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JPS6012739B2 - Objective lenses for scanning electron microscopes, etc. - Google Patents

Objective lenses for scanning electron microscopes, etc.

Info

Publication number
JPS6012739B2
JPS6012739B2 JP55076184A JP7618480A JPS6012739B2 JP S6012739 B2 JPS6012739 B2 JP S6012739B2 JP 55076184 A JP55076184 A JP 55076184A JP 7618480 A JP7618480 A JP 7618480A JP S6012739 B2 JPS6012739 B2 JP S6012739B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic pole
working distance
scanning electron
gap
objective lenses
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.)
Expired
Application number
JP55076184A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS573357A (en
Inventor
清一 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
Priority to JP55076184A priority Critical patent/JPS6012739B2/en
Publication of JPS573357A publication Critical patent/JPS573357A/en
Publication of JPS6012739B2 publication Critical patent/JPS6012739B2/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ワーキングディスタンス(動作距離)の変化
に対して最小の球面収差係数Csが得られるようになし
た走査電子顕微鏡等用対物レンズに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an objective lens for a scanning electron microscope, etc., which allows a minimum spherical aberration coefficient Cs to be obtained with respect to changes in working distance.

一般に走査電子顕微鏡においては、観察目的に応じて、
対物レンズのワーキングディスタンスW・Dを大中に可
変する必要がある。例えば、×線分折を行う場合にはX
線の取り出し角を大きくしなければならないので、試料
は対物レンズ下面より箸じるしく遠ざけ、、ワーキング
ディスタンスを大きくする必要がありL又、高分解龍二
次電子像観察の様な場合には、レンズを強励磁して、小
さなワーキングディスタンスにする必要があることは、
周知の事である。所で、従来の対物レンズは、上下磁極
間隙は固定した状態で励磁極度を可変して、ワーキング
ディスタンスの変化に対し、焦点距離を調整しているが
、本発明者の実験によるとこの様なしンズでは球面収蓋
係数Csが最4・となるワーキングディスタンスは一点
であり、他の領域では、Csを犠牲にして使用している
ことが判明した。而して本発明は、ワーキングディスタ
ンスの変化に対し、最小の球面収差係数を得ることので
きる走査電子顕微鏡等用対物レンズを提供するものであ
る。
Generally, in a scanning electron microscope, depending on the purpose of observation,
It is necessary to vary the working distance W and D of the objective lens. For example, when performing x-ray analysis,
Since the take-off angle of the line must be increased, the sample must be kept far away from the bottom surface of the objective lens, and the working distance must be increased.Also, in cases such as high-resolution dragon secondary electron image observation, The need to strongly excite the lens and create a small working distance means that
This is a well-known fact. By the way, in conventional objective lenses, the excitation extreme is varied while the gap between the upper and lower magnetic poles is fixed, and the focal length is adjusted in response to changes in the working distance, but according to the inventor's experiments, this is not the case. It has been found that in lenses, the working distance at which the spherical convergence coefficient Cs reaches a maximum of 4 is at one point, and in other areas Cs is used at the expense of the working distance. Accordingly, the present invention provides an objective lens for a scanning electron microscope, etc., which can obtain a minimum spherical aberration coefficient even when the working distance changes.

第1図は本発明の原理を説明するための実験データで、
ワーキングディタンスW・Dの変化に対する球面収差係
数Cs及び色収差係数Ccの変化を上下磁極の間隔Sを
パラメータとして表示したものである。
Figure 1 shows experimental data for explaining the principle of the present invention.
Changes in the spherical aberration coefficient Cs and the chromatic aberration coefficient Cc with respect to changes in the working distance W·D are displayed using the distance S between the upper and lower magnetic poles as a parameter.

尚、この場合、上磁極、下磁極の孔径は一定で夫々3仇
奴とIQ岬の場合であり、、磁極間隔Sは4肌、1仇吻
、16側に可変したときのデータである。同図において
、球面収差係数Csについて考察するに、いずれの場合
も、ワーキングディスタンスW・Dが小さくなるにつれ
てCsは小さくなっているが、ワーキングディスタンス
の大きな所では、Sが大きくなると球面収差係数Csは
相対的に小さくなっている。又、ワーキングディスタン
スの4・さし、領域ではSの小さい方がCsは小さくな
っている。一方色収差係数Ccについて考察するに、全
体的にワーキングディスタンスが小さくなるにつれてC
cは小さくなるが、大きなワーキングディスタンスでは
Sによる違いは殆んどなく、ワーキングディスタンスが
小さい領域でわずかにSによる変化が現われる。この場
合、Sが小さい程4・さなCcが得られている。以上の
考察よりワーキングディスタンスが4・さし、領域では
、Cs、Ccいずれも、Sが小さい程小さい値となるた
め、磁極間隙はできるだけ狭くし、ワーキングディスタ
ンスが大きい領域では、CcはSに殆んど無関係であり
、CsはSが大きい程有利であるため、磁極間隙を大き
くすれば良いことがわかつた。
In this case, the hole diameters of the upper magnetic pole and the lower magnetic pole are constant for 3 sides and IQ cape, respectively, and the data is when the magnetic pole spacing S is varied to 4 sides, 1 side, and 16 sides. In the same figure, considering the spherical aberration coefficient Cs, in all cases, Cs decreases as the working distance W・D decreases, but at large working distances, as S increases, the spherical aberration coefficient Cs decreases. is relatively small. Furthermore, in the 4-square region of the working distance, the smaller S is, the smaller Cs is. On the other hand, considering the chromatic aberration coefficient Cc, as the overall working distance becomes smaller, C
Although c becomes smaller, there is almost no difference due to S at a large working distance, and a slight change due to S appears in an area where the working distance is small. In this case, the smaller S is, the more Cc is obtained. From the above considerations, in the region where the working distance is 4.0 cm, both Cs and Cc have smaller values as S becomes smaller. Therefore, the magnetic pole gap should be made as narrow as possible, and in the region where the working distance is large, Cc is almost equal to S. It was found that Cs is largely unrelated, and the larger S is, the more advantageous it is, so it is sufficient to increase the magnetic pole gap.

尚、実験は磁極間隔Sをパラメー外こした場合であるが
現象的には、磁極間隙内の藤上磁場の半値中dの変化と
してとらえることができる。
Although the experiment was performed with the magnetic pole spacing S outside the parameter, the phenomenon can be interpreted as a change in d during the half-maximum value of the Fujigami magnetic field within the magnetic pole gap.

Sとdとの間には大略比例関係が存在するので、上記実
験データは半値中dをパラメー外こしていると考えて差
しつかえない。本発明は上記原理を実現させるもので、
第2図に、一実施例を示してある。
Since there is a roughly proportional relationship between S and d, it can be safely assumed that the above experimental data excludes d in the half value. The present invention realizes the above principle,
FIG. 2 shows one embodiment.

図中1は対物レンズの外側ヨークであり、下部は試料方
向に突き出した形をしており、下端部は下磁極2を構成
している。3は内側ヨークで筒状をなし、外側ヨークの
中央部に上方より摺動可能に挿入される。
In the figure, reference numeral 1 denotes an outer yoke of the objective lens, the lower part of which projects toward the sample, and the lower end of which constitutes the lower magnetic pole 2. Reference numeral 3 denotes an inner yoke, which has a cylindrical shape and is slidably inserted into the center of the outer yoke from above.

このヨークの下部は、上磁極4を構成し、下磁極2との
間に磁気間隙を形成する。内側ヨークの上部側面にはラ
ック5が刻まれ、ピニオン6が噛み合っている。該ピニ
オソは、駆動機構7により駆動される。8は下磁極2の
下方に置かれた試料でラック9により上下動可能なステ
ージ10上に保持されている。
The lower part of this yoke constitutes the upper magnetic pole 4 and forms a magnetic gap with the lower magnetic pole 2. A rack 5 is carved into the upper side of the inner yoke, and a pinion 6 is engaged with it. The pinioso is driven by a drive mechanism 7. A sample 8 is placed below the lower magnetic pole 2 and is held on a stage 10 which can be moved up and down by a rack 9.

該ラックにはピニオン11が噛み合わされ、駆動機構1
2により駆動される。前記駆動機構7及び12は手動に
よるものでも良く又、パルスモータ等を用いた電動のも
のでも良い。そしてト両者は連動又は同期しており、ス
テージ10の上下動、つまり、ワーキングディスタンス
W1Dの可変に関連して、ヨーク3が上下動され、磁極
間隔Sが可変される。即ち、今、実線で示す試料位置の
ワーキングディスタンスをW・D,としたとき、これに
対応する最適磁極間隔はS,であり、W・D,が大きい
ため、S.も大きくなっている。次に駆動機構12を制
御してステージ10を点線で示す位置まで上昇せしめる
と、ワーキングディスタンスはW・D2に示す如く小さ
くなる。これに連動又は同期して駆動機構7が働き、ョ
−ク3が下降し、磁極間隔はS2の如く、球面収差及び
色収差の最も少し、小さな値に変えられる。第3図は、
他の実施例を示す要部を示す断面図で、上部磁極4を移
動させるようにした点に違いがある。即ち、内側ヨーク
3を外側ョークーと一体化し、上部磁極4を内側ヨーク
内で摺動可能となし、該上部磁極4の上部外周にラック
13を形成し、これに外から駆動されるピニオン14を
噛合せたものである。第4図及び第5図は更に他の実施
例を示すもので、二つの磁極間隙SとS′を有するレン
ズに適用した場合である。
A pinion 11 is engaged with the rack, and the drive mechanism 1
2. The drive mechanisms 7 and 12 may be manual or electric using a pulse motor or the like. The two are interlocked or synchronized, and in association with the vertical movement of the stage 10, that is, the variation of the working distance W1D, the yoke 3 is moved up and down, and the magnetic pole spacing S is varied. That is, when the working distance of the sample position shown by the solid line is W.D, the corresponding optimum magnetic pole spacing is S, and since W.D. is large, S. is also getting bigger. Next, when the drive mechanism 12 is controlled to raise the stage 10 to the position shown by the dotted line, the working distance becomes smaller as shown by W·D2. In conjunction or synchronization with this, the drive mechanism 7 operates, the fork 3 descends, and the magnetic pole spacing is changed to the smallest value of spherical aberration and chromatic aberration, as shown in S2. Figure 3 shows
This is a sectional view showing a main part of another embodiment, and the difference is that the upper magnetic pole 4 is moved. That is, the inner yoke 3 is integrated with the outer yoke, the upper magnetic pole 4 is made slidable within the inner yoke, a rack 13 is formed on the upper outer periphery of the upper magnetic pole 4, and a pinion 14 driven from the outside is attached to the rack 13. It's a combination of things. FIGS. 4 and 5 show still another embodiment, in which the present invention is applied to a lens having two magnetic pole gaps S and S'.

15は中間磁極で非磁性体16により下部磁極2に固定
されており、該下磁極との間に一定間隔の間隙Sを形成
している。
Reference numeral 15 denotes an intermediate magnetic pole, which is fixed to the lower magnetic pole 2 by a non-magnetic material 16, and forms a constant gap S between it and the lower magnetic pole.

17は上部磁極4に一部隊合して、該上部磁極と中間磁
極15の間に設けられた補助磁極で、外周にラック18
が形成され、ピニオン19によって上下に移動される。
Reference numeral 17 denotes an auxiliary magnetic pole that is aligned with the upper magnetic pole 4 and is provided between the upper magnetic pole and the intermediate magnetic pole 15, and has a rack 18 on its outer periphery.
is formed and is moved up and down by the pinion 19.

その結果、中間磁極15と補助磁極17との間の磁極間
隙S′は、零から一定の値まで任意に可変できる。第4
図の状態は、補助磁極17を上部磁極4の側に一杯に移
動させた場合であり、二つの間隙SとS′が形成されて
いる。この様な磁極構造では、SとS′の値の合計が単
一間隙の場合の間隔より相当に小さくても、軸上磁場分
布の半値中を広くすることができるので、該第4図の状
態は、ワーキングディスタンスが大きい場合に有効であ
る。次に第5図に示す如くピニオン19を操作して補助
磁極17を中間磁極15に当接するまで下降せしめると
、上磁極4、補助磁極17及び中間磁極15が磁気的に
一体となり、磁極間隙S′は消滅し、Sのみの単一間隙
となる。従って、例えば、間隙Sの値を4柵にしておけ
ば、4・ごいワーキングディスタンスのとき、第1図か
らわかるように最4・の球面収差係数及び色収差係数が
得られる。尚、間隙S′は第4図と第5図の中間の値に
任意に調整でき、さらに、第2図に示したように、ワー
キングディスタンスに連動させうろことは言うまでもな
い。第6図の実施例は、第4図、第5図の変形であり、
補助磁極17の移動手段に違いがある。
As a result, the magnetic pole gap S' between the intermediate magnetic pole 15 and the auxiliary magnetic pole 17 can be arbitrarily varied from zero to a constant value. Fourth
The illustrated state is when the auxiliary magnetic pole 17 is fully moved toward the upper magnetic pole 4, and two gaps S and S' are formed. With such a magnetic pole structure, even if the sum of the values of S and S' is considerably smaller than the spacing in the case of a single gap, it is possible to widen the half-value of the axial magnetic field distribution. The state is valid when the working distance is large. Next, as shown in FIG. 5, when the pinion 19 is operated to lower the auxiliary magnetic pole 17 until it contacts the intermediate magnetic pole 15, the upper magnetic pole 4, the auxiliary magnetic pole 17, and the intermediate magnetic pole 15 become magnetically integrated, and the magnetic pole gap S ' disappears and becomes a single gap of only S. Therefore, for example, if the value of the gap S is set to 4 fences, when the working distance is 4.0, a maximum spherical aberration coefficient and chromatic aberration coefficient of 4.0 can be obtained, as can be seen from FIG. Incidentally, the gap S' can be arbitrarily adjusted to a value intermediate between those shown in FIGS. 4 and 5, and it goes without saying that the scale can be adjusted in conjunction with the working distance as shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 6 is a modification of FIGS. 4 and 5,
There is a difference in the means for moving the auxiliary magnetic pole 17.

即ち、第4図、第5図の実施例ではラックピニオンを使
った機械的手段であったがト本実施例では、ソレノィド
を用いた電磁気的な手段を用いたことに特徴がある。同
図において、中間磁極15と補助磁極17とに、ソレノ
ィド20及び21を夫々埋め込み、この両ソレノィドに
流す電流を制御することにより補助磁極17を移動させ
るものである。例えば、ソレノィド20と21とに異つ
た向きの電流を流すと、磁界による反発力により、補助
磁極17は図の如く上部磁極の側に移動せられ、又、ソ
レノイド20のみを励磁又は20と21を同一方向に励
磁すると磁界による吸引力によって、補助磁極17が中
間磁極15の側に引き寄せられる。尚15、17夫々の
磁界に埋め込まれたソレノィドの間ゲキ方向は第6図の
通りである必要はない。補助磁極17とヨーク4との間
に板バネを挿入しておくこともできる。以上詳述した様
に、本発明はワーキングディスタンスを変えた場合、そ
れに関連して磁極間隙を連続的、又は断続的に可変して
いるので、各ワ−キングディスタンスに対して、球面収
菱係数を最小にすることができる。
That is, while the embodiments shown in FIGS. 4 and 5 used mechanical means using a rack and pinion, this embodiment is characterized by using electromagnetic means using a solenoid. In the figure, solenoids 20 and 21 are embedded in an intermediate magnetic pole 15 and an auxiliary magnetic pole 17, respectively, and the auxiliary magnetic pole 17 is moved by controlling the current flowing through these solenoids. For example, when currents in different directions are applied to the solenoids 20 and 21, the auxiliary magnetic pole 17 is moved to the upper magnetic pole side as shown in the figure due to the repulsive force caused by the magnetic field. When they are excited in the same direction, the auxiliary magnetic pole 17 is drawn toward the intermediate magnetic pole 15 by the attractive force caused by the magnetic field. Note that the firing directions of the solenoids embedded in the respective magnetic fields 15 and 17 do not have to be as shown in FIG. A leaf spring may also be inserted between the auxiliary magnetic pole 17 and the yoke 4. As detailed above, in the present invention, when the working distance is changed, the magnetic pole gap is continuously or intermittently varied in relation to it, so that the spherical rhombic coefficient is changed for each working distance. can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の原理を説明するためのデー夕、第2図
は本発明の−実施例を示す断面図、第3図は他の実施例
を示す要部断面図、第4図及び第5図は更に他の実施例
を示す図、第6図は、第4図の変形を示す断面図である
。 1:外側ヨーク、2:下部磁極片、3:内側ヨーク、4
:上部磁極、5及び9:ラック、6及び11三ピニオン
、7及び12:駆動機構、8:試料、10:ステージ。 汁、図汁乙図 ガS図 オ4■ ガ5図 オ6図
Fig. 1 is a data sheet for explaining the principle of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing an embodiment of the invention, Fig. 3 is a sectional view of main parts showing another embodiment, Figs. FIG. 5 is a diagram showing still another embodiment, and FIG. 6 is a sectional view showing a modification of FIG. 4. 1: Outer yoke, 2: Lower pole piece, 3: Inner yoke, 4
: Upper magnetic pole, 5 and 9: Rack, 6 and 11 three pinions, 7 and 12: Drive mechanism, 8: Sample, 10: Stage. Soup, Figure Soup Otsu Figure S Figure O 4 ■ Figure 5 O Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 動作距離(ワーキングデイスタンス)の変化に関連
して、大きい動作距離に対しては軸上磁界分布の半値巾
を大きくし、小さい動作距離に対しては小さい半値巾を
得るように上下磁極間隙を可変することを特徴とする走
査電子顕微鏡等用対物レンズ。
1 In relation to changes in working distance, the half-width of the axial magnetic field distribution is increased for large working distances, and the gap between the upper and lower magnetic poles is adjusted to obtain a smaller half-width for small working distances. An objective lens for a scanning electron microscope, etc., characterized in that the objective lens is variable.
JP55076184A 1980-06-06 1980-06-06 Objective lenses for scanning electron microscopes, etc. Expired JPS6012739B2 (en)

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Publication Number Publication Date
JPS573357A JPS573357A (en) 1982-01-08
JPS6012739B2 true JPS6012739B2 (en) 1985-04-03

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