JPH10208678A - Electron microscope - Google Patents

Electron microscope

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JPH10208678A
JPH10208678A JP9012256A JP1225697A JPH10208678A JP H10208678 A JPH10208678 A JP H10208678A JP 9012256 A JP9012256 A JP 9012256A JP 1225697 A JP1225697 A JP 1225697A JP H10208678 A JPH10208678 A JP H10208678A
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JP
Japan
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lens
objective lens
sample
high vacuum
electron microscope
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JP9012256A
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Yuji Sakai
悠治 境
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Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent gas discharge and enable a magnetic field lens to be used as an objective lens of an electron microscope even under an extra-high vacuum by using the magnetic field lens as an objective lens, and by using line material such as a copper wire subjected to coating of such material of small amount of gas discharge. SOLUTION: In an objective lens 2, is used a line material subjected to alumina coating on a copper wire as a coil material for the purpose of being assembled in a ultra-high vacuum. Accordingly, gas discharge can be prevented even though the objective lens 2 is assembled in the ultra-high vacuum. Furthermore, the objective lens 2 has an opening (a) on the sample side of a yoke (semi-in lens). Thus, by determining the configuration of the lower magnetic pole piece in an open type, the central position of a magnetic field distribution moves from the lens center to the sample side. Namely, the main surface of the lens can be brought closer to the sample side in such a way as from position (2) defined by a conventional static lens to position (1).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超高真空中に対物
レンズを配置して試料に電子線や光を照射し試料からの
放出電子による像を観察する電子顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron microscope for irradiating a sample with an electron beam or light by arranging an objective lens in an ultra-high vacuum and observing an image by electrons emitted from the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は低速エネルギー電子顕微鏡の構成
例を示す図であり、1は試料、2は対物レンズ、3はビ
ームセパレータ、4は電子銃、5は収束レンズ、6は中
間レンズ、7はエネルギーアナライザ、8は投影レン
ズ、9はスクリーンを示す。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a low-energy electron microscope. Reference numeral 7 denotes an energy analyzer, 8 denotes a projection lens, and 9 denotes a screen.

【0003】試料の表面を観察する顕微鏡の一種である
低速エネルギー電子顕微鏡(LEEM)では、図3に示
すように電子銃4より発生した電子ビームをレンズ系5
で収束した後、ビームセパレータ3により偏向して試料
1の表面に垂直に照射する。この電子ビームの照射によ
って試料1の表面から放出した電子は、対物レンズ2で
収束された後、中間レンズ6、投影レンズ8により拡大
してスクリーン9に投影され、像が観察される。投影レ
ンズ8の前段には、エネルギーアナライザ7が配置され
ていて、放出電子のエネルギースペクトル測定が行われ
る。
In a low energy electron microscope (LEEM), which is a kind of microscope for observing the surface of a sample, an electron beam generated from an electron gun 4 is applied to a lens system 5 as shown in FIG.
After being converged by, the light is deflected by the beam separator 3 and is irradiated perpendicularly to the surface of the sample 1. The electrons emitted from the surface of the sample 1 by the irradiation of the electron beam are converged by the objective lens 2, then enlarged by the intermediate lens 6 and the projection lens 8, projected on the screen 9, and the image is observed. An energy analyzer 7 is arranged in front of the projection lens 8 to measure an energy spectrum of emitted electrons.

【0004】低速エネルギー電子顕微鏡は、上記のよう
に表面から発生する電子により結像を行う装置である
が、図示のように一次電子線の代わりに光(Photon) を
用い、試料1の表面を照射することにより、光電子顕微
鏡(PEEM)としても利用できる。光電子顕微鏡とし
て利用する場合、光の種類も各種選択ができ、その種類
には、例えば水銀の放射線(約5eV)やX−RAYと
してのAl−Kα線(約1486eV)などがあり、そ
れぞれの光源により、測定される信号の情報が異なって
くる。
The low-energy electron microscope is a device that forms an image using electrons generated from the surface as described above. As shown in the figure, a light (Photon) is used instead of the primary electron beam to scan the surface of the sample 1. By irradiating, it can also be used as a photoelectron microscope (PEEM). When used as a photoelectron microscope, various types of light can be selected. Examples of the types include mercury radiation (about 5 eV) and X-RAY Al-Kα ray (about 1486 eV). , The information of the signal to be measured differs.

【0005】上記低速エネルギー電子顕微鏡では、低速
電子を扱うため観察する試料1の表面の状態に敏感であ
り、試料1の表面に汚れがあると解析スポットが見えな
くなってしまう。したがって、ビームセパレータ3から
スクリーン9までを10-8〜10-7Torr程度の高真
空にしているのに対し、ビームセパレータ3と試料1と
の間は10-10 Torr程度の超高真空にしている。こ
のような超高真空では、焼き出し(ベークアウト)を行
うため、超高真空中に配置される対物レンズは熱に強い
ことが必要になる。
In the above-mentioned low-energy electron microscope, since the low-speed electrons are handled, they are sensitive to the state of the surface of the sample 1 to be observed, and if the surface of the sample 1 is dirty, the analysis spot becomes invisible. Accordingly, while the vacuum from the beam separator 3 to the screen 9 is set to a high vacuum of about 10 -8 to 10 -7 Torr, the space between the beam separator 3 and the sample 1 is set to an ultra-high vacuum of about 10 -10 Torr. I have. In such an ultra-high vacuum, baking out is performed, so that the objective lens disposed in the ultra-high vacuum needs to be resistant to heat.

【0006】磁界レンズはコイルを有するが、静電レン
ズはコイルを有しない。焼き出し(ベークアウト)を行
う超高真空では、エナメルコイルを用いるとエナメルが
ガス発生源となるので、従来よりエナメルコイルを用い
た磁界レンズは、超高真空の対物レンズには不向きとさ
れて用いられず、静電レンズが用いられている。つま
り、対物レンズとして、従来より高真空では、磁界レン
ズが用いられているが、超高真空になると、磁界レンズ
ではなく静電レンズが用いられており、上記低速エネル
ギー電子顕微鏡においても、超高真空となる対物レンズ
2には静電レンズが用いられている。
A magnetic lens has a coil, whereas an electrostatic lens has no coil. In an ultra-high vacuum for baking out (baking out), if an enamel coil is used, the enamel becomes a gas generation source. Therefore, a magnetic field lens using an enamel coil is conventionally unsuitable for an ultra-high vacuum objective lens. Instead, an electrostatic lens is used. In other words, a magnetic lens has been used as an objective lens in a high vacuum than before, but in an ultra-high vacuum, an electrostatic lens is used instead of a magnetic lens. An electrostatic lens is used for the objective lens 2 to be evacuated.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】顕微鏡の像分解能は、
対物レンズ2の収差定数により決まる。この要素は、従
来の走査顕微鏡、透過電子顕微鏡と同じと考えてよい。
そのため収差係数を小さくすれば像の分解能は改善され
る。ところが、X線励起による光電子顕微鏡の場合、放
出電子のエネルギーが高いため、低速エネルギー電子顕
微鏡に比較して試料のバイアス電圧を減少させるが、放
出電子のエネルギーが高くなると、対物レンズの収差の
寄与の関係からビーム径は大きくなる。そのため、例え
ば約1000eVの放出電子の場合、低速エネルギー電
子顕微鏡の条件に比較して球面係数は約4倍、色収差係
数は約38倍と大きくなる。
The image resolution of the microscope is as follows.
It is determined by the aberration constant of the objective lens 2. This element may be considered the same as a conventional scanning microscope or transmission electron microscope.
Therefore, if the aberration coefficient is reduced, the resolution of the image is improved. However, in the case of a photoelectron microscope using X-ray excitation, the energy of emitted electrons is high, so that the bias voltage of the sample is reduced as compared with a low-energy electron microscope. , The beam diameter becomes larger. Therefore, for example, in the case of emitted electrons of about 1000 eV, the spherical coefficient and the chromatic aberration coefficient are as large as about 4 times and about 38 times, respectively, as compared with the condition of the low energy electron microscope.

【0008】これは、以下のような理由による。低速エ
ネルギー電子顕微鏡の場合、試料から発生した電子のエ
ネルギーは数eVで対物レンズにより10kVまで加速
されるが、電子の放出角度はこの加速のための強電界の
作用により制限されるので収差係数は小さい。ところ
が、放出エネルギーが大きくなると試料と対物レンズと
の間の電界は、顕微鏡の収束条件により弱くする必要が
ある。しかし、この試料と対物レンズとの間の電界が弱
くなったことにより収差係数は大きくならざるを得な
い。
This is based on the following reasons. In the case of a low-energy electron microscope, the energy of electrons generated from the sample is accelerated to 10 kV by the objective lens at several eV. small. However, when the emission energy increases, the electric field between the sample and the objective lens needs to be reduced according to the convergence condition of the microscope. However, due to the weak electric field between the sample and the objective lens, the aberration coefficient must be increased.

【0009】図4は静電レンズを用いた対物レンズの構
成例を示す図であり、21は高圧電極、22、23はア
ース電極を示す。静電レンズを用いた対物レンズは、図
4に示すように高圧が印加される高圧電極21と、その
両側に配置されアース電位に接続されるアース電極2
2、23からなり、高圧電極21の近傍がレンズの主面
となる。対物レンズにおける収差係数は、レンズの主面
を試料側に近づけると小さくなるが、試料と対物レンズ
との間は、絶縁のためある程度の距離が必要であり、こ
の距離を小さくしてレンズの主面を試料側に近づけるに
は限界がある。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of an objective lens using an electrostatic lens. Reference numeral 21 denotes a high-voltage electrode, and reference numerals 22 and 23 denote ground electrodes. As shown in FIG. 4, an objective lens using an electrostatic lens includes a high voltage electrode 21 to which a high voltage is applied, and a ground electrode 2 disposed on both sides thereof and connected to a ground potential.
2 and 23, and the vicinity of the high-voltage electrode 21 is the main surface of the lens. The aberration coefficient of the objective lens decreases as the principal surface of the lens approaches the sample.However, a certain distance is required between the sample and the objective lens for insulation. There is a limit to bringing the surface closer to the sample.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、対物レンズの球面係数、色収差係
数を改善するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and is to improve the spherical and chromatic aberration coefficients of an objective lens.

【0011】そのために本発明は、超高真空中に対物レ
ンズを配置して試料に電子線や光を照射し試料からの放
出電子による像を観察する電子顕微鏡において、前記対
物レンズに磁界レンズを用いると共に、該磁界レンズ
は、ヨークの試料側に開口を有し銅線に放出ガスの少な
い材料をコーティングした線材を用いることを特徴とす
るものである。
For this purpose, the present invention relates to an electron microscope in which an objective lens is placed in an ultra-high vacuum to irradiate a sample with an electron beam or light to observe an image generated by electrons emitted from the sample, and a magnetic lens is provided for the objective lens. The magnetic lens is characterized by using a wire having an opening on the sample side of the yoke and a copper wire coated with a material that emits little gas.

【0012】また、前記放出ガスの少ない材料はアルミ
ナであり、前記磁界レンズは、セミインレンズ構造のも
のであることを特徴とするものである。
Further, the material which emits a small amount of gas is alumina, and the magnetic lens has a semi-in-lens structure.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る光電子顕微
鏡の実施の形態を示す図であり、1は試料、2、2′は
対物レンズ、3はビームセパレータを示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment of a photoelectron microscope according to the present invention, wherein 1 is a sample, 2 'is an objective lens, and 3 is a beam separator.

【0014】図1において、点線で示す対物レンズ2′
は、従来の静電レンズを用いたものであり、これに対
し、実線で示す対物レンズ2は、本発明により磁界レン
ズを用いたものである。磁界レンズを用いた本発明の対
物レンズ2は、超高真空中に組み込むため、コイル材料
として、銅線の上にアルミナをコーテングした線材を用
いたものである。この線材を用いることにより、対物レ
ンズ2を超高真空に組み込んでもガスの放出を防ぐこと
ができる。さらに対物レンズ2は、ヨークの試料側に開
口aを有するもの(セミインレンズ)である。このよう
に対物レンズ2の下部磁極片の形状を開放タイプにする
ことにより、磁場分布の中心位置はレンズ中心より試料
側に移動する、すなわちレンズの主面を従来の静電レン
ズによる位置よりのように試料側に近づけることが
できる。
In FIG. 1, an objective lens 2 'indicated by a dotted line is shown.
Uses a conventional electrostatic lens. On the other hand, the objective lens 2 shown by a solid line uses a magnetic lens according to the present invention. The objective lens 2 of the present invention using a magnetic field lens uses, as a coil material, a wire material obtained by coating alumina on a copper wire so as to be incorporated in an ultra-high vacuum. By using this wire, gas can be prevented from being released even when the objective lens 2 is incorporated in an ultra-high vacuum. Further, the objective lens 2 has an opening a on the sample side of the yoke (semi-in lens). By setting the shape of the lower magnetic pole piece of the objective lens 2 to the open type in this way, the center position of the magnetic field distribution moves toward the sample side from the lens center, that is, the main surface of the lens is shifted from the position by the conventional electrostatic lens. As close as possible to the sample side.

【0015】次に、静電レンズと磁界レンズによる違い
を説明する。まず、図1において、試料1と対物レンズ
2、2′との距離dは、絶縁のため所定の距離を確保す
ることが必要である。一方、静電レンズを用いた対物レ
ンズ2′は、先に図4で説明したように高圧を印加する
電極21と、その試料1側及び反対側にアース電位に接
続する電極22、23とを配置し、電極22、23によ
り電極21を挟み込むような構造となる。そして、この
ような静電レンズを用いた対物レンズ2′の主面は、図
1に示すように高圧を印加する電極21の位置とな
る。この主面の位置は、試料1と対物レンズ2′の電極
22との間の距離により規制され、対物レンズ2′のほ
ぼ中央になってしまう。
Next, the difference between the electrostatic lens and the magnetic lens will be described. First, in FIG. 1, it is necessary to secure a predetermined distance d between the sample 1 and the objective lenses 2 and 2 'for insulation. On the other hand, the objective lens 2 'using an electrostatic lens includes an electrode 21 for applying a high voltage as described above with reference to FIG. 4, and electrodes 22 and 23 connected to the ground potential on the sample 1 side and on the opposite side. It is arranged so that the electrode 21 is sandwiched between the electrodes 22 and 23. The main surface of the objective lens 2 'using such an electrostatic lens is located at the position of the electrode 21 for applying a high voltage as shown in FIG. The position of the main surface is regulated by the distance between the sample 1 and the electrode 22 of the objective lens 2 ', and is substantially at the center of the objective lens 2'.

【0016】他方、磁界レンズを用いた対物レンズ2
は、ヨークの試料側に開口を有する構造の場合、図1
に示すようにその開口先端部に対物レンズ2の主面の位
置がくる。つまり、磁界レンズを用いた対物レンズ2の
主面は、ヨークの試料1側の先端となる。そのため、磁
界レンズを用いた対物レンズ2によれば、ほぼ中央が主
面となる対物レンズ2′よりも、試料1から同じレンズ
の配置位置であっても、より試料側にレンズの主面を近
づけることができる。
On the other hand, an objective lens 2 using a magnetic field lens
Fig. 1 shows a structure having an opening on the sample side of the yoke.
The position of the main surface of the objective lens 2 is located at the tip of the opening as shown in FIG. That is, the main surface of the objective lens 2 using the magnetic lens is the tip of the yoke on the sample 1 side. Therefore, according to the objective lens 2 using the magnetic field lens, even if the same lens is located from the sample 1 to the sample 1 than the objective lens 2 ′ whose center is the main surface, the main surface of the lens is closer to the sample. You can get closer.

【0017】図2は磁界レンズの変形例を示す図であ
り、11、13はヨーク、12、14はコイルを示す。
図1に示す実施の形態では、ヨークの試料側に開口aを
有する構造のセミインレンズを示したが、走査顕微鏡等
に用いられている図2(A)、(B)に示すようなヨー
クの試料側で光軸側に開口b、cを有する構造にしても
よい。このような構造の磁界レンズを採用しても、中央
に主面がくる静電レンズよりも試料側にレンズの主面を
近づけることができる。
FIG. 2 is a view showing a modification of the magnetic field lens. Reference numerals 11 and 13 denote yokes, and reference numerals 12 and 14 denote coils.
In the embodiment shown in FIG. 1, a semi-in lens having a structure having an opening a on the sample side of the yoke is shown, but a yoke such as that shown in FIGS. 2A and 2B used for a scanning microscope or the like. A structure having openings b and c on the optical axis side on the sample side may be adopted. Even if a magnetic lens having such a structure is employed, the main surface of the lens can be closer to the sample than the electrostatic lens whose main surface is at the center.

【0018】先に述べたように従来の静電タイプの対物
レンズの場合には、放出電子のエネルギーが高くなる
と、対物レンズの収差の寄与の関係からビーム径は大き
くなるため、例えば約1000eVの放出電子の場合、
低速エネルギー電子顕微鏡の条件に比較して球面係数は
約4倍、色収差係数は約38倍と大きくなる。ところが
本発明のように磁界レンズを用いて対物レンズの場合に
は、静電レンズを用いた対物レンズと同じ位置に配置し
ても、レンズの主面を試料側に近づけることができるた
め、低速エネルギー電子顕微鏡の条件に比較して球面係
数は同じで、色収差係数とも改善できるので、光電子顕
微鏡の分解能の改善ができる。
As described above, in the case of a conventional electrostatic type objective lens, when the energy of emitted electrons increases, the beam diameter increases due to the contribution of aberration of the objective lens. For emitted electrons,
The spherical coefficient and the chromatic aberration coefficient are about 4 times and about 38 times larger than those of the low-energy electron microscope. However, in the case of an objective lens using a magnetic lens as in the present invention, the main surface of the lens can be close to the sample side even if it is arranged at the same position as the objective lens using an electrostatic lens, so Since the spherical coefficient is the same and the chromatic aberration coefficient can be improved as compared with the condition of the energy electron microscope, the resolution of the photoelectron microscope can be improved.

【0019】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、コイル材料として、銅線の上にアル
ミナをコーテングした材料を用いたが、ガスの発生を防
ぐことができるものであれば銅線の上にアルミナ以外の
材料をコーテングした線材を用いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, as the coil material, a material obtained by coating alumina on a copper wire was used, but a material other than alumina was coated on the copper wire as long as gas generation could be prevented. A wire may be used.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、対物レ
ンズ自体を超高真空に組み込むためには、コイルからの
放出ガスを少なくする必要があるが、本発明によれば、
コイルの材料として、銅線にアルミナ等をコーテングし
た線材を用いるので、コイルからの放出ガスを防ぐこと
ができ、超高真空でも対物レンズとして磁界レンズを用
いることができる。また、試料に放出電子を加速するた
めの電圧がバイアスされているため、従来は、放電の関
係から単純に対物レンズを試料に近づけて収差を改善す
ることはできず、収差係数を小さくするためにはレンズ
の主面を試料に近づける必要があるが、そのために本発
明は磁界レンズとしてヨークの試料側に開口を有する、
例えばセミインレンズタイプを用いるので、静電レンズ
を用いた対物レンズの場合と同じ位置に配置した場合で
あっても、レンズの主面を試料に近づけることができ
る。したがって、超高真空でも対物レンズに磁界レンズ
を用いて収差係数を小さくすることができ、像の分解能
を上げることができる。
As is apparent from the above description, in order to incorporate the objective lens itself into an ultra-high vacuum, it is necessary to reduce the amount of gas released from the coil.
As a coil material, a wire material obtained by coating alumina or the like on a copper wire is used, so that gas emitted from the coil can be prevented, and a magnetic field lens can be used as an objective lens even in an ultra-high vacuum. In addition, since the voltage for accelerating the emitted electrons is biased on the sample, conventionally, it is not possible to improve the aberration by simply bringing the objective lens close to the sample due to discharge, and to reduce the aberration coefficient. It is necessary to bring the main surface of the lens close to the sample, therefore, the present invention has an opening on the sample side of the yoke as a magnetic lens,
For example, since the semi-in lens type is used, the main surface of the lens can be brought close to the sample even when the objective lens using an electrostatic lens is arranged at the same position. Therefore, even in an ultra-high vacuum, the aberration coefficient can be reduced by using a magnetic lens as the objective lens, and the resolution of an image can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る光電子顕微鏡の実施の形態を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a photoelectron microscope according to the present invention.

【図2】 磁界レンズの変形例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a modified example of a magnetic lens.

【図3】 低速エネルギー電子顕微鏡の構成例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a low energy electron microscope.

【図4】 静電レンズを用いた対物レンズの構成例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an objective lens using an electrostatic lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料、2、2′…対物レンズ、3…ビームセパレー
1 ... sample, 2 ', objective lens, 3 ... beam separator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超高真空中に対物レンズを配置して試料
に電子線や光を照射し試料からの放出電子による像を観
察する電子顕微鏡において、前記対物レンズに磁界レン
ズを用いると共に、該磁界レンズは、ヨークの試料側に
開口を有し銅線に放出ガスの少ない材料をコーティング
した線材を用いることを特徴とする電子顕微鏡。
1. An electron microscope in which an objective lens is placed in an ultra-high vacuum to irradiate a sample with an electron beam or light to observe an image generated by electrons emitted from the sample, wherein a magnetic lens is used as the objective lens. An electron microscope, wherein the magnetic lens uses a wire having an opening on the sample side of the yoke and a copper wire coated with a material that emits little gas.
【請求項2】 前記放出ガスの少ない材料はアルミナで
あることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。
2. The electron microscope according to claim 1, wherein the material that emits a small amount of gas is alumina.
【請求項3】 前記磁界レンズは、セミインレンズ構造
のものであることを特徴とする請求項1記載の電子顕微
鏡。
3. The electron microscope according to claim 1, wherein the magnetic lens has a semi-in lens structure.
JP9012256A 1997-01-27 1997-01-27 Electron microscope Withdrawn JPH10208678A (en)

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