JPH0136666B2 - - Google Patents
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- JPH0136666B2 JPH0136666B2 JP11881482A JP11881482A JPH0136666B2 JP H0136666 B2 JPH0136666 B2 JP H0136666B2 JP 11881482 A JP11881482 A JP 11881482A JP 11881482 A JP11881482 A JP 11881482A JP H0136666 B2 JPH0136666 B2 JP H0136666B2
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- magnetic
- magnetic field
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/14—Lenses magnetic
- H01J37/141—Electromagnetic lenses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は磁性試料をレンズ磁界に晒すことなく
高分解能で観察することの可能な新規な対物レン
ズに関する。
高分解能で観察することの可能な新規な対物レン
ズに関する。
一般に電子顕微鏡においては、高倍率、高分解
能を得るために試料を対物レンズの磁極間隙内に
配置して観察している。しかし、試料が鉄鋼等の
強磁性体である場合には、この試料が強いレンズ
磁界の中で磁化されて作る不均一磁界のため、電
子線照射に関しては、ビームシフト、傾斜並びに
非点収差の発生があり、又結像に関しては像の逃
げ、光軸のずれ並びに非点収差による像のぼけを
生ずる。
能を得るために試料を対物レンズの磁極間隙内に
配置して観察している。しかし、試料が鉄鋼等の
強磁性体である場合には、この試料が強いレンズ
磁界の中で磁化されて作る不均一磁界のため、電
子線照射に関しては、ビームシフト、傾斜並びに
非点収差の発生があり、又結像に関しては像の逃
げ、光軸のずれ並びに非点収差による像のぼけを
生ずる。
このような問題を避けるために従来は試料の周
りを鉄で囲み、レンズ場は試料よりはるか下方に
生ずるようになして磁性試料を観察している。し
かし乍ら、前述した如く透過電子顕微鏡で解像度
の良い像を観察できる大きな理由の一つが試料を
強いレンズ磁界中に入れるということである以
上、この重要な条件を外してしまつた装置では、
収差（特に球面収差）が著しく大きくなり、又倍
率も低下し、高分解能、高倍率という目的は達成
できない。
りを鉄で囲み、レンズ場は試料よりはるか下方に
生ずるようになして磁性試料を観察している。し
かし乍ら、前述した如く透過電子顕微鏡で解像度
の良い像を観察できる大きな理由の一つが試料を
強いレンズ磁界中に入れるということである以
上、この重要な条件を外してしまつた装置では、
収差（特に球面収差）が著しく大きくなり、又倍
率も低下し、高分解能、高倍率という目的は達成
できない。
所で、試料とレンズ磁界とが離れている場合の
球面収差を小さくする条件として当然ではあるが
レンズ磁界をできるだけ試料に近づけることがあ
げられる。しかし乍ら、試料に磁界を付加しない
でレンズ磁界を試料に近づけるには、レンズ磁界
の厚さの問題や試料ホルダーの大きさの問題があ
つて大きな制限を受けることは容易に理解できる
ことである。
球面収差を小さくする条件として当然ではあるが
レンズ磁界をできるだけ試料に近づけることがあ
げられる。しかし乍ら、試料に磁界を付加しない
でレンズ磁界を試料に近づけるには、レンズ磁界
の厚さの問題や試料ホルダーの大きさの問題があ
つて大きな制限を受けることは容易に理解できる
ことである。
而して、本発明者は先に通常のレンズとは全く
逆にレンズ磁界のピーク値を低くし、その半値幅
を広げることにより球面収差係数を著しく小さく
することができることを見出した。このレンズは
下磁極の穴径B2に対する上磁極の下頂面径D1の
比を小さく（例えばD1／b2を２以下にする）す
るもので、D1／b2＝２において球面収差係数20
mm以下を達成している。
逆にレンズ磁界のピーク値を低くし、その半値幅
を広げることにより球面収差係数を著しく小さく
することができることを見出した。このレンズは
下磁極の穴径B2に対する上磁極の下頂面径D1の
比を小さく（例えばD1／b2を２以下にする）す
るもので、D1／b2＝２において球面収差係数20
mm以下を達成している。
本発明はこのレンズを更に発展させたもので、
特に対物レンズ上磁極の肉厚を薄くすることなく
球面収差係数を小さくし得る新規な対物レンズを
提供するものである。本発明の構成は上磁極の孔
径を小さくし、該上磁極より上方の漏洩磁界の少
い位置へ磁性試料を置き、この試料を透過した電
子を上、下磁極間隙内に発生したレンズ磁界によ
つて結像する対物レンズであつて、前記上磁極の
下頂面直径をD1、下磁極の孔径をb2としたとき
D1をb2の数倍又はそれ以下に設定すると共に、
上下磁極間隔ｓをパラメータとなし、該間隔ｓを
３mm以上となした磁性試料観察用磁界型対物レン
ズに特徴がある。
特に対物レンズ上磁極の肉厚を薄くすることなく
球面収差係数を小さくし得る新規な対物レンズを
提供するものである。本発明の構成は上磁極の孔
径を小さくし、該上磁極より上方の漏洩磁界の少
い位置へ磁性試料を置き、この試料を透過した電
子を上、下磁極間隙内に発生したレンズ磁界によ
つて結像する対物レンズであつて、前記上磁極の
下頂面直径をD1、下磁極の孔径をb2としたとき
D1をb2の数倍又はそれ以下に設定すると共に、
上下磁極間隔ｓをパラメータとなし、該間隔ｓを
３mm以上となした磁性試料観察用磁界型対物レン
ズに特徴がある。
以下本発明の一実施例を添付図面に基づき詳述
する。
する。
第１図は本発明で用いられる磁極の形状を示す
もので、１は上磁極、２は下磁極であり、両者は
図示しないが実際には非磁性のスペーサにより一
体化されている。又、これら磁極はヨークに接続
され、励磁コイルにより励起された磁束がヨー
ク、上磁極、磁極間隙、下磁極及びヨークによつ
て形成される磁気回路を流れるように構成されて
いる。３は上磁極１に光軸に対し垂直に穿たれた
試料挿入穴であり、周知の試料ホルダー（図示せ
ず）により試料４が保持され、この挿入穴内に導
入される。尚、図中の記号b1は上磁極１の磁極孔
径、b2は下磁極２の磁極孔径、D1は上磁極の下
頂面直径、D2は下磁極の頂面直径、θ1は上磁極
傾斜面の下頂面となす角度、θ2は下磁極傾斜面の
頂面となす角度、ｄは試料挿入穴の直径、ｔは上
磁極の肉厚、つまり上磁極下頂面と挿入穴との最
短距離、ｌは上磁極下頂面との間隔、ｓは両磁極
の間隔を示してある。
もので、１は上磁極、２は下磁極であり、両者は
図示しないが実際には非磁性のスペーサにより一
体化されている。又、これら磁極はヨークに接続
され、励磁コイルにより励起された磁束がヨー
ク、上磁極、磁極間隙、下磁極及びヨークによつ
て形成される磁気回路を流れるように構成されて
いる。３は上磁極１に光軸に対し垂直に穿たれた
試料挿入穴であり、周知の試料ホルダー（図示せ
ず）により試料４が保持され、この挿入穴内に導
入される。尚、図中の記号b1は上磁極１の磁極孔
径、b2は下磁極２の磁極孔径、D1は上磁極の下
頂面直径、D2は下磁極の頂面直径、θ1は上磁極
傾斜面の下頂面となす角度、θ2は下磁極傾斜面の
頂面となす角度、ｄは試料挿入穴の直径、ｔは上
磁極の肉厚、つまり上磁極下頂面と挿入穴との最
短距離、ｌは上磁極下頂面との間隔、ｓは両磁極
の間隔を示してある。
さて、斯かる構造のレンズにおいて、試料４部
位への磁界の侵入は３つのルートを通して生ずる
ものと考えられる。その第１は上磁極１の磁極孔
（孔径b1）からの侵入、第２は試料挿入穴３から
の侵入、第３は上磁極の磁気飽和による漏洩磁束
の張り出しである。第１の問題に対しては孔径b1
を小さくすれば良く、その目安としては磁極孔径
b1を磁極肉厚ｔより小さくすることである。第２
の問題に対しては挿入穴３ができるだけ小さく、
且つその開口部は磁極下頂面部よりできるだけ離
れていることが好ましい。そのために、上磁極の
傾斜面の角度はあまり大きくできず、又下磁極２
の頂面直径D2にも限界があり、できるだけ小さ
いことが好ましい。第３の問題については、特に
磁極先端部に磁束が集中するので、肉厚ｔについ
ては十分な配慮が必要である。即ち、試料とレン
ズ磁界とを近づけようとして肉厚ｔを薄くする
と、漏洩磁束は著しく増大するので、ｔはある値
（３〜４mm）以下にはできない。
位への磁界の侵入は３つのルートを通して生ずる
ものと考えられる。その第１は上磁極１の磁極孔
（孔径b1）からの侵入、第２は試料挿入穴３から
の侵入、第３は上磁極の磁気飽和による漏洩磁束
の張り出しである。第１の問題に対しては孔径b1
を小さくすれば良く、その目安としては磁極孔径
b1を磁極肉厚ｔより小さくすることである。第２
の問題に対しては挿入穴３ができるだけ小さく、
且つその開口部は磁極下頂面部よりできるだけ離
れていることが好ましい。そのために、上磁極の
傾斜面の角度はあまり大きくできず、又下磁極２
の頂面直径D2にも限界があり、できるだけ小さ
いことが好ましい。第３の問題については、特に
磁極先端部に磁束が集中するので、肉厚ｔについ
ては十分な配慮が必要である。即ち、試料とレン
ズ磁界とを近づけようとして肉厚ｔを薄くする
と、漏洩磁束は著しく増大するので、ｔはある値
（３〜４mm）以下にはできない。
以上の条件を考慮して例えばθ1＝17.5゜、ｔ＝３
mm、b1＝２mmのレンズを作つた場合、D1／b2＝
0.6（D1＝12mm、b2＝20mm）、ｓ＝３mmとして球面
収差係数Csは30mmを越えており、決して充分な
ものではない。
mm、b1＝２mmのレンズを作つた場合、D1／b2＝
0.6（D1＝12mm、b2＝20mm）、ｓ＝３mmとして球面
収差係数Csは30mmを越えており、決して充分な
ものではない。
本発明者は種々実験を重ねた所、磁極間隔ｓが
球面収差係数Csと小さくするパラメータとなつ
ており、ｓを３mmより大きくすることにより著し
くCsを減少させ得ることを見出した。
球面収差係数Csと小さくするパラメータとなつ
ており、ｓを３mmより大きくすることにより著し
くCsを減少させ得ることを見出した。
第２図はｓをパラメータにして軸上位置に関す
るCsの変化を示す実験例であり、横軸Ｚは軸上
位置を示し、Ｚ＝０は試料を置いた位置である。
るCsの変化を示す実験例であり、横軸Ｚは軸上
位置を示し、Ｚ＝０は試料を置いた位置である。
尚、上記実験はb1＝２mm、b2＝20mm、D1＝14
mm、θ1＝17.5゜、ｔ＝４mm、ｌ＝６mmの場合であ
る。図中、Ａ曲線はｓ＝３mm、Ｂ曲線はｓ＝５
mm、Ｃ曲線はｓ＝７mm、Ｄ曲線はｓ＝９mm、Ｅ曲
線はｓ＝12mm、Ｆ曲線はｓ＝14mmの場合であり、
図からわかるようにｓが大きくなるにつれて球面
収差係数Csは急激に小さくなり、Ｅ曲線（ｓ＝
12mm）の場合、Ｚ＝０でCsは約19mmにまで小さ
くなつている。
mm、θ1＝17.5゜、ｔ＝４mm、ｌ＝６mmの場合であ
る。図中、Ａ曲線はｓ＝３mm、Ｂ曲線はｓ＝５
mm、Ｃ曲線はｓ＝７mm、Ｄ曲線はｓ＝９mm、Ｅ曲
線はｓ＝12mm、Ｆ曲線はｓ＝14mmの場合であり、
図からわかるようにｓが大きくなるにつれて球面
収差係数Csは急激に小さくなり、Ｅ曲線（ｓ＝
12mm）の場合、Ｚ＝０でCsは約19mmにまで小さ
くなつている。
第３図はＺがある値における球面収差係数Cs
と焦点距離ｆの変化を磁極間隔ｓに関しプロツト
したもので、Cs1，f1はＺ＝０（つまりｌ＝６mm）
の場合であり又Cs2，f2はＺ＝−1.5（つまりｌ＝
4.5mm）の場合である。この図からわかるように、
ｓが３mm程度より大きくなるとCsは急激に低下
しており、Cs1の場合、ｓ＝３mmで約30mm、Cs2の
場合ｓ＝３mmで約17mmが得られており、ｓとして
は３mm程度以上であれば実用に供し得ることがわ
かる。又、Cs1の曲線においては、ｓ＝12mm付近
で、Cs2についてはｓ＝９mm付近で極小値をもち、
それより大きい側ではCsが増大している。つま
り、ｌの約２倍付近にCsの極小値が存在してい
る。従つて磁極間隔ｓとしてはｌの２倍付近を使
用することが好ましい。一方焦点距離ｆについて
はf1，f2共類似のカーブをとり、ｓの増加に伴つ
て増大している。
と焦点距離ｆの変化を磁極間隔ｓに関しプロツト
したもので、Cs1，f1はＺ＝０（つまりｌ＝６mm）
の場合であり又Cs2，f2はＺ＝−1.5（つまりｌ＝
4.5mm）の場合である。この図からわかるように、
ｓが３mm程度より大きくなるとCsは急激に低下
しており、Cs1の場合、ｓ＝３mmで約30mm、Cs2の
場合ｓ＝３mmで約17mmが得られており、ｓとして
は３mm程度以上であれば実用に供し得ることがわ
かる。又、Cs1の曲線においては、ｓ＝12mm付近
で、Cs2についてはｓ＝９mm付近で極小値をもち、
それより大きい側ではCsが増大している。つま
り、ｌの約２倍付近にCsの極小値が存在してい
る。従つて磁極間隔ｓとしてはｌの２倍付近を使
用することが好ましい。一方焦点距離ｆについて
はf1，f2共類似のカーブをとり、ｓの増加に伴つ
て増大している。
所で、上磁極１の下頂面から試料までの距離ｌ
についてであるが、この値は磁極の厚さｔと試料
ホルダーの構造によつて決定される。磁極の厚さ
ｔは試料付近の漏洩付近の磁界を少くするために
３mm〜４mmが最低限必要となるので、ｌの値は第
３図で示したように4.5mm程度が下限になる。も
し、試料に大角度の傾斜を与えるようなホルダー
を用いるときはホルダーが磁極片へ接触するのを
防止する為にｌは大きくせざるを得ず、この場合
第２図のＺ＝０、つまりｌ＝６mm付近が実用的と
なる。いずれにしても球面収差係数Csは20mm以
下が達成できる。
についてであるが、この値は磁極の厚さｔと試料
ホルダーの構造によつて決定される。磁極の厚さ
ｔは試料付近の漏洩付近の磁界を少くするために
３mm〜４mmが最低限必要となるので、ｌの値は第
３図で示したように4.5mm程度が下限になる。も
し、試料に大角度の傾斜を与えるようなホルダー
を用いるときはホルダーが磁極片へ接触するのを
防止する為にｌは大きくせざるを得ず、この場合
第２図のＺ＝０、つまりｌ＝６mm付近が実用的と
なる。いずれにしても球面収差係数Csは20mm以
下が達成できる。
以上詳述した如く、本発明は試料を上磁極より
上方の漏洩磁界の少い所に置き、上磁極の下頂面
直径D1を下磁極の孔径b2の数倍又はそれ以下に
設定したレンズにおいて、上下磁極の間隔ｓをパ
ラレメータとなし、その値を３mm以上にすること
を特徴とするもので、これにより、試料位置への
レンズ磁界の漏洩を極力少くした状態で、球面収
差係数20mm以下を実現でき、従つて磁性試料を鮮
明に且つ高分解能で観察できる。
上方の漏洩磁界の少い所に置き、上磁極の下頂面
直径D1を下磁極の孔径b2の数倍又はそれ以下に
設定したレンズにおいて、上下磁極の間隔ｓをパ
ラレメータとなし、その値を３mm以上にすること
を特徴とするもので、これにより、試料位置への
レンズ磁界の漏洩を極力少くした状態で、球面収
差係数20mm以下を実現でき、従つて磁性試料を鮮
明に且つ高分解能で観察できる。
尚、上記に数値は加速電圧が200KVの場合に
ついてであるが、異なる加速電圧に対する各部の
寸法に対しては既知の方法によりスケーリングを
行なえば良い。その結果、理論上使用し得る磁極
間隔ｓは３mmより小さい範囲も有り得るが、現実
には対物レンズ絞りの挿入を考えるとｓは３mm程
度が限度となる。即ち、対物絞りは後焦点面に近
いことが好ましいがｓが小さくなるとその条件か
ら大きく外れ、コントラストの低下や視野カツト
が著しくなるので実際には前述の３mm程度が下限
となるのである。
ついてであるが、異なる加速電圧に対する各部の
寸法に対しては既知の方法によりスケーリングを
行なえば良い。その結果、理論上使用し得る磁極
間隔ｓは３mmより小さい範囲も有り得るが、現実
には対物レンズ絞りの挿入を考えるとｓは３mm程
度が限度となる。即ち、対物絞りは後焦点面に近
いことが好ましいがｓが小さくなるとその条件か
ら大きく外れ、コントラストの低下や視野カツト
が著しくなるので実際には前述の３mm程度が下限
となるのである。
第１図は本発明に用いる対物レンズ磁極片の構
成を示す図、第２図及び第３図は本発明を説明す
る為の実験例である。 １：上磁極、２：下磁極、３：試料挿入穴、
４：試料。
成を示す図、第２図及び第３図は本発明を説明す
る為の実験例である。 １：上磁極、２：下磁極、３：試料挿入穴、
４：試料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上磁極の孔径を小さくし、該上磁極より上方
の漏洩磁界の少い位置へ磁性試料を置き、この試
料を透過した電子を上、下磁極間隙内に発生した
レンズ磁界によつて結像する対物レンズであつ
て、前記上磁極の下頂面直径をD1、下磁極の孔
径をb2としたときD1をb2の数倍又はそれ以下に
設定すると共に、上下磁極間隔ｓをパラメータと
なし、該間隔ｓを３mm以上となしたことを特徴と
する磁性試料観察用磁界型対物レンズ。 ２ 前記D1とb2との比D1／b2を２以下に設定し
た特許請求の範囲第１項記載の磁性試料観察用磁
界型対物レンズ。 ３ 前記間隔ｓを上磁極の下頂面から試料までの
距離ｌの略２倍となした特許請求の範囲第１項又
は第２項記載の磁性試料観察用磁界型対物レン
ズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11881482A JPS599842A (ja) | 1982-07-08 | 1982-07-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11881482A JPS599842A (ja) | 1982-07-08 | 1982-07-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS599842A JPS599842A (ja) | 1984-01-19 |
| JPH0136666B2 true JPH0136666B2 (ja) | 1989-08-01 |
Family
ID=14745790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11881482A Granted JPS599842A (ja) | 1982-07-08 | 1982-07-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599842A (ja) |
-
1982
- 1982-07-08 JP JP11881482A patent/JPS599842A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS599842A (ja) | 1984-01-19 |
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