合はそ
のエネルギー幅Ｅ₆に対応するスリット開口部６ａ₆）を
透過させることができるようになる。

【００６１】なお、スリット開口部６ａの階段状の幅は
３段に限定されることなく、任意の段数の階段状の幅に
設定することができる。

【００６２】この例のエネルギーフィルタ９の他の構成
および他の作用効果は、実質的に図１に示す例と同じで
ある。

【００６３】図５は、本発明に係るエネルギーフィルタ
の実施の形態の更に他の例に用いられるスリットをＺ軸
方向に見て模式的に示す、図１と同様の図である。

【００６４】図５に示すように、この例のエネルギーフ
ィルタ９に用いられるスリット６は、図１に示す例のよ
うなＸ方向に並設された所定数のスリット開口部６ａか
らなるスリット６と、図３に示す例のようなＹ方向に階
段状に形成されたスリット開口部６ａからなるスリット
６とが組み合わされたスリットである。

【００６５】すなわち、この例のスリット６では、幅が
Ｙ軸方向に階段状に２段（２つ）に形成された一定の幅
のスリット開口部６ａ₉,６ａ₁₀と一定の幅のスリット開
口部６ａ₁₁,６ａ₁₂とがＸ軸方向に２列に並設されてい
る。

【００６６】そして、各スリット開口部６ａ₉,６ａ₁₀,
６ａ₁₁,６ａ₁₂の幅は、それぞれ前述の図１および図３
に示す例と同様に、第１フィルタ１３のエネルギー分解
能Ｄ（μｍ／ｅＶ）および試料１２に照射するエネルギ
ー幅Ｅ₉（ｅＶ）,Ｅ₁₀（ｅＶ）,Ｅ₁₁（ｅＶ）,Ｅ₁₂（ｅ
Ｖ）に応じて、同図に示すようにＥ₉・Ｄ（μｍ）、Ｅ₁
₀・Ｄ（μｍ）、Ｅ₁₁・Ｄ（μｍ）、Ｅ₁₂・Ｄ（μｍ）
に設定されている。

【００６７】また、図５に示すようにスリット開口部６
ａ₁₀,６ａ₁₂のスリット間隔がＨ・Ｄ（μｍ）より広
く、つまり同図に示すようにスリット間隔＞Ｈ・Ｄに設
定されている。

【００６８】この例のエネルギー選択用のスリット６を
使用する場合、使用するスリット開口部６ａがＸ軸方向
に移行する、つまりスリット開口部６ａ₉とスリット開
口部６ａ₁₁との間およびスリット開口部６ａ₁₀とスリッ
ト開口部６ａ₁₂との間で移行するときは、前述の図２
（ａ）に示すようにＺＸ面において第１フィルタ１３に
より磁界または電界のいずれかが増減されることによ
り、電子ビームが分散される方向（つまり、Ｘ軸方向）
に偏向される。このときは、前述の図２（ｂ）に示すよ
うにＺＹ面においては電子ビームは偏向されない。

【００６９】また、使用するスリット開口部６ａがＹ軸
方向に移行する、つまりスリット開口部６ａ₉とスリッ
ト開口部６ａ₁₀との間およびスリット開口部６ａ₁₁とス
リット開口部６ａ₁₂との間で移行するときは、前述の図
４（ｂ）に示すようにＺＹ面において第１フィルタ１３
により磁界または電界のいずれかが増減されることによ
り、電子ビームが分散される方向と直交する方向（つま
り、Ｙ軸方向）に偏向される。このときは、前述の図４
（ａ）に示すようにＺＸ面においては電子ビームは偏向
されない。

【００７０】更に、使用するスリット開口部６ａが斜め
方向にに移行する、つまりスリット開口部６ａ₉とスリ
ット開口部６ａ₁₂との間およびスリット開口部６ａ₁₀と
スリット開口部６ａ₁₁との間で移行するときは、前述の
図２（ａ）に示すようにＺＸ面において第１フィルタ１
３により磁界または電界のいずれかが増減されることに
より、電子ビームが分散される方向（つまり、Ｘ軸方
向）に偏向されるか、あるいは前述の図４（ｂ）に示す
ようにＺＹ面において第１フィルタ１３により磁界また
は電界のいずれかが増減されることにより、電子ビーム
が分散される方向と直交する方向（つまり、Ｙ軸方向）
に偏向された状態で、更に、前述の図４（ｂ）に示すよ
うにＺＹ面において第１フィルタ１３により磁界または
電界のいずれかが増減されることにより、電子ビームが
分散される方向と直交する方向（つまり、Ｙ軸方向）に
偏向されるか、あるいは前述の図２（ｂ）に示すように
ＺＸ面において第１フィルタ１３により磁界または電界
のいずれかが増減されることにより、電子ビームが分散
される方向（つまり、Ｘ軸方向）に偏向される。

【００７１】この電子ビームのＸ軸方向およびＹ軸方向
の偏向をそれぞれ制御することにより、特定のエネルギ
ー幅Ｅを持った電子がそのエネルギー幅に対応するスリ
ット開口部６ａ（例えば、エネルギー幅Ｅ₉を持った電
子の場合はそのエネルギー幅Ｅ₉に対応するスリット開
口部６ａ₉）を通過させることができるようになる。こ
のとき、スリット間隔＞Ｈ・Ｄに設定されているので、
エネルギー分散による電子ビームの広がりで、１つのス
リット開口部６ａによるエネルギー幅Ｅを持った電子ビ
ームの透過時に、その隣のスリット開口部６ａによるこ
のエネルギー幅Ｅの電子ビームの透過（例えば、隣のエ
ネルギー幅Ｅ₁₂に対応するスリット開口部６ａ₁₂によ
る、エネルギー幅Ｅ₁₁を持った電子の透過）が防止され
る。

【００７２】この例のスリット開口部６ａの並設数は２
列に限定されることなく、任意の列数だけ並設すること
もでき、また、スリット開口部６ａの階段状の幅は２段
に限定されることなく、任意の段数の階段状の幅に設定
することができる。その場合、並設された各スリット開
口部６ａの階段状の幅は必ずしもすべて同じ段数に設定
する必要はなく、並設されたスリット開口部６ａ毎に、
階段状の幅の段数を互いに異なるように設定することも
できる。更に、この例のスリット開口部６ａでは、並設
された各スリット開口部６ａの幅はすべて階段状の幅に
する必要はなく、並設された所定数のスリット開口部６
ａのうち、少なくとも１つのスリット開口部６ａの幅が
階段状の幅に設定しさえすればよい。

【００７３】この例のエネルギーフィルタ９の他の構成
および他の作用効果は、実質的に図１に示す例と同じで
ある。

【００７４】なお、前述の各例では、いずれも電子ビー
ムがエネルギーフィルタ部５に図において左側から入射
するものとしているが、電子ビームはエネルギーフィル
タ部５に逆側つまり図において右側から入射するように
することもできる。

【００７５】また、第１および第２フィルタ１３,１４
のフィルター長Ｌ₁,Ｌ₂をＬ₁＞Ｌ₂としているが、これ
らの第１および第２フィルタ１３,１４のフィルター長
Ｌ₁,Ｌ₂を同じにし、かつＺＸ面内での電子ビームの収
束を１回とし、ＺＹ面内では収束しない電界および磁界
に設定し、本発明のスリット６をＺＸ面内で１回収束す
る位置に設置することもできる。

【００７６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のエネルギーフィルタによれば、スリットが長手方向に
沿って一定の幅を有しかつ異なる選択されたエネルギー
を持った電子をそれぞれ透過させるように異なる所定数
の幅のスリット開口部を有しているので、選択されたエ
ネルギーを持つ電子のみを、このエネルギーに対応する
幅のスリット開口部から確実に透過させることができ
る。しかも、スリット開口部を長手方向に一定の幅とし
ているので、選択されていないエネルギーを持った電
子、つまり不所望のエネルギーを持った電子がこのスリ
ット開口部を透過することを防止できる。そして、スリ
ット開口部の異なる幅の数だけ電子ビームのエネルギー
を選択することができる。

【００７７】また、本発明のエネルギーフィルタによれ
ば、電子ビームを選択するエネルギーに応じて偏向させ
ることにより、そのエネルギーに対応するスリット開口
部を設定することができる。したがって、従来の機械駆
動によるスリットを使用する場合に比べて、電子ビーム
を制限するスリット開口部の幅を容易に選択できるとと
もに、電子ビームを利用した装置の電子源におけるエミ
ッタの直下に、本発明のエネルギーフィルタを比較的容
易に設置できるようになる。

【００７８】しかも、あらかじめサブミクロンオーダー
の精度を持つスリットを固定した状態で使用すること
で、従来の機械駆動による場合に比べてエネルギー選択
をより精緻に行うことができるので、エネルギー選択を
より正確に行うことができる。

【００７９】これにより、超高真空もしくは高電圧とい
う条件等の、機械駆動によるスリット幅制御が困難な条
件下においても、最適なエネルギースペクトルを選択す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエネルギーフィルタの実施の形
態の一例に用いられるスリットを光軸方向に見て模式的
に示す図である。

【図２】エネルギーフィルタ内の電子ビームの進行状
態を示し、（ａ）はＺＸ面において電子ビームが偏向さ
れて進む状態を示す図、（ｂ）はＺＹ面において電子ビ
ームが偏向されずに直進する状態を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態の他の例に用いられるス
リットを光軸方向に見て模式的に示す図である。

【図４】エネルギーフィルタ内の電子ビームの進行状
態を示し、（ａ）はＺＸ面において電子ビームが偏向さ
れずに直進する状態を示す図、（ｂ）はＺＹ面において
電子ビームが偏向されて進む状態を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態の更に他の例に用いられ
るスリットを光軸方向に見て模式的に示す図である。

【図６】従来の透過型電子顕微鏡の一例を示し、
（ａ）はこの透過型電子顕微鏡における電子銃からの試
料への照射側の光学系を模式的に示す図、（ｂ）は
（ａ）におけるエネルギーフィルタ部を模式的に示す図
である。

【図７】図６に示すエネルギーフィルタ部内における
電子の軌道を示し、（ａ）はＺＸ面内の軌道を示す図、
（ｂ）はＺＹ面内の軌道を示す図である。

【図８】図６に示すスリットの面上での電子ビーム形
状を示す図である。

【図９】楔形に開いたスリット開口部を有する従来の
スリットを光軸方向に見て模式的に示す図である。

【符号の説明】

１…透過型電子顕微鏡、２…電子銃（例えば、ＦＥ
Ｇ）、３…入射アパーチャ、４…減速部、５…エネルギ
ーフィルタ部、６…スリット、６ａ…スリット開口部、
７…加速部、８…出射アパーチャ、９…減速型エネルギ
ーフィルタ、１０…加速器、１１…照射レンズ系、１２
…試料、１３…第１フィルタ、１４…第２フィルタ、１
５,１６…シャント部材、Ｌ₁,Ｌ₂…フィルタ長、Ｅ…エ
ネルギー幅（ｅＶ）、Ｄ…第１フィルタ１３のエネルギ
ー分解能（μｍ／ｅＶ）、Ｈ…電子銃２のエミッタが持
つ電子ビームのエネルギーの広がり（ｅＶ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電場と磁場とを組み合わせて、電子ビー
ムを電子の進行方向と直交する方向に分散させかつこの
分散方向に複数回収束させるとともに、前記分散方向と
直交する方向について前記分散方向の収束位置と異なる
位置で収束させるフィルタと、前記分散方向における２
回目以降の収束位置に配置されて選択されたエネルギー
を持った電子を透過させるスリット開口部を有するエネ
ルギー選択用のスリットとを少なくとも備え、前記電子
ビームを利用した装置に設けられるエネルギーフィルタ
において、前記スリット開口部は、長手方向に沿って一定の幅を有
しかつ異なる選択されたエネルギーを持った電子をそれ
ぞれ透過させるように異なる所定数の幅のスリット開口
部からなることを特徴とするエネルギーフィルタ。
【請求項２】前記スリットは、前記異なる所定数の幅
のスリット開口部が各幅毎に並列されて櫛状に形成され
ていることを特徴とする請求項１記載のエネルギーフィ
ルタ。
【請求項３】前記所定数の幅のスリット開口部の少な
くとも１つは、長手方向に幅が階段状に変化する異なる
複数の幅に形成されていることを特徴とする請求項２記
載のエネルギーフィルタ。
【請求項４】隣り合うスリット開口部の内側の縁どう
しの距離（スリットの間隔）が、前記電子ビームを利用
した装置の電子源のエミッタが持つ電子ビームのエネル
ギーの広がりをＨ（ｅＶ）、前記フィルタの分解能をＤ
（μｍ／ｅＶ）としたとき、Ｈ・Ｄ（μｍ）より大きく
設定されていることを特徴とする請求項２または３記載
のエネルギーフィルタ。
【請求項５】前記スリット開口部の異なる所定数の幅
は、階段状に変化する幅に形成されていることを特徴と
する請求項１記載のエネルギーフィルタ。
【請求項６】前記スリット開口部の幅は、選択された
エネルギー幅をＥ（ｅＶ）、前記フィルタの分解能をＤ
（μｍ／ｅＶ）としたとき、Ｅ・Ｄ（μｍ）に設定され
ていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１
記載のエネルギーフィルタ。