JPS6314374Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は走査電子顕微鏡の信号検出手段の改良
に関する。

走査透過電子顕微鏡は第１図に示す如く、薄膜
状試料１の微小領域を細く集束させた電子線２で
２次元的に走査し、試料を透過した電子線を検出
した信号を前記試料走査と同期したブラウン管の
輝度変調信号として用いることによつて得られ
る。このとき、試料を透過した電子線のうちどの
範囲（散乱角）のものを検出するかによつて種々
の異なつた走査像が得られるので、できるだけ大
きな散乱角のものまで検出可能に装置を構成する
ことが要求される。そして、小さな散乱角の透過
電子線を検出する場合には試料と検出器の間に適
当な穴径の絞りを挿入することによつて検出散乱
角が調整される。

大きな散乱角の電子線を検出するためには、試
料と検出器の間の距離を短くすることが重要で第
１図中、試料からＬ１の距離に検出器Ｅを置いた
場合には散乱角α２まで検出できるのに対して距
離Ｌ２に検出器Ｅを置いた場合には散乱角α１ま
での電子線しか検出できない。又、同じ散乱角α
１まで検出する場合でも、距離Ｌ１に置く場合に
は検出器の検出面の径をｄ１とすればよいのに対
して距離Ｌ２に置く場合には検出面の径ｄ２をｄ
１よりも大きくしなければならない。更に試料と
検出器との距離が長くなるに従つて、電子線光軸
３の周囲の構造物によつて試料透過電子線の進行
が妨げられたり、反射されたりする率が高くなり
SN比が低下するので、この意味からも試料と検
出器の距離は出来るだけ短くすることが望まし
い。

ところで、以上のようにしてブラウン管の画面
に表示される試料走査像の分解能を高めるには、
試料を走査する電子線の断面を出来るだけ小さく
するため、電子線を集束するレンズ系の中で特に
最終段の集束レンズ（対物レンズ）の球面収差を
小さくすることが必要となる。この対物レンズの
球面収差は対物レンズのレンズ主面と試料との距
離が短くなる程小さくなるので、試料を対物レン
ズの上磁極片と下磁極片の間に挿入して高分解能
の走査像を表示する型の装置も多く使用されてい
る。第２図はこのような装置の対物レンズ周辺の
構造を示す略図である。第２図において４は対物
レンズの励磁コイルを示し、その周囲はヨーク５
に囲まれ、ヨーク５の環状端部には上磁極片６と
下磁極片７が接続され、該上、下磁極片の位置関
係は非磁性体のスペーサー８によつて高い精度に
保たれる。これら、上、下磁極片の間隙には光軸
と垂直な方向からレンズヨーク５やスペーサー８
を貫通して試料保持部材９と絞り保持部材１０が
挿入されており、これらの部材の先端部に取付け
られた試料１や対物レンズ絞り１１（図示せず）
の位置は真空外から走査される移動機構１２，１
３によつて調整される。又、対物レンズの上方か
ら光軸３に沿つて試料を照射する電子線は対物レ
ンズ上方に設けられた二段の偏向コイル１４，１
５によつて変更され、試料面上を二次元的に走査
する。その結果、試料を透過した電子線のうち対
物レンズ絞りを通過した電子線は対物レンズ下方
に挿入される電子線検出装置１６によつて検出さ
れる。該電子線検出装置は、電子線の照射によつ
て光を発生するシンチレーター１７と、該シンチ
レーターからの光を光電子増倍管１８まで導くラ
イトパイプ１９から構成されているが、走査透過
像でなく従来の透過顕微鏡像を蛍光板上に結像さ
せる場合には、この電子線検出装置１６の先端部
を光軸３から離れる方向へ移動させることが必要
となる。

第３図は第２図の装置における励磁コイル４に
電流を流したときに上、下磁極片間に形成される
レンズ磁場の光軸３上における強度分布を曲線２
０によつて表したもので、該強度分布が最大値を
示す位置の近くにレンズ主面２１が存在する。試
料１と対物レンズ絞り１１はレンズ主面２１の上
下に挿入される。レンズ主面２１は上、下磁極片
の穴径が等しい場合には、上、下磁極片間の距離
Ｓ１の丁度中央に位置することになるが、上磁極
片の穴径Ｄ１が下磁極片の穴径Ｄ２よりも大きい
場合にはレンズ主面２１の位置が下方へ移動す
る。従来の多くの装置は上磁極片の穴径Ｄ１が下
磁極片の穴径Ｄ２と等しいかより小さな値であ
り、又一般に上、下磁極片間の距離Ｓ１は10mm程
度と狭いため、対物レンズ絞りと下磁極片とのス
ペースは極めて狭いものとなり第１図に示すタイ
プの電子線検出装置をこのスペースに挿入するこ
とは従来考えられないことであつた。

ところが、最近広く普及され始めた200KV，
300KVというような比較的高い加速電圧を有す
る電子顕微鏡においては、対物レンズの球面収差
係数をそれ程小さくしなくても100KV以下の低
加速電圧の電子顕微鏡と同じ程度の分解能が得ら
れるので、対物レンズの球面収差係数を小さくす
る目的で、上下磁極片間の距離をあまり短くする
必要がなくなつた、そして、上下磁極片間の距離
を20mm程度まで長くすることができるため、上、
下磁極片間に透過電子線検出器を設置できる可能
性が高まつた。

本考案は上述した点に鑑みてなされたもので、
比較的高加速電圧の電子顕微鏡で走査透過像を観
察する場合に大きな散乱角度を有する透過電子線
まで検出可能とすることを目的とするものであ
る。本考案装置の構成は対物レンズの上磁極片と
下磁極片の間隙に試料ホルダーと対物レンズ絞り
が挿入される装置において、前記上磁極片の穴径
を下磁極片の穴径よりも小さくすると共に、前記
対物レンズ絞りと下磁極片との間隙に対物レンズ
光軸と垂直な方向から挿入される電子線検出手段
を設けたことを特徴とするものであり、以下に図
面に示す実施例装置に基づいて説明する。

第４図は本考案の実施例装置における対物レン
ズの断面を示すもので、第２図の従来装置と同一
番号を付したものは同一構成要素を表している。
第４図の装置は第２図の装置よりも高い加速電圧
を有しているため上、下磁極片間の距離Ｓ２が第
２図の距離Ｓ１よりも長い。又、上磁極片２２の
穴径Ｄ３は下磁極片２３の穴経Ｄ４よりも小さ
く、そのため上、下磁極片の間に形成される対物
レンズ磁場の軸上磁場分布は第４図中の曲線２４
で示されるようになり、そのレンズ主面２５の位
置は上、下磁極片間の中心位置よりも上方に移動
する。そのため上、下磁極片を一体化する非磁性
体スペーサー２６に穿たれた穴を通して挿入され
る試料１と対物レンズ絞り１１の位置も上磁極片
２２の側へ近づき、対物レンズ絞り１１と下磁極
片２３の間のスペースを相当広くすることができ
る。そして、このスペースにスペーサー２６に穿
たれた穴を通して電子線検出装置１６が挿入され
る。その結果、試料１と電子線検出装置１６との
距離を従来装置に比較して極めて短くすることが
できるので、前述したように大きな散乱角で散乱
される試料透過電子線を検出することが可能とな
る。

以上のように、本考案においては大きな散乱角
で試料を透過した電子線の検出信号を用いて走査
透過像を表示することが可能となるので、特に
300KV以上の加速電圧を有する透過結像型電子
顕微鏡に走査透過顕微鏡の機能を追加した装置に
適用して大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は試料透過電子線の検出を説明するため
の図、第２図は従来装置を示す略図、第３図は第
２図の装置を説明するための略図、第４図は本考
案の一実施例装置を示す略図及び第５図は第４図
の装置を説明するための略図である。 １：試料、２：電子線、３：光軸、４：励磁コ
イル、５：ヨーク、６：上磁極片、７：下磁極
片、８：スペーサー、９：試料保持部材、１０：
絞り保持部材、１１：対物レンズ絞り、１２，１
３：移動機構、１４，１５：偏向コイル、１６：
電子線検出装置、１７：シンチレーター、１８：
光電子増倍管、１９：ライトパイプ、２０：曲
線、２１：レンズ主面、２２：上磁極片、２３：
下磁極片、２４：曲線、２６：スペーサー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 対物レンズの上磁極片と下磁極片の間隙に試料
   ホルダーと対物レンズ絞りが挿入される装置にお
   いて、前記上磁極片の穴径を下磁極片の穴径より
   も小さくすると共に、前記対物リンズ絞りと下磁
   極片との間隙に対物レンズ光軸と垂直な方向から
   挿入される電子線検出手段を設けたことを特徴と
   する走査透過電子顕微鏡。