JPH0161228B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子線装置における電子線の照射方
法、特に対物レンズの励磁強度を一定に保つたま
まで試料に入射する照射電子線の集束角度を連続
的に可変出来るようにした電子線の照射方法に関
するものである。

近年、新材料の開発研究等において、当該材料
の組成を観察するのに集束電子線回折法という手
法が採用されている。このような観察法では試料
に入射する電子線束の集束角を種々変化させて回
折像を得、試料の内部構造を調べようとするもの
であるが、上記のように集束角を制御しながら試
料に照射し、当該試料を観察する方法は結晶の高
分解能像を得る場合にも有用である。

かかる電子線の照射方法を使用するための照射
系の従来例を第１図に示す。この照射系は、前方
対物レンズ体２及び後方対物レンズ体３から構成
された対物レンズ１の前方に一又は複数個の集束
レンズ４，５を配置し、これらの集束レンズ４，
５を通つた照射電子線６を、前方対物レンズ体２
と後方対物レンズ体３との間即ち対物レンズ１ギ
ヤツプ内に設置された試料７上へ集束させるよう
に構成されて成る。更に最終段集束レンズ５の近
傍には絞り８が配設され、対物レンズ１の励磁強
度を一定に保つた状態で試料７に入射する照射電
子線６の集束角を可変するようになつている。即
ち、第１図に示す電子線照射系では、電子線源の
実像を集束レンズ４によつて先ず電子線軸（以
下、便宜上光軸という）Ｏ上の点Ｐに結像し、次
いで最終段集束レンズ５によつて点Ｐと共役な点
Ｑに結像した後、前方対物レンズ２によつて試料
７上の点Ｒに所定の集束角でもつて結像するよう
になつている。試料７に入射する照射電子線６の
集束角を可変する場合には、絞り８の孔径を第１
図中実線で示す大きさから、他の大きさへと変化
させることによつて行なう。この様な集束角の可
変を行なうために、絞り８には通常３〜４個の孔
列を設けた可動絞りが用いられ、その時々必要に
応じて光軸Ｏに合わせた孔を入れ換えることがで
きるようになつている。

しかしながら、このような従来の電子線の照射
方法にあつては、試料７に入射する電子線６の集
束角を可変するために数個の孔列を設けた可動タ
イプの絞り８を操作して行なつていたため、上記
電子線６の集束角は段階的に変化せざるを得ず連
続的な角度変化を起させることは出来なかつた。
しかも集束角の可変段数は絞り８の形成した孔の
数で決り、せいぜい４段までの角度可変しか行な
うことが出来なかつた。

もちろん、絞り８の穴径切換えをせずに最終段
の集束レンズ５の励磁強度を変化させても集束角
を変化させることが出来るが、この場合には、第
２図に拡大して示すように、試料７上に出来る電
子線照射円の中の外縁部から中心点にかけての間
で、試料７へ入射する電子線６の入射角度が異な
り、例えば結晶の回折像を得ようとしても正しい
回折像が得られないという不具合があつた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなさ
れたもので、その目的は、対物レンズの励磁強度
を一定に保つた状態で試料に入射する照射電子線
の集束角度を連続的に可変することのできる電子
線の照射方法を提供し、上記従来の問題点を解決
することである。

本発明は、上記目的を達成するため、対物レン
ズの前方に電子線源側から第１段、第２段及び最
終段の順に少なくとも３段の集束レンズを配置
し、第１段集束レンズの励磁を一定に保つ一方、
第２段集束レンズと最終段集束レンズとの励磁を
互いに連動させ、最終段集束レンズの像点を対物
レンズの物点にほぼ一致するようにしたことを要
旨とするものである。第１段集束レンズと最終段
集束レンズとを互いに連動して励磁変化させるこ
とにより、第２段集束レンズの像点は励磁変化に
伴つて電子線軸の前後方向に移動するが最終段集
束レンズの像点は一定点に停止した状態に保つこ
とが出来る。上記第２段集束レンズの像点移動
は、当該第２段集束レンズを通つた後の電子線の
集束角度が可変されることを意味し、また上記最
終段集束レンズの像点の固定は、上記電子線の集
束角度の可変に対して対物レンズの励磁を一定に
保ち得ることを意味する。そして又、本発明の他
の態様では、最終段集束レンズと対物レンズとの
間に追加の電子レンズを配設し、最終段集束レン
ズによる電子線源の実像を追加電子レンズと前方
対物レンズ体とにより試料上に結像させるように
している。そして、上記追加電子レンズと前方対
物レンズとの合成縮小率を比較的小さくしておく
ことにより、試料の凹凸による最終段集束レンズ
の像点の変動範囲を小さく抑えることができる。

以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて
詳削に説明する。

第３図は、第１の発明を実施するための電子線
照射系の一実施例を示す図である。この照射系
は、対物レンズ１の前方位置に電子線源側から順
に第１段集束レンズ１０、第２段集束レンズ１１
及び最終段集束レンズ５となるように少なくとも
３段の集束レンズを配置し、第２段集束レンズ１
１近傍には所定の開口径を有する電子線束の断面
規制用の絞り１３を取付けている。第１段集束レ
ンズ１０は、電子線源の実像を、第３図中光軸Ｏ
上の点Ｓに結像するように励磁設定されている。
第２段集束レンズ１１は、点Ｓの実像を当該第２
段集束レンズ１１の後方の光軸Ｏ上の点P₁から
点Pnまでの任意の位置に結像し得る様励磁可能
となつている。第３段集束レンズ５は、第２段集
束レンズ１１の励磁変化によつて軌道変更された
電子線６を光軸Ｏ上の定点Ｑに集束させ、この位
置に電子線源の実像を結像させるべく、上記第２
段集束レンズ１１と連動して励磁変化出来るよう
になつている。対物レンズ１は前方対物レンズ体
２と後方対物レンズ体３とから成り、両対物レン
ズ体２，３の間には試料７が配設されている。前
方対物レンズ２には短焦点レンズが用いられるの
が好ましく、このレンズは、定点Ｑを物点とし、
ここから出た電子線６を試料７上の点Ｒに集束さ
せ、この位置に電子線源の実像を結像させるべく
励磁設定されている。第２段集束レンズ１１の近
傍に設けられた絞り１３には固定絞りが用いられ
てもよいし、可動絞りが設けられてもよい。なお
第１段集束レンズ１０の前方位置に更に幾つかの
集束レンズが配置されていてもよい。

かかる構成を有する照射系において、第１段集
束レンズ１０によつて光軸Ｏ上の点Ｓに集束さ
れ、この位置に電子線源の実像を結像した電子線
は、第２段集束レンズ１１によつて当該第２段集
束レンズ１１と最終段集束レンズ５との間の光軸
Ｏ上の所定範囲の点に集束される。この場合、第
２段集束レンズ１１がその可変範囲内における最
も弱い励磁に設定されたとき、電子線は符号６ａ
で示すように点P₁に集束する。他方、第２段集
束レンズ１１がその可変範囲内における最も強い
励磁に設定されたとき、電子線は符号６ｂで示す
ように点Pnに集束する。そして、この第２段集
束レンズ１１の励磁を最弱励磁から最強励磁へと
連続して或は段階的に変えて行けば電子線の径路
は符号６ａで示すものから符号６ｂで示すものに
まで変化し、結像点Ｐは点P₁から点Pnへと変化
する。

次に、第３段集束レンズ５では、その励磁強度
が第２段集束レンズ１１の励磁強度に対して関数
的に可変し、この第３段集束レンズ５の像点が常
に光軸Ｏ上の定点Ｑに保つようになつているた
め、第２段集束レンズ１１の励磁を如何ように変
化させても電子線６は定点Ｑに集束する。更にこ
の定点Ｑから放出された電子線６を前方対物レン
ズ体２により試料７上の点Ｒに結ぶ。前方対物レ
ンズ体２へ入射する電子線６は常に定点Ｑから放
出するため、対物レンズ１の励磁強度を常に一定
に保つておくことができる。

このような方法で電子線の照射も行なうと、例
えば第２段集束レンズ１１をその励磁可変範囲内
の最弱励磁にして点P₁に結像させた場合、これ
によつて得られた電子線６ａは試料７上に極めて
小さな集束角で結像する一方、第２段集束レンズ
１１を最強励磁にして点Pnに結像させた場合は、
これによつて得られた電子線６ｂは試料７上に比
較的大きな集束角で結像する。そして、第２段集
束レンズ１１による結像点Ｐが点P₁から点Pnま
で動く間に、試料７に入射する電子線の集束角は
10^-4radから10^-1radの範囲で順次可変制御され
る。

また、前方対物レンズ体２に短焦点レンズを用
いていることにより、当該前方対物レンズ体２の
球面収差を小さな値に抑えることができ好都合で
ある。何故なら、試料７に入射する電子線６の集
束角が大きくなると、前方対物レンズ体２の球面
収差が集束角度の三乗に比例して増大し、試料７
上の照射スポツト径が大きくなり、また照射円内
部における集束角の均質性が破壊される。前方対
物レンズ体２に短焦点レンズを用いれば、その球
面収差が小さくなるため、上記の如き不都合を回
避することができる。

また、この照射系において、第１段集束レンズ
１０の励磁強度を変化させ、当該第１段集束レン
ズ１０の結像点を点Ｓとは異なつた点（例えば後
方の点）S′に固定し、電子線６を上記と同様な手
法により試料７上の点Ｑに集束させることもでき
る。かかる操作は、絞り１３が第２段集束レンズ
１１近傍に設置されていることによつてはじめて
遂行可能となる。何故なら、絞り１３が最終段集
束レンズ５位置に設置されていると仮定すると、
絞り１３に当つた電子線は当該絞り１３によつて
カツトされるため、試料７に入射する電子線の集
束角を可変することが出来ないからである。一
方、絞り１３を第１段集束レンズ１０位置に設定
するとなると、電子線６に或る集束角を与えるた
めに必要な絞り１３の開口径は第３図からも明ら
かなように一桁小さくする必要があり、製作上の
問題が生じる。なお、上記の如く第１段集束レン
ズ１０の結像点を点Ｓから後方の点S′に変えた場
合の効果は点Ｒにおける照射円径の増大、即ち縮
小率の減少となつて現われる。

さらに、この実施例において、前方対物レンズ
体２の縮小率は1/20以下の範囲、（数値の上では
１／１５、1/10…というように大きくなる）で使用す
ることが好ましい。これは、試料７と前方対物レ
ンズ体２との間の距離を離すことによつて達成さ
れる。そして、かかる措置を施すことによつて試
料７の面の通常の凹凸に対する点Ｑの位置変動を
小さく抑えることができる。また、この点Ｑの位
置変動に照射系が対応できる様、第１段集束レン
ズ１０、第２段集束レンズ１１又は第３段集束レ
ンズ５のいずれかに励磁微調整手段を接続し、上
記いずれかの集束レンズを或る微小幅でもつて可
変出来るようにすることが好ましい。

第４図は、第２の発明を実施するための電子線
照射系の一実施例を示す図である。この照射系
は、最終段集束レンズ５と前方対物レンズ体２と
の間に追加の電子レンズ１２を設置し、この追加
電子レンズ１２と前方対物レンズ体２とによつて
一つの合成電子レンズを形成した点が上記第１の
発明の照射系と異なる。その他の構成及び当該構
成に基づく作用については上記第１の発明の場合
と同じである。

かかる構成を有する照射系において、追加電子
レンズ１２と、前方対物レンズ体２との合成縮小
率が1/20より小さくなる様に設定して上記第１の
発明における場合と同様な作用を行なわせる。こ
れにより、対物レンズ１の励磁強度を一定の値に
保ちながら試料７に入射する電子線６の集束角を
連続的に変化させることが出来る上、試料７の面
に凹凸があつた場合における点Ｑの位置変動を上
記第１の発明における場合と同じ様に適格に対応
させることが可能となる。追加電子レンズ１２の
効用は、対物レンズ磁極片を変更（交換）したり
或は試料７の位置を変更したりすることなく当該
追加電子レンズ１２の励磁強度を適当な値に設定
するだけで追加電子レンズ１２と前方対物レンズ
体との合成縮小率を1/20以下に選ぶことができる
ので対物レンズ磁極片の構造、及び試料７の位置
及び対物レンズの励磁強度の設定を、専ら結像系
の分解能が最もよい位置に優先的に選び得ること
にある。

以上説明したように、本発明によれば、電子線
装置の照射系において、最終段集束レンズとその
前方位置に設置された集束レンズとの励磁を互い
に連動させ、最終段集束レンズの結像点を前方対
物レンズの物点にほぼ一致させたため、対物レン
ズの励磁強度を可変することなく、試料に入射す
る電子線の集束角を可変することが出来るように
なつた。このため、新材料の開発研究等において
採用される集束電子線回折法、或は結晶の高分解
能像を得る場合等において、操作が簡単でしかも
細かく角度変化された観察像が得られることにな
り観察精度を向上させることができるという効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子線装置における電子照射系の一従
来例を示す図、第２図は上記従来の照射系におい
て最終段集束レンズの励磁強度を変化させた場合
における電子線源の結像状態を示す図、第３図は
第１の発明の実施に使用する電子線照射系を示す
図、第４図は第２の発明の実施に使用する電子線
照射系を示す図である。 １……対物レンズ、２……前方対物レンズ体、
３……後方対物レンズ体、５……最終段集束レン
ズ、６……電子線、７……試料、８，１３……絞
り、１０……第１段集束レンズ、１１……第２段
集束レンズ、１２……追加電子レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子線源と、前方対物レンズ体及び後方対物
   レンズ体から構成された対物レンズとを有する試
   料観察用の電子線装置の、対物レンズの前方に、
   電子線源側から第１段、第２段及び最終段の順に
   少なくとも３段の集束レンズを配置し、第１段集
   束レンズの励磁を一定に保つ一方、第２段集束レ
   ンズと最終段集束レンズとの励磁を互いに連動さ
   せ、最終段集束レンズの結像点を前方対物レンズ
   体の物点にほぼ一致するように固定したことを特
   徴とする電子線装置における電子線の照射方法。 ２ 第２段集束レンズ近傍には電子線束の断面を
   規制する絞りが設けてあることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電子線装置における電子
   線の照射方法。 ３ 最終段集束レンズは第２段集束レンズと連動
   して励磁変化すると共に、最終段集束レンズ自体
   で励磁を微小変化させるようになつていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の電子線装置における電子線の照射方法。 ４ 前方対物レンズ体の縮小率は1/20よりも小さ
   く設定されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の電子線装
   置における電子線の照射方法。 ５ 第１段集束レンズに複数ステツプの可変段数
   を設け、この複数ステツプのうちのいずれの励磁
   強度に対しても第２段集束レンズと第３段集束レ
   ンズとを連動制御して常に第３段集束レンズの結
   像点を定まつた位置に設定するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のい
   ずれかに記載の電子線装置における電子線の照射
   方法。 ６ 電子線源と、前方対物レンズ体及び後方対物
   レンズ体から構成された対物レンズとを有する試
   料観察用の電子線装置の、対物レンズの前方に、
   電子線源側から第１段、第２段及び最終段の順に
   少なくとも３段の集束レンズを配置する一方、最
   終段集束レンズと前方対物レンズ体との間に追加
   の電子レンズを設け、第１段集束レンズの励磁を
   一定に保つ一方、第２段集束レンズと最終段集束
   レンズとの励磁を互いに連動させて最終段集束レ
   ンズの像点を上記追加電子レンズの物点にほぼ一
   致させ、追加電子レンズ及び対物レンズの励磁強
   度を一定に保つたままで第２段集束レンズの励磁
   を可変することにより、試料に入射する電子線の
   集束角を可変するようにしたことを特徴とする電
   子線装置における電子線の照射方法。 ７ 追加電子レンズと前方対物レンズ体との合成
   縮小率は1/20よりも小さく設定されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の電子線装
   置における電子線の照射方法。 ８ 第１段集束レンズに複数ステツプの可変段数
   を設け、この複数ステツプのうちのいずれの励磁
   強度に対しても第２段集束レンズと第３段集束レ
   ンズとを連動制御して常に第３段集束レンズの結
   像点を定まつた位置に設定するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第６項又は第７項記載
   の電子線装置における電子線の照射方法。