JPS614142A - 電子顕微鏡 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子顕微鏡等おいて、電子銃よりの電子線を
試料に集束して照射するための照射レンズ系に関する。

［従来の技術］ 電子顕微鏡を用いて集束電子線回折像の観察が広（行な
われるＪζうになった。第９図は、集束電子線回折像を
観察するための従来の電子顕微鏡等における照射レンズ
系゛を示すものである。第９図中、１は電子銃であり−
１この電子銃１よ”りの電子線２は集束レンズ３により
集束される。更に可動絞り４を通過した電子線は第２段
の集束レンズ５により集束された後、対物レンズ６の前
方磁界レンズ６ａにより集束されて試料７上に照射され
る。

試料７によって回折された電子線は、対物レンズの後方
磁界レンズ６ｂとその後段の結像レンズ系（図示せず）
によって結像されて蛍光板８上に回折像として投影され
る。さて、このような集束電子線回折像を観察する場合
、以下のようなことが要求される。

（１）蛍光板８上に投影される回折ディスク９の内部情
報を読み取るため、回折ディスクの径ｄを回折ディスク
が重ならない範囲でできるだけ太きくすること。

（２）結晶が完全な領域からの回折電子線を得るため、
試料に照射される電子線のスポット径を小さい初期設定
値に保持すること。

ところで、回折ディスクの径ｄは、試料７に照射される
電子線の開ぎ角２αに依存するため、上述した要求に応
えるためには開き角２αを調節する必要がある。尚、以
下の説明において、開き角の半分であるαを簡単のため
単に開き角と呼ぶものとする。

［発明が解決しようとする問題点］ この開き角αを調節するための一方法として、集束レン
ズの励磁強度を調節して行なうことが考えられる。しか
しながら、上述した従来の照射レンズ系においては、２
段の集束レンズしか備えていないため、２段の集束レン
ズの励磁強度を変化させると、これら２段の集束レンズ
の総合倍率が１　　　　　　変化するため電子線のスポ
ット径も変化してしまい、条件（２）を満すことができ
なくなる。そのため、従来においては集束レンズの励磁
強度は変えずに、可動絞りを交換して絞り穴の径を変え
、開き角を調節するようにし・ていた。そのため、開き
角を細かく調節することはできず、回折ディスクを最適
な大きさに拡大して電子線回折像を観察することができ
なかった。又、３段の集束レンズを備えた集束レンズ系
も存在するが、この場合にも２段の集束レンズの励磁強
度を変化させるだけであるため、実質的には２段集束レ
ンズ系と同じ問題を有していた。

本発明は、このような従来の欠点を解決すべくなされた
もので、試料に照射される電子線のスポット径を一定に
保持した状態で、任意に電子線の開き角を調節すること
のできる電子顕微鏡等における照射レンズ系を提供する
ことを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本発明は電子銃と、該
電子銃よりの電子線を集束するための第１、第２．第３
段の集束レンズと、該第１．第２゜第３段の各レンズを
励磁するための第１．第２゜第３の励磁電源と、該第１
．第２．第３のレンズを経た電子線を試料上に集束する
ための対物レンズとを備えた電子線照射レンズ系におい
て、該第１、第２．第３の励磁電源より各レンズに供給
される励磁電流を連動して変化させるための制御手段を
具備し、該励磁電流の連動した変化により、試料に照射
される電子線のスポット径を一定に保持したまま開き角
を変化させ得ることを特徴としている。

［発明の作用］ 以下、本発明において基本となっている考えを第２図に
基づいて説明する。

いま、第１．第２．第３段の集束レンズ１０゜１１．１
２と第２段の集束レンズ１１の中心刊近に配置された絞
り１３より成る集束レンズ系を考える。尚、第２図にお
いて、第９図と同一の構成要素に対しては同一番号を付
している。各集束レンズ１０．１１．１２の励磁強度を
調節して、第２図において細線で電子線の軌跡を示すよ
うに、第１段の集束レンズ１０から距１１ｉａｌにある
電子銃１のクロスオーバーが第１段の集束レンズ１０か
ら距離ｂ１の点に４＆１１として結像され、この像■１
が距離ａ２だ番プ離れた第２段の集束レンズ１１によっ
てレンズ１１から距離ｂ２の点に像Ｉ２として結像され
、像Ｉ２が距離ａ３だけ離れた第３′の集束レンズ１２
によって距離−ｂ３の点に虚像■３として拡大結像され
、更にこの虚像Ｉ３から距離ａＯだけ離れた対物レンズ
６の前方磁界レンズ６ａによりレンズ６ａからｂＯだけ
離れた試料７上に像■０として結像されるようにしたと
する。電子銃１の電子線発生源の半径をＡ１絞り１３の
半径をＲＳ第３段のレンズ１２を通過する電子線の光軸
Ｃからの最大距離をＱ３、前方磁界レンズ６ａを通過す
る電子線の光軸Ｃからの最大距離をＱＯ１試料７上に照
射される電子線スポットの半径をｒとすると、ｒは以下
の式によって与えられる。

ｒ＝Ａ　・（ｂｌ　／ａ１　）　　（ｂ２　／ａ２　）
ｘ　（ｂ３　／ａ３　）　　（ｂｏ　／ａＯ）　−（１
）又、試料７に照射される電子線の開き角をαとすると
、αは以下の式によって与えられる。

α夕１）／ｂｏ・・・（２） ところで、込０　／ａｏ−込３／ｂ３且つ込３　／ａ３
　＝Ｒ／之２であるから、上記（２）式は、以下のよう
に変形できる。

ａ＝　＜ａｏ　／ｂＯ）（Ｒａ３　）／　（ｂ２　ｂ３
　）・・・（３） 電子顕微鏡においては、通常、前方磁界レンズの倍率は
固定されているから、ａＯ／ｂｏは定数と見做し得、又
、絞り１３の半径Ｒも固定するものとすれば、 開き角αはａ３／（ｂ２ｂ３）に比例することが分る。

そこで、αを例えば１／ｋ　（ｋは任意の正数）に減少
させるため、ｂ２．ａ３．ｂ３を次のように変化させた
とする。即ち、ｂ２　、ａ３　、ｂ３に代えて、 ’　　　　ａ３−／（ｂ２−ｂ３−） ＝　（１／ｋ）（ａ３　／　（ｂ２　ｂ３　））　　・
−（４）なる関係で結びつけられた、ｂ２　＝、　ａ３
−、　ｂ３−を選んだとすれば、ａｌ　、ｂｌ、ａ２に
代えて、 （ａｔ　′ａ２−）／ｂｌ　− −ｋ　　（ａｌ　　ａ２　　）　／ｂ１　　　　　　　
　　　　　−＜５）なる関係で結びつけられた新たなａ
１＝、ｂｌ　−。

ａ２−が選ばれるように、Ｉｌ、第２．第３段の集束レ
ンズ１０．１１．１２の励磁強度を連動して変化させる
ようにすれば、（４）及び（５）式％式％ となる。このことより、電子線スポットの半径ｒを不変
に保持してαを任意に変化させ得ることが分る。この場
合の電子線の軌跡は例えば第２図において一点鎖線で示
されている。

［実施例］　　“ 以下、図面に基づぎ本発明の実施例を詳述する。

第１図は本発明の一実施例を示すためのもので、第１図
においては、第２図と同一の構成要素に対しては同一番
号をイリシている。

第１図において、１’４．１５．１６は各々第１゜第２
．第３段の集束レンズ１０．１１．１２の励磁電源であ
り、これら励磁電源１４，１５．１６゜は演算制御装置
１７の制御信号に基づいて各集束レンズ１０，１１．１
２への励磁電流の供給を制御されている。演算制御装置
１７には、メモリ１８が接続されている。このメモリ１
８には、任意の開き角を指定した際に、スポット径を例
えば７０人程度に保持したまま、その開き角を実現する
のに必要な各集束レンズ１ｏ、１１．１２の励磁強度を
表わす信号がデープルとして記憶されている。第３図（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこのテーブルの記憶値がどのよ
うなものであるかを具体的に示すためのグラフである。

第３図（ａ）において、横軸は第１段の集束レンズ１０
の励磁強度（アンペア・ターン）を示しており、縦軸は
電子線の開き角α（ｍラジアン）を示している。この第
３図（ａ）のグラフは電子線の開き角を任意に指定した
際に、第１段の集束レンズ１０の励磁強度をどのような
値にすべきかを示しており、このグラフによって表わさ
れる開き角と第１段の集束レンズ１０の励磁強度との関
係がメモリ１８に記憶されている。第３図（ｂ）の横軸
は第１段の集束レンズ１０の励磁強度を示し、縦軸は第
２段の集束レンズ１１の励磁強度を示している。この第
３図（ｂ）のグラフは前記指定された開き角αを実現す
るために、第１段の集束レンズ１０の励磁強度が定めら
れた際に、その値に対して第２の集束レンズ１１の励磁
強度はどのような値をとらなければならないかを示して
いる。同様に′第３図（Ｃ）は、第１段の集束レンズ１
０の励磁強度に対する必要な第３の集束レンズの励磁強
度を示すもので、第３図（ｂ）、（ｃ）のグラフで表わ
される関係もメモリ１８に記憶されている。第４図（ａ
）。

（ｂ）、（Ｃ）はスポット径を２００人程程度保持して
、任意の開き角αを実現するのに必要な第１、第２．第
３段の集束レンズの励磁強度を表わすグラフであり、各
々第３図（ａ）、　　（ｔ））。

（Ｃ）に対応している。この第４図（ａ）、（ｂ）、（
Ｃ）に示される関係もメモリ１８に記憶されている。同
様に第５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、スポット径を５
７０人程反転保持して任意の開き角αを実現するのに必
要な第１．第２．第３段の集束レンズの励磁強度を表わ
すグラフであり、これらの関係もメモリ１８に記憶され
ている。１９は演算制御装置１７に接続された入力装置
であり、この入力装置１９には電子線のスポット径を選
択するための押しボタン１９ａと開き角を調節するため
の嫡子ｉ９ｂが備えられている。

このような構成の装置において、例えば試料７に照射さ
れる電子線のスポット径を７０人程度に保持したまま、
任意の開き角αで集束電子線回折像を観察しようとする
場合、操作者は入力装置１９ａのボタンを選択して、第
３図（ａ）、（ｂ）。

（Ｃ）のグラフに表わされた関係に従って各励磁電源１
４．１５．１６から励磁電流が供給されるように演算制
御装置１７に指令を与える。そこで、蛍光板８上に投影
された集束電子線回折像の回折ディスクを観察しながら
嫡子１９ｂを回転させて、各回折ディスクが重ならない
範囲で最大の大きさになるように調節する。この際、開
き角αの多値に対して電子線スポットの径は実験的に第
６図のグラフのようになり、殆ど変化することはない。

尚、第６図において、横軸は開き角α（ｍラジアン）を
縦軸は電子線スポットの径（入）を示している。スポッ
ト径を他の値に保持して開き各αを変化させる場合も全
く同様であり、第４図及び第５図のグラフに従って開き
角を変化させる際にも、スポット径は各々第７図及び第
８図のグラフに示すようになり、αの変化にかかわらず
略一定となる。

尚、上述した実施例は本発明の一実施例に過ぎず、実施
にあたっては幾多の他の態様を取り得る。

例えば、上述した実施例においては、メモリにテーブル
として記憶された励磁制御情報に基づいて、各励磁電源
の励磁強度を制御するようにしたが、αの値に対して各
レンズの励磁強度を算出できるようにプログラムを組ん
でおき、演算によって得られた励磁値に基づいて励磁を
制御するようにしても良い。

［発明の効果］ 上述した本発明によれば、第１．第２．第３段の集束レ
ンズの励磁強度を関連して制御することにより、電子線
の試料上におけるスポット径を一定に保持したまま、電
子線の開ぎ角を任意に変化させることができる。そのた
め、回折ディスクの大きさを回折ディスク同志が重なら
ない範囲で最大になるように微調整して、最適な集束電
子線回折像の観察を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図は本
発明の詳細な説明するための図、第３図。 第４図及び第５図はメモリに格納されている指定された
開き角に対する各集束レンズ電源の励磁強度を示すため
のグラフであり、第６図、第７図及び第８図は各々第３
図、第４図及、び第５図のグラフに従って各集束レンズ
の励磁強度を制御した場合の各開きαの値に対する電子
線スポット径の値を示すための図、第９図は従来の照射
レンズ系を示すための図である。 １：電子銃、２：電子線、４：可動絞り、３゜５．１０
，１１，１２：集束レンズ、６：対物レンズ、６ａ：対
物レンズの前方磁界レンズ、６ｂ＝対物レンズの後方磁
界レンズ、７：試料、８：蛍光板、９：回折ディスク、
１３：絞り、１４：１５：１６：励磁電源、１７：演算
制御装置、１８：メモリ、１９：入力装置、１９ａ：押
しボタン、１９ｂ：嫡子、ＩＯ，１１，１２，１３：像
、Ｃ：光軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子銃と、該電子銃よりの電子線を集束するための第１
   、第２、第３段の集束レンズと、該第１、第２、第３段
   の各レンズを励磁するための第１、第２、第３の励磁電
   源と、該第１、第２、第３のレンズを経た電子線を試料
   上に集束するための対物レンズとを備えた電子線照射レ
   ンズ系において、該第１、第２、第３の励磁電源より各
   レンズに供給される励磁電流を連動して変化させるため
   の制御手段を具備し、該励磁電流の運動した変化により
   、試料に照射される電子線のスポット径を一定に保持し
   たまま開き角を変化させ得ることを特徴とする電子顕微
   鏡等における照射レンズ系。