JPH0630235B2 - 高時間分解電子顕微鏡装置 - Google Patents
高時間分解電子顕微鏡装置Info
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- JPH0630235B2 JPH0630235B2 JP60126468A JP12646885A JPH0630235B2 JP H0630235 B2 JPH0630235 B2 JP H0630235B2 JP 60126468 A JP60126468 A JP 60126468A JP 12646885 A JP12646885 A JP 12646885A JP H0630235 B2 JPH0630235 B2 JP H0630235B2
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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
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/285—Emission microscopes, e.g. field-emission microscopes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、真空中の物体の表面に高エネルギーの光ビー
ムまたは粒子ビーム等を照射して、生じる物体の表面の
２次元的な状態や構造の変化を超高速で捕えることので
きる、高時間分解電子顕微鏡装置に関する。
ムまたは粒子ビーム等を照射して、生じる物体の表面の
２次元的な状態や構造の変化を超高速で捕えることので
きる、高時間分解電子顕微鏡装置に関する。
（従来の技術） 従来、真空中の物体の表面の状態を調べる装置として、
電子放出型電子顕微鏡やミュウラー型顕微鏡がある。
電子放出型電子顕微鏡やミュウラー型顕微鏡がある。
前記電子放出型電子顕微鏡は、真空中の観察物体の表面
に光を入射した時や観察物体自身を加熱した時に電子が
放出されることを利用したものである。その物体の近傍
に表面の構造に対応する電子像が形成されるので、その
電子像を電子レンズを利用して出力螢光面上に、拡大再
結像するものである。
に光を入射した時や観察物体自身を加熱した時に電子が
放出されることを利用したものである。その物体の近傍
に表面の構造に対応する電子像が形成されるので、その
電子像を電子レンズを利用して出力螢光面上に、拡大再
結像するものである。
前記ミュウラー型電子顕微鏡は、真空中の微小な針と、
これに対向した螢光面の間に高電圧を印加してこの針の
先端部に強電界をつくる。
これに対向した螢光面の間に高電圧を印加してこの針の
先端部に強電界をつくる。
これにより、電子の電界放出が、針の先端の非常に小さ
な半球面状の曲面に垂直に生じ、この電子流がそのまま
放射状に広がって出力螢光面を衝撃し、発光像を形成す
る。
な半球面状の曲面に垂直に生じ、この電子流がそのまま
放射状に広がって出力螢光面を衝撃し、発光像を形成す
る。
この像は、針の表面の構造に対応し、表面に吸着したガ
スの分子像等も得られている。
スの分子像等も得られている。
（発明が解決しようとする問題点） 前述した顕微鏡装置において、観察物体の表面の構造の
時間的変化は、遅いものであれば、螢光面上の出力像を
肉眼で観察することができる。
時間的変化は、遅いものであれば、螢光面上の出力像を
肉眼で観察することができる。
しかしながら、その変化が速くなれば、まず人間の眼の
応答が追いつかなくなり、さらにこの螢光面の光像を高
速度カメラで撮影しようとしても螢光面自体の応答が変
化に追従できないので、数μｓの変化では、像が重なっ
てしまう。
応答が追いつかなくなり、さらにこの螢光面の光像を高
速度カメラで撮影しようとしても螢光面自体の応答が変
化に追従できないので、数μｓの変化では、像が重なっ
てしまう。
物体に、高輝度超短のレーザパルスや、電子ビームパル
ス，イオンビームパルスを照射すると、そのエネルギー
によって非常に短時間のうちに高速の反応が生じ、その
表面の構造が超高速で変化することが知られている。
ス，イオンビームパルスを照射すると、そのエネルギー
によって非常に短時間のうちに高速の反応が生じ、その
表面の構造が超高速で変化することが知られている。
しかし、あまりに高速で反応が生じるので、その表面の
構造について、照射前の構造と、反応の結果得られた構
造についてしか、わからない場合が多かった。
構造について、照射前の構造と、反応の結果得られた構
造についてしか、わからない場合が多かった。
しかし、この途中の経過を知ることは、物性の研究に欠
くことのできないことで、非常に重要である。
くことのできないことで、非常に重要である。
本発明の主たる目的は、真空容器中の観察試料の表面に
高速反応を生じさせるとともに、この反応で生じる試料
の表面の微細構造の、超高速の変化をとらえることので
きる高時間分解電子顕微鏡装置を提供することにある。
高速反応を生じさせるとともに、この反応で生じる試料
の表面の微細構造の、超高速の変化をとらえることので
きる高時間分解電子顕微鏡装置を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による第１の高時間
分解電子顕微鏡装置は、 真空容器， 前記容器内で試料を支持する手段， 前記容器の前記試料に対向する内面に設けられた蛍光
面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を拡大結像させる電子レンズ， 前記試料の発生した電子を偏向する第１偏向電極および
ビーム阻止電極からなるゲート手段， 前記ゲート手段を通過した電子を偏向する偏向手段から
なる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記ゲート手段と偏向手段を
駆動し前記ビーム阻止電極を通過した間欠的な光電子流
を前記ゲート手段を通過した時刻に対応して蛍光面上に
位置させる駆動回路から構成されている。
分解電子顕微鏡装置は、 真空容器， 前記容器内で試料を支持する手段， 前記容器の前記試料に対向する内面に設けられた蛍光
面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を拡大結像させる電子レンズ， 前記試料の発生した電子を偏向する第１偏向電極および
ビーム阻止電極からなるゲート手段， 前記ゲート手段を通過した電子を偏向する偏向手段から
なる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記ゲート手段と偏向手段を
駆動し前記ビーム阻止電極を通過した間欠的な光電子流
を前記ゲート手段を通過した時刻に対応して蛍光面上に
位置させる駆動回路から構成されている。
また本発明による第２の高時間分解電子顕微鏡装置は、 真空容器， 前記容器内で試料を支持する手段， 前記容器の前記試料に対向して１列に配置されている複
数の筒の内面にそれぞれ形成されている複数の蛍光面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を拡大結像させる電子レンズ， 前記試料の発生した電子を前記列方向に順次偏向して前
記複数の蛍光面に順次対応させる偏向手段， 前記複数の蛍光面に対応するアパーチャが設けられてい
るビーム阻止電極からなる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記偏向手段にビーム阻止電
極を通過する光電子流が複数の蛍光面に順次対応するよ
うに傾斜電圧を発生する電圧発生回路から構成されてい
る。
数の筒の内面にそれぞれ形成されている複数の蛍光面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を拡大結像させる電子レンズ， 前記試料の発生した電子を前記列方向に順次偏向して前
記複数の蛍光面に順次対応させる偏向手段， 前記複数の蛍光面に対応するアパーチャが設けられてい
るビーム阻止電極からなる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記偏向手段にビーム阻止電
極を通過する光電子流が複数の蛍光面に順次対応するよ
うに傾斜電圧を発生する電圧発生回路から構成されてい
る。
また本発明による第３の高時間分解電子顕微鏡装置は、 真空容器， 前記容器内で先端で試料を支持する棒状の陰極， 前記容器の内面に設けられた蛍光面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を前記蛍光面に拡大して結像さ
せる電子レンズ， ゲート電極とビーム阻止電極よりなり前記試料の発生し
た電子を前記蛍光面方向に通過させるゲート手段， 前記ゲート手段を通過した電子を階段状に偏向する偏向
手段からなる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記ゲート手段と偏向手段を
駆動し前記ビーム阻止電極を通過した間欠的な光電子流
を前記ゲート手段を通過した時刻に対応して蛍光面の異
なる位置に結像させる駆動回路から構成した高時間分解
電子顕微鏡装置。
速手段， 前記試料の発生した電子を前記蛍光面に拡大して結像さ
せる電子レンズ， ゲート電極とビーム阻止電極よりなり前記試料の発生し
た電子を前記蛍光面方向に通過させるゲート手段， 前記ゲート手段を通過した電子を階段状に偏向する偏向
手段からなる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記ゲート手段と偏向手段を
駆動し前記ビーム阻止電極を通過した間欠的な光電子流
を前記ゲート手段を通過した時刻に対応して蛍光面の異
なる位置に結像させる駆動回路から構成した高時間分解
電子顕微鏡装置。
以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。
る。
第１図は、本発明による第１の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。
電子顕微鏡本体は、真空容器１００に関連して構成され
ている。
ている。
前記容器１００内で試料１０３を支持する手段は透明窓
１０４とこの窓の内面に設けられた試料ホルダ１０６を
もっている。
１０４とこの窓の内面に設けられた試料ホルダ１０６を
もっている。
半導体ペレットを試料とすると、半導体ペレットが前記
レーザ光により変化させられる状態を観察することがで
きる。
レーザ光により変化させられる状態を観察することがで
きる。
前記容器１００の前記試料１０３に対向する出力面１４
１の内面には螢光面１４０が設けられている。
１の内面には螢光面１４０が設けられている。
前記試料１０３の発生した電子を前記螢光面１４０方向
に加速する加速手段は孔あき陽極１１０により形成され
ている。
に加速する加速手段は孔あき陽極１１０により形成され
ている。
集束コイルはコイル電源１１２により励磁電流が供給さ
れ、前記試料１０３の発生した電子を拡大結像させる電
子レンズを形成している。
れ、前記試料１０３の発生した電子を拡大結像させる電
子レンズを形成している。
前記試料１０３の発生した電子を間欠的に前記螢光面１
４０方向に通過させるゲート手段は第１偏向電極１１５
とビーム阻止電極１１７から形成されている。前記ゲー
ト手段を通過した電子は第２偏向電極１１９により形成
される偏向手段により偏向されて前記螢光面１４０の異
なる位置に対応させられる。
４０方向に通過させるゲート手段は第１偏向電極１１５
とビーム阻止電極１１７から形成されている。前記ゲー
ト手段を通過した電子は第２偏向電極１１９により形成
される偏向手段により偏向されて前記螢光面１４０の異
なる位置に対応させられる。
レーザ発生装置１０１は試料１０３を励起する励起用線
源を形成している。
源を形成している。
前記ゲート手段と偏向手段を駆動する駆動回路、ゲート
電圧発生回路１６０と、階段状電圧発生回路１６２は前
記励起用線源の動作に連動して動作させられる。
電圧発生回路１６０と、階段状電圧発生回路１６２は前
記励起用線源の動作に連動して動作させられる。
試料１０３を励起する励起用線源であるレーザ発生装置
１０１は、観察試料１０３を照射してその表面に高速の
反応を生じさせると同時に、この照射により観察試料１
０３の物質の表面から光電子を放出させる。
１０１は、観察試料１０３を照射してその表面に高速の
反応を生じさせると同時に、この照射により観察試料１
０３の物質の表面から光電子を放出させる。
真空容器１００は、ほぼ円筒状の容器である。
光を透過する窓１０４には金属フランジ１０５がついて
いる。
いる。
このフランジ１０５を円筒容器１００の側壁の一端にＯ
リング１０８を介して、押しつけた状態で、容器１００
内を真空排気ポンプ１５０で排気することにより、真空
気密が保たれるようになっている。
リング１０８を介して、押しつけた状態で、容器１００
内を真空排気ポンプ１５０で排気することにより、真空
気密が保たれるようになっている。
測定後、容器１００を大気圧に戻し、この窓の部分に新
しい試料を固定し、再び真空排気できるよう容器には、
リークコック１５１が設けられている。
しい試料を固定し、再び真空排気できるよう容器には、
リークコック１５１が設けられている。
入力窓１０４の内側には試料の脱着ホルダ１０６が設け
られている。
られている。
試料１０３に対向して中心にアパーチャを有する陽極１
１０があり、試料１０３と陽極１１０の間には例えば１
０ＫＶが印加されている。
１０があり、試料１０３と陽極１１０の間には例えば１
０ＫＶが印加されている。
このため入力透過窓１０４は、金属フランジ１０５に融
着されており、この金属フランジ１０５と試料１０３
は、入力窓１０４の管内側の表面上で電気的に接続され
ており、この１０ＫＶの直流電圧は、この入力窓１０４
側の金属フランジ１０５とアノード電極１１０との間に
印加される。
着されており、この金属フランジ１０５と試料１０３
は、入力窓１０４の管内側の表面上で電気的に接続され
ており、この１０ＫＶの直流電圧は、この入力窓１０４
側の金属フランジ１０５とアノード電極１１０との間に
印加される。
また、容器１００の試料１０３に近い側の端の外側に
は、試料１０３の表面に形成される光電子像を螢光面上
に再結像するための、集束コイル１１１が、容器１００
の長手方向の軸と、そのコイル１１１の軸が一致するよ
う配置されている。
は、試料１０３の表面に形成される光電子像を螢光面上
に再結像するための、集束コイル１１１が、容器１００
の長手方向の軸と、そのコイル１１１の軸が一致するよ
う配置されている。
容器１００のもう一方の端は、観察試料１０３表面の拡
大電子像が結像される螢光面１４０がその内側に設けら
れた、光透過窓１４１が設けられている。
大電子像が結像される螢光面１４０がその内側に設けら
れた、光透過窓１４１が設けられている。
陽極１１０と螢光面１４０の間には、観察試料１０３の
表面から放出された光電子流を，、ゲートするための、
第１偏向電極１１５と真中にアパーチャを有するビーム
阻止電極１１７および複数枚の光電子像を螢光面上に配
列するための第２偏向電極１１９が、真空容器の軸に沿
って設けられている。
表面から放出された光電子流を，、ゲートするための、
第１偏向電極１１５と真中にアパーチャを有するビーム
阻止電極１１７および複数枚の光電子像を螢光面上に配
列するための第２偏向電極１１９が、真空容器の軸に沿
って設けられている。
真空容器の側壁の材料は試料を保持した光透過窓のつい
た金属フランジ１０５とアノード１１０の間は、この間
に高電圧を印加するので、ガラスまたはセラミック等の
絶縁物が用いられる。
た金属フランジ１０５とアノード１１０の間は、この間
に高電圧を印加するので、ガラスまたはセラミック等の
絶縁物が用いられる。
陽極１１０と螢光面１４０の間は第１，第２偏向電極１
１５，１１７のリードの周囲を除けば、すべてグランド
電位とするので、側壁をガラス，絶縁物等でつくり、偏
向電極のリードの周辺部を除いてアルミニューム等の金
属薄膜１０９を蒸着で付着させてある。
１５，１１７のリードの周囲を除けば、すべてグランド
電位とするので、側壁をガラス，絶縁物等でつくり、偏
向電極のリードの周辺部を除いてアルミニューム等の金
属薄膜１０９を蒸着で付着させてある。
なお、側壁を金属円筒でつくり、偏向電極のリード取り
出し部だけ絶縁物とすることもできる。また、アノード
電極１１０の試料側の表面はレーザーを反射するための
光学ミラーを兼ねている。
出し部だけ絶縁物とすることもできる。また、アノード
電極１１０の試料側の表面はレーザーを反射するための
光学ミラーを兼ねている。
次に前記実施例装置の回路の構成等を動作とともにさら
に説明する。
に説明する。
１００ｎｓのパルス幅のレーザがレーザ発生装置１０１
からレンズ１０１ａ，ハーフミラー１０１ｂ，光透過窓
１０４を透過し、陽極１１０の表面で反射されて、試料
１０３の一部を照射する。
からレンズ１０１ａ，ハーフミラー１０１ｂ，光透過窓
１０４を透過し、陽極１１０の表面で反射されて、試料
１０３の一部を照射する。
この照射により試料１０３の小さな領域に反応を起こさ
せるために前記レーザビームは十分に細くされている。
せるために前記レーザビームは十分に細くされている。
試料１０３は、このエネルギーにより表面の構造が変化
させられる。
させられる。
この時試料１０３の表面から、同時に光電子流が放出さ
れる。
れる。
この光電子群は試料１０３の表面においては、試料表面
の構造に応じた密度分布を持つ。
の構造に応じた密度分布を持つ。
この光電子流は試料１０３と陽極１１０間に印加されて
いる前記１０ＫＶの電圧により螢光面１４０の方向に加
速される。
いる前記１０ＫＶの電圧により螢光面１４０の方向に加
速される。
試料１０３の表面で形成された光電子像はこれを、形成
する個々の光電子が種々の初速を持っているが、集束コ
イル１１１によって形成される電子レンズにより集束さ
れ、その拡大像を螢光面１４０上に形成する。
する個々の光電子が種々の初速を持っているが、集束コ
イル１１１によって形成される電子レンズにより集束さ
れ、その拡大像を螢光面１４０上に形成する。
一方この光電子流は、その途中でゲート作用と、偏向作
用を受ける。
用を受ける。
ゲート作用により、試料１０３から、順次放出されてく
る光電子流のうち、観測したい時間におけるものだけ
を、螢光面１４０側に送りその他の時は、ビームを阻止
する。
る光電子流のうち、観測したい時間におけるものだけ
を、螢光面１４０側に送りその他の時は、ビームを阻止
する。
この動作は、第１偏向電極１１５とビーム阻止電極１１
７によってなされる。
７によってなされる。
ビーム阻止電極１１７を通過した光電子流は、その通過
した時刻に順じて、第２偏向電極１１９により螢光面１
４０上に配列される。
した時刻に順じて、第２偏向電極１１９により螢光面１
４０上に配列される。
第２図に、第１，第２偏向電極に印加するパルス電圧波
形を示す。
形を示す。
同図（Ａ）は第１偏向電極１１５に印加される電圧波形
である。
である。
第１偏向電極１１５の偏向板の片側はグランド電位（０
Ｖ）にしてあるので、０Ｖが印加されているｔ１〜ｔ１
＋△ｔ，ｔ２〜ｔ２＋△ｔ，ｔ３〜ｔ３＋△ｔの間だけ
はビームがビーム阻止電極１１７を通過し、その他の時
は偏向板間に３００Ｖ印加されるのでビームは偏向され
ビーム阻止電極１１７にぶつかって、カットオフされ
る。
Ｖ）にしてあるので、０Ｖが印加されているｔ１〜ｔ１
＋△ｔ，ｔ２〜ｔ２＋△ｔ，ｔ３〜ｔ３＋△ｔの間だけ
はビームがビーム阻止電極１１７を通過し、その他の時
は偏向板間に３００Ｖ印加されるのでビームは偏向され
ビーム阻止電極１１７にぶつかって、カットオフされ
る。
同図（Ｂ）は、第２偏向電極１１９に印加される階段状
電圧を示す。
電圧を示す。
この階段状電圧により、前記のｔ１〜ｔ１＋△ｔ，ｔ２
〜ｔ２＋△ｔ，ｔ３〜ｔ３＋△ｔの時刻に通過してきた
光電子ビームを順次螢光面１４０上に並べ、３枚のこま
撮り映像を得ることができる。なお、これら電圧はゲー
ト電圧発生回路１６０，階段状電圧発生回路１６２によ
り発生させられている。
〜ｔ２＋△ｔ，ｔ３〜ｔ３＋△ｔの時刻に通過してきた
光電子ビームを順次螢光面１４０上に並べ、３枚のこま
撮り映像を得ることができる。なお、これら電圧はゲー
ト電圧発生回路１６０，階段状電圧発生回路１６２によ
り発生させられている。
また、前記ｔ１，ｔ２，ｔ３等の時刻を任意に選択し
て、観測したい時間の映像を得るために、同期回路が設
けられている。
て、観測したい時間の映像を得るために、同期回路が設
けられている。
試料１０３の反応を生じさせるレーザパルスの一部はハ
ーフミラー１０１ｂにより反射され、ＰＩＮホトダイオ
ード１５５により光電変換されトリガ信号が形成され
る。
ーフミラー１０１ｂにより反射され、ＰＩＮホトダイオ
ード１５５により光電変換されトリガ信号が形成され
る。
トリガ信号はそれぞれ遅延回路１５６、および遅延回路
１５７により遅延され、ゲート電圧発生回路１６０，階
段状電圧発生回路１６２に接続され、それぞれの回路を
第２図に示すように動作させる。この方法によって、数
ｎｓ付近までの露出時間と数１０ｎｓのこま撮り間隔
（第２図におけるＴ０）が達成される。
１５７により遅延され、ゲート電圧発生回路１６０，階
段状電圧発生回路１６２に接続され、それぞれの回路を
第２図に示すように動作させる。この方法によって、数
ｎｓ付近までの露出時間と数１０ｎｓのこま撮り間隔
（第２図におけるＴ０）が達成される。
第３図は、本発明による第２の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子顕微鏡本体を破断
して示してある。
装置を示すブロック図であって、電子顕微鏡本体を破断
して示してある。
前述した本発明による電子顕微鏡装置では、数１０ｎｓ
のこま撮り間隔が限度であり、これより速いこま撮り
は、これらのゲート電圧や階段状波形がなまってしまう
ので、映像がボケてしまい不可能となる。
のこま撮り間隔が限度であり、これより速いこま撮り
は、これらのゲート電圧や階段状波形がなまってしまう
ので、映像がボケてしまい不可能となる。
この第２の実施例装置は、数１０ｎｓからｐｓオーダー
の露出時間とこま撮り間隔を実現できるものである。
の露出時間とこま撮り間隔を実現できるものである。
電子顕微鏡本体は、真空容器３００に関連して形成され
ている。
ている。
前記容器３００内で試料１０３を支持する手段の構成は
第１図に示したものと同じである。
第１図に示したものと同じである。
この装置では、螢光面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１４Ｃを
前記試料１０３に対向する開口をもつ筒３００Ａ，３０
０Ｂ，３００Ｃの底面にそれぞれ設けてある。
前記試料１０３に対向する開口をもつ筒３００Ａ，３０
０Ｂ，３００Ｃの底面にそれぞれ設けてある。
前記試料１０３が発生した電子は孔あき陽極１１０の形
成する加速手段により、前記螢光面方向に加速される。
成する加速手段により、前記螢光面方向に加速される。
前記試料１０３の発生した電子は第１集束コイル３１
１，コリメート用コイル３１２、および第２集束コイル
３１３Ａよりなる電子レンズにより螢光面３１４Ａに拡
大結像される。
１，コリメート用コイル３１２、および第２集束コイル
３１３Ａよりなる電子レンズにより螢光面３１４Ａに拡
大結像される。
同様にして第１集束コイル３１１，コリメート用コイル
３１２、および第２集束コイル３１３Ｂよりなる電子レ
ンズにより螢光面３１４Ｂに、第１集束コイル３１１，
コリメート用コイル３１２、および第２集束コイル３１
３Ｃよりなる電子レンズにより螢光面３１４Ｃに拡大結
像される。偏向電極３１９は試料の発生した電子を順次
偏向して前記各螢光面に対応させる偏向手段を形成して
いる。
３１２、および第２集束コイル３１３Ｂよりなる電子レ
ンズにより螢光面３１４Ｂに、第１集束コイル３１１，
コリメート用コイル３１２、および第２集束コイル３１
３Ｃよりなる電子レンズにより螢光面３１４Ｃに拡大結
像される。偏向電極３１９は試料の発生した電子を順次
偏向して前記各螢光面に対応させる偏向手段を形成して
いる。
第１集束コイル３１１は、観察試料１０３の微小部の拡
大電子像が偏向電極３１９の偏向中心（偏向電極によっ
て色々の角度に偏向されたあとの電子軌道が、その点か
ら直進してきたかのように見える仮想点）を含む容器３
００の軸に垂直な断面に結像させられ集束する。
大電子像が偏向電極３１９の偏向中心（偏向電極によっ
て色々の角度に偏向されたあとの電子軌道が、その点か
ら直進してきたかのように見える仮想点）を含む容器３
００の軸に垂直な断面に結像させられ集束する。
この時電子線束が、次のビーム阻止電極３２０のアパー
チャの中心を通過するよう偏向電極３１９の手前でコリ
メート用コイル３１２によって、電子ビームの方向が整
えられる。
チャの中心を通過するよう偏向電極３１９の手前でコリ
メート用コイル３１２によって、電子ビームの方向が整
えられる。
この電子ビームは、偏向電極３１９に対向して放射状に
並べられたビーム阻止電極３２０に、開けられた複数個
のアパーチャを、横切って掃引される。
並べられたビーム阻止電極３２０に、開けられた複数個
のアパーチャを、横切って掃引される。
この掃引は、偏向電極３１９に第４図に示すような傾斜
状電圧を印加することによってなされる。この時ビーム
阻止電極３２０の各アパーチャ３２０ａ，３２０ｂ，３
２０ｃを電子ビームが通過する時間が露出時間を決定す
る。
状電圧を印加することによってなされる。この時ビーム
阻止電極３２０の各アパーチャ３２０ａ，３２０ｂ，３
２０ｃを電子ビームが通過する時間が露出時間を決定す
る。
このアパーチャを通過した電子ビームはさらに、この各
アパーチャの後に設けられた、第２集束コイル３１３
Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃによって形成される集束電子レ
ンズを通過して、出力螢光面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１
４Ｃ上に入射し、発光像を生じる。
アパーチャの後に設けられた、第２集束コイル３１３
Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃによって形成される集束電子レ
ンズを通過して、出力螢光面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１
４Ｃ上に入射し、発光像を生じる。
このとき第２集束コイル３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃ
は、偏向電極３１９の偏向中心を含む容器の軸に垂直な
面に結像された電子像を、電子ビームがアパーチャ３２
０ａ，３２０ｂ，３２０ｃを横切って、掃引している
間、螢光面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１４Ｃ上に再び静止
像として結像させる。これは、偏向中心に像が結像され
ているので、第２集束コイル３１３Ａ，３１３Ｂ，３１
３Ｃによって形成される集束電子レンズからみるとき、
その偏向中心に結像されている像の任意の一点について
注目すれば、そこから色々の角度で偏向されて、集束電
子レンズにとびこんでくる電子線はその点から直線で放
射状に飛んでくる電子線群と同等に扱えることになる。
は、偏向電極３１９の偏向中心を含む容器の軸に垂直な
面に結像された電子像を、電子ビームがアパーチャ３２
０ａ，３２０ｂ，３２０ｃを横切って、掃引している
間、螢光面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１４Ｃ上に再び静止
像として結像させる。これは、偏向中心に像が結像され
ているので、第２集束コイル３１３Ａ，３１３Ｂ，３１
３Ｃによって形成される集束電子レンズからみるとき、
その偏向中心に結像されている像の任意の一点について
注目すれば、そこから色々の角度で偏向されて、集束電
子レンズにとびこんでくる電子線はその点から直線で放
射状に飛んでくる電子線群と同等に扱えることになる。
これは、当然ながらレンズの出力側で一点に集束でき、
また同様の扱いがその電子像の他の点についてもできる
からである。
また同様の扱いがその電子像の他の点についてもできる
からである。
そして、ビームがビーム阻止電極３２０に沿って掃引さ
れる時、一つのアパーチャの中心と隣のアパーチャの中
心との間の掃引時間がこま撮り間隔となる。
れる時、一つのアパーチャの中心と隣のアパーチャの中
心との間の掃引時間がこま撮り間隔となる。
こうして複数枚（この実施例では３枚）のこま撮り映像
が得られる。
が得られる。
このように、傾斜状の掃引電圧を利用する時は、波形の
なまりを考えなくてよいので、非常に高速の数１０ｎｓ
〜１００ｐｓというような露出時間のこま撮り撮像が可
能となる。
なまりを考えなくてよいので、非常に高速の数１０ｎｓ
〜１００ｐｓというような露出時間のこま撮り撮像が可
能となる。
第５図は、試料の反応発生と光電子の発生を別々の励起
源により行うようにした他の実施例を示すブロック図で
ある。
源により行うようにした他の実施例を示すブロック図で
ある。
電子管の試料の部分を切断して示してある。
その他の部分の構成は前記第１の実施例または第２の実
施例の何れの形態でも実現できる。
施例の何れの形態でも実現できる。
高出力のレーザパルス発生装置５０１で試料１０３を照
射して反応を生じさせる。
射して反応を生じさせる。
次に構造変化を観察するために、反応が生じない程度に
弱い、光電子放出用のレーザ光源５０２を起動してレー
ザパルスを発生させる。
弱い、光電子放出用のレーザ光源５０２を起動してレー
ザパルスを発生させる。
光電子放出用のレーザ光源５０２は、前記高出力のレー
ザーパルス発生装置５０１による照射の後一定時間遅延
させて駆動する。
ザーパルス発生装置５０１による照射の後一定時間遅延
させて駆動する。
この遅延時間は、遅延回路５０３により決定される。
このような照射は同一のレーザ光源でも可能であるが、
前記の構成の方が自由度が大きい。
前記の構成の方が自由度が大きい。
第６図は、本発明による第３の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子顕微鏡本体部を破
断して示してある。
装置を示すブロック図であって、電子顕微鏡本体部を破
断して示してある。
この実施例は先行技術として紹介したミュウラー型電子
顕微鏡に本発明の考えを適用したものである。
顕微鏡に本発明の考えを適用したものである。
電子顕微鏡本体は、真空容器６００に関連して形成され
ている。試料はタングステンの棒状の陰極６１０の先端
にセシウム原子層が設けられている。この陰極はＯリン
グ６０８を介して前記容器６００に気密に結合させられ
ている。
ている。試料はタングステンの棒状の陰極６１０の先端
にセシウム原子層が設けられている。この陰極はＯリン
グ６０８を介して前記容器６００に気密に結合させられ
ている。
螢光面６４０は前記試料に対向する面に設けられてい
る。ビーム制限電極６２０は、前記試料の発生した電子
を螢光面６４０方向に加速する手段を兼ねている。
る。ビーム制限電極６２０は、前記試料の発生した電子
を螢光面６４０方向に加速する手段を兼ねている。
第１ビーム偏向電極６１５およびビーム阻止電極６１７
は、前記試料の発生した電子を間欠的に前記螢光面方向
に通過させるゲート手段を形成している。この部分の機
能は第１図に示した対応する構造のそれと同じである。
は、前記試料の発生した電子を間欠的に前記螢光面方向
に通過させるゲート手段を形成している。この部分の機
能は第１図に示した対応する構造のそれと同じである。
第２偏向電極６１９は前記ゲート手段を通過した電子を
偏向して前記螢光面６４０の異なる位置に対応させる偏
向手段を形成している。
偏向して前記螢光面６４０の異なる位置に対応させる偏
向手段を形成している。
前記試料６００内の試料は、励起用線源を形成するレー
ザ発生装置６０１により励起される。
ザ発生装置６０１により励起される。
レーザ発生装置６０１の発生するレーザは容器６００の
管壁を介して前記陰極６１０の先端を照射する。
管壁を介して前記陰極６１０の先端を照射する。
前記ゲート手段と偏向手段は前記線源の励起に同期して
駆動される。
駆動される。
レーザ発生装置６０１の発生するレーザ光はＰＩＮホト
ダイオード６５５により検出され、トリガパルスが形成
される。
ダイオード６５５により検出され、トリガパルスが形成
される。
このトリガパルスは遅延回路６５６を介してゲート電圧
発生回路に、遅延回路６５７を介して階段状電圧発生回
路６６２に接続される。
発生回路に、遅延回路６５７を介して階段状電圧発生回
路６６２に接続される。
陰極６１０の非常に小さな半球状の表面はレーザ発生装
置６０１からの光によって照射される。前記陰極６１０
の先端の非常に小さな半球面状の電子がそのまま放射状
に広がってビーム制限電極６２０により加速され、螢光
面６４０方面に移動させられる。
置６０１からの光によって照射される。前記陰極６１０
の先端の非常に小さな半球面状の電子がそのまま放射状
に広がってビーム制限電極６２０により加速され、螢光
面６４０方面に移動させられる。
第１偏向電極６１５、ビーム阻止電極６１７、第２偏向
電極６１９の形状や機能は、第１図に示した対応する電
極の形状と機能に相当する。
電極６１９の形状や機能は、第１図に示した対応する電
極の形状と機能に相当する。
また真空排気ポンプ６５０、リークコック６５１につい
ても同様である。
ても同様である。
レーザ発生装置６０１のレーザパルスの一部はハーフミ
ラー６０１ｂで分離されてＰＩＮホトダイオード６５５
によりトリガパルスに変換される。このパルスはそれぞ
れ、遅延回路６５６、および６５７を介して、ゲート電
圧発生回路６６０により露出時間に対応するパルス、階
段状電圧発生回路６６２に階段状の電圧を発生させる。
ラー６０１ｂで分離されてＰＩＮホトダイオード６５５
によりトリガパルスに変換される。このパルスはそれぞ
れ、遅延回路６５６、および６５７を介して、ゲート電
圧発生回路６６０により露出時間に対応するパルス、階
段状電圧発生回路６６２に階段状の電圧を発生させる。
この電圧により拡大像の螢光面６４０上の位置が決めら
れる。
れる。
以上詳しく説明した各実施例について、本発明の範囲内
で種々の変形を施すことができる。
で種々の変形を施すことができる。
実施例では反応を生じさせるものとして、レーザーパル
スを用いたが、その他β線パルス，ニュートロンパル
ス，イオンビームパルス等も利用できる。
スを用いたが、その他β線パルス，ニュートロンパル
ス，イオンビームパルス等も利用できる。
（発明の効果） 以上詳しく述べたように、本発明によれば真空中の観察
試料の表面に、超高速の反応を生じさせるとともに、従
来観察できなかったその反応過程での表面構造の変化
を、分離された像としてとらえることができる。
試料の表面に、超高速の反応を生じさせるとともに、従
来観察できなかったその反応過程での表面構造の変化
を、分離された像としてとらえることができる。
物体の表面から放出された電子群を、出力螢光面上に電
子レンズによって拡大再結像して光像を得るとともに、
電子ビーム径路の途中に、電子ビームの偏向，カットを
行うための電極群を設け、これに偏向電圧，ゲート電圧
を印加することにより、出力螢光面上に、観察物体の表
面の構造の変化の過程を示す複数枚のこま撮り画像を並
べることができる。
子レンズによって拡大再結像して光像を得るとともに、
電子ビーム径路の途中に、電子ビームの偏向，カットを
行うための電極群を設け、これに偏向電圧，ゲート電圧
を印加することにより、出力螢光面上に、観察物体の表
面の構造の変化の過程を示す複数枚のこま撮り画像を並
べることができる。
第１図は、本発明による第１の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。 第２図は前記実施例装置の第１，第２偏向電極に印加さ
れるパルス電圧波形を示す波形図である。 第３図は、本発明による第２の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。 第４図は前記実施例装置の傾斜状電圧発生回路の電圧波
形を示すグラフである。 第５図は、本発明による電子顕微鏡装置の励起部の他の
実施例を示すブロック図であって、電子管の部分を破断
して示してある。 第６図は、本発明による第３の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。 １００，３００，６００……真空容器 １０１，６０１……レーザ発生装置 １０３……試料 １０４……透明窓 １０５……金属フレーム １０６……ホルダー １０８，６０８……Ｏリング １０９，３０９，６０９……金属蒸着層 １１０……陽極電極 １１１……集束コイル １１２……コイル電流源 １１５，６１５……第１偏向電極 １１７……ビーム阻止電極 １１９，６１９……第２偏向電極 １４０，６４０……螢光面 １４１……出力窓 １５０，３５０，６５０……真空排気ポンプ １５１，３５１，６５１……リークコック １５５，６５５……ＰＩＮホトダイオード １５６，１５７，３５６，６５６，６５７……遅延回路 １６０，６６０……ゲート電圧発生回路 １６２，６６２……階段状電圧発生回路 ３０６……傾斜状電圧発生回路
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。 第２図は前記実施例装置の第１，第２偏向電極に印加さ
れるパルス電圧波形を示す波形図である。 第３図は、本発明による第２の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。 第４図は前記実施例装置の傾斜状電圧発生回路の電圧波
形を示すグラフである。 第５図は、本発明による電子顕微鏡装置の励起部の他の
実施例を示すブロック図であって、電子管の部分を破断
して示してある。 第６図は、本発明による第３の電子顕微鏡装置の実施例
装置を示すブロック図であって、電子管の部分を破断し
て示してある。 １００，３００，６００……真空容器 １０１，６０１……レーザ発生装置 １０３……試料 １０４……透明窓 １０５……金属フレーム １０６……ホルダー １０８，６０８……Ｏリング １０９，３０９，６０９……金属蒸着層 １１０……陽極電極 １１１……集束コイル １１２……コイル電流源 １１５，６１５……第１偏向電極 １１７……ビーム阻止電極 １１９，６１９……第２偏向電極 １４０，６４０……螢光面 １４１……出力窓 １５０，３５０，６５０……真空排気ポンプ １５１，３５１，６５１……リークコック １５５，６５５……ＰＩＮホトダイオード １５６，１５７，３５６，６５６，６５７……遅延回路 １６０，６６０……ゲート電圧発生回路 １６２，６６２……階段状電圧発生回路 ３０６……傾斜状電圧発生回路
Claims (4)
- 【請求項１】真空容器， 前記容器内で試料を支持する手段， 前記容器の前記試料に対向する内面に設けられた蛍光
面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を拡大結像させる電子レンズ， 前記試料の発生した電子を偏向する第１偏向電極および
ビーム阻止電極からなるゲート手段， 前記ゲート手段を通過した電子を偏向する偏向手段から
なる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記ゲート手段と偏向手段を
駆動し前記ビーム阻止電極を通過した間欠的な光電子流
を前記ゲート手段を通過した時刻に対応して蛍光面上に
位置させる駆動回路から構成した高時間分解電子顕微鏡
装置。 - 【請求項２】前記加速手段は前記試料に近接して配置さ
れている孔あき陽極であり、 前記容器内の試料を励起する励起用線源からの励起線は
前記陽極の試料側の面で反射させられて前記試料を照射
する特許請求の範囲第１項記載の高時間分解電子顕微鏡
装置。 - 【請求項３】真空容器， 前記容器内で試料を支持する手段， 前記容器の前記試料に対向して１列に配置されている複
数の筒の内面にそれぞれ形成されている複数の蛍光面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を拡大結像させる電子レンズ， 前記試料の発生した電子を前記列方向に順次偏向して前
記複数の蛍光面に順次対応させる偏向手段， 前記複数の蛍光面に対応するアパーチャが設けられてい
るビーム阻止電極からなる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記偏向手段にビーム阻止電
極を通過する光電子流が複数の蛍光面に順次対応するよ
うに傾斜電圧を発生する電圧発生回路から構成した高時
間分解電子顕微鏡装置。 - 【請求項４】真空容器， 前記容器内で先端で試料を支持する棒状の陰極， 前記容器の内面に設けられた蛍光面， 前記試料が発生した電子を前記蛍光面方向に加速する加
速手段， 前記試料の発生した電子を前記蛍光面に拡大して結像さ
せる電子レンズ， ゲート電極とビーム阻止電極よりなり前記試料の発生し
た電子を前記蛍光面方向に通過させるゲート手段， 前記ゲート手段を通過した電子を階段状に偏向する偏向
手段からなる電子顕微鏡本体と、 前記容器内の試料をパルス的に励起する励起用線源と、 前記線源の励起に同期して前記ゲート手段と偏向手段を
駆動し前記ビーム阻止電極を通過した間欠的な光電子流
を前記ゲート手段を通過した時刻に対応して蛍光面の異
なる位置に結像させる駆動回路から構成した高時間分解
電子顕微鏡装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60126468A JPH0630235B2 (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 高時間分解電子顕微鏡装置 |
| US06/941,434 US4764674A (en) | 1985-06-11 | 1986-12-15 | High time resolution electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60126468A JPH0630235B2 (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 高時間分解電子顕微鏡装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61284041A JPS61284041A (ja) | 1986-12-15 |
| JPH0630235B2 true JPH0630235B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=14935965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60126468A Expired - Lifetime JPH0630235B2 (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 高時間分解電子顕微鏡装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4764674A (ja) |
| JP (1) | JPH0630235B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4831255A (en) * | 1988-02-24 | 1989-05-16 | Gatan, Inc. | Variable-attenuation parallel detector |
| DE3839707A1 (de) * | 1988-11-24 | 1990-05-31 | Integrated Circuit Testing | Verfahren zum betrieb eines elektronenstrahlmessgeraetes |
| US5034903A (en) * | 1989-01-30 | 1991-07-23 | Alfano Robert R | Apparatus and method for measuring the time evolution of carriers propogating within submicron and micron electronic devices |
| US5045696A (en) * | 1989-03-31 | 1991-09-03 | Shimadzu Corporation | Photoelectron microscope |
| US6313461B1 (en) * | 1999-03-19 | 2001-11-06 | International Business Machines Corp. | Scanning-aperture electron microscope for magnetic imaging |
| FR2806527B1 (fr) * | 2000-03-20 | 2002-10-25 | Schlumberger Technologies Inc | Colonne a focalisation simultanee d'un faisceau de particules et d'un faisceau optique |
| CN100399014C (zh) * | 2001-06-29 | 2008-07-02 | 中国科学院物理研究所 | 一种具有高时间分辨的电子显微镜 |
| JP5023199B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2012-09-12 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線放射装置 |
| WO2014134172A1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-09-04 | Cornell University | Event correlation using data having different time resolutions |
| WO2019137183A1 (zh) * | 2018-01-10 | 2019-07-18 | 桂林狮达技术股份有限公司 | 一种多相绕組的偏转扫描装置及偏转扫描系统 |
| US11854762B1 (en) * | 2023-02-16 | 2023-12-26 | Borries Pte. Ltd. | MEMS sample holder, packaged product thereof, and apparatus of charged-particle beam such as electron microscope using the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE436010A (ja) * | 1938-08-18 | 1900-01-01 | ||
| US4096386A (en) * | 1977-04-04 | 1978-06-20 | Taylor-Kincaid Company | Light reflecting electrostatic electron lens |
-
1985
- 1985-06-11 JP JP60126468A patent/JPH0630235B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-12-15 US US06/941,434 patent/US4764674A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4764674A (en) | 1988-08-16 |
| JPS61284041A (ja) | 1986-12-15 |
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