JPS6113541A - 透過形電子顕微鏡 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、透過形電子顕微鏡を使用し物体を、電子エネ
ルギを濾過し結像させるため、電子線源から射出する電
子線が物体を照射し、物体が第１の結像工程から結像電
子エネルギスペクトロメータの入射像面へ結像され、か
つ同時に電子線源がこのスペクトロメータの入射クロス
オーバ点へ結像され、さらにスペクトロメータ中で、選
出可能なエネルギ領域の電子が濾去され、かつ濾過され
た物体像がスペクトロメータの射出像面から終像面へ結
像される方法および装置に関する。さらに本発明は、物
体回折図形のための相応する方法および装置に関する。

従来の技術 結像電子エネルギスペクトロメータを有する透過形電子
顕微鏡の大きい利点は、物体像のフントラストが、特定
のエネルギ領域の電子を選出することにより、常用の装
置の場合よりも著るしく改善されることである。このこ
とは、約１００〜２００　ｅＶの範囲内に選出されたエ
ネルギ損失（△Ｅ）を有する、コントラスト増強されな
い極めて薄いプレパラートの場合最も明白に認められろ
。しかしまた、非弾性散乱の電子（エネルギ損失△Ｅ〉
０）が絞り去られることにより、純弾性散乱の電子（Δ
Ｆ＝０）により生じた物体像は、濾過されなかった像と
比ベコントラストが明白に改善される。

結像電子エネルギスペクトロメータを有する透過形電子
顕微鏡のもう１つの大きい利点は、電子エネルギスペク
トロメータを透過せるエネルギ領域が、透過電子と物体
との相互作用、従って例えば原子殻におけるに一、Ｌ−
、Ｍ吸収に相応することにより、元素固有の物体像、す
なわち元素分布像を同時に相対的に大きい物体範囲から
形成することが可能なことである。従つて、薄い物体（
＜：３０ｎｍ）中の元素の定性的かつ、強度比および基
底の吸引（Ａｂｍｕｇ　）を測定した場合は定石的な分
布図が、これまで他の分析技術で得られなかった極めて
大きい位置分解能（幻［］、５　ｎｍ　）および最高の
検出感度（′８：３２　Ｘ　１０−”ｇ）で得られるこ
とができる。最高の位置分解能および元素検出感度は、
生物学的および医学的研究でもまた材料科学でも極めて
重要である。

また電子線回折図形の場合、結像電子エネルギスペクト
ロメータが、非弾性散乱せる電子を絞り去ることにより
回折図形の鮮鋭な像を生じる。西ドイツ国特許明細書第
２０２８６５７号からは、物体像の濾過だけでなく回折
図形の濾過をも可能にした電子顕微鏡が公知である。こ
の場合、６つのレンズより成る第１の結像工程により、
スペクトロメータの入射像面（明細書中にＢ２で表示）
に回折図形の拡大像が形成され、かつ入射クロスオーバ
面（明細書中にＢ１で表示）に物体像が形成される。こ
の公知装置の欠点は、濾過された回折図形に１つの倍率
が可能であるにすぎず、かつ濾過された物体像にば、前
記明細書中に記載されていないがわずかな倍率変更が可
能であるにすぎず、かつ倍率変更に際し像の焦点調節の
ため対物レンズの励磁率が調整されなければならないこ
とである。

文献からは、透過形電子顕微鏡と結像電子エネルギスペ
クトロメータとの他の若干の組合せ□が公知であり、そ
れらのうち”ジャーナル・オプ・ウルトラストラフチャ
ー・リサーチ誌（Ｊ、　ｏ、Ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕ
ｒｅ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　）第７２巻、５６６頁（１９
８’Ｏ年）のＦ、　Ｐ、オツテンスマイヤー（Ｏｔｔｅ
ｎｓｍｅｙｅｒ　）およびＪ、Ｗ、アンドリュー（Ａ１
１ｄｒｅＷ　）による雑文が本願発明と最も近似する。

この雑文には、第１および第２の中間レンズを有する対
物レンズおよび投射レンズ間ニ、゛入射レンズ、実際の
プリズム−ミラー−プリズムスペクトロメータ〔キャス
タイング形（Ｃａｓｔａｉｎｇ−Ｔｙｐ　）　〕および
射出レンズ、Ｌり成る結像スペクトロメータが配置され
た電子顕微鏡が記載されている。この装置は、全ての公
知の装置のうち最もフレキシブルな結像光学系を有する
。大体において倍率変更が、２つの中間レンズの励磁率
を変更することにより行なわれる。しかｌ〜なからこの
場合、電子線源の像位置および像（クロスオーバ）がス
ペクトロメータの前方で移動する。スペクトロメータの
入射レンズを相応に励磁することにより、クロスオーバ
が、実際のスペクトロメータに対し適当な位置に配置さ
れろ必要があろ；像位置は対物レンズな再焦点調節する
ことにより補正される。

同じ操作が必要なのは、電子線回折図形を結像するため
、対物レンズの後焦点面が、第１および第２の中間レン
ズの励磁率を変更することによりスペクトロメータ中へ
結像される場合である。スペクトロメータの結像口径の
制限が、対物レンズ後方の第１の中間像における視野絞
りにより行なわれる。

電Ｔ・顕微鏡および電子エネルギスペクトロメータのこ
の公知組合せは以下の欠点を有する：１、　倍率範囲が
中および高倍率（＞３０　Ｑｘ　）に制限され；この範
囲が前述のはじめの電子顕微鏡と比べ係数２だけ上方へ
移動する。可能な倍率変更率が約１５０：１である。

２、それぞれの拡大工程のため、反復操作で、差当りク
ロスオーバの位置を維持するためスペクトロメータの入
射レンズが調節され、その後に像面焦点調節のため対物
レンズが再焦点調節される等々の必要がある。従って、
倍率変更は極めて時間がかがり、かつ従って感放射性物
体の場合は回復不能な放射線障害が生じる。

６、　スペクトロメータに有効な口径、すなわち入射像
面における視野絞りの像が、倍率変更の際に変動する。

従って、それぞれの拡大工程で、所望の像サイズ（写真
サイズ）への最適な適合を得るため、相応する視野絞り
が選択される必要がある。

４、　プリズム−ミラー−プリズム形（キャスタイング
形）の結像電子エネルギスペクトロメ一夕は明白な収差
を有し、この収差がエネルギ分解能を制限する。トロン
ト（Ｔｏｒｏｎｔｏ　）における第９回電子顕微鏡国際
会議（Ｎ１ｎｔｈ工ｎｔｅｒｎａｔｉ、ｏｎａ］、　Ｃ
ｏｎｇｒｅｓｓ　ｏｎ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｊｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ　）第１巻、４０頁（１９７８年）のＪ、Ｗ、
アンドリュ（Ａｎｄｒｅｗ　）　、Ｆ、ｐ、オツ・テン
スマイヤー（Ｏｔｔｅｎｓｍｅｙｅｒ　）およびＥ、Ｔ
−チル（Ｍａｒｔｅｌし）による雑文からは、プリズム
の湾曲せる入射−および射出面により、平らな入射−お
よび射出面と比べ収差の明白な低減が可能であることが
公知であるが；但しこれにはこれらの面の有利な実施例
に関するａ己載がない。

発明が解決しようとする問題点 従って、本発明の根底をなす課題は、結像電子エネルギ
スペクトロメータを有する透過形電子顕微鏡において、
倍率変更に際し調整（再焦点調節）を−必要とすること
なくできるだけ大きい倍率範囲を得ることである。さら
に、それぞれの検知装置の視野面に最適に適合せる際の
エネルギ分解能を選択するための、倍率に依存せざるス
ペクトロメータ開口絞りかつくり出されなければならな
い。また、同じ透過形電子顕微鏡を使用し、エネルギ濾
過された回折図形の結像が最低３：１の倍率変更率で可
能でなければならない。さらに本発明が有する課題は、
プリズム−ミラー−プリズム装置を有する電子エネルギ
スペクトロメータのエネルギ分解能を改善することであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、前記課題は、特許請求の範囲第１項の
上意概念記載の方法から出発し、第１の結像工程を使用
し、不変の位置に存続する物体が最低８：１の倍率変更
率および低歪率で不断にスペクトロメータの入射像面に
結像され、かつ同時に電子線源の像が不断にスペクトロ
メータの入射クロスオーバ点に結像され、かつ第２の結
像工程を使用し、スペクトロメータの射出像面が一定の
倍率で終像面へ結像され、その場合この一定の倍率がた
んにそれぞれの検知装置の制限視野面に適合されること
により解決される。

物体回折図形を、電子エネルギな濾過し結像させる場合
、第１の結像工程を使用し、不変の位置に存続する物体
の回折図形が最低６：１の倍率変更率で不断にスペクト
ロメータの入射像面へ結像され、かつ同時に物体の像が
不断にこのスペクトロメータの入射クロスオーバ面へ結
像される。第２の結像工程を使用し、スペクトロメータ
の射出像面が一定の倍率で終像面へ結像され、その場合
この一定の倍率がたんに検知装置の制限視野面に適合さ
れる。

この方法の有利な実施例において、第１の結像工程が物
体の４つの中間像を形成し、そのうち第４の中間像が不
断にスペクトロメータの入射像面に結像され、かつ同時
に４つのクロスオーバ（電子線源の中間像）を形成し、
そのうち第４のクロスオーバが不断にスペクトロメータ
の入射クロスオーバ点に配置される。高および中程度の
倍率で、第２の中間像が実または虚であるとともに、他
の全ての中間像が不断に実であり：さらに第３のクロス
オーバが実また＆：ｔ、　ｔｅａであるとともに、他の
全てのクロスオーバが不断に実である。小さい倍率で、
第１の中間像が不断に実であり、第２の中間像が実また
は１１戸であるとともに、最後の２つの中間像が不断に
実であり；さらに第２　：ｌ：ｉ　、ｔ：び／または第
３のクロスオーバが実また＆Ｔ、　し１舌であるととも
に、第１才５よび最後のクロス副−バが不断に実である
１゜物体回折図形のため、第１の結像工程が回折図形お
よびこの回折図形の３つの中間図形を形成し、そのうち
第３の中間像が不断にスペクトロメータの入射像面に配
置され、かつその場合全ての中間像が実である。同時に
、第１の結像工程が物体の４つの中間像を形成し、その
うち第４の中間像が不断にスペクトロメータの入射クロ
スオーバ而に配置され、その場合第２の中間像が不断に
虚であるとともに、他の全ての中間像が不断に実である
。

本発明による方法を実施するための透過彫型子顕微鏡に
おいて、第１の結像工程が４つの電子光学レンズ群から
形成され、これらレンズ群が、それぞれの拡大工程およ
びそれぞれのレンズに所１犯の励磁電流が固定された給
電ユニットに接Ｍｌ！さＪｌている。それぞれのレンズ
群は、１つまたばそＪ１以上の電子光学レンズより成る
。

スペクトロメータ開口絞りが、スペクトロメータの入射
クロスオーバおよび入射像面間で入射像面の前方にでき
るだけ密接して配置され、かつスペクトロメータ開口な
いしはエネルギ分解能を選択するため変換可能な円形孔
を有する。

本発明の他の実施例は従属請求項から明白である。

実施例 以下に、本発明を図面実施例につき詳説する。

第１図において、１０は透過形電子顕微鏡を表わし、そ
の電子線源１１が陰極１１ａおよび加速電極１１ｂより
成る。レンズ１２ａおよび１２ｂが集束装置を形゛成上
；’１２Ｃが集束絞りである。結像すべき物体１”３が
、交換可能に対物レンズＯの内部に配置されかつこの対
物レンズにより中間像面Ｂ１へ、例えば中〜高倍率の場
合は視野絞り１３ａへ拡大結像される。そこからこの中
間像が、第１の結像工程１４の他のレンズＰ１　＋　”
２　＋　Ｐ３を経て、前方に開口絞り４２が配置された
結像電子エネルギスペクトロメータ１５へ結像される。

１：１結像形のスペクトロメータ１５の出口に、スリッ
ト絞り４３が配置され、この絞りを使用し選出可能なエ
ネルギ領域が絞り去られる。後続の第２の結像工程１６
が、スペクトロメータ１５の射出像を終像面１７に結像
させる。一般に終像面には、螢光スクリーン１７ａ５フ
イルム１７ｂを有するカメラまたは場合により電子工学
的検知装置１７Ｃが配置されている。

結像特性を正確に記載するため、はじめに公知のスペク
トロメータ１５の電子光学的特性を記載するのが有利で
ある。第２図に、プリズム−ミラー−プリズム装置（キ
ャスタイング形）の原理的構造を示す。スペクトロメー
タ１５は、その密閉面（複数）が磁気プリズム２０の形
を右しかつ図甲面の上下に密接して配置された２つの磁
極シューを有する磁石により形成された磁気プリズム２
０」：り成る。このプリズムは、鏡面対称な２つの作用
範囲２１および２２および静電ミラー２３を有する。光
軸２４で開き角βで入射する電子線２５が、作用範囲２
１により約９０°ミラー２３へ向は偏向され、このミラ
ーで反射される。引続きこの電子線２５が、下部作用範
囲２２中で約９００偏向されかつスペクトロメータから
光軸２４の方向へ射出する。正確な偏向角がそれぞれ電
子のエネルギに依存ｌ〜、その結果分散面ＣＡに、物体
を透過せる電子のエネルギのスペクトルが生じ、このス
ペクトルの１部分がスリットジョー４３ｂ、４３Ｃによ
り絞り去られろことができる。スペクトロメータ１５が
、入射像面ＢＥを射出像面ＢＡに寸度１：１で結像させ
かつ入射クロスオーバ点Ｃ８を分散面籟に結像させる。

スペクトロメータを電子顕微鏡中で、中１−分なく機能
させるため、スペクトロメータの前方に配置された電子
光学レンズにより、線源１１の像が入射クロスオーバ点
Ｃ８へ結像されかつ物体１３の像が入射像面Ｂ８へ結像
されろか、ないしは物体回折図形の場合、線源１１の像
が入射像面ＢＥへ結像されかつ物体像が入射クロスオー
バ面咋′へ結像されることが必要である。これら条件が
満たされた場合に限り、スペクトロメータによりアクロ
マチックな結像および最適なエネルギ濾過が行なわれろ
。

本発明によれば、これら条件なできるだけ大きい倍率範
囲で満たすため、第１の結像工程１４が４つの電子光学
レンズ群０．Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３から形成され、その場合
それぞれのレンズ群が１つまたはそれ以上のレンズから
成るもよく、かつその場合レンズ群０＋　Ｐし　＋　　
Ｐ２　＋　Ｐ３の電磁コイルを種々に励磁することによ
り、種々の倍率への切換えおよび物体結像から回折結像
へのおよびその逆の切換えが行なわれる。第６ａ図〜第
６ｄ図に、種々の倍率範囲の物体結像の場合および回折
結像の場合に存在する結像−および照射光路を示す。

第３ａ図は、総倍率約２５０００ｘ〜 ２５００００ｘないしは第１の結像工程１４による倍率
約３００Ｘ〜３０００ｘに対し、破線により照射光路お
よび実線により結像光路を示す。集束装置１２により、
物体１３が、その直径が集束絞り１２Ｃにより定められ
るほぼ平行な電子線で照射される。第１のレンズ群０が
、物体１３から実中間像Ｂ１、および電子線源１１から
実中間像（クロスオーバ）Ｃ工を形成する。

第２のレンズ装置Ｐ１が実中間像Ｂ２および実クロスオ
ーバＣ２を形成し；第３のレンズ装置Ｐ２が実中間像Ｂ
３および実クロスオーバＣ３を形成する。最後に、レン
ズ装置Ｐ３が、スペクトロメータ１５の入射面Ｂ９に物
体１３の実中間像Ｂ４、およびスペクトロメータ１５の
入射クロスオーバ点Ｃｗに実クロスオーバＣ４を形成す
る。

この結像−および照射光路は、これらが最後の結像工程
前の中間像に至るまでわずかな数のレンズないしはレン
ズ装置を含有し、かつその最後の、中間像前のクロスオ
ーバ点が制限された一定の位置を有しないことにより、
公知の光路と異なる。決定的なのは、レンズ群０１　　
”１．１”２　＋　Ｐ３より成る同じ第１の結像工程１
４を使用し、第３ｂ図〜第３ｄ図に示した光路をも形成
されることである。

第３ｂ図は、縮倍率２５０Ｏｘ〜２５０００Ｘないしは
第１の結像工程１４による倍率約３０ｘ〜３００Ｘに対
し、破線により照射光路および実線により結像光路を示
す。物体１３の照射が第３ａ図に相応に行なわれ、かつ
第１のレンズ群Ｏが再び物体１３の実中間像Ｂ１および
実クロスオーバＣ］を形成する。しかしなからこの場合
、第２のレンズ群Ｐ、ば、これが実クロスオーバＣ２を
形成するが但し物体１３の虚中間像Ｂ２を形成するにす
ぎない程度にわずかに励磁される。その後に第６のレン
ズ群Ｐ２により、物体１３の実中間像Ｂ３、但し虚りロ
スオーバＣ才が形成されるにすぎない。最後に、第４の
レンズ群Ｐ３が、スペクトロメータ１５の入射像面ＢＥ
に物体１３の実中間像Ｂ４、およびスペクトロメータ１
５の入射クロスオーバ点ＣＥに実クロスオーバＣ４を形
成する。また第６ｂ図に示ｌ〜だ結像−および照射光路
ば、これらが最後の結像工程前の中間像にまでわずかな
数のレンズないしはレンズ装置を含有し、かつその中間
像前方の最後のクロスオーバ点が制限された一定の位置
を有しないことにより、公知の光路と異なる。

第６ｃ図は、総倍率約ＩＤＯｘ〜２００Ｄｘないしは第
１の結像工程１４の倍率約１．２Ｘ〜２４Ｘに対ｌ〜、
破線により照射光路および実線により結像光路を示す。

この場合、中間像Ｂ２にまでの光路が西ドイツ国特許明
細書 第２７４２２６４号に相応する。集束レンズは、第６ａ
図および第３ｂ図に示Ｉ−だ状態と反対に、ｃｏで示し
た線源の中間像（クロスオーバ）が物体１３の前方に、
それも詳しくは集束絞り１２ｃの付近に配置されろよう
に励磁される。

第１のレンズ群０は、隣接するクロスオーバＣ１が視軒
絞り１３ａ中に配置されかつ物体１３により虚像禮が形
成されるにすぎない程度にわずかに励磁される。第２の
レンズ群Ｐ］が、物体１３の実中間像Ｂ２および虚りロ
スオーバＣ士を形成する。第６のレンズ群Ｐ２により、
実中間像Ｂ３および実クロスオーバＣ３が形成され、か
つ第４のレンズ群Ｐ３により、物体１３の実中間像Ｂ４
がスペクトロメータ１５の入射像面ＢＥに、および実ク
ロスオーバＣ４がスペクトロメータの入射クロスオーバ
点ＣＥに形成される。

第６ｄ図は、電子線回折図形の結像光路を示す。再び、
サンプル１３の照射が第３ａ図および第３ｂ図に相応に
行なわれる。レンズ群０が、物体１３で散乱された電子
により物体回折像０１′および物体像Ｂ、／を形成する
。物体１３により散乱されなかった電子が実線の光路に
相応し、かつ物体１３により散乱された電子が１点破線
の光路に相応する。第２のレンズ群Ｐｌが、物体回折図
形０１′により回折中間像０２”２形成し、かつ物体像
Ｂ］′により虚中間像Ｂ２′＊を形成する。

その後に、第６のレンズ群Ｐ２により、実回折中間像０
３′および実物体中間像Ｂ３′が形成され、これらが第
４のレンズ群Ｐ３によりスペクトロメータの入射像面Ｂ
１および入射クロスオーバ面ＣＥ′へ結像される。

第６ａ図〜第３ｄ図に示したそれぞれの光路に対し、無
数の拡大工程が可能である。その数は、たんに費用およ
び効用の問題である。決定的なのは、第３ａ図および第
３ｂ図に示した物体像の光路を使用し、中間像Ｂ４およ
びクロスオーバ点Ｃ４の位置を固定しかつ一定とせる際
にそれぞれ所望の工程で約１００：１の倍率変更率が可
能であることである。この倍率変更率が、第３Ｃ図に記
載せる光路により約２５００＝１に増大される。第６ｄ
図で示した光路は、回折図形に対ｌ〜、同じ第１の結像
工程１４で２０：１の倍率変更率を許容する。この際、
全ての場合に、物体１３ないしは回折図形に対し明白に
それぞれ最大の倍率で実施される１回の焦点調節後に、
拡大工程間の任意の変更に際し調整ないしは再焦点調節
が不必要であることが達成される。０＋　Ｐｌ　＋Ｐ２
　＋　Ｐ３で表わされたそれぞれのレンズ群は、１つま
たはそれ以上のレンズより成る。

種々の拡大工程の調節は、第４図中に４１で示した制御
ユニットにより行なわれる。このユニットは、ケーブル
４１ｄ〜４１ｇを経てレンズ０＋　Ｐｌ　＋　”２　＋
　Ｐ３のコイルに接続され、これらケーブルがこれらレ
ンズに、拡大工程で所要の励磁電流を供給する。このた
め制御ユニット４１が拡大工程スイッチ４１ｂを有し、
このスイッチを使用しそれぞれのレンズのそれぞれの拡
大工程で、アナログ制御により、例えば目標値−抵抗を
切換えることによりレンズ励磁電流が形成される。また
このことは、最新の技術的装置、例えば、目標値が電子
工学的定数記憶装置（Ｅ　−、ＦＲＯＭ　）に記憶され
かつデジタル−アナログコンバークを経てレンズ励磁電
流に変換されるデジタル制御エレクトロニクスを使用し
ても可能である。さらにこの制御装置４１には、物体結
像を回折結像におよびその逆に切換えるためのスイッチ
４１ｃ、および物体の鮮鋭度調節（焦点調節）用の平衡
調節装置４１ａが配置されている。

さらに第４図は、スペクトロメータ１５の開口絞り４２
の構造を略示する。この開口絞り４２は、理想的にはス
ペクトロメータの入射像面ＢＥ。

に配置されるべきであった。このことがプリズム２０の
磁極シューの圧熱が極めてわずかであるため機械的な理
由から殆んど不可能であるので、開口絞り４２がプリズ
ム２０の前方にできるだけ密接に配置されているが、こ
れは実際に十分である、それというのも電子線源の像が
入射クロスオーバ点ＣＥでわずかに拡大される結果、不
断に開口絞り４２の入射像面Ｂ０への鮮鋭に制限された
陰影結像が行なわれるからである。入射開口絞り４２は
、顕微鏡カラム４０シ通る真空密なブッシング４２Ｃお
よび、選択的に光路中へ搬入されろことのできる、種々
の直径を有する円形絞り４２ａ、４２ｂより成る。

倍率調節が、第１の結像工程１４によりスペクトロメー
タ開口絞り４２の前方で行なわれ、かつスペクトロメー
タ１５後の第２の結像工程１６な使用し、たんに検知装
置１７ａ、１７ｂ。

１７Ｃの制限視野面に適合されるもう１つの一定倍率で
行なわれるにすぎないので、開口絞り４２の作用が倍率
と無関係である。種々の直径な有する円形絞り４２ａ、
４２ｂが、種々の開き角βの調節を可能にする。さらに
後述するように、スペクトロメータ１５の結像特性が円
形の入射−および射出面５Ｌ５２．５３により著るしく
改善されるにもかかわらず、分散面ＣＡにおけるスペク
トロメータのエネルギ分解能が益々口径に依存する。従
って、種々の開き角が調節可能であることがスペクトロ
メータのエネルギ分解能の変更を可能にし、その結果こ
の分解能がそれぞれの検知装ｆ）Ｎ１７ｂ、１７ｃの制
限視野面に最適に適合されることができ、その場合β＜
　１０　ｍｒａｒＪでエネルギ分子Ｐ′ｌ！能＜　１５
　ｃ：Ｖ（ろ２） であるか、または極めて小さい（制限視野）絞りな選択
することによりエネルギ分解能が線源１１のエネルギ巾
にまで改善されることができ、すなわち熱線源で０．８
　ｅｖの最低エネルギ巾にまで低減されることができる
。

さらに第４図には、スペクトロメータ１５の分散面ＣＡ
に配置されたスリット絞り４３が示されている。このス
リット絞り４３は、顕微鏡カラム４０に配置された絶縁
部材４３ａを通る真空密なブッシングを有する。２つの
スリットジョー４３ｂおよび４３Ｃが一緒におよび相互
に移動されることができ；これらは相互に絶縁されかつ
別々の導線４３ｄ、４３ｅにより顕微鏡カラム４０外側
の電流計４３ｆ、４３ｇに接続されている。この装置を
使用し、物体像の１部分のスペクトルが絞り去られるこ
とも、またスペクトルの種々の部分の電子流が直接に測
定されることもできる。

第４図において、第１の結像工程１４の下端に、スペク
トロメータ１５の入射クロスオーバ点ＣＥ′に配置され
た偏向装置４４が示されている。この偏向装置４４を使
用し、第１の結像工程１４から射出する電子線が、他の
いがなる結像パラメータにも影響されることなく、スペ
クトロメータ１５の光軸２４（第２図）へ正硝に指向さ
れることができる。

第１図および第４図に示すように、スペクトロメータ１
５に第２の結像工程１６が引続く。

このものは２つの課題を有する： ａ）スペクトロメータ１５の射出像面ＢＡが、約８０ｘ
の一定の倍率で結像面１７へ結像される。この場合この
一定の倍率が、たんに検知装置の制限視野面に、従って
結像螢光スクリーン１７ａに、写真撮影用フィルム１７
ｂのサイズに、または電子工学的検知装置１７Ｃの作用
面に適合される（第１図）。一般に、例えばファラデー
箱において、結像螢光スクリーンと比べ小である電子工
学的検知装置Ｆ？１７ｃを使用した場合、第２の結像工
程１６を一緒にしだ縮倍率は、勿論意図的に、電子光学
的検知装置１７Ｃが結像面１７における全体像から選択
された部分的範囲を包含するにすぎないように選択され
てもよい。従って例えば、総倍率２５’　００００　ｘ
および検知装置直径２．５朋の場合、直径１０ｎｍの物
体範囲の（化学的）元素分析が可能であり、その場合同
時に直径において係数約５０だけ大きい範囲が結像螢光
スクリーンでｖ１７ＩＩＩＩされることができ、かつそ
れとともに重要な範囲の容易な発見も、またこのような
精密分析のための範囲の、検知装置面への正確な配置を
も可能である。これにより、さもなければ例えば走査ゾ
ンデを使用し点照射した場合に生じる、物体汚染、整列
誤差、わずかな検出電流等のような苛点が回避される。

この場合、エネルギスペクトルを、スリットジョー４３
ｂ。

４３Ｃの変動によるのではなく、文献〔ジャーナル・オ
デ・ウルトラストラフチャー・リサーチ誌（Ｊ、　ｏ、
　ＵｌｔｒａｓｔｒｕＣｔｕｒｅ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　
）第７２巻、３ろ６頁（１９８０年）のＦ、Ｐ、オ（ろ
５） ツテンスマイヤー（Ｏｔｔｅｎｓｍｅｙｅｒ　）および
Ｊ、Ｗ、アンドリュー（Ａｎｄｒｅｖ　）による雑文〕
から公知であるように、電子線源１１の加速電圧の変更
により形成するのが殊に有利である、それというのもこ
れにより大きいエネルギ領域が最適結像条件で得られる
ことができるからである。

ｂ）また第２の結像工程１６は、同じく前記ａ）項に記
載の文献から公知であるように２分散面ＣＡに対し調節
され、その後に光路から移動せるスリットジョー４３ｂ
、４３ｃで部分的範囲のスペクトルが結像面１７に結像
される。この部分的スペクトルがフィルム１７ｂで撮影
されてもよい。電子工学的検知装置１７Ｃが使用されろ
場合、エネルギスペクトルを、電子線源１１の加速電圧
を変更することにより形成するのがさらに有利である。

すでに電子工学的検知装置の寸法が小さいことによりエ
ネルギ分１１ｆｒ能が十分でない場合、スリットジョー
４３１）、４３Ｃが光路中へ移動されでもよい。この場
合、ａ）項と反対に物体１３の全照射範囲の（化学的）
元素分析が実施される。この範囲が、例えば総倍率２５
００００Ｘの場合直径約ろｌｔｍである。

第２の結像工程１６は最低２つの投射レンズｐ４．　、
　ｐ５から形成され、これらは相互に無関係にそれらの
レンズ強度が変更されることができる。第１のレンズＰ
４が、射出像面ＢＡかまたは分散面ＣＡを第２のレンズ
Ｐ５の物面へ結像させる。第２のレンズＰ５を使用し、
開口絞りの最適な適合が行なわれるか、またはスペクト
ル範囲の種々の結像サイズへの、例えば種々のカメラの
種々の写真サイズへの、もし　＜は検知装置の寸法への
適合が行なわれる。後者の検知装置は、例えば、ファラ
デー箱、シンチレータ−光電子増倍管複合装置、ＣＯＤ
アレーまたは、後接さ第１たビデオ受像管を有する透過
形螢光スクリーンであることができる。

第１圭°３よび第２の結像工程の有利な実施例に以下の
圧部およびレンズ焦点距離が挙げられ、その場合それぞ
れのレンズ装置に電子光学レンズが備えられる。

距離　　　　０−　Ｐし　−＝　　９２　ｍｍＰしＰ２
＝　　５７ｍｍ Ｐ２〜Ｆ３”１０３龍 Ｐ３〜ＣＦ＝　　３８ｍｍ Ｐ３〜ＢＥ二１１０朋 ＣＡ〜Ｐ４−２６ｍｍ ＢＡ−Ｐ４　二’　　９８ｍｍ Ｐ４〜Ｐ５−５４ｍｍ 焦点距離　　０　　＝＝、　２．６・・・・・・４０龍
Ｐ］＝７．５・・・・・・４０朋 Ｐ２二６　−・−８０ｍｍ Ｐ３　＝　２３・・・・・・５２朋 Ｐｓ　＝　１８　・−−４Ａ　ｍｒｎ Ｐ５”　３　−−　６　ｍｍ 第５図に、プリズム−ミラー−プリズムスペクトロメー
クの殊に有利な構造の特性表示に必要なパラメータを示
す。ハツチングを人、ｌまた而５０が磁石の磁極シュー
の密閉面を示１２、そ、１１らの間を電子線２５が通過
する。εが、入射電子線２５の軸２４およびプリズムへ
の入射点５５の法線面５４間の角度を表わし、かつＲが
、プリズム中で偏向された電子線２５の進路半径を表わ
す。入射点５５と入射クロスオーバ点Ｃ８との距離が、
焦点距離ｆ〕と１−で表わされる。

平らな入射−および射出面を有するキャスタイングプリ
ズムの三角形の代りに、入射面５１が、半径Ｔ（１Ｑ有
する凹円形線分の形を有する。ミラーへの射出面５２が
、半径Ｒ２を有する凸円形線分の形を有する。同時に、
この湾曲面５２が反射せる電子線の入射面であり、この
反射電子線が面５３を経て再びプリズムから射出する。

ｆｆｔ　５６に対称の構造により、目射出面５３が再び
曲率半径Ｒ〕を有する。湾曲せる入射−および射出面５
１，５２．５３により、スペクトロメータの焦点調節特
性が図面平面でもまたこれと垂直な面でも著るしく改善
され、その結果開き角β約１０　ｍｒａｄにまで２次収
差を無視することができる。

半径Ｒ１およびＲ２の殊に右利な寸度範囲が特許請求の
範囲第１２項に記載されている。磁極シューの円形境界
面、従って入射−および射出面は、これらが簡単に製造
可能であるという利点を有する。焦点調節特性のもう１
つの改善が、磁極シューの非円形に湾曲せる境界面によ
り可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の１実施例を略示する縦断面
図、第２図は第１図中の電子エネルギスペクトロメータ
の作動原理をその人力−および出力パラメータとともに
略示する系統図、第６ａ図〜第３ｄ図は本発明による方
法のそれぞれ１実施例を示す光路図、第４図は第１１′
４の装置の構造を部分的に詳示する縦断面１図、′Ｊ３
よび第５図は本発明による電子エネルギスペクトロメー
タの１実施例の構造を略示する縦断面図である。 １０・・・透過形′重子顕微鏡、１１・・電子線源、１
１ａ・・・陰極、ｌｉｌ＋・・・加速電極、１２・・・
集束（ＡＯ） 装Ｎ、１２ａ−、１２ｂ・・・集束レンズ、１２Ｃ・・
・集束絞り、１３・・・物体、１３ａ・・・視野絞り、
１４・・・第１の結像工程、１５・・・結像電子エネル
ギスペクトロメータ、１６・・・第２の結像工、程、１
７・・・結像面、１７ａ・・・螢光スクリーン、１７ｂ
・・・写真フィルム、１７Ｃ・・・電子工学的検知装置
、２０・・・磁気プリズム、２１．２２・・・有効範囲
、２３・・・静電ミラー、２４・・・スペクトロメータ
の光軸、２５・・・電子線、４０・・・顕微鏡カラム、
４１・・・制御ユニツ）、４１ａ・・・平衡調節スイッ
チ、４１ｂ・・・拡大工程スイッチ、４−！’ｃ・・・
切換えスイッチ、４１ｄ〜４１ｇ・・□・ケーブル、４
２・・・開口絞り、４２ａ、４２ｂ・・・円形絞り、’
４２Ｃ・・・ブッシング、４３・・・スリット絞り、４
３ａ・・・絶縁部材、４３ｂ、４３Ｃ・・・スリットジ
ョー、４３　ｄ、　　４３　ｅ−・・導線、４３　ｔ’
　＋　　４３　ｇ　”’電流計、４４・・・偏向装置、
５０・・・磁極シュー密閉面、５１・・・入射面、５２
・・・入射−および射出面、５３・・・射出面、５４・
・・法線面、５５・・・入射点、５６・・対称軸、Ｏ，
Ｐ」〜Ｐ３・・・第１結像工程のレンズ、Ｐ、、Ｐ５・
・・第２結像工程のレンズ、Ｂ工〜Ｂ４・・・中間像、
ＢＥ・・・入射像面、ＢＡ・・・射出像面、ＣＯ”　Ｃ
４・・・クロスオーバ点舶・・・入射クロスオーバ点、
ＣＦ２・・・入射クロスオーバ面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透過形電子顕微鏡を使用し物体を、電子エネルギを
   濾過し結像させるため、電子線源から射出する電子線が
   物体を照射し、物体が第１の結像工程から結像電子エネ
   ルギスペクトロメータの入射像面へ結像され、かつ同時
   に電子線源がスペクトロメータの入射クロスオーバ点へ
   結像され、さらにスペクトロメータ中で、選出可能なエ
   ネルギ領域の電子が濾去され、かつ濾過された物体像が
   スペクトロメータの射出像面から第２の結像工程を経て
   終像面へ結像される方法において、第１の結像工程（１
   ４）を使用し、不変位置に存続する物体（１３）が最低
   ８：１の倍率変更率でかつ低歪率で不断にスペクトロメ
   ータ（１５）の入射像面（Ｂ＿Ｅ）へ結像され、かつ同
   時に電子線源の像が不断にスペクトロメータ （１５）の入射クロスオーバ点（Ｃ＿Ｅ）へ結像され、
   かつ第２の結像工程（１６）を使用し、スペクトロメー
   タ（１５）の射出像面 （Ｂ＿Ａ）が一定の倍率で終像面（１７）へ結像され、
   その場合この一定の倍率がたんにそれぞれの検知装置（
   １７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の制限視野面に適合されるこ
   とを特徴とする透過形電子顕微鏡を使用し物体を電子エ
   ネルギを濾過し結像する方法。 ２、第１の結像工程（１４）が物体（１３）の４つの中
   間像（Ｂ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３、Ｂ＿４）を形成し、そ
   のうち第４の中間像（Ｂ＿４）が不断にスペクトロメー
   タ（１５）の入射像面（Ｂ＿Ｅ）に配置され、かつその
   場合第２の中間像が実（Ｂ＿２）または虚（Ｂ＾＊＿２
   ）であるとともに、他の全ての中間像（Ｂ＿１、Ｂ＿３
   、Ｂ＿４）が不断に実であり、かつ第１の結像工程（１
   ４）が同時に電子線源（１１）の４つの中間像、すなわ
   ちクロスオーバ（Ｃ＿１、Ｃ＿２、Ｃ＿３、Ｃ＿４）を
   形成し、そのうち第４のクロスオーバ（Ｃ＿４）が不断
   にスペクトロメータ（１５）の入射クロスオーバ点（Ｃ
   ＿Ｅ）に配置され、かつその場合第３のクロスオーバが
   実（Ｃ＿３）または虚（Ｃ＾＊＿３）であるとともに、
   他の全てのクロスオーバ（Ｃ＿１、Ｃ＿２、Ｃ＿４）が
   不断に実であることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項記載の透過形電子顕微鏡を使用し物体を電子エネルギ
   を濾過し結像する方法。 ３、第１の結像工程（１４）が物体（１３）の４つの中
   間像（Ｂ＾＊＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３、Ｂ＿４）を形成し
   、そのうち第４の中間像（Ｂ＿４）が不断にスペクトロ
   メータ（１５）の入射像面（Ｂ＿Ｅ）に配置され、かつ
   その場合第１の中間像 （Ｂ＿＾＊＿１）が不断に虚でありかつ第２の中間像が
   実（Ｂ＿２）または虚（Ｂ＾＊＿２）であるとともに、
   後者２つの中間像（Ｂ＿３、Ｂ＿４）が不断に実であり
   、かつ第１の結像工程（１４）が同時に電子線源（１１
   ）の４つの中間像、すなわちクロスオーバ（Ｃ＿１、Ｃ
   ＿２、Ｃ＿３、Ｃ＿４）を形成し、そのうち第４のクロ
   スオーバ（Ｃ＿４）が不断にスペクトロメータ（１５）
   の入射クロスオーバ点（Ｃ＿Ｅ）に配置され、かつその
   場合第２および／または第３のクロスオーバが実（Ｃ＿
   ２、Ｃ＿３）または虚（Ｃ＾＊＿２、ｃ＾＊＿３）であ
   るとともに、第１および最後のクロスオーバ （Ｃ＿１、Ｃ＿４）が不断に実であることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項記載の透過形電子顕微鏡を使用
   し物体を電子エネルギを濾過し結像する方法。 ４、透過形電子顕微鏡を使用し物体回折図形を、電子エ
   ネルギを濾過し結像させるため、電子線源から射出する
   電子線が物体を照射し、第１の結像工程が、物体の回折
   図形を形成しかつ結像電子エネルギスペクトロメータの
   入射像面へ結像させかつ同時に物体をスペクトロメータ
   の入射クロスオーバ面へ結像させ、さらにスペクトロメ
   ータ中で、選出可能なエネルギ領域の電子が濾去され、
   かつ濾過された物体回折図形像がスペクトロメータの射
   出像面から第２の結像工程を経て終像面（１７）へ結像
   される方法において、第１の結像工程（１１４）を使用
   し、不変位置に存続する物体（１３）の回折像が最低３
   ：１の倍率変更率で不断にスペクトロメータ（１５）の
   入射像面（Ｂ＿Ｅ）へ結像され、かつ同時に物体の像が
   不断にスペクトロメータ（１５）の入射クロスオーバ面
   （Ｃ＿Ｅ′）へ結像され、かつ第２の結像工程（１６）
   を使用し、スペクトロメータ（１５）の射出像面（Ｂ＿
   Ａ）が一定の倍率で終像面（１７）へ結像され、その場
   合この一定の倍率がたんにそれぞれの検知装置 （１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の制限視野面に適合される
   ことを特徴とする透過形電子顕微鏡を使用し物体回折像
   を電子エネルギを濾過し結像する方法。 ５、第１の結像工程（１４）が物体（１３）の回折図形
   （Ｃ＿１′）およびこの回折図形の３つの中間像（Ｃ＿
   ２′、Ｃ＿３′、Ｃ＿４′）を形成し、そのうち第３の
   中間像（Ｃ＿４′）が不断にスペクトロメータ（１５）
   の入射像面（Ｂ＿Ｅ）に配置され、かつその場合全ての
   中間像が実であり、かつ第１の結像工程（１４）が同時
   に物体の４つの中間像（Ｂ＿１′、Ｂ＿２′＾＊、Ｂ＿
   ３′、Ｂ＿４′）を形成し、そのうち第４の中間像（Ｂ
   ＿４′）が不断にスペクトロメータ（１５）の入射クロ
   スオーバ面（Ｃ＿Ｅ′）に配置され、かつその場合第２
   の中間像（Ｂ＿２′＾＊）が不断に虚であるとともに、
   他の全ての中間像（Ｂ＿１′、Ｂ＿３′、Ｂ＿４′）が
   不断に実であることを特徴とする、特許請求の範囲第４
   項記載の透過形電子顕微鏡を使用し物体回折図形を電子
   エネルギを濾過し結像する方法。 ６、透過形電子顕微鏡を使用し物体を、電子エネルギを
   濾過し結像させるため、電子線源から射出する電子線が
   物体を照射し、物体が第１の結像工程から結像電子エネ
   ルギスペクトロメータの入射像面へ結像され、かつ同時
   に電子線源がスペクトロメータの入射クロスオーバ点へ
   結像され、さらにスペクトロメータ中で、選出可能なエ
   ネルギ領域の電子が濾去され、かつ濾過された物体像が
   スペクトロメータの射出像面から第２の結像工程を経て
   終像面へ結像されるための、第１の結像工程 （１４）を使用し、不変位置に存続する物体（１３）が
   最低８：１の倍率変更率でかつ低歪率で不断にスペクト
   ロメータ（１５）の入射像面（Ｂ＿Ｅ）へ結像され、か
   つ同時に電子線源の像が不断にスペクトロメータ（１５
   ）の入射クロスオーバ点（Ｃ＿Ｅ）へ結像され、かつ第
   ２の結像工程（１６）を使用し、スペクトロメータ（１
   ５）の射出像面（Ｂ＿Ａ）が一定の倍率で終像面（１７
   ）へ結像され、その場合この一定の倍率がたんにそれぞ
   れの検知装置（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の制限視野面
   に適合される方法を実施する装置において、第１の結像
   工程（１４）が４つの電子光学レンズ群（Ｏ、Ｐ＿１、
   Ｐ＿２、Ｐ＿３）から形成され、これら電子光学レンズ
   群が、それぞれの拡大工程およびそれぞれのレンズに所
   要の励磁電流が固定された給電ユニット（４１）に接続
   されていることを特徴とする透過形電子顕微鏡を使用し
   物体または物体回折図形を電子エネルギを濾過し結像す
   る装置。 ７、それぞれのレンズ群（Ｏ、Ｐ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３
   ）が１つまたはそれ以上の電子光学レンズから形成され
   ていることを特徴とする、特許請求の範囲第６項記載の
   透過形電子顕微鏡を使用し物体または物体回折図形を電
   子エネルギを濾過し結像する装置。 ８、入射クロスオーバ面（Ｃ＿Ｅ′）に偏向装置が配置
   され、この偏向装置により、第１の結像工程（１４）か
   ら射出する電子線束がスペクトロメータ（１５）の軸（
   ２４）に整列可能であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第６項または第７項のいずれかに記載の透過形電子
   顕微鏡を使用し物体または物体回折図形を電子エネルギ
   を濾過し結像する装置。 ９、スペクトロメータ（１５）の入射クロスオーバ点（
   Ｃ＿Ｅ）および入射像面（Ｂ＿Ｅ）間に、変換可能な円
   形孔（４２ａ、４２ｂ）を有する調節可能な開口絞り（
   ４２）が配置されていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第６項から第８項までのいずれか１項に記載の透過
   形電子顕微鏡を使用し物体または物体回折図形を電子エ
   ネルギを濾過し結像する装置。 １０、スペクトロメータ（１５）の分散面（Ｃ＿Ａ）中
   にその巾が可変のスリット絞り（４３）が配置され、こ
   のスリット絞りが、別々の計測線（４３ｄ、４３ｅ）が
   ケーシング（４３ａ）を経て接続された、相互にかつケ
   ーシング （４３ａ）と絶縁された２つのスリットジョー（４３ｂ
   、４３ｃ）から形成されていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第６項から第９項までのいずれか１項に記載
   の透過形電子顕微鏡を使用し物体または物体回折図形を
   電子エネルギを濾過し結像する装置。 １１、結像電子エネルギスペクトロメータ（１５）がプ
   リズム−ミラー−プリズム装置であり、そのプリズム（
   ２０）が非平面の入射−および射出面（５１、５２、５
   ３）を有することを特徴とする、特許請求の範囲第６項
   から第１０項までのいずれか１項に記載の透過形電子顕
   微鏡を使用し物体または物体回折図形を電子エネルギを
   濾過し結像する装置。 １２、入射−および射出面（５１、５２、５３）が一定
   の曲率半径Ｒ＿１およびＲ＿２で形成され、それらの価
   が以下の範囲内： １．０＜Ｒ＿１／Ｒ＜１．３５ ０．８＜Ｒ＿２／Ｒ＜１．８ にあり、但し入射する電子線（２５）の光軸（２４）お
   よび入射面（５１）上の入射点 （５５）における法線（５４）間の角度εに以下の範囲
   ： ４０°＜ε＜５５° が適用され、かつスペクトロメータの入射焦点距離（ｆ
   ＿１）およびスペクトロメータの円曲面の半径（Ｒ）よ
   り成る指数に以下の価：ｆ＿１／Ｒ≧１．８ が適用されることを特徴とする、特許請求の範囲第１１
   項記載の透過形電子顕微鏡を使用し物体または物体回折
   図形を電子エネルギを濾過し結像する装置。