JPS6244941A - 透過型電子顕微鏡における試料の観察方法 - Google Patents

透過型電子顕微鏡における試料の観察方法

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JPS6244941A
JPS6244941A JP18184585A JP18184585A JPS6244941A JP S6244941 A JPS6244941 A JP S6244941A JP 18184585 A JP18184585 A JP 18184585A JP 18184585 A JP18184585 A JP 18184585A JP S6244941 A JPS6244941 A JP S6244941A
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lens
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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〕 この発明は透過型電子顕微鏡における試料の観測方法に
係り、特に対物レンズ中に試料を配置するタイプの電子
顕微鏡で磁性体等の試料を観察する場合の電子顕微鏡に
おける試料の観察方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に透過型電子顕微鏡にあっては、試料は対物レンズ
のポールピースの間に設置され、この試料に電子線を照
射し、この試料を透過した電子線を下段の電子レンズで
拡大して蛍光板等に照射することにより試料の拡大像を
得るようにしている。
従って試料は対物レンズ中に位置するから、強力な磁場
に曝されることとなり、磁性体等を磁場の影響のない状
態で観察するには不適当である。
そこで、このような場合には試料が磁場に曝されないよ
うにして観察しなければならない。
このため、従来においては、このような電子顕微鏡を用
いて磁性体の観察を行なうには、例えば、試料付近にお
いて磁場の強度を小さくした特殊な対物レンズをこの電
子顕微鏡取り付けて観察する方法を用いる。
また、このような特殊な対物レンズを使用しない観察方
法としては、通常の対物レンズの励磁を停止トして試料
付近の磁場をなくし、試料に後続する後段の電子レンズ
により拡大像を得るようにする方法も用いられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、このような磁性体の観察においても、高分解
能(例えば2nm以下)で観察を行ないたい場合がある
。このような場合、上述した特殊な対物レンズを用いる
方法ではこのような観察は可能であるが、新たな対物レ
ンズを準備しなければならないし、また対物レンズの交
換作業は煩雑である。
また、L述した第2の観察方法にあっては、対物レンズ
の交換は不要で容易であるが、結像系の球面収差及び色
収差が極めて大きくなり高分解能を得ることはできない
、という問題点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は以上の問題点を解決して対物レンズを交換す
ることなく磁性体等の試料高分解能の像を得ることがで
きるようにするため、対物レンズの励磁を停止l二して
試料への磁気の影響を軽微なものとし、試料の後段に位
置するレンズにより拡大像を形成する透過型電子顕微鏡
における試料の観察方法において、電子線の加速電圧を
Uボルト、相対論補正した電子線の加速電圧をU″ボル
トト記試料の後段に位置するレンズのギャップをSミリ
メートル、孔径を539メートルとしたとき、2a=0
.97(s2 +0.45b2)”  を満足L、−ト
記レンズの磁場分布の半イメ幅を表す定数なa、i =
 8.78X 10−7なる定数をε(1/ボルト)と
したとき、試料と上記レンズとの距離を、21  ≧4
a Zl <4X l 0−2aj U’士亭す zL ≦1O−6U  /(1+2εU)の各条件を満
たす値Zt  ミリメートルとするー・方、上記レンズ
の焦点距離を、 F[≦Zl の条件を満たすFL  ミリメートルとすると共に、上
記レンズのみによる電子線の拡大率を2以上にするよう
にした。
〔作用〕
本発明によれば、試料と電子レンズとの距離Z[を、 Zl  ≧4a としており、試料に影響を与える磁場は軽微なものとな
る。これは試料後段に位置し、磁極間隔をS、孔径をb
とした電子レンズ付近の磁場の分布は第1図に示すよう
に光軸Z方向にレンズの磁極中心において最大値がBe
 となるような分布となる。ここで、 2 a=0.87 (S2 +0.45b2 )”で表
される磁場の最大値Beの半値幅をaとしたとき、位置
2における磁場の強さBzが最大強度Beの0.01倍
となるz / aのs / bの変化に対するグラフを
描くと第2図のようになり、s/bをどのような値とし
ても、Z / aが4以上であれば位置2における磁場
の強さは必ず最大強度Baの0.01倍以下となる。
従って、実際には、Beの大きさは、数KGauss程
度であるので、試料付近の磁場を数十〇auss以下に
することができる。
また本発明によれば、この電子レンズのみによる電子線
の拡大率を2以上としており、このレンズの球面色収差
及び色収差を少ないものとすることができる。
これは、一般に電子レンズの球面収差係数Cs、色収差
係数Ccは ”  = 128molJ’ L [(9−B i’ 
t 9 B’ Zつ’J”−ssz’、)”y”)Lz
と表わされる。ここでeは電子の電荷、moは電子の質
駄、U は相対補正された加速電圧、yは電子線の軌道
、BZは電子レンズの光軸−ににおける磁場の分布、Z
Oは試料の位置、Zlは像面の位置を示している。この
式に一般的に用いられる電子レンズの値を代入して、拡
大率Z l / Z 6に対するC s  、 Ccの
値をグラフとすると第3図及び第4図に示すようになる
。拡大率2以下では。
Cs、Ccは急速に大きくなる。これによりZl/Zo
の値を2以−Lとすれば、球面収差係数Cs、色収差係
数Ccの値を小さいものとすることができることがわか
る。
さらに本発明においては、 ’11 ≦4X 10−2a+ U”     08.
(f:)としているから、試料の高分解能で試料の観察
ができる。即ち、薄い試料の球面収差による分解能限界
δSは、 85 =0.85C,↓ え”  、@で表される。但
し電子線の波長を入とした。
また、色収差により、 なるコントラストの減衰を受は分解能が低下する。
但し、kは空間周波数、ΔUは電子源のエネルギー分布
幅であり、通常2eV程度である。
■式から色収差による分解能限界δ。が導かれる。
またIZo  l>>a、Zl >>aのとき(本発明
の場合IZol≧4a、Zl≧8aである)、比較的弱
い励磁の電子レンズでは、球面収差係数C8、色収差係
数Ccは近似的に c c = −7O(訃−1)     ・・・■と表
される。l Z+ /Zo  l≧2なる場合(レンズ
の拡大率は本発明においては2以−Lである)には、0
0式よりδS≦2nmを得るレンズ位置Zc  (=l
Zo  l)の条件として、■式が、また00式よりδ
S≦2nmを得る条件として0式が得られる。
即ち、ZLが両式■■を満たすことにより分解能として
2nmを得ることができる。
また、実際の電子顕微鏡の結像においては、該レンズと
後段のレンズとで1個の実像を形成することがあるが、
この場合、cs、ccが大きくなり易い。
本発明では、上記レンズの焦点距離をF[≦Z[なるF
[ミリメートルとしているから、球面収差係数C5の値
は小さなものとなり、高分解能の像を得ることができる
。これは第5図に示すように、fl ≦71 (即ち−
k 〉O)の範囲では球面収差係数がそれほど大きくな
らないためである。なお、この図においては、一般的な
値として、Zz(= lZo  l)=50mm、ZL
2=150mmとし、第6図に示すように、同一の個所
Z2=200mmに像が形成されるようレンズ■及びレ
ンズIIの励磁を変化させて、プロットしたものである
以りのように、本発明によれば、試料の強力な磁場中に
おくことなく、高分解能で観察することができることと
なる。
〔実施例〕
以下本発明に係るの透過型電子顕微鏡における試料の観
察方法実施例を説明する。
本実施例において電子顕微鏡は対物レンズ内に試料を設
置して観察するタイプのものであり、通常は試料に強い
磁場が作用するものである。
そしてこの電子顕微鏡を用い試料である磁性体を観察す
るには、先ず対物レンズの励磁を停止する。これで試料
には対物レンズの磁力は影響を与えなくなる。そして、
この試料に電子線を入射して、試料の後段の電子レンズ
によって拡大像を形成する。そして、この電子レンズと
試料との距離ZL を本願発明の条件とする。本実施例
においては、電子レンズのギャップSを10mm、孔径
Sを10mmとすると、距1lIl:ZI は第7図に
おいて曲線1,2.3に囲まれた範囲とすればよい。
図において曲線1は、 i 摩士 ZL≦4X10−2a’ U を満足するもので71はこの曲線より下に位置しなけれ
ばならない。また曲&1iI2は、Zl < I 0−
6U’/ (1+ e U)を満足するもので、Zlは
この曲線より下に位置しなければならない。
さらに曲線3は、 Z[≧4a を満足するもので、Zl はこの曲線より−にに位置し
なければならない。
例えば電子線の加速電圧が120KVである場合には(
第6図中縦線で示した)、Zlは曲線lの条件より45
mm以下、曲線2の条件より40mm以下、曲線3の条
件より23mm以」;となる。これらを総合すると、Z
l  は23mm以上40mm以下にすればよいことと
なる。
そして試料下段の電子レンズの焦点距離をここで定めた
ZL より大きくしてこの電子レンズで実像を形成でき
るようにすると共に、この拡大率を2以上とするように
この電子レンズの励磁を行なうのである。
従って本実施例によればZL ≧4aとしたから、試料
には計算−1〕最大でも電子レンズ中の磁場の最大強度
Boの0.01倍以下の強度の磁場しか影響を4えない
、しかも現実には、試料は対物レンズ中に存在するから
、更にその影響を軽減することができ、磁性体の観察を
行なうことができる。
また、本実施例においては球面収差係数色収差係数を小
さいものとすることができ、高分解能(2nm以下)を
得ることができる。
この実施例を用いた場合における具体的な透過型電子顕
微鏡の具体的構成としては、第8図及び第9図に示すよ
うにすればよい。
これは第8図に示す第1の例によれば試料1とレンズ2
との距離を40mm、該レンズ2の穴径およびギャップ
を共に10mmとし、このレンズの後方200 m m
 (r)位H(IL= 200 = 5)に、ltr 
    40 1段目の実像4を形成し、さらに後続するレンズ5.7
により拡大し、投影像8を得るようにした場合のC,、
CCは Cs =lX103mm、  Cc =4.5mmであ
り、分解能は120KVにおいて、1.8nmとなり、
2nm以下の分解能が得られる。
第1段目のレンズの拡大率を2以下にすると、後段のレ
ンズの収差が影響し、全系のレンズの収差、特に色収差
が大きくなり易い。例えば第8図において、レンズ2に
より該レンズ2の後方f3 Q rrl m (丁−1
1= 1.5 )の位置に実像を形成し、これを該レン
ズの後方100mmの位置に置かれたレンズ3(穴径ギ
ャップ共に10mmとする)にて、更にその後方100
mmの位置に2番目の像を形成し、更に後続するレンズ
5.7により拡大し、投影像を得るようにした場合のC
s、Ccは、 Cs =2X103 mm、Cc =95mmとなり、
分解能は120KVにおいて2.6nmとなってしまう
また、第8図において、破線11は試料により散乱され
なかった電子線束を示しているが、この集束点9あるい
はlOの位置に、可動絞りを入れて像のコントラストを
形成する。
10の位置においても、試料における散乱電子線の開き
角をlo−2rad以下にすることができる。
また、第9図に示すように、レンズ2のみにより、後方
12の位1!(1”l>2)に像を形成すZ。
るごとく、該レンズ2を励磁し、該レンズ2と、後方の
レンズ3により第1段目の実像4を形成するようにした
場合も、第8図と同様に小さい収差係数を得ることがで
きる(第5図及び第6図参照)。
なお、本実施例にあっては、電子レンズのギャップおよ
び孔径を10mmにした場合、電子線の加速電圧を12
0KVにした場合について説明したが、本発明は他の場
合についても同様の計算を行いZ」等を得て適用できる
ことは勿論である。
〔発明の効果〕
以−■−説明したように本発明によれば、透過型電子1
111鏡における試料の観察方法を以りのようにしたか
ら、試料に磁場の影響を与えることな・〈観察すること
ができるから、磁性体を試料としても試料に影響をケえ
ることはなく、しかも分解能の高い観察を行うことがで
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は電子レンズの磁場の分布状態を示す図、第2図
乃至第6図は本発明の詳細な説明する図、第7図は本発
明の実施例の試料からのレンズ位置を算出するための図
、第8図及び第9図は本発明の実施例の具体的構成を示
す図である。 l・・・試料 2・・・レンズ(電子レンズ) 8・・・投影像 特許出願人  株式会社国際精工 OL′) 第3図 1%。1− 第4図 し。1−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 対物レンズの励磁を停止して試料への磁気の影響を軽微
    なものとし、試料の後段に位置するレンズにより拡大像
    を形成する透過型電子顕微鏡における試料の観察方法に
    おいて、 電子線の加速電圧をUボルト、 相対論補正した電子線の加速電圧をU^*ボルト、上記
    試料の後段に位置するレンズのギャップをsミリメート
    ル、孔径をbミリメートルとしたとき、2a=0、97
    (s^2+0.45b^2)^1^/^2を満足し、上
    記レンズの磁場分布の半値幅を表す定数をa、 ε=9.78×10^−^7なる定数をε(1/ボルト
    )としたとき、 試料と上記レンズとの距離を、 Z_L≧4a Z_L≦4×10^−^2a^2^/^3U^*^1^
    /^2Z_L≦10^−^6U^*^a^/^2(1+
    2εU)の各条件を満たす値Z_Lミリメートルとする
    一方、 上記レンズの焦点距離を、 F_L≦Z_L の条件を満たすF_Lミリメートルとすると共に、上記
    レンズのみによる電子線の拡大率を2以上としたことを
    特徴とする透過型電子顕微鏡における試料の観察方法。
JP18184585A 1985-08-21 1985-08-21 透過型電子顕微鏡における試料の観察方法 Granted JPS6244941A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013096900A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Jeol Ltd 透過電子顕微鏡および透過電子顕微鏡像の観察方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013096900A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Jeol Ltd 透過電子顕微鏡および透過電子顕微鏡像の観察方法

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