JP2000306536A - 拡大結像レンズ系 - Google Patents
拡大結像レンズ系Info
- Publication number
- JP2000306536A JP2000306536A JP11114722A JP11472299A JP2000306536A JP 2000306536 A JP2000306536 A JP 2000306536A JP 11114722 A JP11114722 A JP 11114722A JP 11472299 A JP11472299 A JP 11472299A JP 2000306536 A JP2000306536 A JP 2000306536A
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- Japan
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- lens
- position control
- lens system
- disposed
- diaphragm
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸外収差を最小に抑えることができる拡大結
像レンズ系を提供すること。 【解決手段】 Ｌ1の作る中間像の位置に絞り位置制御
レンズＬAが配置されており、Ｌ2での電子線の軌道がな
るべく低くなるように、言い換えれば、軌道がＬ2の中
心を通るようにＬAの強さが設定される。この結果、Ｌ2
の軸外収差が最小限に抑えられる。これは等価的に、Ｌ
2の位置に絞りを置いたことに相当する。
像レンズ系を提供すること。 【解決手段】 Ｌ1の作る中間像の位置に絞り位置制御
レンズＬAが配置されており、Ｌ2での電子線の軌道がな
るべく低くなるように、言い換えれば、軌道がＬ2の中
心を通るようにＬAの強さが設定される。この結果、Ｌ2
の軸外収差が最小限に抑えられる。これは等価的に、Ｌ
2の位置に絞りを置いたことに相当する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、透過型電子顕微
鏡（ＴＥＭ）や、光電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）や、低エネ
ルギー反射電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）等の拡大結像レンズ
系に関する。
鏡（ＴＥＭ）や、光電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）や、低エネ
ルギー反射電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）等の拡大結像レンズ
系に関する。
【０００２】
【従来の技術】 透過型電子顕微鏡や、光電子顕微鏡
や、低エネルギー反射電子顕微鏡等の拡大結像レンズ系
において、高倍率の条件では、対物レンズの軸上収差
（球面収差、色収差）で全体の性能がほとんど決まって
しまうのに対し、低倍率の条件では、各レンズの軸外を
電子線が通るので、低倍になればなるほど軸外収差（コ
マ、非点、像面湾曲、歪曲）を小さく抑えるのが難しく
なる。
や、低エネルギー反射電子顕微鏡等の拡大結像レンズ系
において、高倍率の条件では、対物レンズの軸上収差
（球面収差、色収差）で全体の性能がほとんど決まって
しまうのに対し、低倍率の条件では、各レンズの軸外を
電子線が通るので、低倍になればなるほど軸外収差（コ
マ、非点、像面湾曲、歪曲）を小さく抑えるのが難しく
なる。
【０００３】従来、低倍のレンズ条件を決める際は、次
のような手順がとられている。まず、所定の倍率になる
ような各レンズ強度の組み合わせを１つ求め、全系とし
ての軸外収差を評価する。もし軸外収差が許容範囲に入
ればそれを採用し、そうでない場合は、軸外収差に関し
て寄与の大きいレンズを見つける。そして、そのレンズ
の収差が小さくなるような、あるいは他のレンズとの間
で打ち消し合うような電子軌道になるように、各レンズ
の強さの組み合わせを変えていく。
のような手順がとられている。まず、所定の倍率になる
ような各レンズ強度の組み合わせを１つ求め、全系とし
ての軸外収差を評価する。もし軸外収差が許容範囲に入
ればそれを採用し、そうでない場合は、軸外収差に関し
て寄与の大きいレンズを見つける。そして、そのレンズ
の収差が小さくなるような、あるいは他のレンズとの間
で打ち消し合うような電子軌道になるように、各レンズ
の強さの組み合わせを変えていく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、この
作業は、自由度が多いために極めて複雑なものとなり、
経験と勘を要するものである。また、レンズ強度の組み
合わせだけで軸外収差を許容範囲に抑えることは、常に
可能とは限らない。
作業は、自由度が多いために極めて複雑なものとなり、
経験と勘を要するものである。また、レンズ強度の組み
合わせだけで軸外収差を許容範囲に抑えることは、常に
可能とは限らない。
【０００５】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、軸外収差を最小に抑えることができ
る拡大結像レンズ系を提供することにある。
ので、その目的は、軸外収差を最小に抑えることができ
る拡大結像レンズ系を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 この目的を達成する本
発明の拡大結像レンズ系は、電子線通路に沿って順次配
置される第１および第２のレンズと、前記第１のレンズ
と第２のレンズの間に配置された角度制限絞りと、前記
第１のレンズのつくる中間像の位置に配置された絞り位
置制御レンズを備えた拡大結像レンズ系であり、前記絞
り位置制御レンズは、前記第２のレンズの軸外収差が最
小となるように制御されることを特徴とする。
発明の拡大結像レンズ系は、電子線通路に沿って順次配
置される第１および第２のレンズと、前記第１のレンズ
と第２のレンズの間に配置された角度制限絞りと、前記
第１のレンズのつくる中間像の位置に配置された絞り位
置制御レンズを備えた拡大結像レンズ系であり、前記絞
り位置制御レンズは、前記第２のレンズの軸外収差が最
小となるように制御されることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】 さて、本発明の実施の形態につ
いて説明する前に、まず、本発明の考え方について説明
する。
いて説明する前に、まず、本発明の考え方について説明
する。
【０００８】一般に拡大結像レンズ系には、試料の各点
から出る電子の出射角をある範囲に制限するための絞り
が必要で、この絞りの径は通常、空間分解能が最良にな
るような値に設定される。
から出る電子の出射角をある範囲に制限するための絞り
が必要で、この絞りの径は通常、空間分解能が最良にな
るような値に設定される。
【０００９】透過型電子顕微鏡ではこの絞りは対物レン
ズの後焦点面に置かれ、対物絞りと呼ばれるが、以下の
説明においては一般に、角度制限絞りと呼ぶことにす
る。なお、光電子顕微鏡のように、電子が試料の各点か
らほぼ等方角的に放出される場合は、角度制限絞りが焦
点面にある必要はない。
ズの後焦点面に置かれ、対物絞りと呼ばれるが、以下の
説明においては一般に、角度制限絞りと呼ぶことにす
る。なお、光電子顕微鏡のように、電子が試料の各点か
らほぼ等方角的に放出される場合は、角度制限絞りが焦
点面にある必要はない。
【００１０】軸上収差、すなわち球面収差と色収差は、
試料面の光軸上の点から出た電子の開き角で決まるの
で、上述した角度制限絞りをどこに置くかは本質的では
ない。しかし、軸外収差は一般にこの角度制限絞り位置
の関数であり、ある軸外収差は特定の絞り位置で零とな
ることがあり、またそうでないものも、最小となる絞り
位置が存在する。
試料面の光軸上の点から出た電子の開き角で決まるの
で、上述した角度制限絞りをどこに置くかは本質的では
ない。しかし、軸外収差は一般にこの角度制限絞り位置
の関数であり、ある軸外収差は特定の絞り位置で零とな
ることがあり、またそうでないものも、最小となる絞り
位置が存在する。
【００１１】よって、軸外収差を全て考慮した場合、そ
れらの影響を合わせたものが最小になるような絞り位置
というものが存在することになる。しかし、この最適絞
り位置は倍率ごとに変わってしまう。そこで、倍率に応
じて絞りを最適位置に移動するという手法がまず考えら
れるが、これはもちろん現実的ではない。
れらの影響を合わせたものが最小になるような絞り位置
というものが存在することになる。しかし、この最適絞
り位置は倍率ごとに変わってしまう。そこで、倍率に応
じて絞りを最適位置に移動するという手法がまず考えら
れるが、これはもちろん現実的ではない。
【００１２】現実的なものとして考え出されたのが本発
明であり、本発明の手法は、拡大結像レンズ系の中間像
面位置に、レンズを１個追加することである。この中間
像位置に置かれたレンズは、像面の位置、および全体の
倍率には影響を与えず、等価的に角度制限絞り位置を移
動させる働きをする。つまり、像位置と倍率を不変に保
ったままで、軸外収差だけを変化させることが可能とな
る。そこで、倍率ごとにこのレンズの強度を最適値に設
定すれば、軸外収差を常に最小にすることができる。以
下では、このレンズを絞り位置制御レンズと呼ぶ。
明であり、本発明の手法は、拡大結像レンズ系の中間像
面位置に、レンズを１個追加することである。この中間
像位置に置かれたレンズは、像面の位置、および全体の
倍率には影響を与えず、等価的に角度制限絞り位置を移
動させる働きをする。つまり、像位置と倍率を不変に保
ったままで、軸外収差だけを変化させることが可能とな
る。そこで、倍率ごとにこのレンズの強度を最適値に設
定すれば、軸外収差を常に最小にすることができる。以
下では、このレンズを絞り位置制御レンズと呼ぶ。
【００１３】以上、本発明の考え方について説明した
が、以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説
明する。
が、以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説
明する。
【００１４】図１は、本発明の拡大結像レンズ系の一例
を示した図であり、この拡大結像レンズ系を備えた透過
型電子顕微鏡を示した図である。
を示した図であり、この拡大結像レンズ系を備えた透過
型電子顕微鏡を示した図である。
【００１５】図１において、１は電子銃であり、電子銃
１で発生した電子線は集束レンズ２で集束されて試料３
を照射する。
１で発生した電子線は集束レンズ２で集束されて試料３
を照射する。
【００１６】試料３の後段には、試料を透過した電子を
結像する第１のレンズ（対物レンズ）Ｌ1が配置されて
おり、第１のレンズＬ1の後焦点面には角度制限絞り４
が配置されている。また、第１のレンズＬ1の作る中間
像の位置には、絞り位置制御レンズＬAが配置されてい
る。
結像する第１のレンズ（対物レンズ）Ｌ1が配置されて
おり、第１のレンズＬ1の後焦点面には角度制限絞り４
が配置されている。また、第１のレンズＬ1の作る中間
像の位置には、絞り位置制御レンズＬAが配置されてい
る。
【００１７】絞り位置制御レンズＬAの後段には第２の
レンズＬ2が配置されており、その後段の最終像面には
螢光板５が配置されている。
レンズＬ2が配置されており、その後段の最終像面には
螢光板５が配置されている。
【００１８】以上、図１の透過型電子顕微鏡の構成につ
いて説明したが、図３は、絞り位置制御レンズＬAを有
していない従来の透過型電子顕微鏡を示した図である。
この従来の電子顕微鏡においては、第１のレンズＬ1の
拡大作用の結果として、第２のレンズＬ2での電子線の
軌道が高くなり（光軸から遠ざかる）、軸外収差はＬ2
の発生するものが主となる。
いて説明したが、図３は、絞り位置制御レンズＬAを有
していない従来の透過型電子顕微鏡を示した図である。
この従来の電子顕微鏡においては、第１のレンズＬ1の
拡大作用の結果として、第２のレンズＬ2での電子線の
軌道が高くなり（光軸から遠ざかる）、軸外収差はＬ2
の発生するものが主となる。
【００１９】そこで、本発明においては図１に示すよう
に、Ｌ1の作る中間像の位置に絞り位置制御レンズＬAが
配置されており、Ｌ2での電子線の軌道がなるべく低く
なるように、言い換えれば、軌道がＬ2の中心を通るよ
うにＬAの強さが設定される。この結果、Ｌ2の軸外収差
が最小限に抑えられる。これは等価的に、Ｌ2の位置に
絞りを置いたことに相当する。
に、Ｌ1の作る中間像の位置に絞り位置制御レンズＬAが
配置されており、Ｌ2での電子線の軌道がなるべく低く
なるように、言い換えれば、軌道がＬ2の中心を通るよ
うにＬAの強さが設定される。この結果、Ｌ2の軸外収差
が最小限に抑えられる。これは等価的に、Ｌ2の位置に
絞りを置いたことに相当する。
【００２０】実際には、第２のレンズＬ2は、中間レン
ズ系と投影レンズを合わせた複数のレンズからなってい
るが、この場合でも軸外収差に関しての倍率ごとの最適
絞り位置が存在することは同じであり、その位置に等価
的に絞りが来るように倍率ごとにＬAの強さを設定すれ
ばよい。
ズ系と投影レンズを合わせた複数のレンズからなってい
るが、この場合でも軸外収差に関しての倍率ごとの最適
絞り位置が存在することは同じであり、その位置に等価
的に絞りが来るように倍率ごとにＬAの強さを設定すれ
ばよい。
【００２１】以上、図１の装置について説明したが、こ
の例では、Ｌ1にとっての絞り位置はＬAによって変わら
ず、Ｌ2に対しての絞り位置のみがＬAの強さによって変
化する。もしＬAの使用によってＬ2の軸外収差を小さく
できても、残ったＬ1の軸外収差が問題になる場合もあ
り得る。この時は、図２に示すように、まず現実の角度
制限絞りをＬ1の主面付近に置き、その絞り位置の共役
面がＬ2の位置（Ｌ2が複数のレンズから成るときは、そ
れらの軸外収差を合わせたものが最小になる位置）にな
るようにＬAを設定すればよい。これによって、Ｌ1とＬ
2の両方の軸外収差が最小化される。
の例では、Ｌ1にとっての絞り位置はＬAによって変わら
ず、Ｌ2に対しての絞り位置のみがＬAの強さによって変
化する。もしＬAの使用によってＬ2の軸外収差を小さく
できても、残ったＬ1の軸外収差が問題になる場合もあ
り得る。この時は、図２に示すように、まず現実の角度
制限絞りをＬ1の主面付近に置き、その絞り位置の共役
面がＬ2の位置（Ｌ2が複数のレンズから成るときは、そ
れらの軸外収差を合わせたものが最小になる位置）にな
るようにＬAを設定すればよい。これによって、Ｌ1とＬ
2の両方の軸外収差が最小化される。
【００２２】また、図２の場合と同じ事であるが、現実
の角度制限絞りをＬ2の主面に一致させて置き、この絞
り位置の共役面がＬ1の主面に一致するようにＬAを設定
してもよい。例えばＬ1が静電レンズ、あるいは電磁場
重畳型のレンズである場合、そのレンズの中心に現実の
角度制限絞りを入れるのは一般に難しく、そのような場
合はこの方法が有効である。
の角度制限絞りをＬ2の主面に一致させて置き、この絞
り位置の共役面がＬ1の主面に一致するようにＬAを設定
してもよい。例えばＬ1が静電レンズ、あるいは電磁場
重畳型のレンズである場合、そのレンズの中心に現実の
角度制限絞りを入れるのは一般に難しく、そのような場
合はこの方法が有効である。
【００２３】さて、図４〜６は、図１〜３に対応した実
際の収差計算例を示した図である。各図において、上が
電子軌道と各レンズの作る軸上磁場分布を示し、下が最
終像面での収差図形である。なお、レンズはすべて標準
的な磁界レンズを仮定している。
際の収差計算例を示した図である。各図において、上が
電子軌道と各レンズの作る軸上磁場分布を示し、下が最
終像面での収差図形である。なお、レンズはすべて標準
的な磁界レンズを仮定している。
【００２４】図６に示すように、従来においては大きな
歪曲が目立ち、さらに試料上の一点から出たビームのボ
ケも軸外に行くにしたがって大きくなっている。
歪曲が目立ち、さらに試料上の一点から出たビームのボ
ケも軸外に行くにしたがって大きくなっている。
【００２５】これに対し、図１の装置では、図４に示す
ように、ボケに関する軸外収差はまだ残っている（この
例では、主として像面湾曲収差）が、Ｌ2の軸外収差は
最小化されている。
ように、ボケに関する軸外収差はまだ残っている（この
例では、主として像面湾曲収差）が、Ｌ2の軸外収差は
最小化されている。
【００２６】そして、図２の装置では、図５に示すよう
に、Ｌ1の軸外収差まで最小化されることによって、図
１の装置における収差は問題のない大きさになってい
る。
に、Ｌ1の軸外収差まで最小化されることによって、図
１の装置における収差は問題のない大きさになってい
る。
【００２７】以上、本発明を透過型電子顕微鏡に適用し
た場合について説明したが、本発明をＬＥＥＭやＰＥＥ
Ｍ等にも適用することができる。
た場合について説明したが、本発明をＬＥＥＭやＰＥＥ
Ｍ等にも適用することができる。
【００２８】すなわち、試料に電子線を照射し、試料か
ら発生した反射電子に基づく像をスクリーンに結像させ
るＬＥＥＭや、試料に紫外線等を照射し、試料から発生
した光電子に基づく像をスクリーンに結像させるＰＥＥ
Ｍにおいて、それらの結像レンズ系に本発明を適用すれ
ば、中間像面位置と倍率に影響を与えずに、軸外収差を
最小に抑えることができる。
ら発生した反射電子に基づく像をスクリーンに結像させ
るＬＥＥＭや、試料に紫外線等を照射し、試料から発生
した光電子に基づく像をスクリーンに結像させるＰＥＥ
Ｍにおいて、それらの結像レンズ系に本発明を適用すれ
ば、中間像面位置と倍率に影響を与えずに、軸外収差を
最小に抑えることができる。
【図１】 本発明の拡大結像レンズ系の一例を示した図
である。
である。
【図２】 本発明の他の例を示した図である。
【図３】 従来の透過型電子顕微鏡を説明するために示
した図である。
した図である。
【図４】 図１の装置における実際の収差計算例を示し
た図である。
た図である。
【図５】 図２の装置における実際の収差計算例を示し
た図である。
た図である。
【図６】 図３の装置における実際の収差計算例を示し
た図である。
た図である。
１…電子銃、２…集束レンズ、３…試料、４…角度制限
絞り、５…螢光板、Ｌ 1…第１のレンズ、Ｌ2…第２のレ
ンズ、ＬA…絞り位置制御レンズ
絞り、５…螢光板、Ｌ 1…第１のレンズ、Ｌ2…第２のレ
ンズ、ＬA…絞り位置制御レンズ
Claims (3)
- 【請求項１】 電子線通路に沿って順次配置される第１
および第２のレンズと、前記第１のレンズと第２のレン
ズの間に配置された角度制限絞りと、前記第１のレンズ
のつくる中間像の位置に配置された絞り位置制御レンズ
を備えた拡大結像レンズ系であり、前記絞り位置制御レ
ンズは、前記第２のレンズの軸外収差が最小となるよう
に制御されることを特徴とする拡大結像レンズ系。 - 【請求項２】 電子線通路に沿って順次配置される第１
および第２のレンズと、前記第１のレンズの主面付近に
配置された角度制限絞りと、前記第１のレンズのつくる
中間像の位置に配置された絞り位置制御レンズを備えた
拡大結像レンズ系であり、前記絞り位置制御レンズは、
前記第２のレンズの軸外収差が最小となるように制御さ
れることを特徴とする拡大結像レンズ系。 - 【請求項３】 電子線通路に沿って順次配置される第１
および第２のレンズと、該第２のレンズの主面上に配置
された角度制限絞りと、前記第１のレンズのつくる中間
像の位置に配置された絞り位置制御レンズを備えた拡大
結像レンズ系であり、前記絞り位置制御レンズは、前記
角度制限絞り位置の共役面が前記第１のレンズの主面に
一致するように制御されることを特徴とする拡大結像レ
ンズ系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11114722A JP2000306536A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 拡大結像レンズ系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11114722A JP2000306536A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 拡大結像レンズ系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000306536A true JP2000306536A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=14644994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11114722A Withdrawn JP2000306536A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 拡大結像レンズ系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000306536A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012049120A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-03-08 | Jeol Ltd | 荷電粒子ビーム装置 |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11114722A patent/JP2000306536A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012049120A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-03-08 | Jeol Ltd | 荷電粒子ビーム装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060704 |