JP2856518B2 - Ex-B type energy filter - Google Patents

Ex-B type energy filter

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電場と磁場が互いに直交して形成されてい
る重畳場を有するE×B型エネルギーフィルタに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an E × B type energy filter having a superposition field in which an electric field and a magnetic field are formed orthogonal to each other.

[従来の技術] 従来、電場と磁場を直交させ、この重畳場に直交する
方向に荷電粒子を直進させることによってエネルギー分
析を行なうE×B型エネルギーフィルタ(以下、単にエ
ネルギーフィルタと称す)が知られている。このような
エネルギーフィルタの構造については種々提案されてい
るが、電子顕微鏡等の光軸中に接続または挿入して使用
されるエネルギーフィルタについて第4図(a)〜
(c)に基づいて説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an E × B type energy filter (hereinafter simply referred to as an energy filter) that performs energy analysis by orthogonalizing an electric field and a magnetic field and advancing charged particles in a direction orthogonal to the superimposed field is known. Have been. Although various structures of such an energy filter have been proposed, an energy filter used by being connected or inserted into an optical axis of an electron microscope or the like is shown in FIGS.
Description will be made based on (c).

第4図(a)に示すエネルギーフィルタは電子線光軸
に対して互いに直交する電場と磁場が与えられており、
電場による電子線の偏向作用を磁場による偏向作用で打
ち消すことによって、入射した電子線の内の特定のエネ
ルギーを持った電子のみが直進されるように構成されて
いる。ここで、二つの磁極片1,1′の間の磁極片間距離
と二つの電極2,2′の間の電極間距離とは略同一か、望
ましくは等しく配置されている。なお、Zはエネルギー
フィルタの光軸であり、電子顕微鏡の光軸と一致してい
る。
The energy filter shown in FIG. 4 (a) is provided with an electric field and a magnetic field that are orthogonal to the electron beam optical axis.
By deflecting the electron beam deflecting action by the electric field by the magnetic field deflecting action, only the electrons having a specific energy in the incident electron beam are made to go straight. Here, the distance between the pole pieces between the two pole pieces 1, 1 'and the distance between the electrodes between the two electrodes 2, 2' are substantially or preferably equal. Note that Z is the optical axis of the energy filter, which coincides with the optical axis of the electron microscope.

第4図(a)に示すような構成によれば、エネルギー
フィルタの内部では勿論のこと、フリンジ場、即ちエネ
ルギーフィルタにおける電子線の入射部および出射部に
おいてもウィーン条件を満足できる。つまり、エネルギ
ーフィルタにおいては荷電粒子を直進させる必要があ
り、電場をE、磁場をB、荷電粒子を速度をvとしたと
き、E=v・Bというウィーン条件を満足しなければな
らない。但し、E、B、vはいずれもベクトルである。
According to the configuration shown in FIG. 4 (a), the Wien condition can be satisfied not only inside the energy filter but also in the fringe field, that is, the entrance and exit of the electron beam in the energy filter. That is, in the energy filter, the charged particles need to travel straight, and when the electric field is E, the magnetic field is B, and the speed of the charged particles is v, the Wien condition of E = v · B must be satisfied. However, E, B, and v are all vectors.

しかし、前記電場および磁場に一様な電場と磁場を用
いた場合に、第5図(a)に示すように電子線が電場方
向には収束されるが、磁場方向には収束作用を持たずに
発散するため、エネルギーフィルタに円形のビームを入
射した場合でも、円弧状のビームが出射される。この欠
点を補うために、第4図(b)に示すような傾斜磁場型
のフィルタや同図(c)に示すような弧状電極型フィル
タなどが提案されている。これらのフィルタでは、電場
Ex,磁場By,を次のような式 Ex=E0(1+a1x+a2x2+…) 式 By=B0(1+b1y+b2y2+…) 式 で表したとき、b1項またはa1項が夫々付加され、この成
分によってx方向への収束作用が遅らされると共に、y
方向への収束作用が発生し、適切なa1項またはb1項また
は両項の組み合わせにより、第5図(b)に示すような
x,y方向の軌道を一致させた非点のない像が得られるこ
とが知られている。なお、この非点なし結像を与えるa1
項またはb1項の値は、フィルタ長Lによって決定され
る。
However, when a uniform electric and magnetic field is used for the electric and magnetic fields, the electron beam is converged in the direction of the electric field as shown in FIG. Therefore, even when a circular beam is incident on the energy filter, an arc-shaped beam is emitted. In order to make up for this drawback, a gradient magnetic field type filter as shown in FIG. 4 (b) and an arc-shaped electrode type filter as shown in FIG. 4 (c) have been proposed. These filters use an electric field
When Ex, magnetic field By, is expressed by the following expression Ex = E 0 (1 + a 1 x + a 2 x 2 + ...) expression By = B 0 (1 + b 1 y + b 2 y 2 + ...) expression, b 1 term or a 1 term is added to each of them, and this component delays the convergence in the x direction and y
Converging action of the direction is generated by a combination of suitable a 1 Section or b 1 wherein or both terms, as shown in FIG. 5 (b)
It is known that an image without astigmatism in which the trajectories in the x and y directions are matched can be obtained. Note that a 1 that gives this astigmatic imaging
The value of the term or b 1 term is determined by the filter length L.

[発明が解決しようとする課題] さて、第4図(b)に示したようなエネルギーフィル
タの作る電場および磁場の分布をZ軸方向について調べ
ると、第6図に示すように磁場は磁極間隙が大きい磁極
縁端部でゆっくりと変化するのに対して、電極間隙は狭
いために、電場は急俊な変化を示す。
[Problems to be Solved by the Invention] By examining the distribution of the electric field and the magnetic field produced by the energy filter as shown in FIG. 4 (b) in the Z-axis direction, the magnetic field is as shown in FIG. Changes slowly at the edge of the large pole, while the electric field shows a rapid change due to the narrow electrode gap.

このように、磁極間隙と電極間隙とで異なる場合には
縁端部での両場の減衰の仕方が異なり、フィルタ中心部
分のみでしかウィーン条件が満足されず、入射した電子
線は縁端場において大きく偏向されてしまい、フィルタ
内では光軸から離れた部分を勝手な方向に進行すること
になる。そのため、計算で予測したような軌道結果が得
られないことが問題とされている。
As described above, when the gap between the magnetic pole and the gap between the electrodes is different, the manner of attenuation of both fields at the edge is different, the Wien condition is satisfied only at the center of the filter, and the incident electron beam is at the edge field. Is largely deflected in the filter, and travels in a direction away from the optical axis in an arbitrary direction in the filter. Therefore, it is a problem that the orbital result as predicted by the calculation cannot be obtained.

前述したようにウィーンフィルタにおいて非点なし結
像を実現するための、a1項またはb1項の設定はフィルタ
長Lによって決定されるが、該値は実際には縁端場のお
よぶ範囲にも関係するもので、明確には求めることは難
しい。また、有効フィルタ長は物面Pと像面Iのフィル
タとの位置関係によっても異なり、実際のフィルタ長L
の機械的な長さとは異なる。そのため、非点なし結像条
件を実現するエネルギーフィルタは、シミュレーション
で求められた電極および磁極形状を基にして、実験的に
磁極片の傾斜を変える等して最も非点の少なくなる磁極
片を選定する方法によって実現されていた。
For achieving stigmatic imaging in Wien filter as described above, the configuration of a 1 Section or b 1 term is determined by the filter length L, in the range said value is spanning the edge field in practice Is also relevant, and it is difficult to ask for it clearly. The effective filter length also differs depending on the positional relationship between the object plane P and the filter on the image plane I, and the actual filter length L
Different from the mechanical length of For this reason, the energy filter that realizes the astigmatic imaging condition uses the pole piece with the least astigmatism by experimentally changing the inclination of the pole piece based on the electrode and pole shape obtained by simulation. This was realized by the method of selection.

本発明は、上述した問題点を考慮し、不明な有効フィ
ルタ長に対しても常に非点なし結像条件を満足させるこ
とがでる機能を備えたE×B型エネルギーフィルタを提
供することを目的としている。
An object of the present invention is to provide an E × B type energy filter having a function capable of always satisfying an astigmatic imaging condition even for an unknown effective filter length in consideration of the above-described problems. And

[課題を解決するための手段] 第1の本発明は、電場と磁場が互いに直交して形成さ
れてなるE×B型エネルギーフィルタにおいて、磁場を
形成するために対向配置される磁極片対の双方に正また
は負の任意の相等しい電圧を印加する手段を設けたこと
を特徴としている。
[Means for Solving the Problems] According to a first aspect of the present invention, there is provided an E × B type energy filter in which an electric field and a magnetic field are formed orthogonal to each other. It is characterized in that means for applying any positive or negative equal voltage to both are provided.

第2の本発明は、第1の発明において、前記電場を形
成する一対の電極のそれぞれに印加される電圧を、前記
磁極片対に印加する電圧に対して独立して変化させるた
めの電源を設けたことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, there is provided a power source for independently changing a voltage applied to each of the pair of electrodes forming the electric field with respect to a voltage applied to the pole piece pair. It is characterized by having been provided.

[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
1図は第1の本発明の一実施例を説明するための構成
図、第2図は第2の本発明の一実施例を説明するための
図、3図(a)(b)は本発明によるE×B型エネルギ
ーフィルタの電場分布を説明するための図である。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining one embodiment of the first invention, FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of the second invention, and FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining an electric field distribution of an E × B type energy filter according to the present invention.

まず、第1図に基づいて第1の本発明について説明す
る。第1図において、1,1′は磁極片、2,2′は電極、3
はヨーク、4,5は電気絶縁物、6は励磁コイル、7は電
場電源、8は磁極片間用電源である。
First, the first present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1,1 'is a pole piece, 2,2' is an electrode,
Is a yoke, 4 and 5 are electrical insulators, 6 is an exciting coil, 7 is an electric field power supply, and 8 is a power supply between pole pieces.

傾斜された磁極片1,1′はヨーク3に電気絶縁物4を
介して接続されており、該磁極片とヨークとは磁気的に
接続されている。そして、該磁極片1,1′には電源8か
ら電圧−V2が印加されている。ここで、電極2,2′間に
は電源7から作動電圧+V1,−V1が印加されており、前
記電極2′への印加電圧−V1が−V1>−V2なる関係にあ
れば、第3図(a)に示すような電場の4極子成分が発
生し、前記式に示されるa1項が得られる。この磁極片
1,1′に印加される電圧を調整することにより、a1項の
値を外部より変化させることができるため、不明確な有
効フィルタ長に対して常に非点なし結合条件を満足させ
ることができる。
The inclined pole pieces 1, 1 'are connected to a yoke 3 via an electrical insulator 4, and the pole pieces and the yoke are magnetically connected. Then, the voltage -V 2 is applied from the power source 8 to the magnetic pole piece 1, 1 '. Here, operating voltages + V 1 , −V 1 are applied between the electrodes 2, 2 ′ from the power supply 7, and the applied voltage −V 1 to the electrode 2 ′ has a relationship of −V 1 > −V 2. if, quadrupole component of the electric field as shown in FIG. 3 (a) is generated, a 1 term is obtained as shown in the formula. This pole piece
By adjusting the voltage applied to the 1,1 ', since it is possible to change from the outside the value of a 1 Section be always satisfied stigmatic coupling conditions for unclear effective filter length it can.

次に、第2図に基づいて、第2の本発明について説明
する。第2図において、1,1′は磁極片、2,2′は電極、
7a,7bは電場電源である。
Next, a second present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 1,1 'is a pole piece, 2,2' is an electrode,
7a and 7b are electric field power supplies.

磁極片対1,1′は共に接地され、基準電位V0に保たれ
ている。そして、電極2,2′には磁極片1,1′の電位に対
して独立して変化される電源7a,7bから個々に正および
負の電圧+V1,−V1が印加されている。このように、電
極2および電極2′に印加する電圧を磁極片1,1′に与
えられる電位に対して独立して調整できるように印加す
ることにより、第3図(b)に示すような電場の4極子
成分が発生し、前記式に示されるa1項が得られる。こ
の電極2,2′に印加される電圧を個々に調整することに
より、a1項の値を外部より変化させることができるた
め、不明確な有効フィルタ長に対して常に非点なし結合
条件を満足させることができる。
Pole piece pair 1, 1 'are both grounded, is kept at a reference potential V 0. The power supply 7a 'in the pole pieces 1, 1' electrodes 2,2 is independently varied relative to the potential of the individual from 7b positive and negative voltages + V 1, -V 1 is applied. In this way, by applying the voltages applied to the electrodes 2 and 2 'so that they can be independently adjusted with respect to the potentials applied to the pole pieces 1, 1', as shown in FIG. quadrupole component of the electric field is generated, a 1 term is obtained as shown in the formula. By adjusting the voltage applied to the electrodes 2 and 2 'individually, it is possible to vary externally the value of a 1 Section always stigmatic coupling conditions for unclear effective filter length Can be satisfied.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、第1の本発明によれ
ば、電場と磁場が互いに直交して形成されてなるE×B
型エネルギーフィルタにおいて、磁場を形成するために
対向配置される磁極片対の双方に正または負の任意の相
等しい電圧を印加する手段を設けたことにより、a1項の
値を外部より変化させることができるようになり、不明
確な有効フィルタ長に対して常に非点なし結像条件を満
足させることができる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the first aspect of the present invention, Ex × B in which an electric field and a magnetic field are formed orthogonal to each other.
In the type energy filter, by providing means for applying any positive or negative equal voltage to both of the pole piece pairs opposed to each other to form a magnetic field, externally changing the value of a1 term Can be satisfied, and the astigmatic imaging condition can always be satisfied for an unclear effective filter length.

また、第2の本発明によれば、第1の発明において、
前記電場を形成する一対の電極のそれぞれに印加される
電圧を、前記磁極片対に印加する電圧に対して独立して
変化させるための電源を設けたことにより、a1項の値を
外部より変化させることができるようになり、不明確な
有効フィルタ長に対して常に非点なし結像条件を満足さ
せることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect,
By providing a power supply for independently changing the voltage applied to each of the pair of electrodes forming the electric field with respect to the voltage applied to the pole piece pair, the value of a1 is externally changed. It is possible to always satisfy the astigmatism-free imaging condition for an unclear effective filter length.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は第1の本発明によるE×B型エネルギーフィル
タの一実施例を説明するための構成図。第2図は第2の
本発明によるE×B型エネルギーフィルタの一実施例を
説明するための構成図、第3図(a)(b)は本発明に
よるE×B型エネルギーフィルタの電場分布を説明する
ための図、第4図(a)乃至(c)は従来のE×B型エ
ネルギーフィルタを説明するための図、第5図は(a)
(b)エネルギーフィルタ内での電子の軌道を示す図、
第6図はエネルギーフィルタの縁端場における電場分布
および磁場分布を説明するための図である。 1,1′:磁極片 2,2′:電極 3:ヨーク 4,5:電気絶縁物 6:励磁コイル 7:電場電源 8:磁極片間用電源
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining one embodiment of an E × B type energy filter according to the first invention. FIG. 2 is a block diagram for explaining one embodiment of the E × B energy filter according to the second invention, and FIGS. 3A and 3B are electric field distributions of the E × B energy filter according to the invention. FIGS. 4 (a) to 4 (c) are diagrams for explaining a conventional E × B type energy filter, and FIG. 5 is (a).
(B) A diagram showing the trajectories of electrons in the energy filter,
FIG. 6 is a diagram for explaining an electric field distribution and a magnetic field distribution in an edge field of the energy filter. 1,1 ': Pole piece 2,2': Electrode 3: Yoke 4,5: Electric insulator 6: Exciting coil 7: Electric field power supply 8: Power supply between pole pieces

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電場と磁場が互いに直交して形成されてな
るE×B型エネルギーフィルタにおいて、磁場を形成す
るために対向配置される磁極片対双方に正または負の任
意の相等しい電圧を印加する手段を設けたことを特徴と
するE×B型エネルギーフィルタ。
In an E × B type energy filter in which an electric field and a magnetic field are formed orthogonal to each other, an arbitrary positive or negative equal voltage is applied to both pairs of pole pieces arranged to face each other to form a magnetic field. An E × B-type energy filter, characterized in that a means for applying the energy is provided.
【請求項2】前記電場を形成する一対の電極のそれぞれ
に印加される電圧を、前記磁極片対に印加する電圧に対
して独立して変化させるための電源を設けたことを特徴
とする請求項1記載のE×B型エネルギーフィルタ。
2. A power supply for changing the voltage applied to each of the pair of electrodes forming the electric field independently of the voltage applied to the pair of pole pieces. Item 7. An E × B type energy filter according to Item 1.
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