JP3774610B2

JP3774610B2 - エネルギフィルタ

Info

Publication number: JP3774610B2
Application number: JP2000032410A
Authority: JP
Inventors: 俊克金山
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JP2000331639A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１個以上の電子偏向マグネットよりなり、このマグネットにより、入射してきた電子のうち、特定のエネルギを持つ電子を出射させるエネルギフィルタの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子光学系にエネルギフィルタを組み込んだ電子顕微鏡が開発されているが、図６に示すように、この電子顕微鏡１は電子銃２で発生した電子ｅのビームをコンデンサレンズ３を通して試料５に照射し、更に試料５を透過した透過ビームを、対物レンズ４、中間レンズ６、入力絞り７、スペクトロメータ８、スリット９および投影レンズ１０を通して蛍光板１１に投影することで、試料の観察像を得るものである。そして、入力絞り７、スペクトロメータ８およびスリット９により、オメガ型エネルギフィルタと呼ばれるエネルギフィルタ１２が構成されている。
【０００３】
この電子顕微鏡１に組み込まれたエネルギフィルタ１２におけるスペクトロメータ８は、少なくとも１個以上の電子偏向マグネットを備えている。この電子偏向マグネットの従来の一例として、図７（ａ）および（ｂ）に示す電子偏向マグネット１３がある。この電子偏向マグネット１３は、互いに対向する一対の磁極片基板（以下、ポールピース基板ともいう）１００、１０１から成る。ポールピース基板１００の一方の面にコイル溝２２、２４が互いに隣接して設けられ、コイル溝２２、２４に囲まれた部分がそれぞれ磁極片（以下、ポールピースともいう）１４、１６を形成する。また、コイル溝２２、２４にはコイル１８、２０がそれぞれ収容される。同様に、もう一方のポールピース基板１０１にもコイル溝２３、２５が互いに隣接して設けられ、コイル溝２３、２５に囲まれた部分がそれぞれポールピース１５、１７を形成する。コイル溝２３、２５にはコイル１９、２１がそれぞれ収容される。
【０００４】
ポールピース基板１００、１０１は、ポールピース１４、１６がポールピース１５、１７とそれぞれ対向するように配置される。コイル溝２２、２３、２４、２５に囲まれたポールピース１４、１５、１６、１７の部分はそれ以外の部分より凹んでいて、それらの間にはそれぞれ間隙２６、２７が形成され、通路２８により連通している。これらの間隙２６、２７および通路２８によって電子通路２９が形成されている。
【０００５】
そして、電流供給源からコイル１８、１９、２０、２１に電流を供給することで、ポールピース１４、１５、１６、１７の各間隙２６、２７に磁場が発生するようになっている。その場合、ポールピース１４、１５、１６、１７に形成されている間隙２６、２７における電子の入射面および出射面には、磁界の滲み出しを抑えるシャントと呼ばれる部品（不図示）が配設されており、このシャントにより、ポールピース間隙２６、２７に発生する磁界分布をきちんと制御し、その磁界の中に電子を通すことで、電子偏向マグネット１３は良好な電子光学特性を確保しつつ電子を偏向させることができる。
【０００６】
ところで、電子は空気中では空気分子と反応し、急速に失われてしまう。したがって、電子偏向マグネット１３内の各コイル溝２２、２３、２４、２５および電子通路２９は排気ポンプで排気する等により、圧力の低い状態に設定する必要がある。そのため、従来は、電子偏向マグネット１３それ自体を真空チャンバ内に収容していた。しかしながら、この電子偏向マグネット１３の排気方法では、コイル１８、１９、２０、２１等の電子偏向マグネット１３の各構成要素の表面積が大きいため、電子偏向マグネット１３内が非常に排気し難いという問題があった。そして、残留ガスの多い状態では、エネルギフィルタ１２が装着される電子顕微鏡１には、加速電圧の不安定性、電子照射による試料汚染等の問題が生じていた。
【０００７】
このような問題を解決するために、従来、次の２つの方法が採用されている。
【０００８】
まず、第１の方法は、図８に示すように電子通路２９に沿ってチューブ３０を配設するとともに、このチューブ３０の内部だけを排気する方法である。この第１の方法によれば、排気体積が最も小さいので、最も高い効率で前述の問題を解決することが期待できる。
【０００９】
また、第２の方法は、図９に示すように各コイル１８、１９、２０、２１をそれぞれ耐真空パック３１、３２、３３、３４で覆い、各コイル１８、１９、２０、２１からの脱ガスを抑える方法である。この第２の方法によれば、各コイル１８、１９、２０、２１からの脱ガスが電子通路２９に侵入するのが抑制されるので、前述の問題を効果的に解決することが期待できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の第１の方法では、チューブ３０を高精度で形成する必要があるが、チューブ３０がきわめて複雑な形状を有しているため、このチューブ３０を高精度で形成することは非常に難しい。しかも、チューブ３０の内部を清浄にする必要があるが、このチューブ３０の内部を清浄に仕上げることも簡単ではない。
【００１１】
また、このチューブ３０を電子通路２９内に収容するために、ポールピース１４、１５、１６、１７の各間隙２６、２７を大きくせざるを得ないが、これらの間隙２６、２７を大きくすると、所定の大きさの磁界を発生させるために大きな電源が必要となるばかりでなく、偏向磁場の収差が大きくなってしまうという問題がある。したがって、間隙２６、２７を大きくすることにも限度がある。
【００１２】
一方、前述の第２の方法では、各コイル１８、１９、２０、２１を１つずつ耐真空パック３１、３２、３３、３４で覆うために、各コイル１８、１９、２０、２１がのコイル溝２２、２３、２４、２５は大きな空間が必要となる。このため、電子偏向マグネット１３が大きくかつ複雑になってしまうばかりでなく、コイル１８、１９、２０、２１の収容スペースを確保するためにシャントとポールピース１４、１５、１６、１７との間隔が大きくなるという問題がある。
【００１３】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電子通路をより確実に排気可能にしながら、しかも、ポールピースの間隙およびコイル収容スペースをともに大きくしないで、コンパクトに形成できるエネルギフィルタを提供することである。
【００１４】
【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の発明は、電子顕微鏡の真空内に配設され、少なくとも一個ないし複数のマグネットにより構成されたエネルギフィルタに入射してきた電子のうち、特定のエネルギを持つ電子を出射させる前記エネルギフィルタにおいて、
前記マグネットは、一面側にコイル溝がそれぞれ設けられ、これらのコイル溝に囲まれた部分が前記マグネットのポールピースを形成し、これらのポールピースが互いに対向するようにして配設された一対のポールピース基板と、これらのポールピース基板の外形と同じ形状であり、これらの一対のポールピース基板の間に分設された平板からなる一対のスペーサと、前記コイル溝にそれぞれ収容されたコイルと、前記一対のポールピース基板の各側面間に固定されたヨークとを備え、
前記一対のスペーサの互いに対向する側に少なくとも一つの電子通路が形成され、更に、前記ポールピース基板とそれに対向するスペーサ間に、前記コイル溝を内側に囲むようにシール部材がそれぞれ配置されており、これらシール部材によって前記コイル溝に収容された前記コイルをポールピース基板とスペーサとの間に封じ込め、前記コイルを前記真空外に位置するようにされていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２の発明は、前記一対のポールピースに、それらのコイル溝より外側に張り出すようにして張り出し部が形成されており、この張り出し部で磁界の滲み出しを防止するシャントが構成されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギフィルタ。
【００１６】
更に、請求項３の発明は、前記マグネットが複数個定盤に固定されていることを特徴としている。
【００１７】
更に、請求項４の発明は、前記ポールピース基板の前記一面側には複数のコイル溝が設けられ、それらのコイル溝にはそれぞれコイルが収容されており、それら複数のコイル溝を内側に囲むように、前記ポールピース基板とそれに対向するスペーサ間に１つのシール部材が配置されていることを特徴としている。
【００１８】
また、スペーサの間に１つの電子通路が形成されることから、前述の従来のチューブに比べて、加工がはるかに容易になるとともに洗浄がはるかに簡単になる。
【００１９】
更に、電子通路内にチューブが収容されないことから、一対のポールピースの間の間隔を大きくする必要がなくなり、マグネットがコンパクトに形成されるとともに、小さい電源で済むようになる。
【００２０】
更に、磁界の滲み出しを防止するシャントが、ポールピースの張り出し部でこれらのポールピースと一体に形成されることから、これらの組立精度が考慮しなくて済むようになり、マグネットが簡単に組み立てられるようになる。
【００２１】
【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を説明する。
【００２２】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかるエネルギフィルタの実施の形態の一例に用いられるスペクトロメータの電子偏向マグネットを示す図である。なお、前述の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、この例の電子偏向マグネット１３は、一対のポールピース基板１００、１０１を備えている。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、一方のポールピース基板１００の、他方のポールピース基板１０１と対向する側には、コイル１８が収容される閉ループの一定幅のコイル溝２２が形成され、コイル溝２２に囲まれた部分はポールピース１４を形成している。このポールピース基板１００の、ポールピース基板１０１と対向する側には、コイル溝２２以外の部分は面一の平面にされている。
【００２４】
他方のポールピース基板１０１はその外形が一方のポールピース基板１００の外形と同じ形状を有している。同様にして、この他方のポールピース基板１０１の、一方のポールピース基板１００と対向する側には、コイル１９が収容される閉ループでコイル溝２２と同じ幅のコイル溝２３（図１（ａ）および（ｂ）に図示）が形成されて、他方のポールピース基板１０１の互いに対向する面のコイル溝２３以外の部分は面一の平面にされている。その場合、一対のポールピース基板１０１、１０１が互いに重ね合わされたとき、一対のコイル溝２２、２３は互いに対向するようにして形成されており、したがって、一対のポールピース１４と１５は互いに対向するように配設されている。
【００２５】
一対のポールピース基板１００、１０１の間には、平板からなる一対のスペーサ３６、３７が分設されている。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、一方のスペーサ３６はその外形が一方のポールピース基板１００の外形と同じ形状を有するとともに、前述の図７ないし９に示す従来の電子偏向マグネット１３の間隙２６の長さ（一対のポールピース１４、１５の対向する方向の長さ）の半分程度の厚さに設定されている。
【００２６】
また、一方のスペーサ３６の、一方のポールピース１４と対向する側には、Ｏリング３８（図１（ａ）に図示）が収容される閉ループのＯリング溝３９（図１（ａ）および（ｂ）に図示）が形成されている。その場合、Ｏリング溝３９は、コイル溝２２を内側に囲むようにして形成されている。また、この一方のスペーサ３６の、他方のスペーサ３７と対向する側には、電子通路２９の一部を構成する電子通路溝４０が形成されている。
【００２７】
一方、他方のスペーサ３７もその外形が一方のスペーサ３６の外形と同じ形状を有しているとともに、一方のスペーサ３６の厚さと同じ厚さに設定されている。また、他方のスペーサ３７の、他方のポールピース１５と対向する側には、Ｏリング４１（図１（ａ）に図示）が収容される閉ループのＯリング溝４２（図１（ａ）に図示）が形成されている。その場合、Ｏリング溝４２は、コイル溝２３を内側に囲むようにして形成されている。また、この他方のスペーサ３７の、一方のスペーサ３６と対向する側には、電子通路２９の残部を構成する電子通路溝４３（図１（ａ）および（ｂ）に図示）が形成されている。そして、一対のスペーサ３６、３７が図１（ａ）および（ｂ）に示すように重ね合わされたとき、一対の電子通路溝４０、４３が対向して、１つの電子通路２９が形成されるようになっている。
【００２８】
更に、電子通路２９は、図１０（ａ）に示すように、一対のスペーサ３６、３７のうちのいずれか一方（例えば３７）にのみ、図１（ａ）の場合の電子通路溝４０、４３の深さ寸法を合わせた深さの電子通路溝４３を設けて、形成してもよい。その場合、スペーサ３６は電子通路溝のないものとなる。
【００２９】
また更に、電子通路２９は、図１０（ｂ）および（ｃ）に示すように、スペーサ３６、３７には電子通路溝を設けず、図１（ａ）の場合の電子通路溝４０、４３の深さ寸法を合わせた厚さの第３のスペーサ５０をスペーサ３６、３７の間に挿入して、形成してもよい。
【００３０】
そして、各Ｏリング３８、４１をそれぞれＯリング溝３９、４２に嵌合させた状態で、一対のポールピース基板１００、１０１の間に一対のスペーサ３６、３７を介在させかつ外形がすべて一致するようにして重ね合わせる。この状態で、Ｏリング溝３９、４２より外側において、所定数のビス４４を一方のポールピース基板１００および一対のスペーサ３６、３７を貫通させ.て他方のポールピース基板１０１にねじ込むことで、一対のポールピース基板１００、１０１と一対のスペーサ３６、３７とを一体に固定する。
【００３１】
このように各ポールピース基板１００、１０１および各スペーサ３６、３７が一体に固定された状態では、コイル１８、１９は、それぞれ閉ループのＯリング３８、４１内に位置して、これらのＯリング３８、４１によってポールピース基板１００、１０１とスペーサ３６、３７との間に封じ込められるようになる。また、一対のポールピース基板１００、１０１はそれぞれコイル溝２２、２３より外側に張り出す張り出し部４５、４６を有するようになり、これらの張り出し部４５、４６は磁界の滲み出しを抑えるシャントの役割も果たすようになる。
【００３２】
更に、一対のポールピース基板１００、１０１の側面には、ヨーク４７が固定されている。このヨーク４７により１つの磁気回路が完成され、電子偏向マグネット１３が構成されるようになる。
【００３３】
このように構成されたこの例の電子偏向マグネット１３は、電子顕微鏡の真空容器内に軸合わせされて固定される。このとき、前述のようにコイル１８、１９が、それぞれ閉ループのＯリング３８、４１によってポールピース基板１００、１０１とスペーサ３６、３７との間に封じ込められているので、これらのＯリング３８、４１で囲まれたコイル付近は大気のままで電子通路２９を排気することができるようになる。
【００３４】
この例のエネルギフィルタ１２によれば、スペクトロメータ８の電子偏向マグネット１３の一対のコイル１８、１９を閉ループのＯリング３８、４１により真空内に持ち込まないようにしているので、電子顕微鏡１内の真空の劣化が防止でき、電子顕微鏡１の性能が損なわれることはない。
【００３５】
また、コイル１８、１９をそれぞれポールピース基板１００、１０１のコイル溝２２、２３に直接組み込むようにしているので、これらのコイル溝２２、２３を小さくでき、磁界のシールドを効率よくできる。
【００３６】
更に、一対のスペーサ３６、３７にそれぞれ形成された一対の電子通路溝４０、４３により１つの電子通路２９を形成しているので、前述の従来の第１の方法における複雑な形状を有するチューブ３０のような加工の困難性および洗浄の困難性がない。しかも、スペーサ３６、３７を２分割構成にしているので、スペーサの加工がより一層容易となる。
【００３７】
更に、電子通路２９内にチューブ３０を収容しないので、ポールピース１４、１５の間の間隔を大きくする必要がなくなる。したがって、電子偏向マグネット１３をコンパクトに形成できるとともに、電源を大きくしなくても済むようになる。
【００３８】
更に、磁界の滲み出しを防止するシャントを、ポールピース基板１００、１０１の張り出し部４５、４６でこれらのポールピース基板１００、１０１と一体に形成しているので、これらの組立精度を考慮しなくて済むようになり、電子偏向マグネット１３の組立性が向上する。
【００３９】
なお、前述の例のスペクトロメータ８を１つの電子偏向マグネット１３で構成しているが、スペクトロメータ８を複数の電子偏向マグネット１３で構成することもできる。例えば、同じ２つの電子偏向マグネット１３、１３’でエネルギフィルタ８を構成する場合には、図４に示すように、定盤４８の上に、これら２つの電子偏向マグネット１３、１３’を固定するようにする。その場合、２つの電子偏向マグネット１３、１３’のヨーク４７、４７’が固定されない側面どうしを対向するようにして２つの電子偏向マグネット１３を定盤４８に固定する。なお、電子偏向マグネット１３’の各構成要素の符号は、電子偏向マグネット１３の対応する構成要素の符号に「’」を付したものを用いることで、それらの詳細な説明は省略する。
【００４０】
また、図４に示す例のスペクトロメータ８では、互いに個別形成された２つの電子偏向マグネット１３、１３’を用いているが、図５に示すように、２つの電子偏向マグネット１３、１３’の各構成要素のうち、ポールピース１４とポールピース１４’およびポールピース１５とポールピース１５’をそれぞれポールピース基板１００と１０１に一体に形成するとともに、スペーサ３６とスペーサ３６’、スペーサ３７とスペーサ３７’、電子通路溝４０と電子通路溝４０’、電子通路溝４３と電子通路溝４３’を、Ｏリング溝３９とＯリング溝３９’、Ｏリング溝４２とＯリング溝４２’、Ｏリング３８とＯリング３８’、およびＯリング４１とＯリング４１’を、それぞれ、１つの大きなスペーサ３６、３７、１つの大きな電子通路溝４０、４３、１つの大きなＯリング溝３９、４２、および１つの大きなＯリング３８、４１で構成することもできる。この場合、図５に示す定盤４８は用いなくともよい。
【００４１】
更に、電子通路２９は、図１１（ａ）に示すように、一対のスペーサ３６、３７のうちのいずれか一方（例えば３７）にのみ、図５の場合の電子通路溝４０、４３の深さ寸法を合わせた深さの電子通路溝４３を設けて、形成してもよい。その場合、スペーサ３６は電子通路溝のないものとなる。
【００４２】
また更に、電子通路２９は、図１１（ｂ）に示すように、スペーサ３６、３７には電子通路溝を設けず、図５の場合の電子通路溝４０、４３の深さ寸法を合わせた厚さの第３のスペーサ５０をスペーサ３６、３７の間に挿入して、形成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のエネルギフィルタによれば、マグネットのコイルをシール部材により真空外に位置させているので、電子顕微鏡内の真空の劣化を防止でき、電子顕微鏡の性能が損なわれるのを阻止できる。
【００４４】
また、一対のスペーサにそれぞれ形成した一対の電子通路溝により１つの電子通路を形成しているので、従来のチューブに比べて、加工を容易にできるとともに洗浄を簡単にできる。
【００４５】
更に、電子通路内にチューブが収容されないことから、一対のポールピースの間の間隔を大きくする必要がなくなるので、マグネットをコンパクトに形成できるとともに、小さい電源で済ませることができる。
【００４６】
更に、磁界の惨み出しを防止するシャントを、ポールピースの張り出し部でこれらのポールピースと一体に形成しているので、これらの組立精度を考慮しなくて済むようになり、マグネットの組立性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるエネルギフィルタの実施の形態の一例に用いられるスペクトロメータの電子偏向マグネットを示す図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は組立図である。
【図２】図１に示す例の電子偏向マグネットのポールピース基板を示し、（ａ）はコイル溝が形成された面を示す図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示す例の電子偏向マグネットのスペーサを示し、（ａ）は電子通路溝が形成された面を示す図、（ｂ）はＯリング溝が形成された面を示す図である。
【図４】互いに個別に構成された複数個の電子偏向マグネットから構成されたエネルギフィルタを示す図である。
【図５】複数個の電子偏向マグネットの構成要素のうち、いくつかを一体に形成し、また他のいくつかを１つの大きな共通の部材で形成したエネルギフィルタを示す図である。
【図６】電子光学系にエネルギフィルタを組み込んだ従来の電子顕微鏡の一例を模式的に示す図である。
【図７】従来のスペクトロメータに用いられている電子偏向マグネットの一例を示す図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は組立図である。
【図８】図７示す従来例の電子偏向マグネットの有する問題を解決する第１の方法を示す図である。
【図９】図７示す従来例の電子偏向マグネットの有する問題を解決する第２の方法を示す図である。
【図１０】本発明にかかる図１のスペーサのその他の例を示す図である。（ａ）はその第１の例、（ｂ）は第２の例、（ｃ）は第２の例の組み立て図。
【図１１】本発明にかかる図５のスペーサのその他の例を示す図である。（ａ）はその第１の例、（ｂ）は第２の例。
【符号の説明】
８…スペクトロメータ、１２…オメガ型エネルギフィルタ、１３…電子偏向マグネット、１４、１５、１６、１７…ポールピース、１８、１９、２０、２１…コイル、２２、２３、２４、２５…コイル溝、２６、２７…間隙、２８…通路、２９…電子通路、３６、３７…スペーサ、３８、４１…Ｏリング、３９、４２…Ｏリング溝、４０、４３…電子通路溝、４５、４６…張り出し部、４７…ヨーク、４８…定盤、５０…第３のスペーサ、１００、１０１…ポールピース基板

Claims

電子顕微鏡の真空内に配設され、少なくとも一個ないし複数のマグネットにより構成されたエネルギフィルタに入射してきた電子のうち、特定のエネルギを持つ電子を出射させる前記エネルギフィルタにおいて、
前記マグネットは、一面側にコイル溝がそれぞれ設けられ、これらのコイル溝に囲まれた部分が前記マグネットのポールピースを形成し、これらのポールピースが互いに対向するようにして配設された一対のポールピース基板と、これらのポールピース基板の外形と同じ形状であり、これらの一対のポールピース基板の間に分設された平板からなる一対のスペーサと、前記コイル溝にそれぞれ収容されたコイルと、前記一対のポールピース基板の各側面間に固定されたヨークとを備え、
前記一対のスペーサの互いに対向する側に少なくとも一つの電子通路が形成され、更に、前記ポールピース基板とそれに対向するスペーサ間に、前記コイル溝を内側に囲むようにシール部材がそれぞれ配置されており、これらシール部材によって前記コイル溝に収容された前記コイルをポールピース基板とスペーサとの間に封じ込め、前記コイルを前記真空外に位置するようにされていることを特徴とするエネルギフィルタ。
前記一対のポールピース基板に、それらのコイル溝より外側に張り出すようにして張り出し部が形成されており、この張り出し部で磁界の滲み出しを防止するシャントが構成されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギフィルタ。
前記マグネットが複数個定盤に固定されていることを特徴とする請求項１または２記載のエネルギフィルタ。
前記ポールピース基板の前記一面側には複数のコイル溝が設けられ、それらのコイル溝にはそれぞれコイルが収容されており、それら複数のコイル溝を内側に囲むように、前記ポールピース基板とそれに対向するスペーサ間に１つのシール部材が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のエネルギフィルタ。