JP6808772B2 - エネルギーフィルタおよび荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーフィルタおよび荷電粒子線装置に関する。

電子エネルギー損失分光法（Electron Energy Loss Spectroscopy、ＥＥＬＳ）は、試料に電子線を照射し、試料を透過した電子の損失エネルギー強度をスペクトルとして得る分析手法である。試料内で電子が損失するエネルギーは、試料を構成する元素や原子間の結合状態などに依存する。したがって、そのスペクトルを調べることで、試料に含まれる元素の種類や結合状態等を知ることができる。

透過電子顕微鏡法（Transmission Electron Microscopy、ＴＥＭ）におけるエネルギーフィルタの基本的な機能は、分光とイメージングである。

分光モードでは、エネルギーフィルタのエネルギー分散面をスクリーンに結像することによって、エネルギースペクトルを取得することができる。特に、透過電子顕微鏡法にエネルギーフィルタに組み合わせた手法をＴＥＭ−ＥＥＬＳ、走査透過電子顕微鏡法（Scanning 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。

イメージングモードでは、エネルギーフィルタのアクロマティック面をスクリーンに結像して、ＴＥＭ像を取得することができる。さらに、エネルギー分散面にエネルギー選択スリットを置き、特定の損失エネルギーを持った電子のみを選択した状態にすることで、その損失エネルギーに対応するＴＥＭ像を得ることができる。また、元素に特有の損失エネルギーを選択することで、その元素の分布像を得ることもできる。このような手法を、Energy Filtering TEM（ＥＦ−ＴＥＭ）という。

エネルギーフィルタには、インカラム方式とポストカラム方式がある。インカラム方式では、エネルギーフィルタが透過電子顕微鏡の中間レンズと投影レンズとの間に置かれる。これに対し、ポストカラム方式では、エネルギーフィルタが投影レンズの後段（鏡筒の下）に置かれる。

インカラム方式の利点としては、エネルギーフィルタの構造の対称性によってエネルギーフィルタそのものから発生するいくつかの収差がキャンセルされるため、これらの収差に対する収差補正を行わなくてもよいこと、投影レンズによって像観察モードとスペクトル観察モードを容易に切り替えられること、投影レンズによって拡大される前にエネルギーフィルタによるフィルタリングが行われるため、低倍率から高倍率までの、広視野での観察に対応できることが挙げられる。インカラム方式の欠点としては、エネルギーフィルタは中間レンズと投影レンズとの間に配置されるため、装置（鏡筒）の高さが増し、耐震性の低下、振動による装置性能の低下を招く可能性があること、また、汎用の透過電子顕微鏡に後付けして拡張することが容易ではないこと等が挙げられる。

ポストカラム方式の利点としては、汎用の透過電子顕微鏡に後付けで装着することが容易であり、その際、装置の高さを変える必要がないことが挙げられる。ポストカラム方式の欠点としては、収差補正のための構成要素が多く必要であり、軸調整が単純ではなく、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。

インカラム方式では、収差補正のための構成要素を追加することが難しい。収差補正のための構成要素を配置するための空間を設けることによって、基本光学系の設計が制約を受けてしまうためである。収差補正のための構成要素を追加した収差補正Ωフィルタは、特許文献１および特許文献２に開示されている。

また、インカラム方式では、上記のように、装置の高さが増大してしまう問題がある。これに対して、特許文献３には、エネルギーフィルタによる電子線の偏向角度の合計を１８０°として、装置の高さの増大を抑制した１８０°反転型の収差補正Ωフィルタが開示されている。

インカラム型エネルギーフィルタとしては、Ω型の他に、α型、γ型、マンドリン型など、種々のものが知られている。また、Ωフィルタの中でも、光学系の違いによりＡ−ｔｙｐｅ、Ｂ−ｔｙｐｅに分けられる。

特許文献４には、構造が単純であり、かつ、低収差を実現できるインカラム方式のエネルギーフィルタが開示されている。

特開２０００−３０６４５号公報 特開平７−３７５３６号公報 特開２００１−２４３９１０号公報 特開２０１８−１２９１７１号公報

エネルギーフィルタの光学系には、入射側クロスオーバー面Ｓ１、入射側像面Ａ１、射出側クロスオーバー面（エネルギー分散面）Ｓ２、射出側像面（アクロマティック面）Ａ２が存在する。エネルギーフィルタの光学系は、この４つの重要な面によって特徴づけられる。

エネルギーフィルタの性能を発揮させるためには、入射側クロスオーバー面Ｓ１にクロスオーバーをフォーカスし、入射側像面Ａ１に像をフォーカスするように電子を入射させなければならない。エネルギーフィルタの射出側には、エネルギー分散を生じる面（エネルギー分散面Ｓ２）が入射側クロスオーバー面Ｓ１に対して鏡映対称の位置に形成され、エネルギー分散の無い面（アクロマティック面Ａ２）が入射側像面Ａ１に対して鏡映対称の位置に形成される。Ωフィルタのエネルギー分散能は、例えば、加速電圧２００ｋＶの電子線に対して１μｍ／ｅＶである。

図２１は、エネルギーフィルタのアクロマティック面Ａとエネルギー分散面Ｓの関係を説明するための図である。入射側クロスオーバー面Ｓ１とエネルギー分散面Ｓ２は、対称面に対して鏡映対称にあり光学的には等価である。同様に、入射側像面Ａ１とアクロマティック面Ａ２は、対称面に対して鏡映対称にあり光学的には等価である。そのため、入射側クロスオーバー面Ｓ１とエネルギー分散面Ｓ２とを区別する必要がない場合にはエネルギー分散面Ｓと記載する。同様に、入射側像面Ａ１とアクロマティック面Ａ２とを区別する必要がない場合にはアクロマティック面Ａと記載する。

エネルギー分散面Ｓとアクロマティック面Ａとの間の距離Ｌが大きい場合、開き角α，
βを小さくできるので、像面の収差を小さくするために有利である。しかしながら、距離Ｌを大きくすればいくらでも高性能になるかというと、次の理由で、単純にはそうならない。

与えられた距離Ｌに対して、Ωフィルタのマグネットの形状および配置を決定することで、Ωフィルタの収差係数が決まる。しかし、マグネットの形状および配置と収差係数との相関は複雑であり（複雑さはマグネットの数に比例する）、多くの場合、上述のメリットを相殺するか、またはそれ以上の収差係数の増大を生じる。

また、像面の収差が小さくなるように設計すると通常はエネルギー分散面の収差は悪化する傾向にある。また、その逆も言える。

図２２は、エネルギー分散面に生じる幾何収差を説明するための図である。

エネルギー分散面上に生じるエネルギースペクトルの収差は、図２２に示すように、三角形状になり、視野サイズ（エネルギー分散面の１点から像面を見込む角γ，δ）の２乗に比例して大きくなる。この図形の大きさがエネルギー分解能の大きさの指標となる。

例えば、γδの大きさは例えば５ｍｒａｄ程度であり、αβの大きさは例えば０．１ｍｒａｄ程度である。ここでは、αβは小さく、エネルギー分散面上のビーム形状を点として扱う。

Ωフィルタの２次収差は、対称性によっていくつかがキャンセルされるが、残りは歪みとボケとなってエネルギー分散面Ｓとアクロマティック面Ａの両方に現れる。上述した収差補正Ωフィルタでは、これらの残りの収差をキャンセルすることができる。しかしながら、収差補正Ωフィルタは、構造が複雑である。

エネルギーフィルタにおいては、簡単な構成で、エネルギー分解能を向上させることができることが望ましい。

（１）本発明に係るエネルギーフィルタの一態様は、
対称面に関して対称に構成された複数のセクターマグネットを備え、前記対称面に実像を作るエネルギーフィルタであって、
エネルギー分散方向に対して垂直な方向に長手方向を持つスリットが設けられた入射絞りと、
前記対称面に配置された６極子および４極子と、
を含む。

このようなエネルギーフィルタでは、入射絞り、６極子および４極子を用いて、エネルギースペクトルの幾何収差を補正することができる。したがって、このようなエネルギーフィルタでは、簡単な構成で、エネルギー分解能を向上できる。

（２）本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
上記のエネルギーフィルタを含む。

このような荷電粒子線装置では、上記のエネルギーフィルタを含むため、エネルギースペクトルの幾何収差を補正することができる。したがって、このような荷電粒子線装置では、簡単な構成で、エネルギー分解能を向上できる。

第１実施形態に係るエネルギーフィルタが搭載された電子顕微鏡の構成を示す図。 入射絞りを模式的に示す図。 第１実施形態に係るエネルギーフィルタにおける電子線の軌道を示す図。 Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）における電子線の軌道を示す図。 第１実施形態に係るエネルギーフィルタの第２セクターマグネットを模式的に示す図。 第１実施形態に係るエネルギーフィルタの第２セクターマグネットを模式的に示す図。 第１実施形態に係るエネルギーフィルタの第２セクターマグネットを模式的に示す図。 距離Ｌに対するフォーカスパラメータを示すグラフ。 円い孔が設けられている入射絞りを用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 矩形のスリットが設けられている入射絞りを用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 矩形のスリットが設けられている入射絞りを用い、かつ、エネルギー分散面からデフォーカスした場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 矩形のスリットが設けられている入射絞りを用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 矩形のスリットが設けられている入射絞りを用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子および４極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 円い孔の入射絞りを用い、かつ、エネルギー分散面からデフォーカスした場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 円い孔の入射絞りを用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 円い孔の入射絞りを用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子および４極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフ。 第２実施形態に係るエネルギーフィルタと、その前後の光学系の一例を示す図。 第２実施形態に係るエネルギーフィルタと、その前後の光学系の一例を示す図。 第２実施形態に係るエネルギーフィルタの構成を示す図。 第２実施形態に係るエネルギーフィルタにおける電子線の軌道を示す図。 エネルギーフィルタのアクロマティック面とエネルギー分散面の関係を説明するための図。 エネルギー分散面に生じる幾何収差を説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

また、以下では、本発明に係る荷電粒子線装置として、電子線を照射して試料の観察を行う電子顕微鏡を例に挙げて説明するが、本発明に係る荷電粒子線装置は電子線以外の荷電粒子線（イオン等）を照射して試料の観察を行う装置であってもよい。本発明に係る荷電粒子線装置としては、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などが挙げられる。

１． 第１実施形態
１．１． エネルギーフィルタ
まず、第１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、第１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の構成を示す図である。電子顕微鏡１は、透過電子顕微鏡である。

電子顕微鏡１は、図１に示すように、電子源２と、照射レンズ３と、対物レンズ４と、中間レンズ５と、エネルギーフィルタ１００と、投影レンズ６と、撮像装置７と、を含む。

電子源２は、電子を発生させる。電子源２は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。

照射レンズ３は、電子源２から放出された電子線を集束して試料９に照射する。照射レンズ３は、例えば、複数の電子レンズで構成されている。

対物レンズ４は、試料９を透過した電子線で透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像するための初段のレンズである。対物レンズ４は、試料９に強い磁場を与えるためのポールピースを有し、試料９はポールピースの中に配置される。

ここで、電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）とは、「試料像」と「試料の回折パターン」を含む。なお、ＴＥＭ像を試料像とする場合、クロスオーバーは、試料の回折パターンとなる。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像となる。以下、ＴＥＭ像（もしくは単に「像」）という用語を上記意味で用いる。

中間レンズ５は、対物レンズ４とエネルギーフィルタ１００との間に４段設けられている。４段の中間レンズ５によって、倍率、像回転、像フォーカス、クロスオーバーフォーカスを調整することができる。４段の中間レンズ５は、エネルギーフィルタ１００の入射側クロスオーバー面Ｓ１にクロスオーバーを結び（フォーカスし）、かつ、入射側像面Ａ１に像を結ぶ（フォーカスする）。

電子顕微鏡１において試料像を観察する場合（試料像観察モード）、中間レンズ５は、エネルギーフィルタ１００の入射側クロスオーバー面Ｓ１に試料９の回折パターンをフォーカスし、エネルギーフィルタ１００の入射側像面Ａ１に試料９の像をフォーカスする。また、電子顕微鏡１において試料９の回折パターンを観察する場合（電子回折観察モード）、中間レンズ５は、エネルギーフィルタ１００の入射側クロスオーバー面Ｓ１に試料９の像をフォーカスし、エネルギーフィルタ１００の入射側像面Ａ１に試料９の回折パターンをフォーカスする。

エネルギーフィルタ１００は、中間レンズ５と投影レンズ６との間に配置されている。

エネルギーフィルタ１００は、インカラム型エネルギーフィルタ（イメージングエネルギーフィルタ）である。エネルギーフィルタ１００を通る電子の軌道は、Ｕ字型である。すなわち、エネルギーフィルタ１００において、電子線の偏向角度の合計は１８０°である。

エネルギーフィルタ１００の光学系には、入射側クロスオーバー面Ｓ１、入射側像面Ａ１、エネルギー分散面（射出側クロスオーバー面）Ｓ２、アクロマティック面（射出側像面）Ａ２が存在する。

入射側クロスオーバー面Ｓ１には、中間レンズ５によってクロスオーバーがフォーカスされる。入射側像面Ａ１には、中間レンズ５によって像がフォーカスされる。エネルギーフィルタ１００は電子レンズと同様の結像作用を有しており、入射側クロスオーバー面Ｓ１はエネルギー分散面Ｓ２に投影され、入射側像面Ａ１はアクロマティック面Ａ２に投影される。

エネルギー分散面Ｓ２は、エネルギー分散を生じる面である。エネルギー分散面Ｓ２には、クロスオーバーが結像される。エネルギー分散面Ｓ２は、対称面Ｍに関し、入射側クロスオーバー面Ｓ１に対して鏡映対称の位置に形成される。

アクロマティック面Ａ２は、エネルギー分散の無い面である。アクロマティック面Ａ２には、像が結像される。アクロマティック面Ａ２は、対称面Ｍに関し、入射側像面Ａ１に対して鏡映対称の位置に形成される。図示はしないが、エネルギー分散面Ｓ２には、エネルギースリットが配置される。エネルギースリットで特定の損失エネルギーを持った電子のみを選択することにより、その損失エネルギーに対応するＴＥＭ像を得ることできる（ＥＦ−ＴＥＭ）。

エネルギーフィルタ１００は、第１セクターマグネット１０と、第２セクターマグネット２０と、入射絞り３０と、収差補正器４０と、を含む。

エネルギーフィルタ１００では、第１セクターマグネット１０の後段（後方、電子線の流れの下流側）に第２セクターマグネット２０が配置されている。第１セクターマグネット１０および第２セクターマグネット２０は、それぞれ電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１０および第２セクターマグネット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。

第１セクターマグネット１０と第２セクターマグネット２０とは、対称面Ｍに関して対称に構成されている。すなわち、第１セクターマグネット１０がつくる偏向磁場と第２セクターマグネット２０がつくる偏向磁場とは、対称面Ｍに関して対称である。

第１セクターマグネット１０および第２セクターマグネット２０は、湾曲している。第１セクターマグネット１０の形状は、図１に示すように、中心Ｏ_１０を中心とした扇型であり、中心角は９０°である。同様に、第２セクターマグネット２０の形状は、図１に示すように、中心Ｏ_２０を中心とした扇型であり、中心角は９０°である。

第１セクターマグネット１０によって電子線の進行方向は９０°回転する。同様に第２セクターマグネット２０によって電子線の進行方向は９０°回転する。すなわち、第１セクターマグネット１０における電子線の偏向角度は、９０°である。同様に、第２セクターマグネット２０における電子線の偏向角度は、９０°である。

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は、１８０°である。したがって、エネルギーフィルタ１００に入射した電子線は、１８０°反転されて射出される。すなわち、エネルギーフィルタ１００に入射する電子線の中心軌道（光軸）とエネルギーフィルタ１００から射出する電子線の中心軌道（光軸）とは、平行である。

第１セクターマグネット１０の極性と第２セクターマグネット２０の極性は、同じである。ここで、極性とは、偏向磁場の磁力線の向き（磁界の向き）をいう。すなわち、第１セクターマグネット１０がつくる偏向磁場の磁力線の向きと第２セクターマグネット２０
がつくる偏向磁場の磁力線の向きとは、同じである。

後述する図６に示す例では、第２セクターマグネット２０の磁力線の方向（磁場の方向）はＹ方向であり、磁力線の向きは＋Ｙ方向である。また、第１セクターマグネット１０の極性と第２セクターマグネットの極性とは同じであるため、第１セクターマグネット１０の磁力線の向きも＋Ｙ方向である。なお、図６に示す例では、磁極対向面２２はＳ極であり、磁極対向面２３はＮ極である。

入射絞り３０は、エネルギーフィルタ１００に入射する視野を制限するために用いられる。入射絞り３０は、第１セクターマグネット１０の入射側に配置されている。入射絞り３０は、入射側クロスオーバーＳ１と第１セクターマグネット１０との間に配置されている。入射絞り３０の位置は、第１セクターマグネット１０の入口に近いことが望ましい。

図２は、入射絞り３０を模式的に示す図である。なお、図２は、入射絞り３０を、光軸に沿って見た図である。

図２に示すように、入射絞り３０には、スリット３２が設けられている。スリット３２は、エネルギー分散方向に対して垂直な方向に長手方向を有している。スリット３２の長手方向の長さと短手方向の長さとの比は、例えば、１０：１である。スリット３２の形状は、例えば、長辺がエネルギー分散方向に対して垂直な長方形である。入射絞り３０は、例えば、γを０．５ｍｒａｄに制限し、δを５ｍｒａｄに制限する。

収差補正器４０は、図１に示すように、対称面Ｍに配置されている。すなわち、収差補正器４０は、第１セクターマグネット１０と第２セクターマグネット２０との間に配置されている。収差補正器４０は、対称面Ｍに配置された６極子と、対称面Ｍに配置された４極子と、を有している。すなわち、収差補正器４０は、対称面Ｍにおいて、６極子場および４極子場の両方を発生させることができる。

入射絞り３０および収差補正器４０によって、エネルギーフィルタ１００の幾何収差が補正され、エネルギー分解能を向上できる。この理由については後述する。

投影レンズ６は、エネルギーフィルタ１００の後段（後方、電子線の下流側）に３段設けられている。３段の投影レンズ６の励磁を調整することによって、撮像装置７に結像される面を切り替えることができる。これにより、エネルギーロス像とエネルギースペクトルとを得ることができる。具体的には、エネルギーロス像を観察するためには、３段の投影レンズ６によってエネルギーフィルタ１００のアクロマティック面Ａ２を撮像装置７に結像する。また、エネルギースペクトルを取得するためには、３段の投影レンズ６によってエネルギーフィルタ１００のエネルギー分散面Ｓ２を撮像装置７に結像する。

なお、ここでは、エネルギーフィルタ１００の後段に３段の投影レンズ６が配置される場合について説明したが、投影レンズ６は２段であってもよい。

撮像装置７は、投影レンズ６によって結像されたエネルギーロス像やエネルギースペクトル、ＴＥＭ像等を撮影する。撮像装置７は、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラである。

電子顕微鏡１は、２つの鏡筒８ａ，８ｂを有している。鏡筒８ａには電子源２、照射レンズ３、対物レンズ４、中間レンズ５が収容されている。鏡筒８ｂには投影レンズ６が収容されている。鏡筒８ａと鏡筒８ｂとは、架台（図示せず）上に平行に並んで配置されている。電子顕微鏡１では、２つの鏡筒８ａ，８ｂをつなぐ部分にエネルギーフィルタ１０
０が配置されている。

電子顕微鏡１では、電子源２から放出された電子線は、照射レンズ３によって集束されて試料９に照射される。試料９に照射された電子線は、試料９を透過して対物レンズ４によって結像される。そして、中間レンズ５によって入射側クロスオーバー面Ｓ１にクロスオーバーがフォーカスされ、入射側像面Ａ１に像がフォーカスされる。エネルギーフィルタ１００において、入射側クロスオーバー面Ｓ１にフォーカスされたクロスオーバーはエネルギー分散面Ｓ２に投影され、入射側像面Ａ１にフォーカスされた像はアクロマティック面Ａ２に投影される。投影レンズ６でアクロマティック面Ａ２を撮像装置７に結像することによってエネルギーロス像を観察することができる。また、投影レンズ６でエネルギー分散面Ｓ２を撮像装置７に結像することによってエネルギースペクトルを取得することができる。

１．２． エネルギーフィルタ
次に、エネルギーフィルタ１００について、より詳細に説明する。図３は、エネルギーフィルタ１００における電子線の軌道を示す図である。図４は、比較例として、Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）における電子線の軌道を示す図である。なお、エネルギーフィルタの中心の軸（光軸）は、湾曲しているが、図３および図４では、便宜上、直線として描いている。

図３には、エネルギーフィルタ１００における電子線の４つの基本軌道ｘα，ｙβ，ｘγ，ｙδを示している。軌道ｘα、軌道ｙβは、像面の中心を通る軌道である。また、軌道ｘγ、軌道ｙδは、クロスオーバー面の中心を通る軌道である。なお、ｘｃｈｉは、エネルギー分散した電子の軌道である。

図３に示すエネルギーフィルタ１００では、軌道ｘγにおいて、中間レンズ５によって入射側クロスオーバー面Ｓ１に結像されたクロスオーバーは、エネルギー分散面Ｓ２に結像される。また、軌道ｙδにおいて、中間レンズ５によって入射側クロスオーバー面Ｓ１に結像されたクロスオーバーは、軌道ｘγと同様に、エネルギー分散面Ｓ２に結像される。

すなわち、エネルギーフィルタ１００では、クロスオーバーのＸ方向の結像回数は最初の入射側クロスオーバー面Ｓ１の結像を除いて１回であり、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Ｓ１の結像を除いて１回である。また、最初の入射側クロスオーバー面Ｓ１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Ｓ２である。

また、エネルギーフィルタ１００では、軌道ｘαにおいて、中間レンズ５によって入射側像面Ａ１に結像された像は、対称面Ｍとアクロマティック面Ａ２とに結像される。また、軌道ｙβにおいて、中間レンズ５によって入射側像面Ａ１に結像された像は、対称面Ｍとアクロマティック面Ａ２とに結像される。

すなわち、エネルギーフィルタ１００では、像のＸ方向の結像回数は最初の入射側像面Ａ１の結像を除いて２回であり、像のＹ方向の結像回数は最初の入射側像面Ａ１の結像を除いて２回である。また、最初の入射側像面Ａ１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、対称面Ｍおよびアクロマティック面Ａ２である。なお、像のＸ方向の結像およびＹ方向の結像において、対称面Ｍの位置には実像が形成される。また、入射側像面Ａ１およびアクロマティック面Ａ２に結像される像は虚像であり、結像位置は、軌道ｘα、軌道ｙβにおいて、破線で示す電子の軌道を延長した直線と光軸とが交わる位置である。

これに対して、図４に示すΩフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）では、クロスオーバーのＸ方向の結像回数は３回である（軌道ｘγ参照）。クロスオーバーのＸ方向の結像位置は、軌道ｘγとフィルタの光軸との３つの交点である。また、Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）では、像のＸ方向の結像回数は２回である（軌道ｘα参照）。像のＸ方向の結像位置は、対称面Ｍおよびアクロマティック面Ａ２である。また、クロスオーバーのＹ方向の結像回数および像のＹ方向の結像回数は、それぞれＸ方向と比べて、１回少ない（軌道ｙδ、軌道ｙβ参照）。

このように、Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）では、クロスオーバーのＹ方向の結像回数および像のＹ方向の結像回数が、それぞれＸ方向と比べて、１回少ない。そのため、Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）では、像が反転する。また、Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）では、Ｙ方向のフォーカス回数を少なくすることで、フォーカスに必要な磁極端面の角度（端面角度）の増大を抑え、それによって生じる収差を抑制している。

これに対して、エネルギーフィルタ１００では、上述したように、Ｘ方向およびＹ方向において、結像回数が同じであるため、Ωフィルタ（Ｂ−ｔｙｐｅ）で生じる像の反転が生じない。

以下では、図５〜図７を参照して第２セクターマグネット２０の構成について説明するが、第１セクターマグネット１０と第２セクターマグネット２０とは対称に構成されているため、第１セクターマグネット１０の構成も同様である。

図５〜図７は、エネルギーフィルタ１００の第２セクターマグネット２０を模式的に示す図である。なお、図６は、図５に示す第２セクターマグネット２０のＶＩ−ＶＩ線断面図である。また、図７は、第２セクターマグネット２０の変形例を図示している。

なお、図６では、第２セクターマグネット２０の磁極対向面（Ｙ方向に対向する面）２２，２３が傾斜していない状態（すなわち傾斜角度θ＝０°の場合）を図示している。また、図７では、第２セクターマグネット２０の磁極対向面２２，２３が傾斜している状態（すなわち傾斜角度θ≠０°の場合）を図示している。

図５〜図７には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。電子の進行方向をＺ方向とし、偏向磁場による電子の偏向方向をＸ方向とし、偏向磁場の磁力線の方向をＹ方向とする。

クロスオーバーと像を、それぞれＸ方向とＹ方向とでフォーカスさせるためには、自由度が４つ必要である。ここでは、クロスオーバー面Ｓ（エネルギー分散面Ｓ２）と像面（アクロマティック面Ａ２）との間の距離Ｌ、または等価であるが入射側クロスオーバー面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。

ここで、距離Ｌ１は、対称面Ｍと第２セクターマグネット２０の入口との間の距離である。距離Ｌ２は、第２セクターマグネット２０の出口とクロスオーバー面Ｓ（エネルギー分散面Ｓ２）との間の距離である。

端面角度Ｔ１は、第２セクターマグネット２０の入口側の端面の角度である。端面角度Ｔ２は、第２セクターマグネット２０の出口側の端面の角度である。端面角度Ｔ１および端面角度Ｔ２は、Ｘ軸を０°として、反時計まわりを正とする。端面角度Ｔ１，Ｔ２をつけることで、Ｙ方向の集束作用を与えることができる。しかし、端面角度Ｔ１，Ｔ２が大きくなると、収差の増大を招きやすい。

図８は、与えられた距離Ｌに対する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）を示すグラフである。図８に示すグラフは、偏向半径Ｒ＝１５０ｍｍ、偏向角Θ＝９０°、傾斜角度θ＝０°として、与えられた距離Ｌに対する距離Ｌ１、距離Ｌ２、端面角度Ｔ１、端面角度Ｔ２を計算した結果をプロットしたものである。

なお、偏向半径Ｒは、第２セクターマグネット２０における電子線の中心軌道の半径である。また、偏向角Θは、第２セクターマグネット２０における電子線の偏向角度である。また、傾斜角度θ（図７参照）は、第２セクターマグネット２０の磁極対向面２２，２３の傾斜角度である。ここでは、傾斜角度θ＝０°であるため、図６に示すように磁極対向面２２，２３は平行である。

図８に示すグラフより、偏向半径Ｒ＝１５０ｍｍ、偏向角Θ＝９０°、傾斜角度θ＝０°とした場合に、エネルギーフィルタ１００において、上述した図３に示すようにクロスオーバーと像とをＸ方向およびＹ方向とでフォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝５３８ｍｍ以上である。すなわち、距離Ｌは、Ｌ＞３．６Ｒの範囲で設定可能である（表１参照）。

また、図８に示すグラフにより、偏向半径Ｒ＝１５０ｍｍ、偏向角Θ＝９０°、傾斜角度θ＝０°とした場合に、距離Ｌ２は８０ｍｍ以上９０ｍｍ以下の範囲であり、端面角度Ｔ１は２４°以上２６°以下の範囲であり、端面角度Ｔ２は−２５°以上−１８°以下の範囲であり、距離Ｌ１は、０ｍｍより大きく距離Ｌ２を超えない範囲である。

図７に示すように、第２セクターマグネット２０の磁極対向面２２，２３が傾斜している場合（傾斜角度θ≠０°の場合）、もしくは第２セクターマグネット２０の入口および出口の少なくとも一方に磁場４極子を配置した場合、Ｙ方向の集束作用を持たせることができる。そのため、端面角度Ｔ１，Ｔ２を小さくすることができる。よって、端面角度Ｔ１，Ｔ２は、上記の範囲に限定されない。

端面角度Ｔ１，Ｔ２を最も小さくできるのは、第２セクターマグネット２０がＸ方向およびＹ方向ともに常に同じ集束作用を持つ場合、すなわち、ラウンドレンズフォーカス（Ｒｏｕｎｄ Ｌｅｎｓ Ｆｏｃｕｓ）の場合である。このとき、距離ＸＣ＝２Ｒを満たす。すなわち、ｔａｎθ＝ｓ／４Ｒを満たす。このときの偏向角Θの範囲は理論的に決まっており、磁場のみの場合、２Θ＜２５４°であり、電場のみの場合、２Θ＜１８０°である。なお、ラウンドレンズフォーカスの場合、端面角度Ｔ１＝Ｔ２＝０°である。また、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、上記の範囲に限定されない（表１参照）。

ここで、距離ＸＣは、図７に示すようにＺ方向から見て、磁極対向面２２を含む平面と磁極対向面２３を含む平面とが交わる位置と、第２セクターマグネット２０における電子線の中心軌道と、の間の距離である。また、距離ｓは、ＹＺ平面における磁極対向面２２と磁極対向面２３との間の距離である。

第２セクターマグネット２０においてＸ方向およびＹ方向の集束作用は、最終結像面で一致すれば途中は異なっていてもよい。これをスティグマティックフォーカス（Ｓｔｉｇｍｔｔｉｃ Ｆｏｃｕｓ）という。

距離Ｌの範囲は、偏向角Θと磁極対向面２２，２３の傾斜角度θに依存する。２Θ＝９０°、２Θ＝１３５°、２Θ＝１８０°、２Θ＝２１０°の場合、クロスオーバーと像とをＸ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、次表１のようになる。なお、偏向半径Ｒ＝１５０ｍｍとした。

表１に示すように、スティグマティックフォーカス（Ｒ／Ｘｃ＝０）では、２Θ＝９０°、傾斜角度θ＝０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝４７８．４ｍｍ以上である。すなわち、距離Ｌは、Ｌ＞３．２Ｒを満たす。また、２Θ＝１３５°、傾斜角度θ＝０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝４１５．０ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞２．８Ｒを満たす。また、２Θ＝１８０°、傾斜角度θ＝０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝５３８．４ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞３．６Ｒを満たす。また、２Θ＝２１０°、傾斜角度θ＝０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝１０１８．０ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞６．８Ｒを満たす。

また、ラウンドレンズフォーカス（Ｒ／Ｘｃ＝１／２）では、２Θ＝９０°、傾斜角度θ≠０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝４９０．９ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞３．３Ｒを満たす。また、２Θ＝１３５°、傾斜角度θ≠０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝４３０．６ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞２．９Ｒを満たす。また、２Θ＝１８０°、傾斜角度θ≠０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝５２６．２ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞３．５Ｒを満たす。また、２Θ＝２１０°、傾斜角度θ≠０°とした場合、フォーカス可能である距離Ｌの範囲は、距離Ｌ＝７８０．４ｍｍ以上であり、距離Ｌは、Ｌ＞５．２Ｒを満たす。

上記では、第２セクターマグネット２０の構成について説明したが、上述したように、上記の内容は、第１セクターマグネット１０にも当てはまる。すなわち、例えば、第１セクターマグネット１０においても、クロスオーバー面Ｓ（入射側クロスオーバー面Ｓ１）と像面Ａ（入射側像面Ａ１）との間の距離Ｌは、Ｌ＞３．６Ｒを満たす。また、第１セクターマグネット１０において、距離Ｌ１は、対称面Ｍと第１セクターマグネット１０の出口との間の距離に対応する。また、距離Ｌ２は、第１セクターマグネット１０の入口とクロスオーバー面Ｓ（入射側クロスオーバー面Ｓ１）との間の距離に対応する。また、端面角度Ｔ１は、第１セクターマグネット１０の出口側の端面の角度に対応する。また、端面角度Ｔ２は、第１セクターマグネット１０の入口側の端面の角度に対応する。

１．３． 入射絞りおよび収差補正器
入射絞り３０および収差補正器４０を用いて、エネルギースペクトルの幾何収差を補正する原理について説明する。

エネルギー分解能を向上させる方法として、γとδを制限するために入射絞りを配置することが知られている。入射絞りには、一般的に、円い孔が設けられた絞りが用いられる。

エネルギー分解能を向上させるために入射絞りを用いる場合、孔の大きさが小さくなるほどエネルギー分解能は向上するが、孔の大きさが小さくなるほどスペクトル強度は低下し、エネルギーフィルタとしての感度が低下する。

エネルギーフィルタの感度を下げることなく、エネルギー分解能を向上させるためには収差補正が必要である。

エネルギースペクトルの収差補正を行う場合、例えば、エネルギーフィルタの対称面Ｍに実像をつくり、その位置に６極子を配置することが考えられる。しかしながら、６極子では、スペクトルの１方向の補正しかできないため、収差補正として不十分である。対称面Ｍの位置以外の位置に６極子を配置することは、機械的に配置する空間を設けるために基本光学系の設計が制約を受けるため、容易ではない。

図９は、参考例として、円い孔が設けられている入射絞りを用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフである。ただし、γ＜５ｍｒａｄであり、δ＜５ｍｒａｄである。

図９に示す２つの三角形のビームは、エネルギーロスのない電子のビーム（ｎｏ ｌｏｓｓ）のエネルギー分散と、エネルギーロスした電子のビーム（５ｅＶ ｌｏｓｓ）のエネルギー分散を表している。三角形の内部にある楕円のビーム形状は、像面を見込むγδを１ｍｒａｄ〜５ｍｒａｄで変えてプロットしたものであり、エネルギー分散面の幾何収差を表している。なお、図９の横軸がＸ軸に対応し、縦軸がＹ軸に対応している。また、長さの単位はｍｍである。なお、Ｘ方向が、エネルギー分散方向である。

図１０は、矩形のスリット３２が設けられている入射絞り３０を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフである。ただし、γ＜０．５ｍｒａｄであり、δ＜５ｍｒａｄである。

図１０に示すように、入射絞り３０を用いただけでは、エネルギー分散方向（Ｘ方向）のビームサイズは、図９に示す円い孔の入射絞りを用いた場合と変わらない。したがって、エネルギー分解能は向上しない。

図１１は、矩形のスリット３２が設けられている入射絞り３０を用い、かつ、エネルギー分散面からデフォーカスした場合のスペクトルの形状を示すグラフである。

図１０に示す状態から、さらに、エネルギー分散面からデフォーカスした場合、スペクトル形状は、図１１に示す形状となる。この場合でも、エネルギー分散方向のトータルのビームサイズは変化しない。すなわち、デフォーカスした場合であっても、エネルギー分解能は向上しない。

図１２は、矩形のスリットが設けられている入射絞り３０を用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフである。図１３は、矩形のスリットが設けられている入射絞り３０を用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子および４極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフである。

図１１に示す状態から、エネルギーフィルタ１００の対称面Ｍに配置された６極子を用
いることで、図１２に示すように、スペクトルの幾何収差が補正される。

さらに、対称面Ｍに配置された４極子を用いることで、図１３に示すように、エネルギー分散面のフォーカスを変化させ、エネルギー分解能を向上させることができる。

図１４は、円い孔の入射絞りを用い、かつ、エネルギー分散面からデフォーカスした場合のスペクトルの形状を示すグラフである。図１５は、円い孔の入射絞りを用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフである。図１６は、円い孔の入射絞りを用い、エネルギー分散面からデフォーカスし、かつ、６極子および４極子を用いた場合のスペクトルの形状を示すグラフである。

図１４〜図１６に示すように、円い孔の入射絞りを用いた場合には、入射絞り３０を用いた場合と比べて、エネルギー分解能を向上できない。

このように、エネルギーフィルタ１００では、入射絞り３０と収差補正器４０によって、エネルギースペクトルの幾何収差を補正することができる。この結果、エネルギー分解能を向上できる。

１．４． 特徴
エネルギーフィルタ１００は、例えば、以下の特徴を有する。

エネルギーフィルタ１００では、対称面Ｍに実像を作るエネルギーフィルタであって、エネルギー分散方向に対して垂直な方向に長手方向を持つスリットが設けられた入射絞り３０と、対称面Ｍに配置された６極子および４極子と、を含む。そのため、エネルギーフィルタ１００では、簡単な構成で、エネルギースペクトルの幾何収差を補正することができ、エネルギー分解能を向上できる。また、実像が形成される対称面Ｍに６極子および４極子を配置することによって、像に影響を与えずに、エネルギースペクトルに対して収差補正を行うことができる。

エネルギーフィルタ１００では、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Ｓ１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Ｓ１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Ｓ２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Ａ１の結像を除いて２回であり、最初の入射側像面Ａ１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、対称面Ｍとアクロマティック面Ａ２である。そのため、エネルギーフィルタ１００では、構造を単純化でき、かつ、低収差を実現できる。

エネルギーフィルタ１００では、第１セクターマグネット１０および第２セクターマグネット２０が、対称面Ｍに関して鏡映対称に構成されている。そのため、エネルギーフィルタ１００では、いくつかの収差（幾何収差の２次収差の一部等）をキャンセルすることができる。

エネルギーフィルタ１００では、第２セクターマグネット２０における電子線の中心軌道の半径をＲとし、偏向角Θ＝９０°、傾斜角度θ＝０°とした場合に、エネルギー分散面Ｓ２とアクロマティック面Ａ２との間の距離Ｌは、Ｌ＞３．６Ｒを満たす。同様に、第１セクターマグネット１０における電子線の中心軌道の半径をＲとした場合に、入射側クロスオーバー面Ｓ１と入射側像面Ａ１との間の距離Ｌは、Ｌ＞３．６Ｒを満たす。すなわち、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２０における電子線の偏向角度の和は、１８０°であり、距離Ｌは、Ｌ＞３．６Ｒを満たす
。そのため、エネルギーフィルタ１００では、構造を単純化でき、かつ、低収差を実現できる。

エネルギーフィルタ１００では、第２セクターマグネット２０における電子線の中心軌道の半径をＲとし、偏向角Θ＝４５°、傾斜角度θ＝０°とした場合に、エネルギー分散面Ｓ２とアクロマティック面Ａ２との間の距離Ｌは、Ｌ＞３．２Ｒを満たす。同様に、第１セクターマグネット１０における電子線の中心軌道の半径をＲとした場合に、入射側クロスオーバー面Ｓ１と入射側像面Ａ１との間の距離Ｌは、Ｌ＞３．２Ｒを満たす。すなわち、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２０における電子線の偏向角度の和は、９０°であり、距離Ｌは、Ｌ＞３．２Ｒを満たす。そのため、エネルギーフィルタ１００では、構造を単純化でき、かつ、低収差を実現できる。

エネルギーフィルタ１００では、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２０における電子線の偏向角度の和は、１８０°である。そのため、電子顕微鏡１において、図１に示すように、２つの鏡筒８ａ，８ｂをつなぐ部分にエネルギーフィルタ１００を配置することができ、電子顕微鏡（鏡筒）の高さの増大を抑制することができる。

電子顕微鏡１は、構造を単純化でき、かつ、低収差を実現できるエネルギーフィルタ１００を含むため、低コストで高性能な電子顕微鏡を実現できる。また、電子顕微鏡１では、エネルギーフィルタ１００が低収差であるため、軸調整が容易である。

電子顕微鏡１では、エネルギーフィルタ１００が、中間レンズ５と投影レンズ６との間に配置されている。そのため、電子顕微鏡１では、エネルギーフィルタの構造の対称性によってエネルギーフィルタそのものから発生するいくつかの収差がキャンセルされるため、これらの収差に対する収差補正を行わなくてもよい。さらに、電子顕微鏡１では、投影レンズ６によって像観察モードとスペクトル観察モードを容易に切り替えられることができる。さらに、電子顕微鏡１では、投影レンズによって拡大される前にエネルギーフィルタによるフィルタリングが行われるため、低倍率から高倍率までの、広視野での観察に対応できる。

２． 第２実施形態
次に、第２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１７および図１８は、第２実施形態に係るエネルギーフィルタ２００と、その前後の光学系の一例を示す図である。なお、図１７は、スクリーン１１にアクロマティック面Ａ２を結像している状態を図示し、図１８は、スクリーン１１にエネルギー分散面Ｓ２を結像している状態を図示している。また、図１７および図１８では、便宜上、電子顕微鏡１の結像系のみを図示している。

以下、第２実施形態に係るエネルギーフィルタ２００を備えた電子顕微鏡１において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１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。

第２実施形態に係るエネルギーフィルタ２００は、Ａ−ｔｙｐｅのオメガ型のエネルギーフィルタ（Ωフィルタ）である。

エネルギーフィルタ２００と対物レンズ４との間には、４段の中間レンズ５が配置されている。４段の中間レンズ５は、入射側クロスオーバー面Ｓ１にクロスオーバーを結び（フォーカスし）、かつ、入射側像面Ａ１に像を結ぶ（フォーカスする）ように調整される
。

エネルギーフィルタ２００の後段には、３段の投影レンズ６が配置される。３段の投影レンズ６の励磁を調整してスクリーン１１に結像される面を切り替えることによって、エネルギーロス像とエネルギースペクトルとを得ることができる。具体的には、エネルギーロス像を観察するためには、図１７に示すように、３段の投影レンズ６によってアクロマティック面Ａ２をスクリーン１１に結像する。エネルギースペクトルを取得するためには、図１８に示すように、３段の投影レンズ６によってエネルギー分散面Ｓ２をスクリーン１１に結像する。

エネルギースリット１２は、特定の損失エネルギーを持った電子のみを選択するために用いられる。エネルギースリット１２で特定の損失エネルギーを持った電子のみを選択することにより、その損失エネルギーに対応するＴＥＭ像を得ることできる（ＥＦ−ＴＥＭ）。

入射絞り３０は、エネルギーフィルタ２００に入射する視野を制限するために用いられる。入射絞り３０でエネルギーフィルタ２００に入射する視野を制御することにより、収差の影響の少ないスペクトルを得ることができる。

図１９は、エネルギーフィルタ２００の構成を示す図である。図１９では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。なお、電子の進行方向をＺ方向、偏向磁場による電子の偏向方向をＸ方向、偏向磁場の磁力線の方向をＹ方向とする。

エネルギーフィルタ２００は、図１９に示すように、第１セクターマグネット２１０と、第２セクターマグネット２２０と、第３セクターマグネット２３０と、第４セクターマグネット２４０と、入射絞り３０と、収差補正器４０と、を含む。

第１セクターマグネット２１０、第２セクターマグネット２２０、第３セクターマグネット２３０、および第４セクターマグネット２４０は、エネルギーフィルタ２００の入射側（入口）から、この順で配置されている。第１セクターマグネット２１０と第４セクターマグネット２４０とは、対称面Ｍに関して対称に配置されている。第２セクターマグネット２２０と第３セクターマグネット２３０とは、対称面Ｍに関して対称に配置されている。

入射絞り３０は、最初の入射側クロスオーバー面Ｓ１と第１セクターマグネット２１０との間に配置されている。入射絞り３０には、エネルギー分散方向に垂直な方向に長手方向を持つスリット３２（図２参照）が設けられている。

収差補正器４０は、対称面Ｍに配置されている。収差補正器４０は、第２セクターマグネット２２０と第３セクターマグネット２３０との間に配置されている。収差補正器４０は、６極子および４極子を含む。

図２０は、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。図２０では、エネルギーフィルタの４つの基本軌道ｘα、ｙβ、ｘγ、ｙδを図示している。なお、エネルギーフィルタの中心の軸（光軸）は湾曲しているが、図２０では、便宜上、光軸を直線として描いている。図２０において、セクターマグネットは四角で示す領域で表している。

エネルギーフィルタ２００は、Ａ−ｔｙｐｅのΩフィルタである。ｘγ光線は、入射側
クロスオーバー面Ｓ１を除いて光軸との交点が３つある。すなわち、クロスオーバーのＸ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３回である。クロスオーバーのＹ方向の結像回数は、クロスオーバーのＸ方向の結像回数と同じである。

また、ｘα光線は、入射側像面Ａ１を除いて光軸との交点が２つ（Ｍ，Ａ２）ある。すなわち、像のＸ方向の結像回数は、最初の入射側像面Ａ１の結像を除いて２回である。像のＹ方向の結像回数は、像のＸ方向の結像回数と同じである。

Ａ−ｔｙｐｅのΩフィルタでは、対称面Ｍに実像ができる。そのため、エネルギーフィルタ１００と同様に、入射絞り３０と収差補正器４０によって、エネルギースペクトルの幾何収差を補正することができる。

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。

例えば、上述した第１実施形態では、電子の軌道がＵ字型のエネルギーフィルタである場合、上述した第２実施形態では、電子の軌道がΩ型のΩフィルタである場合について説明したが、本発明は、対称面Ｍに実像がつくられるその他のエネルギーフィルタに適用可能である。

また、例えば、第１実施形態では、電子線の偏向角度の合計が１８０°である場合について説明したが、電子線の偏向角度の合計は特に限定されず、例えば、９０°、１３５°、２１０°などであってもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…電子顕微鏡、２…電子源、３…照射レンズ、４…対物レンズ、５…中間レンズ、６…投影レンズ、７…撮像装置、８ａ…鏡筒、８ｂ…鏡筒、９…試料、１０…第１セクターマグネット、１１…スクリーン、１２…エネルギースリット、２０…第２セクターマグネット、２２…磁極対向面、２３…磁極対向面、３０…入射絞り、３２…スリット、４０…収差補正器、１００…エネルギーフィルタ、２００…エネルギーフィルタ、２１０…第１セクターマグネット、２２０…第２セクターマグネット、２３０…第３セクターマグネット、２４０…第４セクターマグネット

Claims (6)

1. 対称面に関して対称に構成された複数のセクターマグネットを備え、前記対称面に実像を作るエネルギーフィルタであって、
   エネルギー分散方向に対して垂直な方向に長手方向を持つスリットが設けられた入射絞りと、
   前記対称面に配置された６極子および４極子と、
   を含む、エネルギーフィルタ。
2. 請求項１において、
   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、前記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。
3. 請求項２において、
   前記入射絞りは、最初の入射側クロスオーバー面と前記第１セクターマグネットとの間に配置され、
   前記６極子および前記４極子は、前記第１セクターマグネットと前記第２セクターマグネットとの間に配置されている、エネルギーフィルタ。
4. 請求項１において、
   オメガ型のエネルギーフィルタであって、
   荷電粒子線の進行方向をＺ方向、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方向の結像回数は、最初の入射側クロスオーバー面の結像を除いて３回であり、
   像のＸ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、
   クロスオーバーのＹ方向の結像回数は、クロスオーバーのＸ方向の結像回数と同じであり、
   像のＹ方向の結像回数は、像のＸ方向の結像回数と同じである、エネルギーフィルタ。
5. 請求項４において、
   第１セクターマグネット、第２セクターマグネット、第３セクターマグネット、および第４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、前記第２セクターマグネット、前記第３セクターマグネット、および前記第４セクターマグネットは、入射側からこの順で配置され、
   前記第１セクターマグネットと前記第４セクターマグネットとは、前記対称面に関して対称に配置され、
   前記第２セクターマグネットと前記第３セクターマグネットとは、前記対称面に関して対称に配置され、
   前記入射絞りは、最初の入射側クロスオーバー面と前記第１セクターマグネットとの間に配置され、
   前記６極子および前記４極子は、前記第２セクターマグネットと前記第３セクターマグネットとの間に配置されている、エネルギーフィルタ。
6. 請求項１ないし５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。