JPS6261252A - 電子顕微鏡の照射レンズ装置 - 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、電子顕微鏡において、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装置に関する
。

［従来の技術］ 電子顕微鏡の照射レンズ装置は、第１．第２集束レンズ
のみから成っており、第２集束レンズの励磁強度のみを
切換え得るだけぐあったため、試料に照射される電子線
の径を狭い範囲でしか切換えることができなかった。し
かしながら、最近、いわゆるコンデンサーオブジェクテ
ィブタイプの対物レンズを備えた電子顕微鏡が出現した
。このような電子顕微鏡にＪ、れば、試料のすぐ前段に
照射レンズとして対物レンズの前方磁界レンズが配置さ
れるため、試料に照射される電子線の径を広い範囲にわ
たって切換えることができる。

［発明が解決しようとする問題点１ しかしながら、試料に照射される電子線の径を広い範囲
にわたって変えた場合、以下の理由により、例えば第４
図に示すような状態が出現してしまう。尚、第４図にお
いて、１ａは照射レンズとして働く対物レンズの前方磁
界レンズ、２は試料。

３は電子線を示している。

即ち、電子線の径をφ、試料に対する電子線の照射角を
２Ｗとすると、輝度不変の法則により径が一定の集束レ
ンズ絞りを使用した場合、２ｗ・φが一定となることか
ら、径φを小さくすると照射角２Ｗが大きくなってしま
う。従ってこのような状態においては、試料２の例えば
光軸ｃ−ｈの点Ｐ１における入射角θ１と電子線照射領
域の周辺の点Ｐ２における電子線の入射角θ２が大きく
異なってしまい、そのため、以下のような問題が生じる
。

（１）試料に転移等があると、転移のある部分とそれ以
外の部分では回折条件が異なるため、電子顕微鏡像に転
移の存在を示づコントラストが現ゎれるが、視野内の試
料各所によ・）で電子線の大川角が異なるため、二］ン
１〜ラスｉ−に場所的な違いがでてしまい、転移等を充
分観察づることができない。

（２）電子線の照射角２Ｗが大きいため、回折像を観察
する際に角度分解能が悪く特定の回折スポットを対物絞
りにより選べないため、回折寵】ン［〜ラストが不充分
となる。

本発明は、上述した問題を解決し、試１１に照射する電
子線の径（従って像の明るさ）を任意に切換えても視野
全域において］ン１〜ラストの一様な電子顕微鏡像を観
察でき、且つ＝ｌンｌ〜ラストの高い回折像を観察する
ことのできる電子顕微鏡の照射レンズ装置を提供するこ
とを目的どしている。

［問題点を解決するための手段］ ぞのため、本発明は電子銃よりの電子線を集束するため
の少なくとも２段の集束レンズを備えた集束レンズ系が
備えられており、該集束レンズ系よりの電子線が試料の
すぐ前段に配置された照射レンズを介して該試料に照射
される装置にＪ３いて、該電子銃のクロスオーバー像が
常に該照射レンズの前方焦点面上に結像されるように該
集束レンズを構成するレンズのうちのいずれか２段の集
束レンズの励磁強度を連動して制御するための制御手段
を備えているを特徴としている。

［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（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明するが、第２図（
ａ）、（ｂ）、（Ｃ）においては第１図と同一の構成要
素に対しては同一番号を付している。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、５は電子銃４
よりの電子線３を集束するための集束レンズ系であり、
集束レンズ系５は第１．第２．第３の集束レンズ６．７
．８より成っている。９は第２集束レンズの絞りを示し
ている。１は対物レンズを示しており、対物レンズの前
方磁界レンズ１ａと後方磁界レンズ１ｂの間に試料２が
配置されている。

いま、集束レンズ系５によって電子銃４のクロスオーバ
ー像が対物レンズの前方磁界レンズの前焦点面Ｕに常に
結像するようにすれば、第２図（ａ＞、（ｂ）、（ｃ）
の光学図から明らかなように、電子線の径を夫々大、中
、小と広く切換えても電子線の照射領域内の試料２の各
部に対して同一の入射角で電子線３を照射できることが
分る。

第１．第２．第３の集束レンズ６．７．８によって形成
される電子線のクロスオーバーの像を各々１１．Ｉ２，
１３どし、第１集束レンズ６と像１１との距離をａ、像
１１ど第２集束レンズ７との距離をｂ１第２集束レンズ
７と像Ｉ２どの距離をＣ２像１２と第３集束レンズ８と
の距離をｄ。

第３集束レンズ８と像Ｉ３との距離をｅ、像Ｉ３と前方
磁界レンズ１ａとの距離をｆ、第２集束レンズ７の焦点
距離をｆｌ、第３集束レンズ８の焦点距離をＩ２とづる
。いま、第１の集束レンズ６の励磁強度が殆んど固定さ
れているとすれば、ａは定数と看なすことができ、又、
ｆも対物レンズ１の励磁強度を固定する通常の場合には
定数と石なすことができる。従って、第２図の光線図が
常に成立するための条件は以下のようになる。

さて、第１集束レンズ６と第２集束レンズ７間の距離を
ｃ！、１．第２集束レンズ７と第３集束レンズ８間の距
離を２２．第３集束レンズ８と前方磁界レンズ１８間の
距離をＱ３とすると、以下の関係が成立する。

ａ　十ｂ　−Ｑ、　Ｉ Ｃ＋ｄ−４２ ｅ＋ｆ−Ｑ３ 従って、前記（１）式の関係から以下の式が導かそこで
、 ａ＝　（Ａ２　　（Ｑｌ　−ａ＞　＋１）　（Ｑ３−ｆ
）β−（−ＱＩ　＋ａ）　（Ｑ、３−ｆ）γ−（Ａ２　
　（ｃ！、１−ａ）　＋１　）δ＝−見１＋ａ＋Ｑ、３
−ｆ とおけば、上式は以下のように書き変えられる。

ｆ２−〈αｆ１＋β）／（γｆ１＋δ）・・・（３）以
上の結果より、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに電子線の径を大、中、小と切換えても電子線の照射
領域内の試料２の各部に対して同一の入用角で電子線３
を照射づるための条件は、各レンズの幾何学的配置によ
って定まる定数α。

β、γ、δ等をパラメーターとして表わされる上記（３
）式を常に満だでように、２個の集束レンズ（この場合
は集束レンズ７．８）の励磁強度を連動して切換えるこ
とであることが分る。

本発明は、このような考えに基づくものである。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。

本発明の一実施例を示す第１図において、第２図及び第
３図と同一の構成要素に対しては同一番号を付している
。

図中１０は蛍光板であり、前記対物レンズの後方磁界レ
ンズ１ｂと蛍光板１０との間には図示していないが、中
間レンズ等や投影レンズ等の結像レンズ系を構成する他
のレンズが配置されている。

１１．１２．１３は各々第１．第２．第３の集束レンズ
の励磁電源である。これら励磁電源１１゜１２．１３に
は演算制御装置１４より励磁電流値を指定する制御信号
が送られている。１５は演算制御装置１４に接続された
記憶装置であり、記憶装置１５には試料２に照射される
電子線の径φｎを実現するのに必要な励磁主ＩＩ！１２
．１３の励磁電流値を表わすデータ［）ｎｌ、［）ｎ２
が絹になって第２図に示づように各加速電圧毎にテーブ
ルとして記憶されている。このテーブルは前記第（３）
式に従って各レンズの励磁強度を変化させ、その際に得
られる電子線の径の実測値を用いて作成する。

１６は演算制御装置１４に接続された操作中であり、操
作中１６により前記試別に照射される電子線の径φｎが
指示される。尚、図示されていないが加速電圧を制御す
るための電源も設けられており、この電源も操作卓１６
よりの指示に基づいて制御されるＪ、うになっている。

このような構成において、加速電圧を操作卓１６により
適当な電圧ｖ１に設定した後、操作中１６により例えば
電子線の径としてφ１を指示すると、操作中１６よりの
指示に基づいて演算制御装置１４は記憶装置１５に記憶
されている加速電圧Ｖ１に関する前記テーブル中の径φ
１に対応するデータ［）１　、　ｌ）２を読み出す。こ
の読み出されたデータ［）１　、　［）２に基づいて演
算制ｍ装置１５は励磁電源１２．１３にこれら電源より
の出力電流を指定する信号を送る。その結果、励磁電源
１２゜１３よりの励磁電流が指定された値に変更され、
径φ１を右し光軸Ｃに平行な電子線束が試料に照射され
る。

同様に、操作中１６により前記径としてφ２（φ２〈φ
１〉を指示すると、記憶装置１５に記憶されているテー
ブルよりφ２に対応した励磁電源１２．１３の励磁電流
値を指定するためのデータＤＩ　、Ｄ２が読み出され、
これらデータり１゜Ｄ２に基づいて励磁電源１２．１３
の励磁電流が定められ、径φ２の光軸Ｃに平行な電子線
束が試別に照射される。尚、この際、φ２どφ１である
ため、電子線電流密度は最初の場合より大きくなり、蛍
光板１０に投影される像の明るさは増加する。

このように、常に前記第（３）式を満たした状態で、第
２．第３の集束レンズ６．７の励磁電流値が切換えられ
るため、電子線の径を切換えても電子線の照射領域内で
試料各部に対して同一の入射角で電子線３を照射できる
。そのため、視野の大きさの切換えにかかわらず、コン
トラストの一様な電子顕微鏡像を観察することができ、
且つコントラスの高い回折像を観察することができる。

特にこの実施例においては、前方磁界レンズ１ａに近い
側の２個の集束レンズを連動して切換えるようにしてい
るため、比較的小さいレンズ強度の変更により試料に照
射される電子線の径φを大きく変えることができる。

本発明は、上述した実施例に限定されることなく幾多の
変形が可能である。

第１の集束レンズ６と第２の集束ンズ７の組を１個の合
成レンズと看なせば、この合成レンズの励磁強度を切換
えるには、第２の集束レンズ７の励磁強度を切換える代
わりに第１の集束レンズ６の励磁強度を切換えても良い
。従っで、−上述した実施例においては第２．第３の集
束レンズ７．８の励磁強度を連動し−ＣＦＪＪ換えるに
うにしたが、第１、第３の集束レンズ６．８の励磁強度
を連動して切換えるようにしても良い。

同様な理由により、第１．第２の集束レンズ６゜７の励
磁強度を連動して切換えるようにしても良い。

又、」二連しｌｃ実施例においては、像１３Ｊ：りの電
子線を集束して試料に照射するための照射レンズとして
対物レンズの前方磁界レンズが使用されていたが、本発
明は照射レンズどじで対物レンズの前方磁界レンズとは
別個な集束レンズが備えられている電子顕微鏡にも同様
に適用できる。

更に又、上述した実施例においては、特定の照射電子線
径φを実現するため、記憶装置にφに対応する第２．第
３の集束レンズの励磁電流を指定するデータをテーブル
として記憶させ、このデー夕を読み出して励磁電流を作
成プるようにしたが、演算により算出したデータに基づ
いて励磁電流を作成するようにしても良い。

［発明の効果］ 上述した説明から明らかなように、本発明に基づく装置
においては、電子銃のクロスオーバー像が常に照射レン
ズの前方焦点面に結像されるように２段の集束レンズの
励磁強度を連動して制御するようにしているため、電子
線の径を切換えても電子線の照射領域内の試料各部に対
して同一の入射角で電子線を照射でき、視野の大きさの
切換えにかかわらず、視野全域にわたってコントラスｌ
〜の一様な電子顕微鏡像を観察することができる。

又、回折像を観察する際の角度分解能が良いため、特定
の回折スポットを対物絞りにより選ぶことができ、その
ため、コントラストの高い回折像を観察づることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための図、第２図
は本発明の基本的な考えを説明するための光学図、第３
図は各集束レンズの励磁電流を指定するためのデータが
記憶されたテーブルを説明するための図、第４図は従来
の電子顕微鏡における集束レンズ系を説明するための図
である。 １：対物レンズ １ａ：対物レンズの前方磁界レンズ １ｂ二対物レンズの後方磁界レンズ ２：試料　　　　　　３：電子線 ４：電子銃　　　　　６．７，８：集束レンズ９：絞り
　　　　　　１０：蛍光板 １１．１２．１３＋励磁電源 １４：演算制御装置　１５：記憶装置 １６：操作卓

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子銃よりの電子線を集束するための少なくとも
   ２段の集束レンズを備えた集束レンズ系が備えられてお
   り、該集束レンズ系よりの電子線が試料のすぐ前段に配
   置された照射レンズを介して該試料に照射される装置に
   おいて、該電子銃のクロスオーバー像が常に該照射レン
   ズの前方焦点面上に結像されるように該集束レンズ系を
   構成するレンズのうちのいずれか２段の集束レンズの励
   磁強度を連動して制御するための制御手段を備えている
   ことを特徴とする電子顕微鏡の照射レンズ装置。
2. （２）該照射レンズは対物レンズの前方磁界レンズであ
   る前記特許請求の範囲第１項記載の電子顕微鏡の照射レ
   ンズ装置。
3. （３）該照射レンズ系は電子銃に近い側から配置された
   第１、第２、第３の集束レンズより成り、該制御手段は
   該第２、第３の集束レンズの励磁強度を連動して制御す
   る前記特許請求の範囲第１項乃至第２項記載の電子顕微
   鏡の照射レンズ装置。