JPH06215714A - 電界放出型透過電子顕微鏡 - Google Patents
電界放出型透過電子顕微鏡Info
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- JPH06215714A JPH06215714A JP4145128A JP14512892A JPH06215714A JP H06215714 A JPH06215714 A JP H06215714A JP 4145128 A JP4145128 A JP 4145128A JP 14512892 A JP14512892 A JP 14512892A JP H06215714 A JPH06215714 A JP H06215714A
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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
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/04—Means for controlling the discharge
- H01J2237/049—Focusing means
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/063—Electron sources
- H01J2237/06325—Cold-cathode sources
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- H01J2237/25—Tubes for localised analysis using electron or ion beams
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高輝度な電顕像観察と微小部分析を両立でき
る電界放出型透過電子顕微鏡を実現する。 【構成】 試料７から一番遠い位置に低収差コンデンサ
ーレンズ４をおき、試料７とコンデンサーレンズ４の中
点位置に短焦点コンデンサーレンズ５をおき、電顕像観
察ではコンデンサーレンズ４とコンデンサーレンズ５を
連動させてコンデンサーレンズの倍率を拡大系として動
作させる。また、スポットを試料７上で小さく絞るに
は、コンデンサーレンズ５と試料７の間の試料に近い位
置の低収差レンズコンデンサーレンズ６を駆動させて、
コンデンサーレンズの倍率を縮小系で動作させる。 【効果】 小さな照射角と小さなスポット径の試料照射
を両立することにより、電界放出型透過電子顕微鏡の高
輝度な電顕像観察と元素分析を両立できる。
る電界放出型透過電子顕微鏡を実現する。 【構成】 試料７から一番遠い位置に低収差コンデンサ
ーレンズ４をおき、試料７とコンデンサーレンズ４の中
点位置に短焦点コンデンサーレンズ５をおき、電顕像観
察ではコンデンサーレンズ４とコンデンサーレンズ５を
連動させてコンデンサーレンズの倍率を拡大系として動
作させる。また、スポットを試料７上で小さく絞るに
は、コンデンサーレンズ５と試料７の間の試料に近い位
置の低収差レンズコンデンサーレンズ６を駆動させて、
コンデンサーレンズの倍率を縮小系で動作させる。 【効果】 小さな照射角と小さなスポット径の試料照射
を両立することにより、電界放出型透過電子顕微鏡の高
輝度な電顕像観察と元素分析を両立できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型透過電子顕
微鏡、更に詳しく言えば、電界放出陰極から電子を電界
放出させ所望の加速電圧まで加速する静電レンズに加
え、コンデンサーレンズにより試料上に収束電子ビーム
を照射する電界放出型透過電子顕微鏡、特に、試料への
照射条件を制御するコンデンサーレンズ部の構成及び操
作に関する。
微鏡、更に詳しく言えば、電界放出陰極から電子を電界
放出させ所望の加速電圧まで加速する静電レンズに加
え、コンデンサーレンズにより試料上に収束電子ビーム
を照射する電界放出型透過電子顕微鏡、特に、試料への
照射条件を制御するコンデンサーレンズ部の構成及び操
作に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の透過形電子顕微鏡は、電子ビーム
を発生する電子源として、例えばタングステンやＬａＢ
6を加熱して熱電子放出させる熱電子源や曲率半径の小
さい針状陰極に強電界を印加して陰極から電子を電界放
出させる電界放出電子源を用いてる。熱電子源を用いる
ものでは、熱電子源の光源径は２〜１０μｍもあり、高
倍率観察で試料上の電子ビーム照射領域を１μｍ以下に
にするためには、照射系の倍率は縮小となっている。こ
の例に関しては、例えば特許公開公報 特開昭５５−１
２６９５１号に開示されている。また、電界放出電子源
を用いるものは、照射系は静電レンズと一段のコンデン
サーレンズより構成されている。この例に関しては、例
えば特許公開公報 特開昭６０−１１７５３４号にに開
示されている。
を発生する電子源として、例えばタングステンやＬａＢ
6を加熱して熱電子放出させる熱電子源や曲率半径の小
さい針状陰極に強電界を印加して陰極から電子を電界放
出させる電界放出電子源を用いてる。熱電子源を用いる
ものでは、熱電子源の光源径は２〜１０μｍもあり、高
倍率観察で試料上の電子ビーム照射領域を１μｍ以下に
にするためには、照射系の倍率は縮小となっている。こ
の例に関しては、例えば特許公開公報 特開昭５５−１
２６９５１号に開示されている。また、電界放出電子源
を用いるものは、照射系は静電レンズと一段のコンデン
サーレンズより構成されている。この例に関しては、例
えば特許公開公報 特開昭６０−１１７５３４号にに開
示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、高分解能像観察
と微小部分析の機能を兼ね備えた透過電子顕微鏡が要求
されている。これを実現するため、熱電子源を用いる透
過電子顕微鏡の従来例では、高倍率観察及び微小部分析
の両方において照射系の倍率は縮小になる。これは熱電
子源の大きさが２〜１０μｍもあるため、高倍率観察時
には像の明るさの低減を防ぐために、微小部分析には光
源を大きく縮小するために必要となるのである。しか
し、光源の輝度不足のため、分析に必要な照射電流を得
るためには、試料上で電子ビームの径を１０ｎｍ以下に
することはほとんど不可能である。
と微小部分析の機能を兼ね備えた透過電子顕微鏡が要求
されている。これを実現するため、熱電子源を用いる透
過電子顕微鏡の従来例では、高倍率観察及び微小部分析
の両方において照射系の倍率は縮小になる。これは熱電
子源の大きさが２〜１０μｍもあるため、高倍率観察時
には像の明るさの低減を防ぐために、微小部分析には光
源を大きく縮小するために必要となるのである。しか
し、光源の輝度不足のため、分析に必要な照射電流を得
るためには、試料上で電子ビームの径を１０ｎｍ以下に
することはほとんど不可能である。
【０００４】一方、熱電子源より高輝度で光源径の小さ
い電界放出電子源を搭載した電界放出型透過電子顕微鏡
は、より高分解能で極微小部の分析ができる可能性があ
る。この電界放出型透過電子顕微鏡でこの高分解能像観
察と微小部分析の二つの機能を実現する場合は、分析は
照射系倍率を縮小、観察は倍率を拡大で用いる必要があ
る。すなわち、電界放出電子源は光源径が約１０ｎｍと
小さいが、試料上で電子ビームを例えば１ｎｍ以下に小
さく絞って試料の極微小部の微小部分析をするために
は、照射系を１／１０以下の縮小で用いる必要がある。
い電界放出電子源を搭載した電界放出型透過電子顕微鏡
は、より高分解能で極微小部の分析ができる可能性があ
る。この電界放出型透過電子顕微鏡でこの高分解能像観
察と微小部分析の二つの機能を実現する場合は、分析は
照射系倍率を縮小、観察は倍率を拡大で用いる必要があ
る。すなわち、電界放出電子源は光源径が約１０ｎｍと
小さいが、試料上で電子ビームを例えば１ｎｍ以下に小
さく絞って試料の極微小部の微小部分析をするために
は、照射系を１／１０以下の縮小で用いる必要がある。
【０００５】他方、高分解能の電子顕微鏡像を得るため
には試料照射角を小さくする必要がある。図２に示すよ
うに、静電レンズ２によって電界放出電子源１から引き
出し電圧Ｖ１で放出された電子線が加速電圧Ｖ０まで加
速されて、コンデンサーレンズ８により試料７に結像す
るとし、絞り９で制限される陰極出射角をα、試料照射
角をβとおく。照射系の倍率Ｍは、ヘルムホルツの関係
式より、
には試料照射角を小さくする必要がある。図２に示すよ
うに、静電レンズ２によって電界放出電子源１から引き
出し電圧Ｖ１で放出された電子線が加速電圧Ｖ０まで加
速されて、コンデンサーレンズ８により試料７に結像す
るとし、絞り９で制限される陰極出射角をα、試料照射
角をβとおく。照射系の倍率Ｍは、ヘルムホルツの関係
式より、
【数１】 となる。電界放出陰極１の放出角電流密度（単位立体角
当たりの放出電流）をωとすると、絞り９で制限される
ビーム電流ＩはＩ＝πα2ωとなる。
当たりの放出電流）をωとすると、絞り９で制限される
ビーム電流ＩはＩ＝πα2ωとなる。
【０００６】ここで、電界放出陰極１として［３１０］
方位のタングステンＷを用いる場合は、最大でω〜５０
μＡ／ｓｒである。また、螢光板上で明るい拡大像を得
るためにはＩ＝４ｎＡ 程度のビーム電流が必要とな
り、その条件でのαを計算すると、α＝５ｍｒａｄとな
る。引き出し電圧Ｖ１は通常４ｋＶから６ｋＶの条件で
使用する。引き出し電圧Ｖ１＝６ｋＶ、加速電圧Ｖ０＝
２００ｋＶ、α＝５ｍｒａｄとして、倍率Ｍを計算する
と、 Ｍ＝０．８６／β（ただし、βの単位はｍｒａｄ） となる。したがって、高分解能観察に必要な０．５ｍｒ
ａｄ以下の照射角βを得るためには倍率Ｍをできるだけ
拡大にして用いる必要がある。
方位のタングステンＷを用いる場合は、最大でω〜５０
μＡ／ｓｒである。また、螢光板上で明るい拡大像を得
るためにはＩ＝４ｎＡ 程度のビーム電流が必要とな
り、その条件でのαを計算すると、α＝５ｍｒａｄとな
る。引き出し電圧Ｖ１は通常４ｋＶから６ｋＶの条件で
使用する。引き出し電圧Ｖ１＝６ｋＶ、加速電圧Ｖ０＝
２００ｋＶ、α＝５ｍｒａｄとして、倍率Ｍを計算する
と、 Ｍ＝０．８６／β（ただし、βの単位はｍｒａｄ） となる。したがって、高分解能観察に必要な０．５ｍｒ
ａｄ以下の照射角βを得るためには倍率Ｍをできるだけ
拡大にして用いる必要がある。
【０００７】しかし、従来例ではコンデンサーレンズ８
が一段構成であるため、コンデンサーレンズ８を用いて
縮小から拡大まで倍率を大きく変化することはできな
い。このため、微小部分析において１ｎｍ以下の電子ビ
ームを得るようなレンズ配置にした場合には、高倍率観
察において拡大倍率が不足となるため、０．５ｍｒａｄ
以下の照射角は得られず高分解能観察ができなくなる。
また逆に、拡大倍率が大きくとれるレンズ配置にした場
合には、１ｎｍ以下の微小部分析が不可能になってしま
う。従って、この従来例では高分解能観察と極微小部分
析を同一のコンデンサーレンズで両立することはできな
い。このように、従来の電界放出型透過電子顕微鏡は、
照射系の拡大と縮小を同一のレンズ構成で実現するコン
デンサの構成は全く存在しなかった。従って、本発明の
目的は高輝度な電顕像観察と微小部分析を両立できる電
界放出型透過電子顕微鏡を実現することである。
が一段構成であるため、コンデンサーレンズ８を用いて
縮小から拡大まで倍率を大きく変化することはできな
い。このため、微小部分析において１ｎｍ以下の電子ビ
ームを得るようなレンズ配置にした場合には、高倍率観
察において拡大倍率が不足となるため、０．５ｍｒａｄ
以下の照射角は得られず高分解能観察ができなくなる。
また逆に、拡大倍率が大きくとれるレンズ配置にした場
合には、１ｎｍ以下の微小部分析が不可能になってしま
う。従って、この従来例では高分解能観察と極微小部分
析を同一のコンデンサーレンズで両立することはできな
い。このように、従来の電界放出型透過電子顕微鏡は、
照射系の拡大と縮小を同一のレンズ構成で実現するコン
デンサの構成は全く存在しなかった。従って、本発明の
目的は高輝度な電顕像観察と微小部分析を両立できる電
界放出型透過電子顕微鏡を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明よる電界放出型透過電子顕微鏡では、コンデ
ンサーレンズを試料から一番遠い位置に配置された低収
差の第１のコンデンサーレンズと、試料と第１のコンデ
ンサーレンズとのほぼ中点位置に配置された短焦点の第
２のコンデンサーレンズと、第２のコンデンサーレンズ
と試料との間に配置された低収差の第３のコンデンサー
レンズの少なくとも３段の複合コンデンサで構成し、上
記３つコンデンサーレンズを選択して駆動する駆動手段
を設けた。そして、試料の電顕像観察では第１及び第２
ののコンデンサーレンズを同時に連動させて駆動して複
合コンデンサーレンズの倍率を拡大系で動作させる。ま
た試料上でスポットを細く絞ってＸ線分析などを行う場
合には、第３のコンデンサーレンズを駆動し、コンデン
サーレンズの倍率を縮小系で動作させる。
め、本発明よる電界放出型透過電子顕微鏡では、コンデ
ンサーレンズを試料から一番遠い位置に配置された低収
差の第１のコンデンサーレンズと、試料と第１のコンデ
ンサーレンズとのほぼ中点位置に配置された短焦点の第
２のコンデンサーレンズと、第２のコンデンサーレンズ
と試料との間に配置された低収差の第３のコンデンサー
レンズの少なくとも３段の複合コンデンサで構成し、上
記３つコンデンサーレンズを選択して駆動する駆動手段
を設けた。そして、試料の電顕像観察では第１及び第２
ののコンデンサーレンズを同時に連動させて駆動して複
合コンデンサーレンズの倍率を拡大系で動作させる。ま
た試料上でスポットを細く絞ってＸ線分析などを行う場
合には、第３のコンデンサーレンズを駆動し、コンデン
サーレンズの倍率を縮小系で動作させる。
【０００９】
【作用】以下、本発明の原理を説明する。コンデンサー
レンズとして通常用いる磁界形の薄肉レンズは、レンズ
上磁極と下磁極との孔径の平均値をＤ、上磁極と下磁極
の間隔をＳとおくと、焦点距離ｆ、球面収差係数Ｃｓ
は、それぞれ次式で近似される。 ｆ／（Ｓ＋Ｄ）＝２５／Ｅｘ2 （１）
レンズとして通常用いる磁界形の薄肉レンズは、レンズ
上磁極と下磁極との孔径の平均値をＤ、上磁極と下磁極
の間隔をＳとおくと、焦点距離ｆ、球面収差係数Ｃｓ
は、それぞれ次式で近似される。 ｆ／（Ｓ＋Ｄ）＝２５／Ｅｘ2 （１）
【数２】 Ｃｓ＝５.０ｆ3／（Ｓ＋Ｄ）2 （２） ここで、Φ0は電子線の加速電圧（単位はボルト）、Ｎ
Ｉはレンズコイルのアンペア巻数である。（１）式よ
り、同じレンズ励磁では（Ｓ＋Ｄ）値が小さいレンズに
すれば、短焦点が得られ、また、（２）式より、同じ焦
点距離では（Ｓ＋Ｄ）の大きいレンズを用いれば球面収
差を小さくできることがわかる。
Ｉはレンズコイルのアンペア巻数である。（１）式よ
り、同じレンズ励磁では（Ｓ＋Ｄ）値が小さいレンズに
すれば、短焦点が得られ、また、（２）式より、同じ焦
点距離では（Ｓ＋Ｄ）の大きいレンズを用いれば球面収
差を小さくできることがわかる。
【００１０】コンデンサーレンズを拡大で用いるために
は、レンズ一段より少なくとも二段以上の構成としたほ
うが倍率を大きくできる。図３に示すように、試料から
一番遠い第１のコンデンサーレンズ４、二番目に遠い第
２コンデンサーレンズ５で試料７上に結像させる条件で
の照射系の倍率Ｍｃは、レンズ４の物面−レンズ間距
離、像面−レンズ間距離、焦点距離をそれぞれａ１、ｂ
１、ｆ１、レンズ５の物面−レンズ間距離、像面−レン
ズ間距離、焦点距離をそれぞれａ２、ｂ２、ｆ２、Ｃ１
−試料間距離をＬ１とすると、 Ｍｃ＝（ｂ１／ａ１）＊（ｂ２／ａ２）＝（１／ａ１）
｛（−１／ｆ２）ｂ２2＋（ｌ／ｆ２）ｂ２−Ｌ１｝
（３）で表わされる。
は、レンズ一段より少なくとも二段以上の構成としたほ
うが倍率を大きくできる。図３に示すように、試料から
一番遠い第１のコンデンサーレンズ４、二番目に遠い第
２コンデンサーレンズ５で試料７上に結像させる条件で
の照射系の倍率Ｍｃは、レンズ４の物面−レンズ間距
離、像面−レンズ間距離、焦点距離をそれぞれａ１、ｂ
１、ｆ１、レンズ５の物面−レンズ間距離、像面−レン
ズ間距離、焦点距離をそれぞれａ２、ｂ２、ｆ２、Ｃ１
−試料間距離をＬ１とすると、 Ｍｃ＝（ｂ１／ａ１）＊（ｂ２／ａ２）＝（１／ａ１）
｛（−１／ｆ２）ｂ２2＋（ｌ／ｆ２）ｂ２−Ｌ１｝
（３）で表わされる。
【００１１】（３）式をｂ２について偏微分すると、 ∂Ｍｃ／∂ｂ２＝（１／ａ１ｆ２）（Ｌ１−２ｂ２） となる。したがって、Ｍｃはｂ２＝２／Ｌ１の場合に最
大値（Ｌ１／ａ１ｆ２）＊（Ｌ１／４−ｆ２）をとる。
すなわち、レンズ５の焦点距離が同じ条件では、レンズ
５をレンズ４と試料の中点位置に置けば倍率が最大にな
る。また、レンズ４は試料から遠ざけ、レンズ５を短焦
点で用いる方が倍率を大きくとることができる。ここで
レンズ励磁Ｅｘは、レンズの磁路の磁気飽和で定まる上
限値があるので、できるだけ小さな焦点距離を得るため
には同じレンズ励磁で短焦点となる（Ｓ＋Ｄ）の小さい
レンズを用いた方が有利である。また、レンズ４は、レ
ンズ収差によるぼけがレンズ５により大きく拡大される
ので、できるだけ低収差のレンズを用いた方が良い。
大値（Ｌ１／ａ１ｆ２）＊（Ｌ１／４−ｆ２）をとる。
すなわち、レンズ５の焦点距離が同じ条件では、レンズ
５をレンズ４と試料の中点位置に置けば倍率が最大にな
る。また、レンズ４は試料から遠ざけ、レンズ５を短焦
点で用いる方が倍率を大きくとることができる。ここで
レンズ励磁Ｅｘは、レンズの磁路の磁気飽和で定まる上
限値があるので、できるだけ小さな焦点距離を得るため
には同じレンズ励磁で短焦点となる（Ｓ＋Ｄ）の小さい
レンズを用いた方が有利である。また、レンズ４は、レ
ンズ収差によるぼけがレンズ５により大きく拡大される
ので、できるだけ低収差のレンズを用いた方が良い。
【００１２】次に試料７面上でスポットを絞る場合につ
いて述べる。最終段レンズで大きく縮小をとると、最終
段レンズ以前の収差によるぼけは大きく縮小されるの
で、試料面上の収差によるぼけは主に最終段レンズから
の寄与のみとなる。ここで、照射系を第１及び第２のコ
ンデンサレンズ４、５のみの構成とすると、最終段は第
２のレンズ５になる。しかし、第２のコンデンサレンズ
５は短焦点を得るための寸法の小さいレンズであれば、
（２）式より球面収差は寸法の小さいレンズほど大きく
なってしまい、試料面上で小さなスポットが得られなく
なる。
いて述べる。最終段レンズで大きく縮小をとると、最終
段レンズ以前の収差によるぼけは大きく縮小されるの
で、試料面上の収差によるぼけは主に最終段レンズから
の寄与のみとなる。ここで、照射系を第１及び第２のコ
ンデンサレンズ４、５のみの構成とすると、最終段は第
２のレンズ５になる。しかし、第２のコンデンサレンズ
５は短焦点を得るための寸法の小さいレンズであれば、
（２）式より球面収差は寸法の小さいレンズほど大きく
なってしまい、試料面上で小さなスポットが得られなく
なる。
【００１３】従って、小さなスポットを得るためには、
短焦点の第２のコンデンサレンズとは異なる低収差のレ
ンズを別に配置するのが必須となる。また、コンデンサ
ーレンズをできるだけ試料に近づければ、コンデンサー
レンズの倍率がより小さくなり、また焦点距離ｆも小さ
くなるのでレンズ収差も小さくなる。そこで第２のコン
デンサレンズ５と試料７の間のできるだけ試料７に近い
位置に第３のコンデンサーレンズを置き、第３のコンデ
ンサーレンズを低収差の（Ｓ＋Ｄ）の大きなレンズにす
れば、試料７面上で大きく縮小された、収差によるぼけ
の小さい極微小スポットを得ることができる。
短焦点の第２のコンデンサレンズとは異なる低収差のレ
ンズを別に配置するのが必須となる。また、コンデンサ
ーレンズをできるだけ試料に近づければ、コンデンサー
レンズの倍率がより小さくなり、また焦点距離ｆも小さ
くなるのでレンズ収差も小さくなる。そこで第２のコン
デンサレンズ５と試料７の間のできるだけ試料７に近い
位置に第３のコンデンサーレンズを置き、第３のコンデ
ンサーレンズを低収差の（Ｓ＋Ｄ）の大きなレンズにす
れば、試料７面上で大きく縮小された、収差によるぼけ
の小さい極微小スポットを得ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１は本発明による電界放出型透過電子顕微鏡の１
実施例の要部構成を示す図である。電界放出電子源１か
ら放出された電子線は、静電レンズ２により所望の加速
電圧Ｖ０まで加速された後、コンデンサーレンズで試料
７へ照射される。コンデンサーレンズは、試料７から遠
い位置から順に第１のコンデンサーレンズ４第２のコン
デンサーレンズ５及び第３のコンデンサーレンズ６で構
成される。
る。図１は本発明による電界放出型透過電子顕微鏡の１
実施例の要部構成を示す図である。電界放出電子源１か
ら放出された電子線は、静電レンズ２により所望の加速
電圧Ｖ０まで加速された後、コンデンサーレンズで試料
７へ照射される。コンデンサーレンズは、試料７から遠
い位置から順に第１のコンデンサーレンズ４第２のコン
デンサーレンズ５及び第３のコンデンサーレンズ６で構
成される。
【００１５】コンデンサーレンズ４と試料７間の距離Ｌ
１はできるだけ大きい方が倍率を拡大にできるが、装置
の全高を考慮に入れてここでは３００ｍｍとする。コン
デンサーレンズ５は距離Ｌ１の中点位置、コンデンサー
レンズ５−試料間距離Ｌ２＝１５０ｍｍの位置に置く。
コンデンサーレンズ６は、試料７にできるだけ近い位
置、ここではコンデンサーレンズ６−試料間距離Ｌ３＝
５０ｍｍに置く。コンデンサーレンズ４、５及び６の上
磁極、下磁極間距離をそれぞれＳ１、Ｓ２及びＳ３、上
磁極と下磁極との孔径の平均値をそれぞれＤ１、Ｄ２及
びＤ３とする。コンデンサーレンズ５の寸法はできるだ
け短焦点にするために、Ｓ２＋Ｄ２を小さくとり、ここ
ではＳ２＋Ｄ２＝１０ｍｍとする。コンデンサーレンズ
４とコンデンサーレンズ５は収差を小さくする為に、寸
法を大きくとる。ここではＳ１＋Ｄ１＝Ｓ３＋Ｄ３＝５
０ｍｍとする。
１はできるだけ大きい方が倍率を拡大にできるが、装置
の全高を考慮に入れてここでは３００ｍｍとする。コン
デンサーレンズ５は距離Ｌ１の中点位置、コンデンサー
レンズ５−試料間距離Ｌ２＝１５０ｍｍの位置に置く。
コンデンサーレンズ６は、試料７にできるだけ近い位
置、ここではコンデンサーレンズ６−試料間距離Ｌ３＝
５０ｍｍに置く。コンデンサーレンズ４、５及び６の上
磁極、下磁極間距離をそれぞれＳ１、Ｓ２及びＳ３、上
磁極と下磁極との孔径の平均値をそれぞれＤ１、Ｄ２及
びＤ３とする。コンデンサーレンズ５の寸法はできるだ
け短焦点にするために、Ｓ２＋Ｄ２を小さくとり、ここ
ではＳ２＋Ｄ２＝１０ｍｍとする。コンデンサーレンズ
４とコンデンサーレンズ５は収差を小さくする為に、寸
法を大きくとる。ここではＳ１＋Ｄ１＝Ｓ３＋Ｄ３＝５
０ｍｍとする。
【００１６】電界放出電子源１から放出された電子線
は、静電レンズ２によりレンズ作用を受ける。しかし、
静電レンズ２はレンズ収差が大きいので、通常はレンズ
作用が弱くなるように使用し、電子源１位置の後方１０
０ｍｍから２０００ｍｍに虚像で結像する条件で使用す
る。さらに、コンデンサーレンズ４と静電レンズ２との
間の距離は静電レンズ２で所望の加速電圧まで加速する
空間をとる必要があり、通常は５００ｍｍ以上必要であ
る。ここでは、静電レンズ２の結像位置とコンデンサー
レンズ４との間の距離ａ１＝１０００ｍｍとおいて、以
下の計算を行う。
は、静電レンズ２によりレンズ作用を受ける。しかし、
静電レンズ２はレンズ収差が大きいので、通常はレンズ
作用が弱くなるように使用し、電子源１位置の後方１０
０ｍｍから２０００ｍｍに虚像で結像する条件で使用す
る。さらに、コンデンサーレンズ４と静電レンズ２との
間の距離は静電レンズ２で所望の加速電圧まで加速する
空間をとる必要があり、通常は５００ｍｍ以上必要であ
る。ここでは、静電レンズ２の結像位置とコンデンサー
レンズ４との間の距離ａ１＝１０００ｍｍとおいて、以
下の計算を行う。
【００１７】複合レンズを拡大系で用いるときは、コン
デンサーレンズ４及び５を同時に駆動する。ここで、コ
ンデンサーレンズ５のレンズ励磁Ｅｘを最大１０までと
れるとすると、コンデンサーレンズ５の最小の焦点距離
ｆは（１）式より、ｆ＝２.５ｍｍとなり、コンデンサ
ーレンズ４及び５で拡大にしたときの倍率Ｍｃは（３）
式より、Ｍｃ＝８８５０ａ１＝８．８５となる。ここ
で、コンデンサーレンズ５の位置をコンデンサーレンズ
４−試料間の中点位置から１０パーセントほどずらした
場合、すなわちＬ２＝０．４Ｌ１＝１２０ｍｍ、Ｌ２＝
０．６Ｌ１＝１８０ｍｍの場合のコンデンサーレンズの
倍率を計算すると、それぞれＭｃ＝８．４６、８．５２
となり、約５パーセント倍率が小さくなるが、レンズの
実装上コンデンサーレンズ５を中点位置におけない場合
にはＬ２＝０．５（１±０．１）Ｌ１の範囲に配置して
もよい。
デンサーレンズ４及び５を同時に駆動する。ここで、コ
ンデンサーレンズ５のレンズ励磁Ｅｘを最大１０までと
れるとすると、コンデンサーレンズ５の最小の焦点距離
ｆは（１）式より、ｆ＝２.５ｍｍとなり、コンデンサ
ーレンズ４及び５で拡大にしたときの倍率Ｍｃは（３）
式より、Ｍｃ＝８８５０ａ１＝８．８５となる。ここ
で、コンデンサーレンズ５の位置をコンデンサーレンズ
４−試料間の中点位置から１０パーセントほどずらした
場合、すなわちＬ２＝０．４Ｌ１＝１２０ｍｍ、Ｌ２＝
０．６Ｌ１＝１８０ｍｍの場合のコンデンサーレンズの
倍率を計算すると、それぞれＭｃ＝８．４６、８．５２
となり、約５パーセント倍率が小さくなるが、レンズの
実装上コンデンサーレンズ５を中点位置におけない場合
にはＬ２＝０．５（１±０．１）Ｌ１の範囲に配置して
もよい。
【００１８】また、コンデンサーレンズ５の位置をさら
にずらしたい場合には、コンデンサーレンズ５の寸法を
さらに小さくすることで対応することができる。コンデ
ンサーレンズ５の寸法Ｓ２＋Ｄ２を、Ｓ２＋Ｄ２＝８ｍ
ｍとすると、コンデンサーレンズ５の最小の焦点距離ｆ
は（１）式より、ｆ＝２ｍｍとなり、Ｌ１＝３００ｍ
ｍ、Ｌ２＝２２０ｍｍの場合でも、コンデンサーレンズ
の倍率Ｍｃは、Ｍｃ＝８５８０ａ１＝８．５８となり、
コンデンサーレンズ５レンズを試料７とコンデンサーレ
ンズ４のほぼ中点位置におけない場合の倍率の劣化をコ
ンデンサーレンズ５の寸法をさらに小さくすることで対
応することができる。試料７上でできるだけスポットを
絞るためにはコンデンサーレンズ６を駆動させる。コン
デンサーレンズ６単独で駆動させた場合の倍率Ｍｃは、
Ｍｃ＝ｂ２／（ａ１＋２５０）＝０．０４ となり、光
源１を試料面７上で小さく縮小することができる。
にずらしたい場合には、コンデンサーレンズ５の寸法を
さらに小さくすることで対応することができる。コンデ
ンサーレンズ５の寸法Ｓ２＋Ｄ２を、Ｓ２＋Ｄ２＝８ｍ
ｍとすると、コンデンサーレンズ５の最小の焦点距離ｆ
は（１）式より、ｆ＝２ｍｍとなり、Ｌ１＝３００ｍ
ｍ、Ｌ２＝２２０ｍｍの場合でも、コンデンサーレンズ
の倍率Ｍｃは、Ｍｃ＝８５８０ａ１＝８．５８となり、
コンデンサーレンズ５レンズを試料７とコンデンサーレ
ンズ４のほぼ中点位置におけない場合の倍率の劣化をコ
ンデンサーレンズ５の寸法をさらに小さくすることで対
応することができる。試料７上でできるだけスポットを
絞るためにはコンデンサーレンズ６を駆動させる。コン
デンサーレンズ６単独で駆動させた場合の倍率Ｍｃは、
Ｍｃ＝ｂ２／（ａ１＋２５０）＝０．０４ となり、光
源１を試料面７上で小さく縮小することができる。
【００１９】試料７上の収差によるぼけｄはコンデンサ
ーレンズ６の縮小を大きくとれば、高加速電圧では、ほ
ぼコンデンサーレンズ６の球面収差と回折収差で定ま
る。試料７上の照射角をβ、コンデンサーレンズ６の球
面収差係数をＣｓ、電子線の波長をλとすれば、球面収
差、回折収差によるぼけｄｓ，ｄλは、それぞれ、 ｄｓ＝０．５Ｃｓβ3 ｄλ＝０．６１λ／β となる。ｄはｄｓとｄλの二乗和平方根より定まり、そ
の最小値ｄｍｉｎは次式となる。
ーレンズ６の縮小を大きくとれば、高加速電圧では、ほ
ぼコンデンサーレンズ６の球面収差と回折収差で定ま
る。試料７上の照射角をβ、コンデンサーレンズ６の球
面収差係数をＣｓ、電子線の波長をλとすれば、球面収
差、回折収差によるぼけｄｓ，ｄλは、それぞれ、 ｄｓ＝０．５Ｃｓβ3 ｄλ＝０．６１λ／β となる。ｄはｄｓとｄλの二乗和平方根より定まり、そ
の最小値ｄｍｉｎは次式となる。
【数３】 ここで、（２）式に上記の値を代入すれば、Ｃｓ＝２５
０ｍｍとなる。波長λとして、例えば、加速電圧２００
ｋＶにおける値λ＝０．００２５ｎｍを用いて（４）式
に代入すると、ｄｍｉｎ＝１．０８ｎｍとなり、コンデ
ンサーレンズ６に低収差レンズを用いれば、収差による
ぼけも非常に小さくすることができる。
０ｍｍとなる。波長λとして、例えば、加速電圧２００
ｋＶにおける値λ＝０．００２５ｎｍを用いて（４）式
に代入すると、ｄｍｉｎ＝１．０８ｎｍとなり、コンデ
ンサーレンズ６に低収差レンズを用いれば、収差による
ぼけも非常に小さくすることができる。
【００２０】以上の構成を図４のレイダイヤグラムで示
す。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において駆動
されるレンズは太線で、駆動されない不稼働のレンズは
細線で示す。コンデンサーレンズは三段レンズ構成と
し、倍率の拡大は（ａ）に示すようにコンデンサーレン
ズ４とコンデンサーレンズ５を連動させて動作させる。
縮小は（ｂ）に示すようにコンデンサーレンズ６単独で
駆動させる。ここで縮小については、（ｃ）及び（ｄ）
にそれぞれ示すように、コンデンサーレンズ６に加え、
コンデンサーレンズ４あるいはコンデンサーレンズ４、
コンデンサーレンズ５を一緒に駆動させても良い。ま
た、照射系の最終段に対物前方前磁場レンズを用いる場
合でも、コンデンサーレンズは上記の構成のままで上述
の機能を達成することが出来る。
す。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において駆動
されるレンズは太線で、駆動されない不稼働のレンズは
細線で示す。コンデンサーレンズは三段レンズ構成と
し、倍率の拡大は（ａ）に示すようにコンデンサーレン
ズ４とコンデンサーレンズ５を連動させて動作させる。
縮小は（ｂ）に示すようにコンデンサーレンズ６単独で
駆動させる。ここで縮小については、（ｃ）及び（ｄ）
にそれぞれ示すように、コンデンサーレンズ６に加え、
コンデンサーレンズ４あるいはコンデンサーレンズ４、
コンデンサーレンズ５を一緒に駆動させても良い。ま
た、照射系の最終段に対物前方前磁場レンズを用いる場
合でも、コンデンサーレンズは上記の構成のままで上述
の機能を達成することが出来る。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明でコンデン
サーレンズを三段構成とし、試料から一番遠い位置に低
収差レンズコンデンサーレンズ４を置き、試料７とコン
デンサーレンズ４のほぼ中点位置に短焦点コンデンサー
レンズ５を置き、電顕像観察では、コンデンサーレンズ
４とコンデンサーレンズ５を連動させてコンデンサーレ
ンズの倍率を拡大系として動作させる。また、スポット
を試料上で小さく絞るには、コンデンサーレンズ５と試
料の間のできるだけ試料に近い位置の低収差レンズコン
デンサーレンズ６を駆動させて、コンデンサーレンズの
倍率を縮小系で動作させる。以上の構成により、高輝度
な電顕像観察と元素分析を両立できる電界放出型透過電
子顕微鏡のコンデンサーレンズを実現することができ
る。
サーレンズを三段構成とし、試料から一番遠い位置に低
収差レンズコンデンサーレンズ４を置き、試料７とコン
デンサーレンズ４のほぼ中点位置に短焦点コンデンサー
レンズ５を置き、電顕像観察では、コンデンサーレンズ
４とコンデンサーレンズ５を連動させてコンデンサーレ
ンズの倍率を拡大系として動作させる。また、スポット
を試料上で小さく絞るには、コンデンサーレンズ５と試
料の間のできるだけ試料に近い位置の低収差レンズコン
デンサーレンズ６を駆動させて、コンデンサーレンズの
倍率を縮小系で動作させる。以上の構成により、高輝度
な電顕像観察と元素分析を両立できる電界放出型透過電
子顕微鏡のコンデンサーレンズを実現することができ
る。
【図１】本発明による電界放出型透過電子顕微鏡の１実
施例の構成を示す図である。
施例の構成を示す図である。
【図２】電界放出型透過電子顕微鏡の照射系の一般的構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図３】本発明の原理説明のための照射系の動作を示す
レイダイアグラムである。
レイダイアグラムである。
【図４】本発明による電界放出型透過電子顕微鏡の１実
施例の動作を示すレイダイアグラムである。
施例の動作を示すレイダイアグラムである。
１…電界放出電子源 ２…静電レンズ ３…高圧電源 ４…コンデンサ
ーレンズ ５…コンデンサーレンズ ６…コンデンサ
ーレンズ ７…試料 ８…コンデンサ
ーレンズ ９…絞り
ーレンズ ５…コンデンサーレンズ ６…コンデンサ
ーレンズ ７…試料 ８…コンデンサ
ーレンズ ９…絞り
Claims (7)
- 【請求項１】 電界放出陰極から電子を電界放出させ所
望の加速電圧まで加速する静電レンズと、コンデンサー
レンズにより試料上に収束電子ビームを照射する手段と
を備えた電界放出型透過電子顕微鏡において、上記コン
デンサーレンズが、倍率の拡大と縮小を行う複合レンズ
構成で構成されたことを特徴とする電界放出型透過電子
顕微鏡。 - 【請求項２】 電界放出陰極から電子を電界放出させ所
望の加速電圧まで加速する静電レンズと、コンデンサー
レンズにより試料上に収束電子ビームを照射する手段と
を備えた電界放出型透過電子顕微鏡において、上記コン
デンサーレンズが上記試料から位置番遠い方から順に配
置された第１、第２及び第３のコンデンサーレンズとを
もち、上記試料と第１のコンデンサーレンズとの間の距
離をＬ１とし、上記第２のコンデンサーレンズが試料か
ら０．５Ｌ１（１±０．１）の位置に配置されることを
特徴とする電界放出型透過電子顕微鏡。 - 【請求項３】 請求項２記載の電界放出型透過電子顕微
鏡のコンデンサーレンズの倍率を拡大で用いるとき、上
記第１及び第２のコンデンサーレンズを駆動することを
特徴とする電界放出型透過電子顕微鏡の操作方法。 - 【請求項４】 請求項２記載の電界放出型透過電子顕微
鏡のコンデンサーレンズの倍率を縮小で用いるとき、少
なくとも上記第３のコンデンサーレンズを駆動すること
を特徴とする電界放出型透過電子顕微鏡の操作方法。 - 【請求項５】 電界放出陰極から電子を電界放出させ所
望の加速電圧まで加速する静電レンズと、三つ以上の磁
界型コンデンサーレンズにより試料上に収束電子ビーム
を照射する手段とを備えた電界放出型透過電子顕微鏡に
おいて、上記三つ以上の磁界型コンデンサーレンズの中
で試料から遠い順に配置された少なくとも第１、第２及
び第３の磁界型コンデンサーレンズのそれぞれの上磁極
と下磁極の間隔をそれぞれ、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３とし、
上記第１、第２及び第３の磁界型コンデンサーレンズの
それぞれの上磁極と下磁極の孔径の平均値をそれぞれＤ
１、Ｄ２、Ｄ３とし、Ｓ２＋Ｄ２＜Ｓ１＋Ｄ１及びＳ２
＋Ｄ２＜Ｓ３＋Ｄ３が成り立つように上磁極と下磁極の
間隔と上磁極と下磁極の孔径が設定されたことを特徴と
する電界放出型透過電子顕微鏡。 - 【請求項６】 請求項５記載の電界放出型透過電子顕微
鏡の磁界型コンデンサーレンズの倍率を拡大で用いると
き、上記第１及び第２の磁界型コンデンサーレンズを駆
動することを特徴とする電界放出型透過電子顕微鏡の操
作方法。 - 【請求項７】 請求項５記載の電界放出型透過電子顕微
鏡の磁界型コンデンサーレンズの倍率を縮小で用いると
き、少なくとも第３の磁界型コンデンサーレンズを駆動
することを特徴とする電界放出型透過電子顕微鏡の操作
方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4145128A JPH06215714A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 電界放出型透過電子顕微鏡 |
| US08/069,838 US5373158A (en) | 1992-06-05 | 1993-06-01 | Field-emission transmission electron microscope and operation method thereof |
| NL9300952A NL9300952A (nl) | 1992-06-05 | 1993-06-03 | Veld-emissie transmissie-electronenmicroscoop en werkwijze voor bedrijven daarvan. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4145128A JPH06215714A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 電界放出型透過電子顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06215714A true JPH06215714A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=15378054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4145128A Pending JPH06215714A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 電界放出型透過電子顕微鏡 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5373158A (ja) |
| JP (1) | JPH06215714A (ja) |
| NL (1) | NL9300952A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004100206A1 (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-18 | Ebara Corporation | 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2021144789A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 日本電子株式会社 | 磁界レンズの制御方法および荷電粒子線装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1105914B1 (en) * | 1999-06-22 | 2007-03-07 | Fei Company | Particle-optical apparatus including a particle source that can be switched between high brightness and large beam current |
| DE19945344A1 (de) * | 1999-09-22 | 2001-03-29 | Leo Elektronenmikroskopie Gmbh | Teilchenoptisches Beleuchtungs- und Abbildungssystem mit einer Kondensor-Objektiv-Einfeldlinse |
| JP3968334B2 (ja) * | 2002-09-11 | 2007-08-29 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法 |
| US7138629B2 (en) * | 2003-04-22 | 2006-11-21 | Ebara Corporation | Testing apparatus using charged particles and device manufacturing method using the testing apparatus |
| JP4822925B2 (ja) * | 2006-04-28 | 2011-11-24 | 日本電子株式会社 | 透過型電子顕微鏡 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5126227B2 (ja) * | 1971-09-21 | 1976-08-05 | ||
| JPS5420828B2 (ja) * | 1972-06-09 | 1979-07-25 | ||
| JPS5248964A (en) * | 1975-10-17 | 1977-04-19 | Hitachi Ltd | Transmission-type scanning electronic microscope |
| NL175245C (nl) * | 1977-05-26 | 1984-10-01 | Philips Nv | Elektronenmicroscoop met hulplens en elektromagnetische lens hiervoor. |
| DE2827085C2 (de) * | 1978-06-16 | 1980-07-24 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren und Vorrichtung zur Brennweitenbestimmung langbrennweitiger elektronenoptischer Linsen |
| US4210806A (en) * | 1979-01-18 | 1980-07-01 | International Business Machines Corporation | High brightness electron probe beam and method |
| JPS55126951A (en) * | 1979-03-23 | 1980-10-01 | Hitachi Ltd | Electron microscope |
| JPS55128243A (en) * | 1979-03-28 | 1980-10-03 | Hitachi Ltd | Electron microscope |
| JPH0766772B2 (ja) * | 1983-11-30 | 1995-07-19 | 株式会社日立製作所 | 多段加速方式電界放射形電子顕微鏡 |
| JPS614142A (ja) * | 1984-06-16 | 1986-01-10 | Jeol Ltd | 電子顕微鏡 |
| US4713543A (en) * | 1984-08-13 | 1987-12-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Scanning particle microscope |
| JPS63298949A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-06 | Jeol Ltd | 広狭領域が同時観察可能な分析電子顕微鏡 |
| DE3825103A1 (de) * | 1988-07-23 | 1990-01-25 | Zeiss Carl Fa | Verfahren zum beleuchten eines objektes in einem transmissions-elektronenmikroskop |
-
1992
- 1992-06-05 JP JP4145128A patent/JPH06215714A/ja active Pending
-
1993
- 1993-06-01 US US08/069,838 patent/US5373158A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-03 NL NL9300952A patent/NL9300952A/nl unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004100206A1 (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-18 | Ebara Corporation | 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2021144789A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 日本電子株式会社 | 磁界レンズの制御方法および荷電粒子線装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL9300952A (nl) | 1994-01-03 |
| US5373158A (en) | 1994-12-13 |
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