JPS6019622B2 - 透過型電子顕微鏡の集束レンズ系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、試料へ照射する電子線東の照射面積を変化さ
せた場合にも照射電子線が光軸に平行となるようにした
電子顕微鏡の集東レンズ系に関する。

一般に、二段以上の集東レンズを組み合せた電子顕微鏡
の集東レンズ系は、主として大型・高性能の電子顕微鏡
に採用されている。

このように集東レンズを二段以上にする主目的は、試料
面上の狭範囲を高い電子流密度で、しかも比較的小さい
照射角で照射し、対物レンズの諸収差による影響を少な
くし最終像の像費を良くするためである。ここにおいて
、従釆、試料への電子線束の照射面積の調節は、最終段
集東レンズより一段前方の集東レンズ（以下、「第一集
東レンズＪという）の焦点距離を固定のままとし、最終
段集東レンズ（以下、「第二集東レンズ」という）の焦
点距離、又は第二集東レンズの絞りの口径を変化させる
ことにより行なっていた。ここで、第二集東レンズの焦
点距離を変化させて試料への電子線東の照射面積を大き
くするには、例えば第１図に示すように、第二集東レン
ズ２の焦点距離ｆ２を第一集東レンズ１によるクロスオ
ーバポイント４の前方まで延びるように長くし、一方、
照射面積を小さくするには、例えば第２図に示すように
、第二集東レンズ２の焦点距離ｆ２を第一集東レンズ１
によるクロスオーバポィント４まで至らない範囲で短く
していた。又、他の手段としては、第１図に二点鎖線で
示すように、第二集東レンズ２のクロスオーバポィント
５がこの集東レンズ２の後方の近くにできるようにその
焦点距離ら′を短くして照射面積を大きくし、また、第
２図に二点鎖線で示すよ夕うに、第二集東レンズ２のク
ロスオーバポィント５が試料３の前方の近くにできるよ
うにその焦点距離ら′を長くして照射面積を小さくして
いた。しかしこれらの場合、第１図及び第２図に示すよ
うに、試料３への照射電子線は光軸７に平行と０ならず
、最外側の電子線は照射角Ｑで試料３に照射している。
そのため対物レンズ８へ入射する電子線もある角度の入
射角をもって入射することになり、対物レンズ８の倍率
色収差、塚面わん曲収差等の鞠外収差が大きく、最終像
の像質を悪くしょてし、た。また、試料３への電子線の
照射面積を変えることにより対物レンズ８によるクロス
オーバポイント９の位置が対物レンズ絞り１０の前後に
大きく移動するので、電子線東のうち周辺部の電子線は
、第１図及び第２図に破線で示すように、対物レンズ絞
り１０によって遮断されて結像に参加せず、いわゆる視
野カットを生ずる等の像面への悪影響を頻繁に生じてい
た。そこで従来、このような像面への悪影響を避けるた
め、第二簾束レンズ２と対物レンズ８との間の距離を十
分大きく（例えば２０仇奴）とることにより照射面積の
変化の割に照射角の変化を小さく抑える等の工夫が行な
われていたが、このことによっては電子線東を光軸７に
平行とすることはできなかった。

また、第二集東レンズ２と対物レンズ８との間の距離を
大きくとるため、第二集東レンズ２自身の収差を大きく
するばかりか、顕微鏡筒自体を長くしなければならない
等の欠点があった。本発明は、上記事情に対処して、試
料及び対物レンズへ照射又は入射する電子線東を光軸に
平行となるようにして、対物レンズによる諸収差による
影響を少なくし最終像の像質を悪くすることなく試料へ
の電子線東の照射面積を任意に調節することができる電
子顕微鏡の集東レンズ系を提供す２ることを目的とする
。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第３図は、本発明による電子顕微鏡の集東レンズ系の原
理を示す光学的概略図である。

すなわ２ち、上述のような像面への悪影響を避けるため
には、第３図に示すように、試料３へ照射する電子線東
が光重由７に平行になるようにし、かつ、対物レンズ８
によるクロスオーバポィント９と対物レンズ絞り１０の
位置を一致させればよい。ここ３で、第二集東レンズ２
の前方焦点と第一集東レンズ１のクロスオーバポィント
４とを一致させれば、第二集東レンズ２を通過した後の
電子線東は光軸７に平行となり、試料３への照射電子線
東を光軸７に平行とすることができるとともに、対物３
レンズ８へ入射する電子線東を光軸７に平行とすること
ができる。従って、対物レンズ８の諸収差を小さくする
ことができる。また、対物レンズ８へ入射する電子線東
が光軸７に平行とされ、クロスオーバボィント９の位置
がその後方焦Ｖ点位置と４常に一致することになるので
、この対物レンズ８の後方焦点位置に対物レンズ絞り１
０を設置すれば絞り１０による視野カットを避けること
ができる。このような状態を保ちつつ試料３への電子線
東の照射面積を調節するためには、第一集東レンズーの
，総点距離もと、第二集東レンズ２の焦点距離らとが次
の関係を満足するように変化させなければならない。

すなわち、第３図において、電子銃によるクロスオーバ
ポィント１１から第一集東レンズ１までの距離をａ、第
一集東レンズ１から第二集東レンズ２までの距離をｂと
すると、第一集。東レンズ１についてのレンズの式は言
十ｂ三ｆ２三で表わされうるから、ｆ，とｆ２との間に
はｆ，二第三里の関轍成り立つ。第４図及び第５図は、
第一集東レンズ１の焦点距離ｆ，と第二集東レンズ２の
焦点距離らとを、上記関係式を満足するように変化させ
て試料３への電子線束の照射面積を調節した状況を示す
光学的概略図である。

制御装置１２は、第一集東レンズ１の電源装置１３及び
第二集束レンズ２の電源装置１４に接続され、上言己両
レンズー，２の励磁コイルへの供給電流（レンズー，２
が磁界レンズの場合）又は上記両レンズー，２の対向す
る金属板への印加電圧（レンズー，２が静電レンズの場
合）を、上記ｆ，とらとの関係式を満足するように調節
するものである。

以下、上記両レンズー，２が磁界レンズの場合に限って
説明する。試料３への電子線東の照射面積を大きくする
には、第一集東レンズーの励磁コイルへの供給電流を大
きくしてその焦点距離ｆ，を短かくし、第二集東レンズ
２の励磁コイルへの供給電流を小さくしてその焦点距離
らを長くして、第一集東レンズーによるクロスオーバポ
ィント４と第二集東レンズ２の前方焦点とを一致させる
と、第４図に示すように、電子線東の幅が広くなり照射
面積が大きくなる。

このとき、第二集東レンズ２を通過した電子線東は光軸
７に平行になり、対物レンズ８へ入射する電子線東が光
軸７に平行となるので、対物レンズ８を通過した電子線
東は、対物レンズ８の後方焦点にクロスオーバポィント
９を結像し、対物レンズ絞り１川こよる視野カットは起
らない。なお、このとき第一集東レンズの絞り１５をセ
ットして第一集東レンズーへ入射する電子線の入射面積
を限定する必要がある。試料３への電子線東の照射面積
を小さくするには、第一集東レンズ１の励磁コイルへの
供給電流を小さくしてその焦点距離ｆ，を長くし、第二
集東レンズ２の励磁コイルへの供給電流を大きくしてそ
の焦点距離らを短くして、第一集東レンズーによるクロ
スオーバポィント４と第二集東レンズ２の前方焦点とを
一致させると、第５図に示すように、電子線東の幅が狭
くなり照射面積が小さくなる。

このときにおいても上記と同様にして、第二集東レンズ
２を通過した電子線東は光軸７に平行Ｚとなり、対物レ
ンズ８の後万焦Ｖ則こクロスオーバポィント９を結像す
るので対物レンズ絞り１川こよる視野カットは起らない
。このようにして、試料面への電子線東の照射面積を任
意に調節することができる。

なお、上言己の実施例においては集東レンズが二段の場
合について説明したが、これに限られるものでなく、三
段以上の集東レンズであっても最終二段の集東レンズ間
において上記ｆ，とｆ２との関係式を満足するような供
給電流の制御を行えば、上述のような照射面積の調節を
任意に行なうことができる。本発明は以上のように構成
されたから、試料３及び対物レンズ８へ照射又は入射す
る電子線東を光鞠７に対して平行として対物レンズ８に
よる敵外収差を大きくすることをなくし、かつ対物レン
ズ絞り１０‘こよる視野カットを無くすことによって、
最終優に悪影響を生じさせることなく試料面への電子線
東の照射面積を任意に調節することができる。また、電
子線東を光軸７に対して平行とすることは、第二集東レ
ンズ２と対物レンズ８との間の距離に全く関係しないの
で顕微鏡筒を短く０するこもできる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従釆の集東レンズ系を示す光学的概
略図、第３図は本発明による集束レンズ系の原理を示す
光学的概略図、第４図及び第５図５は試料への電子線東
の照射面積を調節した状況を示す光学的概略図である。 １・・・第一集東レンズ、２・・・第二集東レンズ、３
・・・試料、４・・・第一袋東レンズによるクロスオー
バポィント、７・・・光鞠、８・・・対物レンズ、１２
…制０御装置、１３…第一集東レンズの電源装置、１４
・・・第二集東レンズの電源装置。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子銃と試料位置との間に少なくとも二段の集束レ
   ンズを配設すると共に最終段集束レンズ及びこれより一
   段前方の集束レンズには、双方の集束レンズに加えられ
   る電流又は電圧を互いに連動して可変調節する制御装置
   を設け、上記前方の集束レンズを通過した電子線のクロ
   スオーバポイントと最終段集束レンズの前方焦点とが一
   致するように、上記両集束レンズの焦点距離を変化させ
   るようにしたことを特徴とする透過型電子顕微鏡の集束
   レンズ系。