JPH0828200B2 - 電磁型レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁極片の間に磁束分布
を発生させてレンズを形成する電磁型レンズであって、
走査型電子顕微鏡などに用いる電磁型レンズにおいて、
実用上の広い範囲の加速電圧の使用に対応できるレンズ
励磁を得る電磁型レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁型レンズは、高加速電圧の電子ビー
ムを試料面に焦点合わせなどする場合、加速電圧の１／
２乗に比例した高い磁束密度を必要とする。従って、従
来は、高い飽和磁束密度をもつ磁極片を必要とし、この
磁極片を用いて図２の（ａ）に示すように電磁型レンズ
を作成していた。以下図２の構成および励磁について簡
単に説明する。

【０００３】図２は、従来技術の説明図であって、従来
の電磁型レンズの構成を示す。図２において、磁極片２
１、２２は、磁束を集めてギャップ２５に集中させた
り、レンズ作用を発生させる磁束分布を形成したりする
ためのものである。

【０００４】ヨーク２３は、コイル２４によって発生さ
れた磁束の通路であって、磁気抵抗を可及的に小さくす
るためのものである。コイル２４は、電流を流して磁束
を発生させるものである。

【０００５】ギャップ２５は、空隙であって、磁極片２
１、２２によって収束された磁束が所定の分布を持って
形成され、電子線に対してレンズ作用を行う部分であ
る。試料２６は、電子線スポットを照射し、放出された
２次電子を収集していわゆる２次電子像をディスプレイ
上に拡大して表示する試料である。

【０００６】磁束２７は、コイル４によって発生された
磁束である。次に、磁界型レンズの作用について説明す
る。コイル２４に電流を流すと磁束２７が発生し、強磁
性体で作成したヨーク２３および磁極片２１、２２は磁
気抵抗が極めて小さいので、ほとんどの磁束は、磁極片
２１と磁極片２２との間のギャップ２５に図２の（ｂ）
あるいは図２の（ｃ）に示すように収束され、図示のよ
うに磁束線分布を形成する。これにより、上側から下方
向に電子線が通過したとき、レンズ作用を受け、ここで
は、試料２６上に焦点合わせなどされることとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した図２の（ａ）
の従来の磁界型レンズは、磁極片２１、２２は、通常、
高い飽和磁束密度を持つ材料で作成する。このため、こ
の磁界型レンズを低い加速電圧で使用する場合、低い磁
束密度で使う必要があり、当該磁極片２１、２２の材料
や加工による磁性的な不均一などによってレンズ磁場の
ラジアル方向の対象性が得られなくなることがあり、レ
ンズ機能の集束の不均一性やレンズ軸の変化が発生して
性能が悪化してしまう問題があった。

【０００８】また、低加速電圧でレンズの性能が良くな
るように高い初期透磁率の磁極片２１、２２を使うと、
高加速電圧で磁極片２１、２２が飽和してしまい、所望
の位置に電子線を集束させるに必要な磁束密度が得られ
ないという問題があった。

【０００９】更に、走査型電子顕微鏡などの対物レンズ
の場合、低加速電圧時に色収差が重要な点であり、所定
の位置にある磁極片に対する作動距離が当該色収差に大
きく関係し、従来はこの色収差が大きくて電子線を十分
に集束し得ないという問題があった。

【００１０】本発明は、これらの問題を解決するため、
磁界型レンズの磁極片に高い初期透磁率の材料および高
い飽和磁束密度の材料の２重構造とし、低加速電圧時に
色収差係数を小さくして電子顕微鏡などの分解能を向上
させることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図１において、磁極片
１、２は、磁束を集束してギャップ５に集中させるもの
であって、ここでは、高い初期透磁率の材料および高い
飽和磁束密度の材料の２重構造にしたものである。

【００１２】ヨーク３は、コイル４によって発生された
磁束を通す磁気抵抗の小さい通路である。コイル４は、
電流を流して磁束を発生させるものである。

【００１３】ギャップ５は、磁束分布を発生させる空隙
である。試料６は、電子線プローブを照射する試料であ
る。

【００１４】

【作用】本発明は、図１に示すように、１組の円筒状の
磁極片１、２のうち、電子線を照射する試料６に近い方
の磁極片１について、試料６に近い側に高い初期透磁率
の材料にすると共に試料６に遠い側に高い飽和磁束密度
の材料にして一体とし、磁界型レンズを構成するように
している。

【００１５】また、１組の円筒状の磁極片のうち、電子
線を照射する試料６に遠い方の磁極片２について、試料
６に近い側に高い初期透磁率の材料にすると共に試料６
に遠い側に高い飽和磁束密度の材料にして一体とし、磁
界型レンズを構成するようにしている。

【００１６】また、１組の円筒状の磁極片のうち、いず
れの磁極片１、２も試料６に近い側に高い初期透磁率の
材料にすると共に試料６に遠い側に高い飽和磁束密度の
材料にして一体とし、磁界型レンズを構成するようにし
ている。

【００１７】従って、磁界型レンズの磁極片１および／
あるいは磁極片２に高い初期透磁率の材料および高い飽
和磁束密度の材料の２重構造とすることにより、低加速
電圧時に色収差係数を小さくして電子顕微鏡などの分解
能を向上させることが可能となる。

【００１８】

【実施例】次に、図１を用いて本発明の実施例の構成お
よび動作を順次詳細に説明する。図１は、本発明の１実
施例構成図を示す。

【００１９】図１の（ａ）は、構成図を示す。図１の
（ａ）において、磁極片１は、磁束を集束してギャップ
５の部分に集中させるものであって、円筒状のものであ
り、磁極片１ａおよび磁極片１ｂを図示のように貼り合
わせたものである。

【００２０】磁極片１ａは、磁極片１ｂと貼り合わせた
ものであって、初期透磁率が磁極片１ｂよりもはるかに
高い材料で円筒状に作成した磁極片である。この磁極片
１ａは、低加速電圧のときに使用する低励磁のときに主
にギャップ５に磁束分布の形成に寄与するものであり、
主面の位置をここでは下方向（試料６に近い方向）にす
るものである。

【００２１】磁極片１ｂは、磁極片１ａと貼り合わせた
ものであって、飽和磁束密度が磁極片１ａよりもはるか
に高い材料で円筒状に作成した磁極片である。この磁極
片１ｂは、高加速電圧のときに使用する高励磁のときに
主にギャップ５に磁束分布の形成に寄与するものであ
り、主面の位置をここでは上方向（試料６から遠い方向
で通常の位置）にするものである。

【００２２】ヨーク３は、コイル４によって発生された
磁束を通す磁気抵抗の小さい通路であって、強磁性体で
作成したものである。コイル４は、電流を流して磁束を
発生させるものである。

【００２３】ギャップ５は、磁極片１と磁極片２との間
に磁束分布を発生させる空隙であって、レンズ作用を行
う部分である。試料６は、走査型電子顕微鏡の場合に
は、電子線プローブを照射する試料である。電子線プロ
ーブを試料６に照射し、発生した２次電子を収集してホ
トマルチプライヤなどで増幅し、ディスプレイ上にいわ
ゆる２次電子像を表示する。

【００２４】図１の（ｂ）は、低加速電圧時の磁束７の
分布およびそのときの主面の位置を示す。この低加速電
圧時には、コイル４に低電流を流し、低磁束でよいの
で、試料６に近い側の磁極片１のうち、下側の磁極片１
ａの初期透磁率が上側の磁極片１ｂよりもはるかに大き
いので、上側の磁極片１ｂよりもこの下側の磁極片１ａ
からの磁束が多くなり、結果として主面が図示のように
下方向の位置になる。従って、この主面と試料６との距
離Ｄが短くなり、結果として色収差を小さくかつ縮小率
を小さくできる。

【００２５】図１の（ｃ）は、高加速電圧時の磁束７の
分布およびそのときの主面の位置を示す。この高加速電
圧時には、コイル４に大電流を流し、高磁束となるの
で、試料６に近い側の磁極片１のうち、下側の磁極片１
ｂは飽和するが、上側の磁極片１ａは飽和磁束密度が大
きくで飽和しないので、上側の磁極片１ｂの磁束が下側
の磁極片１ａの磁束よりも多くなり、結果として主面が
図示のように上方向の位置になる（通常の磁界型レンズ
とほぼ同じ位置になる）。

【００２６】以上のように、試料６に近い方の磁極片１
について、下側の磁極片１ａを高い初期透磁率の材料で
作成し、上側の磁極片１ｂを高い飽和磁束密度の材料で
作成して貼り合わせることにより、低加速電圧時（低励
磁時）には図１の（ｂ）に示すように主面が下方向の位
置となって当該主面と試料６の距離Ｄが短くなり結果と
して色収差を小さくできる。一方、高加速電圧時（高励
磁時）には図１の（ｃ）に示すように主面が上方向の位
置となって通常の位置となる。これらにより、試料６に
近い磁極片１を構成する磁極片１ａを高い初期透磁率の
材料で作成し、磁極片１ｂを高い飽和磁束密度の材料で
作成し、特に低加速電圧時に色収差を小さくかつ縮小率
を高くし、高分解能の走査型電子顕微鏡などを作成でき
る。

【００２７】図１の（ｄ）は、磁極片１および磁極片２
の両者についてそれぞれ高い初期透磁率の材料で作成し
た磁極片１ａ、２ｂと高い飽和磁束密度の材料で作成し
た磁極片１ｂ、２ｂを持つ磁界型レンズの構成を示す。

【００２８】このように、磁極片１、２の下側の磁極片
１ａ、２ａを高透磁率の材料で作成することにより、図
１の（ｂ）よりも更に主面が下方向に位置することとな
り、縮小率を小さくかつ色収差を小さくすることができ
る。

【００２９】磁極片１、２の上側の磁極片１ｂ、２ｂを
高い飽和磁束密度の材料で作成することにより、図１の
（ｃ）に示すように主面を上方向として通常の位置にす
ることができる。

【００３０】ここで、磁極片１および磁極片２の両者に
ついて磁極片１ａと磁極片１ｂ、および磁極片２ａと磁
極片２ｂによって磁界型レンズを構成したが、磁極片２
ａと磁極片２ｂについてのみ２重構造としてもよい。

【００３１】また、図１の（ｄ）に示すように、上側の
磁極片２を高い初期透磁率の磁極片２ａおよび高い飽和
磁束密度の磁極片２ｂで構成した場合には、試料６を磁
極片１の下側に図１の（ａ）のように配置してもよい
し、更に図１の（ｄ）の磁極片２ａと磁極片１（あるい
は磁極片１ｂ）との間の強磁束中に配置し、焦点距離を
非常に短くして縮小率を非常に高くし、電子線ビームを
非常に小さく集束するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁界型レンズの磁極片１および／あるいは磁極片２に高
い初期透磁率の材料および高い飽和磁束密度の材料の２
重構造とする構成を採用しているため、特に低加速電圧
時（低励磁時）に主面と試料との距離を小さくして色収
差係数を小さくかつ縮小率を高くすることができる。こ
の磁界型レンズを走査型電子顕微鏡などの対物レンズに
使用したときに特に低加速電圧時の分解能を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例構成図である。

【図２】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１、２：磁極片 １ａ、２ａ：高い初期透磁率の材料で作成した磁極片 １ｂ、２ｂ：高い飽和磁束密度の材料で作成した磁極片 ３：ヨーク ４：コイル ５：ギャップ ６：試料 ７：磁束（磁束分布）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁極片の間に磁束分布を発生させてレンズ
   を形成する電磁型レンズにおいて、 １組の円筒状の磁極片のうち、電子線を照射する試料
   （６）に近い方の磁極片（１）について、試料（６）に
   近い側に高い初期透磁率の材料で構成すると共に試料
   （６）に遠い側に高い飽和磁束密度の材料で構成したこ
   とを特徴とする電磁型レンズ。
2. 【請求項２】磁極片の間に磁束分布を発生させてレンズ
   を形成する電磁型レンズにおいて、 １組の円筒状の磁極片のうち、電子線を照射する試料
   （６）から遠い方の磁極片（２）について、試料（６）
   に近い側に高い初期透磁率の材料で構成すると共に試料
   （６）に遠い側に高い飽和磁束密度の材料で構成したこ
   とを特徴とする電磁型レンズ。
3. 【請求項３】磁極片の間に磁束分布を発生させてレンズ
   を形成する電磁型レンズにおいて、 １組の円筒状の磁極片のうち、いずれの磁極片（１）、
   （２）も試料に近い側に高い初期透磁率の材料で構成す
   ると共に試料に遠い側に高い飽和磁束密度の材料で構成
   したことを特徴とする電磁型レンズ。