JPS6341184B2 - - Google Patents
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- JPS6341184B2 JPS6341184B2 JP5942982A JP5942982A JPS6341184B2 JP S6341184 B2 JPS6341184 B2 JP S6341184B2 JP 5942982 A JP5942982 A JP 5942982A JP 5942982 A JP5942982 A JP 5942982A JP S6341184 B2 JPS6341184 B2 JP S6341184B2
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- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
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- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/14—Lenses magnetic
- H01J37/141—Electromagnetic lenses
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は磁性試料をレンズ磁界にさらすことな
く高分解能で観察することの可能な新規な対物レ
ンズに関する。
く高分解能で観察することの可能な新規な対物レ
ンズに関する。
一般に電子顕微鏡においては、第１図に主要部
を示す如く試料が対物レンズの磁極間隙内に配置
される。第１図において、１は対物レンズであ
り、ヨーク２、励磁コイル３、上、下磁極４及び
５などより構成されており、試料６はホルダー７
に保持され、上下磁極片間に配置されている。こ
の様な試料位置は倍率を高め、且つ収差を少くし
て分解能を高めるための当然の帰結であるが、必
然的に試料は強い磁界にさらされることになり、
鉄鋼等の強磁性試料の観察時には種々の問題を生
ずる。第２図は第１図の装置において楔状の試料
を挿入した場合のレンズ磁界の状態を示すもの
で、ａ図は非磁性試料、ｂ図は強磁性試料（鉄）
の場合である。両図の比較からわかるように、非
磁性試料の場合には一様であつた磁界分布が強磁
性試料の場合には著しく乱れている。しかも、こ
の乱れは試料を傾斜すると一段と激しくなる。こ
の様な試料付近の磁界の乱れがあると電子線照射
に関しては、ビームのシフト、傾斜並びに非点収
差の発生があり、又結像に関しては、像の逃げ、
光軸のずれ並びに非点収差による像のぼけを生ず
る。
を示す如く試料が対物レンズの磁極間隙内に配置
される。第１図において、１は対物レンズであ
り、ヨーク２、励磁コイル３、上、下磁極４及び
５などより構成されており、試料６はホルダー７
に保持され、上下磁極片間に配置されている。こ
の様な試料位置は倍率を高め、且つ収差を少くし
て分解能を高めるための当然の帰結であるが、必
然的に試料は強い磁界にさらされることになり、
鉄鋼等の強磁性試料の観察時には種々の問題を生
ずる。第２図は第１図の装置において楔状の試料
を挿入した場合のレンズ磁界の状態を示すもの
で、ａ図は非磁性試料、ｂ図は強磁性試料（鉄）
の場合である。両図の比較からわかるように、非
磁性試料の場合には一様であつた磁界分布が強磁
性試料の場合には著しく乱れている。しかも、こ
の乱れは試料を傾斜すると一段と激しくなる。こ
の様な試料付近の磁界の乱れがあると電子線照射
に関しては、ビームのシフト、傾斜並びに非点収
差の発生があり、又結像に関しては、像の逃げ、
光軸のずれ並びに非点収差による像のぼけを生ず
る。
一方、電子顕微鏡は磁性試料の軸構造の観察に
古くから使用されて来たが、この場合には試料が
磁界にさらされると軸構造が消滅してしまうた
め、試料はレンズ磁界が印加されないように配置
しなければならない。
古くから使用されて来たが、この場合には試料が
磁界にさらされると軸構造が消滅してしまうた
め、試料はレンズ磁界が印加されないように配置
しなければならない。
この様な要求並びに前述の諸々の欠点を除去す
るために第３図に示す如き試料挿入法も提案され
ている。これは主に試料を光軸に対し、直角な方
向から挿入する型に用いられ、試料６は上磁極４
の上部にあけた穴８を通して光軸上に挿入され
る。尚、第１図と同符号は同一の構成を示してあ
る。この様な配置となせば試料はレンズ磁界のは
るか上方に置かれ、試料に磁界が印加されること
はなくなる。事実、試料位置における漏洩磁界の
強度はレンズの最大磁界強度の1/1000以下であ
り、上述の問題は解消できる。
るために第３図に示す如き試料挿入法も提案され
ている。これは主に試料を光軸に対し、直角な方
向から挿入する型に用いられ、試料６は上磁極４
の上部にあけた穴８を通して光軸上に挿入され
る。尚、第１図と同符号は同一の構成を示してあ
る。この様な配置となせば試料はレンズ磁界のは
るか上方に置かれ、試料に磁界が印加されること
はなくなる。事実、試料位置における漏洩磁界の
強度はレンズの最大磁界強度の1/1000以下であ
り、上述の問題は解消できる。
しかし乍ら、この様な配置の装置では焦点距離
が長くなり、又球面収差係数が著しく大きくなる
という新たな問題を生じている。第４図は第３図
の例における軸上磁場分布Bz、電子線軌道Ya
（試料面においてＺ軸と45度で交叉し、レンズ磁
界を通過してＺ軸と平行に進む電子の軌道）及び
球面収差係数CsをＺ軸上の座標に対して示した
ものである。この場合、Bzのピーク値が約3900
ガウスで球面収差係数Csは72mm、焦点距離foは
13mmであり、通常のCs＝1.2〜７mm、fo＝２〜５
mmと比較していずれも著しく大きな値であること
がわかる。この原因は、試料がレンズ磁界の外に
置かれ、Ya軌道が磁界のピーク位置において、
著しく大きな値をとつてしまうことに起因するも
のである。即ち、球面収差係数はYa4に比例して
増加するので、このYaが大きいことが原因して
いる。
が長くなり、又球面収差係数が著しく大きくなる
という新たな問題を生じている。第４図は第３図
の例における軸上磁場分布Bz、電子線軌道Ya
（試料面においてＺ軸と45度で交叉し、レンズ磁
界を通過してＺ軸と平行に進む電子の軌道）及び
球面収差係数CsをＺ軸上の座標に対して示した
ものである。この場合、Bzのピーク値が約3900
ガウスで球面収差係数Csは72mm、焦点距離foは
13mmであり、通常のCs＝1.2〜７mm、fo＝２〜５
mmと比較していずれも著しく大きな値であること
がわかる。この原因は、試料がレンズ磁界の外に
置かれ、Ya軌道が磁界のピーク位置において、
著しく大きな値をとつてしまうことに起因するも
のである。即ち、球面収差係数はYa4に比例して
増加するので、このYaが大きいことが原因して
いる。
この様に球面収差係数Csが大きく、又焦点距
離foが長いことは高い分解能が得られず且つ高倍
観察も行えないという問題を生ずる。
離foが長いことは高い分解能が得られず且つ高倍
観察も行えないという問題を生ずる。
そこで本発明は、試料をレンズ磁界にさらすこ
となく、高分解能の観察を可能にする対物レンズ
を提供するもので、その構成は、上磁極の孔径を
小さくし、該上磁極より上方の漏洩磁界の少ない
位置へ磁性試料を置き、この試料を透過した電子
を上、下磁極間〓内に発生したレンズ磁界によつ
て結像する対物レンズであつて、前記上磁極の下
頂面の直径及び孔径を各々D1、b1とし、下磁極
の孔径をb2としたとき、 b1＜b2 とすると共に、前記D1とb2の比D1／b2を２以下
に設定したことを特徴としている。
となく、高分解能の観察を可能にする対物レンズ
を提供するもので、その構成は、上磁極の孔径を
小さくし、該上磁極より上方の漏洩磁界の少ない
位置へ磁性試料を置き、この試料を透過した電子
を上、下磁極間〓内に発生したレンズ磁界によつ
て結像する対物レンズであつて、前記上磁極の下
頂面の直径及び孔径を各々D1、b1とし、下磁極
の孔径をb2としたとき、 b1＜b2 とすると共に、前記D1とb2の比D1／b2を２以下
に設定したことを特徴としている。
本発明者は第３図の配置において球面収差係数
を減少させるには (1) 試料位置をできる限り、レンズ磁界に近ずけ
ること、 (2) レンズ磁界のピークをできるだけ上磁極下頂
面に近ずけること、が具体的方策と考え、この
２点について検討を進めた。
を減少させるには (1) 試料位置をできる限り、レンズ磁界に近ずけ
ること、 (2) レンズ磁界のピークをできるだけ上磁極下頂
面に近ずけること、が具体的方策と考え、この
２点について検討を進めた。
先ず、第１の方法について試料位置を変えるこ
とにより球面収差と点距離がどのように変化する
か調べた所、第５図に示す如きデータが得られ
た。同図において、光軸Ｚ（mm）は光軸上の位置
を示し、Zoは従来の試料位置を示し、Zoより右
に行く程対物レンズ磁界に近ずくことになる。又
縦軸は球面収差係数Cs（mm）と焦点距離fo（mm）
を示してある。この図より試料位置が下がる（対
物レンズ磁界に近ずく）につれて、Cs及びfo共
減少することがわかる。
とにより球面収差と点距離がどのように変化する
か調べた所、第５図に示す如きデータが得られ
た。同図において、光軸Ｚ（mm）は光軸上の位置
を示し、Zoは従来の試料位置を示し、Zoより右
に行く程対物レンズ磁界に近ずくことになる。又
縦軸は球面収差係数Cs（mm）と焦点距離fo（mm）
を示してある。この図より試料位置が下がる（対
物レンズ磁界に近ずく）につれて、Cs及びfo共
減少することがわかる。
しかし乍ら試料位置を下げることには自ずと限
界がある。即ち、この試料位置を決める要因の
内、特に上磁極の厚さと試料ホルダーの厚さが重
要であるが、上磁極の厚さを薄くしすぎると漏洩
磁界の増大を招き、本来の目的を達し得なくな
る。又、試料ホルダーの厚さを薄くすると振動を
生じやすく、従つて高分解能観察は不可能とな
る。このような理由から、実察に第１の方法によ
り焦点距離foは７mm付近まで短くすることができ
るが球面収差係数を30mm以下にすることは殆んど
不可能であることがわかつた。
界がある。即ち、この試料位置を決める要因の
内、特に上磁極の厚さと試料ホルダーの厚さが重
要であるが、上磁極の厚さを薄くしすぎると漏洩
磁界の増大を招き、本来の目的を達し得なくな
る。又、試料ホルダーの厚さを薄くすると振動を
生じやすく、従つて高分解能観察は不可能とな
る。このような理由から、実察に第１の方法によ
り焦点距離foは７mm付近まで短くすることができ
るが球面収差係数を30mm以下にすることは殆んど
不可能であることがわかつた。
而して本発明者は前述の第２の方法によれば更
に球面収差を小さくできるのではないかと考え検
討を進めた。
に球面収差を小さくできるのではないかと考え検
討を進めた。
第６図は本発明で使用するレンズのポールピー
ス部を示すもので、試料６と上磁極４までの距離
ｈは試料ホルダーの厚さや傾斜角等まで決まり、
又上磁極の孔径b1及び厚さｔは試料部への漏洩磁
界の制約によつて決められてしまう。従つて、磁
界ピークの位置を変化させるパラメータは磁極間
隔ｓ、上磁極下頂面直径D1及び下磁極孔径b2で
あると考えた。
ス部を示すもので、試料６と上磁極４までの距離
ｈは試料ホルダーの厚さや傾斜角等まで決まり、
又上磁極の孔径b1及び厚さｔは試料部への漏洩磁
界の制約によつて決められてしまう。従つて、磁
界ピークの位置を変化させるパラメータは磁極間
隔ｓ、上磁極下頂面直径D1及び下磁極孔径b2で
あると考えた。
本発明者はこれらパラメータを種々検討した結
果、上磁極の孔径b1より下磁極の孔径b2を大きく
すると共に、上磁極の下頂面直径D1及び下磁極
孔径b2との比D1／b2を以下に述べるように特定
の値にすることが、球面収差係数を小さくするう
えで重要であることを突きとめた。
果、上磁極の孔径b1より下磁極の孔径b2を大きく
すると共に、上磁極の下頂面直径D1及び下磁極
孔径b2との比D1／b2を以下に述べるように特定
の値にすることが、球面収差係数を小さくするう
えで重要であることを突きとめた。
第７図はD1／b2の変化に対する球面収差係数
の変化を示すグラフであり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び
Ｅ点は実測点を示してある。この図よりCsは
D1／b2に比例的に変化しており、D1／b2を小さ
くすればCsを直線的に著しく小さくでき、10mm
オーダーが容易に得られる。D1／b2の実用的範
囲としては、Cs≒30mmが確保できるD1／b2＜５
程度であるが、特に好結果が得られるのはCs＜
20mmの得られるD1／b2が約２或いはそれ以下の
条件の場合である。
の変化を示すグラフであり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び
Ｅ点は実測点を示してある。この図よりCsは
D1／b2に比例的に変化しており、D1／b2を小さ
くすればCsを直線的に著しく小さくでき、10mm
オーダーが容易に得られる。D1／b2の実用的範
囲としては、Cs≒30mmが確保できるD1／b2＜５
程度であるが、特に好結果が得られるのはCs＜
20mmの得られるD1／b2が約２或いはそれ以下の
条件の場合である。
第８図ａ，ｂは第７図におけるＡ点及びＣ点に
ついて軸上の距離Ｚに対する磁界分布Bz、電子
のYa軌道及び球面収差係数Csの変化を示したも
のである。尚、Ａ及びＣ点における磁極各部の主
なデイメンジヨンは次の通りである。
ついて軸上の距離Ｚに対する磁界分布Bz、電子
のYa軌道及び球面収差係数Csの変化を示したも
のである。尚、Ａ及びＣ点における磁極各部の主
なデイメンジヨンは次の通りである。
A. C.
D1＝20mm D1＝20mm
b2＝４mm b2＝14mm
b1＝２mm b1＝２mm
ｓ＝３mm ｓ＝３mm
ａ図とｂ図の比較より、Ａの場合強磁界で鋭い
磁界分布であるに対し、Ｃの場合では磁界ピーク
が低いのみならず半値幅も大きくブロードな磁界
分布となつている。球面収差係数CsはＡの場合
33mmに対し、Ｃの場合17mmとなり約半減してい
る。
磁界分布であるに対し、Ｃの場合では磁界ピーク
が低いのみならず半値幅も大きくブロードな磁界
分布となつている。球面収差係数CsはＡの場合
33mmに対し、Ｃの場合17mmとなり約半減してい
る。
電子顕微鏡の対物レンズにおける球面収差係数
低減の原則は高い磁界強度と狭い半値幅が常識と
なつている。しかし乍ら、上記結果から試料位置
が磁界から離れている場合には、この常識とは全
く逆に低い磁界ピークとゆるやかに減少する磁界
分布こそが小さい球面収差係数のための条件であ
ることがわかつた。これはYa軌道がレンズ磁界
に進入したとき既に大きな値を持つているため、
Ya4Bz4で増大する収差に対して、Bzが大きい場
合には上記項が著しく大きくなり、従つてBzを
できるだけ小さくすることが収差係数を小さくし
たものと考えられる。
低減の原則は高い磁界強度と狭い半値幅が常識と
なつている。しかし乍ら、上記結果から試料位置
が磁界から離れている場合には、この常識とは全
く逆に低い磁界ピークとゆるやかに減少する磁界
分布こそが小さい球面収差係数のための条件であ
ることがわかつた。これはYa軌道がレンズ磁界
に進入したとき既に大きな値を持つているため、
Ya4Bz4で増大する収差に対して、Bzが大きい場
合には上記項が著しく大きくなり、従つてBzを
できるだけ小さくすることが収差係数を小さくし
たものと考えられる。
所で、上記第８図ａとｂの比較よりわかるよう
に予想に反して磁界ピーク位置は殆んど変化して
いない。即ち本発明は前述の第２の方法、つまり
レンズ磁界のピークをできるだけ上磁極の下頂面
に近ずけることについて追究したものであるが、
実際にはピーク位置は変化せず、これとは全く異
なる理由、つまり低いピーク磁界とゆるやかに減
少する分布（半値幅が大きい）が球面収差を低下
させていることがわかつた。
に予想に反して磁界ピーク位置は殆んど変化して
いない。即ち本発明は前述の第２の方法、つまり
レンズ磁界のピークをできるだけ上磁極の下頂面
に近ずけることについて追究したものであるが、
実際にはピーク位置は変化せず、これとは全く異
なる理由、つまり低いピーク磁界とゆるやかに減
少する分布（半値幅が大きい）が球面収差を低下
させていることがわかつた。
以上詳述したように、本発明においては、上磁
極の孔径を小さくし、該上磁極より上方の漏洩磁
界の少ない位置へ磁性試料を置き、この試料を透
過した電子を上、下磁極間〓内に発生したレンズ
磁界によつて結像する対物レンズであつて、前記
上磁極の下頂面直径及び孔径を各々D1、b1とし、
下磁極の孔径をb2としたとき、 b1＜b2 とすると共に、前記D1とb2の比D1／b2を２以下
に設定したため、球面収差係数を極めて小さくす
ることができる。そのため、試料位置がレンズ磁
界の外にあるにも拘らず高い分解能の観察が可能
となり、磁性試料の観察に極めて好適である。
極の孔径を小さくし、該上磁極より上方の漏洩磁
界の少ない位置へ磁性試料を置き、この試料を透
過した電子を上、下磁極間〓内に発生したレンズ
磁界によつて結像する対物レンズであつて、前記
上磁極の下頂面直径及び孔径を各々D1、b1とし、
下磁極の孔径をb2としたとき、 b1＜b2 とすると共に、前記D1とb2の比D1／b2を２以下
に設定したため、球面収差係数を極めて小さくす
ることができる。そのため、試料位置がレンズ磁
界の外にあるにも拘らず高い分解能の観察が可能
となり、磁性試料の観察に極めて好適である。
第１図は一般的な電子顕微鏡の対物レンズ部を
示す図、第２図は試料による磁界分布の状態を示
す図、第３図は従来のレンズの主要部を示す図、
第４図は第３図に示すレンズの特性図、第５図は
本発明の原理説明を行なうための図、第６図は本
発明で用いる磁極の形状を示す図、第７図及び第
８図は本発明を説明する図である。 ４：上磁極、５：下磁極。
示す図、第２図は試料による磁界分布の状態を示
す図、第３図は従来のレンズの主要部を示す図、
第４図は第３図に示すレンズの特性図、第５図は
本発明の原理説明を行なうための図、第６図は本
発明で用いる磁極の形状を示す図、第７図及び第
８図は本発明を説明する図である。 ４：上磁極、５：下磁極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上磁極の孔径を小さくし、該上磁極より上方
の漏洩磁界の少ない位置へ磁性試料を置き、この
試料を透過した電子を上、下磁極間〓内に発生し
たレンズ磁界によつて結像する対物レンズであつ
て、前記上磁極の下頂面の直径及び孔径を各々
D1、b1とし、下磁極の孔径をb2としたとき、 b1＜b2 とすると共に、前記D1とb2の比D1／b2を２以下
に設定したことを特徴とする磁性試料観察用磁界
型対物レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5942982A JPS58176857A (ja) | 1982-04-08 | 1982-04-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5942982A JPS58176857A (ja) | 1982-04-08 | 1982-04-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58176857A JPS58176857A (ja) | 1983-10-17 |
| JPS6341184B2 true JPS6341184B2 (ja) | 1988-08-16 |
Family
ID=13113009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5942982A Granted JPS58176857A (ja) | 1982-04-08 | 1982-04-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58176857A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101244973B1 (ko) | 2008-09-18 | 2013-03-18 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 엘리베이터 시스템 |
-
1982
- 1982-04-08 JP JP5942982A patent/JPS58176857A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58176857A (ja) | 1983-10-17 |
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