JPH1196955A - 並行検出型エネルギー損失分析器 - Google Patents
並行検出型エネルギー損失分析器Info
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- JPH1196955A JPH1196955A JP9254684A JP25468497A JPH1196955A JP H1196955 A JPH1196955 A JP H1196955A JP 9254684 A JP9254684 A JP 9254684A JP 25468497 A JP25468497 A JP 25468497A JP H1196955 A JPH1196955 A JP H1196955A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の方式は３つ以上の４重極レンズと、２極
レンズと、６重極レンズを扇形磁場と並行型検知器の間
に設置する極めて複雑なレンズ系であった。 【解決手段】扇形磁場の入口と出口にそれぞれ、４重磁
極レンズと６重磁極レンズを設置して、分散のズームと
２次収束を実現する方法。
レンズと、６重極レンズを扇形磁場と並行型検知器の間
に設置する極めて複雑なレンズ系であった。 【解決手段】扇形磁場の入口と出口にそれぞれ、４重磁
極レンズと６重磁極レンズを設置して、分散のズームと
２次収束を実現する方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は透過型電子顕微鏡な
どで、試料を通過したエネルギー損失を分析して試料の
構成元素の情報を得る装置に関する。
どで、試料を通過したエネルギー損失を分析して試料の
構成元素の情報を得る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エネルギー損失分析器はＥＥＬＳ（Elec
tron Energy Loss Spectroscopy ）と呼ばれ、扇形磁場
を用いて、薄い試料を透過した電子のエネルギーを分離
して、電子と試料を構成する原子との非弾性衝突過程に
よるエネルギー損失を知ることにより、元素を同定する
技術である。従来は磁場を変えながら収束面に設置され
た狭いスリットを通して電子を検出する方法で検出効率
はよくなかった。
tron Energy Loss Spectroscopy ）と呼ばれ、扇形磁場
を用いて、薄い試料を透過した電子のエネルギーを分離
して、電子と試料を構成する原子との非弾性衝突過程に
よるエネルギー損失を知ることにより、元素を同定する
技術である。従来は磁場を変えながら収束面に設置され
た狭いスリットを通して電子を検出する方法で検出効率
はよくなかった。
【０００３】この欠点を克服するためにアメリカ合衆国
特許、USP4743,756 号公報に示されたＰＥＥＬＳ（Para
llel Detection Electron Energy Loss Spectrometer）
並行検出型電子エネルギー損失分析器が発明された。こ
の発明は扇形磁場のプリズムで電子線のエネルギー損失
に応じてを分散させ、プリズムに出口側に複数の４重極
レンズを備え、その内少なくとも２つはプリズムの分散
を拡大ズームさせ、他の１つで並行型検出器の面上に収
束させる機能を有している。図８に示すように、ＰＥＥ
ＬＳの実施例では磁場プリズムと検出器の間に４個の４
重極レンズを設置している。分散をズームする機能は図
中のＱ２１とＱ２３で行いＱ２２で検知器５０に収束さ
せている。この方式は現在、すべてのメーカの電子顕微
鏡に、エネルギー分析器として利用されている。
特許、USP4743,756 号公報に示されたＰＥＥＬＳ（Para
llel Detection Electron Energy Loss Spectrometer）
並行検出型電子エネルギー損失分析器が発明された。こ
の発明は扇形磁場のプリズムで電子線のエネルギー損失
に応じてを分散させ、プリズムに出口側に複数の４重極
レンズを備え、その内少なくとも２つはプリズムの分散
を拡大ズームさせ、他の１つで並行型検出器の面上に収
束させる機能を有している。図８に示すように、ＰＥＥ
ＬＳの実施例では磁場プリズムと検出器の間に４個の４
重極レンズを設置している。分散をズームする機能は図
中のＱ２１とＱ２３で行いＱ２２で検知器５０に収束さ
せている。この方式は現在、すべてのメーカの電子顕微
鏡に、エネルギー分析器として利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術を詳細に
検討すると次のような問題点が指摘できる。
検討すると次のような問題点が指摘できる。
【０００５】1)．磁場プリズムと検出器の間に４個以上
の多重極レンズ系を設置するので、構成が複雑で調整が
難しい。
の多重極レンズ系を設置するので、構成が複雑で調整が
難しい。
【０００６】2)．分散方向の収束をさせる４重極レンズ
Ｑ２２が扇形磁場の出口側にあるため、磁場の偏向量が
少しでも中心軌道からずれたり、変動すると収束条件か
ら外れ、分解能が低下する原因になる。
Ｑ２２が扇形磁場の出口側にあるため、磁場の偏向量が
少しでも中心軌道からずれたり、変動すると収束条件か
ら外れ、分解能が低下する原因になる。
【０００７】3)．ビームの広がり角に起因する２次収差
を少なくするために、扇形磁場の入口と出口の磁極端面
を凸面と凹面に加工した形状を図示しているが、収束さ
せる調整作業が複雑になり、また、ズームするために４
重極レンズＱ２１，Ｑ２３を変化させると、そのレンズ
作用による２次収差が新たに大きく発生し凹凸面による
収差除去の効果は出ない。
を少なくするために、扇形磁場の入口と出口の磁極端面
を凸面と凹面に加工した形状を図示しているが、収束さ
せる調整作業が複雑になり、また、ズームするために４
重極レンズＱ２１，Ｑ２３を変化させると、そのレンズ
作用による２次収差が新たに大きく発生し凹凸面による
収差除去の効果は出ない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、この従来技
術の機能をもっと簡単な構成で実施し、さらに上記の問
題点を解決しようとするものである。
術の機能をもっと簡単な構成で実施し、さらに上記の問
題点を解決しようとするものである。
【０００９】本発明を図１及び図２に示す。１３は図９
の従来技術の１３に相当し、試料１２を透過した電子ビ
ームをレンズ系（省略）によって点収束（クロスオー
バ）させた位置を示す。扇形磁場１５の手前には、電子
ビーム２の拡がりを制限する絞り穴１４と、電子ビーム
を扇形磁場の磁力線方向（ｙ方向）に偏向させる２極磁
場レンズ３３と、４重磁極レンズ２１と６重磁極レンズ
３１が設置され、扇形磁場の後には６重磁極レンズ３２
と、４重磁極レンズ２２が、並行検出器５０の間に設置
されている。
の従来技術の１３に相当し、試料１２を透過した電子ビ
ームをレンズ系（省略）によって点収束（クロスオー
バ）させた位置を示す。扇形磁場１５の手前には、電子
ビーム２の拡がりを制限する絞り穴１４と、電子ビーム
を扇形磁場の磁力線方向（ｙ方向）に偏向させる２極磁
場レンズ３３と、４重磁極レンズ２１と６重磁極レンズ
３１が設置され、扇形磁場の後には６重磁極レンズ３２
と、４重磁極レンズ２２が、並行検出器５０の間に設置
されている。
【００１０】扇形磁場１５のビームの入射および出射磁
極端面は、いわゆる斜め角度を有しており、ビームをｙ
方向に収束させる機能を持たせ、側面図に示したよう
に、４重磁極レンズ２２の位置に収束する条件に設定す
る。
極端面は、いわゆる斜め角度を有しており、ビームをｙ
方向に収束させる機能を持たせ、側面図に示したよう
に、４重磁極レンズ２２の位置に収束する条件に設定す
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図３に示す。ビ
ーム絞り１４は真空容器５１の中に設置されてるが２重
極，４重極，６重極レンズ系および扇形磁場はすべて大
気中に設置されビームの通る部分は非磁性体の金属（例
えば燐青銅）のチューブ５２で真空を保持されると共に
絶縁物を介して、設置電位の装置とレンズ系から絶縁さ
れた構造とする。
ーム絞り１４は真空容器５１の中に設置されてるが２重
極，４重極，６重極レンズ系および扇形磁場はすべて大
気中に設置されビームの通る部分は非磁性体の金属（例
えば燐青銅）のチューブ５２で真空を保持されると共に
絶縁物を介して、設置電位の装置とレンズ系から絶縁さ
れた構造とする。
【００１２】２重極レンズ３３，４重磁極レンズ２１，
２２および６重磁極レンズ３１，３２は図３，図４，図
５に示した構造を有する。おのおの円筒系の磁路(ヨー
ク)６１，磁極６２，励磁コイル６３を備え、かく磁極
の間には絶縁チューブ６４と真空容器チューブ６５を備
えた構造を持つ。
２２および６重磁極レンズ３１，３２は図３，図４，図
５に示した構造を有する。おのおの円筒系の磁路(ヨー
ク)６１，磁極６２，励磁コイル６３を備え、かく磁極
の間には絶縁チューブ６４と真空容器チューブ６５を備
えた構造を持つ。
【００１３】扇形磁石１５は磁極６７と励磁コイル６６
およびヨーク６８より構成される。磁極間の真空容器の
分析管６９は絶縁シートによって磁極と絶縁され、印加
端子７０より正電圧を印加される。出口側の４重磁極レ
ンズ２２でエネルギーの分散範囲をズームされた電子ビ
ームは並行型検出器５０によって同時計測される。
およびヨーク６８より構成される。磁極間の真空容器の
分析管６９は絶縁シートによって磁極と絶縁され、印加
端子７０より正電圧を印加される。出口側の４重磁極レ
ンズ２２でエネルギーの分散範囲をズームされた電子ビ
ームは並行型検出器５０によって同時計測される。
【００１４】
【発明の効果】本発明の構成により、扇形磁石１５で電
子ビーム２のエネルギーを分散させた後、後方の４重磁
極レンズ（Ｑ２）２２で分散を大きくズームすることが
できる。しかし並行型検出器５０の位置ではビームは収
束する必要があるので、前方の４重磁極レンズ（Ｑ１）
２１の磁場を調節して収束条件に設定する。これらの収
束条件はＴＲＩＯ（T.Matuo et al.;Computer Program,
TRIO for Third OrderCalculation of Ion Trajector
y;,Mass Spectrometry 24 (1976),pp 19−62)）と呼ば
れる軌道計算プログラムによりシュミレーションで求め
ることができる。本発明の図１の形状におけるＱ２によ
るズーム機能としての分散係数Ｄの変化と検知器での分
散（ｘ）方向の収束条件を図６に示す。ここに４重磁極
レンズのレンズ常数ＱＫＭはＴＲＩＯに基づいて下記の
式で表される。
子ビーム２のエネルギーを分散させた後、後方の４重磁
極レンズ（Ｑ２）２２で分散を大きくズームすることが
できる。しかし並行型検出器５０の位置ではビームは収
束する必要があるので、前方の４重磁極レンズ（Ｑ１）
２１の磁場を調節して収束条件に設定する。これらの収
束条件はＴＲＩＯ（T.Matuo et al.;Computer Program,
TRIO for Third OrderCalculation of Ion Trajector
y;,Mass Spectrometry 24 (1976),pp 19−62)）と呼ば
れる軌道計算プログラムによりシュミレーションで求め
ることができる。本発明の図１の形状におけるＱ２によ
るズーム機能としての分散係数Ｄの変化と検知器での分
散（ｘ）方向の収束条件を図６に示す。ここに４重磁極
レンズのレンズ常数ＱＫＭはＴＲＩＯに基づいて下記の
式で表される。
【００１５】
【数１】 ＱＲＭ＝√〔(Ｂ／ＱＲＭ)＊(ｅ／√（２ｍＵ)〕 …（１）
ここにＢは磁束密度、ＱＲＭは磁極に外接する円の半
径、ｅは電子の電荷、ｍは電子の質量、Ｕは通過する電
子のエネルギーを表す。また分散係数Ｄは次の式で表さ
れる。
ここにＢは磁束密度、ＱＲＭは磁極に外接する円の半
径、ｅは電子の電荷、ｍは電子の質量、Ｕは通過する電
子のエネルギーを表す。また分散係数Ｄは次の式で表さ
れる。
【００１６】
【数２】 Ｄ＝ｘ／δ＝ｘ／（ΔＵ／Ｕ） …（２）
ここに、ｘは分散距離、ΔＵはエネルギーの広がり範囲
を表す。
ここに、ｘは分散距離、ΔＵはエネルギーの広がり範囲
を表す。
【００１７】この図からレンズ常数を−５０から−３０
０まで変えることにより、分散係数Ｄを１から１００以
上変えることができ、その場合のＱ１レンズ常数の収束
条件はほぼ１０の付近で緩やかに変わることがわかる。
０まで変えることにより、分散係数Ｄを１から１００以
上変えることができ、その場合のＱ１レンズ常数の収束
条件はほぼ１０の付近で緩やかに変わることがわかる。
【００１８】点光源から広がる荷電ビームの幅ｘは２次
近似の式では次の式であらわされる。
近似の式では次の式であらわされる。
【００１９】
【数３】 ｘ＝Ａα＋Ｄδ＋ＡＡα2＋ＢＢβ2 …（３） ここにαおよびβはビームのｘ方向とｙ方向の広がり角
度をあらわし、ＡＡおよびＢＢはそれぞれの２次収差係
数をあらわす。
度をあらわし、ＡＡおよびＢＢはそれぞれの２次収差係
数をあらわす。
【００２０】４重磁極レンズだけで分散係数Ｄを拡大す
ると、２次収差係数ＡＡ，ＢＢも同時に大きくなり、分
解能を低下させる原因になる。その対策として本発明で
は、図１に示したように扇形磁石の前後に６重磁極レン
ズを備えている。その効果を図７に示す。６重極レンズ
による補正が無い場合は、Ｑ２レンズ常数を変えていく
と、ＡＡとＢＢも急激に増加するが、６重極レンズを用
いると、１００分の１以下に除去される。６重極レンズ
常数Ｈ１，Ｈ２の最適条件はＱ２レンズ常数に対して図
示した値で連動させればよい。
ると、２次収差係数ＡＡ，ＢＢも同時に大きくなり、分
解能を低下させる原因になる。その対策として本発明で
は、図１に示したように扇形磁石の前後に６重磁極レン
ズを備えている。その効果を図７に示す。６重極レンズ
による補正が無い場合は、Ｑ２レンズ常数を変えていく
と、ＡＡとＢＢも急激に増加するが、６重極レンズを用
いると、１００分の１以下に除去される。６重極レンズ
常数Ｈ１，Ｈ２の最適条件はＱ２レンズ常数に対して図
示した値で連動させればよい。
【図１】本発明の実施例として示した並行検出型エネル
ギー損失分析器の側面図。
ギー損失分析器の側面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１，図２の断面図。
【図４】図２，図５に使用した２重磁極レンズの断面
図。
図。
【図５】図２に使用した４重磁極レンズの断面図。
【図６】本発明の実施例である６重磁極レンズの断面
図。
図。
【図７】Ｑ２レンズによるズーム機能とＱ１の収束条件
との関係を示した特性図。
との関係を示した特性図。
【図８】本発明の６重磁極レンズの２次収差の除去効果
を示す特性図。
を示す特性図。
【図９】従来の並行検出型エネルギー損失分析器の平面
図。
図。
２…電子ビーム、１１…電子銃、１２…試料、１３…電
子ビームのクロスオーバ、１４…絞り、１５…扇形磁
場、２１〜２４…４重極レンズ、３１，３２…６重磁極
レンズ、３３…２重磁極レンズ、５０…並行型検知器、
５１…真空容器、５２…チューブ金属パイプ真空容器、
６１…磁路（ヨーク）、６２…磁極、６３…励磁用コイ
ル、６４…絶縁パイプ、６６…励磁コイル、６７…扇形
磁極、６８…ヨーク、６９…分析管、７０…正電圧印加
用端子。
子ビームのクロスオーバ、１４…絞り、１５…扇形磁
場、２１〜２４…４重極レンズ、３１，３２…６重磁極
レンズ、３３…２重磁極レンズ、５０…並行型検知器、
５１…真空容器、５２…チューブ金属パイプ真空容器、
６１…磁路（ヨーク）、６２…磁極、６３…励磁用コイ
ル、６４…絶縁パイプ、６６…励磁コイル、６７…扇形
磁極、６８…ヨーク、６９…分析管、７０…正電圧印加
用端子。
Claims (4)
- 【請求項１】斜め入出射で磁力線の方向に収束作用を有
する直線磁場端面の扇形磁場プリズムの入口と出口付近
にそれぞれ１つの４重磁極レンズと、フォトダイオード
アレイやスロースキャンＣＣＤ等による電子のエネルギ
ー損失スペクトルを並行検出する手段とを備えた並行検
出型エネルギー損失分析器において、前記４重磁極レン
ズの近傍に１つずつの６重磁極レンズを設置した並行検
出型エネルギー損失分析器。 - 【請求項２】請求項１において、出口側の４重磁極レン
ズの中心が扇形磁場プリズムの磁力線の方向の収束点に
設置され、磁場方向に垂直な分散方向にスペクトルを発
散させる分散距離を拡大できる機能を有し、入口側の４
重磁極レンズは検出器の面上にスペクトルを、分散方向
に収束させる機能を有し、前記入口と出口に設置された
６重磁極レンズはビームの広がりに関する２次収差を除
去する機能を有していることを特徴とする並行検出型エ
ネルギー損失分析器。 - 【請求項３】請求項１の構成において、４重磁極レンズ
と、６重磁極レンズと、扇形磁場プリズムとこれらを通
過する全軌道の周りを電気的に絶縁された金属容器で覆
い、その金属容器に正の電圧を印加して電子を加速する
ことにより、上記の磁場レンズ系の磁場を変えること無
く、エネルギー損失範囲を換えてスペクトルを検出する
ことを特徴とする並行検出型エネルギー損失分析器。 - 【請求項４】請求項１の４重磁極レンズと、６重磁極レ
ンズと、扇形磁場プリズムの磁場電流をあらかじめ調整
して決められた、最適な収束条件に基づいた値に連動す
るように、数値制御機能を備えたことを特徴とする並行
検出型エネルギー損失分析器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9254684A JPH1196955A (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 並行検出型エネルギー損失分析器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9254684A JPH1196955A (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 並行検出型エネルギー損失分析器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1196955A true JPH1196955A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17268437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9254684A Pending JPH1196955A (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 並行検出型エネルギー損失分析器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1196955A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010064360A1 (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-10 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置 |
| US20130256556A1 (en) * | 2010-12-13 | 2013-10-03 | Ingo Hofmann | Chromatic energy filter |
-
1997
- 1997-09-19 JP JP9254684A patent/JPH1196955A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010064360A1 (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-10 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置 |
| JP2010135072A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
| US8455823B2 (en) | 2008-12-02 | 2013-06-04 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam device |
| US20130256556A1 (en) * | 2010-12-13 | 2013-10-03 | Ingo Hofmann | Chromatic energy filter |
| US9390824B2 (en) * | 2010-12-13 | 2016-07-12 | Gsi Helmholtzzentrum Fuer Schwerionenforschung Gmbh | Chromatic energy filter |
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