JPH0522331B2 - - Google Patents
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- JPH0522331B2 JPH0522331B2 JP57141615A JP14161582A JPH0522331B2 JP H0522331 B2 JPH0522331 B2 JP H0522331B2 JP 57141615 A JP57141615 A JP 57141615A JP 14161582 A JP14161582 A JP 14161582A JP H0522331 B2 JPH0522331 B2 JP H0522331B2
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- objective lens
- electron
- electron beam
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- 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
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、試料から発した電子線の経路を調整
して、レンズ系の軸外非点収差、彎曲収差をでき
るだけ小さくした状態で低倍率広視野像を得る電
子線装置に関するものである。Detailed Description of the Invention The present invention provides an electron beam system that adjusts the path of an electron beam emitted from a sample to obtain a low-magnification wide-field image while minimizing off-axis astigmatism and curvature aberration of a lens system. It is related to the device.
電子顕微鏡をはじめとする各種電子線装置にお
いて三千倍程度以下の低倍率像を得るための結像
法として、例えば、第1図に示すようなものがあ
る。これは、対物レンズ4、中間レンズ5、投影
レンズ6で構成されるレンズ系を有する電子顕微
鏡で、対物レンズ4の励磁を、高倍率像を得る場
合とほぼ同様な強励磁状態にしておき、試料1か
ら発した電子線束3を対物レンズ4と中間レンズ
5とによつて投影レンズ6の物面に実像8として
結像させ、実像8を投影レンズ6によつてスクリ
ーン9上に拡大投影して観察像10を得る過程に
おいて、投影レンズ6、中間レンズ5、対物レン
ズ4の励磁を調整することで倍率調整を行ない、
低倍率像を得るようにしている。 For example, there is an imaging method shown in FIG. 1 as an imaging method for obtaining a low magnification image of about 3000 times or less in various electron beam devices such as an electron microscope. This is an electron microscope that has a lens system consisting of an objective lens 4, an intermediate lens 5, and a projection lens 6. An electron beam 3 emitted from a sample 1 is focused on the object plane of a projection lens 6 as a real image 8 by an objective lens 4 and an intermediate lens 5, and the real image 8 is enlarged and projected onto a screen 9 by the projection lens 6. In the process of obtaining the observed image 10, the magnification is adjusted by adjusting the excitation of the projection lens 6, intermediate lens 5, and objective lens 4.
I am trying to get a low magnification image.
このような低倍率像の電子線装置では、高倍率
観察から低倍率観察への切換え時に対物レンズ4
の励磁電流を大幅に変化させないので、対物レン
ズ励磁をほとんど遮断する低倍率電子線装置に比
べて、対物レンズ4の励磁電流変化に伴う熱的試
料ドリフト、フオーカスドリフトを押えることが
でき、また、対物レンズ4が比較的強励磁となつ
ているために、軸上収差が小さくなるという点で
優れている。しかし、対物レンズ4が比較的強励
磁で、通常対物レンズ4の焦点距離が数ミリメー
トルと比較的短くなつていることと、電子顕微鏡
の構造上の要請から、対物レンズ4と中間レンズ
5との間隔を比較的大きく、例えば、加速電圧が
100乃至200KV(キロボトル)の電子顕微鏡では
上記間隔を100乃至200mm(ミリメートル)程度
にしなければならないことから、電子線束3の中
間レンズ5における広がりが大きくなり、中間レ
ンズ5によつて発生する軸外収差が大きくなり易
く、良質な低倍率広視野像が得られにくいという
欠点があつた。 In such an electron beam device that produces low-magnification images, the objective lens 4 is
Since the excitation current of the objective lens 4 does not change significantly, it is possible to suppress thermal sample drift and focus drift caused by changes in the excitation current of the objective lens 4, compared to low-magnification electron beam equipment that almost blocks excitation of the objective lens. , since the objective lens 4 is relatively strongly excited, it is superior in that axial aberrations are reduced. However, due to the fact that the objective lens 4 is relatively strongly excited, the focal length of the objective lens 4 is usually relatively short at several millimeters, and the structural requirements of the electron microscope, the objective lens 4 and the intermediate lens 5 are If the interval is relatively large, e.g. the acceleration voltage is
In a 100 to 200 KV (kilobottle) electron microscope, the above-mentioned interval must be approximately 100 to 200 mm (millimeters), so the spread of the electron beam 3 at the intermediate lens 5 becomes large, and the off-axis beam generated by the intermediate lens 5 increases. It has the disadvantage that aberrations tend to increase and it is difficult to obtain a high-quality low-magnification wide-field image.
そこで、例えば第2図に示すように、対物レン
ズ4と中間レンズ5との間、及び中間レンズ5と
投影レンズ6との間に補助的な電子レンズ14及
び電子レンズ15とをそれぞれ設けた多段レンズ
構造とし、試料1から発した電子線束3を対物レ
ンズ4と電子レンズ14とによつて実像16とし
て結像させ、更に中間レンズ5と電子レンズ15
とによつて実像17を投影レンズ6の物面に結像
させてから投影レンズ6によつてスクリーン9上
に低倍率の観察像10を結像させる方法も提案さ
れている。このような電子線装置においては、電
子線束3が光軸2の比較的近い位置を経路とする
ので各レンズにおける軸外収差を小さくすること
ができる。 Therefore, as shown in FIG. 2, for example, a multi-stage electronic lens 14 and an auxiliary electron lens 15 are provided between the objective lens 4 and the intermediate lens 5, and between the intermediate lens 5 and the projection lens 6, respectively. The electron beam bundle 3 emitted from the sample 1 is formed into a real image 16 by an objective lens 4 and an electron lens 14, and further includes an intermediate lens 5 and an electron lens 15.
A method has also been proposed in which a real image 17 is formed on the object plane of the projection lens 6 and then a low-magnification observation image 10 is formed on the screen 9 by the projection lens 6. In such an electron beam device, since the electron beam bundle 3 takes a path relatively close to the optical axis 2, off-axis aberrations in each lens can be reduced.
しかしながら、上記第2図で示したような電子
線装置にあつては、対物レンズ4を強励磁状態に
して軸上収差を小さくした状態で、更に各レンズ
で発する軸外収差も大幅に小さくすることがきる
が、軸外収差のうち、軸外非点収差、彎曲収差
は、各レンズで打ち消しあうことができないた
め、上記の電子線装置による千倍以下程度の低倍
率広視野像では、各レンズの配置、ポールピース
間隙、穴径によつてはまだ像周辺部に不鮮明な部
分が残りやすいという不具合があつた。 However, in the case of the electron beam apparatus shown in FIG. 2 above, the objective lens 4 is strongly excited to reduce the on-axis aberration, and the off-axis aberration generated by each lens is also significantly reduced. However, among off-axis aberrations, off-axis astigmatism and curvature aberration cannot be canceled out by each lens, so in a low-magnification wide-field image of about 1,000 times or less using the above electron beam device, each Depending on the lens arrangement, the pole piece gap, and the hole diameter, there was still a problem that unclear areas tended to remain around the image periphery.
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的は、電子顕微鏡におい
て、低倍率観察時に、高倍率観察時と同様に対物
レンズの励磁を強励磁に保持した状態で、レンズ
系の軸外非点収差、彎曲収差を出来るだけ小さく
することである。 The present invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to maintain the excitation of the objective lens at a strong excitation level during low-magnification observation in the same way as during high-magnification observation in an electron microscope. The objective is to minimize the off-axis astigmatism and curvature aberration of the lens system.
一般に、レンズの軸外非点収差、彎曲収差によ
り像記録面において光軸より離れた点に生ずる楕
円形状のボケの大きさAは、
A=k∫z1 z0[ar2〓r2〓+br2〓r′2〓+cr〓r〓r′
〓r′〓+dr′2〓r2〓+er′2〓r′2〓+]dz……(1)
で表される。 Generally, the size A of an elliptical blur that occurs at a point away from the optical axis on the image recording surface due to off-axis astigmatism and curvature aberration of a lens is A=k∫ z1 z0 [ar 2 〓r 2 〓+br 2 〓r′ 2 〓+cr〓r〓r′
〓r′〓+dr′ 2 〓r 2 〓+er′ 2 〓r′ 2 〓+】dz……(1)
It is expressed as
ここで
k,a,b,c,d,e,f:磁場分布、加速電
圧等の関係
r〓,r〓,r′〓,r′〓:近軸電子線の軌道(試料面上
に
てr〓=0,r′〓=1,r〓=1、対物絞り面上
にてr〓=0を満足する。)
Z0:試料面の位置
Z1:像面の位置
である(Zworykin,V.K.et al:“Electron
Optics and the Electron Microscope”1945)。 Here, k, a, b, c, d, e, f: Relationship among magnetic field distribution, accelerating voltage, etc. r〓, r〓, r'〓, r': Trajectory of paraxial electron beam (on the sample surface r = 0, r' = 1, r = 1, satisfies r = 0 on the objective aperture plane.) Z 0 : Position of sample surface Z 1 : Position of image plane (Zworykin, VKet al: “Electron
Optics and the Electron Microscope”1945).
通常の電子顕微鏡におけるレンズの場合、第(1)
式の第2項以下の項は第1項に対し無視すること
ができ、ボケの大きさAは近似的に、
A=k∫z1 z0ar2〓r2〓dz ……(2)
となる。 In the case of lenses in ordinary electron microscopes, No. (1)
The terms below the second term in the equation can be ignored compared to the first term, and the size of the blur A is approximately as follows: A=k∫ z1 z0 ar 2 〓r 2 〓dz ……(2) .
ここで、r〓r〓は、例えば、第2図で示す電子線
3a,3bの光軸2からの距離をそれぞれ表す。 Here, r〓r〓 represents, for example, the distance of the electron beams 3a and 3b from the optical axis 2 shown in FIG. 2, respectively.
ここで、上述した各従来例によれば、電子線3
a及び3bは、第1図に示す例においては中間レ
ンズ5及び投影レンズ6において、また、第2図
に示す例においては中間レンズ5、補助的な電子
レンズ15及び投影レンズ6において、光軸から
比較的離れる状態となつているから、このr〓及び
r〓の値は比較的大きなものにならるをえず、その
ボケの大きさAも大きいものとなる。 Here, according to each of the above-mentioned conventional examples, the electron beam 3
a and 3b are optical axes in the intermediate lens 5 and the projection lens 6 in the example shown in FIG. 1, and in the intermediate lens 5, the auxiliary electron lens 15 and the projection lens 6 in the example shown in FIG. Since it is relatively far away from r〓 and
The value of r〓 necessarily becomes relatively large, and the magnitude of the blur A becomes large as well.
本発明の要旨は、上記第(2)式に基づき、電子線
装置をレンズで生ずるボケの大きさAを出来るだ
け小さくするように図つた点にある。 The gist of the present invention is that, based on the above equation (2), the size A of the blur caused by the lens of the electron beam device is made as small as possible.
電子線装置の第1は、対物レンズ、中間レンズ
及び投影レンズを備え、試料の像を励磁状態とし
た対物レンズによつて結像させ、中間レンズと投
影レンズとにより高倍率の観察像を結像させる電
子線装置において、上記対物レンズを高倍率観察
時の強励磁に保持した励磁状態とし、対物レンズ
とこれに後続する中間レンズを含めた複数のレン
ズにより、対物レンズの後焦点より発散した電子
線束を、投影レンズのすぐ前の中間レンズの主面
付近に、一旦集束させ、低倍率観察を行うように
したものである。 The first type of electron beam device is equipped with an objective lens, an intermediate lens, and a projection lens, and an image of the sample is formed by the objective lens in an excited state, and a high magnification observation image is formed by the intermediate lens and the projection lens. In an electron beam apparatus for imaging, the objective lens is kept in an excitation state with strong excitation during high-magnification observation, and multiple lenses including the objective lens and an intermediate lens following the objective lens are used to generate images that diverge from the back focus of the objective lens. The electron beam bundle is once focused near the main surface of the intermediate lens immediately in front of the projection lens to perform low-magnification observation.
係る構成により、電子線束は中間レンズの主面
に一端集束させるから上記r〓の値はこの主面位置
において0とでき、その周辺においても小さいも
のすることができとなり、上記各式におけるボケ
Aの大きさを小さいものとすることができる。 With such a configuration, the electron beam is focused at one end on the main surface of the intermediate lens, so the value of r can be set to 0 at this main surface position, and it can also be made small around it, so that the blur A in each of the above equations can be reduced. can be made smaller.
また、電子線装置の第2は、対物レンズ、中間
レンズ及び投影レンズを備え、試料の像を励磁状
態とした対物レンズによつて結像させ、中間レン
ズと投影レンズにより高倍率の観察像を結像させ
る電子線装置において、上記対物レンズの後方に
電子レンズを設け、高倍率観察時の強励磁に保持
した上記対物レンズの励磁を調整して、対物レン
ズによる試料の像を対物レンズに後続する前記電
子レンズの主面付近へ一旦結像させるようにし、
さらに前記電子レンズの励磁状態は、前記電子レ
ンズから射出する電子線束を集束させ、かつ光軸
付近の電子線束が後続の中間レンズへ入射するよ
うに調整して低倍率観察を行うようにしたもので
ある。 The second part of the electron beam apparatus is equipped with an objective lens, an intermediate lens, and a projection lens, and an image of the sample is formed by the objective lens in an excited state, and a high-magnification observation image is produced by the intermediate lens and the projection lens. In an electron beam device that forms an image, an electron lens is provided behind the objective lens, and the excitation of the objective lens, which is maintained at a strong excitation level during high-magnification observation, is adjusted so that the image of the sample produced by the objective lens follows the objective lens. Once the image is formed near the main surface of the electron lens,
Furthermore, the excitation state of the electron lens is adjusted so that the electron beam flux emitted from the electron lens is focused and the electron beam flux near the optical axis is incident on the subsequent intermediate lens to perform low magnification observation. It is.
係る構成により、電子線束は電子レンズの主面
に一端結像するから上記r〓の値はこの主面位置に
おいて0となりその周辺の値も小さいものとな
り、ボケAの大きさを小さいものとすることがで
きる。 With this configuration, one end of the electron beam is focused on the main surface of the electron lens, so the value of r〓 becomes 0 at this main surface position, and the values around it are also small, making the size of blur A small. be able to.
さらに、この電子レンズの励磁状態をこの電子
レンズから射出する電子線束を後続の中間レンズ
へ入射してこのレンズにおいても、電子線がなる
べく光軸から離れないものとして、上記r〓,r〓の
値をなるべく小さいものとなるようにしてボケA
の大きさを小さいものとしている。 Furthermore, the excitation state of this electron lens is such that the electron beam flux emitted from this electron lens is incident on the subsequent intermediate lens, and in this lens as well, the electron beam does not leave the optical axis as much as possible, and the above r〓, r〓 Blur A by keeping the value as small as possible
The size of is assumed to be small.
そして、電子線装置の第3は対物レンズ、制限
視野絞り、中間レンズ及び投影レンズをこの順に
備え、試料の像を対物レンズによつて結像させ、
中間レンズと投影レンズとにより高倍率の観察像
を結像させる電子線装置において、上記対物レン
ズを高倍率観察時の強励磁に保持した励磁状態と
し、対物レンズと制限視野絞りとの間に電子レン
ズを配置し、対物レンズのみによる像面及び対物
レンズと上記電子レンズとにより形成された像面
を上記電子レンズの主面と制限視野絞り面との間
に形成するように対物レンズの励磁を調整して低
倍率観察を行うようにしたものである。 The third electron beam device is equipped with an objective lens, a selected area diaphragm, an intermediate lens, and a projection lens in this order, and forms an image of the sample with the objective lens.
In an electron beam device that forms a high-magnification observation image using an intermediate lens and a projection lens, the objective lens is kept in a highly excited state during high-magnification observation, and electrons are placed between the objective lens and the selected area diaphragm. A lens is arranged, and the objective lens is excited so that an image plane formed only by the objective lens and an image plane formed by the objective lens and the electron lens are formed between the main surface of the electron lens and the selected area aperture surface. This is adjusted to allow low magnification observation.
そして、電子線装置の第3のものについては、
電子レンズは、対物レンズヨークに内包して設置
されているものとすることができる。 As for the third electron beam device,
The electron lens may be placed inside the objective lens yoke.
かかる構成により、電子線束を電子レンズの主
面の近く、即ち、対物レンズのみによる像面及び
対物レンズと上記電子レンズとにより形成された
像面が上記電子レンズの主面と制限視野絞り面と
の間に形成するものとして、上記r〓の値はこの主
面位置において0となり積分の値を小さいものと
でき、ボケAの大きさを小さいものとすることが
できる。 With this configuration, the electron beam is directed near the main surface of the electron lens, that is, the image plane formed only by the objective lens and the image plane formed by the objective lens and the electron lens are connected to the main surface of the electron lens and the limited area diaphragm surface. The value of r〓 becomes 0 at this main surface position, and the value of the integral can be made small, and the size of the blur A can be made small.
これら諸々の電子線装置によつて、軸外非点収
差等を大幅に減らすことができ、より一層鮮明な
観察像が得られるようになる。 With these various electron beam devices, off-axis astigmatism and the like can be significantly reduced, and even clearer observed images can be obtained.
以下、添付図面に示す実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
第3図は、本発明における第1の発明に係る電
子線装置を示す図である。この電子線装置では、
第2図に示す従来の電子顕微鏡と同様のレンズ構
成とし、試料1から出た電子線束3を対物レンズ
4と電子レンズ14とによつて実像16aとして
結像させ、更に、第1の中間レンズ5と第2の中
間レンズ15とによつて実像17aを投影レンズ
6の物面に結像させてから、投影レンズ6によつ
てスクリーン9上に低倍率の観察像10を結像さ
せる。この結像過程における各レンズの励磁調整
において、試料1から光軸2と平行に発した電子
線3bが対物レンズ4の後焦点18aに集束して
更に発散した後に、第2の中間レンズ15の主面
付近(位置19)に再び集束するように、主に電
子レンズ14、第1の中間レンズ5の励磁を調整
している。 FIG. 3 is a diagram showing an electron beam apparatus according to the first aspect of the present invention. In this electron beam device,
It has a lens configuration similar to that of the conventional electron microscope shown in FIG. 5 and the second intermediate lens 15 to form a real image 17a on the object plane of the projection lens 6, and then the projection lens 6 forms a low magnification observation image 10 on the screen 9. In the excitation adjustment of each lens in this imaging process, the electron beam 3b emitted from the sample 1 parallel to the optical axis 2 is focused on the back focal point 18a of the objective lens 4 and further diverged, and then the second intermediate lens 15 The excitation of the electron lens 14 and the first intermediate lens 5 is mainly adjusted so that the light is focused again near the main surface (position 19).
このような電子線装置によれば、試料1から出
た電子線3bを、対物レンズ4の後焦点18aで
集束、発散させた後、再び第2の中間レンズ15
の主面付近に集束させて第2の中間レンズ15に
おけるr〓を近似的にゼロ(第(2)式参照)にしてい
るので第2の中間レンズ15での軸外非点収差、
彎曲収差が極めて小さくなり、第2図で示した電
子線装置に比べてスクリーン9上に結像する観察
像10のボケが極めて少なくなる。 According to such an electron beam apparatus, after the electron beam 3b emitted from the sample 1 is focused and diverged at the back focal point 18a of the objective lens 4, it is focused again at the second intermediate lens 15.
Since r〓 in the second intermediate lens 15 is approximately zero (see equation (2)) by focusing near the main surface of the lens, off-axis astigmatism in the second intermediate lens 15,
The curvature aberration becomes extremely small, and the blur of the observation image 10 formed on the screen 9 becomes extremely small compared to the electron beam apparatus shown in FIG.
なお、主に電子レンズ14の励磁調整により、
対物レンズ4の後焦点18aより発散した電子線
束3bを第1の中間レンズ5の主面付近に集束さ
せれば、上記同様第1の中間レンズ5の収差を小
さくすることができる。 Note that mainly due to the excitation adjustment of the electronic lens 14,
If the electron beam bundle 3b diverging from the back focal point 18a of the objective lens 4 is focused near the main surface of the first intermediate lens 5, the aberration of the first intermediate lens 5 can be reduced as described above.
第4図は、第2の発明に係る電子線装置を示す
説明図である。この電子線装置では、試料1から
発した電子線3aを対物レンズ4の励磁を調整す
ることによつて電子レンズ14の主面付近に実像
16bとして結像させ、更に第1の中間レンズ5
と第2の中間レンズ15とによつて実像17bを
投影レンズ6の物面に結像させてから、投影レン
ズ6によつてスクリーン9上に低倍率の観察像1
0を結像させる。このような、対物レンズ4の励
磁調整をして電子レンズ14の主面付近に実像1
6bを結像させてから観察像10を得る電子線装
置では、光軸2上の試料1から発した電子線3a
を電子レンズ14の主面付近の光軸2上を通過さ
せて、電子レンズ14におけるr〓を近似的にゼロ
(第(2)式参照)にしているので電子レンズ14で
の軸外非点収差、彎曲収差が極めて小さくなる。
対物レンズは、高分解能においては比較的短焦点
であるので、通常の使用状態では試料より発した
電子線束3は、対物レンズ後方に配置した中間レ
ンズ5において、大きな軸外非点収差、彎曲収差
を生じやすいが、本発明の電子線装置では、電子
レンズ14の主面付近に実像16bを結像させた
ために、中間レンズ5における電子線束3の広が
りが小さくなり、従来の電子線装置に比べてスク
リーン9上に結像した観察像10のボケが少なく
なる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing an electron beam apparatus according to the second invention. In this electron beam device, an electron beam 3a emitted from a sample 1 is focused as a real image 16b near the main surface of an electron lens 14 by adjusting the excitation of an objective lens 4, and is further focused on a first intermediate lens 5.
A real image 17b is formed on the object surface of the projection lens 6 by the second intermediate lens 15, and then a low magnification observation image 1 is formed on the screen 9 by the projection lens 6.
0 is imaged. By adjusting the excitation of the objective lens 4 in this manner, a real image 1 is generated near the main surface of the electron lens 14.
In an electron beam device that obtains the observed image 10 after forming an image of the electron beam 3a, the electron beam 3a emitted from the sample 1 on the optical axis 2
is passed on the optical axis 2 near the main surface of the electron lens 14, and r〓 in the electron lens 14 is made approximately zero (see equation (2)), so the off-axis astigmatism in the electron lens 14 Aberrations and curvature aberrations are extremely small.
Since the objective lens has a relatively short focus in terms of high resolution, in normal use conditions, the electron beam 3 emitted from the sample is subjected to large off-axis astigmatism and curvature aberration at the intermediate lens 5 placed behind the objective lens. However, in the electron beam device of the present invention, since the real image 16b is formed near the main surface of the electron lens 14, the spread of the electron beam bundle 3 in the intermediate lens 5 is reduced, compared to the conventional electron beam device. The blur of the observed image 10 formed on the screen 9 is reduced.
なお、電子レンズ14は結像にはほとんど寄与
していないが、対物レンズ4直後の位置に設置さ
れ、この対物レンズ4の後焦点18aから発散し
た電子線3bの軌道を光軸2の方向に屈折させて
第1の中間レンズ5における第(2)式のr〓を小さく
するようにして第1の中間レンズ5での収差が大
きくならないようにしているので、上記位置より
も後方に設置された場合に比較して上記ボケを小
さくするのにより効果的である。 Although the electron lens 14 hardly contributes to image formation, it is installed at a position immediately behind the objective lens 4, and directs the trajectory of the electron beam 3b diverged from the back focal point 18a of the objective lens 4 in the direction of the optical axis 2. Since the aberration in the first intermediate lens 5 is prevented from increasing by refracting it and reducing the r〓 of the equation (2) in the first intermediate lens 5, it is possible to prevent the aberration in the first intermediate lens 5 from becoming large. This is more effective in reducing the blur compared to the case where the image is blurred.
更に、第5図は第3の発明に係る電子線装置を
示す説明図である。この電子線装置は、対物レン
ズ4、第1の中間レンズ5、第2の中間レンズ1
5及び投影レンズ6を設け、更に対物レンズ4と
第1の中間レンズ5との間に制限視野絞り11を
設けた電子顕微鏡の、対物レンズ4と制限視野絞
り11との間に設置可能な補助的な電子レンズ1
2を配置したレンズ構成になつている。実際の電
子レンズ12は、第6図に示すように、対物レン
ズ4の磁極ギヤツプ4aと、対物レンズ4の後段
に設けた制限視野絞り11との間で、対物レンズ
ヨーク4bに内包して設置してあり、例えば加速
電圧100乃至200KVの普通型電子顕微鏡において
は、対物レンズ4の磁極ギヤツプ4aと制限視野
絞り11との距離は100乃至150mm程度になつて
いることから、第5図において電子レンズ12は
対物レンズ4に比較的近接して配置されている。 Furthermore, FIG. 5 is an explanatory diagram showing an electron beam apparatus according to the third invention. This electron beam device includes an objective lens 4, a first intermediate lens 5, and a second intermediate lens 1.
5, a projection lens 6, and a selected area diaphragm 11 between the objective lens 4 and the first intermediate lens 5. electronic lens 1
The lens has a structure in which 2 are arranged. As shown in FIG. 6, the actual electronic lens 12 is installed inside the objective lens yoke 4b between the magnetic pole gap 4a of the objective lens 4 and the selected area diaphragm 11 provided at the rear stage of the objective lens 4. For example, in a conventional electron microscope with an accelerating voltage of 100 to 200 KV, the distance between the magnetic pole gap 4a of the objective lens 4 and the selected area diaphragm 11 is approximately 100 to 150 mm. Lens 12 is placed relatively close to objective lens 4.
ここで、試料1から発した電子線束3を対物レ
ンズ4と電子レンズ12とによつて実像16cと
して結像させ、更に第1の中間レンズ5と第2の
中間レンズ15とによつて実像17cを投影レン
ズの物面に結像させてから、投影レンズ6によつ
てスクリーン9上に低倍率観察像10を結像させ
ており、この結像過程において、対物レンズ4の
励磁を調整して対物レンズ4のみによる像面が電
子レンズ12の主面と制限視野絞り11との間に
形成されるようにしている。つまり、電子レンズ
12を励磁ゼロの状態にして、光軸2上の試料1
から発した電子線3aが電子レンズ12と制限視
野絞り11面との間において光軸2を通過する
(第5図中20で示した)ように対物レンズ4の
励磁を調整する。 Here, the electron beam 3 emitted from the sample 1 is formed into a real image 16c by the objective lens 4 and the electron lens 12, and further formed into a real image 17c by the first intermediate lens 5 and the second intermediate lens 15. is formed on the object plane of the projection lens, and then a low magnification observation image 10 is formed on the screen 9 by the projection lens 6. During this imaging process, the excitation of the objective lens 4 is adjusted. An image plane formed only by the objective lens 4 is formed between the main surface of the electron lens 12 and the selected area diaphragm 11. In other words, the electron lens 12 is set to zero excitation, and the sample 1 on the optical axis 2 is
The excitation of the objective lens 4 is adjusted so that the electron beam 3a emitted from the electron beam 3a passes through the optical axis 2 between the electron lens 12 and the selected area diaphragm 11 (indicated by 20 in FIG. 5).
ところで、上記のように、電子レンズ12を対
物レンズ4の近傍に設置すると、一般に、電子レ
ンズ12における電子線束3の広がりが小さくな
り、また、電子レンズ12によつて第1の中間レ
ンズ5における電子線束3の広がりも小さくなる
ので、電子レンズ12と第1の中間レンズ5にお
ける軸外非点収差、彎曲収差が小さくなるが、こ
こで上記のような電子線装置による電子レンズ1
2での収差の状態を説明する。 By the way, as mentioned above, when the electron lens 12 is installed near the objective lens 4, the spread of the electron beam 3 at the electron lens 12 is generally reduced, and the electron lens 12 also reduces the spread of the electron beam 3 at the first intermediate lens 5. Since the spread of the electron beam bundle 3 is also reduced, off-axis astigmatism and curvature aberration in the electron lens 12 and the first intermediate lens 5 are reduced.
The state of aberrations in case 2 will be explained.
第7図は、電子レンズ12のみの、軸外非点収
差、彎曲収差に起因した楕円状のボケの長径d
(μm)の値と上述した対物レンズ4のみによつて
結像している状態での像面の位置Ziとの関係の一
例を示した特性グラフ(第(1)式に基づいている)
である。ただし、上記像面位置Ziの原点は対物レ
ンズ4の中心位置とし、観察倍率は1000倍、観察
点は、像記録面において光軸を中心とした
100mmの円周上の点、対物絞りの開き半角は1
×10-2rad.(ラジアン)、対物レンズ4の焦点距離
は3mm、電子レンズ12において、間隙s+穴
径b=40mmとしている。 FIG. 7 shows the major axis d of the elliptical blur caused by off-axis astigmatism and curvature aberration of the electron lens 12 only.
A characteristic graph showing an example of the relationship between the value of (μm) and the position Zi of the image plane when the image is formed only by the objective lens 4 (based on equation (1))
It is. However, the origin of the above image plane position Zi is the center position of the objective lens 4, the observation magnification is 1000x, and the observation point is centered on the optical axis on the image recording plane.
At a point on the circumference of 100 mm, the half-angle of the objective aperture is 1
×10 -2 rad. (radian), the focal length of the objective lens 4 is 3 mm, and in the electron lens 12, gap s + hole diameter b = 40 mm.
第7図において、斜線部は通常の電子顕微鏡で
制限視野絞り11が配置される位置(対物レンズ
4から100乃至150mmの位置)を示し、特性曲線
Pは電子レンズ12を対物レンズ4の後方
500mm(位置A)に配置した場合を、また特性曲
線Qは電子レンズ12を対物レンズ4の後方
100mm(位置B)に配置した場合をそれぞれ示し
ている。特性曲線P,Qともに対物レンズ4のみ
による像面位置Ziを電子レンズ12の主面に形成
した場合にボケの大きさdが最小になる(これは
第2発明の状態を示すものである)が、対物レン
ズ4のみによる像面位置Ziを電子レンズ12の主
面と制限視野絞り11面との間に形成すれば、電
子レンズ12での収差に起因するボケの大きさは
たかだか10μmとなり、一般に像記録面に配置さ
れたフイルムの分解能が20μm程度ということを
考えれば、充分小さい値である。 In FIG. 7, the shaded area indicates the position where the selected area diaphragm 11 is located in a normal electron microscope (a position 100 to 150 mm from the objective lens 4), and the characteristic curve P indicates the position of the electron lens 12 behind the objective lens 4.
500mm (position A), and the characteristic curve Q shows the case where the electron lens 12 is placed behind the objective lens 4.
Each case is shown when placed at 100 mm (position B). For both characteristic curves P and Q, the blur size d is minimized when the image plane position Zi determined only by the objective lens 4 is formed on the principal surface of the electron lens 12 (this indicates the state of the second invention). However, if the image plane position Zi by only the objective lens 4 is formed between the main surface of the electron lens 12 and the selected area aperture 11, the size of the blur caused by aberrations in the electron lens 12 will be at most 10 μm, Considering that the resolution of a film placed on the image recording surface is generally about 20 μm, this is a sufficiently small value.
第8図は対物レンズ4のみによる像面位置Zi
と、対物レンズ4における励磁の変化率|ΔJ/
J0|との関係の一例を示したグラフであり、この
特性グラフは、対物レンズ4の形状を間隙S+穴
径b=14mmとし、J0を対物レンズ4による無限
遠結像、すなわちZi=∞のときの起励力としたと
きに、相対論補正された加速電圧U〓
をJ0/√U
〓
≒18を満足する値に調整した電子顕微鏡におい
て得られる特性を示す。 Figure 8 shows the image plane position Zi using only the objective lens 4.
and the rate of change of excitation in objective lens 4 |ΔJ/
This is a graph showing an example of the relationship between J 0 |. This characteristic graph assumes that the shape of the objective lens 4 is the gap S + hole diameter b = 14 mm, and J 0 is the image formed at infinity by the objective lens 4, that is, Zi = When the excitation force is ∞, the relativistically corrected accelerating voltage U〓 is J 0 /√U
〓 Shows the characteristics obtained with an electron microscope adjusted to a value that satisfies ≒18.
一般に、対物レンズ4による像面がZiの位置の
ときの対物レンズ4の起磁力Jは、
J=J0+ΔJ
ただし、
Zi>0のときΔJ>0
Zi<0のときΔJ<0
で求められるが、対物レンズ4のみによる像面を
第6図における電子レンズ12の主面と制限視野
絞り11面との間、例えば第8図における位置C
に形成する場合、このグラフから励磁の変化量
ΔJを
ΔJ=α・J0
と求めてから、このΔJを第1式に代入し、
J=(1+α)J0
となる起磁力Jに対物レンズ4を調整すればよ
い。 Generally, the magnetomotive force J of the objective lens 4 when the image plane of the objective lens 4 is at the position of Zi is determined as J=J 0 +ΔJ However, when Zi>0, ΔJ>0 When Zi<0, ΔJ<0 However, the image plane formed only by the objective lens 4 is located between the main surface of the electron lens 12 and the selected area aperture 11 in FIG. 6, for example at position C in FIG.
When forming the objective lens, calculate the excitation change amount ΔJ from this graph as ΔJ = α・J 0 , then substitute this ΔJ into the first equation, and set the magnetomotive force J such that J = (1 + α) J 0 . 4 should be adjusted.
なお、この第3の電子線装置と、上記第1の電
子線装置とを組合わせ、第5図において、第1の
中間レンズ5の励磁調整によつて電子線3bを第
2の中間レンズ15の主面付近に集束させれば、
更にレンズ系全体の軸外非点収差、彎曲収差を小
さくすることができる。 This third electron beam device and the first electron beam device are combined, and as shown in FIG. If you focus it near the main surface of
Furthermore, off-axis astigmatism and curvature aberration of the entire lens system can be reduced.
以上説明してきたように、本発明の第1の電子
線装置によれば、対物レンズ、中間レンズ及び投
影レンズを備え、試料の像を対物レンズによつて
結像させ、中間レンズと投影レンズとにより観察
像を結像させる電子線装置において、一つは対物
レンズとこれに後続する中間レンズを含めた複数
のレンズにより、対物レンズの後焦点より発散し
た電子線束を、投影レンズのすぐ前の中間レンズ
の主面付近に、一旦集束させるようにした。 As described above, the first electron beam apparatus of the present invention includes an objective lens, an intermediate lens, and a projection lens, an image of a sample is formed by the objective lens, and the intermediate lens and the projection lens In an electron beam device that forms an observation image, one uses multiple lenses, including an objective lens and an intermediate lens following it, to direct the electron beam diverged from the back focal point of the objective lens to a point immediately in front of the projection lens. The light is once focused near the main surface of the intermediate lens.
また、第2の電子線装置によれば対物レンズの
後方に電子レンズを設け、対物レンズによる試料
の像を、対物レンズに後続する前記電子レンズの
主面付近に、一旦結像させると共に、電子レンズ
から射出する電子線束を集束させ、かつ光軸付近
の電子線束が後続の中間レンズへ入射するように
ようにした。 Further, according to the second electron beam device, an electron lens is provided behind the objective lens, and the image of the sample by the objective lens is once formed near the main surface of the electron lens following the objective lens, and the electron The electron beam flux emitted from the lens is focused, and the electron beam flux near the optical axis is made to enter the subsequent intermediate lens.
更に、第3の電子線装置によれば対物レンズ、
制限視野絞り、中間レンズ及び投影レンズをこの
順に備え、試料の像を対物レンズによつて結像さ
せ、中間レンズと投影レンズとにより高倍率の観
察像を結像させる電子線装置において、対物レン
ズと制限視野絞りとの間に電子レンズを配置し、
対物レンズのみによる像面及び対物レンズと上記
電子レンズとにより形成された像面を上記電子レ
ンズの主面と制限視野絞り面との間に形成させる
ようにした。 Furthermore, according to the third electron beam device, an objective lens,
In an electron beam apparatus that is equipped with a selected area diaphragm, an intermediate lens, and a projection lens in this order, an image of the sample is formed by the objective lens, and a high-magnification observation image is formed by the intermediate lens and the projection lens. An electronic lens is placed between the aperture and the limited field aperture,
An image plane formed by only the objective lens and an image plane formed by the objective lens and the electron lens are formed between the main surface of the electron lens and the selected area aperture surface.
本願各発明は上記の構成により、対物レンズの
励磁を低倍率観察時に、高倍率観察時の対物レン
ズの強励磁状態に保持し、後段のレンズにおける
電子線の軌跡が光軸から離れないので、レンズ系
の軸外非点収差、及び彎曲収差をより小さくして
ボケの量を少ないものとすることができ、低倍率
における良質の広視野像を得ることができるとい
う効果が得られる。 With the above-described configuration, each invention of the present application maintains the excitation of the objective lens in a strongly excited state during low-magnification observation and during high-magnification observation, and the trajectory of the electron beam in the subsequent lens does not deviate from the optical axis. The off-axis astigmatism and curvature aberration of the lens system can be made smaller to reduce the amount of blur, and a high-quality wide-field image can be obtained at low magnification.
第1図は、従来の低倍率広視野像を得るための
電子線装置の一例を示す図である。第2図は、従
来の低倍率広視野を得るための電子線装置の他の
一例を示す図である。第3図は、対物レンズの後
焦点より発散した電子線束を中間レンズの主面付
近に集束させるようにした第1の発明の実施例を
示す図である。第4図は、対物レンズに後続する
電子レンズの主面付近に、対物レンズ結像を行わ
せるようにした第2の発明の実施例を示す図であ
る。第5図は、対物レンズと、制限視野絞り面と
の間に設けた電子レンズの主面と制限視野絞り面
との間に、対物レンズのみによる像面を位置させ
た第3の発明の実施例を示す図である。第6図
は、第5図における電子レンズの一例を示す断面
図である。第7図は、第5図における電子レンズ
のみの軸外非点収差、彎曲収差に起因した楕円状
のボケの長径dと対物レンズのみによる像面位置
Ziとの関係の一例を示すグラフ図である。第8図
は、対物レンズのみによる像面位置Ziと、対物レ
ンズにおける励磁の変化率|ΔJ/J0|との関係
の一例を示すグラフ図である。
1……試料、2……光軸(レンズ軸)、3……
電子線束、4……対物レンズ、5……中間レン
ズ、6……投影レンズ、9……スクリーン、10
……観察像、11……制限視野絞り、12,14
……電子レンズ、15……中間レンズ、18a…
…対物レンズの後焦点。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional electron beam apparatus for obtaining a low-magnification wide-field image. FIG. 2 is a diagram showing another example of a conventional electron beam apparatus for obtaining a wide field of view with low magnification. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the first invention in which the electron beam diverged from the back focal point of the objective lens is focused near the main surface of the intermediate lens. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the second invention in which the objective lens is imaged near the main surface of the electron lens following the objective lens. FIG. 5 shows a third embodiment of the invention in which the image plane formed only by the objective lens is located between the main surface of the electronic lens provided between the objective lens and the selected area diaphragm surface and the selected area diaphragm surface. It is a figure which shows an example. FIG. 6 is a sectional view showing an example of the electron lens in FIG. 5. Figure 7 shows the major axis d of the elliptical blur caused by off-axis astigmatism and curvature aberration of the electron lens alone in Figure 5, and the image plane position due to the objective lens alone.
It is a graph diagram showing an example of the relationship with Zi. FIG. 8 is a graph diagram showing an example of the relationship between the image plane position Zi due to only the objective lens and the excitation change rate |ΔJ/J 0 | in the objective lens. 1...Sample, 2...Optical axis (lens axis), 3...
Electron beam flux, 4... Objective lens, 5... Intermediate lens, 6... Projection lens, 9... Screen, 10
... Observation image, 11 ... Selected area aperture, 12, 14
...Electronic lens, 15...Intermediate lens, 18a...
...back focus of the objective lens.
Claims (1)
え、試料の像を励磁状態とした対物レンズによつ
て結像させ、中間レンズと投影レンズとにより高
倍率の観察像を結像させる電子線装置において、 上記対物レンズを高倍率観察時の強励磁に保持
した励磁状態とし、対物レンズとこれに後続する
中間レンズを含めた複数のレンズにより、対物レ
ンズの後焦点より発散した電子線束を、投影レン
ズのすぐ前の中間レンズの主面付近に、一旦集束
させ、低倍率観察を行うようにしたことを特徴と
する電子線装置。 2 対物レンズ、中間レンズ及び投影レンズを備
え、試料の像を励磁状態とした対物レンズによつ
て結像させ、中間レンズと投影レンズとにより高
倍率の観察像を結像させる電子線装置において、 上記対物レンズの後方に電子レンズを設け、高
倍率観察時の強励磁に保持した上記対物レンズの
励磁を調整して、対物レンズによる試料の像を対
物レンズに後続する前記電子レンズの主面付近へ
一旦結像させるようにし、 さらに前記電子レンズの励磁状態は、前記電子
レンズから射出する電子線束を集束させ、かつ光
軸付近の電子線束が後続の中間レンズへ入射する
ように調整して低倍率観察を行うようにしたこと
を特徴とする電子線装置。 3 対物レンズ、制限視野絞り、中間レンズ及び
投影レンズをこの順に備え、 試料の像を対物レンズによつて結像させ、中間
レンズと投影レンズとにより高倍率の観察像を結
像させる電子線装置において、 上記対物レンズを高倍率観察時の強励磁に保持
した励磁状態とし、 対物レンズと制限視野絞りとの間に電子レンズ
を配置し、対物レンズのみによる像面及び対物レ
ンズと上記電子レンズとにより形成された像面を
上記電子レンズの主面と制限視野絞り面との間に
形成するように対物レンズの励磁を調整して低倍
率の観察を行うようにしたことを特徴とする電子
線装置。 4 上記電子レンズは、対物レンズヨークに内包
して設置されていることを特徴とする特許請求の
範囲第3項記載の電子線装置。[Claims] 1. A system comprising an objective lens, an intermediate lens, and a projection lens, in which an image of the sample is formed by the objective lens in an excited state, and a high magnification observation image is formed by the intermediate lens and the projection lens. In an electron beam apparatus, the objective lens is kept in a highly excited state during high-magnification observation, and multiple lenses including the objective lens and an intermediate lens following it are used to capture electrons diverged from the back focus of the objective lens. An electron beam device characterized in that a beam is once focused near the main surface of an intermediate lens immediately in front of a projection lens to perform low magnification observation. 2. In an electron beam device comprising an objective lens, an intermediate lens, and a projection lens, an image of a sample is formed by the objective lens in an excited state, and a high magnification observation image is formed by the intermediate lens and the projection lens, An electron lens is provided behind the objective lens, and the excitation of the objective lens, which is maintained at a strong excitation level during high-magnification observation, is adjusted so that the image of the sample by the objective lens is near the main surface of the electron lens that follows the objective lens. Further, the excitation state of the electron lens is adjusted so that the electron beam flux emitted from the electron lens is focused, and the electron beam flux near the optical axis is incident on the subsequent intermediate lens. An electron beam device characterized by performing magnification observation. 3 An electron beam device that is equipped with an objective lens, a selected area diaphragm, an intermediate lens, and a projection lens in this order, and forms an image of the sample using the objective lens, and forms a high-magnification observation image using the intermediate lens and the projection lens. In this step, the objective lens is kept in a highly excited state during high-magnification observation, an electron lens is placed between the objective lens and the selected area diaphragm, and an image plane formed only by the objective lens and an image plane between the objective lens and the electron lens are arranged. The electron beam is characterized in that the excitation of the objective lens is adjusted so that the image plane formed by the electron lens is formed between the main surface of the electron lens and the selected area diaphragm surface to perform observation at low magnification. Device. 4. The electron beam apparatus according to claim 3, wherein the electron lens is disposed within an objective lens yoke.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141615A JPS5931548A (en) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | Focusing method for electron beam device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141615A JPS5931548A (en) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | Focusing method for electron beam device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5931548A JPS5931548A (en) | 1984-02-20 |
| JPH0522331B2 true JPH0522331B2 (en) | 1993-03-29 |
Family
ID=15296145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57141615A Granted JPS5931548A (en) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | Focusing method for electron beam device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931548A (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618351B2 (en) * | 1972-04-24 | 1981-04-28 | ||
| JPS6029185B2 (en) * | 1980-06-25 | 1985-07-09 | 日本電子株式会社 | electronic microscope |
| JPS5760648A (en) * | 1980-09-29 | 1982-04-12 | Internatl Precision Inc | Electron microscope |
-
1982
- 1982-08-17 JP JP57141615A patent/JPS5931548A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5931548A (en) | 1984-02-20 |
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