JP4343013B2

JP4343013B2 - エネルギフィルタ及び電子顕微鏡

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Publication number: JP4343013B2
Application number: JP2004114502A
Authority: JP
Inventors: 俊克金山
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: JP2005302437A

Description

本発明は、エネルギフィルタ及びこのエネルギフィルタを備えた電子顕微鏡に関する。

従来、試料を透過した電子ビームをエネルギフィルタを介して蛍光板に拡大投射するエネルギフィルタを備えた透過型電子顕微鏡が提供されている。この透過型電子顕微鏡は、電子光学系内にエネルギフィルタを配置し、特定エネルギを持つ荷電粒子のみを選択的に透過させ、試料によって影響を受けた透過電子（透過荷電粒子）のうち、特定のエネルギの透過電子のみに基づく顕微鏡像、回折像等を形成することができる。

図１６は、エネルギフィルタとしてオメガフィルタを組み込んだ電子顕微鏡１の構成を示す図である。

この電子顕微鏡１は、電子銃２で発生した電子ビームをコンデンサレンズ３及び対物レンズ４を通して試料５に照射し、更に試料５を透過した電子ビームを、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及び投影レンズ１０を通して蛍光板１１に導いている。このため、電子顕微鏡１は、試料５の観察像を蛍光板１１に投影するものである。入力絞り７、スペクトロメータ８及びスリット９がエネルギフィルタ１２を構成する。

図１７は、オメガ型エネルギフィルタ１２を入力絞り７、スリット９と共に構成するスペクトロメータ８のマグネット配置を示す図である。スペクトロメータ８は、４個の第１ないし第４マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を入射側から出射側に向けてこれらの順に配置している。これらの第１ないし第４マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４は、一対の第１及び第４マグネットＭ_１とＭ_４、一対の第２及び第３マグネットＭ_２とＭ_３が、それぞれ図１７において上下面対称に配置されている。そして、スペクトロメータ８は、入射してきた電子ビームのうち、これらの第１ないし第４マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を順に通過し得る特定のエネルギを電子ビームを入射ビームと同一直線上となるように出射させることにより、オメガ（Ω）字状の電子軌道を形成するようになっている。

このようなスペクトロメータ８においては、歪と非点収差を小さくするために、４個の第１ないし第４マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４により完全に上下対称な磁場を発生する構造が求められる。また、各マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の電子光学的特性も上下対称となることが求められる。このため、各マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の形状の詳細な設計が必要となる。

しかしながら、実際に各マグネットＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を加工し、かつ組み立てると、素材の不均質、加工誤差及び組み立て誤差によって、スペクトロメータの構造は微小に上下対称とはならず、微小な非対称性をどうしても避けることはできない。マグネットで作られる磁場の強さの上下対称性及び機械的寸法誤差を補うための励磁電流は、ともに0.1％以下の精度が求められる。しかし、微小な非対称性により、マグネットのみではこの精度を達成することは難しい。このように、微小な非対称性が生じていると、その分、スペクトロメータ８は歪みが生じるとともに非点収差が大きくなる。

スペクトロメータ８のように２個以上のマグネットにより構成されるスペクトロメータにおいては、その制御を容易なものにするために励磁コイルを直列に結線して単一パラメータ制御にすることが行われる場合がある。これによってマグネットの独立制御の要素が全くなくなってしまうという欠点がある。

また、２個以上のマグネットにより構成されるスペクトロメータにおいて、その性能（分解能、結像型であれば歪みなどの補正）を発揮させるためにマグネット同士の強さの関係を微小に可変することが要求される場合がある。これは、以下の理由による。複数のマグネットより構成されるスペクトロメータを設計する場合、その磁場の強さは最も高い性能となるようにマグネット同士の関係が詳細に決定される。しかし、実際の装置を製作する場合、部品の加工誤差や組み立て誤差、材料（素材）のばらつきによって当初の設計とは食い違いが生じる虞がある。これによってマグネット間バランスが崩れ、所望の性能が得られなかったり、光軸に狂いが生じて使用上支障が出る場合がある。

図１８は、４個のマグネットにより構成されるスペクトロメータにおいて、設計上の電子軌道（光軸）に対して、部品の加工誤差や組み立て誤差等によって実際に得られた起動の光軸ずれを示す図である。実線で示す設計上の電子軌道に対して前記誤差等によって実際に得られた光軸は波線で示すようになり出射時にはΔだけずれている。

そのため理想設計からのずれΔを補正するための手段を用意し、補正を行わなければならない。つまり、マグネット同士の強さの関係を微小に可変する手段が必要になる。そのためには、マグネットの数だけ独立した電源を設け、独立制御することが考えられる。

すると、本来、単純に電子軌道を曲げるための磁場を発生させる制御と、部品工作誤差及び組み立て誤差を補正して最高性能を引き出すための微小調整の制御が混然となってしまい操作が煩雑になる。

そこで、本件出願人は、特許文献１に記載のように、複数のマグネットのうち、互いに上下面対称に配置された一対のマグネットをそれぞれ励磁するコイルを互いに直列に接続するとともに、これらのコイルを電源に接続し、更にこれらのコイルに並列に可変抵抗からなるポテンショメータを接続するとともに、このポテンショメータの可動端子を前記コイルの直列接続部に接続して分流回路を形成することによって、電源を増やすことなくバランス制御を可能とする技術を開発した。
特開平１１−２５０８４９号公報

しかし、前記特許文献１に記載のように分流回路を形成した場合でも、励磁コイルと分流回路が全く別位置となる際には周囲環境が異なることになり、電流を流したときの発熱により、励磁コイル及び分流抵抗がアンバランスに変化し、分流量が変化してバランス調整が狂ってしまうことがある。また、励磁コイルに流れる電流が変化して電子出力位置が変化してしまうことがある。すなわち、前記特許文献１に基づいて分流回路を設けたエネルギフィルタを採用しても、使用環境によっては安定性が悪くなる虞があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、電源の数を減らすことができ、しかも最終的な電子出力位置の変化が少なく調整を容易にすることができるエネルギフィルタ及びこのようなエネルギフィルタを備えた電子顕微鏡の提供を目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係るエネルギフィルタは、上下面対称に配置された複数２ｍ個（ｍは自然数）のマグネットからなり、これらマグネットにより、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ものであって、前記複数２ｍ個のマグネットのうち、互いに上下面対称に配置されて対をなすマグネットをそれぞれ励磁する主コイルを互いに直列に結線するとともに、前記互いに上下面対称に配置された少なくとも一対のマグネットに前記主コイルとは独立な補助コイルを相互に直列に結線して、電源に接続するものである。

前記エネルギフィルタは、オメガフィルタであることが好ましい。

前記主コイルは相互に同極に結線され、前記補助コイルは相互に極性を逆にして結線されることが好ましい。

本発明に係る電子顕微鏡は、前記エネルギフィルタを備えるものである。

本発明によると、電源の数を減らすことができ、しかも最終的な電子出力位置の変化が少なく調整を容易にすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。この実施の形態は、透過型電子顕微鏡にあって、試料によって影響を受けた透過電子（透過荷電粒子）のうち、特定のエネルギを持つ透過荷電電子のみを蛍光板に導く結像型エネルギフィルタである。

この結像型エネルギフィルタは、図１６を用いて既に説明したように、入力絞り７、スペクトロメータ８及びスリット９によって構成される。本実施の形態は、特にスペクトロメータ８として４個のマグネットを上下面対称、かつオメガ型に配置してなるオメガ型エネルギフィルタを用いている。

図１は、オメガ型エネルギフィルタのスペクトロメータ８の外観を示す斜視図である。このスペクトロメータ８は、図１７にも既に示したように、一対の第１マグネットＭ_１と第４マグネットＭ_４、及び第２マグネットＭ_２と第３マグネットＭ_３の形状を、それぞれ上下面対称に形成していると共に、第１マグネットＭ_１，第２マグネットＭ_２，第３マグネットＭ_３，第４マグネットＭ_４を、オメガ（Ω）字状の電子軌道を形成するように上下面対称に配置している。

図２（ａ）は、いずれか一つのマグネットＭ_ｉの外観を示す図である。図２（ｂ）は、切断面Ｓ_ｅｃでのマグネットＭ_ｉの断面を示す。マグネットＭ_ｉは、上部ポールピース１ａと下部ポールピース１ｂの間のポールピース間隙２に、励磁コイル３ａ、励磁コイル３ｂによって磁場を発生させて電子を通過させる。励磁コイル３ａは、上部ポールピース１ａを間に挟み、外側を巻くように配置されている。言い換えると、上部ポールピース１ａの外側を巻くようにソレノイド状に巻回されている。また、励磁コイル３ｂは、下部ポールピース１ｂを間に挟み、外側を巻くように配置されている。言い換えると、下部ポールピース１ｂを巻くようにソレノイド状に巻回されている。励磁コイル３ａ及び励磁コイル３ｂは、後述する電源から励磁電流を供給されることによって励磁され、ポールピース間隙２に磁界を発生させる。

また、マグネットＭ_ｉには、前記ポールピース間隙２に磁場を発生させる主コイルである励磁コイル３ａ，３ｂとは、独立にかつ接近してバランスを調整するための補助コイル４ａ，４ｂをそれぞれ上部ポールピース１ａ，下部ポールピース１ｂを間に挟んでソレノイド状に巻回している。補助コイル４ａ，４ｂも後述する電源から励磁電流を供給されることによって、励磁され、ポールピース間隙２にバランス調整のための磁界を発生させる。補助コイル４ａ，４ｂの巻き数は、前記主コイルである励磁コイル３ａ，３ｂよりも少ない。図２において、励磁コイル３ａに対して巻き数の少ない補助コイル４ａは、ポールピース間隙２側に巻かれている。また、励磁コイル３ｂに対して巻き数の少ない補助コイル４ｂも、ポールピース間隙２側に巻かれている。

図３は、上下面対称に配置された一対の第１マグネットＭ_１と第４マグネットＭ_４における励磁コイルの結線を示す図である。前記マグネットＭ_ｉでは、励磁コイルの符号を３ａ、３ｂとしたが、以下では励磁コイルの符号を３ａ、３ｂとは異ならせ、それぞれのマグネットに固有の符号とする。第１マグネットＭ_１には、前記マグネットＭ_ｉを例に説明したのと同様に上部ポールピース１ａと下部ポールピース１ｂの間のポールピース間隙２に磁場を発生させるために第１マグネットＭ_１を励磁する励磁コイル５ａと励磁コイル５ｂが直列に設けられている。励磁コイル５ａと励磁コイル５ｂは一つの第１マグネットＭ_１の励磁コイルであり、かつ対をなすものである。したがって、それらは同じ極性になるように直列結線されコイル対５となる。また、第４マグネットＭ_４にも、前記ポールピース間隙２に磁場を発生させるために第４マグネットＭ_４を励磁する励磁コイル８ａと励磁コイル８ｂが直列に設けられている。励磁コイル８ａと励磁コイル８ｂも一つの第１マグネットＭ_４の励磁コイルであり、かつ対をなすものである。したがって、それらは同じ極性になるように直列結線されコイル対８となる。

また、これらの二対の励磁コイル５ａ及び励磁コイル５ｂ、励磁コイル８ａ及び励磁コイル８ｂは、励磁コイル５ｂの一端と励磁コイル８ａの一端とが接続点３２で接続されることにより互いに直列に接続されている。また、励磁コイル５ａの一端と励磁コイル８ｂの一端は、それぞれ接続点３１及び３３にて電源（ＰＳ）２０に接続されている。つまり、励磁コイル５ａ及び励磁コイル５ｂよりなるコイル対５と励磁コイル８ａ及び励磁コイル８ｂからなるコイル対８は直列結線されて一つの電源２０から電流が供給される。したがって、第１マグネットＭ_１と第４マグネットＭ_４は、オメガ型スペクトロメータを構成するに際し、同じ偏向能力を備えるように構成されることになる。

図４は、上下面対称に配置された一対の第２マグネットＭ_２と第３マグネットＭ_３における励磁コイルの結線を示す図である。第２マグネットＭ_２には、前記マグネットＭ_ｉを例に説明したのと同様に上部ポールピース１ａと下部ポールピース１ｂの間のポールピース間隙２に磁場を発生させるために第２マグネットＭ_２を励磁する励磁コイル６ａと励磁コイル６ｂが直列に設けられている。励磁コイル６ａと励磁コイル６ｂは一つの第２マグネットＭ_２の励磁コイルであり、かつ対をなすものである。したがって、それらは同じ極性になるように直列結線されコイル対６となる。また、第３マグネットＭ_３にも、前記ポールピース間隙２に磁場を発生させるために第３マグネットＭ_３を励磁する励磁コイル７ａと励磁コイル７ｂが直列に設けられている。励磁コイル７ａと励磁コイル７ｂも一つの第３マグネットＭ_３の励磁コイルであり、かつ対をなすものである。したがって、それらは同じ極性になるように直列結線されコイル対７となる。

また、これらの二対の励磁コイル６ａ及び励磁コイル６ｂ、励磁コイル７ａ及び励磁コイル７ｂは、励磁コイル６ｂの一端と励磁コイル７ａの一端とが接続点３５で接続されることにより互いに直列に接続されている。また、励磁コイル６ａの一端と励磁コイル７ｂの一端は、それぞれ接続点３４及び３６にて電源（ＰＳ）２１に接続されている。つまり、励磁コイル６ａ及び励磁コイル６ｂからなるコイル対６と励磁コイル７ａ及び励磁コイル７ｂからなるコイル対７は、直列結線されて一つの電源２１から電流が供給される。したがって、第２マグネットＭ_２と第３マグネットＭ_３は、オメガ型スペクトロメータを構成するに際し、同じ偏向能力を備えるように構成されることになる。

図５は、上下面対称に配置された一対の第１マグネットＭ_１と第４マグネットＭ_４における補助コイルの結線を示す図である。前記マグネットＭ_ｉでは、補助コイルの符号を４ａ、４ｂとしたが、以下では補助コイルの符号を４ａ、４ｂとは異ならせ、それぞれのマグネットに固有の符号とする。第１マグネットＭ_１には、ポールピース間隙２にバランス調整のための磁場を発生させるための補助コイル９ａと補助コイル９ｂをそれぞれ励磁コイル５ａと励磁コイル５ｂに接近して配置している（図２）。補助コイル９ａは励磁コイル５ａの補助コイルであり、励磁コイル５ａよりもポールピース間隙２側に、上部ポールピース１ａの外側を巻くように配置されている。また、補助コイル９ｂは励磁コイル５ｂの補助コイルであり、励磁コイル５ｂよりもポールピース間隙２側に、下部ポールピース１ｂの外側を巻くように配置されている。補助コイル９ａと補助コイル９ｂは対の補助コイルであり、同極性で直列接続されコイル対９となる。

また、第４マグネットＭ_４にも、前記ポールピース間隙２にバランス調整のための磁場を発生させるための補助コイル１２ａと補助コイル１２ｂをそれぞれ励磁コイル８ａと励磁コイル８ｂに接近して配置している。補助コイル１２ａは励磁コイル８ａの補助コイルであり、励磁コイル８ａよりもポールピース間隙２側に、上部ポールピース１ｂの外側を巻くように配置されている。また、補助コイル１２ｂは励磁コイル８ｂの補助コイルであり、励磁コイル８ｂよりもポールピース間隙２側に、下部ポールピース１ｂの外側を巻くように配置されている。補助コイル１２ａと補助コイル１２ｂは対の補助コイルであり、同極性で直列接続されコイル対１２となる。

また、これらの二対の補助コイル９ａ及び補助コイル９ｂ、補助コイル１２ａ及び補助コイル１２ｂは、補助コイル９ｂの一端と補助コイル１２ｂの一端とが接続点４２で接続されることにより互いに直列ではあるが、逆極性になるように接続されている。また、補助コイル９ａの一端と補助コイル１２ａの一端は、それぞれ接続点４１及び４３にて電源（ＰＳ）２０に接続されている。したがって、補助コイル９ａ及び補助コイル９ｂからなるコイル対９と補助コイル１２ａ及び補助コイル１２ｂからなるコイル対１２は、互いに逆極性で直列結線し、電源２０に接続している。

図６は、上下面対称に配置された一対の第２マグネットＭ_２と第３マグネットＭ_３における補助コイルの結線を示す図である。第２マグネットＭ_２には、ポールピース間隙２にバランス調整のための磁場を発生させるための補助コイル１０ａと補助コイル１０ｂをそれぞれ励磁コイル６ａと励磁コイル６ｂに接近して配置している。補助コイル１０ａは励磁コイル６ａの補助コイルであり、励磁コイル６ａよりもポールピース間隙２側に、上部ポールピース１ａの外側を巻くように配置されている。また、補助コイル１０ｂは励磁コイル６ｂの補助コイルであり、励磁コイル６ｂよりもポールピース間隙２側に、励磁コイル６ｂに接近して下部ポールピース１ｂの外側を巻くように配置されている。補助コイル１０ａと補助コイル１０ｂは対の補助コイルであり、同極性で直列接続されコイル対１０となる。

また、第３マグネットＭ_３にも、前記ポールピース間隙２にバランス調整のための磁場を発生させるための補助コイル１１ａと補助コイル１１ｂをそれぞれ励磁コイル７ａと励磁コイル７ｂに接近して配置している。補助コイル１１ａは励磁コイル７ａの補助コイルであり、励磁コイル７ａよりもポールピース間隙２側に、下部ポールピース１ｂの外側を巻くように配置されている。また、補助コイル１１ｂは励磁コイル７ｂの補助コイルであり、励磁コイル７ｂよりもポールピース間隙２側に、励磁コイル７ｂに接近して下部ポールピース１ｂの外側を巻くように配置されている。補助コイル１１ａと補助コイル１１ｂは対の補助コイルであり、同極性で直列接続されコイル対１１となる。

また、これらの二対の補助コイル１０ａ及び補助コイル１０ｂ、補助コイル１１ａ及び補助コイル１１ｂは、補助コイル１０ｂの一端と補助コイル１１ｂの一端とが接続点４５で接続されることにより互いに直列ではあるが、逆極性になるように接続されている。また、補助コイル１０ａの一端と補助コイル１１ａの一端は、それぞれ接続点４４及び４６にて電源（ＰＳ）２１に接続されている。したがって、補助コイル１０ａ及び補助コイル１０ｂからなるコイル対１０と補助コイル１１ａ及び補助コイル１１ｂからなるコイル対１１は、互いに逆極性で直列結線し、電源２１に接続している。

次に、図７〜図１４を用いてオメガ型エネルギフィルタのスペクトロメータ８の動作を説明する。図７は、対をなす第１マグネットＭ_１及び第４マグネットＭ_４における、同極性で直列接続された励磁コイル５ａと励磁コイル５ｂ、同じく同極性で直列接続された励磁コイル８ａと励磁コイル８ｂとを、同極性のまま接続した結線を簡略化した図である。

図８は、対をなす第２マグネットＭ_２及び第３マグネットＭ_３における、同極性で直列接続された励磁コイル６ａと励磁コイル６ｂ、同じく同極性で直列接続された励磁コイル７ａと励磁コイル７ｂとを、同極性のまま接続した結線を簡略化した図である。

図９は、対をなす第１マグネットＭ_１及び第４マグネットＭ_４における、同極性で直列接続された補助コイル９ａと補助コイル９ｂ、同じく同極性で直列接続された補助コイル１２ａと補助コイル１２ｂとを、逆極性にして接続した結線を簡略化した図である。

図１０は、対をなす第２マグネットＭ_２及び第３マグネットＭ_３における、同極性で直列接続された補助コイル６ａと補助コイル６ｂ、同じく同極性で直列接続された補助コイル７ａと補助コイル７ｂとを、逆極性にして接続した結線を簡略化した図である。

図７において、第１マグネットＭ_１の励磁コイル５ａ及び励磁コイル５ｂと、第４マグネットＭ_４の励磁コイル８ａ及び励磁コイル８ｂには、電源２０から主励磁電流Ｉ_{ｍａｉｎ１}が流れる。このため、第１マグネットＭ_１と第４マグネットＭ_４は、ポールピース間隙２に磁場を発生させて、電子ビームを偏向することができる。

また、図８において、第２マグネットＭ_２の励磁コイル６ａ及び励磁コイル６ｂと、第３マグネットＭ_３の励磁コイル７ａ及び励磁コイル７ｂには、電源２１から主励磁電流Ｉ_{ｍａｉｎ２}が流れる。このため、第２マグネットＭ_２と第３マグネットＭ_３は、ポールピース間隙２に磁場を発生させて、電子ビームを偏向することができる。

このように、一対のマグネットＭ_１とマグネットＭ_４では、主励磁電流Ｉ_{ｍａｉｎ１}をコイル対５とコイル対８に流し、スペクトロメータ８の主制御を行っている。また、一対のマグットットＭ_２とマグネットＭ_３でも、主励磁電流Ｉ_{ｍａｉｎ２}をコイル対６とコイル対７に流し、スペクトロメータ８の主制御を行っている。

さらに、図９に示すように、スペクトロメータ８は、前記主励磁電流Ｉ_{ｍａｉｎ１}とは独立に、補助励磁電流Ｉ_ｓｕｂ１を第１のマグネットＭ_１の補助コイル９ａと補助コイル９ｂ及び第４のマグネットＭ_４の補助コイル１２ａと補助コイル１２ｂに流している。ただし、補助コイル対９と補助コイル対１２は、それぞれは直列ではあるが、互いに逆極性になるように接続されている。また、図１０に示すように、スペクトロメータ８は、前記主励磁電流Ｉ_{ｍａｉｎ２}とは独立に、補助励磁電流Ｉ_ｓｕｂ２を第２のマグネットＭ_２の補助コイル１０ａと補助コイル１０ｂ及び第３のマグネットＭ_３の補助コイル１１ａと補助コイル１１ｂに流している。ただし、補助コイル対１０と補助コイル対１１は、それぞれは直列ではあるが、互いに逆極性になるように接続されている。

図１１は、スペクトロメータ８における４個のマグネットの主励磁極性、補正励磁極性をまとめて模式的に示した図である。図１２は、前記４個のマグネットのポールピース間隙２に作用する励磁方向と補正励磁方向の向きを図１１に関連して示した図である。第１のマグネットＭ_１と第４のマグネットＭ_４は、励磁コイル対５と励磁コイル対８の主励磁極性をＰｏ_{−ｍａｉｎ（＋）}として同極性としたが、補助コイル対９及び補助コイル対１２の補正極性はＰｏ_{−ｓｕｂ（＋）}及びＰｏ_{−ｓｕｂ（・）}のように逆極性とした。また、第２のマグネットＭ２と第３のマグネットＭ３は、励磁コイル対６と励磁コイル対７の主励磁極性をＰｏ_{−ｍａｉｎ（・）}として同極性としたが、補助コイル対１０及び補助コイル対１１の補正極性はＰｏ_{−ｓｕｂ（・）}及びＰｏ_{−ｓｕｂ（＋）}のように逆極性とした。これにより、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、第１のマグネットＭ_１及び第４のマグネットＭ_４にあっては、主励磁の方向は実線矢印で示すように下向きの同一方向となるが、補正励磁の方向は点線矢印で示すように互いを補うような方向となる。また、第２のマグネットＭ_２及び第３のマグネットＭ_３にあっても、主励磁の方向は実線矢印で示すように上向きの同一方向となるが、補正励磁の方向は点線矢印で示すように互いを補うような方向となる（図１２（ｃ）、図１２（ｄ））。

このため、第１のマグネットＭ_１と第４のマグネットＭ_４間、あるいは、第２のマグネットＭ_２と第３のマグネットＭ_３間では、発生磁場のバランスの微小制御を行うことができる。

例えば、補助励磁電流Ｉ_ｓｕｂ１によって第１のマグネットＭ_１の磁場を強める作用を持たせた場合、同時に第４のマグネットＭ_４の磁場を弱める作用を持つ。また、補助励磁電流Ｉ_ｓｕｂ１によって第１のマグネットＭ_１の磁場を弱める作用を持たせた場合、同時に第４のマグネットＭ_４の磁場を強める作用を持つ。これによって、第１のマグネットＭ_１と第４のマグネットＭ_４のバランスを調整するという目的は達せられる。すなわち、補助コイル対９と補助コイル対１２が互いに逆向きの補助磁場を発生するので、第１のマグネットＭ_１と第４のマグネットＭ_４のバランス調整を行っても互いに補い合う電子への影響となり、補助調整の間に大きくスペクトロメータ条件が狂って出力電子を見失うことなく、補正作業が極めて容易になる（図１３、図１４）。

同様に、例えば、補助励磁電流Ｉ_ｓｕｂ２によって第２のマグネットＭ_２の磁場を強める作用を持たせた場合、同時に第３のマグネットＭ_３の磁場を弱める作用を持つ。また、補助励磁電流Ｉ_ｓｕｂ２によって第２のマグネットＭ_２の磁場を弱める作用を持たせた場合、同時に第３のマグネットＭ_３の磁場を強める作用を持つ。これによって、第２のマグネットＭ_２と第３のマグネットＭ_３のバランスを調整するという目的は達せられる。すなわち、補助コイル対１０と補助コイル対１１が互いに逆向きの補助磁場を発生するので、第２のマグネットＭ_２と第３のマグネットＭ_３のバランス調整を行っても互いに補い合う電子への影響となり、補助調整の間に大きくスペクトロメータ条件が狂って出力電子を見失うことなく、補正作業が極めて容易になる（図１３、図１４）。

図１３及び図１４は、第１のマグネットＭ_１と第４のマグネットＭ_４における補助コイル対９と補助コイル対１２によるバランス調整を説明するための図である。特に、図１３は、二つのコイル対９と１２を逆極性直列にしなかった場合の補正例を示し、図１４は逆極性直列にした場合の補正例を示す。二つのコイル対９と１２を逆極性直列にしなかった場合には、誤差のある軌道（点線）Ｅｒ_−ｏｒを補正するために、第１のマグネットＭ_１の磁場を弱めると実線のような軌道Ｒｅ_−ｏｒになり、電子の出力位置は大きなずれΔＷを生じてしまう。一方、二つのコイル対９と１２を逆極性直列にした場合には、第１のマグネットＭ１の磁場を弱めると同時に第４のマグネットＭ４の磁場は強められ、誤差のある軌道（点線）Ｅｒ_−ｏｒは実線のような軌道Ｒｅ_−ｏｒへと変化して電子の出力位置のずれは微小なずれΔＮにとどまる。

図１５は、いずれか一つのマグネットＭｉにおける励磁コイル３ａ及び３ｂと、補助コイル４ａ及び４ｂとの巻き方の他の例を示す図である。図１５（ａ）では、励磁コイル３ａに対して巻き数の少ない補助コイル４ａは、ポールピース間隙２から離れて上部ポールピース１ａ側に巻かれている。また、励磁コイル３ｂに対して巻き数の少ない補助コイル４ｂも、ポールピース間隙２から離れて下部ポールピース１ｂ側に巻かれている。また、図１５（ｂ）では、補助コイル４ａは、励磁コイル３ａよりも上部ポールピース１ａの外側に巻かれている。補助コイルｂａは、励磁コイル３ｂよりも下部ポールピース１ｂの外側に巻かれている。図１５（ｃ）では、補助コイル４ａは、励磁コイル３ａよりも上部ポールピース１ａの内側に巻かれている。補助コイル４ｂは、励磁コイル３ｂよりも下部ポールピース１ｂの内側に巻かれている。

これら図１５に示した巻き方の他の例を用いた４つのマグネットからなるスペクトロメータにあっても、前述の実施形態と同様の作用効果が得られる。

なお、本実施の形態では、上下面対称に配置された４個のマグネットからなるエネルギフィルタに本発明を適用した具体例を挙げたが、ｍを自然数としたときの２ｍ個のマグネットを上下面対称に配置したエネルギフィルタであれば本発明を適用できる。例えば、２個、６個、８個のマグネットを上下面対称にしたタイプのエネルギフィルタである。

オメガ型エネルギフィルタのスペクトロメータの外観を示す斜視図である。いずれか一つのマグネットの外観を示す図であり、かつ切断面でのマグネットの断面も示す図である。上下面対称に配置された一対の第１マグネットと第４マグネットにおける励磁コイルの結線を示す図である。上下面対称に配置された一対の第２マグネットと第３マグネットにおける励磁コイルの結線を示す図である。上下面対称に配置された一対の第１マグネットと第４マグネットにおける補助コイルの結線を示す図である。上下面対称に配置された一対の第２マグネットと第３マグネットにおける補助コイルの結線を示す図である。対をなす第１マグネット及び第４マグネットにおける、励磁コイルの結線を簡略化した図である。対をなす第２マグネット及び第３マグネットにおける、励磁コイルの結線を簡略化した図である。対をなす第１マグネット及び第４マグネットにおける、補助コイルの結線を簡略化した図である。対をなす第２マグネット及び第３マグネットにおける、補助コイルの結線を簡略化した図である。スペクトロメータにおける４個のマグネットの主励磁極性、補正励磁極性をまとめて模式的に示した図である。４個のマグネットのポールピース間隙に作用する励磁方向と補正励磁方向の向きを示した図である。第１のマグネットと第４のマグネットにおける補助コイル対と補助コイル対を逆極性直列にしなかった場合のバランス調整を説明するための図である。第１のマグネットと第４のマグネットにおける補助コイル対と補助コイル対を逆極性直列にした場合のバランス調整を説明するための図である。いずれか一つのマグネットにおける励磁コイルと、補助コイルとの巻き方の他の例を示す図である。２個以上のマグネットを上下面対称に配置してなるエネルギフィルタを組み込んだ電子顕微鏡の構成を示す図である。スペクトロメータのマグネット配置を示す図である。４個のマグネットにより構成されるスペクトロメータにおいて、設計上の電子軌道（光軸）に対して、部品の加工誤差や組み立て誤差等によって実際に得られた起動の光軸ずれを示す図である。

符号の説明

Ｍ_１〜Ｍ_４スペクトロメータを構成するマグネット、１ａ上部ポールピース、１ｂ下部ポールピース、２ポールピース間隙、３ａ，３ｂ励磁コイル、４ａ，４ｂ補助コイル

Claims

上下面対称に配置された複数２ｍ個（ｍは自然数）のマグネットからなり、これらマグネットにより、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において、
前記複数２ｍ個のマグネットのうち、互いに上下面対称に配置されて対をなすマグネットをそれぞれ励磁する主コイルを互いに直列に結線するとともに、前記互いに上下面対称に配置された少なくとも一対のマグネットに前記主コイルとは独立な補助コイルを相互に直列に結線して、電源に接続し、
前記主コイルは相互に同極に結線され、前記補助コイルは相互に極性を逆にして結線されることを特徴とするエネルギフィルタ。
オメガフィルタであ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１又は２のいずれかに記載のエネルギフィルタを備えた電子顕微鏡。