DE4041495A1 - Elektronenenergiefilter, vorzugsweise vom alpha- oder omega-typ - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenenergie­ filter, vorzugsweise vom Alpha- oder Omega-Typ, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Abbildende Elektronenenergiefilter, auch Elektronenfilter, Energiefilter oder Elektronen(energie)spektrometer genannt, werden bei Transmissions-Elektronenmikroskopen verwendet, um den Kontrast der Objektabbildung durch die Auswahl von Elektronen eines bestimmten Energiebereiches zu verbessern, sowie Elementverteilungsbilder und gefilterte Elektronen­ beugungsdiagramme zu registrieren. Ein Alpha-Filter ist aus der EP-A2-02 18 921, ein Omega-Filter aus der EP-A2-02 18 920 bekannt.

Derartige Filter bestehen aus Magneten mit Polschuhen unter- und oberhalb einer Symmetrieebene, in welcher die Achsen­ linie des Elektronenstrahlbündels geführt wird. Zwischen den Polschuhpaaren werden homogene Magnetfelder erzeugt, die den Elektronenstrahl mehrmals so umlenken, daß seine Achsenlinie beim Alpha-Filter ungefähr einem kleinen griechischen Alpha und beim Omega-Filter einem großen griechischen Omega ent­ spricht.

Da in den Magnetfeldern die Umlenkradien der Elektronen von ihren Geschwindigkeiten abhängen, erhält man nach dem Filter ein Energie-Spektrum der transmittierten Elektronen, aus dem man einen Bereich ausblenden kann.

Meist bestehen derartige Elektronenenergiefilter aus mehreren getrennten Magnetfeldern bzw. Umlenkbereichen, die durch mehr oder weniger große Abstände mit feldfreien Bereichen vonei­ nander getrennt sind. In diesen verläuft der Elektronenstrahl zwischen Abschirmplatten geradlinig. In den obengenannten Veröffentlichungen ist eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Polschuhe ein gemeinsames Teil mit den Abschirm­ platten bilden, derart daß die Filter aus zwei spiegelbild­ lich symmetrischen Teilen zusammengesetzt werden, in welche die Polschuhe und die erforderlichen Kanäle für den Elektro­ nenstrahl eingearbeitet sind. Auf diese Weise wird zwar ein einfacher Aufbau und eine sehr gute Stabilität der Filter erreicht; es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein derar­ tiger mechanischer Aufbau ausgesprochen teuer ist, wenn die erforderlichen Genauigkeiten in den mechanischen Abmessungen eingehalten werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für Elektronenenergiefilter anzugeben, der bei verhältnismäßig geringem Aufwand eine ausreichende mechanische Genauigkeit zuläßt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und andererseits durch den kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches 2 gelöst.

Es ist vorteilhaft, das Elektronenfilter aus zwei oder vier Bereichen aufzubauen, die durch Spalte aus nichtmagnetischem Material oder durch Luft- bzw. Vakuumspalte getrennt sind.

Es ist bekannt, bei einem Omega-Filter zwischen dem zweiten und dritten Polschuhpaar einen Hexapol für Korrekturzwecke anzuordnen. Als besonders vorteilhaft sowohl für die Korrek­ tur als auch zur Justierung hat sich herausgestellt, dem Hexapolfeld ein Quadrupolfeld zu überlagern, das durch Zu­ satzwicklungen auf vier von den sechs Stromspulen des Hexapols erzeugt wird.

Es ist vorteilhaft, die Kanale zwischen den Polschuhpaaren bis an die äußere Begrenzung der Platten auszubilden und an der äußeren Begrenzung Leuchtschirme oder Detektionssysteme für Justier- oder Meßzwecke anbringen zu können.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, in Richtung der elektronen­ optischen Achse des Elektronenstrahlgerätes einen Kanal vor­ zusehen. Er dient dem freien Durchgang des Elektronen­ strahls bei ausgeschaltetem Energiefilter, z. B. zur Justie­ rung des Elektronenstrahlgerätes.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzen die um die Polschuhe angeordneten Stromspulen Haupt- und Nebenwicklungen, wobei die Hauptwicklungen in Reihe geschaltet sind und die Nebenwicklungen nach Bedarf einzeln oder in Kombination geschaltet werden, um magnetische Un­ gleichmäßigkeiten der einzelnen Polschuhe zu korrigieren.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das aus Platten zusammengesetzte Filter als Funktionseinheit justierbar an einen Vakuumflansch befestigt und mit diesem in ein Korpuskularstrahlgerät einsetzbar. Die justierbare Befestigung kann z. B. über eine Parallelogrammführung aus Stäben und Verstelleinrichtungen oder aus einen Kreuztisch bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen naher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Elektronenenergiefilter aus drei Platten, dargestellt in zwei Schnitten,

Fig. 2 ein Elektronenenergiefilter aus vier Platten, dargestellt in zwei Schnitten,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Elektronenenergiefilter mit zwei Bereichen und Fig. 4 eine parallelogrammartige Befestigung des Elektro­ nenenergiefilters, dargestellt in zwei Schnitten.

Die Fig. 1a und b zeigen dasselbe Elektronenenergiefilter in zwei verschiedenen Schnitten. Es ist aus zwei äußeren Platten (11, 12) und einer inneren Platte (13) sandwichartig zusammengesetzt. In Fig. 1b läuft die Achsenlinie des Elektronenstrahles (10) in der Zeichenebene; in Fig. 1a läuft sie in der zur Zeichenebene senkrechten Ebene, welche durch die Mitte der Platte (13) geht.

Die Polschuhe (14) sind auf die Innenseiten der Außenplatten (11, 12) aufgesetzt und an diesen z. B. mit Schrauben (15) befestigt. Die Polschuhe (14) können daher paarweise herge­ stellt werden, so daß trotz ihres komplizierten Querschnittes ihre Außenkanten (14a) genau übereinstimmen. Bei der Montage des Filters werden nach der Befestigung der Polschuhe (14) an den Außenplatten (11, 12) zunächst die Stromspulen (17) um die Polschuhe (14) gelegt und anschließend die Außenplatten (11, 12) auf die Innenplatte (13) aufgesetzt und z. B. mit Schrauben (18) befestigt.

Vor der Montage werden aus der Innenplatte (13) Aussparungen (13a) herausgefräst, die so dimensioniert sind, daß sich im montierten Zustand zwischen den Polschuhen (14) und der Innenplatte (13) die Nuten (13n) für die Stromspulen (17) ergeben. Außerdem sind in die Innenplatte (13) Kanäle (13k) gebohrt worden, in denen der Elektronenstrahl zwischen den Polschuhpaaren magnetisch abgeschirmt geradlinig verläuft.

Ein besonders vorteilhafter Aufbau des Elektronenenergie­ filters ist in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Dort besteht der innere Teil des Filters aus zwei Innenplatten (23o, 23u). Die Kanale (23k) zwischen den Polschuhpaaren können daher durch Fräsen hergestellt werden, was herstel­ lungstechnisch einfacher ist als die Bohrungen (13k) in Fig. 1. Auch bei diesem Aufbau sind die Polschuhe (14) auf die Innenseiten der Außenplatten (11, 12) aufgesetzt und an diesen befestigt, so daß sie ebenfalls paarweise hergestellt werden können. Für eine genaue Positionierung der Polschuhe können Paßstifte (26) verwendet werden. Entsprechende Paß­ stifte (29) können auch für eine genaue Positionierung der Außenplatten (11, 12) und der Innenplatten (23o, 23u) zueinander verwendet werden.

Auch in diesem Fall werden die Aussparungen (23a) in den Innenplatten (23o, 23u) so dimensioniert, daß sich im mon­ tierten Zustand zwischen den Polschuhen (14) und den Innen­ platten (23o, 23u) die Nuten (23n) für die Stromspulen (17) ergeben. Bei der Montage des Elektronenenergiefilters werden zunächst ebenfalls die Polschuhe (14) an den Außenplatten (11, 12) befestigt. Anschließend wird auf jede Außenplatte (11, 12) die zugehörige Innenplatte (23o, 23u) aufgesetzt und die Stromspulen (17) eingelegt. Zum Schluß werden die beiden Hälften des Filters zusammengesetzt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, z. B. drei Innenplat­ ten zu verwenden, wobei die mittlere Platte die Höhe der Kanäle bzw. den Abstand der Polschuhoberflächen hat, so daß die Kanäle und die Aussparungen für die Polschuhe nicht aus den anderen Platten gefräst werden müssen.

Die Fig. 3 zeigt ein in die Säule (31) eines Elektronen­ mikroskopes eingesetztes Elektronenenergiefilter, bei dem die Innenplatten aus zwei Bereichen (32) und (33) bestehen, die durch einen Spalt (34) getrennt sind. Letzterer besteht aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. Bronze. Die beiden Platten (32) und (33) sind durch Schrauben (35) fest miteinander verbunden. Ein derartiger Aufbau hat vor allen herstellungstechnische Vorteile. Es ist möglich, senkrecht zu dem Spalt (34) einen weiteren (nicht gezeichneten) Spalt vorzusehen, so daß insgesamt vier Bereiche mit je einem Pol­ schuhpaar vorhanden sind.

Zwischen den zweiten und dritten Polschuhpaar ist in der Mitte ein Hexapol (37) angeordnet, der in bekannter Weise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften des Elektronen­ energiefilters dient. Es hat sich herausgestellt, daß es sowohl für die Abbildungseigenschaften als auch für Justier­ zwecke vorteilhaft ist, dem Hexapolfeld ein Quadrupolfeld zu überlagern, welches durch Zusatzwicklungen auf den Spulen des Hexapols erzeugt wird.

Es ist außerdem vorteilhaft, die Kanäle (23k) bis an die äußeren Begrenzungen der Platten durch Verlängerungskanäle (33k) auszubilden. Dann können für Justier- oder Meßzwecke die Verschlußteile (36) durch Leuchtschirme oder andere Detektionssysteme ersetzt werden.

In den Fig. 4a und 4b ist die Befestigung des Elektronen­ energiefilters in einem Elektronenmikroskop dargestellt. Das Filter (40) hängt als Funktionseinheit in einer Parallelo­ grammführung, die an dem Flansch (42) befestigt ist; es kann daher mit diesem aus der Säule (41) des Elektronenmikroskopes herausgenommen werden. Am Flansch (42) ist ein zweiteiliger Rahmen (43) befestigt, in dem oben vier Rundstäbe (44) einge­ spannt sind. Diese Stäbe sind an ihrem anderen Ende über Zwischenstücke (45) mit dem Filter (40) verbunden, welches infolge der Elastizität der Rundstäbe (44) mittels der Ver­ stelleinrichtungen (46) und (47) zur optischen Achse des Elektronenstrahlgerätes justiert werden kann.

Claims (10)

1. Elektronenenergiefilter aus plattenförmigen Teilen mit Polschuhen (14), die von Nuten (13n) für die Stromspulen (17) begrenzt sind, und mit Kanälen (13k) in Abschirm­ bereichen zwischen den Polschuhen (14), dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Außenplatten (11,12) und eine Innen­ platte (13) sandwichartig zusammengesetzt sind, daß die Polschuhe (14) auf die Innenseiten der Außenplatten (11, 12) aufgesetzt und an diesen befestigt sind, daß die Innenplatte (13) Aussparungen (13a) für die Polschuhe (14) hat, die so dimensioniert sind, daß sich zwischen den Polschuhen (14) und der Innenplatte (13) die Nuten (13n) für die Stromspulen (17) ergeben und daß die Kanäle (13k) als Bohrungen in der Innenplatte (13) hergestellt sind.

2. Elektronenenergiefilter aus plattenförmigen Teilen mit Polschuhen (14), die von Nuten (23n) für die Stromspulen (17) begrenzt sind, und mit Kanälen (23k) in Abschirmbe­ reichen zwischen den Polschuhen (14), dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Außenplatten (11, 12) und mindestens zwei Innenplatten (23o, 23u) sandwichartig zusammenge­ setzt sind, daß die Polschuhe (14) auf die Innenseiten der Außenplatten (11, 12) aufgesetzt und an diesen befe­ stigt sind, daß die Innenplatten (23o, 23u) Aussparungen (23a) für die Polschuhe (14) haben, die so dimensioniert sind, daß sich zwischen den Polschuhen (14) und den Innenplatten (23o, 23u) die Nuten (23n) für die Strom­ spulen (17) ergeben und daß die Kanäle (23k) in die einander zugewandten Seiten der Innenplatten (23o, 23u) gefräst sind.

3. Elektronenenergiefilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenplatten (11, 12) und/oder die Innenplatte (13) bzw. Innenplatten (23o, 23u) durch einen oder zwei Spalte (34) aus nichtmagnetischem Material in zwei oder vier Bereiche (32, 33) geteilt sind.

4. Elektronenenergiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte zwischen dem zweiten und dritten Polschuhpaar ein Hexapol (37) ange­ ordnet ist, dessen Feld mit Hilfe von Zusatzwicklungen ein Quadrupolfeld überlagert ist.

5. Elektronenenergiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (23k) zwischen den Polschuhen (14) bis an die äußere Begrenzung der Innen­ platte (13) bzw. der Innenplatten (23o, 23u, 32, 33) durch Verlängerungskanäle (33k) weitergeführt sind und daß in der Nähe der äußeren Begrenzung Leuchtschirme oder Detektionssysteme für Justier- oder Meßzwecke anbringbar sind.

6. Elektronenenergiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspulen (17) Haupt- und Nebenwicklungen besitzen, wobei die Hauptwicklungen in Reihe geschaltet sind und die Nebenwicklungen nach Bedarf einzeln oder in Kombination geschaltet sind.

7. Elektronenenergiefilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Funktionseinheit (40) an einem Vakuumflansch (42) justierbar befestigt und mit diesem in ein Korpuskularstrahlgerät (41) einsetzbar ist.

8. Elektronenenergiefilter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Funktionseinheit (40) über eine Parallelogrammführung (43, 44, 45) mit dem Vakuumflansch (42) verbunden ist.

9. Elektronenenergiefilter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Parallelogrammführung (43, 44, 45) mit Rundstäben (44) ausgeführt ist.

10. Elektronenenergiefilter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Funktionseinheit (40) über kreuz­ tischartig angeordnete Verstelleinrichtungen mit dem Vakuumflansch (42) verbunden ist.