JPS587755A - 電子レンズ - Google Patents

電子レンズ

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JPS587755A
JPS587755A JP56105363A JP10536381A JPS587755A JP S587755 A JPS587755 A JP S587755A JP 56105363 A JP56105363 A JP 56105363A JP 10536381 A JP10536381 A JP 10536381A JP S587755 A JPS587755 A JP S587755A
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JP
Japan
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gap
lens
magnetic
excitation
double
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JP56105363A
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English (en)
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JPH0234140B2 (ja
Inventor
Katsushige Tsuno
勝重 津野
Katsuyoshi Ueno
植野 勝義
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
Nihon Denshi KK
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Publication date
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Priority to GB08219559A priority patent/GB2103873B/en
Priority to US06/395,702 priority patent/US4468563A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電子顕微鏡用照射レンズ等に使用される電子
ビーム収束用の電子レンズ、特にシングルギャップとダ
ブルギャップの相互変換可能な電子レンズに関するもの
であるO 電子顕微鏡において試料に照射する電子ビームは、透過
型電子顕微鏡のように透過像を観察する場合には、ビー
ムの平行性が必要で、ビーム径を開いて用いるが、走査
型電子顕微鏡、走査透過型電子顕微鏡などのように走査
像を得る場合には、ビーム径を細く絞る必要があるOこ
のため、透過像を得る場合には照射レンズ系を2段、走
査像を得る場合には3段に変更して使用するのが普通で
ある。この照射レンズ系の切換には、もともと3段の照
射レンズ系を設けておき、透過像を得る場合にはそのう
ちの1段を使用しない方法もあるが、2段の照射系のう
ち第1段を、透過像を得る場合にはシングルギャップの
ポールピース、走査像を得る場合にはダブルギャップの
ポールピースに入換えて使用することが行われている。
第1図はシングルギャップの第1コンデンサーレンズを
使用した場合、第2図はダブルギャップの第1コンデン
サーレンズを使用した場合の照射レンズ系の光線図であ
シ、図面において、1は第1コンテンサーレンズ、2は
第2コンデンサーレンズ、3は電子銃、4は試料である
0第1図および第2図の照射Vンズ系においては、電子
銃3から出た電子ビームは第1コンデンサーレンズ1お
よび第2コンデンサーレンズ2によシ収束されて試料4
に照射されるが、第2図の場合、第1コンデンサーレン
ズ1はダブルギャップのため、レンズ1aおよび1bが
配置された構成となっている。
第3図は第1図および第2図の配置のシングルギャップ
およびダブルギャップの第1コンデンサーレンズの焦点
距離の逆数1/fに対する倍率IM+の関係を示すグラ
フであり、sはシングルギャップレンズの曲線、DI、
Dt、Dsはそれぞれダブルギャップレンズの曲線警示
す0ここで焦点距離の逆数1/fはコンデンサーレンズ
の励磁Jの2乗Jtに比例するので、横軸はJtとみな
すことができるロ一方、倍率IM+に光源のクロスオー
バーの大きさをかけ合わせたものは試料を照射す2るビ
ーム径(スポットサイズda)であるから、縦軸はda
とみなすことができる。
第6図から明らかなように、ダブルギャップレンズの最
小スポットサイズdCはシングルギャップレンズの約1
750程度に小さくなるので、ダブルギャップレンズは
走査像観察に有利である。ここで注意すべきことは、ス
ポットサイズを小さくする場合はコンデンサーレンズの
励磁を強くして用いること(なシ、この領域ではダブル
ギャップレンズの方が弱い励磁で目的を達することがで
きる。
一方、透過像を観察する場合は、電子ビームの開き角を
小さくしなければならないため、スポットサイズを大き
くする必要があるが、倍率の大きい領域、(すなわち、
スポットサイズ大の領域)では、ダブルギャップレンズ
の場合、J′(励磁)のわずかな変化に対してIMlが
急激に変化しているため、この領域では第2コンデンサ
ーレンズの励磁を著しく増加させる必要がある0従って
実用上可能なレンズの大きさを考えた場合、このような
急激なIMIの変化領域では、第2コンデンサーレンズ
の励磁が不足するため、ダブルギャップレンズを採用で
きない。これに対し、シングルギャップレンズの場合 
Jlに対するIMlの変化は緩やかで、この領域では第
2コンデンサーレンズの励磁の増加も少なくてよい0 以上のとおり、ビーム径を大きくして使用する透過像観
察の場合にはシングルギャップレンズが望ましく、ビー
ム径を小さくして使用する走査像観察の場合にはダブル
ギャップレンズが望ましいことがわかる。
第4図は従来のダブルギャップの第1コンデンサーレン
ズを示す垂直断面図でオシ、第1コンデンサーレンズ1
はヨーク5、このヨーク5によって形成される磁気回路
に設けられた第1および第2ギヤツプ6a 、 6bを
有するボールビ呻ス6、前記ギャップ6a 、 6b 
k形成するための非磁性体からなるリング状のスペーサ
7a、7b、および励磁コイル8から構成されている口
このような従来のダブルギャップレンズにおいては、ダ
ブルギャップをシングルギャップに変換するためには、
鏡筒を分解し、レンズ自体を取換えるか、あるいはポー
ルピース交換のため装置の一部の組換が必要であり、極
めて不便であるという欠点があったQこの発明は以上の
ような従来のものの欠点を改善するためのもので、複数
のギャップのうち、少なくとも1つのギャップに、強励
磁状態で磁気飽和を起す磁束のバイパス路を設けること
によシ、励磁電流を変えるだけで自動的にシングルギャ
ップとダブルギャップの相互変換可能な電子顕微鏡用照
射レンズを提供することを目的としているOこの発明は
磁気回路に複数のギャップを設け、前記ギャップのうち
少なくとも1つのギャップに高励磁状態で磁気飽和を起
す磁性体を磁束のノくイパス路を形成するように備えた
ことを特徴とする電子レンズである。
以下、この発明を図面により説明する0第5図はこの発
明の一実施例による第1コンデンサーレンズを示す垂直
断面図であり、第4図と同一符号は同一または相当部分
を示す0この第1コンデンサーレンズ1は第4図のもの
とほぼ同様に構成されているが、第2ギヤツプ6bには
、スペーサ7bニ代えて円筒状の磁性体9が磁束のバイ
パス路を形成するように1ギヤツプの周辺を囲んで設け
られており、この磁性体9は強励磁状態において磁気飽
和するように材質、厚さ、長さ等が決められている0磁
気飽和を起す励磁強度は、第3図のSおよびり、の曲線
が交差する点、またはこれより−M子弾励磁領域が窒業
しく、磁性材料としてポールピースと同じ鉄材を使用し
た場合、第2ギヤツプ6bのギャップ長と同程度または
それより薄く作っておくことによシ、適当な励磁強度で
磁気飽和を起させることができるO 以上のように構成された電子レンズにおいては、励磁電
流が低くてレンズの励磁が弱い場合、磁束は第2ギヤツ
プ6bを通ることなく、バイパス路9全通って第1ギヤ
ツプ6aに導かれるため、第2ギヤツプ6bには磁束を
生じないので、この状態ではシングルギャップレンズと
して機能する0次に励磁電流を上げて、レンズの励磁を
強くした場合、バイパス路は磁気飽和を起し、その透磁
全通って第1ギヤツプ6aに導かれ、ダブルギャップレ
ンズとして機能する。
第6図は第5図のレンズの磁界分布図であり、Aは弱励
磁の場合、Bは強励磁の場合の磁界分布を示す曲線で、
レンズの励磁の強さに応じて、1つの磁界ピークから2
つ磁界ピークへと変化し、シングルギャップレンズとダ
ブルギャップレンズとの相互変換できることを示してい
る0第7図は第5図のレンズの励磁の強さに対する磁界
強度のグラフであC1cは第1ギヤツプ、Dは第2ギヤ
ツプの曲線で、第2ギヤツプに生ずる磁界はある励磁を
境として突然生じ、ひとたび生ずると、その磁界の強さ
は励磁に対して直線的に増大することを示している0 第8図は第1ギヤツプのギャップ長41m、第2ギヤツ
プのギャップ長16Illの電子レンズにおいて、第2
ギヤツプの周辺に厚さ+5 IImの鉄リングでバイパ
ス路を形成した場合の、第2ギヤツプからの距離Z (
am)に対する磁界強度Bz (G)のグラフであり、
各曲線は励磁電流1A〜5Aの場合のものを示す。第8
図より、励磁電流1人では第2ギヤツプは全く磁界を生
じていないが、2人ではわずかな磁界を生じ、5に以上
ではレンズ作用を行うに十分な磁界を発生している〇 以上のような電子レンズは電子顕微鏡の照射レンズ系に
使用した場合、1個のレンズで第1図におけるシングル
ギャップレンズおよび第2図におけるダブルギャップレ
ンズの機能全行わせることができるOこの場合、励磁電
流の強さによシ切換を行うが、低電流のと串にシングル
ギャップ、高電流のときにダブルギャップに切換わるの
で、第4図から明らかなように、効率よくスポットサイ
ズを大きくしたり、小さくしたりすることができるO なお、以上の説明において、磁性体9として鉄材の例を
挙げたが、その材質は限定されない。また形状も円筒状
に限らず、棒状その他の形状でおってもよいO磁性体9
の厚さはレンズのギャップ長、レンズ間距離等に照らし
て、どの程度の励磁において、単一ピークから2つのピ
ークに移行させるべきかが決まるので、その結果に応じ
て変えればよい0また第2ギヤツプに生ずる磁界が必要
な励磁が高い場合はど、磁性体9は厚くしなければなら
ない0 磁性体9を設けるギャップも第2ギヤツプに限らず、第
1ギヤツプであってもよく、さらにギャップが3個以上
ある場合には、少なくとも1つのギャップに設けるもの
とする。また第1コンデンサヤレンズに限らず、他のレ
ンズに設けてもよい0以上の説明は電子顕微鏡における
透過像と走査像の切換について主として行ったが、この
発明の電子レンズは他の場合にも適用でき、例えば走査
電子顕微鏡において、低倍像観察あるいはX線マイクロ
アナ2イザとして使用する際にスポットサイズを大きく
する場合、その他電子ビーム径の大小を調節する必要の
ある全ての場合に適用可能である0 以上のとおり、本発明によれば、励磁電流を変えるだけ
で自動的に、シングルギャップおよび夕。
プルギャップの相互変換が可能であり、シかも効率よく
電子ビームのビーム径を調節することができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はシングルギャップの第1コンデンサーレンズ全
使用した場合、第2図はダブルギャップの第1コ/デン
サーレンズを使用し々場合の照射レンズ系の光線図、第
3図は第1図および第2図の配置のシングルギャップお
よびダブルギャップの第1コンデンサーレンズの焦点距
離の逆数に対する倍率の関係を示すグラフ、第4図は従
来のダブルギャップの第1コンデンサーレンズ’に示す
垂直断面図、第5図はと−の発明の一実施例による第1
コンデンサーレンズを示す垂直断面図、第6図は第5図
のレンズの磁界分布図、第7図は第5図のレンズの励磁
の強さに対する磁界強度の関係を示すグラフ、第8図は
電子レンズの第2ギヤツプからの距離に対する磁界強度
の関係を示すグラフである0 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、2は第
2コンデンサーレンズ、3は電子銃、4は試料、5はヨ
ーク、6はポールピース、6a、6bはギャップ、7a
 、 7bはスペーサ、8は励磁コイル、9は磁性体で
ある。 代理人 弁理士  柳 原   成 第4m1 7b      ・ 第5図 第6図 9   60 第7図 冴η4り讃、7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)磁気回路に複数のギャップを設け、前記ギャップ
    のうち少なくとも1つのギャップに高励磁状態で磁気飽
    和を起す磁性体を磁束のバイパス路を形成するように備
    えたことを特徴とする電子レンズ0 (2)磁性体はギャップの周辺に設けられている特許請
    求の範囲第1項記載の電子レンズ〇(3)磁性体は第2
    ギヤツプに設けられている特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の電子レンズ口(4)磁性体は円筒状に形成
    されている特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれ
    かに記載の電子レンズ0 (5)磁性体は鉄材である特許請求の範囲第1項ないし
    第4項のいずれかに記載の電子レンズ0
JP56105363A 1981-07-06 1981-07-06 電子レンズ Granted JPS587755A (ja)

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GB08219559A GB2103873B (en) 1981-07-06 1982-07-06 Magnetic lens
US06/395,702 US4468563A (en) 1981-07-06 1982-07-06 Electron lens

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