JP2868536B2

JP2868536B2 - 透過形電子顕微鏡における物体の照射方法及びそのための電子顕微鏡

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Publication number: JP2868536B2
Application number: JP1189014A
Authority: JP
Inventors: ゲルト・ベナー
Original assignee: KAARU TSUAISU SUCHIFUTSUNGU
Current assignee: KAARU TSUAISU SUCHIFUTSUNGU
Priority date: 1988-07-23
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH0279347A; EP0352552A3; EP0352552A2; DE58906677D1; EP0352552B1; US5013913A; DE3825103A1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念として記
述した透過形電子顕微鏡における物体の照射方法及び特
許請求の範囲第２項の上位概念として記述した透過形電
子顕微鏡に関する。

従来技術現在の電子顕微鏡の殆どのものは、例えば西独特許第
875555号明細書から公知であるリーケ（Riecke）及びル
スカ（Ruska）の謂わゆるコンデンサ対物レンズ単視野
レンズ（Kondensor−Objectiv−Einfeld−Linse、KOEレ
ンズとも称される）を装備している。この種の電子顕微
鏡においては、適当なビーム照射により磁極シユーのギ
ヤツプ中心における対称物体位置で、高分解能の透過モ
ード（TEMモード）が可能となるばかりではなく、走査
−透過モード（STEMモード）及び微細領域回折のための
非常に小さい電子プローブの発生を可能にする。TEMモ
ードにおいては、最終段コンデンサレンズが電子源を、
KOE視野レンズの前焦点に結像し、それにより、物体の
軸平行照射を実現している。この場合、物体の照射視野
の大きさは、謂わゆるコンデンサ絞り（照射視野絞り）
の直径により決定されている。STEMモードにおいては、
電子源は、終段コンデンサレンズによつて、KOE視野レ
ンズの結像面に結像され、該KOE視野レンズは、電子源
を縮小して物体上に結像する。

しかしながら、上述のKEM照射には次のような欠点が
ある。即ち、前方焦点への電子源の結像状態をKOE視野
レンズの厳密に維持しなければならないと言う欠点であ
る。さもなければ、KOEレンズの短い焦点距離が原因
で、軸外物体領域が極めて大きな傾きで照射されてしま
うからである。従つて、最終段コンデンサレンズのアパ
ーチヤ（明るさ）を物体の照射視野の大きさの調整に利
用することができなくなる。

西独特許願公開公報第2822242号明細書から、KOE視野
レンズと共に入れ子式光学系を形成するKOEレンズの直
前に付加レンズを組み込むことが知られている。この構
成では、公知の透過形電子顕微鏡に対応する物体の照射
が達成されるが、照射アパーチヤ及び照射視野を互いに
独立に設定もしくは調節できないと言う欠点を有してい
る。STEMモードにおいて小さいプローブを発生するため
には、上記付加レンズを取外すか或はその作用を最小限
に減少しなければ、KOEレンズの較正を変えることはで
きない。

照射アパーチヤ及び物体の照射視野の互いに独立した
設定もしくは調節が、西独特許第1614123号明細書に記
述されている。この公知の構造の電子顕微鏡において
は、先ず、短焦点距離の第１のコンデンサレンズにより
電子源（クロスオーバ）の非常に縮小された像が発生さ
れ、そしてこの像は長焦点距離の第２のコンデンサレン
ズによつてKOE視野レンズの焦平面に結像される。該第
２のコンデンサレンズの後側には照射視野絞りが設けら
れており、この照射視野絞りは、KOE視野レンズにより
物体平面に鮮鋭に結像され、それにより照射される物体
の領域の大きさが決定される。照射アパーチヤは、KOE
視野レンズの焦平面内のクロスオーバの大きさによつて
定められ、第１のコンデンサレンズの像縮小率により変
えられる。この目的から、第１のコンデンサレンズは、
選択的に挿入可能な異なつた焦点距離を設定する磁極シ
ユー系を備えている。

上記の公知の装置の欠点は、選択的に挿入可能な磁極
シユー系が機械的要素として非常に高価であり事後較正
を必要とし、少数段では照射アパーチヤの極く僅な変更
しか許容されないと言う点である。照射視野絞りを変え
ることに関しては、上述の公報には何等記述するところ
はなく、事後較正が必要であるという欠点を有する公知
の切換装置では、定型的な作業に際して使用者に極めて
大きな負担が掛かり、絞りの位置からして容易に取り扱
うことは殆ど不可能である。

透過形電子顕微鏡における物体の最適照射は下記の要
件を満たさなければならない。

−照射アパーチヤ（照射ビーム円錐の開き角）は、照射
のコヒーレンス、像の明るさ及びコントラストを個々の
物体に適応できるようにするためには、可変でなければ
ならない。

−照射される物体の領域（照射視野）の大きさは、無用
な物体の損傷並びにコントラストを減少するような散乱
電子を減少するためには、結像される物体領域よりも極
く僅だけしか大きくならないようにしなければならな
い。

−照射アパーチヤ及び照射視野の大きさの設定は互いに
独立に行わなければならない。

−照射ビーム円錐は、軸外領域における斜めの照射によ
る像の歪みを避けるために、各物体点に可能な限り垂直
に入射しなければならない。

−照射視野は均質でしかも縞パターンを伴わずに照明さ
れなければならない。

光学顕微鏡においては、照明装置に対する上記の要件
は謂わゆるケラー説明により満たされている。電子顕微
鏡においては、この原理は、その明らかなる利点にも拘
わらず従来例外的な事例においてのみ個々の倍率調整に
適用されているに過ぎない。その理由は、電子顕微鏡で
は、所要の明確な縁を有し直径が可変である絞りは存在
せず、従つて常に絞りの交換が必要とされるからであ
る。しかしながら、この交換は、絞りの位置、交換に要
する時間消費並びに各交換後における所要の事後較正が
必要とされる等の理由から定型的な（反復）操作もしく
は手順に採り入れることはできない。

発明の目的本発明の課題は、透過形電子顕微鏡に対し、簡単な操
作で大きな倍率領域に亙りケラー照明に対応する照射方
法を提供することにある。更にまた、この照射方法は、
マイクロ解析及びSTEMモードのための非常に小さい直径
の電子ビームプローブの発生を可能にしようとするもの
である。さらに、このようなケラー照明を設定しうる透
過形電子顕微鏡を提供することである。

発明の構成上の課題は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項
の謂わゆる特徴部分に記載の構成によって解決され、さ
らに特許請求の範囲第２項の謂わゆる特徴部分に記載の
構成を有する透過形電子顕微鏡によって解決される。な
お、最終段コンデンサレンズを、TEMモードにおいては
クロスオーバがKOE視野レンズの焦平面内に、そしてSTE
Mモードにおいては該KOE視野レンズの入射側像平面内に
結像されるように励起すると有利である。

第１の実施例として、１つの平面内に配設されている
異なつた大きさの複数個の絞りを電子ビームにより照射
し、KOEレンズの前側で、偏向系により、用いられてい
る倍率に依存して、前記絞りの内の１つを通過する部分
ビームだけを、好ましくは中心に配置されている別の選
択絞りにより物体上に導くように構成する。

第２の実施例として、制限絞りにより制限された電子
ビームを、少なくとも１つの付加偏向系により、用いら
れている倍率に依存し異なる強さ及び／または方向で光
軸から偏向し、１つの平面内に設けられた複数個の異な
る大きさの絞りの内の１つの絞りによりトリミングする
ように構成する。

第３の実施例として、電子ビームを、少なくとも１つ
の付加偏向系により、用いられている倍率に依存し、異
なる強さで光軸から偏向し、該電子ビームの断面を、異
なる平面内に配置されて互いに変位されている２つの絞
りによつて、相互に対向する側で、偏向の大きさに対応
して相応にトリミングするように構成する。

本発明のその他の有利な実施例は明細書及び図面に記
載されている。

本発明のすべての構成において、KOEレンズの前側の
偏向系及び／または付加偏向系が、付加的に、絞りの側
部歪みを補正するのに利用されるようにすると有利であ
る。

本発明の本質的な利点は次の通りである。

−コンデンサレンズの内の少なくとも２個のコンデンサ
レンズは、電子源を予め定められている異なつた縮小率
で結像するように使用される。これにより、TEMモード
においては照射アパーチヤが設定され、SETMモードにお
いてはプローブでの走査電子線の大きさが選択される。

−電子ビームは、TEMモードにおいては、少なくとも２
つの異なつた平面内に配置されている絞りでトリミング
されて少なくとも１つの偏向系により制御される。この
場合、照射視野の中心位置並びに垂直入射は維持され
る。物体上の照射視野の大きさは電子顕微鏡による物体
の拡大に適応され、その場合、照射視野は電子顕微鏡に
より拡大されて螢光スクリーン、感光板或は電子的画像
記録系に結像される物体の領域よりも極く僅か大きいだ
けである。

−特に、単純な構成（第３図）においては、唯一の偏光
系として、KOEレンズの前側の既存の偏光系であつて、K
OEレンズに入射する前の電子ビームのアラインメント並
びにSTEMモード及びマイクロ分析における電子ビームの
偏向及び走査に使用される公知の偏向系が利用される。
別の有利な実施態様（第４図乃至第８図）においては、
付加もしくは追加の偏向系が使用され、この偏向系で、
電子ビームは光軸から、例えば異なつた方向に偏向され
て、次いで、複数の異なつた大きさの絞りの内の１つの
絞りによりトリミングされる。KOEレンズの前側の偏向
系は、この場合、トリミングされた電子ビームを再び光
軸に偏向し戻すのに用いられる。別の有利な実施態様
（第９図乃至第11図）においては、電子ビームは、付加
偏向系により同様に光軸から偏向されて、２つの異なつ
た平面内に配置されている絞りにより、互いに対向する
側で、偏向の大きさに対応して異なつた割合でトリミン
グされ、次いでKOEレンズの前側の偏向系により光軸に
向かつて偏向し戻される。

光軸からの偏向により電子ビームの断面を変えること
並びに絞りによるトリミングは、電子ビームリトグラフ
において公知であるが、しかしながら、KOEレンズと組
合せたものは知られていない。本発明とは対照的に、照
射視野の大きさの可変範囲は極めて小さい（１乃至少な
くとも100μｍではなく約１μｍである）。0.1μｍより
小さい縁鮮鋭度要件から、リトグラフ装置では、ビーム
断面は、ビーム発生器の直ぐ下側で成形され、次いで基
板上に非常に縮小して結像される。リトグラフ装置にお
いては、基板に入射するビームの方向は垂直でなく、照
明場（照射視野）の大きさに依存する。従つて、トリミ
ングを行われた電子ビームの光軸への戻し偏向は行われ
ない。最後に、リトグラフ装置においては、基板に入射
するビームのアパーチヤ角は可変的に設定することはで
きず、マイクロパターンを発生するために必要とされる
ビーム量は露光時間によつて調整される。

マイクロパターンを形成するための可変断面を有する
異形断面ビームを発生するための電子光学的システムが
ヨーロッパ特許第B1−0075号明細書（EP−B1−0075）か
ら知られている。このシステムにおいては、第１のスリ
ツト絞りによりトリミングが行われた電子ビームは、偏
向系で偏向されて第２のスリツト絞り上で変位され、そ
れにより、第２のスリツト絞りの後流側では電子ビーム
は所望の寸法の矩形の断面を有することができる。この
場合、半導体上の照明領域（視野）の大きさだけが変え
られる。電子ビームのアパーチヤは変えることはできな
い。

国際公開（WO−Ａ）第8002771号明細書から、電子ビ
ームのアパーチヤを次のようにして変えることが知られ
ている。即ち、電子ビームを第１の偏向系で光軸から偏
向し、１つの平面内に設けられている複数個の絞りの内
の１つの絞りによりトリミングして、第２の偏向系によ
り再び光軸に偏向し戻すことにより電子ビームのアパー
チヤを変える電子光学装置が知られている。この場合に
は、電子ビームのアパーチヤだけした変えられない。

以下、第１図乃至第12図に示した実施例と関連して本
発明を詳細に説明する。

実施例第１図には、TEMモードにおける照射ビーム軌跡が示
してある。参照数字11は、電子源、更に正確に表現する
と、電子放出陰極面前における最小の放射断面（クロス
オーバと称する）を表す。このクロスオーバは、共通の
光軸10上に位置するコンデンサレンズ13a,13b及び14に
よつて縮小結像される。コンデンサレンズ13a,13bはそ
れぞれ、クロスオーバ11の像11cが平面11eに発生するよ
うに励起され、その際、該像の大きさは、コンデンサレ
ンズ13a,13bのそれぞれの励起に依存する。クロスオー
バ11の像11cは、多くの場合単にクロスオーバと称され
るものであつて、TEMモードにおいては、コンデンサレ
ンズ14によりKOE視野レンズ17vの焦平面17bに結像され
る。従つて、物体平面17oにおける物体18は、光軸10に
対して平行なビームにより照射される。このようにし
て、照射アパーチヤは、焦平面17bにおけるクロスオー
バ像の大きさ並びにKOE視野レンズ17vの焦点距離により
定められ、従つて、コンデンサレンズ13a,13bの異なつ
た励起により他の領域へと変えることができる。

最終段のコンデンサレンズ14とKOEレンズ17との間に
は、KOE視野レンズ17vによつて鮮明に少なくとも近似的
に物体平面17o上に結像されているように照射絞り15が
配置されている。従つて、照射領域の大きさは、照射絞
りの直径によつて決定され、そして該領域の縮小はKOE
視野レンズ17vにより決定される。しばしばコンデンサ
絞り或は照射場絞りとも称されている照射視野絞り15に
おいては、第１図に示したビーム路の場合、照射アパー
チヤの大きさを決定する（点線で示した）電子ビーム
は、最狭の断面を有し、従つて、物体18上における照射
視野が照射絞り15により変動しても、それにより照射ア
パーチヤが影響を受けることはない。更にまた、照射視
野の大きさは、焦平面17bにおけるクロスオーバ像の大
きさに依存しないので、照射視野と照射アパーチヤとは
互いに完全に独立していることになる。

公知のように、KOE視野レンズ17vとKOE結像レンズ17a
とから構成されるコンデンサ−対物レンズ単視野レンズ
（KOEレンズ）17の前段には、偏向系16が配設されてお
り、この偏向系は、KOEレンズ17の軸に対する電子ビー
ム12の僅な偏差を補正する働きをなす。この公知の偏向
系は従つて詳述する偏向系と区別するために以下「KOE
レンズ前段偏向系16」と称することにする。

第２図は、STEMモードもしくは微領域回折モードにお
けるビーム軌跡を示す図である。KOEレンズの前の総て
のレンズ及び偏向系16並びに物体平面17o上の物体18
は、第１図に示したTEMモードの場合と同じ位置にあ
り、従つて同じ参照数字を用いて示してある。

第１図の場合とは対照的に、コンデンサレンズ14は、
STEMモードもしくは微領域回折モードにおいては、クロ
スオーバ11eをKOE視野レンズ17vの入射像平面17eに結像
し、それにより、電子源11の極めて縮小された像が物体
18上に生ずる。この縮小像は、KOEレンズの前段に設け
られている偏向系16により物体平面17o内で、物体18上
の第２の点に点線で示すように移動される。物体18を走
査する電子ビーム22のアパーチヤは、平面17eの上側ま
たは下側で絞り25により制限される。なおこの場合、ST
EMモードにおいて、検出器により場所が塞がれたり或は
二次電子またはレントゲン線の検出が妨害されない限り
において、上記の絞り25は、平面17b内に配設すること
も可能である。また、試料18上の走査電子ビームの大き
さは、２つのコンデンサレンズ13a及び13bの異なつた励
起により別の領域に変えることも可能である。

STEMモードにおけるこのようなズーム効果は、D.クル
ツウー．エム（D.Kurz u.M）の報告（Zeiss Informat
ion MEN No.4、1985年９月、４頁）から既に知られてい
る。この事例においてもズーム作用は、TEMモードにお
いて照射アパーチヤを変えるために採用されている。

TEM及びSTEMモードにおいて同じコンデンサレンズ配列
を利用できるようにするためには、最終段コンデンサレ
ンズ14の縮小率を、TEMモードにおいてSTEMモードの場
合よりも約４倍小さくしなければならない。従つて、TE
Mモードにおいては、最終段コンデンサレンズ14は約1.3
倍大きくなり、STEMモードでは約３倍小さくなる。この
目的で、例えば次のような諸元が有利であろう。

コンデンサレンズ13aの焦点距離:3.5乃至45mm コンデンサレンズ13bの焦点距離:3.5乃至13.0mm クロスオーバ11とコンデンサレンズ13aとの間の距離:
130mm コンデンサレンズ13aとコンデンサレンズ13bとの間の
距離:75mm 従つて、16mmの像距離（コンデンサレンズ13bから像
平面11eまでの距離）の場合には、クロスオーバの像に
対する縮小率範囲は0.5乃至160となる。また、像距離が
８及び4mmの場合における縮小率範囲は1.6乃至320及び2
0乃至630となる。

TEMモードの場合、電子顕微鏡の大きな倍率領域にお
いて、蛍光スクリーン或は他の像記録系上に結像される
面よりも大きくない面だけを照射するためには、絞り15
（第１図）は、非常に異なつた直径を有しなければなら
ない。以下、第３図乃至第９図を参照し通常モードにも
適している絞りの切り換え或は絞りの変化を実現するこ
とができる方法の実施例に関して説明する。なお、以下
に述べる総ての実施例は自動化することもでき且つ電子
顕微鏡の倍率調節と組み合わせることができる。

第３図は、異なつた直径従つて物体18上における異な
つた大きさの照射視野を有する複数の絞りを実現するた
めの特に簡単な構成を示す図である。この図において
も、11cは最終段コンデンサレンズ14の上流側における
クロスオーバを表す。コンデンサレンズ14により、KOE
レンズ17vの前像面に集束された電子ビーム32は、多数
の異なつた大きさの絞り35a、35b、35cから構成される
多重絞り35を大きな面積に従つて照射する。これら絞り
を通過する部分ビーム32a、32b、32cは、中心に配置さ
れている選択絞り39に入射し、該選択絞りにより、KOE
レンズの上流側の偏向系16の励起に対応して部分ビーム
の内の１つだけが選択され該選択絞りを通過する。第３
図において、このことは、最大の絞り35cを通過した部
分ビーム32cについて実線で表してある。

以下の実施例においても同様であるが、最小の絞り35
bを中心にし、そして残りの絞り35a、35cは該中心絞り
を取り巻いてリング状に設けるのが有利である。最小の
絞りを用いた場合には、点線で表した軌跡がそれに対応
する。このように、選択絞り39並びにKOEレンズ17vの前
焦平面17bに位置する反転点33kを有する偏向系16によ
り、所望の絞りだけを物体18上の中心に結像することが
実現出来る。

第４図には、制限絞り45により制限された電子ビーム
42が、付加的に設けられた偏向系43により多重絞り35の
うちの所望の絞りに偏向される配列が示してある。最大
絞り35cが有効となるような偏向系43及び16の励起状態
に対するビーム路は、この例でも実線で示してあり、そ
して最小絞り35bが有効となる事例は、やはり破線で示
してある。付加偏向系43は、好ましくはKOEレンズ17vの
焦平面17bに反転点43kを有する二重（双対）偏向装置か
ら構成されている。この実施例においては、KOEレンズ
の上流側の偏向系16の通常の動作により部分ビーム42c
の戻し偏向が行われる。

第４図に示した構成においては、付加偏向系43におけ
る偏向角を充分に小さく保持できるようにするためには
比較的大きな空間需要が要求される。これに対し第５図
に示すように、付加偏向系53を最終段コンデンサレンズ
14の上流側に配置する構成によれば、上記のような追加
の空間需要は生じない。二重（双対）偏向系53の反転点
53kは、コンデンサレンズ14を可変焦点距離で使用する
ことができるようにするために、該最終段コンデンサレ
ンズ14のほぼ一定の主平面内に位置付ける。

第６図乃至第８図に示した構成においては、付加偏向
系は、同様に、最終段コンデンサレンズ14の上流側に配
設されるが、しかしながら、これらの構成においては、
最終段コンデンサレンズは不変的に一定の励起を受けて
いて、偏向された電子ビームに対し付加的な戻し偏向作
用を及ぼす。

第６図に示す構成例においては、付加的な偏向要素63
が最終段コンデンサレンズ14の前焦平面内に設けられて
いる。従つて、制限絞り65により制限された電子ビーム
62は、偏向要素63及び最終段コンデンサレンズ14により
平行に変位される。所望の絞りを通過した後に、電子ビ
ーム62cは、KOEレンズの偏向系16により再び光軸10上に
戻し偏向される。この構成においては、第７図に示した
例においても同様であるが、単に１つの追加の偏向要素
しか必要とされない。

第７図に示した構成例においては、最終段コンデンサ
レンズ14の上流側でクロスオーバ平面11e（コンデンサ
ズームの像平面）に追加の偏向要素73が設けられてお
り、制限絞り75は該像平面11eの上流側に位置する。偏
向されたビーム束72dは、最終段コンデンサレンズ14に
よりKOEレンズ17vの焦平面に集束される。KOEレンズの
上流側の偏向系16は、例えば、絞り35cにより制限され
た電子ビーム72cを再び光軸10へと偏向し戻す。

第７図に示してある構成によれば、非常に大きな物体
領域の照射も可能である。透過モードにおいて倍率が低
い場合には、クロスオーバ11cを制限絞り75に近接して
位置付けると、上記絞りは殆どビーム絞り作用をなさ
ず、その結果、多孔絞り35がビーム路から取出された状
態となり非常に大きな物体領域を照射することができ
る。照射視野の大きさは、制限絞り75の直径並びにクロ
スオーバ平面11eからの該絞り75の距離に依存する。ク
ロスオーバ平面11eと制限絞り75との間の間隔を変えた
場合には照射視野の大きさだけが影響を受ける。コンデ
ンサズーム系のクロスオーバ平面11eを一定にして、レ
ンズ13a、13bによりクロスオーバ縮小率を変えることに
より、照射視野の大きさを変えることなく、照射アパー
チヤを変えることが可能である。コンデンサレンズ13b
の主平面における200乃至250μｍの制限絞り75で、例え
ば、4mm、8mm及び16mmのコンデンサズーム系の像距離
（クロスオーバ平面11eからコンデンサレンズ13bまでの
距離）に対し約140μｍ、70μｍ及び35μｍの物体上の
照射視野が得られ、それにより、1000倍、2000倍、4000
倍の最小顕微鏡倍率が可能となる。

1000倍以下の顕微鏡倍率の場合にも自動的な絞り交換
が可能である。このような小さい倍率（謂わゆる低倍率
モード）においては、KOE視野レンズ17vを含めKOEレン
ズが非常に長い焦点距離で動作することは、例えば、西
独特許第2742264号明細書から知られている。この場
合、最終段コンデンサレンズ14は、クロスオーバ11c
を、コンデンサレンズ13a、13bによる可変の倍率で、KO
Eレンズの上流側で偏向系16の上側偏向部16oの中心平面
16eに結像する。KOE視野レンズ17vは、その焦点が上記
平面16e内に位置するように励起される。これにより、
物体18は軸平行に照射され、そして照射アパーチヤは、
上記中心平面16eにおけるクロスオーバの大きさによつ
て決定される。多重絞り35は、この場合、最終段コンデ
ンサレンズ14の主平面に可能な限り近接して配置し、偏
向系73による電子ビームの相応の偏向並びに上側偏向部
16oによる戻し偏向によつて、異なつた大きさの照射視
野を物体上に発生することが可能となる。

第７図に示した場合と類似のビーム路は、第８図に示
すように最終段コンデンサレンズ14の上流側でクロスオ
ーバ11cの後側に二重偏向系83の形態にある付加偏向系
を配設することによつても実現される。この二重偏向系
の仮想反転点83kはクロスオーバ11cに位置する。制限絞
り85はクロスオーバの前側に設けても良いしまたは後側
に位置付けることができる。

第９図乃至第11図には、電子ビームが、付加偏向系に
より光軸から１つの方向に異なつた強さで偏向され、該
電子ビームの断面が、異なつた平面内に偏心配列されて
いる２つの絞りにより、互いに対向する側で、偏向の強
さに対応し相応にトリミング（切り取り成形）される実
施例が示してある。

第９図は、最終段コンデンサレンズ14の後側に配設さ
れた唯一の付加偏向系93を有する実施例を示す。電子ビ
ーム12は、この偏向系の上流側で、第9b図に示してある
断面を有し光軸10に対して同図に示すような位置、即ち
偏心位置に配置されている絞り95によりトリミングされ
る。トリミングされた電子ビーム92の爾後の走行は、大
きい照射視野の場合には実線で、そして小さい照射視野
に対しては破線で示してある。上記の第１の偏心絞り95
により、一側が成形された電子ビーム部分92は、上記付
加偏向系93により、第9c図に示す断面を有し光軸10に対
し同図に示す位置にある第２の偏心絞り99を異なつた仕
方で照射するように偏向される。実線で示した事例で
は、偏向は、電子ビーム92が絞り99によつてトリミング
されないように行われる。また、破線で示した事例にお
いては、電子ビームの断面92qは絞り99の平面内で、該
電子ビームの小さい一部分だけが絞りを通過するように
変位される。第9d図は、その後、電子ビームの断面が再
びKOEレンズの上流側にある偏向系16によつて光軸へと
偏向し戻されることを示している。

上記の実施例の場合には、KOEレンズの前側の偏向系1
6に通常のモードとは異なつた偏向モードが要求され
る。更に、第１の偏向要素16oには、通常モードとは対
照的に、大きい軸間距離で大きな偏向角が現れる。この
欠点は、第10図及び第11図の構成で用いられておつてKO
E視野レンズの焦平面17B内に反転点を有する二重（双
対）偏向系103及び113によつて回避される。第10図に示
した実施例においては、偏心絞り105及び109が二重偏向
系103の前後に配設されている。第11図に示した実施例
においては、偏心絞り115及び119は二重偏向系113内部
に存在する。第11図に示した実施例においては、偏心絞
り115及び119を１つの機械的単位として取付けことがで
きると言う利点が得られる。別の実施態様として、この
ような絞り単位を多数個共通の絞り担体上に配設し、異
なつた倍率範囲でそれぞれ好適な絞りを投入し、それに
より、二重偏向系113の小さい偏向角を実現することが
できる。

以上述べた総ての実施例において、電子源11の像11c
は、コンデンサレンズ13a、13bからなるズーム系で固定
の予め定められた平面11e内に結像するのが有利であ
る。しかしながら、これは必要条件ではない。重要なの
は、TEMモードにおいてコンデンサレンズ系全体の最終
のクロスオーバが常に焦平面17b内にあり、そしてSTEM
モードにおいては常にKOE視野レンズ17vの入射側像平面
17e内に位置することである。小さい倍率の場合には、
電子源11の像11cは、コンデンサレンズ13a、13bから構
成されるズーム系により、第７図と関連して説明してい
るように別の平面に位置付けるのが有利である。電子顕
微鏡に非常に大きい倍率範囲及び大きいアパーチヤ範囲
を実現したい場合には、ズーム系の設計に関し前述した
実施例並びに第７図に示した実施例の場合と同様に、コ
ンデンサズーム系に対し出射側像平面として複数の平面
を設けるのが特に有利であろう。

第12図は、給電系並びに絞り選択のための第７図に示
した実施例を例にとつた照射系の操作要素の配列を示す
ブロツクダイヤグラフである。第12図において、参照数
字121bは、フオーカシング用操作要素を示す。この操作
要素は、KOEレンズのための制御装置121kを介して、KOE
視野レンズ17v並びにKOE結像レンズ17aのための電源121
sと接続されている。

３つのコンデンサレンズ13a、13b及び14の電源122s
は、制御装置122kと接続されており、該制御装置122kに
は、TEMモードまたはSTEMモード選択用の操作要素122b
並びにTEMモードにおける照射アパーチヤの調整及びTEM
モードにおけるプローブの大きさ調整用の操作要素122c
が接続されている。

偏向系16及び73は電源123eと接続されており、この電
源には制御装置123kが接続され、一方該制御装置123kに
は、倍率操作要素123bが接続されている。該操作要素12
3bは更に、別の制御装置（図示せず）を介して、電子顕
微鏡の結像レンズのための電源装置（図示せず）と接続
されておつて、電子顕微鏡の倍率の設定で自動的に、物
体18の、電子顕微鏡により蛍光スクリーンまたは検出器
上に拡大されて結像される領域よりも極く僅かに大きい
領域が照射されるような照射絞り35b、35cが選択され
る。

第３図乃至第６図並びに第８図乃至第11図に示した実
施例の場合にも、必要に応じ僅な変更を伴つた第12図の
ブロツクダイヤフラムに示す構成が適用されることは自
明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、TEMモードにおける電子顕微鏡の照射ビーム
路を示す略図、第２図は、STEMモードにおける同上電子
顕微鏡の照射ビーム路を示す略図、第３図は、付加的な
偏向系を設けず、照射視野絞りとして複数の絞りから１
つの絞りを選択するための配列を示す図、第４図乃至第
８図は、付加的な偏向系を備え、照射視野絞りとして複
数の絞りから１つの絞りを選択する構成を示す図、第9a
図乃至第9d図、第10図及び第11図は、異なつた平面内に
配設された２つの絞りにより、互いに対向する側で電子
ビームをトリミングする構成を示す図、そして第12図
は、物体の最適な照射視野大きさで電子顕微鏡を自動的
に駆動するための構成を示すブロツクダイヤグラムであ
る。 10……光軸、11c……クロスオーバ、11……電子源、11e
……クロスオーバ平面、12、42、42c、62c、92c……電
子ビーム、13a、13b、14……コンデンサレンズ、14……
最終段コンデンサレンズ、16、43、63、73、83……偏向
系、17b……KOE視野レンズの焦平面、17e……KOE前視野
レンズ、17e……入射側像平面、17v……KOEレンズ、18
……物体、32a、32b、32c……部分ビーム、35a、35b、3
5c……異なつた大きさの絞り、35、39、45、95、99、10
5、115、119……絞り、39……選択絞り、43、53、83、1
03、113……二重偏向系、43、53、63、73、83、93、10
3、113……付加偏向系、45……制限絞り、95、99、11
5、119……絞り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 37/04 H01J 37/09 H01J 37/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子源（11）と、電子ビーム（12）を発生
するための複数個のコンデンサレンズ（13a,13b,14）
と、コンデンサ対物レンズ単視野レンズ（KOEレンズ）
（17）と、該KOEレンズの前側に設けられた偏向系（1
6）とを具備する透過形電子顕微鏡における物体（18）
を照射する方法において、電子源（11）を、予め定めることができる異なった縮小
率で結像するように少なくとも２つのコンデンサレンズ
（13a,13b）を使用し、電子顕微鏡の後続の結像段にお
ける前記物体のその都度の倍率に依存して、前記電子ビ
ーム（12,42）を、異なった平面内に配設されている少
なくとも２つの絞り（35,39;35,45;95,99）により、予
め定められた異なった度合でトリミングし、トリミング
された電子ビーム（42c,62c,92c）またはその一部分（3
2c）を前記KOEレンズの前側に設けられている偏向系（1
6）によって光軸（10）上に偏向し戻し、そして蛍光ス
クリーン、感光板又は電子的画像記録系の前記後続の結
像段における前記その都度の倍率に依存して前記電子ビ
ーム（12,42）のトリミングを行うことを特徴とする物
体の照射方法。
【請求項２】電子源（11）と、電子ビーム（12）を発生
するための複数個のコンデンサレンズ（13a,13b,14）
と、コンデンサ対物レンズ単視野レンズ（KOEレンズ）
（17）と、該KOEレンズの前側に設けられた偏向系（1
6）とを具備する透過形電子顕微鏡において、少なくとも２つのコンデンサレンズ（13a,13b）が設け
られており、該コンデンサレンズ（13a,13b）は、電子
源（11）を、予め定めることができる異なった縮小率で
結像するためのものであり、少なくとも２つの絞り（35,39;35,45;95,99）が異なっ
た平面内に配設されており、該絞り（35,39;35,45;95,9
9）は、電子顕微鏡の後続の結像段における物体のその
都度の倍率に依存して、前記電子ビーム（12,42）を、
予め定められた異なった度合でトリミングするためのも
のであり、前記KOEレンズの前側に偏向系（16）が設けられてお
り、該偏向系（16）は、トリミングされた電子ビーム
（42c,62c,92c）またはその一部分（32c）を光軸（10）
上に偏向し戻すためのものであり、そして蛍光スクリーン、感光板又は電子的画像記録系の
前記後続の結像段における前記その都度の倍率に依存し
て前記電子ビーム（12,42）のトリミングが行なわれる
ことを特徴とする透過形電子顕微鏡。