JPH0534769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子線装置の試料保持装置を改良
して、狭い磁極間〓においても、試料を載置かつ
傾斜できるようにした、電子線装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電子線装置の一例として特に透過型電子
顕微鏡を挙げると、その構造例としては、一般的
に第１図に示すようなものがある。これは、電子
銃３と、集束レンズ５とを内蔵し、集束レンズ５
の下方に励慈コイル８，１０を備えた対物レンズ
９を配置し、さらにその下方に中間レンズ１１と
投影レンズ１２とを備えた顕微鏡本体１及び顕微
鏡本体１の下方に配置され且つ当該顕微鏡本体１
に固定されると共に内部に投影スクリーン１４を
配置した中空の室を１３を形成する観察室２から
成つている。顕微鏡本体１の中央部分には電子銃
３から発射された電子線の軸（以下、光軸とい
う）６に沿つて長手方向に延びる中空孔７が形成
されている。対物レンズ９は励磁コイル８によつ
て励磁される上側磁極１６と、この上側磁石１６
から下方へ所定の間隔をあけて配置され、励磁コ
イル１０によつて励磁される下側磁極１７とを有
し、上側磁極１６と下側磁極１７との間には試料
保持装置２０が挿入、引出し可能に配置される。

このような構成を有する透過型電子顕微鏡は、
その性能が年々向上し、分解能は固体試料の原子
的構造を結像するレベルまで向上して来ており、
一般には高性能電子顕微鏡と言われている。この
高性能電子顕微鏡では、対物レンズ９の収差係数
は極限にまで小さくされ、その値は、電子線の加
速電圧が100kVの電子顕微鏡では球面収差係数
C_S、色収差係数C_Cともに１mm（ミリメートル）
程度である。

ところで、電子顕微鏡の性能決定に重要な役割
を果す上記分解能は、理論的には次の式で表され
る。

δ＝0.65C_S ^1/4λ^3/4 ……(1) ここで、 δ：分解能（mm） C_S：対物レンズの球面収差係数（mm） λ：加速電子線の波長（mm） である。

この式からも明らかなように、固定のより忠実
な原子構造像を得るには、加速電圧を高くして電
子線の波長λを短くするか又は球面収差係数C_Sを
より小さくする必要がある。現状においては、電
子顕微鏡の最高の分解能は加速電圧が1000kV（キ
ロボルト）で得られており、このときの電子線の
波長は、λ＝8.7×10^-3Å、球面収差は、C_S＝２
〜３mmである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、電子線の波長λを小さくするには、
電子線の加速電圧を大幅に上昇させなければなら
ず、これを達成するためには製造コストが急激に
上昇する恐れがある。このため、1000kVの加速
電圧を生じさせることのできる高性能電子顕微鏡
は全世界で年間１〜２台程度生産されるに過ぎな
い。そこで、電子顕微鏡の分解能を経済的な問題
に左右されることなくより一層向上させるために
は、上記(1)式に基づき、球面収差C_Sを小さくする
必要がある。そして球面収差を小さくするために
最良の措置は、対物レンズ９の上下側磁極１６，
１７間距離を小さくし、試料保持装置２０上の試
料と磁極１６，１７との距離、つまりワーキン
グ・デイスタンスを短くすることである。しかし
ながらこのような措置を行うと、以下の如き問題
が新たに生じて来る。

即ち試料保持装置２０の試料保持部は、最小で
も光軸方向の厚みが２mm以上に設定されているこ
とである。この厚さは試料保持部に試料メツシユ
を載置固定し、試料傾斜作動部材を組込み、更に
その上原子像レベルの分解能を出し得るに十分な
防振性を持たせるために不可欠のものである。そ
して試料保持装置２０は、光軸６に対して横方向
から磁極間隙内に出し入れされる（いわゆるサイ
ドエントリ方式）から、対物レンズ９の磁極間隙
２mm以下には出来ないことになる。このような事
情により、従来においては磁極間隙の最小値はほ
ぼ２mmとし、これよりも小さくするような対策は
殆ど考慮されていなかつた。従つて対物レンズ９
の球面収差についても、磁極間隙を２mm以下にす
ればC_S＜１（mm）となることが分つていながら実
現化されていなかつた。

なお一つの解決策として、対物レンズ９の磁極
間隙を２mm以下とし、この磁極間に上側磁極１６
又は下側磁極１７の中空孔７を通して試料を光軸
６の方向に出入する（いわゆるトツプエントリ方
式）方法があるが、この場合は磁極における中空
孔７の径は、少なくとも５mm以上が実用上必要で
ある。このため逆に球面収差が大きくなるという
不具合が生じてしまう。

この発明は、このような従来の課題に着目して
なされたもので、その目的は２mm以下の対物レン
ズ磁極間〓内において、試料を最大限傾斜させ得
る試料保持部及び試料傾斜部材を有する、試料保
持装置を備えた電子線装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の課題を解決するための手段と
して、その構成を、截頭円錐状の上側磁極と、該
上側磁極から所定の間〓をあけて設けられた截頭
円錐状の下側磁極とを有する対物レンズと、該対
物レンズの磁極間〓内に配置する試料保持装置と
を備えた電子線装置において、前記試料保持装置
は、軸心を中心に回転可能に構成した保持棒と、
該保持棒の先端に一体的に設けられ中央部に収納
開口部を有し耐振性を有する充分な厚みを備えた
枠体からなり該枠体の先端に電子線装置本体の側
壁部に設けた受け部に回転可能に当接するための
当接部を有する試料保持部と、該試料保持部の前
記収納開口部内に配置され前記軸心と直交する方
向を軸として傾斜可能に前記試料保持部に保持さ
れる傾斜支持台と、試料を載置する試料メツシユ
を挿入するため前記傾斜支持台に設けられた穴部
とからなり、前記傾斜支持台は、該傾斜支持台の
傾斜に前記磁極が干渉しないように少なくとも該
磁極の頂面径よりも充分に広い領域において前記
試料及び前記試料メツシユを含めた全体の厚みを
前記磁極間〓より充分薄く構成することとした。

〔作用〕

次に本発明の作用を説明する。試料保持装置全
体を傾斜可能とし、また傾斜支持台の傾斜により
これに直交する第２の方向に傾斜可能としたの
で、試料メツシユに載置された試料を直交する２
方向に傾斜させることができる。また、耐振性を
有する充分な厚みを備えた試料保持部の先端に設
けた当接部で、側壁の受け部に当接させたので、
充分な防振性を持たせることができる。さらに、
試料支持台の傾斜に磁極が干渉しないように、少
なくとも磁極頂面径よりも充分に広い領域にわた
り試料及び試料メツシユを含めた全体の厚みを前
記磁極間〓より充分薄くしたので、試料を２方向
に傾斜させる角度を広い範囲の角度とすることが
できる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第３図は本発明の概念を説明する図であり、試
料保持装置２０は、上側磁極１６と上側磁極１６
から所定の間隙をあけて設けられた下側磁極１７
とを有する対物レンズ９の磁極間隙内に設けら
れ、また試料ホルダ１５に試料保持部２２を有し
ている。そして試料ホルダ１５の試料保持部２２
の略中央部には、対物レンズの磁極１６，１７の
磁極頂面径よりも充分に大きな開口を有する穴２
３があけられて、穴２３の内側壁から穴２３の内
方に張り出した棚部２５が設けられており、棚部
２５に、試料を載置する試料メツシユ２９が配置
固定されている。

上記の説明において、棚部２５は例えば0.5mm
程度の厚さに設定されており、それ以外の部分は
従来通り２mm或はこれ以上の厚さに設定される。
試料メツシユの厚さは0.2mm程度であるから、対
物レンズ磁極間隙の寸法を２mmより小さく設定し
てあつても試料保持装置の挿脱は楽に行える。ま
た、上記薄肉部を設けたことによる強度或は防振
性の低下等は、当該薄肉部以外の部分の厚みを大
きくとつておくことにより、充分補うことが出来
る。試料の傾斜は試料保持装置の保持棒部分を回
転させることにより行い得る。また試料保持部に
所定の形状の開口を設け、この開口内に上記穴を
あけた板を傾斜回転可能に取付けて傾斜支持体と
する一方、この傾斜支持体を対物レンズ磁極間隙
の外方位置で試料傾斜部材に連結し、上記保持棒
部分の回転による傾斜とは異なる方向への傾斜を
行えるようにすることもできる。

以下本発明の概念を、第２図によつて具体的に
説明すると、この実施例に係る電子線装置の試料
保持装置２０は、試料ホルダ１５と、試料ホルダ
１５上に載置される試料メツシユ２９と、試料メ
ツシユ２９を押圧固定するメツシユ押えスプリン
グ３２とから成る。試料ホルダ１５は、顕微鏡本
体１の側壁に回転可能に支持された保持棒２１
と、保持棒２１の先端部に一体的に設けられた試
料保持部２２とから成る。試料保持部２２の略中
央部分に設けられる穴２３は、その開口部が磁極
頂面径よりも充分に大きな径を有する円形、その
他所定の形状となつており、穴２３内側壁より半
径方向内方へ張り出した棚部２５は、穴２３の下
部に設けられている。また穴２３の内側壁には、
当該内側壁から半径方向外方に向けて切込まれた
溝２６が周方向に延びて形成され、穴２３の中央
部には電子線通過孔があけられている。

試料ホルダ１５の保持棒２１は、その軸心を中
心にして回転出来るよう、円柱形の棒体から成つ
ている。一方、保持部２２は、全体が２〜３mmの
厚さを有する板状体から成つている。この保持部
２２には更に、先端から穴２３にかけて所定の幅
寸法で削り取られた切欠部３７が形成され保持部
２２先端部分に0.5mm程度の薄肉部２４を形成し
ている。このように薄肉部２４が設けられている
ことは、試料保持装置２０を対物レンズ９の磁極
間隙に挿入するのに便利である。

切欠部３７の両側部後端には、溝２６の上側に
おいて、棚部２５を覆うようにして穴２３の開口
縁から半径方向内方へ向けて突出した係止部２
７，２８が形成されている。また薄肉部２４の先
端略中央部分には凹部３８が切り込み形成されて
いる。

試料メツシユ２９は、電子線が透過し得るよう
網目構造を有する試料載置部３１とこの試料載置
部３１を外側から支える合成樹脂製の支持部３０
とから成り、厚さは約0.2mm程度である。この試
料メツシユ２９は保持部２２の棚部２５上に置か
れると共に、その外周縁を溝２６内に嵌入させて
据付けられる。そして、試料メツシユ２９の上方
からは、メツシユ押えスプリング３２が穴２３内
に入れられ、その両側端を係止部２７，２８に係
合させて固定すると共に、試料メツシユ２９を棚
部２５へ向けて押え付け固定する。

かかる試料保持装置に対して、電子顕微鏡の対
物レンズ９は、第３図に示すように上下側磁極１
６，１７がそれぞれ開き角が60度前後の比較的急
傾斜の截頭円錐構造に形成され、両磁極間隙の寸
法ｄは２mm以下、例えば1.3〜1.5mmと、極小寸法
に設定されている。外側磁極１７には、磁極頂面
から所定の距離だけ離れた位置に、光軸６に直交
する方向に径寸法が約1.5mmの挿通孔３３が開設
してあり、この挿通孔３３内には支持棒３４にビ
ス３６止めされた対物絞り３５が挿入されてい
る。

かかる構成を有することから、本実施例におい
ては、試料メツシユ２９上に試料を載置し、試料
ホルダ１５を顕微鏡本体１の側筒部から磁極間隙
へ向け光軸６に直交する方向へ挿入する。試料ホ
ルダ１５の磁極間隙内に入る部分は、試料保持部
２２に装填された試料メツシユ２９及び試料を合
わせても１mm足らずの厚さしかない。したがつて
試料ホルダ１５は上記極小寸法に設定された磁極
間隙に充分に挿入させることが可能であり、これ
によつて試料メツシユ２９の中心を光軸に合わせ
ることができる。そして第４図に示すように、試
料ホルダ１５が所定位置に達したところで、試料
保持部２２先端に設けた凹部３８が、顕微鏡本体
１の対向側壁に取付け固定されたホルダ受３９に
係合し、こうして試料ホルダ１５が支持される。

いま、上下側磁極１６，１７における中空孔７
の孔径を0.7mm、最小磁極間隙寸方ｄを1.3mm、磁
極頂面径を２mm、磁極頂角60度の対物レンズにお
いて、加速電圧100kVで試料の観察を行つたとこ
ろ、球面収差係数C_Sは約0.3mmとなつた。また、
この状態において対物絞りを駆使した明視野像、
暗視野像、電子回折像は、従来の対物レンズにお
けると同様の容易さで得られた。このことから、
電子線の加速電圧を上昇させることなく、解像性
の良い原子構造像が得られることがわかる。な
お、保持棒２１の軸心を中心にして、当該保持棒
２１を回転させることにより、試料傾斜を行うこ
とが出来る。特に穴２３は対物レンズ磁極面の径
より、充分に大きな開口部を有するように開設し
てあるから、保持部２２の厚肉部が上下側磁極１
６，１７に干渉することなく、約±15°の試料傾
斜が得られる。

第５図及び第６図は本発明の実施例を示す図で
ある。即ち、試料ホルダ１５は、その試料保持部
２２の中央部分に矩形状の収納開口４０が形成さ
れると共に、その両側には一対のねじ孔４１が対
向して穿設されている。この収納開口４０内に
は、この収納開口４０に遊嵌し得る外形及び寸法
を有する板状の傾斜支持台４３が配置され、ねじ
孔４１に螺合させた止めねじ４２を、傾斜支持台
４３の両側に設けた受部４５に係合させることに
より、回転可能に支持される。傾斜支持台４３に
は、磁極頂面径より充分に大きな開口を有する穴
２３が設けられており、上記第１の実施例におけ
ると同様の棚部２５、溝２６が形成されている。
また、保持部２２の先端には切欠部３７及び凹部
３８を形成した薄肉部２４が形成され、傾斜支持
台４３には切欠部３７、薄肉部２４のそれぞれに
連続する様に切欠部４６薄肉部４４がそれぞれ設
けられている。なお試料メツシユ２９及びメツシ
ユ押えスプリング３２の構造及び取付け方法は、
上記第１の実施例におけると同様である。

かかる構成を有するため、本実施例に係る試料
保持装置２０もまた、上記第１の実施例における
と同様、試料ホルダ１５の磁極間隙内に入る部分
は、試料メツシユ２９及び試料を合わせても１mm
足らずの厚さしかない。したがつて、この試料ホ
ルダ１５は、極小寸法に設定された磁極間隙に充
分に楽に挿入することが可能である。そしてこの
実施例においては、試料ホルダ１５は、保持棒２
１を回転させることにより例えばＸ軸傾斜を行う
ことができ、又他方、止めねじ４２を回転させる
ことによりＸ軸に直交するＹ軸傾斜を行わせるこ
とが出来る。このため、上記第１の実施例におけ
るよりは、より一層バラエテイに富んだ試料観察
を行うことができる。

なお、上記実施例においては、透過型電子顕微
鏡の対物レンズ磁極ギヤツプ間に試料を挿入保持
するための保持装置について説明して来たが、走
査型電子顕微鏡においても分解能を向上させるた
めに、対物レンズ磁極間隙内に試料を挿入するこ
とがある。この様な場合においても、本発明を有
効に適用することができる。更に電子顕微鏡に限
らず、同様の機能を有する他の電子線装置にも適
用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、電子
線装置の試料保持装置を、軸心を中心に回転可能
に構成した保持棒と、該保持棒の先端に一体的に
設けられ中央部に収納開口部を有し耐振性を有す
る充分な厚みを備えた枠体からなり該枠体の先端
に電子線装置本体の側壁部に設けた受け部に回転
可能に当接するための当接部を有する試料保持部
と、該試料保持部の前記収納開口部内に配置され
前記軸心と直交する方向を軸として傾斜可能に前
記試料保持部に保持される傾斜支持台と、試料を
載置する試料メツシユを挿入するため前記傾斜支
持台に設けられた穴部とからなり、前記傾斜支持
台は、該傾斜支持台の傾斜に前記磁極が干渉しな
いように少なくとも該磁極の頂面径よりも充分に
広い領域において前記試料及び前記試料メツシユ
を含めた全体の厚みを前記磁極間〓より充分薄く
構成したため、試料傾斜に際して、試料ホルダの
試料保持部や傾斜部材が対物レンズに干渉するこ
となく、試料メツシユに載置された試料を直交す
る２方向に最大限に傾斜させることができ、ま
た、試料保持部に充分な防振性を持たせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来からの電子顕微鏡の一般的な構造
例を示す断面図、第２図は本発明の実施例に係る
電子線装置の試料支持装置の組付を示す斜視図、
第３図は、発明の構成と実施例における試料保持
装置を対物レンズ磁極間隙に挿入した状態を示す
断面図、第４図は上記の実施例における試料保持
装置を対物レンズ磁極間隙を挿入した状態を示す
平面図、第５図は本発明の第２の実施例に係る電
子線装置の試料支持装置の組付を示す斜視図、第
６図は上記第２の実施例における試料保持装置を
対物レンズ磁極間隙に挿入した状態を示す平面図
である。 ９……対物レンズ、１５……試料ホルダ、１６
……上側磁極、１７……下側磁極、２０……試料
保持装置、２１……保持棒、２２……試料保持
部、２３……穴、２５……棚部、２９……試料メ
ツシユ、３８……凹部（当接部）、３９……ホル
ダ受（受け部）、４０……収納部開口、４３……
傾斜支持台。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 截頭円錐状の上側磁極と、該上側磁極から所
   定の間〓をあけて設けられた截頭円錐状の下側磁
   極とを有する対物レンズと、該対物レンズの磁極
   間〓内に配置する試料保持装置とを備えた電子線
   装置において、 前記試料保持装置は、 軸心を中心に回転可能に構成した保持棒と、 該保持棒の先端に一体的に設けられ中央部に収
   納開口部を有し耐振性を有する充分な厚みを備え
   た枠体からなり該枠体の先端に電子線装置本体の
   側壁部に設けた受け部に回転可能に当接するため
   の当接部を有する試料保持部と、 該試料保持部の前記収納開口部内に配置され前
   記軸心と直交する方向を軸として傾斜可能に前記
   試料保持部に保持される傾斜支持台と、 試料を載置する試料メツシユを挿入するため前
   記傾斜支持台に設けられた穴部とからなり、 前記傾斜支持台は、該傾斜支持台の傾斜に前記
   磁極が干渉しないように少なくとも該磁極の頂面
   径よりも充分に広い領域において前記試料及び前
   記試料メツシユを含めた全体の厚みを前記磁極間
   〓より充分薄く構成したことを特徴とする電子線
   装置。