DE19838600A1

DE19838600A1 - Energiefilter und Elektronenmikroskop mit Energiefilter

Info

Publication number: DE19838600A1
Application number: DE19838600A
Authority: DE
Inventors: Koji Kimoto; Yoshifumi Taniguchi; Shunroku Taya; Shigeto Isakozawa; Takashi Aoyama; Masakazu Saito; Tomoko Sekiguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP3518271B2; JPH1173899A; US6150657A; DE19838600B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenspek trometer oder Energiefilter, das Elektronen einer bestimmten Energie auswählt und ein Bild erzeugt. Insbesondere betrifft sie einen Energiefilter für ein Transmissionselektronenmikro skop sowie ein Elektronenmikroskop mit einem solchen Energie filter.

In den letzten Jahren konnte man auf dem Gebiet der elektrischen, magnetischen und mechanischen Materialien sowie bei Halbleitervorrichtungen den elektrischen, magnetischen und mechanischen Materialeigenschaften feine Materialstruktu ren zuordnen. Die Technik des Messens und Auswertens bei ho her Raumauflösung ist dabei als grundlegende Technik für die Materialentwicklung von Bedeutung. Ein Transmissionselektro nenmikroskop (TEM) stellt eine der Meßtechniken mit hoher räumlicher Auflösung dar. Um nicht nur Mikrostrukturen beob achten zu können sondern auch Kenntnisse durch Elementanaly se, Analyse chemischer Bindungen usw. erhalten zu können, wird außerdem eine Elektronenenergieverlustspektroskopie (electron energy loss spectroscopy EELS) angewendet, die die Energie der durch die Probe hindurchtretenden Elektronen ana lysiert (R. E. Egerton: Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, Plenum Press, 1986). Ein Verfahren zur Elektronenenergieverlustspektroskopie, in dem ein bildge bender Energiefilter vorgesehen ist und die Transmissions elektronen einer zweidimensionalen Energiedispersion bzw. -streuung unterworfen werden, wird energiefilternde Transmis sionselektronenmikroskopie (energy filtering transmission electron microscopy EE-TEM) genannt (L. Reimer Ed.: Energy- Filtering Transmission Electron Microscopy, Springer, 1995). Dieses Verfahren ist im Hinblick auf die folgenden Gesichts punkte ein wirksames Materialbeurteilungsverfahren:

(1) Durch Abtrennen inelastisch gestreuter Elektronen, die den Hintergrund darstellten, wird lediglich für die Elek tronen ohne Verlust ein Bild und Beugungsmuster erhalten und eine quantitative Beurteilung der Stärke ermöglicht (J. C. H. Spence und J. M. Zuo: Electron Microdeffraction, Plenum Press, 1992).
(2) Durch Beobachtung der inelastisch gestreuten Elek tronen ist es möglich, Informationen, beispielsweise zur Ele mentanalyse und chemischen Analyse zweidimensional zu erhal ten.

Energiefilternde Transmissionselektronenmikroskope kön nen einem Typ (säuleninternen Typ), bei dem ein Energiefilter in die Säule des Elektronenmikroskops eingebaut ist, oder ei nem Typ (säulennachgeordneten Typ), bei dem der Energiefilter dem hinteren Abschnitt der Mikroskopsäule hinzugefügt wird, zugeordnet werden.

Ein Beispiel des säuleninternen Typs ist ein Transmis sionselektronenmikroskop, das in JP-B-6-42358 offenbart ist. Ein säulennachgeordnetes Energiefilter betrifft ein System, das beispielsweise aus den Aufsätzen von O. L. Krivanek et al (O. L. Krivanek, A. J. Gubbens und N. Dellby: Microsc. Micro anal. Microstruct. 2 (1991), 315) bekannt ist. Im folgenden werden Merkmale der konventionellen Technik sowohl unter Be achtung des säuleninternen Typs als auch unter Beachtung des säulennachgeordneten Typs beschrieben.

(a) Konventionelles säuleninternes Energiefilter

Fig. 5 stellt eine schematische Darstellung eines Elek tronenmikroskops mit einem konventionellen säuleninternen Energiefilter dar. Das Elektronenmikroskop weist einen Aufbau auf, bei dem das Energiefilter zwischen einem Zwischenlinsen system und einem Projektionslinsensystem angeordnet ist. Ein von einer Elektronenkanone ausgestrahlter Elektronenstrahl wird zunächst von einer Beschleunigungsspannungsvorrichtung beschleunigt. Die Elektronen werden von einem Kondensorlin sensystem gebündelt und fallen auf eine Probe, die von einem Probenhalter gehalten wird. Der Elektronenstrahl bewirkt ver schiedene Wechselwirkungen mit der Probe und ein Teil des Elektronenstrahls verliert teilweise seine Energie. Der Wert des Energieverlusts hängt von der Wechselwirkung zwischen der Probe und den Elektronen ab. Der durch die Probe hindurchge tretene Elektronenstrahl wird von einer Objektivlinse und ei nem Zwischenlinsensystem vergrößert und erreicht das Energie filter des säuleninternen Typs. In diesem Fall wird ein letz ter Brennpunkt bzw. Strahl- oder Bündelknoten des Zwischen linsensystems in der Bündelknotenebene des Energiefilters ausgebildet und ein Bild (beispielsweise ein Elektronenmikro skopbild oder ein Beugungsmuster) wird von dem zu filternden Elektronenstrahl auf der Einfallsbildebene gebildet. In dem säuleninternen Energiefilter werden der Energie entsprechend verschiedene Wege bewirkt. In Fig. 5 ist ein mittlerer Elek tronenweg durch eine gekrümmte Linie wiedergegeben. Da der mittlere Weg den griechischen Buchstaben Ω zeichnet, wird das Energiefilter auch Ω-Filter genannt. JP-A-62-66552 be trifft beispielsweise ein säuleninternes Energiefilter, das einen Ω-artigen Elektronenweg erzeugt. Der vom Bündelknoten kommende Elektronenstrahl wird abhängig vom Wert des Energie verlusts an unterschiedlichen Positionen auf der Energiedis persionsebene zusammengeführt. Dementsprechend wird auf der Energiedispersionsebene ein Spektrum entsprechend der Größe des Elektronenenergieverlusts, d. h. ein Elektronenenergiever lustspektrum gebildet. Außerdem bildet der Elektronenstrahl einer Einfallsbildebene wieder ein Bild auf einer achromati schen Bildebene. Die Bildebene wird achromatische Bildebene genannt, da ein Elektronenstrahl anderer Energie ein Bild auch an der gleichen Position erzeugt (es gibt keine Energie dispersion). Der Elektronenstrahl wird nach Hindurchtreten durch das säuleninterne Energiefilter von dem Projektionslin sensystem vergrößert und auf einen Leuchtschirm, ein Bildauf nahmegerät usw. projiziert, die in einer Beobachtungskammer vorgesehen sind. Das Projektionslinsensystem und ein Energie schlitz weisen die folgenden beiden Aufgaben und Funktionen auf:

Eine der Funktionen besteht darin, durch Auswahl von Elektronen einer interessierenden Energie und Projizieren der achromatischen Bildebene auf den Leuchtschirm (oder das Bild aufnahmegerät) ein energiegefiltertes Bild zu beobachten. Die andere Funktion besteht darin, durch Projizieren von Elektro nen, die auf der Energiedispersionsebene erzeugt worden sind, auf den Leuchtschirm (oder das Bildaufnahmegerät) ohne Ver wendung des Energieauswahlschlitzes ein Elektronenenergiever lustspektrum zu messen.

Der Ω-artige Weg der Elektronenstrahlen innerhalb des säuleninternen Energiefilters kann unter Verwendung mehrerer miteinander kombinierter Elektronenspektrometer erreicht wer den. In diesem Stand der Technik werden vier Magnetsektoren verwendet. Ein Magnetsektor ist ein Gegenstand, um Elektronen unter Verwendung des Prinzips, daß der Umlaufradius von Elek tronen im Magnetfeld von der Elektronenenergie abhängt, zu streuen bzw. zu verteilen.

Das Hauptmerkmal des konventionellen säuleninternen Energiefilters liegt darin, daß die Wege der Elektronenstrah len im Energiefilter bezüglich einer Symmetrieebene symme trisch sind. Es ist bekannt, daß Bildfehler auf der achroma tischen Bildebene aufgrund der Symmetrie des Elektronen strahlwegs verringert werden. Dies stellt einen elektronenop tischen Vorteil des säuleninternen Typs dar. Ein allgemeines Merkmal des konventionellen säuleninternen Energiefilters be steht außerdem darin, daß eine Senkrechte zur Symmetrieebene und die Richtung der auf das Energiefilter einfallenden Elek tronen zueinander parallel sind. Damit sollen die Richtung der auf das Energiefilter einfallenden Elektronen und die Austrittsrichtung der Elektronen gleich sein. Neben den Ener giefiltern, die den in der Figur gezeigten Ω-artigen Weg er zeugen, gibt es unter den säuleninternen Energie filtern ei nen, in dem ein mittlerer von den Elektronen zurückgelegter Weg α-artig ist (JP-A-62-69456, JP-A-7-37536, JP-A-8-3699), einen Castaing-Henry-Energiefilter, bei dem ein elektrostati scher Spiegel und ein Magnetsektor miteinander kombiniert sind, und andere. Allen diesen ist jedoch gemeinsam, daß ein mittlerer Weg der Elektronenstrahlen bezüglich einer Symmetrieebene symmetrisch ist und die Senkrechte auf die Symme trieebene parallel zur Einfallsrichtung der Elektronenstrah len ist.

(b) Konventionelle säulennachgeordnete Energiefilter

Fig. 6 stellt eine schematische Darstellung eines Elek tronenmikroskops mit einem konventionellen säulennachgeordne ten Energiefilter dar. Optische Komponenten des Elektronenmi kroskops von einer Elektronenkanone bis zu einer Bildaufnah meeinrichtung sind bereits als Transmissionselektronenmikro skop bekannt. Am hinteren Abschnitt des Elektronenmikroskops ist ein säulennachgeordnetes Energiefilter angeordnet.

Durch Zurückziehen eines Leuchtschirms und des Bildauf nahmegeräts aus einer optischen Achse des Elektronenstrahls treten die Elektronenstrahlen in das säulennachgeordnete Energiefilter ein. In ihm wird die Energiedispersion durch einen einzelnen Magnetsektor hervorgerufen. In diesem Fall werden Elektronen von der Bündelknotenebene, die von einem Projektionslinsensystem gebildet wird, entsprechend ihrer Energie gestreut bzw. aufgespalten und auf eine Energiedis persionsebene projiziert. Die von einem Energieschlitz ausge wählten Elektronenstrahlen werden von Multipol-Linsen ver größert und auf einen Bilddetektor projiziert. Die Multipol- Linsen wirken ähnlich wie das Projektionslinsensystem in dem Elektronenmikroskop mit säuleninternem Energiefilter, proji zieren ein Bild von den vom Energieschlitz ausgewählten Elek tronen auf den Bilddetektor und sie projizieren ein Energie verlustspektrum auf der Energiedispersionsebene auf den Bild detektor.

Das Hauptmerkmal des konventionellen säulennachgeordne ten Elektronenmikroskops besteht darin, daß lediglich ein Ma gnetsektor vorgesehen ist. Von dem einzigen Magnetsektor wird dementsprechend keine achromatische Bildebene gebildet, wie sie in dem säuleninternen Energiefilter vorhanden war. Es ist daher notwendig, ein achromatisches Bild mit den Multipol- Linsen usw. zu bilden. Außerdem sind die Bildfehler durch den einzelnen Magnetsektor bekanntermaßen groß, da ein Elektro nenstrahl keine Symmetrie aufweist (N. Ajika, H. Hashimoto, K. Yamaguchi und H. Endo: Japanese Journal of Applied Phy sics, 24 (1985) L 41). Die Multipol-Linsen müssen unter Bil dung eines achromatischen Bilds und der Korrektur von Bild fehlern betrieben werden, so daß ihre Struktur komplizierter wird als die des Projektionslinsensystems in dem säuleninter nen Energiefilter. In den oben angegebenen Artikeln (O. L. Krivanek et al, 1991) stellen die Multipol-Linsen zwölfstu fige Linsen mit sechs Quadrupolstufen und sechs Sextupolstu fen dar und sind sehr kompliziert.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Energie filter zu liefern, das einfach im Aufbau ist und geringe Bildfehler aufweist. Außerdem soll ein Elektronenmikroskop mit dem Energiefilter zur Verfügung gestellt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in den unab hängigen Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung. Die Unteran sprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Energiefilter geliefert, das zu einem säulennachgeordneten Typ gemacht wer den kann, während die elektrooptischen Vorteile des säulenin ternen Typs beibehalten werden, so daß beinahe alle Probleme in den säuleninternen und säulennachgeordneten Energiefil tern gelöst werden können.

Im folgenden werden von der Erfindung gelöste Probleme unter Bezug auf die säuleninternen und säulennachgeordneten Energiefilter beschrieben.

(a) Probleme mit Bezug zum säuleninternen Energiefilter

Da ein Energiefilter in die Säule eines Elektronenmikro skops integriert ist, besteht das Problem, daß die Abmessun gen des Instruments groß werden. In dem in Fig. 5 gezeigten Stand der Technik liegt die Höhe des Instruments um die dem Energiefilter und einer Linsenstufe entsprechenden Höhe über der eines konventionellen Elektronenmikroskops. Dies bedeu tet, daß eine Kondensorapertur und ein Probenhalter, die von einer Person während der Beobachtung häufig bedient werden, vom Bedienungspult getrennt werden müssen, wodurch die Be dienbarkeit erheblich leidet.

Wenn die Gesamthöhe des Elektronenmikroskops groß wird, unterliegt das Instrument den Einflüssen mechanischer Vibra tionen und die Vibrationen der Probe machen es unmöglich, ei ne Verschlechterung der räumlichen Auflösung zu vermeiden. Außerdem erhöht sich der Schwerpunkt des Instruments, was von Sicherheitsgesichtspunkt aus unerwünscht ist. Wenn die Instru mentenhöhe 3 m erreicht, kann es in einem normalen Labor kaum noch eingebaut werden.

Außerdem erhöht sich die Energiedispersion, die einen der Leistungsparameter der Energiefilters darstellt, mit der Größe des Energiefilters, und sie ist umgekehrt proportional zur Beschleunigungsspannung (nach relativistischer Korrek tur). Um bei hoher Beschleunigungsspannung eine ausreichende Energiedispersion zu erhalten, ist es daher notwendig, das Energiefilter groß zu machen, wodurch die Größe des Instru ments weiter zunimmt. Ein solches säuleninternes Energiefil ter hoher Beschleunigungsspannung und ein Energiefilter gro ßer Energiedispersion waren daher schwer zu entwickeln.

Da sich das Energiefilter nicht zusätzlich in ein be reits fertiggestelltes Elektronenmikroskop einbauen läßt, ist es wenig vielseitig. Insbesondere wurden Elektronenmikroskope in den letzten Jahren nicht nur zur Beobachtung von Vergröße rungsansichten sondern auch in Kombination mit verschiedenen Analysatoren (beispielsweise bei der energiedispersiven Rönt genstrahlspektroskopie usw.) verwendet. Da das säuleninterne Energiefilter schwierig mit einem bereits fertiggestellten Instrument zu kombinieren ist, ist sein Anwendungsbereich demgegenüber sehr beschränkt.

(b) Probleme mit Bezug zum säulennachgeordneten Energiefilter

Ein Problem des säulennachgeordneten Energiefilters liegt darin, daß das Instrument kompliziert wird, weil kom plexe Multipol-Linsen zur Bildung von achromatischen Bildern und zur Korrektur von Bildfehlern notwendig sind. Wenn das Instrument kompliziert wird, erhöhen sich Ausrichtungsfakto ren, was von einer Bedienungsperson viel Übung verlangt. Ins besondere wirken sich Abweichungen von der Achse direkt auf Bildfehler aus, da die Multipol-Linse nicht symmetrisch zur Achse ist. Daher fehlt dem Instrument die Stabilität in der Leistung und die Achse muß häufig justiert werden.

Da lediglich ein Magnetsektor vorgesehen ist, sind au ßerdem die Bildfehler stets groß und die Bilder können große Fehler beinhalten.

Als Einrichtung zur Lösung der obigen Probleme ist in der vorliegenden Erfindung ein Energiefilter vorgesehen, in dem ein mittlerer Elektronenstrahlweg symmetrisch zu einer Symmetrieebene ist und sich die Senkrechte zur Symmetrieebene nicht parallel zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls be findet. Dadurch, daß der mittlere Weg des Elektronenstrahls symmetrisch gestaltet ist, ist es möglich, den elektro-opti schen Vorteil eines konventionellen säuleninternen Energie filters beizubehalten. Und durch Neigen der Senkrechten auf die Symmetrieebene gegenüber der Einfallsrichtung mit einem Winkel von 45° ist es möglich, den sich am Ende ergebenden Ablenkungswinkel der Elektronenstrahlen auf 90° festzusetzen, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß das Energiefilter auch an einem bereits hergestellten Elektronenmikroskop, ohne es zu modifizieren, installiert werden kann, wie dies bei einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter der Fall ist.

Die Einrichtungen der vorliegenden Erfindung können die folgenden Probleme lösen.

Zunächst können die folgenden Probleme des konventionel len säuleninternen Energiefilters gelöst werden:

(1) Da das Energiefilter der vorliegenden Erfindung in jedes beliebige Elektronenmikroskop aufgenommen werden kann, sind die Beschränkungen der Erweiterbarkeit, die ein Problem beim konventionellen säuleninternen Typ darstellten, aufgeho ben.
(2) Da sich die Gesamthöhe des Elektronenmikroskops durch Einbau des Energiefilters unter der Beobachtungskammer nicht erhöht, werden die mit der Vergrößerung der Abmessungen verbundenen Probleme mit dem säuleninternen Energiefilter ge löst. Ein übliches Elektronenmikroskop weist unter der Kame rakammer (bzw. der Beobachtungskammer) einen Raum mit einer Höhe von typischerweise 60 cm oder mehr auf. Ein solcher Raum erlaubt ein Energiefilter von ausreichender Leistung (beispielsweise mit einer Energiedispersion von 1 µm/Elektronenvolt) bei einem Elektronenmikroskop der 400 kV- Klasse oder einer kleineren Klasse, wie sie üblicherweise verwendet werden.
(3) Bei dem Instrument mit dem säuleninternen Energie filter kann eine Bedienungsperson, die das Energiefilter nicht benötigt, die Funktion des Elektronenmikroskops ohne funktionelle Änderungen, ohne Bedienung des Energiefilters nutzen. Da außerdem die Kondensorapertur und die Position des Probenhalters unverändert bleiben, ist das oben angesprochene Problem der Verschlechterung der Bedienbarkeit gelöst.

Ferner werden die folgenden Probleme des konventionellen säulennachgeordneten Energiefilters gelöst.

(1) Da die Aberrationskorrektur unter Verwendung kompli zierter Multipol-Linsen nicht benötigt wird, ist eine kompli zierte Achsenjustierung unnötig und die Bedienbarkeit wird erheblich verbessert. Bei einem konventionellen Instrument müssen beispielsweise mindestens sechs Faktoren (ein achroma tisches Bild, ein x-Fokus, ein y-Fokus, ein Spektralfehler in x-Richtung, ein Spektralfehler in y-Richtung und ein Längen- Breitenverhältnis des Bilds) justiert werden. Demgegenüber werden die Faktoren auf etwa 2 verringert (einem achromati schen Bild, einem x-Fokus).
(2) Da das Energiefilter selbst eine Funktion zum Auslö schen der Aberration aufweist, werden Bildfehler prinzipiell klein.
(3) Der Aufbau des Instruments wird einfach und es kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein einfal lendes Bild auf dem Leuchtschirm des Elektronenmikroskops verkleinert und auf die Einfallsebene des Energiefilters pro jiziert. Dadurch kann die Differenz zwischen der Vergrößerung auf dem Leuchtschirm und der endgültigen Beobachtungsvergrö ßerung klein gemacht werden. Verglichen mit einem Instrument, bei dem ein Bild, das etwa 20 mal so groß wie der Leucht schirm ist, auf die Bilddetektoreinrichtung in dem konventio nellen säulennachgeordneten Energiefilter projiziert wird, bedeutet dies eine Einrichtung, die die Vergrößerung auf ei nen kleineren Wert als diesen verringern kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Energiefil ters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Elektronenmikroskops mit einem Energiefilter nach der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Energiefil ters eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4(a) bis (d) jeweils eine schematische Darstellung eines Elektronenwegs bei der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Elektronenmikroskop mit einem konventionellen säuleninternen Energiefilter,

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Elektronenmikroskop mit einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter,

Fig. 7(a) bis (c) jeweils eine Ansicht zur Erläuterung des Unterschieds in einer Beobachtungsbildebene nach Durch tritt durch ein konventionelles Energiefilter und ein Ener giefilter nach der Erfindung, wobei Fig. 7(a) ein Gittermu ster einer Einfallsbildebene, Fig. 7(b) ein Beispiel eines Gittermusters, das von einem konventionellen säulennachgeord neten Typ auf eine achromatische Bildebene projiziert worden ist, und Fig. 7(c) ein Beispiel eines nach der Erfindung projizierten Gittermusters zeigt, und

Fig. 8(a) und (b) jeweils eine schematische Darstellung der Form eines Energiefilters, wobei Fig. 8(a) ein Beispiel der Form eines konventionellen Energiefilters und Fig. 8(b) ein Beispiel der Form eines Energiefilters der Erfindung dar stellt.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Energie filter aus vier Elektronenspektrometern 18a, 18b, 18c und 18d, d. h. einem ersten, einem zweiten, einem dritten und ei nem vierten Elektronenspektrometer zusammengesetzt, die je weils im gepunkteten Bereich der Figur ein homogenes Magnet feld erzeugen können.

Der von einer Brenn- bzw. Bündelknotenebene 10 ausge hende Elektronenstrahl 11 mit bestimmter Energie läuft über eine Strecke DL1 und wird von dem ersten Elektronenspektrome ter 18a mit einem Radius R1 und einem Winkel α1 abgelenkt. Der Elektronenstrahl 11 läuft weiterhin über eine Strecke DL2 und erreicht das zweite Elektronenspektrometer 18b, das ihn mit einem Radius R2 und einem Winkel α2 ablenkt. Dann durch läuft der Elektronenstrahl 11 eine Strecke DL3 und wird von einem dritten und einem vierten Elektronenspektrometer 18c und 18d jeweils wiederum abgelenkt, woraufhin er aus dem Energiefilter austritt.

Wenn ein Elektronenstrahl mit von dem obengenannten Elektronenstrahl verschiedener Energie von der Bündelknoten ebene 10 ausgeht, unterscheidet sich der Umlaufradius (R1, R2), so daß der Elektronenstrahl ein von dem obengenannten Weg 11 verschiedenen Elektronenweg erzeugt und damit an einer anderen Position zusammenläuft. Der mittlere Weg 11 der von den vier Elektronenspektrometern abgelenkten Elektronenstrah len ist zur Symmetrieebene 13 symmetrisch. Der hier beschrie bene mittlere Elektronenstrahlweg bedeutet einen mittleren Weg in der Gegend der optischen Achse, der von Elektronen mit der zu beobachtenden Energie erzeugt wird. Durch Festsetzen von Formparametern wie den Umlaufradien (R1, R2) und den Ab lenkwinkeln (α1, α2) der Elektronenspektrometer, der Strec ken (DL2, DL3) zwischen den Elektronenspektrometern, den Win keln (ε1, ε2, ε3, ε4) zwischen dem Elektronenstrahlweg und den Enden der Magnetpole auf jeweils vorbestimmte Werte wird ein Elektronenstrahl, der von der die Strecke DL1 von dem ersten Elektronenspektrometer entfernt angeordneten Bündelknoten ebene 10 ausgeht, unter Energiedispersion an einer Energie dispersionsebene 15 zusammengeführt und Elektronen, die von der einen Abstand L von der Bündelknotenebene 10 aufweisenden Einfallsbildebene 12 ausgehen, bilden auf einer achromati schen Bildebene 14 ein Bild ohne Energiedispersion. Zum Be trieb als gewünschtes abbildendes Energiefilter können die genannten Formparameter nicht willkürlich gewählt werden. Die Formparameter müssen durch Berechnung optimiert werden, bei spielsweise unter Verwendung eines Rechenprogramms für Elek tronenstrahlwege, das in der Literatur veröffentlicht ist (T. Matsuo et al: Mass Spectroscopy 24 (1976) 19-62).

Das vorliegende Energiefilter ist dadurch gekennzeich net, daß der mittlere Elektronenstrahlweg 11 symmetrisch zur Symmetrieebene 13 ist und der Winkel Θ zwischen der Senk rechten 13' auf die Symmetrieebene 13 und einer Einfallsrich tung 16 des Elektronenstrahls die Bedingung 0° < Θ < 90° er füllt. Im Energiefilter des vorliegenden Ausführungsbeispiels beträgt der Winkel zwischen der Einfallsrichtung 16 und der Senkrechten 13' auf die Symmetrieebene 13 45° und der Winkel zwischen der Einfallsrichtung 16 und der Austrittsrichtung 17 des Elektronenstrahls (der endgültige Ablenkungswinkel) ist 90° gewählt.

Demgegenüber beträgt in jedem konventionellen säulenin ternen Energiefilter nach Fig. 5, obwohl eine Symmetrieebene 13 vorhanden ist, zu der der mittlere Elektronenstrahlweg 11 symmetrisch ist, der Winkel Θ zwischen der Einfallsrichtung 16 des Elektronenstrahls und der Senkrechten 13' auf die Sym metrieebene 13 0°.

Und in dem konventionellen säulennachgeordneten Energie filter von Fig. 6 existiert ohne komplizierte Multipol-Lin sen prinzipiell keine achromatische Bildebene 14, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel.

Bekanntermaßen können viele Bildfehler auf der achroma tischen Bildebene verringert werden, indem der Elektronenweg symmetrisch gestaltet wird, und Energiefilter mit unter schiedlichen Elektronenwegen sind vorgeschlagen worden. In diesem gesamten Stand der Technik war die Senkrechte zur Sym metrieebene jedoch parallel zur Einfallsrichtung des Elektro nenstrahls. Für ein Energiefilter, wie dem des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem die Senkrechte 13' zur Symme trieebene gegenüber der Einfallsrichtung 16 geneigt ist, gibt es jedoch keinen Bericht über eine Berechnung, und es wurde bisher nicht untersucht, ob es als Energiefilter anwendbar ist.

Damit ein Energiefilter mit mehreren kombinierten Ma gnetpolen einen symmetrischen Elektronenweg aufweist und eine achromatische Bildebene sowie eine Energiedispersionsebene ausbildet, sind Untersuchungen unter Verwendung eines Berech nungsprogramms und der Optimierung der Form notwendig. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gelten die folgenden Werte (Wertesatz (I)) für den Elektronenweg:
DL1 = 54 mm
DL2 = 53 mm
DL3 = 40 mm
R1 = 28 mm
R2 = 61 mm
α1 = 79°
α2 = 124°
ε1 = 35°
ε2 = 7°
ε3 = 7°
ε4 = 18°
L = 81 mm.

Innerhalb der folgenden Bereiche sind auch andere Ab lenkungswinkel als die oben angegebenen numerischen Werte für Energiefilter geeignet:
60° ≦ α1 ≦ 85°
105° ≦ α2 ≦ 130°.

Im folgenden wird unter Bezug auf Fig. 2 ein Ausfüh rungsbeispiel eines Elektronenmikroskops, das mit einem Ener giefilter kombiniert ist, beschrieben.

Zunächst wird der Betrieb des Elektronenmikroskops er läutert. Ein Elektronenstrahl 22, der von einer Elektronen kanone 21 ausgesandt wird, wird von einer Beschleunigungs spannungsvorrichtung 23 beschleunigt und von einem Kondensor linsensystem 24 zusammengeführt, woraufhin er darin auf eine an einem Probenhalter befestigte Probe 26 einfällt. Der durch die Probe hindurchgetretene Elektronenstrahl wird von einer Objektivlinse 28 sowie einem Zwischen- und Projektionslinsen system 30 vergrößert und auf eine Bildbeobachtungseinrich tung, beispielsweise einen in einer Beobachtungskammer 31 vorgesehenen Leuchtschirm 33 projiziert und beobachtet. Al ternativ wird der Elektronenstrahl 22 auf ein Bildaufnahmege rät 36 wie beispielsweise einen photographischen Film für Elektronen oder eine Bildplatte, die in einer Kamerakammer 32 vorgesehen sind, projiziert und dort aufgezeichnet. Eine Be dienungsperson beobachtet ein auf den Leuchtschirm 33 proji ziertes Bild über ein Beobachtungsfenster 34 und bedient ein Bedienungspult.

Nun wird ein Energiefilter-Instrument nach dem vorlie genden Ausführungsbeispiel erläutert.

Im Energiefilter wird zunächst ein Elektronenmikroskop bild, das auf dem Leuchtschirm 33 ausgebildet ist, unter Ver wendung eines Vorfilterlinsensystems 41 auf die Einfallsbild ebene 12 des Energiefilters projiziert. Jenes arbeitet hier so, daß am Ort der Bündelknotenebene 10 des Energiefilters ein Strahl- bzw. Bündelknoten gebildet wird. Innerhalb des Energiefilters folgen Elektronen einem symmetrischen Weg 11, der bezüglich der Symmetrieebene 13 wie in Fig. 1 gezeigt symmetrisch ist, und sie bilden die achromatische Bildebene 14 und die Energiedispersionsebene 15 aus. Auf der Energie dispersionsebene 15 ist ein Energieschlitz 40 vorgesehen. Der Energieschlitz 40 weist eine veränderbare Schlitzbreite auf und es ist möglich, den Schlitz weit aus dem Elektronen strahlweg herauszuziehen. Der durch den Energieschlitz 40 hindurchgetretene Elektronenstrahl wird von einem Nachfilter linsensystem 42 vergrößert und sein Elektronenmikroskopbild 43 wird auf einen Bilddetektor 44 projiziert.

Das Nachfilterlinsensystem 42 weist im wesentlichen die folgenden beiden verschiedenen Funktionen auf, wie dies auch bei dem Projektionslinsensystem 52 des konventionellen säuleninternen Energiefilters der Fall ist. Die erste Funk tion besteht darin, daß das Nachfilterlinsensystem 42 das durch den Energiefilter auf der achromatischen Bildebene 14 erzeugte Bild auf den Bilddetektor 44 projiziert. Dadurch kann ein Bild, das von Elektronen der von dem Energieschlitz 40 ausgewählten Energie erzeugt ist, d. h. ein energiegefil tertes Bild von dem Bilddetektor 44 gemessen werden. Eine weitere Funktion besteht darin, ein Bild, das von Elektronen auf der Energiedispersionsebene 15 erzeugt wird, auf den Bilddetektor 44 zu projizieren. Da entsprechend dem Energie unterschied gestreute Elektronen wie beschrieben auf die Energiedispersionsebene 15 geworfen werden, wird ein Energie verlustspektrum beobachtet.

In dieser Art betrifft das vorliegende Ausführungsbei spiel auch ein Energiefiltersystem, das später unter der Säule des Elektronenmikroskops angebracht werden kann.

Üblicherweise wird ein Elektronenmikroskop von einer Be dienungsperson betrieben, die auf einem Stuhl sitzt, während sie den Leuchtschirm in der Beobachtungskammer beobachtet. Die Höhe der Beobachtungskammer ist daher im allgemeinen auf 70 bis 100 cm festgelegt. Außerdem ist das Bedienungspult für das Elektronenmikroskop etwa auf der gleichen Höhe (35) ange ordnet. Aus allgemeinen ingenieurstechnischen Gründen ist un ter der Kamerakammer 32 ein Raum mit einer Höhe von 60 cm oder mehr vorgesehen. Daher kann das Energiefilterinstrument in diesem Raum angeordnet werden. Eine Größe des Energiefil ters von 30 bis 50 cm genügt, um auch eine ausreichende Ener giedispersion (1 µm/Elektronenvolt) bei beispielsweise 200 bis 400 kV sicherzustellen, so daß das Energiefilterinstru ment mit dem Vorfilterlinsensystem 41 zufriedenstellend unter der Kamerakammer 32 angebaut werden kann.

Da andererseits in einem konventionellen Energiefilter der endgültige Ablenkungswinkel nicht 90° beträgt, steht nicht ausreichend Platz zur Verfügung, um das Projektions linsensystem und den Bilddetektor am Ende des Energiefilters anzuordnen und es ist unmöglich, sie wirklich darin einzu bauen. Das Energiefilter mit 90° Ablenkung nach dem vorlie genden Ausführungsbeispiel ermöglicht es, das Energiefilter instrument in dem genannten Raum anzuordnen und die Elektro nenstrahlsymmetrie beizubehalten.

Außerdem ändert der Einbau des Energiefilters nicht die Positionen des von einem Benutzer bedienten Bedienungspults, einer Apertur 29 für eine ausgewählte Fläche, einer Objektiv apertur 27, einer Kondensorapertur 25 und des Probenhalters 26, so daß sich der Vorteil ergibt, daß die Bedienungsfreund lichkeit des konventionellen Instruments nicht verlorengeht.

Der Einbau des Energiefilterinstruments unter der Kame rakammer 32 führt zu keiner Erhöhung des Schwerpunkts des ge samten Instruments, so daß dieses kaum durch mechanische Vi brationen beeinflußt wird, die einen der großen Faktoren bei der Verschlechterung der Ortsauflösung bei der Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop darstellt.

Da außerdem die Höhe des Instruments nicht zunimmt, wird kein Sicherheitsproblem verursacht.

Da in dem Raum unter der Kamerakammer noch ein Spielraum verbleibt, kann das Energiefilter noch weiter vergrößert wer den. Bein konventionellen säuleninternen Typ, der in Fig. 5 gezeigt ist, wird die Größe des Energiefilters von der Ver größerung 53 der Höhe des Instruments bestimmt, so daß die Größe des Energiefilters auf einen kleinen Wert beschränkt war. Dies ist einer der Gründe, warum das säuleninterne Ener giefilter bei Instrumenten mit hoher Beschleunigungsspannung schwierig zu verwenden ist. Da die Beschleunigungsspannung größer wird, kann eine ausreichende Energiedispersion (d. h. die Leistungsfähigkeit bei der Elektronenspektroskopie) auch mit dem gleichen Energiefilter nicht mehr erreicht werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch beispiels weise sogar noch ein Energiefilter der gleichen Größe von fast 50 cm wie es als konventionelles säuleninternes Energie filter zu groß für die Anwendung ist, noch eingebaut werden, so daß ein Energiefilter höherer Leistungsfähigkeit als das konventionelle Energiefilter oder ein Energiefilter für eine höhere Beschleunigungsspannung zur Verfügung gestellt werden kann.

Außerdem wird bei dem Energiefilter des Ausführungsbei spiels die übliche Funktion des Elektronenmikroskops vor und nach der Installation des Energiefilters nicht verändert, so daß diese Funktion nicht verlorengeht. Der Benutzer, der ein konventionelles Betriebsverfahren des Elektronenmikroskops anwendet, wird im Zuge des Einbaus des Energiefilters nicht zu besonderem Können im Umgang mit einem neuen Betriebsver fahren gezwungen.

In den vergangenen Jahren wurden Elektronenmikroskope außerdem oft mit Zubehör versehen und das vorliegende Ener giefilter kann ebenso mit verschiedenen Elektronenmikroskopen kombiniert werden.

Da das Energiefilter selbst die Fähigkeit zur Korrektur von Aberrationen aufweist, kann es im Vergleich zu einem kon ventionellen säulennachgeordneten Energiefilter einfach ohne Multipol-Linsen aufgebaut sein. Weil es keine komplizierten Multipol-Linsen benötigt, kann die Stabilität und Bedienungs freundlichkeit des Instruments verbessert werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Energiefilters wird nun unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Dieses Energiefilter ist aus drei Elektronenspektrometern 19, 19b, 19c zusammenge setzt. Ein gewünschtes abbildendes Energiefilter kann erhal ten werden, indem den Formparametern beispielsweise die fol genden Werte gegeben werden:
DL1 = 215 mm
L = 142 mm
DL2 = 63 mm
R1 = 30 mm
R2 = 63 mm
α1 = 76,9°
α2 = 116,2°
ε1 = 29,5°
ε2 = 13,4°
ε3 = 33°.

Die Fig. 4(a) bis (d) zeigen jeweils Ausführungsbei spiele mit denkbaren Elektronenbahnen. Die Fig. 4(a) und (b) sind schematische Darstellungen der entsprechenderweise in den Fig. 1 und 3 gezeigten Energiefilter. Die Fig. 4(c) und (d) zeigen jeweils andere bevorzugte Elektronenbah nen.

Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen Magnetsekto ren als Elektronenspektrometer verwendet werden, die jeweils ein gleichförmiges Magnetfeld erzeugen, sind die Elektronen spektrometer nicht darauf eingeschränkt. Denn die gleiche Wirkung kann beispielsweise durch eine Kombination eines elektrostatischen Spiegels und eines Magnetsektors oder durch Verwendung von Sektoren, die inhomogene Magnetfelder erzeu gen, erzielt werden. Außerdem kann die gleiche Funktion durch Kombination von von den Magnetsektoren verschiedenen Multi pol-Linsen erreicht werden.

Die Aberration kann außerdem durch gekrümmte Flächen in den Polflächen erheblich verringert werden.

Die Fig. 7(a) bis (c) stellen die praktische Wirksam keit der Erfindung im Vergleich mit einem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter dar. Die Fig. 7(a) zeigt ein Testmuster (a) für eine Einfallsbildebene, die Fig. 7(b) zeigt ein Beispiel (b) eines Energiefilterbilds, das mittels eines konventionellen Nachsäulenenergiefilters erhalten wurde und die Fig. 7(c) zeigt ein Beispiel (c) eines Energiefil terbilds nach der Erfindung. Im Beispiel nach der Erfindung von Fig. 7(c) wurde eine Berechnung unter Verwendung des obengenannten Wertesatzes (I) der Formparameter für einen Elektronenfilter und unter Festlegung der Vergrößerung des Nachfilterlinsensystems 42 auf den Faktor 100 berechnet. Für die Berechnung wurde das Programm in dem bereits erwähnten Aufsatz (T. Matsuo et al: Mass Spectroscopy 24 (1976) 19-62) verwendet.

Im Beobachtungsbeispiel mittels des konventionellen säu lennachgeordneten Energiefilters in Fig. 7(b) wurde durch Projektion ein fehlerbehaftetes Gitterbild erhalten. Als sol ches wird es natürlich im Hinblick auf das quadratische Git terbild, das in der Einfallsbildebene in Fig. 7(a) beobach tet wird, erhalten, aber seine Form beruht auf der Störung aufgrund der Aberration des Filters. Im vorliegenden Beispiel ist das Muster so gestört, daß es wie durch Pfeile angezeigt in Querrichtung gestreckt ist. Die Hauptursache dafür besteht darin, daß die Störung in einem einzigen Magnetsektor groß ist. Da die Multipol-Linsengruppe zur Korrektur der Störung keine axialsymmetrischen Linsen bilden, können solche Fälle, in denen sich die Vergrößerung in vertikaler Richtung und in Querrichtung unterscheidet, häufig auftreten. Darüber hinaus ist der von den Pfeilen angegebene Abschnitt zur linken Seite hin konkav gestört. In dieser Art wohnt dem konventionellen säulennachgeordneten Energiefilter natürlicherweise ein gro ßer Bildfehler inne. Es ist schwierig, diesen Fehler durch einfaches Fokussieren zu korrigieren, so daß es notwendig ist, mehrere Linsen mit sechs Stufen an Quadrupol-Linsen und sechs Stufen an Sextupol-Linsen hinzuzunehmen, wodurch jedoch der Betrieb sehr schwierig wird.

Bei dem in Fig. 7(c) gezeigten Ausführungsbeispiel ist die beim Stand der Technik nach Fig. 7(b) beobachtete Abwei chung des Verhältnisses von Länge und Breite jedoch nicht sichtbar. Bemerkenswerterweise tritt auch ein solcher Fehler wie eine konkave Krümmung nicht auf. Der Grund für dieses vorteilhafte Verhalten liegt darin, daß das Energiefilter selbst eine Funktion zur Korrektur der Aberration durch eine symmetrisch vorgesehene Elektronenbahn aufweist.

Die durch Berechnung der Energiefilter (a) und (b) er haltene Leistung ist in Tabelle 1 aufgelistet, wodurch die praktischen Wirkungen der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem bekannten säuleninternen Energiefilter im einzelnen dargestellt sind. Dabei stellt (a) ein Beispiel einer Anord nung von Magnetsektoren, die in Fig. 8(a) gezeigt ist, und (b) eine Anordnung von Magnetpolen, die von dem Wertesatz (I) der Formparameter des obigen Ausführungsbeispiels festgelegt und in Fig. 8(b) gezeigt ist, dar.

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, kann bei der Erfindung dann, wenn der Hauptaberrationskoeffizient AA für die Ener giedispersionsebene klein gehalten wird, der Aberrations koeffizient XX, der den Fehler in der achromatischen Bild ebene ausdrückt, kleiner als bisher gemacht werden und die Energiedispersion D ist groß. Wenn der Abstand zwischen dem Bündelknoten und der Einfallsbildebene auf L festgesetzt ist, wird ein Parameter M, der die Leistung des Energiefilters wiedergibt und sich als M = D×L²/|AA| ergibt, im Ver gleich zum konventionellen Energiefilter erheblich verbes sert.

Der Grund dafür, daß die Erfindung ein so ausgezeich netes Energiefilter liefert, liegt darin, daß es sich bei dem Filter um einen säulennachgeordneten Typ handeln kann, der Filterentwurf von großen Beschränkungen freigehalten werden kann und die Filterform optimiert werden kann, wobei die Sym metrie der Elektronenbahn beibehalten wird.

Wie erläutert, löst die Erfindung viele Probleme des konventionellen Energiefilters für ein Elektronenmikroskop und erreicht die folgenden neuen Wirkungen. Diese Wirkungen werden im folgenden im Vergleich zu einem konventionellen Energiefilter beschrieben.

(1) Ein Energiefilter mit einfacherem Aufbau als ein konventionelles Energiefilter kann zur Verfügung gestellt werden.
(2) Die Bedienbarkeit wird verbessert, da der Aufbau einfacher als beim konventionellen säulennachgeordneten Ener giefilter ist.
(3) Ein Bild mit geringeren Fehlern kann mittels weniger struktureller Komponenten als beim konventionellen säulen nachgeordneten Energiefilter erhalten werden.

Im Vergleich zu einem anderen Energiefiltertyp, d. h. ei nem säuleninternen Energiefilter, können die folgenden neuen Wirkungen erzielt werden.

(1) Einer Verschlechterung der Bedienungsfreundlichkeit, die von einer Vergrößerung der Höhe verursacht wurde, sowie eine Verschlechterung der Sicherheit aufgrund einer Verlänge rung des Instruments, die beim säuleninternen Energiefilter ein Problem darstellten, kann begegnet werden.
(2) Da bei einem säuleninternen Energiefilter die Posi tion der Probe nach oben verlegt wird, war dieses anfällig für mechanische Schwingungen. Das Energiefilter der vorlie genden Erfindung ist jedoch kaum solchen Schwingungen unter worfen.
(3) Da nahezu alle die Größe betreffenden Probleme ge löst sind, kann die Leistungsfähigkeit des Elektronenspektro meters mit einem groß ausgelegten Energiefilter verbessert werden.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht nötig, ein Elektronenmikroskop selbst zu verändern, so daß die Erfindung auf verschiedene Verfahren unter Verwendung eines Elektronen mikroskops ohne verändert werden zu müssen, angewendet werden kann. So kann beispielsweise eine neue Elektronendetektorein richtung für verschiedene Verfahren, einschließlich der Elek tronenholographie mit einem Elektronenstrahl-Biprisma, einem Elektronenmikroskopierverfahren bei ultraniedriger Temperatur zur Verhinderung von Strahlenschäden an der Probe und einem abtastenden Transmissionselektronenmikroskopieverfahren zur Beobachtung eines Bilds durch Betrieb mit einem zusammenge führten Elektronenstrahl verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, Elektronen unterschiedlicher Energie auf der Energiedispersionsebene zu streuen bzw. aufzuspalten und auszuwählen sowie in der achro matischen Bildebene ein energiegefiltertes Bild zu beobach ten.

Für das Energiefilter ist es also notwendig, die Ener giedispersionsebene und die achromatische Bildebene gleich zeitig an verschiedenen Orten auszubilden.

Bezugszeichenliste

10

Brennpunkt- bzw. Strahl- oder Bündelknotenebene

11

mittlerer Weg eines Elektronenstrahls

12

Eingangsbildebene

13

Symmetrieebene

13

'Senkrechte auf die Symmetrieebene

14

achromatische Bildebene

15

Energiedispersionsebene

16

Einfallsrichtung eines Elektronenstrahls

17

Austrittsrichtung eines Elektronenstrahls

18

a,

18

b,

18

c,

18

derstes, zweites, drittes, viertes Spektrometer

19

a

, 19

b

, 19

cerstes, zweites, drittes Spektrometer

21

Elektronenkanone

22

Elektronenstrahl

23

Beschleunigungsspannungsvorrichtung

23

'Beschleunigungselektrode

24

Kondensorlinsensystem

25

Kondensorapertur

26

Probe und Probenhalter

27

Objektivapertur

28

Objektivlinse

29

Auswahlflächenapertur

30

Zwischen- und Projektionslinsensystem

31

Beobachtungskammer

32

Kamerakammer

33

Leuchtschirm

34

Beobachtungsfenster

35

Bedienungspulthöhe

36

Bildaufnahmegerät

40

Energieschlitz

41

Vorfilterlinsensystem

42

Nachfilterlinsensystem

43

Elektronenmikroskopbild

44

Bilddetektor

50

säuleninternes Energiefilter

51

Zwischenlinsensystem

52

Projektionslinsensystem

53

Abschnitt, um den sich die Höhe gegenüber dem konventionellen Elektronenmikroskop erhöht

60

Bündelknotenebene des Projektionslinsensystems

61

Magnetsektor

62

a,

61

bMultipol-Linsen

Claims

1. Energiefilter, in dem die von einer Bündelknotenebene (10) ausgehenden Elektronen eine Energiedispersionsebene (15) und die von einer Eingangsbildebene (12) ausgehenden Elektro nen eine achromatische Bildebene (14) bilden und ein mittle rer Elektronenstrahlweg bezüglich einer Symmetrieebene (13) symmetrisch ist, wobei eine Senkrechte (13') zur Symmetrie ebene (13) gegenüber einer Einfallsrichtung (16) des Elektro nenstrahls um einen Winkel Θ mit 0° < Θ < 180° geneigt ist.

2. Energiefilter mit mindestens einem Elektronenspektro meter (18a bis d, 19a bis c) und mit einem gebogen verlaufen den Elektronenstrahlweg, der bezüglich einer Symmetrieebene (13) symmetrisch ist, wobei eine Senkrechte (13') zur Symme trieebene (13) gegenüber einer Einfallsrichtung (16) des Elektronenstrahls um einen Winkel Θ mit 0° < Θ < 180° ge neigt ist.

3. Energiefilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Winkel Θzwischen der Senkrechten (13') zur Symmetrieebene (13) und der Einfallsrichtung (16) des Elektronenstrahls 45° beträgt.

4. Energiefilter mit n Elektronenspektrometern (11a bis d, 19a bis c), wobei n mindestens zwei beträgt, und mit Ablen kungswinkeln α1, α2 . . . αn des Elektronenstrahls durch die entsprechenden Elektronenspektrometer, für die die folgenden Beziehungen gelten: α1 = αn, α2 = αn - 1. . . und wobei für den sich am Ende ergebenden Ablenkungswinkel αe gilt: 0° < αe < 180°.

5. Energiefilter nach Anspruch 4, wobei der sich am Ende ergebende Ablenkungswinkel αe 90° beträgt.

6. Energiefilter mit mehreren Elektronenstreueinrichtung (18a bis d) mit viermaliger Ablenkung eines Elektronenstrahls (22), wobei die jeweiligen Ablenkungswinkel α1, α2, α3, α4 des Elektronenstrahls durch die Elektronenstreueinrichtungen die folgenden Bedingungen erfüllen:
α1 = α4 und α2 = α3, 30° ≦ α1 ≦ 135°, 60° ≦ α2 ≦ 180° und α1 < α2.

7. Energiefilter nach Anspruch 6, mit 60° ≦ α1 ≦ 85° und 105° ≦ α2 ≦ 130°.

8. Energiefilter nach Anspruch 6 oder 7, wobei der sich am Ende ergebende Ablenkungswinkel αe 90° beträgt.

9. Energiefilter mit mehreren Elektronenstreueinrichtungen (19a bis c) mit dreimaliger Ablenkung eines Elektronenstrahls (22), wobei die jeweiligen Ablenkungswinkel α1, α2, α3 des Elektronenstrahls durch die Elektronenstreueinrichtungen die folgenden Bedingungen erfüllen:
α1 = α3 und 30° ≦ α1 ≦ 135°.

10. Energiefilter nach Anspruch 6 oder 9, wobei die Summe α1 + α2 + α3 + gegebenenfalls α4 270° oder 450° beträgt.

11. Energiefilter für ein Elektronenmikroskop mit mehreren Magnetsektoren (18a bis d, 19a bis c), das unter einer Beob achtungskammer (31) oder Kamerakammer (32) des Elektronen mikroskops angebracht ist.

12. Elektronenmikroskop mit einer Elektronenkanone (21), ei ner Beschleunigungsspannungsvorrichtung (23) zum Beschleuni gen eines Elektronenstrahls (22), der von der Elektronen kanone ausgesandt wird, einem Kondensorlinsensystem (24), das den Elektronenstrahl auf eine Probe (26) wirft, Zwischen- und Projektionslinsensystemen (30) zur Ausbildung eines Bild- oder Beugungsmusters der Probe und mit einer Beobachtungskam mer (31) bzw. Kamerakammer (32), die mit einer Einrichtung (33, 36) zum Beobachten bzw. Aufzeichnen des Bilds oder Beu gungsmusters versehen ist,
wobei am Ende der Beobachtungskammer bzw. Kamerakammer ein Energiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgese hen ist.

13. Energiefiltersystem für ein Elektronenmikroskop, mit ei nem Energiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einem Aufbau zum Befestigen unter einer Beobachtungskammer (31) bzw. Kamerakammer (32) des Elektroneumikroskops.

14. Energiefiltersystem mit einem Energiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Elektronenlinse (42) zwi schen dem Energiefilter und einem Bilddetektor (44)

15. Energiefiltersystem für ein Elektronenmikroskop, mit ei nem Energiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Elektronenlinse (41) zwischen dem Energiefilter und dem Elek tronenmikroskop.

16. Energiefiltersystem für ein Elektronenmikroskop nach An spruch 15, mit einem Linsensystem (41) zwischen dem Energie filter und dem Elektronenmikroskop zur Verkleinerung eines von dem Elektronenmikroskop erzeugten Bilds und zum Projizie ren des Bilds auf eine Einfallsbildebene (12) des Energiefil ters.