JP2010113810A - Transmission electron microscope - Google Patents
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Description
本発明は透過型電子顕微鏡に係わり、特に高分解能観察像を得るための耐振性を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a transmission electron microscope, and more particularly to a technique for improving vibration resistance for obtaining a high-resolution observation image.
透過型電子顕微鏡(以下、TEMと略称する)は、原子分解能が得られる観察装置である。図5に、走査透過像(以下、STEM像)を観察可能なTEMの概略構成例を示す。図5において、試料1を保持する試料ホルダ2は、観察の位置決めを行なう試料ステージ3に抜き差しできるように保持されている。試料ステージ3は鏡筒4に固定されており、図中のX,Y,Z軸方向の直線動およびX軸周りの傾斜が可能になっている。鏡筒4は除振機5を介して床6上に置かれた架台7上に設置され、床6の振動は除振機5によって伝達が抑制される。除振機5の固有振動数は数Hz程度に設定されており、それ以上の高周波の振動伝達を抑制する。
A transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as TEM) is an observation apparatus that can obtain atomic resolution. FIG. 5 shows a schematic configuration example of a TEM capable of observing a scanning transmission image (hereinafter, STEM image). In FIG. 5, a sample holder 2 for holding a
TEMの原理については良く知られており詳しい説明を省略するが、透過電子像(以下、TEM像)の観察時には、電子銃8のエミッタ9で発生した電子ビーム10をコンデンサレンズ11、コンデンサミニレンズ12、対物レンズを用いて、試料1に平行ビームとして照射し、透過した電子ビーム10を対物レンズ13、中間レンズ14、投影レンズ15で拡大し、蛍光板16あるいは
カメラフィルム17上に結像させることでTEM像を得る。
Although the principle of TEM is well known and will not be described in detail, when observing a transmission electron image (hereinafter referred to as TEM image), an
また、STEM像の観察時には図5中の破線で示すように、試料1の一点に電子ビームを収束させ,透過した電子ビーム量をSTEM検出器18により測定する。照射系偏向器19によって、ビーム照射位置20をXY平面上で2次元走査することによってSTEM像を得る。なお、本図の電子光学系は理解を容易にするための模式的なものであり、厳密なものではない。
Further, when observing the STEM image, as indicated by a broken line in FIG. 5, the electron beam is converged on one point of the
さて、除振機5を介して伝達した床振動などの外乱振動は装置全体を振動させる。このとき各部位には振動の加速度にともなう慣性力が発生する。これらの慣性力によって各機械要素は弾性変形する。STEM像取得時には、この弾性変形による試料1とビーム照射位置20との相対変位が観察分解能を超えたとき、振動の影響が問題となる。
Now, disturbance vibrations such as floor vibrations transmitted via the vibration isolator 5 vibrate the entire apparatus. At this time, an inertial force accompanying the acceleration of vibration is generated in each part. Each mechanical element is elastically deformed by these inertial forces. At the time of STEM image acquisition, if the relative displacement between the
一方、TEM像観察時には、蛍光板16あるいはカメラフィルム17上に拡大された透過像の移動量が観察分解能を超えたときに、像振動として問題となる。 On the other hand, at the time of TEM image observation, if the amount of movement of the transmission image magnified on the fluorescent screen 16 or the camera film 17 exceeds the observation resolution, it becomes a problem as image vibration.
従来の設計では、TEMの耐振性を高めるために、各部位の剛性を高めることによりこれらの弾性変形を抑制している。この際、1自由度系への強制振動入力のモデルから、系の固有振動数を高めることが耐振性を高めるのに有利と考えられた。 In the conventional design, in order to increase the vibration resistance of the TEM, these elastic deformations are suppressed by increasing the rigidity of each part. At this time, from the model of forced vibration input to the one-degree-of-freedom system, it was considered that increasing the natural frequency of the system was advantageous for improving the vibration resistance.
図2は、1自由度系の振動モデルを示す図である。図2において、ベースが周波数fHz、変位a0で強制振動した際、質量の変位をaとおいて、ベースと質量との間の標準化された相対変位|a0−a|/a0は下式(1)で表される。
ここに、λは系の固有振動数fnに対する周波数fの比、ξは1自由度系の減衰比である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a one-degree-of-freedom vibration model. In FIG. 2, when the base is forced to vibrate at a frequency of fHz and a displacement a 0 , the mass displacement is a, and the standardized relative displacement | a 0 −a | / a 0 between the base and the mass is It is represented by (1).
Here, λ is the ratio of the frequency f to the natural frequency f n of the system, and ξ is the damping ratio of the one-degree-of-freedom system.
λが1より十分に小さな領域において、相対変位はλに比例する。床振動でしばしば問題になるのは先に述べたように数Hzの周波数成分である。数Hzという周波数は装置の固有振動数より十分に低いため、λが1より十分に小さいという条件を満たす。強制振動の周波数fが一定のとき、相対変位は系の周波数fnの2乗に反比例する。即ち、下式(2)のように表される。
よって、相対変位を小さくしてTEMの耐振性を高めるためには、系の固有振動の周波数fnを高くすることが必要である。そのため、ばね定数を高めるか、あるいは質量を軽減することが重要である。
In the region where λ is sufficiently smaller than 1, the relative displacement is proportional to λ. As described above, a frequency component of several Hz is often a problem in floor vibration. Since the frequency of several Hz is sufficiently lower than the natural frequency of the apparatus, the condition that λ is sufficiently smaller than 1 is satisfied. When the frequency f of the forced vibration is constant, the relative displacement is inversely proportional to the square of frequency f n of the system. That is, it is expressed as the following formula (2).
Therefore, in order to increase the vibration resistance of the TEM by reducing the relative displacement, it is necessary to increase the frequency f n of the natural oscillation of the system. Therefore, it is important to increase the spring constant or reduce the mass.
特許文献1の特開平9−283067号公報には、電子銃部と鏡体本体とを一体的に結合して電子銃部の固有振動数を上げることによって剛性を向上し、電子銃部先端の電子源の揺れを小さくする技術が開示されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283067 of
原子分解能を持つTEMの分解能は、近年開発された多極子の収差補正機の登場により0.1nm以下に達した。TEM設置室に存在する床振動や騒音の環境外乱は装置を弾性変形させ,同変形に起因する像振動が観察分解能の律速条件になる。TEMの高分解能化にともない,設置環境の許容外乱の上限はより厳しく制限された。そのため、環境外乱の対策としてTEM用の耐騒音試料ホルダの開発や、架台の固有モードと床の傾斜振動の連成による数10から数100Hzに渡る床振動増幅を抑制することが行なわれている。 The resolution of a TEM with atomic resolution has reached 0.1 nm or less due to the advent of a multipole aberration corrector developed in recent years. An environmental disturbance such as floor vibration and noise existing in the TEM installation room elastically deforms the apparatus, and image vibration caused by the deformation becomes a rate-determining condition for observation resolution. With the increase in resolution of TEM, the upper limit of allowable disturbance in the installation environment has been severely limited. Therefore, as a countermeasure against environmental disturbances, development of a noise-resistant sample holder for TEM, and suppression of floor vibration amplification over several tens to several hundreds of Hz due to the coupling of the natural mode of the gantry and the floor tilt vibration have been performed. .
しかし、これらの対策では数Hzの低周波床振動の影響を抑制することはできず、原子分解能を持つTEMに対しては、鏡筒の耐振設計方針を根本的に見直す必要がある。TEMの構造は複雑であり、その構成要素すべてが1自由度系でモデル化できるとは限らない。また、電子ビームは光学系の各部位において、その径が拡大され、また縮小される。よって、機械的剛性を設計するに当たっては電子ビームの拡大縮小の影響を考慮に入れる必要がある。 However, these measures cannot suppress the influence of low-frequency floor vibration of several Hz, and it is necessary to fundamentally review the vibration-proof design policy of the lens barrel for a TEM having atomic resolution. The structure of a TEM is complex, and not all of its components can be modeled with a one-degree-of-freedom system. Further, the diameter of the electron beam is enlarged and reduced at each part of the optical system. Therefore, when designing the mechanical rigidity, it is necessary to take into account the influence of the scaling of the electron beam.
ここで、TEMを照射系、結像系、対物レンズ部の3つの部位に分けて、その耐振性に関する検討を行なう。鏡筒4に対し水平方向で試料ホルダ2の軸方向の振動が入力する場合を考える。このとき各部位に慣性力が発生し弾性変形が生じる。これをイメージしやすくするために、図3に示すように、鏡筒4を水平方向に伸びた片持ち梁のように除振機位置において固定し、図中の矢印A方向に重力(加速度)がかかった場合を考える。 Here, the TEM is divided into three parts, that is, an irradiation system, an imaging system, and an objective lens part, and the vibration resistance is examined. Let us consider a case where vibration in the axial direction of the sample holder 2 is inputted in the horizontal direction with respect to the lens barrel 4. At this time, an inertial force is generated in each part, and elastic deformation occurs. In order to make this easy to imagine, as shown in FIG. 3, the lens barrel 4 is fixed at the position of the vibration isolator like a cantilever extending in the horizontal direction, and gravity (acceleration) is indicated in the direction of arrow A in the figure. Consider the case where it takes.
このとき、鏡筒4は片持ち梁のように弾性変形する。試料ステージ3と試料ホルダ2は、自重によるたわみでやはり下方向に移動する。さて、この状態において、電子光学的観点から各部位のたわみにより像がどのように影響を受けるかを検討する。一般的に電子光学系において、試料1の上側を照射系21、下側を結像系22と呼ぶが、ここでは中間に位置する対物レンズ部23を別の部位にして説明する。
At this time, the lens barrel 4 is elastically deformed like a cantilever. The
まず、STEM像観察モードでは、電子ビーム10と試料1との相対変位が像の移動量になる。照射系21においては、エミッタ部9のたわみ量が機械的な移動量であるが、電子ビームは照射系において1/1000ほどに縮小される。よって機械的たわみの1/1000が電子ビーム10の照射位置の移動量となる。STEM像の観察分解能が0.1nmであるとき、エミッタ部9のたわみの許容量は、電子ビーム10の照射位置の移動量を1000倍した0.1μmとなる。一方、試料ステージ3や試料ホルダ2、に関してはその機械的たわみ量はそのまま像移動量となる。従って、照射系21の機械的たわみよりも1000倍ほど像移動量に対して影響がある。
First, in the STEM image observation mode, the relative displacement between the
次に、TEM像観察モードにおける検討を行なう。照射系21は試料1に対して平行にビームを照射するため,そのたわみは像移動には関係しないため考慮しなくて良い。結像系22においては、電子ビーム径が拡大される。蛍光板上で観察される像が100万倍であるとき、結像系の拡大率は1万倍程度である。100万倍観察時、例えばTEM像の分解能が0.1nmとすると、蛍光板上での長さは0.1mmとなる。よって拡大系のたわみの許容量はこの1/10000の10nmと見積もられる。これは照射系21のSTEM像観察モードにおける影響に比較すれば10倍の影響であるが、試料ステージ3や試料ホルダ2の影響に比べれば小さい。
Next, examination in the TEM image observation mode is performed. Since the irradiation system 21 irradiates the
最後に、対物レンズ部23に注目する。図4に、従来の対物レンズ113のより詳細な構造を示す。図4において、外ヨークa25は外ヨークb26とボルト24a、内ヨーク27とボルト24bにより締結されている。ステージ基台3aは試料ステージ3の一部で、試料ステージ3を鏡筒4に固定するための部材である。ステージ基台3aは外ヨークa25の上部にボルト24cにより固定されている。内ヨーク27の上面にはポールピース下極29とポールピース上極31とが対向しており、これらの間にはスペーサ31が設けられている。
Finally, attention is paid to the objective lens unit 23. FIG. 4 shows a more detailed structure of the conventional objective lens 113. In FIG. 4, the outer yoke a25 is fastened by an outer yoke b26 and a bolt 24a, and an
内ヨーク27と外ヨークa25との隙間にはコイル28が設けられ、電流を通すことによって磁場レンズが構成される。同レンズの磁気回路は、ポールピース下極29、内ヨーク27、外ヨークa25、外ヨークb26、ポールピース上極30から構成される。ここで、外ヨークb26とポールピース上極30とは機械的に接触しておらず、わずかに間隙が設けられている。
A
この対物レンズ部23に対し重力(加速度)による照射系21のモーメントがかかったとき、外ヨークa25が図4中の実線(破線は撓みのない状態を示す)のように撓むと、これに固定されたステージ基台3a、試料ステージ3、試料ホルダ2がともに移動する。一方、内ヨーク27上に配置されたポールピース下極29とポールピース上極30には照射系のモーメントがかからないため、位置変動が起こらない。図4では、外ヨークb26がポールピース上極30にぶつかって描かれているが、実際にはたわみ量は小さいため接触しない。従って、外ヨークa25のたわみの影響度は、試料ステージ3や試料ホルダ2の影響と同等に大きい。さらに、試料ステージ3、試料ホルダ2の場合は自重のみによってたわみが発生するのに対して、外ヨークa25には照射系21の全モーメントがかかるため、外ヨークa25の曲げ剛性は非常に高い必要がある。外ヨークa25のたわみは、試料1の位置変動と等価であるので、TEM像、STEM像の両観察モードともに像振動に影響する。
When the moment of the irradiation system 21 due to gravity (acceleration) is applied to the objective lens part 23, the outer yoke a25 is fixed to the solid line in FIG. 4 (the broken line indicates an unbent state). The stage base 3a, the
以上の検討から、鏡筒4において最も高い剛性を必要とするのは、対物レンズ部23のヨークの曲げ剛性であり、換言すれば対物レンズのポールピースから試料までのループ構造の剛性(ループ剛性)であることが分かる。ここで、例えばポールピース上極30と試料1とのループ構造とは、ポールピース上極30と試料1とが僅かな距離を隔てて対向し、ポールピース上極30、外ヨークb26、ステージ基台3a、試料ステージ3、試料ホルダ2、試料1の順に、隣り合う構成要素同士が接して組み立てられているときの、一連の構成要素全体を意味している。また、ループ剛性とは、上述の一連の構成要素全体が持つ剛性を指す。
From the above examination, the lens barrel 4 that requires the highest rigidity is the bending rigidity of the yoke of the objective lens unit 23. In other words, the rigidity of the loop structure from the pole piece of the objective lens to the sample (loop rigidity) ). Here, for example, the loop structure of the pole piece
さらに、照射系21の機械剛性は、対物レンズ部23に比較すれば剛性が低くてもかまわない。従って、例えば特許文献1の特開平9−283067号公報に開示されているように従来しばしば行なわれてきた設計方法、即ち照射系の剛性を高めるために鏡筒先端部の質量を大きくすることは、結果として対物レンズ13のヨークの撓み量を増加させるので、かえって耐振性を低下させる可能性があることも分かる。
Furthermore, the mechanical rigidity of the irradiation system 21 may be lower than that of the objective lens unit 23. Therefore, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283067 of
本発明は上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、環境外乱による像移動に対する鏡筒各部の影響度を電子光学的観点から重み付けし、また慣性力によるモーメントを考慮して最も耐振性に影響を及ぼす部分の剛性を重点的に高める設計を行なうことにより、顕著に耐振性を向上させたTEMを提供することに有る。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to weight the degree of influence of each part of the lens barrel with respect to image movement due to environmental disturbance from the viewpoint of electro-optics, and to take into account moments due to inertial forces. Thus, it is intended to provide a TEM that significantly improves the vibration resistance by performing a design that mainly increases the rigidity of the portion that most affects the vibration resistance.
上記の問題を解決するために、
請求項1に記載の発明は、第1の外ヨーク及び第2の外ヨーク及び内ヨークと、前記第1の外ヨークに固定されたポールピース上極と、前記第2の外ヨーク及び前記内ヨークに固定されたポールピース下極と、前記第2の外ヨークと前記内ヨークとの間に形成される空間に配置されたコイルからなる対物レンズと、該対物レンズ上に固定された試料ステージと、該試料ステージに支持された試料ホルダとを備えた透過型電子顕微鏡において、
前記試料ホルダに取り付けられた試料から前記ポールピースまでのループ構造を構成する各部材間に、前記試料と前記ポールピースの間の相対変位を抑制する部材を配設することにより、前記ループ構造の剛性を高めたことを特徴とする。
To solve the above problem,
The invention according to
By disposing a member for suppressing relative displacement between the sample and the pole piece between the members constituting the loop structure from the sample to the pole piece attached to the sample holder, It is characterized by increased rigidity.
また請求項2に記載の発明は、前記対物レンズの前記第2の外ヨーク及び前記内ヨークが前記試料ステージを支持する側に開口部が設けられており、該開口部を塞ぐように補強部材を配設して、前記第2外ヨークと前記内ヨークとの相対変形を抑制するようにしたことを特徴とする。 In the invention according to claim 2, the opening is provided on the side of the objective lens where the second outer yoke and the inner yoke support the sample stage, and the reinforcing member is closed so as to close the opening. Is provided to suppress relative deformation between the second outer yoke and the inner yoke.
また請求項3に記載の発明は、前記補強部材は、補強フランジと補強リングとこれら2つの部材間を締結するボルトからなり、前記第2の外ヨークと前記内ヨークとの接合部は接着又は半田付け又はボルト締結又はロー付けの何れかにより固定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the reinforcing member comprises a reinforcing flange, a reinforcing ring, and a bolt for fastening between the two members, and the joint between the second outer yoke and the inner yoke is bonded or bonded. It is fixed by either soldering, bolt fastening or brazing.
また請求項4に記載の発明は、前記試料ステージと前記補強フランジとをボルトにより締結したことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is characterized in that the sample stage and the reinforcing flange are fastened by a bolt.
また請求項5に記載の発明は、前記対物レンズの前記ポールピース上極と前記ポールピース下極との間に配設するスペーサを用いて、前記試料ステージと前記ポールピースとを固定したことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is that the sample stage and the pole piece are fixed by using a spacer disposed between the pole piece upper pole and the pole piece lower pole of the objective lens. Features.
また請求項6に記載の発明は、前記試料と前記ポールピースの間の相対変位を抑制する部材は非磁性材料であることを特徴とする。
The invention described in
本発明によれば、環境外乱による像移動に対する影響度が最も強い対物レンズのヨークの曲げ剛性を重点的に高める構造とすることにより、対物レンズのポールピースから試料までのループ剛性を高めたため、外乱振動により鏡筒が弾性変形して観察像が移動する量を抑制できるので、透過型電子顕微鏡における原子レベルの高分解能観察を可能とすることができる。 According to the present invention, the structure has a structure in which the bending stiffness of the yoke of the objective lens, which has the strongest influence on the image movement due to environmental disturbances, is mainly increased, thereby increasing the loop stiffness from the pole piece of the objective lens to the sample. Since the amount of movement of the observation image due to elastic deformation of the lens barrel due to disturbance vibration can be suppressed, high-resolution observation at the atomic level in a transmission electron microscope can be made possible.
以下図1を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。図1において図4と同一または類似の動作を行なうものには共通の符号を付し、詳しい説明の重複を避ける。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the technical scope of the present invention is not limited by this illustration. 1 that perform the same or similar operations as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is not repeated.
図1は、本発明を実施する対物レンズ213の構造を示す図である。図1において、外ヨークa25は外ヨークb26とボルト24a、内ヨーク27とボルト24bにより締結されている。ステージ基台3aは試料ステージ3の一部で、試料ステージ3を鏡筒4に固定するための部材である。ステージ基台3aは外ヨークa25の上部にボルト24cにより固定されている。内ヨーク27の上面にはポールピース下極29とポールピース上極31とが対向しており、これらの間にはスペーサ31が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of an objective lens 213 for implementing the present invention. In FIG. 1, an outer yoke a25 is fastened by an outer yoke b26 and a bolt 24a, and an
内ヨーク27と外ヨークa25との隙間にはコイル28が設けられ、電流を通すことによって磁場レンズが構成される。同レンズの磁気回路は、ポールピース下極29、内ヨーク27、外ヨークa25、外ヨークb26、ポールピース上極30から構成される。ここで、外ヨークb26とポールピース上極30とは機械的に接触しておらず、わずかに間隙が設けられている。
A
本発明を実施する対物レンズは、ポールピースから試料までのループ剛性を高めるため、外ヨークa25と内ヨーク27をつなぐ補強フランジ32と補強リング33の2つの部材を配置している。2つの部材間はボルト34による締結がなされている。ボルト34′は、ボルト34と同一の働きをするボルトで、異なる部位に配置されていることを示す。
In the objective lens embodying the present invention, two members of a reinforcing
それぞれの内ヨーク27、外ヨークa25との接合部の全面が接着により固定され、高剛性に接合されている。これら接合部は必ずしも接着によらず、はんだ付けやボルト締結などで固定しても良い。これら補強フランジ32と補強リング33が、外ヨークと内ヨークとの相対変形を抑制し、試料とポールピースとの間のループ剛性を高める効果を生み出している。
The entire surfaces of the joint portions between the
次に、本発明を実施した他の対物レンズ313の例を、図7を参照しながら説明する。対物レンズ313は、対物レンズ213で実施される補強に加えて、さらに補強フランジ40の中心軸側(電子ビーム軸に近い側)をステージ基台3aとボルト35で固定する補強を行なっている。ボルト35′は、ボルト35と同一の働きをするボルトで、異なる部位に配置されていることを示す。補強フランジ40は、ボルト35によるステージ基台3aとの締結を強固にするため、対物レンズ213の補強フランジ32とは若干異なる形状とされているが、同じ形状として補強フランジ40とステージ基台3aとの間にスペーサ(図示せず)を組み込んでも良い。これらの補強によって、試料とポールピースとの間のループ剛性をより高めることができる。
Next, an example of another objective lens 313 embodying the present invention will be described with reference to FIG. In addition to the reinforcement performed by the objective lens 213, the objective lens 313 further performs reinforcement by fixing the central axis side (side closer to the electron beam axis) of the
また、ステージ基台3aとポールピース下極29との間に配置されているスペーサ37は、ステージ基台3aとスペーサ37とをボルト36で締結することができるように、図4に示される従来のスペーサ31と異なった形状とされている。そのため、試料とポールピースとの間のより高いループ剛性を得ることが可能である。
Further, the spacer 37 disposed between the stage base 3a and the pole piece
なお、図7においては、補強フランジ40とステージ基台3aとのボルト締結と、ステージ基台3aとスペーサ37とのボルト締結を同時に行なうようにしているが、何れか一方の締結のみ行なうようにしても良い。
In FIG. 7, the bolt fastening between the reinforcing
次に、本発明を実施した他のもうひとつの対物レンズ413の例を、図8を参照しながら説明する。対物レンズ413において、内ヨーク39には補強フランジ41をねじ込むためのねじ込み部39aが形成されている。補強フランジ41をねじ込んだ後に、ねじ込み部39aをはんだ付けで補強すればなお良い。また、外ヨークa38と補強フランジ41をボルト42で締結する。そのため、外ヨークa38と補強フランジ41は、図4に示される従来の外ヨークa25と補強フランジ32とは異なった形状とされている。ボルト42′は、ボルト42と同一の働きをするボルトで、異なる部位に配置されていることを示す。これらの補強によって、試料とポールピースとの間のループ剛性をより高めることができる。
Next, another example of the objective lens 413 embodying the present invention will be described with reference to FIG. In the objective lens 413, a screwed portion 39 a for screwing the reinforcing flange 41 is formed in the inner yoke 39. After screwing the reinforcing flange 41, the screwed portion 39a may be reinforced by soldering. Further, the outer yoke a 38 and the reinforcing flange 41 are fastened with bolts 42. Therefore, the outer yoke a38 and the reinforcing flange 41 have different shapes from the conventional outer yoke a25 and the reinforcing
また、上記した対物レンズ213、313、413の説明において、補強フランジ32、補強フランジ41、補強リング33及び各ボルト等の締結部材には、磁路に影響が無いように非磁性材料を用いている。
In the description of the objective lenses 213, 313, and 413 described above, a nonmagnetic material is used for fastening members such as the reinforcing
次に、本発明による鏡筒剛性の改善効果の検証について説明する。図6は、図1に示した鏡筒剛性の改善による効果を測定した実験結果のグラフである。耐振性の評価のためには、装置全体を加振機に搭載し、加振時の像の振動量を測定するのがよい。しかし、この方法による評価の結果にはゴニオメータなど他の部位の弾性変形による影響も含まれるため、鏡筒剛性改善の効果のみを評価できない。 Next, verification of the effect of improving the lens barrel rigidity according to the present invention will be described. FIG. 6 is a graph of experimental results obtained by measuring the effect of the lens barrel rigidity improvement shown in FIG. In order to evaluate vibration resistance, it is preferable to mount the entire apparatus on a shaker and measure the vibration amount of the image at the time of vibration. However, the result of the evaluation by this method includes the effect of elastic deformation of other parts such as a goniometer, so that only the effect of improving the lens barrel rigidity cannot be evaluated.
そこで、鏡筒の側面にばねばかりを用いて一定の荷重をかけた場合の像移動量について、従来設計の対物レンズと本発明を実施した対物レンズとの比較測定を行なった。測定はSTEM像、TEM像の両観察モードでそれぞれ実施した。荷重をかける位置を高さ方向に数点設け、それぞれによる像移動量を測定した。荷重は、試料ホルダの挿入方向とそれに直交する2方向にかけた。 In view of this, the comparative measurement between the objective lens of the conventional design and the objective lens embodying the present invention was performed for the amount of image movement when a constant load was applied to the side surface of the lens barrel. The measurement was carried out in both the STEM image and TEM image observation modes. Several positions for applying the load were provided in the height direction, and the amount of image movement by each was measured. The load was applied in the sample holder insertion direction and in two directions orthogonal thereto.
STEM像観察モードにおける結果を図6(a)に示す。電子銃の最上部を試料ホルダ挿入方向へ荷重したとき改良前の像移動量が1となるように係数を乗じて比較を行った。図の横軸は除振機位置から荷重を加えた位置までの高さであり、縦軸が上記の像移動量(比較値)である。改良の効果は顕著であった。試料ホルダに直交する方向で電子銃最上部に荷重をかけたときに像移動の方向が反転したことは、像移動に支配的な要素が顕著に抑制され、他の要素の影響が現れたことを示す。改良前の荷重高さと像移動量との関係はほぼ直線状に並び、像移動量との交点は、図1の外ヨークa25下部にほぼ一致した。これは改良前においては像移動の支配的な弾性変形原因が外ヨークa25に集中しており、弾性変形量が荷重による曲げモーメントに比例するためと推定された。 The result in the STEM image observation mode is shown in FIG. A comparison was made by multiplying the coefficient so that the image movement amount before improvement was 1 when the uppermost part of the electron gun was loaded in the sample holder insertion direction. The horizontal axis in the figure is the height from the position of the vibration isolator to the position where the load is applied, and the vertical axis is the image movement amount (comparison value). The effect of the improvement was remarkable. When the load was applied to the top of the electron gun in the direction perpendicular to the sample holder, the direction of image movement was reversed, which significantly suppressed the elements that controlled the image movement and the influence of other elements appeared. Indicates. The relationship between the load height before the improvement and the image movement amount is arranged substantially linearly, and the intersection point with the image movement amount substantially coincides with the lower part of the outer yoke a25 in FIG. It was estimated that this was because the dominant elastic deformation cause of image movement was concentrated on the outer yoke a25 before the improvement, and the elastic deformation amount was proportional to the bending moment due to the load.
次に、TEM像観察モードにおける同様の比較を図6(b)に示す。横軸は除振機位置から荷重を加えた位置までの高さ、縦軸は図6(a)と同様の係数を乗じた像移動量(比較値)である。改良の効果はTEM像観察モードにおいても顕著であった。改良前のTEM像観察モードの像移動量はSTEM像観察モードにおける量と同程度であった。また、改良前の荷重高さと像移動量との関係はSTEM像観察モードの場合と同様で、やはり図1の外ヨークa25下部のフランジ高さにほぼ一致した。よってTEM像観察モードにおいてもこの部位の剛性が像移動に対して支配的であった。以上の結果からSTEM像、TEM像両観察モードに対し鏡筒の電子光学的曲げ剛性は顕著に改善した。 Next, a similar comparison in the TEM image observation mode is shown in FIG. The horizontal axis is the height from the position of the vibration isolator to the position where the load is applied, and the vertical axis is the image movement amount (comparison value) multiplied by the same coefficient as in FIG. The effect of the improvement was also remarkable in the TEM image observation mode. The amount of image movement in the TEM image observation mode before the improvement was almost the same as that in the STEM image observation mode. Further, the relationship between the load height before the improvement and the image moving amount is the same as in the STEM image observation mode, and also substantially coincides with the flange height below the outer yoke a25 in FIG. Therefore, also in the TEM image observation mode, the rigidity of this portion is dominant with respect to image movement. From the above results, the electron optical bending rigidity of the lens barrel was remarkably improved with respect to both the STEM image and TEM image observation modes.
以上述べたように、本発明によれば、対物レンズから試料への機械的なループ剛性を高めることにより、外乱振動により鏡筒が弾性変形して観察像が移動する量を抑制し、原子レベルの高分解能観察を可能とすることができる。 As described above, according to the present invention, by increasing the mechanical loop rigidity from the objective lens to the sample, the amount of movement of the observation image due to the elastic deformation of the lens barrel due to disturbance vibration is suppressed, and the atomic level High-resolution observation can be made possible.
(同一または類似の動作を行なうものには共通の符号を付す。)
1…試料
2…試料ホルダ
3…試料ステージ
3a…ステージ基台
4…鏡筒
5…除振機
6…床
7…架台
8…電子銃
9…エミッタ
10…電子ビーム
11…コンデンサレンズ
12…コンデンサミニレンズ
13…対物レンズ
14…中間レンズ
15…投影レンズ
16…蛍光板
17…カメラフィルム
18…STEM検出器
19…照射系偏向器
20…ビーム照射位置
21…照射系
22…結像系
23…対物レンズ部
24a、24b、24c…ボルト
25…外ヨークa
26…外ヨークb
27…内ヨーク
28…コイル
29…ポールピース下極
30…ポールピース上極
31…スペーサ
32…補強フランジ
33…補強リング
34、35、36…ボルト
37…スペーサ
38…外ヨークa
39…内ヨーク
39a…ねじ込み部
40、41…補強フランジ
42…ボルト
(Common reference numerals are used for the same or similar operations.)
DESCRIPTION OF
26 ... Outer yoke b
27 ...
39 ... Inner yoke 39a ... Screwed
Claims (6)
前記試料ホルダに取り付けられた試料から前記ポールピースまでのループ構造を構成する各部材間に、前記試料と前記ポールピースの間の相対変位を抑制する部材を配設することにより、前記ループ構造の剛性を高めたことを特徴とする透過型電子顕微鏡。 A first outer yoke, a second outer yoke and an inner yoke, a pole piece upper pole fixed to the first outer yoke, and a pole piece lower pole fixed to the second outer yoke and the inner yoke; An objective lens composed of a coil disposed in a space formed between the second outer yoke and the inner yoke, a sample stage fixed on the objective lens, and supported by the sample stage In a transmission electron microscope equipped with a sample holder,
By disposing a member for suppressing relative displacement between the sample and the pole piece between the members constituting the loop structure from the sample to the pole piece attached to the sample holder, A transmission electron microscope characterized by increased rigidity.
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