JP2018129171A - エネルギーフィルタおよび荷電粒子線装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Transmission Electron Microscopy、STEM)にエネルギーフィルタを組み合わせた手法をSTEM−EELSという。走査透過電子顕微鏡法では、原子分解能が透過電子顕微鏡法に比べて容易に得られる。そのため、近年、走査透過電子顕微鏡法を用いた原子分解能をもつ元素分布観察法が注目されている。
かつ、コストが高くなること、透過電子顕微鏡と接続する際の光学的制約によって、低倍観察に不向きであること等が挙げられる。
結像している状態を示し、図30は、スクリーン1022にエネルギー分散面S2を結像している状態を示している。
荷電粒子線を偏向させる偏向磁場を発生させる第1セクターマグネットおよび第2セクターマグネットを含み、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、対称面に関して鏡映対称に構成され、
前記第1セクターマグネットの極性と前記第2セクターマグネットの極性は、同じであり、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、クロスオーバーおよび像を結像する光学系を構成し、
荷電粒子線の進行方向をZ方向、前記偏向磁場による荷電粒子線の偏向方向をX方向、前記偏向磁場の磁力線の方向をY方向とした場合、
クロスオーバーのX方向の結像回数およびクロスオーバーのY方向の結像回数は、最初の入射側クロスオーバー面の結像を除いて1回であり、
最初の入射側クロスオーバー面を除いた場合、クロスオーバーのX方向の結像位置およびクロスオーバーのY方向の結像位置は、エネルギー分散面であり、
像のX方向の結像回数および像のY方向の結像回数は、最初の入射側像面の結像を除いて2回であり、
最初の入射側像面を除いた場合、像のX方向の結像位置および像のY方向の結像位置は、前記対称面とアクロマティック面であり、
像のX方向の結像およびY方向の結像において、前記対称面の位置には実像が形成され、
入射側クロスオーバー面とエネルギー分散面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にあり、
入射側像面とアクロマティック面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にある。
前記第1セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度と前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度の和は、90°以上210°以下であってもよい。
前記第1セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度と前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度の和は、180°であり、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、それぞれ互いに対向する2つの磁極対向面を有し、
前記第1セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.6Rを満たしてもよい。
前記第1セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度と前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度の和は、90°であり、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、それぞれ互いに対向する2つの磁極対向面を有し、
前記第1セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.2Rを満してもよい。
前記第1セクターマグネットは、複数に分割され、
前記第2セクターマグネットは、複数に分割されていてもよい。
荷電粒子線を偏向させる偏向磁場を発生させるセクターマグネットを含み、
前記セクターマグネットは、対称面に関して鏡映対称に構成され、
前記セクターマグネットは、クロスオーバーおよび像を結像する光学系を構成し、
荷電粒子線の進行方向をZ方向、前記偏向磁場による荷電粒子線の偏向方向をX方向、前記偏向磁場の磁力線の方向をY方向とした場合、
クロスオーバーのX方向の結像回数およびクロスオーバーのY方向の結像回数は、最初の入射側クロスオーバー面の結像を除いて1回であり、
最初の入射側クロスオーバー面を除いた場合、クロスオーバーのX方向の結像位置およびクロスオーバーのY方向の結像位置は、エネルギー分散面であり、
像のX方向の結像回数および像のY方向の結像回数は、最初の入射側像面の結像を除いて2回であり、
最初の入射側像面を除いた場合、像のX方向の結像位置および像のY方向の結像位置は、前記対称面とアクロマティック面であり、
像のX方向の結像およびY方向の結像において、前記対称面の位置には実像が形成され、
入射側クロスオーバー面とエネルギー分散面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にあり、
入射側像面とアクロマティック面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にある。
前記セクターマグネットは、互いに対向する2つの磁極対向面を有し、
前記セクターマグネットの2つの磁極対向面の傾斜角度は、平行ではなく、かつ、ラウンドレンズフォーカス条件を満たしていてもよい。
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度は、180°であり、
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.5Rを満たしてもよい。
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度は、90°であり、
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.3Rを満たしてもよい。
本発明に係るエネルギーフィルタを含む。
中間レンズと、
投影レンズと、
を含み、
前記エネルギーフィルタは、前記中間レンズと前記投影レンズとの間に配置されていてもよい。
前記中間レンズは、
前記エネルギーフィルタの入射側クロスオーバー面に試料の回折パターンをフォーカスし、
前記エネルギーフィルタの入射側像面に試料の像をフォーカスしてもよい。
前記中間レンズは、
前記エネルギーフィルタの入射側クロスオーバー面に試料の像をフォーカスし、
前記エネルギーフィルタの入射側像面に試料の回折パターンをフォーカスしてもよい。
まず、本実施形態に係るエネルギーフィルタについて、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るエネルギーフィルタ100が搭載された電子顕微鏡1を模式的に示す図である。電子顕微鏡1は、透過電子顕微鏡(TEM)である。
ンとなる。また、TEM像を試料の回折パターンとする場合、クロスオーバーは試料の像となる。以下、TEM像(もしくは単に「像」)、およびクロスオーバーという用語を上記意味で用いる。
クターマグネット20は、クロスオーバーおよび像を結像する光学系を構成する。
とアクロマティック面A2とに結像される。
S1と入射側像面A1との間の距離L(図1参照)が与えられたときの、フォーカスパラメータ(距離L1、距離L2、端面角度T1、端面角度T2)を計算する。エネルギーフィルタ100は、構造が単純であるため、この4つ(距離L1、距離L2、端面角度T1、端面角度T2)以外にフォーカスパラメータはない。よって、与えられた距離Lに対して、距離L1、距離L2、端面角度T1、端面角度T2は、一意に定まる。なお、磁極対向面22,23の傾斜角度θもフォーカスパラメータになり得るがここでは考慮しない。
5.2Rを満たす。
以下、実施例を挙げて本実施形態をさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
ィック面までの倍率である。「Mp」は、アクロマティック面からスクリーン(撮像装置)までの倍率(すなわち投影レンズの倍率)である。ここでは、電子顕微鏡全体の倍率が100kであるため、「M」×「Mp」は100kとなる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。以下、本実施形態の変形例に係るエネルギーフィルタ200,300,400,500,600,700,800において、上述したエネルギーフィルタ100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図14は、第1変形例に係るエネルギーフィルタ200における電子線の軌道を示す図である。なお、図14では、ゼロロスビームB0の軌道、および分散ビームB1の軌道を図示している。図15は、第1変形例に係るエネルギーフィルタ200の第2セクターマグネット20を模式的に示す断面図である。
図16は、第2変形例に係るエネルギーフィルタ300における電子線の軌道を示す図である。図17は、第2変形例に係るエネルギーフィルタ300の第2セクターマグネット20を模式的に示す断面図である。
図18は、第3変形例に係るエネルギーフィルタ400における電子線の軌道を示す図である。
し、かつ、第1セクターマグネット10の出口の端面角度および第2セクターマグネット20の入口において端面角度T1≠0°としてもよい。
図19は、第4変形例に係るエネルギーフィルタ500における電子線の軌道を示す図である。
図20〜図23は、第5変形例に係るエネルギーフィルタ600における電子線の軌道を示す図である。なお、図20は、第1セクターマグネット10における電子線の偏向角度と第2セクターマグネットにおける電子線の偏向角度との和が、90°の場合を図示している。図21は、第1セクターマグネット10における電子線の偏向角度と第2セクターマグネットにおける電子線の偏向角度との和が、135°の場合を図示している。図22は、第1セクターマグネット10における電子線の偏向角度と第2セクターマグネットにおける電子線の偏向角度との和が、180°の場合を図示している。図23は、第1セクターマグネット10における電子線の偏向角度と第2セクターマグネットにおける電子線の偏向角度との和が、210°の場合を図示している。
方向およびY方向とでフォーカス可能である距離Lの最小値は、上述した通りである(表1参照)。
図24は、第6変形例に係るエネルギーフィルタ700における電子線の軌道を示す図である。なお、図24では、ゼロロスビームB0の軌道、および分散ビームB1の軌道を図示している。図25は、第6変形例に係るエネルギーフィルタ700のセクターマグネット710を模式的に示す断面図である。
距離L1=0mmである。
Claims (13)
- 荷電粒子線を偏向させる偏向磁場を発生させる第1セクターマグネットおよび第2セクターマグネットを含み、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、対称面に関して鏡映対称に構成され、
前記第1セクターマグネットの極性と前記第2セクターマグネットの極性は、同じであり、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、クロスオーバーおよび像を結像する光学系を構成し、
荷電粒子線の進行方向をZ方向、前記偏向磁場による荷電粒子線の偏向方向をX方向、前記偏向磁場の磁力線の方向をY方向とした場合、
クロスオーバーのX方向の結像回数およびクロスオーバーのY方向の結像回数は、最初の入射側クロスオーバー面の結像を除いて1回であり、
最初の入射側クロスオーバー面を除いた場合、クロスオーバーのX方向の結像位置およびクロスオーバーのY方向の結像位置は、エネルギー分散面であり、
像のX方向の結像回数および像のY方向の結像回数は、最初の入射側像面の結像を除いて2回であり、
最初の入射側像面を除いた場合、像のX方向の結像位置および像のY方向の結像位置は、前記対称面とアクロマティック面であり、
像のX方向の結像およびY方向の結像において、前記対称面の位置には実像が形成され、
入射側クロスオーバー面とエネルギー分散面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にあり、
入射側像面とアクロマティック面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にある、エネルギーフィルタ。 - 請求項1において、
前記第1セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度と前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度の和は、90°以上210°以下である、エネルギーフィルタ。 - 請求項1または2において、
前記第1セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度と前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度の和は、180°であり、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、それぞれ互いに対向する2つの磁極対向面を有し、
前記第1セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.6Rを満たす、エネルギーフィルタ。 - 請求項1または2において、
前記第1セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度と前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度の和は、90°であり、
前記第1セクターマグネットおよび前記第2セクターマグネットは、それぞれ互いに対向する2つの磁極対向面を有し、
前記第1セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットの2つの磁極対向面は平行であり、
前記第2セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.2Rを満たす、エネルギーフィルタ。 - 請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第1セクターマグネットは、複数に分割され、
前記第2セクターマグネットは、複数に分割されている、エネルギーフィルタ。 - 荷電粒子線を偏向させる偏向磁場を発生させるセクターマグネットを含み、
前記セクターマグネットは、対称面に関して鏡映対称に構成され、
前記セクターマグネットは、クロスオーバーおよび像を結像する光学系を構成し、
荷電粒子線の進行方向をZ方向、前記偏向磁場による荷電粒子線の偏向方向をX方向、前記偏向磁場の磁力線の方向をY方向とした場合、
クロスオーバーのX方向の結像回数およびクロスオーバーのY方向の結像回数は、最初の入射側クロスオーバー面の結像を除いて1回であり、
最初の入射側クロスオーバー面を除いた場合、クロスオーバーのX方向の結像位置およびクロスオーバーのY方向の結像位置は、エネルギー分散面であり、
像のX方向の結像回数および像のY方向の結像回数は、最初の入射側像面の結像を除いて2回であり、
最初の入射側像面を除いた場合、像のX方向の結像位置および像のY方向の結像位置は、前記対称面とアクロマティック面であり、
像のX方向の結像およびY方向の結像において、前記対称面の位置には実像が形成され、
入射側クロスオーバー面とエネルギー分散面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にあり、
入射側像面とアクロマティック面は、前記対称面に関して鏡映対称の位置にある、エネルギーフィルタ。 - 請求項6において、
前記セクターマグネットは、互いに対向する2つの磁極対向面を有し、
前記セクターマグネットの2つの磁極対向面の傾斜角度は、平行ではなく、かつ、ラウンドレンズフォーカス条件を満たしている、エネルギーフィルタ。 - 請求項7において、
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度は、180°であり、
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.5Rを満たす、エネルギーフィルタ。 - 請求項7において、
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の偏向角度は、90°であり、
前記セクターマグネットにおける荷電粒子線の中心軌道の半径をRとした場合に、
エネルギー分散面とアクロマティック面との間の距離Lは、L>3.3Rを満たす、エネルギーフィルタ。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載のエネルギーフィルタを含む荷電粒子線装置。
- 請求項10において、
中間レンズと、
投影レンズと、
を含み、
前記エネルギーフィルタは、前記中間レンズと前記投影レンズとの間に配置されている、荷電粒子線装置。 - 請求項11において、
前記中間レンズは、
前記エネルギーフィルタの入射側クロスオーバー面に試料の回折パターンをフォーカスし、
前記エネルギーフィルタの入射側像面に試料の像をフォーカスする、荷電粒子線装置。 - 請求項11において、
前記中間レンズは、
前記エネルギーフィルタの入射側クロスオーバー面に試料の像をフォーカスし、
前記エネルギーフィルタの入射側像面に試料の回折パターンをフォーカスする、荷電粒子線装置。
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