JPS5847826B2 - 粒子線装置を用いて低倍率で詩料を結像させる方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集束レンズ系及び該集束レンズ系の後方に配
置された集束レンズ系の絞りを介して試料を照射し、該
試料の位置を倍率選択とは無関係に維持し、かつ対物レ
ンズ、中間レンズ及び投影レンズ系並びに対物レンズと
中間レンズとの間に配置された結像絞り（視野制限絞り
）によって試料像を終像面に結像させることにより粒子
線装置特に電子顕微鏡を用いて低倍率で試料を結像させ
る方法に関する。

電子顕微鏡の適用分野では、高倍率で試料の微構造を高
解像力で結像させることの他に、屡屡面積の大きな試料
を低倍率（＜１．００倍）で精密に最適な情報含量でか
つ可能な限り試料に損傷を与えずに写真フイルムに結像
させることが望まれる。

このように低倍率で大きな試料域を高性能で結像させる
ことは、例えば大きな細胞又は膨張した組織範囲の総合
的精密描写にとって重要である。

このような描写は他の形式では平均的もしくは高倍率の
多数の個別像からの費用及び時間のかかるモンタージュ
作業によって可能であるにすぎず、しかもこの場合には
画像ひずみ，倍率変動及ひ黒色化差に問題が生じる。

これらの問題は特に同一試料の多数の連続した系列切片
から成る立体的試料構造の場合には顕著である。

低倍率で大きな試料域を結偉させることは、解像力がフ
イルム解偉力よりも良好であり、それにより陰画から後
で拡大する際に相応する高倍率の電子顕微鏡写真に比較
してデイテイールの消失が生じないように実施すること
が所望される。

高倍率から低倍率に移行する際に試料位置を変化させる
必要がなく、良好なコントラスト及び倍率で試料を結像
させる方法は公知である（西ドイツ国特許第２３２６０
４２号明細書）。

この方法では、低倍率で撮影を行なう際には対物レンズ
が遮断されかつ試料結像が弱励磁された中間レンズによ
って行なわれる。

同時に、集束系は電子ビームのクロスオーバ点が中間レ
ンズの前方にある視野制限絞りに結像するように調節さ
れる。

大きな試料域を結像できるように、同時に集束系の絞り
は最低直径０． ５ ｒｕｔｔを有する絞りと置換えら
れる。

この方法の主な欠点は，通常のレンズ距離では照射円錐
体が収れんすることに基づき照射される試料域の直径は
使用集束レンズ絞りの直径のほぼ半分にすぎない点にあ
る。

従って、例えば直径０． ５ ｍｍ集束レンズ絞りの場
合には直径約２５０μｍの試料照射が可能であるにすぎ
ない。

１ｍｒｎより大きな直径を有する試料照射は，集束レン
ズ絞りを完全に取除いた状態でのみ行われうるにすぎな
い。

しかし，それによって全体的試料負荷は著しく上昇し、
従って最低ビーム流ですら敏感な試料は熱分解する恐れ
がある。

公知方法のもう１つの欠点は、中間レンズの励磁力が弱
いことに基づきひずみ及び像わん曲が顕著に現われかつ
特に最小倍率では極めて有害であることにある。

更に、対物レンズを遮断すると照射方向を第１の投影レ
ンズの軸に後調整する必要がある。

ところで、本発明の課題は、大きな試料域を最低の試料
負荷で極めて良好な画像質及び高い像コントラストで結
像させることができる、試料を低倍率で電子顕微鏡的に
結像させる方法を見い出すことであった。

この目的は、冒頭に述べた形式の粒子線装置、特に電子
顕微鏡において、対物レンズを投入しかつ該対物レンズ
が中間レンズと共同して試料の至適にひずみ補正した像
を後続の投影レンズ系に対向した面に生じる程度に弱く
励磁し、かつ集束レンズ系を、該集束レンズ系によって
対物レンズと後方の集束レンズとの間に形成される、照
射源かラ発射したビームのクロスオーバ点が、高倍率で
作動する電子顕微鏡とは異なり位置及び開口度を変化し
ない集束レンズ絞りの面内又は該面の近くに位置する程
度に励磁しかつ上記クロスオーバ点を対物レンズによっ
て実像で結偉絞り内に結像されることにより達成される
。

この新規方法は、結偉レンズの糸巻形の半径方向ひずみ
は特定の作用に関して虚像を結像する第２のレンズを前
置することにより実際的に許容可能な最低値に補正可能
であるという公知の学説〔Ｊ．ヒルラー（Ｈｉｌｌｉｅ
ｒ）著、゛ジャーナル・オブ・アプライド・フイジイク
ス（Ｊｏｕｎａｌ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ ）”、第１７巻、Ａ６１９４６年６月〕から出発
する。

この補正を行なうために、新規方法では，対物レンズが
低倍率で拡大した試料虚像を結像し、該虚像が中間レン
ズによって実像で後続の投影レンズ系に対向した面に結
像されるように対物レンズを励磁する。

対物レンズの励磁は固定であり、中間レンズの励磁は試
料像のピント調節を行なうために一般に狭い範囲内で可
変であり、一方投影レンズ糸の励磁は試料像の倍率を変
えるために可変である。

本発明の新規方法による集束レンズ系の励磁により，試
料は発散する照射円錐体で照射される。

従って、集束レンズ絞りが極めて小さい場合でも視野の
有害なトリミングは起らない、即ち普通高倍率で通常の
小さな集束レンズ絞りを、低倍率・＼移行する際に変化
させることなくビーム路内に設置することができる。

照射ビームのクロスオーバ点が集束レンズ絞りの面内に
位置するように集束レンズ系を励磁するのが特に有利で
ある。

集束レンズ絞り及び結像絞りの位置が選択倍率とは無関
係であることは、それら絞りが最低ひずみで励磁される
対物レンズによって互いに共役に結像することを意味す
る。

本発明の新規方法によれば、集束レンズ絞り開口度とは
無関係に直径２ｍｍまで発散される試料照射をＩＸ１０
−５〜１０−６ｒａｄの極めて小さな照射開角で達成可
能である。

この場合、試料負荷は公１ 知方法に基づく収れんする試料照射の不狛になる。

この事実は、本発明の新規方法においては可能な限り良
好な試料保護下に低倍率でプレパラートの透過パターン
を得ることを可能にする。

本発明方法では、付加的偏向系を用いる照射方向の補正
が不必要である。

それというのも、試料照射面積が広いことに基づきビー
ムが傾斜して入射する場合でも結偉すべき試料域のトリ
ミングが行われないからである。

本発明方法では、結像開角を小さな視野制限絞りを用い
て約Ｉ Ｘ １ ０−’ｒａｄにすることができる。

従って、結像レンズの前記励磁と結び付き、直径２ｍｍ
までの試料域のコントラストに富んだ高性能の結像が可
能である。

本発明方法に基づいて作動する電子顕微鏡は，フィクス
ーフォーカス法（Ｆｉｘ−Ｆｏｋｕｓ−Ｍｅｔｈｏｄｅ
）に基づく撮影を行なうことができるように操作するこ
とが可能である。

この場合に、ここに記載した総倍率範囲（例えば１００
〜１０００倍）内で、中間レンズによる追従ピント合せ
を必要とせずに試料交換を行なうことができると理解さ
れるべきである。

このような電子顕微鏡は、結像開角を＜．ＩＸ１０−’
に選択しかつ試料位置を試料の交換の際に約＜０． ２
ｍｍに正確に再現可能に維持することができる点で優
れている。

次に、実施例について本発明を説明する。

Ｉ Ｘ １ ０”−’ｒａｄの結像開角で２００人まで
の解偉力が達成されるとすれば、試料側の焦点深度は約
０．２１ｒＬｍになる。

通常の小型フイルムのフイルム解像力は約２０μｍであ
り、このことは２００人の試料解像力でＭ＝１０００倍
の終像倍率を必要とする。

その際に、Ｍ＝１００倍では試料側の試料の発散円は１
０倍大きい、即ち同じ結像開角及びフイルム開偉力で被
写***置は識別可能な不鮮鋭度を生じることなく２闘程
変動してもよい。

即ち、識科の位置が約０． ２ ｍｍの許容差で再現可
能であるように配慮すれば、総倍率範囲（例えば１００
０〜１００倍）で、中間レンズのピント合せの後調節を
必要とせずに試料の正確にピントが合された結像が可能
である。

次に、図面につき本発明を詳細に説明する。

第１図には、１で電子顕微鏡が示されており、このビー
ム発生装置は陰極２及び加速電極３から或る。

４及び５で示された集束レンズは集束レンズ系を構成す
る。

６で集束レンズの絞りが示されている。

結像される試料８は、交換可能に対物レンズ７の内部に
配置されている。

ビーム方向で見て、対物レンズ７に高倍率で視野制限絞
りとして作用する結像絞り９が接続されている。

１０で中間レンズがかつ１１で後続の投影レンズ系（こ
の場合には単レンズとして示されている）が示されてい
る。

これらのレンズは試料８の像を，ケーシング１内ののぞ
き窓１３を経て観察可能である螢光スクリーン１２に結
像する。

終像螢光スクリーン１２の下に、試料像を写真固定する
ために略示されたカメラ１４が配置されている。

第２図に示された電子顕微鏡の作動形式では、試料８の
像は低倍率で螢光スクリーン１２上に結像される。

この場合，対物レンズ７及び中間レンズ１０は、共同し
て投影レンズ系１１の対向面に試料８の最適にひずみ補
正された像８“を結像する程度に励磁される。

対物レンズ７の励磁は固定であり，中間レンズ１０の励
磁は試料像の鮮鋭度調節のために狭い範囲内で可変であ
る。

投影レンズ系１１は可変励磁可能であり、それによって
終像螢光スクリーン１２上に所望の倍率で試料８の像８
“′を結像する。

集束レンズ系４，５は、ビーム源２の像２′ヲ集束レン
ズの絞り６の面の直ぐ近くに結像するように励磁される
。

この絞りは高倍率の電子顕微鏡の作動形式とは異なり位
置もまた倍率も変化しない。

試料８は拡散した照射円錐体で照射される、従って絞り
６は照射された試料域の有害なトリミングを惹起しない
。

集束レンズ絞り６は最低ひずみで励磁される対物レンズ
７によって制限絞り９内に結像される。

この場合に、第２図に示すように上記両絞りと対物レン
ズ７の距離をａ及びｂとすれば、式１ ／ ａ＋ １
／ ｂ＝ １ ／ ｆｏ （ ｆｏは対物レンズ７の
焦点距離である）の関係が得られる。

第３図には、対物レンズ７及び中間レンズ１０の共同の
結像作用によって最適にひずみ補正された試料偉を生じ
る状態が拡大して示されている。

結像開角は結像絞り９の直径及び該絞りと試料虚像８′
との距離に左右される。

該距離が約１００ｍｍ及び絞り９の開口直径がＱ．Ｑ２
ｉｍの場合には、照射開角はＩＸ１０’ｒａｄになる。

レンズ収差はこのような小さい開角では極めて小さい、
従って低倍率の大面積の試料像を極めて良好な像質で結
像させることができる。

集束レンズ系４，５を第４図に示されているように励磁
するのが特に有利である。

この場合には，集束レンズ系はビーム源２の像２を集束
レンズの絞り６の面に生じる。

周知のように、第２図の場合でもまた第４図の場合でも
試料８の照射は発散した照射円錐体で行なわれる、即ち
試科８は大面積で照射され、しかも集束レンズの絞り６
による照射制限が生じない。

第４図の実施例では、絞り６による照射制限は実質的に
不可能である、それというのも照射ビームのクロスオー
バ点が正確に上記絞りの面内に位置するからである。

既に１回の集束動作で、即ち第１の集束レンズ４を遮断
すれば、例えばＩ Ｘ １ ０−５ｒａｄの照射開角を
得ることができ、両者の集束レンズ４及び５を励磁する
と、更に＜ＩＸ１０−６ の照射開角が可能である。

このことは試科８の可能な限り小さな熱負荷で低倍率に
おいてプレパラートの透過パターンを得ることを可能に
する。

電子顕微鏡の前記作動形式によって、１００倍以下の低
倍率が可能であり、この場合には試科８は大面積でかつ
最低の負荷で照射されかつ生じる結像は極めて良好な質
及び高いコントラストを有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための電子顕微鏡の原理
的構戒図、第２図は低倍率で試料を結像させる際の電子
顕微鏡におけるビームの経路を示す図、第３図は試料と
投影レンズ系の間のビーム経路の拡大図及び第４図は照
射源と集束レンズ絞りの間の照射ビーム経路の実施例を
示す図である。 ２・・・・・・照射源、２′・・・・・・クロスオーバ
点、４，５・・・・・・集束レンズ系、６・・・・・・
集束レンズ絞り、７・・・・・・対物レンズ，８・・・
・・・試料、８“・・・・・・像、９・・・・・・結像
絞り、１０・・・・・・中間レンズ、１１・・・・・・
投影レンズ系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 集束レンズ系及び該集束レンズ系の後方に配置され
   た集束レンズ系の絞りを介して試料を照射し、該試料の
   位置を倍率選択とは無関係に維持しかつ対物レンズ、中
   間レンズ及び投影レンズ系並びに対物レンズと中間レン
   ズとの間に配置された結像絞りによって試料像を終像面
   に結像させることにより粒子線装置を用いて低倍率で試
   料を結像させる方法において、対物レンズ７を投入しか
   つ該対物レンズが中間レンズ１０と共同して試料８の至
   適にひずみ補正した像８“を後続の投影レンズ系１１に
   対向した面に生じる程度に弱く励磁し、かつ集束レンズ
   系４，５を、該集束レンズ系によって対物レンズ７と後
   方の集束レンズ５との間に形或される、照射源２から発
   射したビームのクロスオーバ点２′が，高倍率で作動す
   る電子顕微鏡とは異なり位置及び開口度を変化しない集
   束レンズ絞り６の面内又は該面の近くに位置する程度に
   励磁しかつ上記クロスオーバ点を対物レンズ７によって
   実像で結像絞り９内に結像させることを特徴とする、粒
   子線装置を用いて低倍率で試料を結像させる方法。 ２ 試科像の倍率を変えるために投影レンズ系１１の励
   磁力を変化させる、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 集束レンズ絞り６の開口直径を５００μｍより小さ
   く選択する、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 ４ 照射開角をＩ Ｘ １ ０−５ｒａｄより小さく選
   択する、特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 収束レンズ絞り６と結像絞り９との位置を、最低ひ
   ずみで励磁された対物レンズ７によって互いに共役に結
   像するように選択する、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６ 試料８を交換する際に中間レンズ１０の追従ピント
   調整を避けるために結像開角をζＩＸ１０＝ｒａｄに選
   択しかつ試料８の位置を試料交換の際に＜ ０． ２
   ｍｍの範囲で精確に再現可能に構成する、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。