JPS6245662B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6245662B2
JPS6245662B2 JP55097113A JP9711380A JPS6245662B2 JP S6245662 B2 JPS6245662 B2 JP S6245662B2 JP 55097113 A JP55097113 A JP 55097113A JP 9711380 A JP9711380 A JP 9711380A JP S6245662 B2 JPS6245662 B2 JP S6245662B2
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JP
Japan
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distortion
magnetic
gap
lens
aberration
Prior art date
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Expired
Application number
JP55097113A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5723454A (en
Inventor
Katsushige Tsuno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
Priority to JP9711380A priority Critical patent/JPS5723454A/ja
Priority to GB8118118A priority patent/GB2080610B/en
Priority to DE19813125253 priority patent/DE3125253C2/de
Publication of JPS5723454A publication Critical patent/JPS5723454A/ja
Publication of JPS6245662B2 publication Critical patent/JPS6245662B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は透過電子顕微鏡において歪像収差と共
に像がS字形に歪む非等方性歪像収差(S字歪収
差)を小さくし得る電子レンズに関するものであ
る。
電子顕微鏡の投影レンズで設計上大きな問題と
なる収差は歪像収差、S字歪収差、回転及び倍率
色収差である。この内最も重要な歪像収差につい
ては投影レンズの励磁を減らして使用する低倍率
領域で、中間レンズにより強い樽形歪を作り、投
影レンズによる糸巻き歪と相殺するようにした所
謂デイストーシヨンフリー方式が採用されている
ので、低倍での歪像収差を殆んど零にすることが
できる。しかし乍ら、投影レンズ電流を固定して
用いる中倍領域では、中間レンズによる樽形歪に
比し、投影レンズによる糸巻き歪の方が圧倒的に
大きくなるため、打ち消し合うことができず、通
常螢光板上における直径100mmの円周上で1〜2
%程度の歪を有していた。
一方S字歪収差は従来これを打消す有効な方法
はなく、投影レンズとフイルム面との距離をでき
るだけ長くしてなるべく中心軸付近を通つた電子
線のみにより像を形成する考慮を払うことによ
り、この収差を目立たないようにしているにすぎ
ない。しかし乍ら、この方法では、装置の空間的
な制約を受ける外、本質的に収差を小さくするも
のでないから実際には2%以下にするのは困難で
ある。
最近、2つの磁極間隙をもつ3磁極レンズを投
影レンズに用いることが提案され、これによると
歪像収差を零にできることが見出された。そし
て、このレンズはS字歪収差も通常のレンズに比
べて小さくできることがわかつた。しかし乍らこ
のS字歪収差を零にするまでには至つておらず、
1%以下の小さな値にするには歪像収差が大きく
なるような起磁力領域で使用せざるを得ないとい
う矛盾が生ずる。
第1図は、本発明に先立つて提案された3磁極
電子レンズの磁極部を模擬的に示す図であり、第
1磁極1、第2磁極2、第3磁極3よりなり、
夫々の穴径d1,d2,d3は等しく、又磁極間隙S1
S2も等しい対称構造となつている。そして、第1
の磁極間隙と第2の磁極間隙とに互いに逆向で且
つ同一起磁力をもつ磁場が形成される。第2図は
第1図レンズにおける焦点距離p(mm)、歪像
収差ΔX/X(%)及びS字歪収差ΔY/X
(%)の起磁力NI(アンペアターン)に対する変
化を第2磁極2の厚さtをパラメータに示したも
のである。尚、ΔX/Xは光軸から距離Xの点に
おける像の半径方向の伸縮量ΔXを距離Xで除し
た値を意味し、ΔY/Xは光軸から距離X点にお
ける像の円周方向の伸縮量ΔYを距離Xで除した
値を意味している。又、この場合d1=d2=d3=3
mm、S1=S2=2.25mmであり、t=1mmと2mmにつ
いて示した。同図からわかるように焦点距離p
は起磁力NIに対して、t=1とt=2について
夫々2200、1800AT(アンペアターン)で極小を
示し、その値はp(t=1)=3.8mm、p(t
=2)4.6mmとなり、第2磁極の厚さtが小さい
方が小さくなる。歪像収差ΔX/Xは、低励磁側
で正(糸巻き形)、高励磁側で負(樽形)とな
る。そして歪像収差が零となる起磁力は焦点距離
pが極小になる起磁力に略一致している。これ
に対し、S字歪収差は低励磁側では著じるしく小
さい値をとり、起磁力が大きくなると急激に増加
し、零になる条件は存在しない。従つて歪像収差
ΔX/Xを零又は極めて小さい領域で使用した場
合、S字歪収差ΔY/Xは必ず有限な値を示すこ
とになる。
所で第1図のレンズ構造において、2つの磁極
間隙内に生ずる磁場の起磁力を相互に異ならせる
とS字歪収差をある起磁力の下で零にすることが
可能であるが、この場合には回転色収差を生ずる
等、新たな不都合が生じ、3磁極レンズの特徴を
有効に利用できない欠点がある。
而して本発明は第1磁極間隙と第2磁極間隙と
に発生する磁場の起磁力を等しくした状態で歪像
収差及びS字歪収差とも零乃至極めて小さくする
第1、第2、第3の磁極の穴径を各々d1,d2,d3
とするとき、d1≧d2≧d3にすると共に、第1、第
2磁極間間隙S1と第2、第3磁極間間隙S2とが異
なる非対称構造となし、且つS1/S2を2.7乃至3.8
の範囲に設定したことに特徴がある。以下本発明
を第3図以降に示すデータに基づき詳説する。
第3図は第1図におけるd1=d2=d3=3mm、S2
=1.5mm、t=2mmとし、S1=1.5mm(実線)の場
合とS1=3mm(破線)の場合におけるp、Δ
X/X、ΔY/Xの起磁力依存性を示している。
尚加速電圧は100KV、各歪は光軸からの距離r=
50mmで求めた値、投影レンズとフイルム間の距離
Lは386.5mmである。
同図からpはおよそ2000AT付近で極小値を
示し、このp極小の2000AT付近において歪像
収差ΔX/Xが零となつていることがわかる。又
S字歪収差は、S1=S2の場合には起磁力NIに対
し増加を示すのみであるが、S1/S2=3mm/1.5
mm=2の場合には低起磁力側で負、高起磁力側で
正の値を示し、その間の約1200AT付近で零とな
つている。
ところでS字歪収差の係数DSPは次式で表わさ
れる。
DSP=∫Zb Za{3/128(e/mu)〓γr2B3+1/16(e/mu)〓γr′2B}dZ …(1) ここで、Lを前記のように投影レンズとフイル
ム間の距離とすると、DSPとS字歪収差ΔY/X
との関係は ΔY/X=DSP(Xp/L) …(2) で与えられる。e/mは電子の質量電荷比、U*
は加速電圧、Za、Zbは第4図に示す様にレンズ
の光軸をZとした時の上側と下側のレンズ磁場が
影響を及ぼしている最端部位置、Bは軸上磁界強
度、γrはZaにおいて高さ1、勾配0の電子軌
道、γ′rはそのZに対する微分値である。
第5図は第3図で求めたΔY/Xを上記DSPに
変換し、これを(NI)3に対してプロツトしたもの
である。NIは NI=∫Zb ZaBdZ …(3) とあらわされるので、第5図からDSPに対する(1)
式の第1項と第2項の寄与を知ることができる。
S1/S2=1の場合、DSPは(NI)3にほぼ比例して
増大していると言うことができる。即ちS字歪収
差に対しては、(1)式の第1項が第2項に比して圧
倒的に大きい影響を与えている。その第1項はγ
r2B3を含んでいるので、磁場の強い領域でγrが
大きい場合に著しく大きな値をとる。
γrは第6図に示す様に第1、第2磁極間隙で
大きく、第2、第3磁極間隙の磁場極大値付近で
零となる。従つてDSPに対する第1、第2磁極間
隙の寄与は第2、第3磁極間隙の寄与に比べて圧
倒的に大きく、前者で作られる歪を後者で作られ
る歪でキヤンセルすることはできない。
上記2つの間隙におけるDSPをその大きさが等
しく、符号のみが異なり互いにキヤンセルするよ
うにするためには、第1、第2磁極間隙の磁場を
第2、第3磁極間隙のそれよりも弱くし、電子軌
道が軸を切る点を第2、第3磁極間隙における磁
場極大位置からはずすようにすればよく、そのた
めには第1、第2磁極間隙を第2、第3磁極間隙
よりも大きくすることが極めて有効である。
第5図におけるS1/S2=3mm/1.5mm=2の曲
線(破線)はその一例である。先に述べた如く
DSPの(NI)3に対する直線成分は減少した。それ
と同時に見逃すことのできないのは、この場合直
線からのずれ即ち(NI)3に対して振動する成分が
増大していることである。この振動成分は、(1)式
の第2項の影響であり、S字歪収差が零になる条
件が発生したのは、この第2項の寄与によるもの
である。
実際に使用するレンズにおいては先に述べた様
に、S字収差のみが零であつても、歪像収差が大
きい条件では使用できない。そのため両収差を共
に零とするようなレンズを作つてはじめて、投影
レンズとして有効な電子レンズとなる。
第7図は間隙比S1/S2を種々に変えた場合の、
ΔX/XとΔY/Xをそれぞれ零とする様な起磁
力(NI)を示したものである。両収差を共に零
とする条件は同図からS1/S2=3.2、NI=1700AT
の付近に存在することがわかる。しかしながら実
際には投影レンズ以外の中間レンズ等が歪像収差
を最高±1%程度、S字歪収差を最高±0.2%程
度発生するので、これらを投影レンズで発生させ
た収差でキヤンセルさせる必要があり、結局投影
レンズのΔX/X、ΔY/Xも完全に零だけでは
なく夫々−1%≦ΔX/X≦1%、−0.2%≦Δ
Y/X≦0.2%の範囲をカバーすることが必要と
なる。
第7図からその様な領域を求めると2.7≦S1
S2≦3.8となり、S1/S2をこの範囲に収めれば歪
像収差もS字歪収差も共に零又は零に極めて近づ
けることができる。
尚上記例ではd1=d2=d3の場合について検討し
たが、d1≧d2≧d3とすれば、第1、第2磁極間隙
の磁場を第2、第3磁極間隙のそれよりも弱く
し、電子軌道が軸を切る点を第2、第3磁極間隙
における磁場極大位置からはずすことを助長する
効果があるので、併用すれば本発明のメリツトが
より一層発揮される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に先立つて提案されたレンズの
磁極部を示す図、第2図はその性能を示す図、第
3図乃至第7図は本発明を説明するための図であ
る。 1:第1磁極、2:第2磁極、3:第3磁極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 光軸に沿つて配置された第1、第2、第3の
    磁極を有し、第1、第2磁極間隙内及び第2、第
    3磁極間隙内に生ずる磁場の極性を互いに逆に
    し、且つ同一起磁力で励磁する如くなすと共に、
    前記第1、第2、第3の磁極の穴径を各々d1
    d2,d3とするとき、d1≧d2≧d3となした電子レン
    ズにおいて、第1、第2磁極間隙をS1、第2、第
    3磁極間隙をS2とした時、S1/S2を2.7乃至3.8の
    範囲に設定することを特徴とする電子レンズ。
JP9711380A 1980-07-16 1980-07-16 Electron lens Granted JPS5723454A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9711380A JPS5723454A (en) 1980-07-16 1980-07-16 Electron lens
GB8118118A GB2080610B (en) 1980-07-16 1981-06-12 Electron lens equipped with three magnetic pole pieces
DE19813125253 DE3125253C2 (de) 1980-07-16 1981-06-26 Elektronenlinse mit drei Magnetpolstücken

Applications Claiming Priority (1)

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JP9711380A JPS5723454A (en) 1980-07-16 1980-07-16 Electron lens

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JPS5723454A JPS5723454A (en) 1982-02-06
JPS6245662B2 true JPS6245662B2 (ja) 1987-09-28

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ID=14183515

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DE (1) DE3125253C2 (ja)
GB (1) GB2080610B (ja)

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DE3125253C2 (de) 1988-09-08
GB2080610A (en) 1982-02-03
GB2080610B (en) 1984-07-04
DE3125253A1 (de) 1982-06-03
JPS5723454A (en) 1982-02-06

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