JPS599842A - 磁性試料観察用磁界型対物レンズ - Google Patents
磁性試料観察用磁界型対物レンズInfo
- Publication number
- JPS599842A JPS599842A JP57118814A JP11881482A JPS599842A JP S599842 A JPS599842 A JP S599842A JP 57118814 A JP57118814 A JP 57118814A JP 11881482 A JP11881482 A JP 11881482A JP S599842 A JPS599842 A JP S599842A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic pole
- sample
- magnetic
- objective lens
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/14—Lenses magnetic
- H01J37/141—Electromagnetic lenses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は磁性試料をレンズ磁界に晒すことなく高分解能
で観察Jることの可能な新規な対物レンズに関する。 一般に電子顕微鏡においては、高倍率、高分解能を冑る
ために試料を対物レンズの1&極間隙内に配置して観察
している。しかし、試料が鉄鋼等の強磁性体である場合
には、この試料が強いレンズ磁界の中で磁化され”(作
る不均一磁界のため、電子線照射に関しては、ビームシ
フト、傾斜並びに非点収差の発生があり、又結像に関し
ては像の逃げ、光軸のずれ並びに非点収差による像のぼ
で観察Jることの可能な新規な対物レンズに関する。 一般に電子顕微鏡においては、高倍率、高分解能を冑る
ために試料を対物レンズの1&極間隙内に配置して観察
している。しかし、試料が鉄鋼等の強磁性体である場合
には、この試料が強いレンズ磁界の中で磁化され”(作
る不均一磁界のため、電子線照射に関しては、ビームシ
フト、傾斜並びに非点収差の発生があり、又結像に関し
ては像の逃げ、光軸のずれ並びに非点収差による像のぼ
【)を生ずる。
このような問題を避けるために従来は試料の周りを鉄で
囲み、レンズ場は試料よりはるか下方に生ずるようにな
して磁性試料を観察している。しかし乍ら、前述した如
く透過電子顕微鏡で解像度の良い像を観察できる大ぎな
理由の一つが試料を強いレンズ磁界中に入れるというこ
とである以上、この重要な条件を外してしまった装置で
は、収差(特に球面収差)が著しく大きくなり、又倍率
も低下し、高分解能、高侶率という目的は達成できない
。 所で、試料とレンズ磁界とが離れている場合の球面収差
を小さくする条件として当然ではあるがレンズ磁界をで
きるだり試料に近づけることがあげられる。しかし乍ら
、試料に磁界を付加しないでレンズ磁界を試料に近づけ
るには、レンズ磁極の厚さの問題や試料ホルダーの大き
さの問題があって大きな制限を受けることは容易に理解
できることである。 而して、本発明者は先に通常のレンズとは全く逆にレン
ズ磁界のピーク値を低くし、その半値幅を広げることに
より球面収差係数を著しく小さくづることができること
を見出した。このレンズは下磁極の穴径b2に対する上
磁極の下頂面径D1の比を小さく(例えばOr/bzを
2以下にする)するもので、Di/b2=2において球
面収差係数20mm以下を達成している。 本発明はこのレンズを更に発展させたもので、特に対物
レンズ上磁極の肉厚を薄くすることなく球面収差係数を
小さくし得る新規なレンズを提供するものである。本発
明の構成は上磁極の孔径を小さくし、該上磁極より上方
の漏洩磁界の少い位置へ磁性試料を置き、この試料を透
過した電子を上、下磁極間隙内に発生じたレンズ磁界に
よって結像する対物レンズであって、前記上磁極の下頂
面直径をD+、下磁極の孔径をb2としたときDlをb
2の数倍又はそれ以下に設定すると共に、上下磁極間隔
Sをパラメータとなし、該間隔Sを3InIN以上とな
した磁性試料観察用磁界型対物レンズに特徴がある。 以下本発明の一実施例を添付図面に基づき前述する。 第1図は本発明で用いられる磁極の形状を示すもので、
1は上磁極、2は下1iIs極であり、両者は図示しな
いが実際には非磁性のスペーサにより一体化されている
。又、これら磁極はヨークに接続され、励磁コイルによ
り励起された磁束がヨーク、上磁極、磁極間隙、下磁極
及びヨークによって形成される磁気回路を流れるように
構成されている。 3は上磁極1に光軸に対し垂直に穿たれた試料挿入穴で
あり、周知の試料ホルダー(図示せず)により試料4が
保持され、この挿入穴内に導入される。尚、図中の記号
b1は上磁極1の磁極孔径、b2は下磁極2の磁極孔径
、Dlは下磁極の下頂面直径、D2は下磁極の頂面直径
、θ1は上磁極傾斜面の下頂面となす角度、θ2は下磁
極傾斜面の頂面となり角度、dは試料挿入穴のi径、[
は上磁極の肉厚、つまり上磁極上頂面と挿入穴との最短
距離、込は上磁極上頂面と試料との間隔、Sは両磁極の
間隔を示しである。 さて、斯かる構造のレンズにおいて、試料4部位への磁
界の侵入は3つのルートを通して生ずるものと考えられ
る。その第1は上磁極1の磁極孔(孔径b1)からの侵
入、第2は試料挿入穴31fiらの侵入、第3は上磁極
の磁気飽和による漏洩磁束の張り出しである。第1の問
題に対しては孔径btを小さくすれば良く、そ−の目安
としては磁極孔径b1を磁極肉厚tより小さくすること
である。 第2の問題に対しては挿入穴3ができるだけ小さく、且
つその開口部は磁極1頂面部よっできるだけ離れている
ことが127ましい。その−1こめに、上磁極の傾斜面
の角度はあまり大きくできず、又下磁極2の頂面直径D
2にも限界があり、できるだ【プ小さいことが好ましい
。第3の問題については、特に磁極先端部に磁束が集中
するので、肉厚[についでは十分な配慮が必要である。 即ち、試料とレンズ磁界とを近づ番プようとして肉厚t
を傳<ツると、漏洩磁束は著しく増大するので、t(ま
ある値(3〜4mm)以下にはできない。 以上の条件を考慮して例えばe+=17.5°。 j =3mm、 b 1= 2mmのレンズを作ッlc
場合、D+/b2=0.6(D+=12mlll、bz
=20mm> 、 s =3mmとして球面収・差係数
Csは3Qmmを越えており、決して充分なものではな
い。 本発明者は種々実験を重ねた所、磁極間隔Sが球面収差
係数Qsを小さくするパラメータとなっており、Sを3
111I11より大きくすることにより著しくOsを減
少させ得ることを見出した。 第2図はSをパラメータにして軸上位置にll151る
(E sの変化を示す実験例であり、横軸Zは軸上位置
を示し、7=Oは試料を置いた位置である。 尚、上記実験はb + =2mm、 b 2 =20m
m。 f)+=14mm、θ+ =17.5°、t=4mm。 Q=(3n+mの場合である。図中、へ曲線はs=3m
lIl。 8曲線はs=5mm、C曲線はs=7mm、D曲線は5
=9111111.E曲線は5=12++un、F曲線
はS=1<mmの場合であり、図かられかるようにSが
大きくなるにつれて球面収差係数C8は急激に小さくな
り、[曲線(S = 12mm)の場合、z=orC8
は約19mmにまで小さくなっている。 第3図は7がある値における球面収差係数C3と焦点距
離fの変化を磁極間隔Sに関しブL】ツ1へしたもので
、C31,f +はZ−0(つまり之−6mm>の場合
であり又Cs 2 、 f 2 ハZ−−1゜5mm(
つまりQ=4.5+nm)の場合である。この図かられ
かるように、Sが3mm程度より大きくなるとO8は急
激に低下しており、C8+の場合。 s=3mmで約30mm、C3zの場合s=3mmテ約
17mmが得られており、Sとしては3 mmPi!度
以上であれば実用に供し得ることがわかる。又、C31
の曲線においては、S−12mrn付近で、C32につ
いてはs = 9 mmイ:J近で極小値をもち、それ
より大きい側ではC3が増大している。つまり、之の約
2倍付近【こC3の極小値が存在している。従って磁極
間隔Sとしではg、の2倍付近を使用りることが好まし
い。一方焦点距離fについてはfI。 [2共類似のカーブをとり、Sの増加に伴って増大して
いる。 所で、上磁極1の下頂面から試料までの距1llIl之
についてであるが、この値は磁極の厚さtと試料ホルダ
ーの構造によって決定される。磁極の厚さtは試料付近
の漏洩f4近の磁界を少くづるために3mm〜4mmが
最低限必要となるので、込の値は第3図で示したように
4.5mm程度が下限になる。 もし、試料に大角度の傾斜をIうえるようなホルダーを
用いるときはボルダ−が磁極片へ接触するのを防止づる
為に92は大きくせざるを得ず、この場合第2図の7−
〇、つまりM−5mm付近が実用的となる。いずれにし
ても球面収差係数C3は20mm以下が達成できる。 以上詳述した如く、本発明は試料を上磁極より子方の漏
洩磁界の少い所に置き、上磁極の下頂面uj径D1を下
磁極の孔径b2の数倍又はそれ以下に設定したレンズに
おいて、上下磁極の間隔Sをパラレメータとなし、その
値を3InII1以上にすることを特徴とするもので、
これにより、試料位置へのレンズ磁界の漏洩を極力少く
した状態で、球面収差係数2Qmm以下を実現でき、従
って磁性試料を鮮明に月つ高分解能で観察できる。 尚、上記の数値は加速電圧が200KVの場合について
であるが、異なる加速電圧に対重る各部の寸法に対して
は既知の方法によりスフ−リングを行なえば良い。その
結果、理論上使用し得る磁極間隔Sは3mmより小さい
範囲も有り得るが、現実には対物レンズ絞りの挿入を考
えるとSは3II1m稈度が限度となる。即ち、対物絞
りは後焦点面に近いことが好ましいがSが小さくなると
その条件から大きく外れ、コントラストの低下や視野カ
ットが著しくなるので実際には前述の3mm程度が下限
となるのである。
囲み、レンズ場は試料よりはるか下方に生ずるようにな
して磁性試料を観察している。しかし乍ら、前述した如
く透過電子顕微鏡で解像度の良い像を観察できる大ぎな
理由の一つが試料を強いレンズ磁界中に入れるというこ
とである以上、この重要な条件を外してしまった装置で
は、収差(特に球面収差)が著しく大きくなり、又倍率
も低下し、高分解能、高侶率という目的は達成できない
。 所で、試料とレンズ磁界とが離れている場合の球面収差
を小さくする条件として当然ではあるがレンズ磁界をで
きるだり試料に近づけることがあげられる。しかし乍ら
、試料に磁界を付加しないでレンズ磁界を試料に近づけ
るには、レンズ磁極の厚さの問題や試料ホルダーの大き
さの問題があって大きな制限を受けることは容易に理解
できることである。 而して、本発明者は先に通常のレンズとは全く逆にレン
ズ磁界のピーク値を低くし、その半値幅を広げることに
より球面収差係数を著しく小さくづることができること
を見出した。このレンズは下磁極の穴径b2に対する上
磁極の下頂面径D1の比を小さく(例えばOr/bzを
2以下にする)するもので、Di/b2=2において球
面収差係数20mm以下を達成している。 本発明はこのレンズを更に発展させたもので、特に対物
レンズ上磁極の肉厚を薄くすることなく球面収差係数を
小さくし得る新規なレンズを提供するものである。本発
明の構成は上磁極の孔径を小さくし、該上磁極より上方
の漏洩磁界の少い位置へ磁性試料を置き、この試料を透
過した電子を上、下磁極間隙内に発生じたレンズ磁界に
よって結像する対物レンズであって、前記上磁極の下頂
面直径をD+、下磁極の孔径をb2としたときDlをb
2の数倍又はそれ以下に設定すると共に、上下磁極間隔
Sをパラメータとなし、該間隔Sを3InIN以上とな
した磁性試料観察用磁界型対物レンズに特徴がある。 以下本発明の一実施例を添付図面に基づき前述する。 第1図は本発明で用いられる磁極の形状を示すもので、
1は上磁極、2は下1iIs極であり、両者は図示しな
いが実際には非磁性のスペーサにより一体化されている
。又、これら磁極はヨークに接続され、励磁コイルによ
り励起された磁束がヨーク、上磁極、磁極間隙、下磁極
及びヨークによって形成される磁気回路を流れるように
構成されている。 3は上磁極1に光軸に対し垂直に穿たれた試料挿入穴で
あり、周知の試料ホルダー(図示せず)により試料4が
保持され、この挿入穴内に導入される。尚、図中の記号
b1は上磁極1の磁極孔径、b2は下磁極2の磁極孔径
、Dlは下磁極の下頂面直径、D2は下磁極の頂面直径
、θ1は上磁極傾斜面の下頂面となす角度、θ2は下磁
極傾斜面の頂面となり角度、dは試料挿入穴のi径、[
は上磁極の肉厚、つまり上磁極上頂面と挿入穴との最短
距離、込は上磁極上頂面と試料との間隔、Sは両磁極の
間隔を示しである。 さて、斯かる構造のレンズにおいて、試料4部位への磁
界の侵入は3つのルートを通して生ずるものと考えられ
る。その第1は上磁極1の磁極孔(孔径b1)からの侵
入、第2は試料挿入穴31fiらの侵入、第3は上磁極
の磁気飽和による漏洩磁束の張り出しである。第1の問
題に対しては孔径btを小さくすれば良く、そ−の目安
としては磁極孔径b1を磁極肉厚tより小さくすること
である。 第2の問題に対しては挿入穴3ができるだけ小さく、且
つその開口部は磁極1頂面部よっできるだけ離れている
ことが127ましい。その−1こめに、上磁極の傾斜面
の角度はあまり大きくできず、又下磁極2の頂面直径D
2にも限界があり、できるだ【プ小さいことが好ましい
。第3の問題については、特に磁極先端部に磁束が集中
するので、肉厚[についでは十分な配慮が必要である。 即ち、試料とレンズ磁界とを近づ番プようとして肉厚t
を傳<ツると、漏洩磁束は著しく増大するので、t(ま
ある値(3〜4mm)以下にはできない。 以上の条件を考慮して例えばe+=17.5°。 j =3mm、 b 1= 2mmのレンズを作ッlc
場合、D+/b2=0.6(D+=12mlll、bz
=20mm> 、 s =3mmとして球面収・差係数
Csは3Qmmを越えており、決して充分なものではな
い。 本発明者は種々実験を重ねた所、磁極間隔Sが球面収差
係数Qsを小さくするパラメータとなっており、Sを3
111I11より大きくすることにより著しくOsを減
少させ得ることを見出した。 第2図はSをパラメータにして軸上位置にll151る
(E sの変化を示す実験例であり、横軸Zは軸上位置
を示し、7=Oは試料を置いた位置である。 尚、上記実験はb + =2mm、 b 2 =20m
m。 f)+=14mm、θ+ =17.5°、t=4mm。 Q=(3n+mの場合である。図中、へ曲線はs=3m
lIl。 8曲線はs=5mm、C曲線はs=7mm、D曲線は5
=9111111.E曲線は5=12++un、F曲線
はS=1<mmの場合であり、図かられかるようにSが
大きくなるにつれて球面収差係数C8は急激に小さくな
り、[曲線(S = 12mm)の場合、z=orC8
は約19mmにまで小さくなっている。 第3図は7がある値における球面収差係数C3と焦点距
離fの変化を磁極間隔Sに関しブL】ツ1へしたもので
、C31,f +はZ−0(つまり之−6mm>の場合
であり又Cs 2 、 f 2 ハZ−−1゜5mm(
つまりQ=4.5+nm)の場合である。この図かられ
かるように、Sが3mm程度より大きくなるとO8は急
激に低下しており、C8+の場合。 s=3mmで約30mm、C3zの場合s=3mmテ約
17mmが得られており、Sとしては3 mmPi!度
以上であれば実用に供し得ることがわかる。又、C31
の曲線においては、S−12mrn付近で、C32につ
いてはs = 9 mmイ:J近で極小値をもち、それ
より大きい側ではC3が増大している。つまり、之の約
2倍付近【こC3の極小値が存在している。従って磁極
間隔Sとしではg、の2倍付近を使用りることが好まし
い。一方焦点距離fについてはfI。 [2共類似のカーブをとり、Sの増加に伴って増大して
いる。 所で、上磁極1の下頂面から試料までの距1llIl之
についてであるが、この値は磁極の厚さtと試料ホルダ
ーの構造によって決定される。磁極の厚さtは試料付近
の漏洩f4近の磁界を少くづるために3mm〜4mmが
最低限必要となるので、込の値は第3図で示したように
4.5mm程度が下限になる。 もし、試料に大角度の傾斜をIうえるようなホルダーを
用いるときはボルダ−が磁極片へ接触するのを防止づる
為に92は大きくせざるを得ず、この場合第2図の7−
〇、つまりM−5mm付近が実用的となる。いずれにし
ても球面収差係数C3は20mm以下が達成できる。 以上詳述した如く、本発明は試料を上磁極より子方の漏
洩磁界の少い所に置き、上磁極の下頂面uj径D1を下
磁極の孔径b2の数倍又はそれ以下に設定したレンズに
おいて、上下磁極の間隔Sをパラレメータとなし、その
値を3InII1以上にすることを特徴とするもので、
これにより、試料位置へのレンズ磁界の漏洩を極力少く
した状態で、球面収差係数2Qmm以下を実現でき、従
って磁性試料を鮮明に月つ高分解能で観察できる。 尚、上記の数値は加速電圧が200KVの場合について
であるが、異なる加速電圧に対重る各部の寸法に対して
は既知の方法によりスフ−リングを行なえば良い。その
結果、理論上使用し得る磁極間隔Sは3mmより小さい
範囲も有り得るが、現実には対物レンズ絞りの挿入を考
えるとSは3II1m稈度が限度となる。即ち、対物絞
りは後焦点面に近いことが好ましいがSが小さくなると
その条件から大きく外れ、コントラストの低下や視野カ
ットが著しくなるので実際には前述の3mm程度が下限
となるのである。
第1図は本発明に用いる対物レンズ磁極片の構成を示づ
図、第2図及び第3図は本発明を説明りる為の実験例で
ある。 1:上!f極、 2:下磁極、 3:試料挿入穴、 4:試料。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者 伊藤 −夫 第1図 −3−2−10123 →Z(mm)
図、第2図及び第3図は本発明を説明りる為の実験例で
ある。 1:上!f極、 2:下磁極、 3:試料挿入穴、 4:試料。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者 伊藤 −夫 第1図 −3−2−10123 →Z(mm)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、」下磁極の孔径を小さくし、該−上磁極より上方の
漏洩磁界の少い位置へ磁性試料を置き、この試わ1を透
過した電子を上、下磁極間隙内に発生したレンズ磁界に
よって結像する対物レンズであって、前記上磁極の下積
面直径をDl、下磁極の孔径をb2としたときDlをb
2の数倍又はそれ以下に設定づると共に、上下磁極間隔
Sをパラメータとなし、該間隔Sを3 mm以上となし
たことを特徴とτる磁性試料観察用磁界型対物レンズ。 2、前記D1とb2との比D1/b2を2以下に設定し
た特許請求の範囲第1項記載の磁性試料観察用磁界型対
物レンズ。 3、前記間隔Sを上磁極の下積面から試料までの距離込
の略2倍となした特許請求の範囲第1項又は第2項記載
の磁性試料観察用磁界型対物レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57118814A JPS599842A (ja) | 1982-07-08 | 1982-07-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57118814A JPS599842A (ja) | 1982-07-08 | 1982-07-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS599842A true JPS599842A (ja) | 1984-01-19 |
| JPH0136666B2 JPH0136666B2 (ja) | 1989-08-01 |
Family
ID=14745790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57118814A Granted JPS599842A (ja) | 1982-07-08 | 1982-07-08 | 磁性試料観察用磁界型対物レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599842A (ja) |
-
1982
- 1982-07-08 JP JP57118814A patent/JPS599842A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0136666B2 (ja) | 1989-08-01 |
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