JPS5821064Y2 - デンシセンソウチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は試料の微小部分を分析し或は観察するための走
査型電子顕微鏡に関する。

即ち電子線をレンズにより試料上のきわめて小さな点に
収束させて試料面を走査し、試料から出る種々な放射線
を捕捉する装置である。

この型の装置では電子線を小さく絞る程高分解能即ち高
倍率の像が得られる。

この種の電子線装置は電子線を収束させるレンズ系の構
成によって二段収束型と三段収束型とがあり、後者は前
者よりも電子線をより小さな点に収束させることが容易
なので高倍率の装置に適している。

他方二段型はレンズ系の軸合せの調整が三段型に比し容
易であり従って使い易い。

またこの種の装置では比較的低倍率から高倍率まで一つ
の装置で使えるようにしたいと云う要求もある。

しかるに二段型、三段型夫々に上述したよ５ ｔｘ利害
得失があるので、二段型を採用するにしても三段型を採
用するにしても共に充分満足のできる装置は得られなか
った。

本考案はこのような状況に鑑みレンズ構成としては三段
型でありながら軸調整が容易であり、比較的低倍率から
高倍率までカバーできるような走査型電子顕微鏡を提供
しようとするものである。

第１図は縦軸に電子線の収束径を採り、横軸に電子線電
流（試料電流）を採って二段型と三段型の比較をしたも
ので、イが二段型の特性曲線、口が三段型の特性曲線で
ある。

イの曲線を電子線電流Ｏの所まで外挿してみれば判るよ
うに二段型は電子線を絞る能力において三段型より劣っ
ている。

こＳで走査型電子顕微鏡のような電子線装置の特性を第
１図のように電子線電流と電子線径との関係として表わ
すのは次のような点で便利だからである。

第２図は走査型電子顕微鏡の電子光学系を示し、１．２
．３は上から順に第１．第２．第３レンズでＧは電子線
源、Ｓは試料である。

今第２レンズ２を透過する電子線量が＝定とすると、電
子線径を小さくしようとすると縮小投影の縮小率を小さ
くするわけだから、第２レンズによる電子線束の収束点
は上方に移動し第２レンズに近くなる。

それにつれてこの収束点における電子線束の広り角が大
きくなり、第３レンズ３の絞り（第３レンズの下に示さ
れており符号なし）を通過できる電子線量が少くなり、
電子線電流が減少する。

即ち電子線径と電子線電流とは関数関係にあり、他方試
料から放出される２次電子の検出信号によって映像を構
成する場合には電子線電流は少くてもよいが、試料から
出るＸ線を分光して検出して映像信号とする場合等には
電子線電流は大きいことが望まれる。

このため成る電子線電流でどの位の電子線径が得られる
かと云うことが一つの関心事となる。

また上述したように電子線径を小さく絞ろうとすると電
子線電流が減少すると云う特性を示すが、二段型と三段
型を比較する場合、第２図によって説明すると、第２図
で点線は第ルンズ１を使用しない場合の電子線束を示し
ており、実線が第ルンズを用いた場合の電子線束を示し
、第ルンズによってｇ点に収束し、線源Ｇから開き角す
で出た線束の開き角はｇ点で角度ａに拡大される。

一般に各レンズとも絞りを有し、開き角がａに拡大され
た電子線束は外周部分が第２レンズの絞りＦでカントさ
れる結果、Ｇ点から絞りＦを望む開き角θ内に含まれる
電子線束でも（第ルンズがなければ全部第２レンズを透
過できるのに）外周部分は第２レンズを透過できなくな
り、同じ縮小率とした場合でも電子線電流は二段型より
少（なり、第１図イ９口のような関係になる。

所で第１図で縦軸は電子線径であるが、電子線径によっ
て鮮鋭な像が得られる限界倍率が走るので、縦軸は倍率
をも表わしており、下の方程高倍率が実現できる。

そこで図で特性曲線イの左端の黒丸を付した点Ａにおけ
る電子線径より上（即ち低倍率側）では三段型を用いる
意味はなく二段型で充分なことが判る。

またＡ点より下（高倍率側）でも倍率を連続的に可変と
することを考えず、唯特性曲線口の左端の黒丸を付した
Ｂ点における電子線径に対応する倍率だけを実現するこ
とにすれば、三段レンズの中の一つはそれに電流を通す
か通さないか（電磁レンズの励磁電流）の切換えのみと
し、Ａより低倍率側では実質的に二段型として使用し、
三段型ではＢに相当する倍率だけを得ることにすれば、
少くとも低倍率側における軸合せの調整は二段型と同程
度に容易になる。

これが本考案の第一の原理である。

次に本考案では高倍率のときのみ通電するレンズを第１
レンズ１ち電子銃に最も近いレンズとした。

この構成で通常は第ルンズは通電されず、第２．第３レ
ンズのみによる二段型として使われ、軸合せの調整は電
子銃と第２のレンズに対してのみ行なわれる。

（第３のレンズはレンズ鏡筒に対して固定される）。

次に第ルンズに通電した場合、第ルンズは厳密には軸合
せがしてないから、第ルンズによる電子線源の像は、電
子線源と第２、第３レンズを連ねる光軸より若干ずれた
位置に結ばれることになるが、第１〜第３レンズは各段
とも縮小投影系なので、このずれの影響は第２゜第３レ
ンズを経る毎に縮小されるから問題とならない。

第ルンズによって収束された電子線束の発散角が（縮小
投影されているので）大きく、従って上記ずれがあって
も確実に第２．第３レンズと電子線は通って行くことが
できる。

この関係が第２図に示されている。

点線で示す電子線束は第ルンズを使わないとき、実線の
電子線束は第ルンズも使つときで、第ルンズ１の軸調整
が不充分であるので、線源Ｇの像はｇにできており、光
軸Ｘよりｅだけずれている。

また縮小投影系であるからｇにおける電子線束の発散角
ａは電子線源Ｇにおける電子線の発散角すより大きいか
ら、ｅのずれがあっても電子線束は第２．第３レンズを
通過できる。

またｅのずれは第２．第３レンズの投影縮小率を１／Ａ
、１／Ｂとすれば試料上ではｅ／Ａ−Ｂのずれになる
に過ぎない。

次に実施例によって本考案を説明する。

第３図で４は電子銃外筒、５はフィラメント、６は加速
電極で、これらによって電子線源部が構成され、電子線
源部と第ルンズ１とは一体的に結合され、レンズ鏡筒７
に位置調整可能に固着されている。

第１レンズ１は磁極が上下非対称で比較的大きな開口に
も拘らずパワーが強い特徴を有する。

第２レンズ２は鏡筒７に対し位置の微調整機構を有する
。

この機構の代りに磁石を用いてもよい。第３レンズ３は
鏡筒７に対して固定されており、他の線源部、第２レン
ズの位置調整において位置の基準となる。

第ルンズ１は第２．第３レンズ２゜３とは独立のスイッ
チ８によって電源Ｅに接続され、スイッチ８によって二
段型、三段型の切換えが行われる。

以上の構成で、軸合せの調整は第ルンズ１に通電しない
二段型の状態で電子線源部と第ルンズ１の結合体及び第
２レンズ２の位置の微調整によって行われ、電子線源部
４と第ルンズ１との間は工作精度に任せた嵌合によって
相対的に位置が固定している。

本考案は上述したような構成で、三段のレンズのうち第
１段をオンオフ型として、低倍率域では第ルンズは通電
せず二段型として用いることにより、三段型における軸
合せ調整の困難さを排除し、しかも三段型の高倍率をも
得ることができ、簡単な調整で広い倍率範囲をカバーで
きる電子線装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は収束電子線の径と電子線電流の関係を示すグラ
フ、第２図は本考案の作用を説明する図、第３図は本考
案の一実施例装置の側面図である。 １・・・・・・第ルンズ、２・・・・・・第２レンズ、
３・・・・・・第３レンズ、４・・・・・・電子銃外筒
、Ｉ・・・・・・鏡筒、８・・・・・・電子線装置の二
段、三段切換スイッチ、Ｇ・・・・・・電子線源、Ｓ・
・・・・・試料。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電子線源部と第ルンズと第２レンズと第３レンズとをこ
   の順に配置して電子線の縮小投影系を構威し、電子線源
   部と第ルンズとを一体的に結合してこの結合体と第２レ
   ンズとをレンズ鏡筒に対し軸合せ位置調整可能とし、第
   ２．第３レンズに対して独立なスイッチを介して第ルン
   ズを電源に接続し、第１．第２．第３の各レンズとも通
   電の状態と、第ルンズのみ不通電の状態が得られるよう
   にすると共に、第ルンズの励磁電流は一−’）の電流値
   のみ可能とし、第２．第３レンズの励磁電流は調節可能
   とした走査型電子顕微鏡。