JP2000277049A - カソードレンズ - Google Patents
カソードレンズInfo
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- JP2000277049A JP2000277049A JP11083188A JP8318899A JP2000277049A JP 2000277049 A JP2000277049 A JP 2000277049A JP 11083188 A JP11083188 A JP 11083188A JP 8318899 A JP8318899 A JP 8318899A JP 2000277049 A JP2000277049 A JP 2000277049A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料の種類や表面の状態、要求されるエネル
ギー分解能に応じて、もっとも収差を小さくするように
試料面上の電場強度を調整できるカソードレンズを提供
すること。 【解決手段】 上側電極１４には−Ｖｓの電位が与えら
れ、上側電極１４と陽極１１間の電位差によって試料面
上に電場Ｅ1が作られる。下側電極１３には−ａＶｓ
（０＜ａ＜１）の電位が与えられ、上側電極１４と下側
電極１３間の電位差によって試料面上に電場Ｅ2が作ら
れる。この電場Ｅ2は、電場Ｅ1と向きが逆の電場であ
る。図５は、下側電極１３の電位を調整して、試料面上
の光軸上の電場を厳密に０にした場合の等電位面の分布
を示したものであるが、電場が０になっているのは試料
面上の光軸上の１点のみであり、電子が試料を離れると
同時に電場強度が立ち上がっており、理想的な状況が作
られている。
ギー分解能に応じて、もっとも収差を小さくするように
試料面上の電場強度を調整できるカソードレンズを提供
すること。 【解決手段】 上側電極１４には−Ｖｓの電位が与えら
れ、上側電極１４と陽極１１間の電位差によって試料面
上に電場Ｅ1が作られる。下側電極１３には−ａＶｓ
（０＜ａ＜１）の電位が与えられ、上側電極１４と下側
電極１３間の電位差によって試料面上に電場Ｅ2が作ら
れる。この電場Ｅ2は、電場Ｅ1と向きが逆の電場であ
る。図５は、下側電極１３の電位を調整して、試料面上
の光軸上の電場を厳密に０にした場合の等電位面の分布
を示したものであるが、電場が０になっているのは試料
面上の光軸上の１点のみであり、電子が試料を離れると
同時に電場強度が立ち上がっており、理想的な状況が作
られている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、低速電子顕微鏡
（ＬＥＥＭ）あるいは光電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）等の対
物レンズとして用いられるカソードレンズに関する。
（ＬＥＥＭ）あるいは光電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）等の対
物レンズとして用いられるカソードレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】 カソードレンズとは、試料から小さな
初期エネルギーで放出された電子を高電圧で引き出して
加速するとともに、そのビームを集束させて所定の位置
に結像させるものである。電子を加速させるために、試
料は負の電位とされており、カソードレンズ内のアース
電極に至るまでの電場が加速場となっている。試料がレ
ンズ中の陰極（カソード）を兼ねるということから、カ
ソードレンズと言う名前で呼ばれている。
初期エネルギーで放出された電子を高電圧で引き出して
加速するとともに、そのビームを集束させて所定の位置
に結像させるものである。電子を加速させるために、試
料は負の電位とされており、カソードレンズ内のアース
電極に至るまでの電場が加速場となっている。試料がレ
ンズ中の陰極（カソード）を兼ねるということから、カ
ソードレンズと言う名前で呼ばれている。
【０００３】加速のための電場だけでは、ビームを所定
の位置に結像させることはできないため、さらに、集束
のための電場あるいは磁場を作ることが必要である。こ
の集束場を具体的にどう作るかによって、カソードレン
ズはいくつかの種類に分類される。
の位置に結像させることはできないため、さらに、集束
のための電場あるいは磁場を作ることが必要である。こ
の集束場を具体的にどう作るかによって、カソードレン
ズはいくつかの種類に分類される。
【０００４】さて、図１は、カソードレンズを備えたＬ
ＥＥＭを示した図である。図１において、電子銃１から
の１次電子ビームは、１０ｋＶ程度に加速され、照射レ
ンズ系２によって集束される。ウイーンフィルタ３は、
１次電子ビームの行路と、試料４からの反射電子の行路
とを分離するためのものであり、Ｅ×Ｂ型エネルギーフ
ィルタで構成されるが、その電場ベクトルＥと磁場ベク
トルＢは、１次電子ビームが試料４に垂直に入射し、且
つ反射電子に対してはウイーン条件を満足するように設
定される。このことにより、１次電子ビームはウイーン
フィルタ３によって大きく偏向され、試料４に向けて垂
直に入射させられ、試料４から発生し、カソードレンズ
５で加速された反射電子はウイーンフィルタ３では何の
偏向作用も受けず直進する。なお、カソードレンズ５に
よって１次電子ビームは減速され、１００Ｖ程度の加速
電圧で試料４に入射する。
ＥＥＭを示した図である。図１において、電子銃１から
の１次電子ビームは、１０ｋＶ程度に加速され、照射レ
ンズ系２によって集束される。ウイーンフィルタ３は、
１次電子ビームの行路と、試料４からの反射電子の行路
とを分離するためのものであり、Ｅ×Ｂ型エネルギーフ
ィルタで構成されるが、その電場ベクトルＥと磁場ベク
トルＢは、１次電子ビームが試料４に垂直に入射し、且
つ反射電子に対してはウイーン条件を満足するように設
定される。このことにより、１次電子ビームはウイーン
フィルタ３によって大きく偏向され、試料４に向けて垂
直に入射させられ、試料４から発生し、カソードレンズ
５で加速された反射電子はウイーンフィルタ３では何の
偏向作用も受けず直進する。なお、カソードレンズ５に
よって１次電子ビームは減速され、１００Ｖ程度の加速
電圧で試料４に入射する。
【０００５】試料４から発生され、カソードレンズ５で
加速され、ウイーンフィルタ３を直進した反射電子は結
像レンズ系６を通る。そして、エネルギー分析が行われ
るときには、反射電子は結像レンズ系６からウイーンフ
ィルタ７に入射される。このウィーンフィルタ７によっ
て種々のエネルギーを有する反射電子の中から所定のエ
ネルギーを有する反射電子のみが選別され、選別された
反射電子はウイーンフィルタ７を直進し、その像は結像
レンズ系８により所定の大きさに拡大されてスクリーン
９に結像される。これによって単色の像を観察すること
ができる。
加速され、ウイーンフィルタ３を直進した反射電子は結
像レンズ系６を通る。そして、エネルギー分析が行われ
るときには、反射電子は結像レンズ系６からウイーンフ
ィルタ７に入射される。このウィーンフィルタ７によっ
て種々のエネルギーを有する反射電子の中から所定のエ
ネルギーを有する反射電子のみが選別され、選別された
反射電子はウイーンフィルタ７を直進し、その像は結像
レンズ系８により所定の大きさに拡大されてスクリーン
９に結像される。これによって単色の像を観察すること
ができる。
【０００６】なお、図１の装置がＰＥＥＭとして使用さ
れる時には、ＰＥＥＭ光源１０で発生した紫外線等が試
料４に照射され、試料４から放出された光電子に基づく
像がスクリーン９に結像される。
れる時には、ＰＥＥＭ光源１０で発生した紫外線等が試
料４に照射され、試料４から放出された光電子に基づく
像がスクリーン９に結像される。
【０００７】ここで、カソードレンズについて詳しく説
明する。
明する。
【０００８】図２は、試料の向かいに陽極（アース電
位）を置いて、この電極と試料の間に加速電場を作り、
集束のために磁場を重畳させたタイプのカソードレンズ
を示したものである。図２には、軸上静電ポテンシャル
φ（Ｚ）、軸上磁場分布Ｂ（Ｚ）、静電ポテンシャルの
等高線、および電子軌道が示されている。
位）を置いて、この電極と試料の間に加速電場を作り、
集束のために磁場を重畳させたタイプのカソードレンズ
を示したものである。図２には、軸上静電ポテンシャル
φ（Ｚ）、軸上磁場分布Ｂ（Ｚ）、静電ポテンシャルの
等高線、および電子軌道が示されている。
【０００９】一般にレンズの性能は収差の大きさで評価
されるが、カソードレンズの場合は、試料面の近くでの
電場強度で大方決まってしまう。すなわち、試料面での
電場が大きいほど、試料を出た電子ビームはすぐ光軸の
方向に向かって集束されることになり、ビームが光軸か
ら離れないことで収差の発生が抑えられる。よって、試
料面での電場強度が大きい程、収差の小さい良いレンズ
となる。
されるが、カソードレンズの場合は、試料面の近くでの
電場強度で大方決まってしまう。すなわち、試料面での
電場が大きいほど、試料を出た電子ビームはすぐ光軸の
方向に向かって集束されることになり、ビームが光軸か
ら離れないことで収差の発生が抑えられる。よって、試
料面での電場強度が大きい程、収差の小さい良いレンズ
となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】 このように試料表面
に強い電場をかける場合、絶縁体試料の場合は不都合が
起きる。すなわち、電場が存在すると試料面の電位が場
所によって異なってしまい、試料から放出される電子の
エネルギーが不確定となり、エネルギースペクトルを測
定することが不可能になる。どの程度電場を弱めるべき
かは、スペクトル測定の際に要求されるエネルギー分解
能、および試料の形状によって変わってくる。また導体
試料の場合でも、表面にミクロの凹凸のある場合は放電
が起き、観察が不可能となる。このような試料に対して
は、試料表面での電場を弱める何らかの方法を考えなく
てはならない。
に強い電場をかける場合、絶縁体試料の場合は不都合が
起きる。すなわち、電場が存在すると試料面の電位が場
所によって異なってしまい、試料から放出される電子の
エネルギーが不確定となり、エネルギースペクトルを測
定することが不可能になる。どの程度電場を弱めるべき
かは、スペクトル測定の際に要求されるエネルギー分解
能、および試料の形状によって変わってくる。また導体
試料の場合でも、表面にミクロの凹凸のある場合は放電
が起き、観察が不可能となる。このような試料に対して
は、試料表面での電場を弱める何らかの方法を考えなく
てはならない。
【００１１】その方法の１つは、等電位の導体の遮蔽電
極で試料を囲んでしまい、試料面上に電場を届かないよ
うにすることである。図３はその場合の、絶縁体（誘電
体）試料まわりの電位分布を示したものである。なお、
導体試料の場合で電場を弱めたい時は、試料自身の電位
は定まるので、試料前面に遮蔽電極を置くだけでよく、
周りを囲う必要はない。
極で試料を囲んでしまい、試料面上に電場を届かないよ
うにすることである。図３はその場合の、絶縁体（誘電
体）試料まわりの電位分布を示したものである。なお、
導体試料の場合で電場を弱めたい時は、試料自身の電位
は定まるので、試料前面に遮蔽電極を置くだけでよく、
周りを囲う必要はない。
【００１２】しかし、この方法の問題点は、試料面での
電場強度が遮蔽電極の機械的な位置と形状で決まってし
まい、像の観察の際に調整ができないことである。収差
をなるべく小さく抑えるために、電場は許される範囲内
でできるだけ大きくしたいわけであるから、試料ごとに
電場強度が可変であるのが望ましい。
電場強度が遮蔽電極の機械的な位置と形状で決まってし
まい、像の観察の際に調整ができないことである。収差
をなるべく小さく抑えるために、電場は許される範囲内
でできるだけ大きくしたいわけであるから、試料ごとに
電場強度が可変であるのが望ましい。
【００１３】またこの方法では、電場を小さくするため
には遮蔽電極の穴径を小さくする（あるいは試料から遠
ざける）ことになるが、有限の大きさの穴径で電場を厳
密に０にするのは不可能である。図４は、穴径を小さく
したときの試料まわりの電位分布を示したものである
が、この場合では、試料面上を電子が離れた後もしばら
くは電場の小さな領域が続くことになり、収差の面で望
ましくない。収差の面で理想的なのは、試料面の近傍の
みで電場が０で、試料面を離れるとすぐに電場が強くな
るような状況である。しかし、上に述べた方法ではその
ような状況を作るのは不可能である。
には遮蔽電極の穴径を小さくする（あるいは試料から遠
ざける）ことになるが、有限の大きさの穴径で電場を厳
密に０にするのは不可能である。図４は、穴径を小さく
したときの試料まわりの電位分布を示したものである
が、この場合では、試料面上を電子が離れた後もしばら
くは電場の小さな領域が続くことになり、収差の面で望
ましくない。収差の面で理想的なのは、試料面の近傍の
みで電場が０で、試料面を離れるとすぐに電場が強くな
るような状況である。しかし、上に述べた方法ではその
ような状況を作るのは不可能である。
【００１４】本発明は以上の点に鑑みて成されたもの
で、その目的は、試料の種類や表面の状態、要求される
エネルギー分解能に応じて、もっとも収差を小さくする
ように試料面上の電場強度を調整できるカソードレンズ
を提供することにある。
で、その目的は、試料の種類や表面の状態、要求される
エネルギー分解能に応じて、もっとも収差を小さくする
ように試料面上の電場強度を調整できるカソードレンズ
を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】 この目的を達成する本
発明のカソードレンズは、第１電極と、第２電極と、第
１電極と第２電極間に配置された第３電極を備えたカソ
ードレンズであり、前記第３電極と第１電極間の電位差
によって第３電極と第２電極間に電場を作り、該電場と
向きが逆の電場を、前記第３電極と第２電極間の電位差
によって第３電極と第２電極間に作ることを特徴とす
る。
発明のカソードレンズは、第１電極と、第２電極と、第
１電極と第２電極間に配置された第３電極を備えたカソ
ードレンズであり、前記第３電極と第１電極間の電位差
によって第３電極と第２電極間に電場を作り、該電場と
向きが逆の電場を、前記第３電極と第２電極間の電位差
によって第３電極と第２電極間に作ることを特徴とす
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】 以下、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００１７】図５は、本発明のカソードレンズの一例を
示した図であり、図１に示したＬＥＥＭやＰＥＥＭに使
用されるカソードレンズの一例を示した図である。
示した図であり、図１に示したＬＥＥＭやＰＥＥＭに使
用されるカソードレンズの一例を示した図である。
【００１８】図５において、１１は第１電極である陽極
で、陽極１１は接地されている。陽極１１の形状は円盤
状であり、陽極１１はその中心に電子線通過孔１２を有
している。
で、陽極１１は接地されている。陽極１１の形状は円盤
状であり、陽極１１はその中心に電子線通過孔１２を有
している。
【００１９】１３は第２電極である下側電極であり、下
側電極１３の形状は円盤状である。また、１４は第３電
極である上側電極であり、その形状は円盤状であって、
上側電極１４はその中心に電子線通過孔１５を有してい
る。この上側電極１４は、陽極１１と下側電極１３間に
配置されている。
側電極１３の形状は円盤状である。また、１４は第３電
極である上側電極であり、その形状は円盤状であって、
上側電極１４はその中心に電子線通過孔１５を有してい
る。この上側電極１４は、陽極１１と下側電極１３間に
配置されている。
【００２０】また、試料１６が、上側電極１４と下側電
極１３間に配置されている。
極１３間に配置されている。
【００２１】このような図５のカソードレンズは、図３
の遮蔽電極が試料の前面（上側電極１４）と裏面（下側
電極１３）に分離されたものであり、そして、それらに
独立の電位を与えられるように構成されたものである。
の遮蔽電極が試料の前面（上側電極１４）と裏面（下側
電極１３）に分離されたものであり、そして、それらに
独立の電位を与えられるように構成されたものである。
【００２２】なお、図５においては、陽極、上側電極、
下側電極および試料の右側部分が一部省略されている
が、実際には、それらの形状は光軸Ｏを境にして左右対
称である。また、陽極、上側電極および下側電極は電気
絶縁物（図示せず）に取り付けられており、試料は電気
的に絶縁された試料ホルダ（図示せず）上に置かれてい
る。
下側電極および試料の右側部分が一部省略されている
が、実際には、それらの形状は光軸Ｏを境にして左右対
称である。また、陽極、上側電極および下側電極は電気
絶縁物（図示せず）に取り付けられており、試料は電気
的に絶縁された試料ホルダ（図示せず）上に置かれてい
る。
【００２３】このような構成において、上側電極１４に
は−Ｖｓの電位が与えられ、これにより、上側電極１４
と陽極１１間の電位差によって試料面上に電場Ｅ1が作
られる。
は−Ｖｓの電位が与えられ、これにより、上側電極１４
と陽極１１間の電位差によって試料面上に電場Ｅ1が作
られる。
【００２４】また、下側電極１３には−ａＶｓ（０＜ａ
＜１）の電位が与えられ、これにより、上側電極１４と
下側電極１３間の電位差によって試料面上に電場Ｅ2が
作られる。この電場Ｅ2は、前記電場Ｅ1と向きが逆の電
場であり、下側電極１３の電位（−ａＶｓ）を適当に設
定すれば、試料面上の電場Ｅ1とＥ2をキャンセルさせる
ことができる。
＜１）の電位が与えられ、これにより、上側電極１４と
下側電極１３間の電位差によって試料面上に電場Ｅ2が
作られる。この電場Ｅ2は、前記電場Ｅ1と向きが逆の電
場であり、下側電極１３の電位（−ａＶｓ）を適当に設
定すれば、試料面上の電場Ｅ1とＥ2をキャンセルさせる
ことができる。
【００２５】ところで、図５は、試料面上の光軸上の電
場を厳密に０にした場合の、等電位面の分布を示したも
のである。この場合、電場が０になっているのは試料面
上の光軸上の１点のみであり、さらに、電子が試料を離
れると同時に電場強度が立ち上がっており、収差にとっ
て理想的な状況が作られている。通常顕微鏡で観察する
試料面上の領域は数ミクロンから、広くても１ミリ程度
の直径であるので、事実上光軸上の電場強度だけ問題に
すればよく、図５の状況は観察条件としては最適であ
る。もちろん、有限の電場が存在してよい時は、下側電
極１３と上側電極１４間の電位差を変えることにより試
料面での電場強度を自由に調整できる。
場を厳密に０にした場合の、等電位面の分布を示したも
のである。この場合、電場が０になっているのは試料面
上の光軸上の１点のみであり、さらに、電子が試料を離
れると同時に電場強度が立ち上がっており、収差にとっ
て理想的な状況が作られている。通常顕微鏡で観察する
試料面上の領域は数ミクロンから、広くても１ミリ程度
の直径であるので、事実上光軸上の電場強度だけ問題に
すればよく、図５の状況は観察条件としては最適であ
る。もちろん、有限の電場が存在してよい時は、下側電
極１３と上側電極１４間の電位差を変えることにより試
料面での電場強度を自由に調整できる。
【００２６】以上説明したように、本発明のカソードレ
ンズにおいては、試料面上の電場強度を可変にできるの
で、試料の種類や表面の状態、要求されるエネルギー分
解能に応じて、もっとも収差を小さくするように試料面
上の電場強度を調整することができる。
ンズにおいては、試料面上の電場強度を可変にできるの
で、試料の種類や表面の状態、要求されるエネルギー分
解能に応じて、もっとも収差を小さくするように試料面
上の電場強度を調整することができる。
【図１】 ＬＥＥＭの構成を示した図である。
【図２】 従来のカソードレンズを示した図である。
【図３】 従来のカソードレンズを示した図である。
【図４】 従来のカソードレンズを示した図である。
【図５】 本発明のカソードレンズの一例を示した図で
ある。
ある。
１…電子銃、２…照射レンズ系、３…ウイーンフィル
タ、４…試料、５…カソードレンズ、６…結像レンズ
系、７…ウイーンフィルタ、８…結像レンズ系、９…ス
クリーン、１０…ＰＥＥＭ光源、１１…第１電極、１２
…電子線通過孔、１３…第２電極、１４…第３電極、１
５…電子線通過孔、１６…試料
タ、４…試料、５…カソードレンズ、６…結像レンズ
系、７…ウイーンフィルタ、８…結像レンズ系、９…ス
クリーン、１０…ＰＥＥＭ光源、１１…第１電極、１２
…電子線通過孔、１３…第２電極、１４…第３電極、１
５…電子線通過孔、１６…試料
Claims (3)
- 【請求項１】 第１電極と、第２電極と、第１電極と第
２電極間に配置された第３電極を備えたカソードレンズ
であり、前記第３電極と第１電極間の電位差によって第
３電極と第２電極間に電場を作り、該電場と向きが逆の
電場を、前記第３電極と第２電極間の電位差によって第
３電極と第２電極間に作ることを特徴とするカソードレ
ンズ。 - 【請求項２】 第３電極と第２電極間の所定位置におけ
る電場が零となるように、各電極の電位が制御されるこ
とを特徴とする請求項１記載のカソードレンズ。 - 【請求項３】 低速電子顕微鏡あるいは光電子顕微鏡に
用いられる請求項１または２に記載のカソードレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08318899A JP3712559B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | カソードレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08318899A JP3712559B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | カソードレンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277049A true JP2000277049A (ja) | 2000-10-06 |
| JP3712559B2 JP3712559B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=13795360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08318899A Expired - Fee Related JP3712559B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | カソードレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3712559B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006016613A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Hitachi High-Technologies Corporation | 走査型電子顕微鏡 |
| JP5635009B2 (ja) * | 2009-12-07 | 2014-12-03 | 株式会社日立製作所 | 検査装置 |
| WO2018025849A1 (ja) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | 松定プレシジョン株式会社 | 荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP08318899A patent/JP3712559B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006016613A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Hitachi High-Technologies Corporation | 走査型電子顕微鏡 |
| JP2006054094A (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-23 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査型電子顕微鏡 |
| US7459681B2 (en) | 2004-08-11 | 2008-12-02 | Hitachi High-Technologies Corporation | Scanning electron microscope |
| JP4519567B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2010-08-04 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査型電子顕微鏡およびこれを用いた試料観察方法 |
| US8698080B2 (en) | 2004-08-11 | 2014-04-15 | Hitachi High-Technologies Corporation | Scanning electron microscope |
| JP5635009B2 (ja) * | 2009-12-07 | 2014-12-03 | 株式会社日立製作所 | 検査装置 |
| WO2018025849A1 (ja) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | 松定プレシジョン株式会社 | 荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡 |
| JPWO2018025849A1 (ja) * | 2016-08-02 | 2019-06-13 | 松定プレシジョン株式会社 | 荷電粒子線装置及び走査電子顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3712559B2 (ja) | 2005-11-02 |
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