JPH0357571B2 - - Google Patents

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JPH0357571B2
JPH0357571B2 JP53061546A JP6154678A JPH0357571B2 JP H0357571 B2 JPH0357571 B2 JP H0357571B2 JP 53061546 A JP53061546 A JP 53061546A JP 6154678 A JP6154678 A JP 6154678A JP H0357571 B2 JPH0357571 B2 JP H0357571B2
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JP
Japan
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electron microscope
objective
lens system
lens
auxiliary
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JP53061546A
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JPS53147458A (en
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Baruto Re Hoore Yan
Deiideritsuku Uan Deru Masuto Kareru
Yohanesu Rakerusu Kurisuteiaan
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of JPS53147458A publication Critical patent/JPS53147458A/ja
Publication of JPH0357571B2 publication Critical patent/JPH0357571B2/ja
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    • 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
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
    • 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, ion-optical arrangement

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電子源、集束レンズ、対物レンズ、
およびTEMまたはSTEMモード動作を選択する
ための切替装置を備える電子顕微鏡に関するもの
である。
従来技術 現在の電子顕微鏡は透過モード（TEM）およ
び走査透過モード（STEM）において作動でき
るように構成するのが普通である。この形式の既
知の顕微鏡は、これら２つのモード間の切替えが
複雑で長時間を要し、例えば集束レンズの励磁を
両モードにおいて適合させる必要があるか、また
は２つのモードの一方における動作が制限を受け
るという欠点を有している。このような制限を受
ける理由は、例えば結像電子の過剰な部分がレン
ズ系によつて阻止または遮断され、従つて最適の
倍率を実現できないか、または使用可能な自由空
間が極めて小さくなつて、形成されるべき映像を
十分に検出できないことによる。
発明の目的 本発明の目的は、上述の如き種類の電子顕微鏡
において、TEMモードとSTEMモードの切替え
を電気的操作で極めて簡単に行うことができ、か
つこの切替えに際し、集束レンズの励磁の再調整
を必要としない電子顕微鏡を得るにある。
発明の構成 この目的のため、本発明の１手段では、切替装
置として、電子顕微鏡の対物レンズの近くに配置
した、スイツチの如く作動し得る補助レンズ系を
具える。
本発明の好適な実施例では電子顕微鏡の対物レ
ンズに補助レンズ系を配設する。その結果、比較
的微弱なレンズで十分であり、例えば既知のフイ
リツプス社製電子顕微鏡EM400において本発明
によつて補助レンズ系を組込んだ場合、僅かな変
更を行うことを必要とするに過ぎない。
本発明の電子顕微鏡は補助レンズ系として対物
レンズの保持器に収納した電磁コイルを備える。
この電磁コイルは対物レンズと独立して励磁する
ことができる。更に補助レンズ系は、永久磁石で
構成した磁気レンズ、とくに対物レンズの磁性ヨ
ーク内に組込んだ非磁性遮断部を設けて構成でき
る。動作モードの所望の切替えは補助レンズ系の
電磁部の極性反転によつて達成するようにする。
この目的達成のため、本発明の電子顕微鏡は試
料を配置する空間の上下にほぼ対称形状の対物レ
ンズの磁路を形成する部分を備え、これに補助レ
ンズ系を配置し、この補助レンズ系を独立にスイ
ツチオフすることができるようにする。補助レン
ズ系がスイツチオンされた場合、対物レンズ磁界
とは反対の方向の補助レンズ系の磁界により対物
レンズの第１レンズ磁界の作用の一部が打消さ
れ、従つて第１レンズ磁界の過剰な集束作用が打
消される。従つて補助レンズ系を動作させると、
標準形TEM特性を有する電磁光学系が得られる。
補助レンズ系がほぼ完全にスイツチオフされた場
合には、対称形STEM対物レンズ系が構成され
る。
従つて両モードにおいて最適のレンズ構成が使
用される。対称形状の対物レンズの第２レンズ磁
界のため、暗視野検出に対し遥かに広い検出角度
の使用が可能となる。本発明では対称構造が維持
されるから、非対称形状のものに比し、試料保持
器を傾斜させるためのスペースが存在する一方、
短い焦点距離が依然として維持される。対物レン
ズの励磁はTEMおよびSTEMモードに対し同一
であるので、モードの切替えに起因する焦点ずれ
を生じさせるような変化を生ずることがない。
作用の説明 以下、図面により本発明を説明する。
第１図に示した電子顕微鏡は電子源１、アノー
ド２、ビームアラインメント装置３およびアパー
チヤ４と；第１集束レンズ５、第２集束レンズ６
および焦束アパーチヤ７を含む焦束系と；第１対
物極８および第２対物極９を含む対物レンズと、
ビーム走査装置１０と、対物スペース１１と、回
折アパーチヤ１３を有する回折レンズ１２と、中
間レンズ１４と、第１投影レンズ１５および第２
投影レンズ１６を有する投影系と、フイルム式カ
メラ１７と、観察スクリーン１８とを備える。こ
れらの部品はそのすべてを、電子源１に対する電
気入力リード線２１および窓２２を含むハウジン
グ２０内に収納する。ハウジング２０には光学観
察装置２３、真空ポンプ装置２４および乾板式カ
メラ２５を連結する。
本発明では上記電子顕微鏡において対物レンズ
に補助レンズ系３０を設ける。この補助レンズ系
３０を有する対物レンズを第２図により詳細に説
明する。
第２図は第１図に示した２個の対物極８および
９を含む対物レンズの断面を詳細に示す。集束系
に最も近い位置にある対物レンズの極である部分
８はビーム偏向コイル３１および３２を備え、こ
れによりレンズを軸方向に通過する電子ビームを
互に垂直な２方向に偏向して試料３４を例えばラ
スタ状形態で走査することができるようにする。
偏向コイル３１および３２は磁性材料のヨーク
３５内に収納され、このヨーク３５は普通のレン
ズにおける極片３６に続く。このヨーク３５は対
物レンズの励磁コイル３７，３８に囲まれてい
る。従つてこのコイル３７，３８によつて発生す
る磁界により、極片３６の極間のギヤツプ３９の
領域に強力なレンズが形成される。
本発明の好適な実施例では補助レンズ系３０を
ヨーク３５内に配設し、その場合特に対物レンズ
のヨーク３５に補助コイル４０並びに磁気遮断部
即ち非磁性円板４２および４３を設ける。
極片３６、非磁性円板４３、対物極の磁性ヨー
ク３５の一部４５および非磁性円板４２が補助レ
ンズ系の磁気回路を構成する。非磁性円板４３は
レンズギヤツプの機能を遂行する一方、非磁性円
板４２は補助レンズ系に必要なアンペア・ターン
数の例えば2/3を主レンズ系の励磁から抽出する
よう作動する。TEMモードにおいては補助コイ
ル４０は所要アンペア・ターン数の1/3だけを供
給する一方、STEMモードにおいては補助コイ
ル４０は極反転によつて非磁性円板４３により主
レンズ系から抽出された前記所要アン・ペアター
ン数の2/3から同じ所要アンペア・ターン数の1/3
を減算するので、TEMモードにおいて必要な強
度に比べ極めて小さい強度を有するレンズが残る
ことになる。従つて補助レンズ系のコイル４０は
主レンズ系のコイルのアンペア・ターンに比して
比較的小さいアンペア・ターン数のみを必要とす
るに過ぎない。かかる補助レンズ系によれば２つ
のモードの間の切替えを極性反転により簡単に行
うことができ、かつ両モードにおいて最適動作が
可能になる。
TEMモードにおいては、ターゲツト スポツ
トの直径寸法を、照射するターゲツト上の位置に
無関係とすることが所望され、これは照射すべき
試料全体にわたり照射の平行度を適正にすること
によつて実現することができる。
この種の調整は、標準形レンズを使用した場合
実現することは難しい。しかし補助レンズ系を使
用することによつて、これを達成することができ
る。その理由は補助レンズ系が対物レンズの集束
磁界の一部を打消し、または相助けるよう動作す
るので、全レンズ効果が前記要件を満足する標準
形TEMの電磁光学系のレンズ効果に匹敵するも
のになるからである。
このような理由で対称形対物レンズの形態を
STEMモードにも維持するのが望ましい。
STEMモードにおいては試料を両対物極の中
間に配置する。一般に両対物極の強度はほぼ同じ
とする。この条件とすると、２つの極の磁界によ
つて電子ビームは軸方向に焦点を結び、レンズの
下側半部のレンズ作用のため暗視野電子の如き比
較的広い角度で試料から生ずる電子が光軸の方へ
偏向され、その結果かかる電子が順次の開口によ
つて阻止または遮断されないからビーム全体がこ
の個所の孔あるいはダイヤフラムの孔を通過す
る。
更に他の利点は、TEMおよびSTEMモード動
作の両方において、強力励磁のレンズにおけると
同じ対物レンズ電流を使用できるので、焦点距離
が短くなることである。さらに対物レンズのレン
ズ電流をオンオフしないですむのでレンズの故障
が遥かに少なくなる利点もある。本発明では
STEMモードからTEMモードへの切替えまたは
その逆の切替えに当り対物レンズ電流を変更する
必要がない。
従つてかかる対称構成はSTEMモードの動作
のために維持するのが好適である。
本発明によれば、対物レンズから比較的短い距
離における補助レンズ系の構成によりモード切替
えに当り対物レンズの電流を変更しないという条
件を満足するレンズ構造が得られる。第２図の実
施例における補助レンズ系は対物レンズの上側極
に収納してある。しかし代案として補助レンズ系
は対物レンズの下側極に収納することができる。
レンズ構造を更に適合させた場合対物レンズの下
側極に配置した補助レンズを有するレンズ系は正
確にSTEMモードで作動し、従つて特に、例え
ば比較的広い角度で生ずる暗視野電子の喪失が防
止される。
第３図は本発明の電子顕微鏡におけるビーム通
路を示したもので、第１対物極に補助レンズ系を
収納した実施例におけるビーム通路を第３図ａに
示し、第２対物極に補助レンズ系を収納した実施
例におけるビーム通路を第３図ｂに示す。
第３図ａにおいて実線50で示したビーム通路
は、本発明による補助レンズ系５１に適合した励
磁を加えたTEMモードの場合であり、集束アパ
ーチヤ５２によりビームが中間映像５３を介し対
物アパーチヤ５４に結像するよう設定されている
ことを示す。またこの実線のビーム通路は試料５
６の領域において照射電子ビームが平行となつて
いることを示す。
照射電子ビームの開角は集束アパーチヤ５２の
寸法および位置によつて決まる。
このことは破線５７で示した第２ビーム通路の
ビーム開角についても同様であり、補助レンズ系
の励磁がない場合即ちSTEMモードにおいては、
集束アパーチヤ５２の周囲からのビームは平行と
なつて第１対物レンズ系に入り、対物アパーチヤ
５４に焦点を結ぶ。このビームにより試料５６の
仮想像がビーム５７と光軸との交点５８を通る平
面に形成され、かつS.A.（Selected Area：制限
視野）に位置するアパーチヤ５９において、試料
５６の映像が形成される。
第３図ｂは第２対物極９に補助レンズ系６０を
収納した場合であり、集束アパーチヤ５２の周囲
よりのビーム６１が第１対物レンズ系に平行ビー
ムとして入射する。しかし第１対物系における補
助レンズ系の切替作用はない。第１対物レンズ系
の作用により、ビームは中間映像５３を介し対物
アパーチヤ５４を通過して第２対物レンズ系に入
射する。第３図ｂの補助レンズ系６０は、
STEMモードのために励磁を加え、ビームの平
行度を向上させる。この第２対物極に設けた補助
レンズ系はSTEMモードで有効である。
STEMモード動作用に接続したこの補助レン
ズ系６０は、試料から比較的広い角度で生ずる電
子ビーム６１の一部６２が電子顕微鏡の部品によ
つて阻止され、検出されなくなるのを防止する。
従つて特に暗視野照射に対しかなりの利得が実現
される。
上記は、ある種の用途に対し対物レンズの両方
の極に補助レンズ系を設けることができることを
示している。
励磁すべき補助レンズ系の電磁部は、例えば米
国特許第3394254号明細書に記載されたようにし
て、組立てることができる。すなわち、光学軸を
包囲する同心円筒状に配置して組立てることがで
きる。
本発明の実施例では可逆励磁する補助レンズ系
のコイルは、対物レンズのコイルと直列に接続し
ても良い。
さらに本発明では、図示してないが、対物レン
ズ系のレンズギヤツプ間に磁気短絡回路を設け、
その変位によつて、補助レンズ系の磁界を調整す
ることもできる。
本発明の好適な実施例では、対物レンズ用主電
源を電磁補助レンズ系用の補助レンズ電源と直列
に接続して供給を行う。
更に本発明の好適な実施例では、補助レンズ系
は主レンズの磁界に影響する磁気レンズとして構
成し、補助レンズ系の強度を機械的な調整、例え
ば主レンズの磁気ヨークにおける磁気遮断部を強
磁性材料片で短絡するなどして制御することがで
きる。
発明の効果 本発明によると、電子顕微鏡をTEMモードと
STEMモードとに切替えて使用する際、補助レ
ンズ系を可逆切替えて行うので、集束レンズの励
磁の再調整を必要とせず、焦点ずれを生じさせる
ようなことがない。かつ電気的操作でモード切替
えを行うことができ、モード切替えが極めて簡単
にかつ迅速に行うことができるという利点を有す
る。
さらに対物レンズの補助レンズ系を配設するの
で、補助レンズ系は微弱な電磁力で充分であり、
既存の顕微鏡における改造点は僅かで良い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電子顕微鏡の断面図、第２図
は本発明の実施例の要部断面図、第３図は本発明
電子顕微鏡のビーム通路の２例を示す略線図であ
る。 １…電子源、２…アノード、３…ビーム・アラ
インメント装置、４…アパーチヤ、５…第１集束
レンズ、６…第２集束レンズ、７…焦束アパーチ
ヤ、８…第１対物極、９…第２対物極、１０…ビ
ーム走査装置、１１…対物スペース、１２…回折
レンズ、１３…回折アパーチヤ、１４…中間レン
ズ、１５…第１投影レンズ、１６…第２投影レン
ズ、１７…フイルム式カメラ、１８…観察スクリ
ーン、２０…ハウジング、２１…電気入力リード
線、２２…窓、２３…光学観察装置、２４…真空
ポンプ装置、２５…乾板式カメラ、３０…補助レ
ンズ系、３１，３２…偏向コイル、３４…試料、
３５…ヨーク、３６…極片、３７…励磁コイル、
４０…補助コイル、４２，４３…非磁性円板、５
１…補助レンズ系、５２…集束アパーチヤ、５３
…中間映像、５４…対物アパーチヤ、５５…集束
レンズ、５６…試料、５７…ビーム通路、５９…
アパーチヤ、６０…補助レンズ系、６１…電子ビ
ーム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 電子源１、集束レンズ５，６、ほぼ対称形状
    の対物レンズ８，９、およびTEMまたはSTEM
    モード動作を選択するための切替装置を具える電
    子顕微鏡において、 前記切替装置が、電子顕微鏡において対物レン
    ズの近くに配置され、可逆励磁により、スイツチ
    の如くの切替動作可能な補助レンズ系３０を具え
    たことを特徴とする電子顕微鏡。 ２ 前記補助レンズ系を対物レンズの主焦点面か
    ら比較的小さい距離で配置する特許請求の範囲第
    １項記載の電子顕微鏡。 ３ 前記補助レンズ系が、対物レンズ用の保持器
    ４５に配置したコイル４０を具える特許請求の範
    囲第１または２項記載の電子顕微鏡。 ４ 前記補助レンズ系が対物レンズの複数の極片
    ３６の１つの磁気回路における磁気遮断部４２，
    ４３を具える特許請求の範囲第１または２項記載
    の電子顕微鏡。 ５ 補助コイル４０の可逆励磁の磁界が補助レン
    ズ系として必要な磁界の約1/2〜1/3の磁界を発生
    する特許請求の範囲第４項記載の電子顕微鏡。 ６ 前記可逆励磁する補助レンズ系のコイル４０
    を対物レンズコイルと直列に接続する特許請求の
    範囲第４項又は第５項記載の電子顕微鏡。 ７ 前記補助レンズ系を、レンズギヤツプ間にお
    ける磁気短絡回路の変位によつて調整することが
    できる特許請求の範囲第１，２または第４項記載
    の電子顕微鏡。 ８ 電子源１、集束レンズ５，６、ほぼ対称形状
    の対物レンズ８，９、およびTEMまたはSTEM
    モード動作を選択するための切替装置を具える電
    子顕微鏡において、 前記切替装置が、電子顕微鏡の対物レンズの近
    くに配置され、スイツチの如く作動して正逆励磁
    をする補助レンズ系３０を具え、 さらに電子源側に配置した第１極片と、電子源
    より見て遠い側にある対物レンズの第２極片との
    間で、電子源より見て少くともほぼ中間に対物面
    ５６を配置し、前記対物面および第２極片の間に
    対物アパーチヤ５４を配設する構成としたことを
    特徴とする電子顕微鏡。 ９ 前記補助レンズが対物レンズの前方の第１極
    片に配置されている特許請求の範囲第８項に記載
    の電子顕微鏡。
JP6154678A 1977-05-26 1978-05-23 Electron microscope Granted JPS53147458A (en)

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JPS53147458A JPS53147458A (en) 1978-12-22
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JP (1) JPS53147458A (ja)
AT (1) AT374303B (ja)
AU (1) AU518440B2 (ja)
BR (1) BR7803298A (ja)
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DE (1) DE2822242A1 (ja)
ES (1) ES470151A1 (ja)
FR (1) FR2392493A1 (ja)
GB (1) GB1604898A (ja)
IT (1) IT1095832B (ja)
NL (1) NL175245C (ja)
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