JPS58158850A - Divergence magnetic field type charged particle microscope - Google Patents

Divergence magnetic field type charged particle microscope

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JPS58158850A
JPS58158850A JP58029624A JP2962483A JPS58158850A JP S58158850 A JPS58158850 A JP S58158850A JP 58029624 A JP58029624 A JP 58029624A JP 2962483 A JP2962483 A JP 2962483A JP S58158850 A JPS58158850 A JP S58158850A
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JP
Japan
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magnetic field
particles
sample
charged particle
particle microscope
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Application number
JP58029624A
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Japanese (ja)
Inventor
フランク・ヘンリ−・リ−ド
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Kratos Ltd
Original Assignee
Kratos Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/285Emission microscopes, e.g. field-emission microscopes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、荷電粒子顕微鏡(この場合、この用語は、場
合によっては分光顕微鏡を含めて使用される)に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to charged particle microscopy (in which case the term is sometimes used to include spectroscopic microscopy).

荷電粒子は、電子又は正負のイオンであることができる
が、記載の簡易化のために本発明は、電子に関連して説
明する。
Charged particles can be electrons or positive or negative ions, but for ease of description the invention will be described in relation to electrons.

電子顕微鏡の場合、表面画像を、例えば試料面の拡大画
像を生じさせることができる光電子を放出させる紫外線
で試料を照射することによって得ることができることは
、公知である。これには有効な少なくとも2つの方法が
存在し、この場合1つの方法は、光電子を常用の透過電
子顕微鏡の方法と同じ方法で電子レンズで加速し、ピン
ト調節することができる。これは、G。
In the case of electron microscopy, it is known that surface images can be obtained, for example, by irradiating a sample with ultraviolet light, which emits photoelectrons that can produce a magnified image of the sample surface. There are at least two effective methods for this; one method is to accelerate and focus the photoelectrons with an electron lens in the same manner as in conventional transmission electron microscopy. This is G.

モレンステット(Mollenstedt)及びF、レ
ンツ(Lenz) 共著、”アトパンシーズ・イン・エ
レクトロニクス・アンぜ・エレクトロン・フイズイツク
ス(Advances in Electronics
 and Electronphysics)”、第1
8巻、第251頁〜第329頁、1963年、に記載さ
れている。
Mollenstedt and F. Lenz, “Advances in Electronics.”
and Electronphysics)”, Part 1
8, pp. 251-329, 1963.

別の方法は、ピント調節装置を使用しないが、発散磁界
を使用する。試料は、磁界の強い部分内に置かれ、例え
ば紫外線又は軟X線で照射される。光電子は、放出され
、各光電子は、磁束線の周囲を螺旋形に進む。従って、
磁束線の発散が電子軌道の発散を意味する場合、該電子
は、スクリーンに衝撃させることができ、光線の放出を
起こし、したがって試料面の拡大画像を生じる。これは
、G、ビームソン(Beamson)、H,Q。
Another method does not use a focusing device, but uses a diverging magnetic field. The sample is placed within a strong magnetic field and irradiated with, for example, ultraviolet light or soft X-rays. Photoelectrons are emitted and each photoelectron travels in a spiral around the lines of magnetic flux. Therefore,
If the divergence of the magnetic flux lines means the divergence of the electron trajectories, the electrons can be bombarded with the screen, causing the emission of light beams and thus resulting in a magnified image of the sample surface. This is G, Beamson, H,Q.

ポーター(Port、er)及びD+W、ターナ−(T
urner)共著、6ジヤーナル・オプ・フイズイツク
ス(、r、phys、)”、E:8cientific
 Instru−ments 、第13巻、第64頁〜
第66頁、1980年、(以下にビームソン他、198
0年と記載した)及び“ネイチャー(Nature)”
、第290巻、第556頁〜第561頁、1981年、
(以下にビームソン他、1981年と記載した)に記載
されており、これに関してはさらに言及される。
Porter (Port, er) and D+W, Turner (T
urner) co-author, 6 Journal Op Physics (,r,phys,)”, E:8cientific
Instruments, Volume 13, Page 64~
p. 66, 1980 (below Beamson et al., 198
) and “Nature”
, Vol. 290, pp. 556-561, 1981.
(below referred to as Beamson et al., 1981), to which further reference is made.

この顕微鏡の第2の型の場合、電子は、それがスクリー
ン部分に到達する際に相対的に全エネルギーを保存し、
したがって低い磁界の範囲内で幾つかの適当な装置によ
ってエネルギーを解析することができ、その結果電子の
エネルギースペクトルは、測定することができるか又は
画像は、エネルギースペクトルの一部のみを表わすため
にスクリーン上に表示することができる。
In the case of this second type of microscope, the electron conserves relatively all its energy when it reaches the screen part,
The energy can therefore be analyzed by some suitable equipment in the range of low magnetic fields, so that the energy spectrum of the electrons can be measured or the images represent only part of the energy spectrum. Can be displayed on screen.

こうして得たエネルギースペクトルは、使用した入射放
射線に応じて重なることができるが又は重なることがで
きない−・連のピークからなる。このスペクトルは、試
料内部の組成、性質及び化学構造、ならびに試料面及び
試料面に付着するか又は存在する全ての原子又は分子の
組成、性質及び化学構造について推測することができる
情報を有する。試料を光子又はイオン又は中性粒子−(
原子及び分子)又は電子によって照射することにより、
試料から放出される電子は、放射線の性質及び試料の性
質に応じたエネルギー範囲を有する。
The energy spectrum thus obtained consists of a series of peaks that may or may not overlap depending on the incident radiation used. This spectrum carries information that can be inferred about the composition, properties and chemical structure inside the sample, as well as the composition, properties and chemical structure of the sample surface and of all atoms or molecules attached to or present on the sample surface. A sample is converted into a photon or an ion or a neutral particle (
atoms and molecules) or by irradiation with electrons.
Electrons emitted from a sample have an energy range depending on the nature of the radiation and the nature of the sample.

幾つかの特許出願で、例えばエネルー¥−5〜40電子
ボルトの光子による照射の場合、放出された電子は、そ
れぞれO〜約5電子ボルトの範囲内のエネルギー又は4
o電子ボルトまでのエネルギーを有する。このような放
出された電子は、紫外線照射によって発生される光電子
である。照射光子のエネルギーが約100電子ボルトよ
りも大きければ、電子は、X線光電子である。紫外線(
UV)により励起された光電子及びX@If(より励起
された光電子の双方は、化学的情報及び他の情報を運搬
することができる。
In some patent applications, for example, in the case of irradiation with photons of energy -5 to 40 electron volts, the emitted electrons have an energy in the range of 0 to about 5 electron volts or 4 electron volts, respectively.
It has an energy of up to o electron volts. Such emitted electrons are photoelectrons generated by ultraviolet irradiation. If the energy of the irradiating photon is greater than about 100 electron volts, the electron is an x-ray photoelectron. Ultraviolet (
Both photoelectrons excited by UV) and photoelectrons excited by X@If (UV) can carry chemical and other information.

従つ・て、発散磁界型の光電子顕微鏡は、電子エネルギ
ー解析装置を装備している場合に試料面を拡大すること
ができ、化学的環境中で局部変化を指示することができ
る。
Therefore, a diverging magnetic field type photoelectron microscope, when equipped with an electron energy analyzer, can enlarge the sample surface and indicate local changes in the chemical environment.

前記の発散磁界型電子顕微鏡の形式の場合、実質的に全
電子が放出される角とは無関係に試料から放出された全
電子は11発散磁界を通過し、解析器によって受容され
ることができる。これは、相対的に光の画像を生じるこ
とができるが、画像の空間解像力は改善する必要がある
In the case of the type of divergent magnetic field electron microscope described above, virtually all the electrons emitted from the sample, regardless of the angle at which they are emitted, can pass through the 11 divergent magnetic field and be received by the analyzer. . This can produce relatively light images, but the spatial resolution of the images needs to be improved.

本発明によれば、発散磁界発生器、試料を配置するため
の装置及び試料を照射し、磁界発生器の発散磁束線路に
沿って試料から放出すべき荷電粒子を起こさせる装置、
磁束線路に沿って進行する荷電粒子を受容しかつ荷電粒
子から画像を形成するために発散磁束線路に配置された
装置、ならびに画像の鮮明度を改善する目的で所定の値
よりも低い値で磁束線路に沿ってエネルギー成分を有す
る試料から放出された粒子を選択し、磁束線路から検知
装置の上流で除去するための装置からなる発散磁界型荷
電粒子顕微鏡が得られる。
According to the invention, a divergent magnetic field generator, a device for positioning the sample and a device for irradiating the sample and causing charged particles to be released from the sample along the divergent flux lines of the magnetic field generator,
A device placed in a diverging magnetic flux line for receiving charged particles traveling along the magnetic flux line and forming an image from the charged particles, as well as a device disposed in a diverging magnetic flux line for receiving charged particles traveling along the magnetic flux line and for forming an image from the charged particles, and for reducing the magnetic flux at a value lower than a predetermined value for the purpose of improving the sharpness of the image. A diverging magnetic field charged particle microscope is obtained which consists of a device for selecting particles emitted from the sample with an energetic component along the line and removing them from the magnetic flux line upstream of the detection device.

本発明は、発散磁界発生器、試料を配置するための装置
及び試料を照射し、磁界発生器の発散磁束線路に沿って
試料から放出すべき荷電粒子を起こさせるための装置な
らびに所定の値よりも低い値で磁束線路に沿ってエネル
ギー成分を有する試料から放出された粒子を選択し、磁
束線路から除去するための装置からなる発散磁界型荷電
粒子顕微鏡を操作する方法も有し、この方法は、この粒
子を選択し、除去する装置に、試料の画像の鮮明度を選
択した粒子を除去することによって改善するような電位
を与えることよりなる。
The present invention provides a divergent magnetic field generator, a device for positioning a sample and a device for irradiating the sample and causing charged particles to be emitted from the sample along the divergent magnetic flux lines of the magnetic field generator and a predetermined value. There is also a method of operating a divergent magnetic field type charged particle microscope consisting of a device for selecting and removing from the magnetic flux line particles emitted from a sample that have an energy component along the magnetic flux line with a low value, this method , consisting in applying an electrical potential to the device for selecting and removing the particles such that the sharpness of the image of the sample is improved by removing the selected particles.

更に、本発明は、発散磁束線路を発生させ、試料を照射
し、かつ荷電粒子を試料から磁束線路中に放出させる荷
電粒子顕微鏡を操作する方法を有し、この方法は、放出
直後に所定の値よりも低い値で磁束線路に沿ってエネル
ギー成分を有する選択した粒子を、この選択した粒子を
除去することによって試料の画像の鮮明度を改善するよ
うな静電位を試料に与えることによって除去することよ
りなる。
Further, the present invention includes a method of operating a charged particle microscope that generates a diverging magnetic flux line, irradiates a sample, and releases charged particles from the sample into the magnetic flux line, the method comprising: Selected particles that have an energy component along the magnetic flux line at a value lower than the value are removed by applying an electrostatic potential to the sample such that removing this selected particle improves the sharpness of the image of the sample. It's more than that.

次に、本発明及び本発明に基づく理論を添付図面につき
詳細に記載する。
The invention and the theory on which it is based will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は、試料Sから放出された光電子が拡大画像工、
を生じる方法を詳説する。
Figure 1 shows that photoelectrons emitted from sample S are
We will explain in detail how to generate this.

典型的な電子は1強磁界B(1)から弱磁界B(2)へ
進行し、磁束線りが再び平行になるので再び一定である
ことが認められる。真ソレノイドの房状部分中で、磁束
線はなお発散した。しかし、磁界が適当な手段によって
形状を有すると、次に磁界は、実質的に一定であること
ができ、このことは全部のエネルギー解析装置にとって
好適である。
It is observed that a typical electron travels from a strong magnetic field B(1) to a weak magnetic field B(2), and the magnetic flux lines become parallel again so that they are constant again. In the tuft of the true solenoid, the magnetic flux lines still diverged. However, if the magnetic field is shaped by suitable means, then it can be substantially constant, which is advantageous for all energy analysis devices.

第2図は、試料上の所定の点から放出された光電子に何
が起こったかを詳説する。電子が試料から放出されると
、最初磁束線に沿って進行しなかった電子は、磁束線の
周囲のサイクロトロン軌道を進行し、この運動(すなわ
ち、磁束線に沿って)の軸線方向の成分は、放出線と磁
束線との間の角に依存する。更に、電子が出現した試料
上の点は、不確定さの円又は直径が4Rmaxである”
錯乱円”内にあり、その際2RmaXは、試料面での電
子軌道の最大直径である。それというのも、試料から放
出された電子は、放出角に応じて放出点からの距離21
Rmaxまでの磁束線路上に分布することができるから
である。
Figure 2 details what happens to photoelectrons emitted from a given point on the sample. When electrons are emitted from the sample, those that did not initially travel along the magnetic flux lines travel in cyclotron orbits around the magnetic flux lines, and the axial component of this motion (i.e., along the magnetic flux lines) is , depends on the angle between the emission line and the magnetic flux line. Furthermore, the point on the sample where the electron appeared has a circle or diameter of uncertainty of 4Rmax.
within the "circle of confusion", where 2RmaX is the maximum diameter of the electron trajectory in the plane of the sample. This is because the electrons emitted from the sample travel at a distance of 21 from the emission point depending on the emission angle.
This is because the magnetic flux can be distributed on the magnetic flux line up to Rmax.

次に、各電子についてみれば、電子の軌道モーメントが
その全エネルギーと同様に保存されていることは、公知
である。電子が強磁界領域から弱磁界領域へ進行すると
、電子は、磁束線路に対して横方向のエネルギーを用い
て軸線方向又は縦方向の速度を増大するような力を受け
る。従って、次のビームソン他(1980年、1981
年)を参照。
Next, regarding each electron, it is well known that the orbital moment of the electron is conserved as well as its total energy. As electrons travel from a region of strong magnetic field to a region of weak magnetic field, they are subjected to a force that uses energy transverse to the magnetic flux lines to increase their axial or longitudinal velocity. Therefore, following Beamson et al. (1980, 1981)
See ).

B(2) ”’=Etotal  cyc  B(1)     
 (1)E=進行運動の最終エネルギー量 Etotal =全電子エネルギー量 ”’cyc ”サイクロトロン運動の開始時のエネルギ
ー量B (2) /B (1) =磁界比(第1図)そ
れ故に、高磁界と低磁界との比率が高い(例えば、B 
(1)/B (2))100 )場合には、電子は、最
後には殆んど磁束線と平行に進行する。軌道モーメント
は、軸線方向への磁界の変動が断熱的である場合にのみ
保存され、すなわち電子を受けた磁界は、電子がその螺
旋に沿って進行する螺旋の1つのサイクル中で殆んど変
化しないことを認めなければならない。断熱的条件を満
足しない場合には、収差が起こりうる。
B(2) ”'=Etotal cyc B(1)
(1) E = final energy amount of the forward motion Etotal = total electron energy amount "'cyc" energy amount at the start of cyclotron motion B (2) /B (1) = magnetic field ratio (Fig. 1) Therefore, high The ratio of magnetic field to low magnetic field is high (e.g. B
(1)/B (2))100 ), the electrons eventually travel almost parallel to the magnetic flux lines. Orbital moment is conserved only if the variation of the magnetic field in the axial direction is adiabatic, i.e. the magnetic field experienced by the electron changes very little during one cycle of the helix as the electron progresses along the helix. I have to admit that I don't. If the adiabatic conditions are not satisfied, aberrations may occur.

第1図、に関連して、サイクロトロン半径は、次のとお
りである: 但し、B=磁界強さ、 ”’total’ ”電子の全エネルギー量、R=電子
軌道の半径(又はサイクロトロン半径)、m=電子の質
量、 e−電子の電荷量、 θ−磁界方向に対する光電子の放出角。
With reference to Figure 1, the cyclotron radius is: where B = magnetic field strength, "'total'" the total energy of the electron, R = radius of the electron orbit (or cyclotron radius), m = mass of electron, e - amount of charge of electron, θ - emission angle of photoelectron with respect to magnetic field direction.

従って、光電子が同じ全エネルギーを有するならば、放
出角は大きければ大きいほど、サイクロトロン半径はま
すます大きくなる。最大サイクロトロン半径、Rmax
、は、放出角が90゜のときに生じる。Rmaxの値が
大きければ、空間解像力は、ますます小さくなる。ビー
ムソン他(1980年、1981年)は、この問題を考
察し、 のおよその最終解像力又は最小の゛錯乱円”dを予測し
た。
Therefore, if the photoelectrons have the same total energy, the larger the emission angle, the larger the cyclotron radius. Maximum cyclotron radius, Rmax
, occurs when the emission angle is 90°. The larger the value of Rmax, the smaller the spatial resolution becomes. Beamson et al. (1980, 1981) considered this problem and predicted the approximate final resolution or minimum "circle of confusion" d.

この導関数により、進行方向で立体角180゜にわたり
放出された全電子は捕集されるものと思われる。試料上
の所定の点から磁束線路を進行する全電子を捕集するこ
とを選択した場合、この捕集は、不確定さの円又は直径
が4R工、である錯乱円から出現する一定の電子も包含
する。電子の出現角が0〜90°の範囲にわたって拡が
っていると仮定するならば、分解される点を横切る強度
工の著しく鋭い分布が存在する(第2図、参照)が、そ
れはA Rma’Xを生じる強度分布に貢献する。
Due to this derivative, all electrons emitted over a solid angle of 180° in the direction of travel are expected to be collected. If one chooses to collect all the electrons traveling down the magnetic flux line from a given point on the sample, this collection is done by collecting a constant number of electrons emerging from a circle of uncertainty or a circle of confusion with a diameter of 4R. Also includes. If we assume that the angle of appearance of the electrons extends over the range 0 to 90°, there is a significantly sharper distribution of intensities across the resolved points (see Figure 2), which is contributes to the resulting intensity distribution.

計測器の解像力を改善させるためには、強度分布曲線の
裾の直径、すなわち4 RfflaXを減少させる必要
がある。これは、大きい放出角を有する電子、すなわち
所定のエネルギー量の対して高い横方向の・速度成分を
有する電子を除去することによって行なわれる。第2図
に示した強度分布曲線が認められる。この強度分布曲線
の裾の直径を減少させると、錯乱円の直径dは、分布曲
線の”尖端”部を押し上げ、したがって計測器の解像力
を改善することが判明する。これは、所定の全エネルギ
ー量e2の電子に対して相対的に大きい縦方向(すなわ
ち、軸線方向)の速度成分を有する電子のみを通過させ
る静電減速装置によって行なうことができる。このよう
な電位遮断層の効果は、第6図に示されている。この電
位遮断層をRMで克服するのに不十分な縦方向の運動エ
ネルギー量e工を有する電子は、戻され、場合によって
は試料に戻る。戻される電子は1.最大の横方向エネル
ギーを有するものであり、それ故に最大のサイクロトロ
ン半径を有し、したがってその分離は、画像の空間解像
力を改善せしめる。試料に戻る電子は、不導性試料上で
の帯電形成を減少させるという付加的な利点を有する。
In order to improve the resolution of the instrument, it is necessary to reduce the diameter of the tail of the intensity distribution curve, ie 4 RfflaX. This is done by removing electrons with large emission angles, ie electrons with a high transverse velocity component for a given amount of energy. The intensity distribution curve shown in FIG. 2 is recognized. It turns out that by decreasing the diameter of the tail of this intensity distribution curve, the diameter d of the circle of confusion pushes up the "cusp" part of the distribution curve, thus improving the resolution of the instrument. This can be done by an electrostatic deceleration device that only passes electrons that have a relatively large longitudinal (i.e. axial) velocity component relative to the predetermined total amount of energy e2 of electrons. The effect of such a potential blocking layer is shown in FIG. Electrons with an insufficient amount of longitudinal kinetic energy to overcome this potential blocking layer in the RM are returned and possibly returned to the sample. The number of electrons returned is 1. It is the one with the largest lateral energy and therefore the largest cyclotron radius, so its separation improves the spatial resolution of the image. Electrons returning to the sample have the added benefit of reducing charge formation on non-conducting samples.

第3図に略示した減速装置は、静電減速スクリーンRM
であるが、他の装置、例えば試料を静電的にバイアスす
る装置を使用することができる。
The speed reduction device schematically shown in FIG. 3 is an electrostatic speed reduction screen RM.
However, other devices can be used, such as those that electrostatically bias the sample.

計測器によって受容される放出角を(所定の光電子全エ
ネルギー量に対して)制限する減速は、解像力の増大を
生じるが、同時に捕集した光電子の数の減少も生じる。
Deceleration, which limits the emission angle (for a given amount of total photoelectron energy) accepted by the instrument, results in an increase in resolution, but also a decrease in the number of photoelectrons collected.

しかし、これは、普通のモードで顕微鏡が実際に進行方
向で立体角2π5teraaを集めるのであまり重大な
ことではない(ガスの場合、立体角4π5teraaは
適当な集電器で捕集することができる)。これは、常用
の計測器よりも著しく高く、したがって幾つかの電子が
反撥されるにも拘らず納得のゆく結像倍率を得ることが
できる。
However, this is not too critical since in normal mode the microscope actually collects a solid angle of 2π5 teraa in the direction of travel (in the case of gases a solid angle of 4π5 teraa can be collected with a suitable current collector). This is significantly higher than in conventional instruments, so that acceptable imaging magnifications can be obtained despite the fact that some electrons are repelled.

第3図に関連して、角θ、で出現する特定のエネルギー
の電子は、静電減速格子によって反撥され、特定のエネ
ルギーで角θ2で出現する電子は、スクリーンRMを通
過する。θ、−90’及びθ2=100を代入すると1
、進行方向に集められる立体角は、それぞれ2π5te
rad及びo、1π5teradであり、光電子の等方
性放出を前提とすると約63倍の全光電子束の捕集を表
わす。
With reference to FIG. 3, electrons of a certain energy appearing at an angle θ, are repelled by the electrostatic moderation grating, and electrons appearing at an angle θ2 with a certain energy pass through the screen RM. Substituting θ, -90' and θ2=100 gives 1
, the solid angles collected in the direction of travel are 2π5te, respectively.
rad and o, 1π5 terad, which represents collection of about 63 times the total photoelectron flux assuming isotropic emission of photoelectrons.

0の減少は、軌道半径掛けるsinθ、すなわち0.1
7×Rmaxへの減少にも関連する。これは、最小の立
体的解像力が6のファクターによって改善されることを
必ずしも意味しない。それというのも、ウェイトのファ
クターを該当する式に導入しなければならないからであ
る。それにも拘らず、最終の解像力は改善される。
A decrease of 0 is the orbital radius times sin θ, or 0.1
Also associated with a reduction to 7×Rmax. This does not necessarily mean that the minimum stereoscopic resolution is improved by a factor of 6. This is because a weight factor must be introduced into the corresponding equation. Nevertheless, the final resolution is improved.

前記に略記した型の分光解析装置を有する光電子顕微鏡
の実施形式は、第4図に示されている。
An implementation of a photoelectron microscope with a spectroscopic analysis device of the type outlined above is shown in FIG.

第4図は、試料Sが支持体Sc上に取付けられかつ超導
電性(superconducting)型の高磁界ソ
レノイドHFS内に配置された光電子顕微鏡ヲ略示し、
その際このソレノイPは、液体ヘリウム冷却装置Li 
Heを有する。照射装置IMは、試料を照射するために
設けられている。ソレノイドHFSは、試料に隣接して
高磁界を有し、静電減速装置RMは、格子の形で試料の
付近に、装備され、不所望の電子を除去するのに好適な
静電位で保持される。静電位で保持される格子の形の加
速装置Aは、減速装置RMを越えて存在し、この場合こ
の静電位は、光電子に先のエネルギーを回復させ、した
がって加速装置Aの下流で低磁界領域内で正確に解析さ
れるエネルギーになさしめる。
FIG. 4 schematically shows a photoelectron microscope in which the sample S is mounted on a support Sc and placed in a high-field solenoid HFS of the superconducting type;
At that time, this solenoid P is connected to the liquid helium cooling device Li.
It has He. The irradiation device IM is provided to irradiate the sample. The solenoid HFS has a high magnetic field adjacent to the sample, and the electrostatic retarder RM is equipped, in the vicinity of the sample in the form of a grid, and held at a suitable electrostatic potential to remove unwanted electrons. Ru. An accelerator A in the form of a grid held at an electrostatic potential is present beyond the retarder RM, this electrostatic potential in this case allowing the photoelectrons to recover their previous energy and thus downstream of the accelerator A in the low-field region. Let the energy be analyzed accurately within the body.

磁界の膨張後、電子は、本質的に一定の磁界範囲である
この低磁界範囲LMFに入る。この範囲内には、電子エ
ネルギー解析装置EEが装備されている。
After expansion of the magnetic field, the electrons enter this low field range LMF, which is essentially a constant magnetic field range. An electron energy analyzer EE is equipped within this range.

この場合には、他のエネルギー解析装置をそれが結像性
を保存するという条件で使用することができるのだけれ
ども静電減速格子装置が図示されている。解析装置の静
電減速磁界型は、集積されたエネルギースペクトルを生
じることも認められる。他の解析装置は、ビームソン他
(1980年)によって記載されたトロコイrのモノク
ロメータ−を包含する。
In this case, an electrostatic moderation grating device is shown although other energy analysis devices can be used provided that it preserves imaging properties. It is also recognized that the electrostatically retarded magnetic field type of analyzer produces an integrated energy spectrum. Other analysis devices include the Trochoir monochromator described by Beamson et al. (1980).

第5図に指摘したように、なお別の適当な解析装置EE
は、計測器の軸線に沿って前後に配置された1対の対向
ウィーン(wien)型フィルターと、その間の中心に
開口を有する部材Aとからなり、この場合者フィルター
は、計測器の軸線に対して横方向の付加的な磁界を有し
、計測器の軸線に対して横方向であるが付加的な磁界に
対して垂直である電界を有する。1対のフィルターの第
2のフィルターW2中の磁界及ヒ電界の方向は、第1の
フィルターW工中のそれぞれの磁界及び電界の方向に対
、して反対である。
As pointed out in FIG. 5, yet another suitable analysis device EE
consists of a pair of opposing Wien type filters arranged one behind the other along the axis of the measuring instrument, and a member A having an opening at the center between them. It has an additional magnetic field transverse to the instrument axis, and an electric field transverse to the axis of the instrument but perpendicular to the additional magnetic field. The directions of the magnetic and electric fields in the second filter W2 of the pair of filters are opposite to the directions of the respective magnetic and electric fields in the first filter W.

第5図の実施例によって図示されているように、フィル
ターWl及びW2の磁界MFl及びMF2は、それぞれ
上下方向に向き、それとは異なり電界EF1及びEE2
は、それぞれ第5図の面から来る方向でありかつそれに
入る方向である。横方向の磁界の大きさは、所望のエネ
ルギー量E。
As illustrated by the embodiment of FIG. 5, the magnetic fields MF1 and MF2 of the filters W1 and W2, respectively, are oriented in the vertical direction, unlike the electric fields EF1 and EE2.
are directions coming from and entering the plane of FIG. 5, respectively. The magnitude of the transverse magnetic field is the desired amount of energy E.

の電子が方向の変化なしに2つのフィルターを通過する
程度のものであり、フィルターの縦方向の長さ及びフィ
ルターの間隔は、#1は同じエネルギー量(Eo+ΔE
とE。−ΔEとの間)の電子が空間的結像性が維持され
るような方法で1対のフィルターの通過後に最初の方向
に戻される程度のものである。エネルギーの所望の通過
バンドよりも大きいが又はそれ未満(すなわち、Eo+
ΔEよりも大きいか又はE。−28未満)ノエネルギー
量を有する電子は、それに衝撃を加えかつ開口を有する
板によって除去されるのにかなり十分な横方向の偏向を
受ける。従って、2つのウィーン(wlen)型フィル
ターを通過する際にエネルギー2ΔEの所望の通過バン
ド中の電子のみが画像を形成する。
electrons pass through the two filters without changing direction, and the length of the filters in the vertical direction and the spacing between the filters are such that #1 has the same amount of energy (Eo + ΔE
and E. -ΔE) are returned to their initial direction after passing through a pair of filters in such a way that spatial imaging is maintained. greater than or less than the desired passband of energy (i.e., Eo+
greater than ΔE or E. An electron with an energy content of less than -28) undergoes a fairly sufficient lateral deflection to impact it and be removed by the apertured plate. Therefore, only electrons in the desired passband of energy 2ΔE form an image when passing through the two Wlen filters.

電子は、解析装置EEから出た後、さらにそれは画像を
有利に記録することができる形に変換される。これを行
なうための第4図の装置は、燐光物質を後置した1対の
電子増倍チャンネル板(EMP )である。次に、得ら
れる光の画像は、TVカメラCによって撮影又は研究す
ることができる。
After the electrons have left the analysis device EE, they are further converted into a form in which images can advantageously be recorded. The apparatus of FIG. 4 for doing this is a pair of electron multiplier channel plates (EMPs) followed by a phosphor. The resulting light image can then be photographed or studied by a TV camera C.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

添付図面は、本発明による発散磁界型荷電粒子顕微鏡を
説明するもので、第1図は、発散磁界の磁束線及び照射
された試料上の点から放出された、サイクロトロン通路
を移動する電子の領域を通る軌道を示す略図、第2図は
、試料の1点の源から放出された電子の強度分布を示す
曲線、第6図は、試料面で磁界の磁束方向に傾斜した異
なる角で放出された電子の通路を示す略図、第4図は、
対向ウィーン(Wi en )型フィルターを通る電子
の通路を示す略図、かつ第5図は、第4図の場合の別の
適当な解析装置を示す略図である。 HFS・・・発散磁界発生器、S・・・試料、S ’C
・・・試料の支持装置、IM・・・照射装置、RM・・
・荷電粒子を選択かつ除去する装置、A・・・加速装置
、EE・・・粒子エネルギー解析装置
The accompanying drawings illustrate a diverging magnetic field type charged particle microscope according to the present invention, and FIG. Figure 2 is a diagram showing the intensity distribution of electrons emitted from a source at one point on the sample; Figure 6 is a diagram showing the intensity distribution of electrons emitted from a source at one point on the sample; Figure 4 is a schematic diagram showing the path of electrons.
A schematic diagram showing the path of electrons through opposed Wien type filters, and FIG. 5 is a diagram showing another suitable analysis device for the case of FIG. HFS...Divergent magnetic field generator, S...Sample, S'C
...sample support device, IM...irradiation device, RM...
・Device for selecting and removing charged particles, A... Accelerator, EE... Particle energy analysis device

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 発散磁界発生器(HFS)、試料(S)を配置す
るだめの装置(SC)及び試料を照射し、磁界発生器の
発散磁束線路に沿って試料から放出すべき荷電粒子を超
こさせる装置(IM)、ならびに画像を形成するために
発散磁束線路に沿って進行する荷電粒子を検知する、発
散磁束線路に配置された装置からなる発散磁界型荷電粒
子顕微鏡において、画像の鮮明度を改善する目的で、所
定の値よりも低い値で磁束線路に沿ってエネルギー成分
を有する試料(S)から放出された粒子を選択し、磁束
線路から除去するための装置(RM)を特徴とする、発
散磁界型荷電粒子顕微鏡。 2、粒子を選択し、除去するための装置に磁束線路内で
除去しなかった粒子を加速するための装置(A)を後接
している、特許請求の範囲第1項記載の荷電粒子顕微鏡
。 3、粒子エネルギー解析装置(EE)が除去しなかった
粒子の通路内に配置されている、特許請求の範囲第1項
又は第2項に記載の荷電粒子顕微鏡。 4、粒子を選択し、除去するための装置が試料と検知装
置との間の粒子の通路内に位置している、特許請求の範
囲第3項記載の荷電粒子顕微鏡。 5、粒子を選択し、除去するための装置が試料に戻すた
めに選択される粒子を起こすための装置からなる、特許
請求の範囲第1項〜第6項のいずれか1項に記載の荷電
粒子顕微鏡。 6、粒子を選択し、除去するための装置が磁界発生器に
隣接して配置された荷電粒子減速装置からなる、特許請
求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の荷電粒
子顕微鏡。 Z 減速装置が放出された粒子の通路内に配置されかつ
静電帯電可能に配置されたスクIJ−ン(RM)である
、特許請求の範囲第4項記載の荷電粒子顕微鏡。 81選択した粒子を抑制するために試料の周囲に対して
試料を静電的にバイアスするための装置を有する、特許
請求の範囲第4項記載の荷電粒子顕微鏡。 9 発散磁界発生器(HFS)、試料(s)を配置する
ための装置(SC)及び試料を照射し、磁界発生器の発
散磁束線路に沿って試料から放出すべき荷電粒子を起こ
させる装置(IM)、ならびに画像を形成するために発
散磁束線路に沿って進行する荷電粒子を検知する、発散
磁束線路に配置された装置からなる発散磁界型荷電粒子
顕微鏡において、減少した磁界強さの帯域中に磁束線路
に沿って侵入する荷電粒子が磁束線路に沿って前後に配
置された1対の対向ウィーン(Wien)型フィルター
からなる分光測定解析装置中に受容され、各フィルター
が該通路に対して横方向の付加的な磁界及び該通路に対
して横方向かつフィルターの磁界に対して垂直の電解を
有し、その際1つのフィルターの付加的な磁界及び電界
の方向がもう1つのフィルターのそれぞれの付加的な磁
界及び電界の方向と反対であることを特徴とする、発散
磁界型荷電粒子顕微鏡。 10、フィルターが選択したエネルギーの電子を方向の
変化なしに1対のフィルターに通過させる効果を有する
、特許請求の範囲第9項記載の荷電粒子顕微鏡。 11、フィルターの軸線方向の長さ及びフィルターの間
隔が実質的に同じエネルギーの粒子をこの粒子がフィル
ターに入る方向と同じ方向に沿って1対のフィルターか
ら出現させることができる程度のものである、特許請求
の範囲第8項又は第9項に記載の荷電粒子顕微鏡。 12、フィルターが選択したエネルギー帯域の粒子の通
路から偏向される選択したエネルW −帯域の外側のエ
ネルギーを有する粒子を起こすために操作可能である、
特許請求の範囲第8項、第9項又は第10項記載の荷電
粒子顕微鏡。
[Claims] 1. A diverging magnetic field generator (HFS), a device (SC) for arranging the sample (S), and a device for irradiating the sample and releasing it from the sample along the divergent magnetic flux line of the magnetic field generator. In a divergent magnetic field charged particle microscope consisting of a device (IM) for moving charged particles, and a device placed on the divergent magnetic flux line to detect the charged particles traveling along the divergent magnetic flux line to form an image, With the aim of improving the sharpness of the image, a device (RM ) A diverging magnetic field type charged particle microscope. 2. The charged particle microscope according to claim 1, wherein the device for selecting and removing particles is followed by a device (A) for accelerating particles not removed in the magnetic flux line. 3. The charged particle microscope according to claim 1 or 2, wherein the charged particle microscope is disposed in a path of particles not removed by the particle energy analyzer (EE). 4. Charged particle microscope according to claim 3, wherein the device for selecting and removing particles is located in the particle path between the sample and the detection device. 5. Charge according to any one of claims 1 to 6, wherein the device for selecting and removing particles comprises a device for raising the particles selected for return to the sample. particle microscope. 6. Charge according to any one of claims 1 to 4, wherein the device for selecting and removing particles comprises a charged particle deceleration device located adjacent to a magnetic field generator. particle microscope. 5. Charged particle microscope according to claim 4, wherein the Z deceleration device is a screen IJ (RM) arranged in the path of the ejected particles and arranged to be electrostatically chargeable. 81. Charged particle microscope according to claim 4, comprising a device for electrostatically biasing the sample relative to its surroundings to suppress selected particles. 9 a divergent magnetic field generator (HFS), a device (SC) for positioning the sample (s) and a device (SC) for irradiating the sample and causing charged particles to be emitted from the sample along the divergent magnetic flux line of the magnetic field generator ( IM), as well as a device placed in a divergent magnetic flux line that detects charged particles traveling along the divergent magnetic flux line to form an image, during a band of reduced magnetic field strength. Charged particles entering along a magnetic flux line are received into a spectrometer analyzer consisting of a pair of opposing Wien-type filters placed one behind the other along the magnetic flux line, each filter having a a transverse additional magnetic field and an electric field transverse to the passageway and perpendicular to the magnetic field of the filter, where the direction of the additional magnetic field and electric field of one filter is different from that of the other filter, respectively. A diverging magnetic field charged particle microscope characterized in that the directions of the additional magnetic and electric fields are opposite. 10. The charged particle microscope according to claim 9, wherein the filter has the effect of passing electrons of a selected energy through the pair of filters without changing direction. 11. The axial length of the filters and the spacing between the filters are such that particles of substantially the same energy can emerge from a pair of filters along the same direction as the particles enter the filters. , a charged particle microscope according to claim 8 or 9. 12. The filter is operable to cause particles with energies outside the selected energy band W-band to be deflected from the path of particles in the selected energy band;
A charged particle microscope according to claim 8, 9, or 10.
JP58029624A 1982-02-27 1983-02-25 Divergence magnetic field type charged particle microscope Pending JPS58158850A (en)

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GB8205870 1982-02-27
GB8205870 1982-02-27

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JPS60195858A (en) * 1984-03-16 1985-10-04 Hamamatsu Photonics Kk Directly magnifying device of object electron image

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