JPS6342456Y2

JPS6342456Y2 -

Info

Publication number: JPS6342456Y2
Application number: JP13429581U
Authority: JP
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1988-11-07
Also published as: JPS5841570U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は電子線装置の対物レンズ、特に電子顕
微鏡をはじめとする各種電子線装置の対物レンズ
に種々の機能を与え、いくつかの用途に対応でき
るようにする技術に関するものである。

電子線装置の性能を決める要因としては各種の
要素が考慮されるが、このような要素の一つとし
て電子線装置が互いに異なつた各種の用途に応じ
られることが挙げられる。例えば電子線装置とし
て高性能透過型電子顕微鏡についてみると、当該
電子顕微鏡には次のような各種機能が要求されて
いる。

(1) 試料傾斜なしで超高分解能が得られること
（分解能が２Å程度で、球面収差係数が0.5mm程
度まで小さくできる）。

(2) 試料傾斜が30゜で高分解能が得られること
（分解能が2.5Å程度で、球面収差係数が1.5mm
程度まで小さくできる）。

(3) 試料傾斜が60゜で高分解能が得られること
（分解能が3.0Å程度で、球面収差係数が3.0mm
程度まで小さくできる）。

(4) 極微細照射電子線の径が10Å以内であるこ
と。

(5) 極微細照射電子線を用いて高分解能二次電子
線像（分解能15Å〜30Å）が得られ、さらに高
分解能STEM像（分解能15Å程度）が得られ
ること。また、200Å領域でのＸ線分析が可能
であり、さらに30Å領域での電子線回析像が得
られること。

(6) 極微細照射電子線を用いてBulk試料（５mm
×30ｍ×５mmの方形片）の二次電子像が得ら
れ、またＸ線分析が可能であること。

他方、従来の電子顕微鏡においては、上記の様
な各種機能の全てを一台で満足させることはでき
なかつた。例えば、上記諸機能のうち、第(1)項の
機能を満足するためには、対物レンズの球面収差
係数を0.5mm以内であることが条件となり、その
ためには、対物レンズの磁極片の極間隙を２〜３
mmに縮小する必要がある。このような狭い間隙の
中では、試料の傾斜が大幅に制限されてしまつた
り、大きな試料が入らない等の問題が起つて来
る。そこで従来においては、上記各項目のうちの
一項目又は二，三項目の機能を有する磁極片を電
子顕微鏡とは別体にアタツチメントとして用意し
ておき、磁極片を取換えることによつてそれぞれ
異なつたモードの観察を行つていた。しかし、上
に挙げた(1)乃至(6)項のモードの全てを観察するた
めには少なくとも４回の磁極片取換えが必要（上
記(4)，(5)，(6)項は１個の磁極片で対応し得る）で
あり、操作が極めて繁雑であつた。特に、電子顕
微鏡において磁極片を取換えようとすると、その
度毎に、電子顕微鏡内部の真空を破り、鏡筒を分
解又は局部的に分解しなければならないのに対
し、電子顕微鏡の試料を中心とする部分は、試料
ステージ、対物絞り、冷却トラツプ、軸合せ用コ
イル、走査用コイル、Ｘ線分析用の検出器、反射
電子検出器、二次電子検出器等が複雑に、しかも
狭い空間の中に集積してあり、磁極片の交換作業
を至難なものにしている。したがつて、これまで
のところ、電子顕微鏡の使用者実態調査に基づく
と、上記磁極片の交換をなし得ている使用者は数
パーセントに止まつており、他の使用者は単機能
の電子顕微鏡で我慢するとか、或は電子顕微鏡を
二台以上購入するとかによつて対処していた。

しかし、前者による場合は、使用者のニーズが
電子顕微鏡によつて完全には満足されないため、
充分な試料観察が行えないという不都合が生じ、
又後者の場合は、経済的に大きな負担を使用者に
強いることになるという不具合が生じていた。

そしてまた、従来において、電子線装置の対物
レンズはレンズ本体に対して磁極片を固定してい
るため、磁極片と試料との間の距離、とりわけ下
側磁極片と試料との間の距離は試料を操作して上
下動させ、調節していた。しかし、試料を支える
試料ステージは試料傾斜装置を組込むのが普通で
あり、かかる試料傾斜装置を使つて、観察点を逃
がすことなく試料傾斜をすることが出来るメリツ
トがある反面、この試料傾斜装置が高度に精密な
機構から出来ているため試料を上下動させる機能
まで含ませることは技術的に、又空間的に極めて
難かしい事となる。そのため、これまでの電子線
装置では試料の上下動は僅かしか出来ず、試料と
磁極片との間の距離の調節は充分になされていな
かつた。

本考案は、上記の様な各種問題点に鑑みなされ
たもので、その目的は、電子顕微鏡をはじめとす
る電子線装置用に、上下側磁極片の内側部を可動
に構成し、これらの双方の磁極片の可動部分を互
いに連結固定することにより、上下側磁極片間距
離は一定に保ちながら、磁極片と試料との間の距
離調節を行い得るようにし、対物レンズの球面収
差係数及び軸収差係数の改善を容易にして上記従
来の問題点を解決することである。

そして本考案は、電子線装置の対物レンズにお
いて、上下磁極片間に比較的大きな吸引力が加わ
つても、当該磁極片をしつかり固定しながら上下
動させ得る構造とし、電子線装置の精度維持を図
ることを第２の目的としている。

本考案の要旨は、上側及び下側磁極片のいずれ
も可動型磁極片とし、且つこれらの上側及び下側
磁極片の可動部を、該可動部に固着した連結片に
よつて互いに連動し得るように連結しておくと共
に、一方の磁極片の可動部を駆動機構に接続し、
この駆動機構の操作より上側又は下側の磁極片の
うちいずれか一方を上下動させれば他の磁極片も
又、一定の距離を保ちつつ同様に上下動し、試料
に対する磁極片の位置を相対的に変化させ得る様
にしたことにある。上側及び下側磁極片は、磁極
外部筒と、当該磁極外部筒に対して摺動可能に支
持された磁極内部筒とから構成され、この磁極内
部筒が磁極片の可動部分を為している。上下側の
磁極外部筒はそれぞれレンズ本体にしつかりと固
定される一方、互いに磁気吸引力によつて光軸方
向に位置ずれを起さないよう隔離片によつて支え
られている一方、上下側の磁極内部筒も又連結片
によつて一体的に結合されると共に、この一体化
した磁極内部筒を駆動機構に接続している。この
ため、可動機構を操作すれば、上下側の磁極内部
筒が互いに一定の距離を保ちつつ上下動し、試料
に対する磁極片の相対位置を変化させて対物レン
ズの各種収差を変化させ、最も試料観察に適した
状況を作ることが出来るのである。また、これに
加えて、上下の磁極片が一体的に連結された構造
になることにより両者間における偏心を最小限に
抑えることができるという利益も得ることができ
る。

本考案の実施例を添付の図面を参照して詳細に
説明する。

第１図及び第２図は、本考案の一実施例を示す
図である。この実施例に係る電子線装置の対物レ
ンズは、上下方向に所定の間隙５０を形成する一
方、この間隙５０に交わる光軸に沿つた電子線経
路５，６を形成し、又磁極片を収容するための腔
１２，３６を形成した継鉄１と、間隙５０をはさ
んで上下側にそれぞれ対称に配置固定された上側
磁極コイル２及び下側磁極コイル３と、間隙５０
内において中心軸に位置合わせすると共に、上下
対向に所定のギヤツプを形成して配置した上側磁
極片７及び下側磁極片３１と、これらの上側磁極
片７及び下側磁極片３１間のギヤツプ内に配置さ
れた試料ステージ２３及び絞り２４とから成る。
継鉄１は、当該継鉄１に開設した腔１２，３６の
内部に上側磁極片７及び下側磁極片３１を挿入固
定できる様、一部が分割可能になつており、この
実施例においては、継鉄１の上半側中央部が腔１
２に緊密に嵌入し得る中央継鉄４によつて構成さ
れている。そして、継鉄１は磁気コイル２，３と
共に対物レンズのレンズ本体を構成している。

上側磁極片７は、当該上側磁極片７の固定部を
形成するため中央継鉄４の下側において、継鉄１
の腔１２内に嵌入せしめられ、当該継鉄１に一体
的に取付固定された上側磁極外部筒８と上側磁極
外部筒８内に摺動可能に支持された上側磁極内部
筒９とから構成される。上側磁極外部筒８は、中
心部において先端から基端にかけて軸方向に延び
る貫通孔１０が形成された、略截頭円錐体の筒体
から成り、継鉄１に形成された腔１２内に圧入等
の方法で嵌入されている。上側磁極外部筒８を腔
１２内に嵌入するには、腔１２の周壁に沿つて切
欠溝１３を形成し、この切欠溝１３内に超弾性合
金を成形して成るリング状のカラー１４を装填
し、このカラー１４内に上側磁極外部筒８を押し
込むことによつて取付ける。これにより、上側磁
極外部筒８と腔１２との間のはめ合いの隙間を、
上側磁極外部筒８の外周に沿つて均一にすること
ができる。

一方、上側磁極内部筒９は、その中心部におい
て軸方向に延びる孔１１が形成され、截頭円錐形
状、即ちテーパ状の頭部９ａと、この頭部９ａに
連続した胴体部とから成り、胴体部において上側
磁極外部筒８の貫通孔１０内で、当該上側磁極外
部筒８内壁に緊密に接合しながら摺動することが
できる。

他方、下側磁極片３１は、当該下側磁極片３１
の固定部を形成するため、間隙５０の下側に当る
継鉄１の中央部において、継鉄１に形成した腔３
６内に嵌入固定した下側磁極外部筒３２と、下側
磁極外部筒３２内に摺動可能に支持された下側磁
極内部筒３３と、下側磁極内部筒３３を下側磁極
内部筒３２内で摺動操作する駆動機構とから成
り、上記上側磁極片７と同様、一つの可動型の磁
極片を構成している。

下側磁極外部筒３２は、中心部を貫通して延び
る貫通孔３４が形成された、略截頭円錐体状の筒
体から成り、継鉄１に形成された腔３６内に圧入
等の方法で嵌入されている。下側磁極外部筒３２
を腔３６内に嵌入するには、腔３６の周壁に沿つ
て切欠溝３７を形成し、この切欠溝３７内に超弾
性合金を成形して成るリング状のカラー３８を装
填し、このカラー３８内に下側磁極外部筒３２を
押し込むことによつて取付ける。これにより、下
側磁極外部筒３２と腔３６との間のはめ合いの隙
間を、下側磁極外部筒３２の外周に沿つて均一に
することができる。

一方、下側磁極内部筒３３は、中心部において
軸方向に延びる孔３５が形成され、截頭円錐形状
の頭部３３ａと、この頭部３３ａに連続した胴体
部とから成り、胴体部において下側磁極外部筒３
２の貫通孔３４内壁に緊密に接合しながら摺動す
ることができる。この下側磁極内部筒３３の胴体
部基端の外周には、ネジ部３３ｃが形成され、ま
た底面にはガイド穴４３が穿設されている。

そして、これらの下側磁極外部筒３２と下側磁
極内部筒３３との間において、下側磁極外部筒３
２に開設した貫通孔３４には、先端部がやや先細
りになる様、テーパ部３２ａが設けられている。
他方、下側磁極内部筒３３の胴体部先端付近に
は、上記下側磁極外部筒３２のテーパ部３２ａに
対応するテーパ部３３ｂが形成されており、下側
磁極内部筒３３が下側磁極外部筒３２内を先端方
向に向かつて最も進んだとき、下側磁極内部筒３
３が下側磁極外部筒３２の貫通孔３４にほぼ完全
に補合して下側磁極内部筒３３の中心軸合わせ、
即ち下側磁極片３１の芯出しを行うようになつて
いる。

また、下側磁極外部筒３２内には、駆動機構４
８として内側面に上記ネジ部３３ｃに螺合するネ
ジ４６が形成されたクラウンギア４１が配置して
あり、このクラウンギア４１はベース部材３９に
よつて回転可能に取付けられ、下側磁極内部筒３
３に係合している。このクラウンギア４１はま
た、外周部分にラツク構造のギア歯４５を有して
いる。これに対して、継鉄１の外部から内部へ向
けて回転可能な駆動棒４２が延設されており、当
該駆動棒４２の先端にはギア歯４５に噛合するピ
ニオン４４が形成されている。こうして駆動棒４
２とクラウンギア４１とは、駆動棒４２を回転さ
せてこの回転をクラウンギア４１に伝え、クラウ
ンギア４１のネジ４６を介して下側磁極内部筒３
３を上下動させる駆動機構を構成している。ベー
ス部材３９には、下側磁極内部筒３３に穿設した
ガイド穴４３に嵌入するガイドピン４０が固定取
付けされ、クラウンギア４１の回転によつて下側
磁極内部筒が回転しないようにしている。

このように構成された上側磁極片７と下側磁極
片３１との間には、試料ステージ２３と、試料か
ら散乱された電子線を所定の範囲で絞り作動する
対物絞り２４とが配設されている。対物絞り２４
は、継鉄１の外側から内側へ向けて延設された絞
り支持体２５によつて支持される。絞り支持体２
５は、先端部で対物絞り２４を支持する一方、基
端部２６は、間隙５０内を高真空に保つため、継
鉄１の外周面に溝２９を形成すると共に、この溝
２９内にＯ−リング２８を配置して成るシール部
に当接して保持される。また、絞り支持体２５の
基端部２６は、継鉄１の側壁に設けたフランジ部
１ａに取付けた調節ねじ２７に当接せしめられ、
この調節ねじ２７を作動させることによつて絞り
支持体２５の高さ調節をすることができるように
なつている。

また、上側磁極片７と下側磁極片３１との間に
おいて、上側磁極外部筒８と下側磁極外部筒３２
との間には非磁性体材料から出来た隔離片４７が
介装してあり、上側磁極外部筒８と下側磁極外部
筒３２とを一体構造にしている。このため、上下
両側の磁極外部筒８，３２は、互いの中心軸を一
旦整合させれば、その後は中心軸がずれることは
なくなり、電子経路５，６と連続して正確な電子
軌道を作る。また、上下側磁極片７，３１間に加
わつた強大な吸引力を、上下側磁極外部筒８，３
２の嵌合固定部と共にこの隔離片４７で支持する
ことができる。もちろん、上に述べた駆動棒４２
及び絞り支持体２５が隔離片４７を貫通して延び
ることができる様、隔離片４７には所定の部位に
孔が開設してある。

さらにまた、上側磁極片７と下側磁極片３１と
の間において、上側磁極内部筒９と下側磁極内部
筒３３との間には非磁性体材料から出来た連結片
１５が介装してあり、上側磁極内部筒９と下側磁
極内部筒３３とを一体的に連結し両部材が一体と
なつて移動できるようにしている。なお、ここに
述べた実施例においては、上側磁極片７では、内
部筒９は外部筒８に対して大ストロークで移動で
きる様円筒形の貫通孔１０に係合している一方、
下側磁極片３１では外部筒３２に開設した貫通孔
３４の上端部位置にテーパ部３２ａを設け、内部
筒３３が上方即ち突出方向へ所定以上移動しない
ように規制しているが、これは互いに逆の関係に
構成することも可能である。また下側磁極片３１
についても上側磁極片７と同様な構造にし、内部
筒９，３３の移動ストロークを大きくすることも
できる。また上側磁極内部筒９と下側磁極内部筒
３３とが連結片１５により一体的に上下移動する
ことに伴い、絞り支持体２５の上下調節部材２
６，２７，２８も連動して作動するようにしてお
くことが好ましい。

したがつて、試料観察時において、駆動棒４２
を操作してクラウンギア４１を回転させると、こ
のクラウンギア４１に螺合した下側磁極内部筒３
３がクラウンギア４１の回転度合に応じて貫通孔
３４内を上下動する。これに応じて上側磁極内部
筒９も又、下側磁極内部筒３３と共に当該下側磁
極片内部筒３３と一定の間隔を保ちながら上下動
する。したがつて、試料ステージ２３と磁極片
７，３１との間では、上記磁極内部筒９，３３の
上下動によつて、恰も磁極間隙内で試料ステージ
２３が上下移動したのと同じ状況になり、磁極片
７，３１に対する試料位置を変化させることがで
きる。しかもこの試料位置の変化は、試料ステー
ジ２３を操作することなく行われるから試料ステ
ージ２３を複雑な機構にする必要はなく、しかも
磁極片７，３１に対する試料の移動ストローク
は、上記磁極内部筒９，３３の移動ストロークを
大きくとることにより、増大させることができ
る。

第２図は、上記のように上下側の磁極内部筒
９，３３を一体的に上下方向に移動させた時の、
対物レンズの球面収差Csと色収差Ccの変化を示
すグラフである。この図において、横軸は下側磁
極片３１の頂面と試料との間の距離Zoの変化を
示し縦軸は球面収差Cs、色収差Ccをそれぞれ示
す。この図からも明らかなように、Zoが小さく
なるに従い、収差の改善は顕著となる。よつて、
最高の分解能を得るためには、Zoを最小にして
使うのが好ましい。このとき、試料傾斜は大きく
制限される。他方、試料の傾斜角を大きくとりた
い場合には、Zoを磁極間隙長の1/2近辺にとり、
試料が両磁極片の中央部に来る様にする。そして
又、上下側の磁極内部筒９，３３を移動させZo
の値を変化させることにより、対物レンズのＳ−
ゾーン、Ｆ−ゾーン、及びCO点を必要に応じて
使いわけることができる。CO点では、1nｍ（＋
１×−７＝10^-9ｍ）の照明径と高分解能透過電子
線像を同時にえられ、微小部分析、２次電子走査
像、STEM像を得られる等の特徴を有する動作
点である。他方、CO点での観察にあつては、照
明径を大きくとることが困難であり広視野像が得
られないという不利益もある。

一方、Ｆ−ゾーンでは、1μｍ程度の最小照明
径しか得られないため、微小部の分析には不向き
であるが、照明径が比較的大なることにより、広
視野像を容易に得ることができる。また、Ｓ−ゾ
ーンでは、レンズの収差が小さくなるので、高分
解能像を得ることが出来る上、中程度の広視野像
を得るのに充分な程度の照明径は得られる。

こうして、試料ステージ２３を所定位置に固定
したまま、当該試料ステージ２３を上下動させた
のと同様の作動を対物レンズに行わせることが出
来、各種ゾーンでの各々違つた目的の観察を行う
ことができる。特に磁極内部筒を上下に移動させ
るようにしたことにより、この磁極片駆動用の機
構は比較的簡単な構造にすることが出来、更に移
動ストローク即ちZoのとり得る値の範囲を大き
くすることが可能となる。また上下側の磁極片が
一体化されて移動するため、当該移動の前後で磁
極片と試料との間に偏心が生じず、常時一定の視
野を得ることが出来る。さらに、このような利点
に加えて、上下側の磁極片の可動部を一体化させ
ていることにより、対物レンズの構造上、上側磁
極と下側磁極との間の偏心を極めて小さな値（約
2μｍ程度）に抑えることができ、対物レンズの
性能向上に寄与することが可能である等種々の効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例に係る電子線装置
の対物レンズの構造を示す断面図である。第２図
は本考案の実施例において、上下側磁極片の移動
量に対する球面収差及び色収差の変化を示すグラ
フ図である。１……継鉄、２……上側磁極コイル、３……下
側磁極コイル、７……上側磁極片、８……上側磁
極外部筒、９……上側磁極内部筒、１５……連結
片、３１……下側磁極片、３２……下側磁極外部
筒、３３……下側磁極内部筒。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

レンズ本体部と、このレンズ本体部に取付けら
れ、上下方向に所定のギヤツプを置いて対向して
いる一対の磁極片７，３１と、これらの磁極片７
３１間のギヤツプ内に配置された試料ステージ２
３とを有する対物レンズにおいて、前記一対の磁
極片７，３１を、磁極外部筒８，３２と、当該磁
極外部筒８，３２に対して上下方向に摺動可能な
磁極内部筒９，３３とから構成するとともに、上
下側の各磁極内部筒９，３３を連結片１５によつ
て互いに一体的に結合し、かつ該磁極内部筒９，
３３のいずれか一方の基端部外周にネジ部３３Ｃ
を設け、このネジ部３３Ｃに螺合するネジ４６を
形成し外周部分にラツク構造のギア歯４５を有す
るクラウンギア４１と、このクラウンギア４１の
ギア歯４５に噛合するピニオン４４を有する駆動
棒４２とからなる駆動機構を係合し、当該駆動機
構の操作により上下側の磁極片７，３１の磁極内
部筒９，３３を一体的に上下動させ試料ステージ
２３と磁極片７，３１との間の距離を可変にした
ことを特徴とする電子線装置の対物レンズ。