JPS6335065B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子線装置、特に対物レンズの磁極片
にトンネルを形成し、当該トンネルを通して対物
絞りの挿入が出来るようにした電子線装置に関す
るものである。

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例えば第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
励磁コイル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
される上側磁極片１６と、この上側磁極片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片１７とを有
し、上側磁極片１６と下側磁極片１７との間には
試料保持装置１８及び対物絞り１９が挿入、引出
し可能に配置されている。

このように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になつて来ており、
一般には高性能電子顕微鏡といわれている。かか
る高性能電子顕微鏡の性能、例えば分解能をさら
に向上させるには対物レンズ９の磁極片間隙を小
さくすればよいが、反面、種々の技術上の問題が
生じて来る。即ち、第１図に示してあるように、
磁極片間隙内には試料保持装置１８と対物絞り１
９とが装脱可能に配置してあり、対物絞り１９に
関していえば、下側磁極片１７の頂部に近接して
設けられているから、磁極片間隙を小さくする
と、試料保持装置１８と対物絞り１９との間隔が
著しく縮まり、試料保持部のＸ、Ｙ方向への移動
又は傾斜運動が妨げられる恐れが生じる。

これを解決するため、下部磁極片１７の中間部
分において、光軸６に対して直角方向（即ち、第
１図中水平方向）に、中空孔７に連通するトンネ
ルを形成し、これに沿つて対物絞り１９を挿入す
るという手段が考えられている。ところで、本来
対物絞り１９は、対物レンズ９の後焦面位置に設
定すべきものであり、この位置からずれると、観
察視野に対する制限が増大し、低倍率での観察に
おいては投影スクリーン１４の上で極めて部分的
な像しか得られなくなつてしまう。よつて、上記
トンネルは下側磁極片１７の中でも出来るだけ頂
部に近い位置に設ける必要がある。しかし、高性
能電子顕微鏡においては、対物レンズ９は球面収
差を極限まで小さくするように設計されているた
め、その磁極片１６，１７中の磁束密度は、当該
磁極片１６，１７を構成している磁気材料の磁気
飽和領域に達している。このような状況下で下側
磁極片１７にトンネルを形成すると、その磁気材
料の体積欠損により磁束密度が増加し、磁気飽和
領域を超えてしまうから、上記トンネルを設ける
という手法に対しては大きな抵抗があつた。

そして、このような問題に対しては、例えば特
公昭47−28539号に見られるような解決策もあつ
たが、そこでは、下側磁極片１７を二分割構造と
し、一方の面に薄いＵ字形の溝を設けているた
め、磁気材料の体積欠損は低く抑えることが出来
る反面、磁極片の構造が複雑になり、実用に適さ
ないという問題があつた。

本発明は、このような従来の問題点に着目して
行つたものでその目的は、構造が比較的簡単で、
しかも体積欠損を最小に抑えながらトンネルを形
成し、このトンネルを通して対物絞りの出し入れ
が行える電子線装置の対物レンズを提供すること
により、上記従来の問題点を解決することであ
る。

本発明は、対物レンズの下側磁極片の頂部付近
において、円周方向に所定の等角度間隔をおき、
中心軸に向けて延び且つこの軸に対して軸対称に
なる様に通路を開設し、この通路を通して電子線
装置の中空孔内に対物絞りを挿入するようにした
点に第１の特徴を有する。対物絞り挿入用の通路
は、幅径及び高さ径が、対物絞りをわずかな隙間
を残して挿入することのできる寸法に設定されて
おり、上記通路を設けたことによる下側磁極片の
体積欠損を最小限に抑えている。このため、本発
明における対物レンズでは、対物絞りを磁極片間
隙から離れた位置に設置することが出来、当該磁
極片間隙内には試料のみを設置すればよい。した
がつて、対物レンズの磁極片間隙は、より一層小
さな寸法に設定することが可能になり電子線装置
の性能向上に役立つ。他方、下側磁極片の体積欠
損が最小限に抑えられるから、対物レンズ磁極片
の磁気飽和に関しては、通路が設けてない通常の
対物レンズ磁極片と同様な特性を示す。

以下、各発明の実施例を添付の図面を参照して
詳細に説明する。

第２図乃至第５図は、第一の発明の一実施例を
示す図である。この実施例に係る電子線装置の対
物レンズ２９は、截頭円錐形構造を有し、光軸６
方向に所定の間隙おき且つ頭部を対向させて配置
した上側磁極片１６と下側磁極片１７とから成
る。下側磁極片１７には、その頭部付近におい
て、磁極片外周面から中心軸即ち光軸６に対して
直角の方向へ延び且つ中空孔７に達するトンネル
２０が開設されている。このトンネル２０は、第
４図にて明らかにされている様に、下側磁極片１
７の円周方向に90度の等角度間隔において４本設
けられ、その断面は略円形状に形成されている。

そしてまた、トンネル１０内には、当該トンネ
ル２０の長さとほぼ同じ長さ寸法を有するスリー
ブ２１が挿入固定されている。このスリーブ２１
は、磁性材料からなる丸棒を長手方向に延びる軸
に沿つて半々に分割して構成されたカマボコ形の
断面形状を有する割棒２２，２７を、切断面が対
向するように所定の間隔をおいて設置し、これら
の割棒２２，２７間に出来た隙間の両側に小さな
厚味寸法を有し、且つ割棒２２，２７とほぼ同じ
長さ寸法を有するスペーサ部材２３を介装すると
共に、割棒２２，２７とスペーサ部材２３とを接
着その他の手段により一体化し、中心部分に幅４
〜６mm（ミリメートル）、高さ0.2〜0.5mmの略矩
形状の断面構造を有するスリツト状の通路２４を
形成して成る。したがつて、下側磁極片１７は、
第２図に示すように、外周部分から中心軸に向か
つて延びるスリツト状の通路２４が略十文字形状
に形成され、その他の部分は磁性材料で実の構造
に形成された截頭円錐体となる。

なお、下側磁極片１７には、上記スリツト状の
通路２４を直接掘設してもよいし、或はトンネル
２０内に挿入するスリーブ２１についても、円形
断面を有する棒体に直接通路２４を掘設してもよ
い。しかし、下側磁極片１７のようなブロツク構
造物や、棒体の長手方向に、上記の如きスリツト
状の通路２４を貫通して形成することは、作業上
極めて困難性を伴うから、上に述べたような構造
にすることが好ましい。

かかる構造を有する対物レンズ２９において、
下側磁極片１７の一つの通路２４からは、対物絞
り１９が挿入される。この対物絞り１９は、支持
杆２６と、支持杆２６の先端部にビス２８によつ
て取付固定された絞り板２５とから成り、絞り板
２５の先端部分には絞り孔３０が開設されてい
る。絞り板２５は通路２４にかろうじて挿入し得
る程度の厚さ寸法を有し、絞り孔３０を光軸６に
合致させた状態で水平面（即ちＸ―Ｙ平面）内に
おいてわずかに動作可能である。

この様な構成を有するから、本実施例に係る電
子線装置の対物レンズは、電子銃３から照射され
た電子線ビームは集束レンズ５によつて集束さ
れ、対物レンズ２９の磁極片１６，１７間隙内に
配置された試料を透過した後、対物絞り１９によ
つて散乱電子線がカツトされ、中間レンズ１１及
び投影レンズ１２によつて屈折される。この場合
において、対物レンズ２９における励磁は、下側
磁極片１７の体積欠損が極めて小さいから、その
磁束密度が当該下側磁極片１７を構成する磁気材
料の磁気飽和領域を大きく超えることなく行われ
る。また、トンネル２０及び通路２４が光軸６に
対して対称の関係に設けてあるから、下側磁極片
１７では、その横断面全体にわたりほぼ均一な磁
束密度が得られ、対物レンズ２９の部分において
光軸６の曲りや対物レンズの非点収差の発生を防
止することができる。

なお、本実施例では、スリーブ２１は、第２図
及び第３図に示すように、その基端が下側磁極片
１７の外周面より外へ突出しているが、この基端
部分は、下側磁極片１７の斜面に沿つて斜めに切
除されていてもよく、また、トンネル２０を掘設
するため下側磁極片１７の傾斜面に切込みを入れ
て垂直面を形成し、この垂直面から光軸６方向へ
トンネル２０を形成しておき、該トンネル２０内
に挿入したスリーブ２１の基端が上記垂直面に一
致する様にしてもよい。

第６図及び第７図は第１の発明の一実施例を示
す図である。この実施例において、対物レンズ２
９の下側磁極片３７には、上記第１の実施例にお
けると同様、90度の等角度間隔でトンネル２０が
形成されている。そしてこのトンネル２０の開口
部２０ａ又はその近辺において、下側磁極片３７
の外側傾斜面は外側へ拡大して成形されており、
この拡大部分において肩部３７ａが形成されてい
る。そしてトンネル２０の一つには、上記第１の
実施例におけると同様、対物絞り１９が挿脱可能
に配置されている。なお、トンネル２０内には、
上記実施例における如くスリーブ２１が配置され
ておらず、トンネル２０が直接対物絞り１９挿入
用の通路となる。

このような構成において、対物レンズ２９を励
磁した場合、下側磁極片３７にはトンネル２０が
形成され、且つこのトンネル２０内にはスリーブ
２１の如き挿入棒が装填されていないため、当該
下側磁極片３７はかなりの体積欠損を受ける。と
ころが、上述したように、下側磁極片３７は、頂
部から基部に至る中途のトンネル２０位置付近に
て径を段状に拡大して成るから、本来の磁極片断
面（即ち、トンネル２０を設けないと仮定した時
の磁極片断面）は第７図中実線Ａで示される。か
かる下側磁極片３７において、トンネル２０によ
る体積欠損が生じても、その体積欠損が生じた時
の磁極片断面は、同図中二点鎖線Ｂで示す範囲に
なる。この範囲は、第４図と比較しても明らかな
ように、上記第１の実施例における下側磁極片１
７（トンネル２０内にはスリーブ２１が挿入さ
れ、体積欠損が最小になる様抑えられている）の
磁極片断面とほぼ同じである。したがつて、この
第２の実施例においても、対物レンズ２９におけ
る励磁は、その磁束密度が下側磁極片２７を構成
する磁気材料の磁気飽和領域を大きく超えること
なく行われる。即ち、本実施例においては、下側
磁極片２７の傾斜面をその中間部位置において拡
径したことにより、トンネル２０による体積欠損
は、第７図中実線Ａと二点鎖線Ｂとによつて囲ま
れた部分（メツシユ状の斜線で示してある）の体
積増加で補填されていることがわかる。

なお、ここで、上記第１の発明の実施例及び第
２の発明の実施例を総合的に勘案すると、上記第
２の実施例における下側磁極片３７のトンネル２
０内に、第５図に示すような構造を有するスリー
ブ２１又はこれを変形したスリーブを挿入するこ
とにより、当該下側磁極片３７の磁極断面を拡大
せしめ且つトンネル２０による体積欠損を最小に
抑えた対物レンズ３７とすることができる。した
がつて、かかる手段により下側磁極片３７に開設
するトンネル２０の径をより一層大きくし、又対
物絞り１９挿入用の通路２４の径寸法をより大き
くして、当該対物絞り１９の出入操作を容易に行
うようにすることができる。また、トンネル２０
は、180度の間隔をおいて軸対称に設けてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、対物レ
ンズの下側磁極片に光軸に対して直角方向に延
び、且つ下側磁極片の外側傾斜面から中空孔に達
するトンネル円周方向に所定の等角度間隔を置い
て軸対称に形成し、このトンネルをして対物絞り
を光軸位置まで出し入れ出来るようにしたため、
上記対物レンズの磁極片間隔においてスペースに
余裕が出来、試料の挿脱或は傾斜操作を楽に行う
ことが出来るようになる。

【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
造例を示す断面図である。第２図は、第１の発明
の一実施例に係る電子線装置の対物レンズに採用
される下側磁極片の斜視図である。第３図は、上
記実施例の構造を示す断面図である。第４図は、
上記実施例に係る対物レンズの下側磁極片の磁極
片断面を示す第３図中―線における断面図で
ある。第５図は、上記実施例においてトンネル内
に挿入されるスリーブの断面構造を示す図であ
る。第６図は、第２の発明の一実施例に係る電子
線装置の対物レンズの構造を示す断面図である。
第７図は、第２の発明の実施例に係る対物レンズ
の下側磁極片の磁極片断面を示す第６図中―
線における断面図である。 １…顕微鏡本体、９，２９…対物レンズ、１６
…上側磁極片、１７…下側磁極片、１８…試料保
持装置、１９…対物絞り、２０…トンネル、２１
…スリーブ、２３…スペーサ部材、２４…通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上側磁極片と、この上側磁極片から所定の間
   隙をあけ、且つ当該上側磁極片に対向して配設さ
   れた下側磁極片とから成る電子線装置の対物レン
   ズにおいて、下側磁極片には、光軸に対して直角
   方向に延び且つ下側磁極片の外側傾斜面から中空
   孔に達する複数のトンネルを光軸に対して軸対称
   に形成し、これらのトンネルのそれぞれには強磁
   性材料から成り又対物絞り挿入用の通路を形成し
   たスリーブが嵌入してあり、これらのスリーブの
   一つの通路を通して対物絞りを中空孔内に出し入
   れするようにしたことを特徴とする電子線装置の
   対物レンズ。 ２ 下側磁極片は、そのトンネル付近位置におい
   て、磁極片斜面を外方へ拡径して成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子線装置の
   対物レンズ。 ３ 上側磁極片と、この上側磁極片から所定の間
   隔をあけ、且つ当該上側磁極片に対向して配設さ
   れた下側磁極片とから成る電子線装置の対物レン
   ズにおいて、下側磁極片には、光軸に対して直角
   方向に延び且つ下側磁極片の外側傾斜面から中空
   孔に達する複数のトンネルを光軸に対して軸対称
   に形成し、また当該下側磁極片は、そのトンネル
   付近位置において、磁極片斜面を外方へ拡径して
   成り、上記トンネルの一つを通して対物絞りを中
   空孔内に出し入れするようにしたことを特徴とす
   る電子線装置の対物レンズ。