JP2003338259A - 残留磁気のない電磁レンズを備えた電子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、電子線装置において、電磁
レンズ作動の際とは逆方向の磁場を発生させることによ
りヨークの残留磁気を消去するものであって、電磁レン
ズのコイルの電流切替えに厄介な手間がかからず、逆起
電力によるリレー接点の焼損やリレー切替えに伴う騒音
も無い手段を提供することにある。 【解決手段】 この発明は電磁レンズを構成するコイル
の残留磁気を消去するため、電磁レンズ作動の際とは逆
方向の磁場を発生するためのコイルを備えるものであっ
て、該コイルと電磁レンズ用コイルに順次逆方向の電流
を流すと共に、次第にその発生磁力を減少させるように
シーケンシャルに変化させることにより、磁極の鉄心に
残る残留磁気を消去できる構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡などの
電子線装置で使用する電磁レンズにおいて、残留磁気を
除去する機能を備えた電子線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は電子線装置の代表例である電子顕
微鏡の基本構成を示したものである。電子銃から発生す
る一次電子線ａは収束レンズ１３により収束され、収束
された電子線ａはｘ方向偏向器によりｘ方向に偏向さ
れ、ｙ方向偏向器によりｙ方向に偏向される。偏向量は
ＣＰＵからｘ方向のＤＡ変換器１６とｙ方向のＤＡ変換
器１７に与えられ、このＤＡ変換器１６、１７の出力が
ｘ方向偏向器とｙ方向偏向器に送られ、電子線ａを例え
ばラスター状に偏向走査する。該電子線ａは対物レンズ
１５の作用によりビームが絞られ試料に照射される。１
次電子線ａの照射により試料表面からは２次電子ｂが発
生する。ＣＰＵがＡＤ変換器に対して読み込み動作を指
示すると、試料から発生した２次電子ｂが検出器に捕獲
検出され、その電気信号ｃは前記ＡＤ変換器によりデジ
タル量に変換されてＣＰＵに取り込まれる。ＣＰＵはＡ
Ｄ変換器から取り込んだ情報を画像メモリに書き込む。
画像メモリの内容は表示器に表示される。

【０００３】このような電子顕微鏡で使用する電磁レン
ズ、すなわち、上記の電子顕微鏡における対物レンズ１
５は、一般的に鉄心に巻いたひとつのコイルに電流を流
すことにより、必要な磁気を得ている。コイルの起磁力
はアンペア・ターンすなわちコイルを流れる電流値×コ
イルの巻数で表され、この種電子顕微鏡の電磁レンズで
は６０００ＡＴ位までの値をとる。コイルの巻数は構造
的に決められるため、電流値を切替えてレンズ力を設定
するようにしている。この場合において使用する鉄製の
ヨークが持つヒステリシス特性により、レンズの強度を
決める電流とその発生する磁気の強さとの関係が一義的
に定まらず非直線性を示す。このため、特に装置の使用
条件を大きく変えるときには、あらかじめ記憶させてお
いた励磁条件の電流を流しても、実際に発生する磁気の
強度は所望値を示さず誤差があった。そのため、所望の
起磁力となるように流す電流値について再度の微調整を
必要としていた。その原因であるヒステリシス特性はヨ
ークの残留磁気によるものであることから、この残留磁
気を消去するため、リレーなどでコイルの極性を切り替
えて、電流を交互に流す方法や両極性の電流駆動能力を
持った回路を採用する方法も考えられる。しかし、前者
の場合はリレーの応答時間や、逆起電力によるリレー接
点の焼損を防ぐため切り替えの際に待機時間を挿入する
など、処理に時間が掛かる欠点があった。また、大電流
を流す部分を数Ｈｚ程度で切り替えるため、大型リレー
が激しく動作して騒音を発生することもあるし、後者の
場合には規模が大きくなりコストが高くなるという問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電子
線装置において、電磁レンズ作動の際とは逆方向の磁場
を発生させることによりヨークの残留磁気を消去するも
のであって、電磁レンズのコイルの電流切替えに厄介な
手間がかからず、逆起電力によるリレー接点の焼損やリ
レー切替えに伴う騒音も無い手段を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は電磁レンズを
構成するコイルの残留磁気を消去するため、電磁レンズ
作動の際とは逆方向の磁場を発生するためのコイルを備
えるものであって、該コイルと電磁レンズ用コイルに流
す電流と方向をシーケンシャルに変化させることによ
り、磁極の鉄心に残る残留磁気を消去できる構成にし
た。残留磁気を消去する手段は二つのコイルに順次逆方
向の電流を流すと共に、次第にその発生磁力を減少させ
るようにした。また、二つのコイルの一方は残留磁気を
消去する専用としてもよいし、或いは一方のコイルに電
流方向切替え手段を備えて逆方向磁場を発生出来るよう
にすると共に、通常の使用時は同じ方向に電流を流し、
両者の合成電流でレンズの磁界を発生させるようにする
こともできる。二つのコイルの一端には直流電源が接続
され、他端には定電流駆動回路を介してＤ／Ａコンバー
タが接続されるようにして、二つのコイルに流す電流と
方向をシーケンシャルに変化させることができるように
した。

【０００６】

【発明の実施の形態】電子顕微鏡に代表される電子線装
置において用いられる電磁レンズのレンズ力はコイルに
流れる電流値とコイルの巻数に依存する。コイルの巻数
は構造的に決められるため、電流値を切替えてレンズ力
を設定するようにしている。ところが電流値を設定して
実際にコイルに流してみると、前述したようにレンズの
強度を決める電流値と、その発生する磁気の強さとの関
係が一義的に定まらず非直線性を示す。その原因は使用
する鉄製のヨークが持つヒステリシス特性、すなわち残
留磁気が作用することに鑑み、本発明は電磁レンズのコ
イルに電流を流す前にその残留磁気を消去しておくこと
で、ドリフトを零とし、レンズの強度を決める電流値
と、発生する磁気の強さとの関係が一義的に対応するよ
うしたものである。そして、この対応関係をあらかじめ
把握しておき、例えば記憶手段に記憶させるなどしてお
き、その対応関係に基いて励磁条件の電流を流して発生
する磁気の強度が常に所望値となるようにするものであ
る。本発明において電磁レンズであるコイルの残留磁気
を消去するための具体的構成は、電磁レンズ作動の際と
は逆方向の磁場を発生するためのコイルを備えるように
したものであって、該コイルと電磁レンズ用コイルに流
す電流と方向をシーケンシャルに変化させる手段を備え
ることにより、ヨークに残る残留磁気を消去できる構成
にした。

【０００７】

【実施例１】以下に、この発明の１実施例を図面に基づ
いて説明する。図１に示すものは本実施例の電磁コイル
１５であって、Ａはその平面図、Ｂはその側面図、そし
てＣはその立面図である。この電磁コイル１５は、立面
図Ｃから判るようにヨーク１の内部に巻かれた第一のコ
イル２と第二のコイル３とで構成され、これらのコイル
２，３に流れる電流により、ギャップ４に生じる磁場が
作用し中央の穴を通る電子ビーム等の荷電粒子ビームに
対してレンズ作用を生ずる。コイルが第一のコイル２と
第二のコイル３との二つに分割されていることを除き、
一般的な電磁レンズである。図２は、本実施例の基本構
成を示す図である。第一のコイル２の一端にはコイルに
電流を流すための直流電源９が接続され、他端には第一
のＤ／Ａコンバータ５の出力電圧によりその駆動電流が
決定される第一の定電流駆動回路６が接続されている。
第一のＤ／Ａコンバータ５の出力電圧を所定値に設定す
ることによりの第一のコイル２に所望の電流を流すこと
ができる。同様に、第二のコイル３の一端にも直流電源
９が接続され、他端には第二のＤ／Ａコンバータ７の出
力電圧によりその駆動電流が決定される第二の定電流駆
動回路８が接続されており、第二のＤ／Ａコンバータ７
の出力電圧により第二の定電流駆動回路８の駆動電流が
決定され、第二のコイル３に所望の電流を流すことがで
きる。該第二のコイル３には電流方向を切替えることが
できるリレー１０が接続されており、電流を流す方向は
該リレー１０の接点切替えで変えられる。

【０００８】図３は、この実施例における二つのコイル
２，３に流す電流のシーケンスの例である。第一のコイ
ルの電流波形１１と第二のコイルの電流波形１２は、そ
れぞれの時間（横軸）における、各コイルに流れる電流
の大きさの変化（縦軸）を表している。図２において、
レンズ条件を変えるためには電磁レンズを構成するコイ
ルに所定電流を流すに先立ち、まずヨーク１の残留磁気
を消去する。そのためにあらかじめリレー１０をオン
し、第二のコイル３に流れる電流の方向を第一のコイル
２の方向と逆になるように接点を設定しておく。続い
て、第一のＡ／Ｄコンバータ５と第二のＡ／Ｄコンバー
タ７にセットする値を入力しその出力電圧を変化させ
る。この出力電圧は、第一の定電流駆動回路６と第二の
定電流駆動回路８に入力され、各コイルの電流を第３図
の様に変化させる。すなわち第一のコイル２→第二のコ
イル３→第一のコイル２→‥‥‥‥の順で両コイルに交
互に電流を流し、除々にその電流値を下げて行くこと
で、ヨーク１の残留磁気を消去する。残留磁気を逆電流
で一度に消去するのは困難である。しかし本発明におい
ては徐々に低くなっていく磁界を交互に生じさせる過程
で確実に残留磁気を消去することができる。一方のコイ
ルの電流値が零となるタイミングと他方のコイルに逆電
流が流れるタイミングは若干ずらされており、急激な反
転磁界による回路への影響を防止している。この電流の
制御はデジタル信号により電子的に行うため、一つのコ
イルについて順次逆電流にリレーで切り替える場合に比
べ処理時間を短縮することができる。残留磁気を消去し
た後、リレー１０をオフし、第二のコイル３に第一のコ
イル２と同じ方向の電流を流し、ヨーク１のギャップ４
に所定の磁場を供給する。このときのレンズ力は予め把
握されている電流−発生磁場特性に基いた一定の値とな
る。第一のコイル２と第二のコイル３に流す電流及び方
向をシーケンシャルに変化させるため第一の定電流駆動
回路６と第二の定電流駆動回路８に入力する信号は、上
記の予め把握されている電流−発生磁場特性に基いてソ
フト的に組んでおくことにより、この動作を電子的に実
行することができるため、高速に安定してしかも騒音を
発すること無く消磁することができる。なお、この実施
例では第一のコイル２と第二のコイル３の巻線は同じと
してあるため、電流−発生磁場（レンズ力）特性は共通
である。

【０００９】

【実施例２】

【００１０】図４に本発明の異なる実施例の電磁コイル
１５’を示す。図中１はヨークであり、２は第一のコイ
ル、３は第二のコイルである。この実施例の電磁コイル
１５’は先の実施例の電磁コイル１５と異なるのは、第
二のコイル３が残留磁場消去のためだけに設置されたも
ので、巻数は第一のコイル２のそれより遥かに少なく構
成されている点である。したがって、この場合に第二の
コイルには図２に示すリレー１０が不必要であり、第一
のコイル２とは電流方向が逆となるように固定的に電源
９と第二の定電流駆動回路８に接続されると共に、電流
をＯＮ−ＯＦＦするスイッチだけが取付けられている。
レンズ条件を変えるためには電磁レンズを構成する第一
のコイル２に所定電流を流すに先立ち、まずヨーク１の
残留磁気を消去する。その際にはまずスイッチをオン
し、第二のコイル３に第一のコイル２の方向と逆になる
電流が流れるようにスイッチをＯＮしておく。続いて、
図３に示すように第一のコイル２と第二のコイル３によ
って交互に逆磁界を発生させる。第一のコイル２と第二
のコイル３の巻数は異なるので、流す電流は巻数に反比
例する値となる。この場合図３の縦軸は電流値では無く
磁力を示すものとなる。第一のＡ／Ｄコンバータ５と第
二のＡ／Ｄコンバータ７にセットするデジタル値を入力
しその出力電圧を変化させ、この出力電圧は、第一の定
電流駆動回路６と第二の定電流駆動回路８に入力され、
各コイルの発生する磁界を図３の様に変化させる。すな
わち先の実施例と同様に第一のコイル２→第二のコイル
３→第一のコイル２→‥‥‥‥の順で各コイルに交互に
電流を流し、除々にその発生磁界を低くして行くこと
で、ヨーク１の残留磁気を消去する。残留磁気を消去し
た後、スイッチをオフし、第二のコイル３の電流を止
め、第一のコイル２に予め把握されている電流−発生磁
場特性に基いて電流を供給すればヨーク１のギャップに
所定の磁場を発生する。このときのレンズ力は一定した
所望の値となる。第一のコイル２と第二のコイル３に流
す電流及び方向をシーケンシャルに変化させるため第一
の定電流駆動回路６と第二の定電流駆動回路８に入力す
る信号は、上記の予め把握されている電流−発生磁場特
性に基いてソフト的に組み、この動作を電子的に実行す
ることができるため、高速に安定してしかも騒音を発す
ること無く消磁することができる。なお、この実施例で
は第一のコイル２と第二のコイル３の巻線は異なるた
め、電流−発生磁場（レンズ力）特性は第一のコイル２
と第二のコイル３は異なるものである。

【００１１】上記の実施例では第二のレンズ３を残留磁
気を消去する専用のコイルとしたが、スイッチをリレー
に置換することで、第１実施例と同様に電磁レンズとし
て通常の使用時は第二のコイル３に第一のレンズ２と同
じ方向に電流を流すようにし、両者の合成電流でレンズ
の磁界を発生させるような構成とすることも可能であ
る。ただし、その場合第一のコイル２と第二のコイル３
の巻数が異なるため、電流−発生磁場（レンズ力）特性
は第一のコイル２と第二のコイル３は異なるものとな
り、残留磁気を消去する際に第一のコイル２と第二のコ
イル３に流す電流値はその特性に従い、発生磁界が図３
に示すような変化となるように調整する必要がある点は
第２の実施例と同様である。

【００１２】

【発明の効果】本発明の電磁レンズの直線性を備えた電
子線装置は、電磁レンズ作動の際とは逆方向の磁場を発
生するためのコイルを備えるものであって、該コイルと
電磁レンズ用コイルに流す電流及び方向をシーケンシャ
ルに変化させる手段を備えることにより、ヨークに残る
残留磁気を消去させるようにしたため、前記電磁レンズ
が発生する磁気の強さと電流値との関係が一義的に定ま
り、励磁条件を変えたときに常に発生する磁気の強度が
一定な電磁レンズを得ることができる。また、本発明の
電子線装置において、残留磁気を消去する手段として二
つのコイルに順次逆方向の電流を流すと共に、次第にそ
の発生磁力を減少させる構成を採用したことにより、残
留磁気を着実に零にもっていくことができ、レンズの励
磁条件を変えた後の再調整を無くすことができる。

【００１３】本発明の電子線装置において、二つのコイ
ルの一方は残留磁気を消去する専用のコイルとする構成
を採用したことにより、電流を逆方向へ切替えるための
リレー等の構成が不必要となり、装置が単純化できる。
本発明の電子線装置において、電磁レンズを分割した二
つのコイルからなるものとし、該コイルの一方に電流方
向切替え手段を備えて逆方向磁場を発生出来るようにす
ると共に、通常の使用時は同じ方向に電流を流し、両者
の合成電流でレンズの磁界を発生させる構成を採用した
ことにより、両コイルを常に有効に機能させ、コイルに
流す電流及び方向をシーケンシャルに変化させる動作に
おいてもバランスよく実行できる。更に、本発明の電子
線装置において、二つのコイルの一端には直流電源が接
続され、他端には定電流駆動回路を介してＤ／Ａコンバ
ータが接続される構成を採用したことにより、リレー等
による切替え動作の必要がなく、電子的に行うためリレ
ー切替えの騒音も無く静かに高速で消磁することができ
る。また、電流方向切替え手段を備えている形態の本発
明においても電流を流す方向の切り替え時にリレーの切
り替えが一回あるのみで、後の電流調整は電子的に実行
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例における電磁レンズの構造を
示す図である。

【図２】本発明の１実施例の基本構成を示す図である。

【図３】本発明の残留磁気消去動作における発生磁気シ
ーケンスを示す図である。

【図４】本発明の第２実施例における電磁レンズの構造
を示す図である。

【図５】電子顕微鏡の基本構成を示す図である。

【符号の説明】

１ ヨーク ６，８ 定電流駆動回
路 ２ 第一のコイル ９ 直流電源 ３ 第二のコイル 10 リレー ４ ギャップ 15 電磁レンズ ５，７ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁レンズ作動の際とは逆方向の磁場を
   発生するためのコイルを備えるものであって、該コイル
   と電磁レンズ用コイルに流す電流及び方向をシーケンシ
   ャルに変化させる手段を備えることにより、ヨークに残
   る残留磁気を消去させ、前記電磁レンズの発生する磁気
   の強さと電流値との間に直線性をもたせたことを特徴と
   する電子線装置。
2. 【請求項２】 残留磁気を消去する手段は二つのコイル
   に順次逆方向の電流を流すと共に、次第にその発生磁力
   を減少させるものである請求項１に記載の電子線装置。
3. 【請求項３】 二つのコイルの一方は残留磁気を消去す
   る専用のコイルである請求項１又は２に記載の電子線装
   置。
4. 【請求項４】 電磁レンズは分割した二つのコイルから
   なり、該コイルの一方に電流方向切替え手段を備えて逆
   方向磁場を発生出来るようにすると共に、通常の使用時
   は同じ方向に電流を流し、両者の合成電流でレンズの磁
   界を発生させる請求項１又は２に記載の電子線装置。
5. 【請求項５】 二つのコイルの一端には直流電源が接続
   され、他端には定電流駆動回路を介してＤ／Ａコンバー
   タが接続されている請求項１乃至４のいずれかに記載の
   電子線装置。