JPH0616404B2 - 加速器結合透過型電子顕微鏡 - Google Patents
加速器結合透過型電子顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0616404B2 JPH0616404B2 JP60169860A JP16986085A JPH0616404B2 JP H0616404 B2 JPH0616404 B2 JP H0616404B2 JP 60169860 A JP60169860 A JP 60169860A JP 16986085 A JP16986085 A JP 16986085A JP H0616404 B2 JPH0616404 B2 JP H0616404B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- ion beam
- electron microscope
- transmission electron
- accelerator
- Prior art date
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、加速器を結合した透過型電子顕微鏡に係り、
特に、顕微鏡試料へ照射されるイオンビームの位置調整
をしつつ顕微鏡観察することを可能にした加速器結合透
過型電子顕微鏡に関する。
特に、顕微鏡試料へ照射されるイオンビームの位置調整
をしつつ顕微鏡観察することを可能にした加速器結合透
過型電子顕微鏡に関する。
近年、新材料に対するニーズは、ますます多様化の傾向
にある。特にセラミツク、半導体においては、応用分野
の拡大にともない多種多様な製品が生産されている。こ
れら新材料開発には、優秀な材料計測機器が必要であつ
たが、この分野においても、飛躍的発展を遂げたため、
現在の材料開発競争が始まつたと言える。ところで、現
在の研究の中心は、材料の基本的挙動の解明、つまりよ
りミクロな現象の追求にあるが、それをサポートする代
表的な計測機器が透過型電子顕微鏡である。本装置は、
高分解能（１Ａ以下）を有する搬用性の高い計測機器で
あるため、広く普及しているが、最近、この透過型電子
顕微鏡と加速器を結合した計測器が開発され、普及しつ
つある。これは、加速器部で加速したイオンを透過型電
子顕微鏡部の試料へ照射しつつ、その状態で顕微鏡観察
が可能な装置で、イオン照射により変化する材料の格子
挙動の変化を直接観察ができるので、材料の基礎定数の
測定をはじめ、材料のマクロな現象を支配するミクロな
現象を追う測定には、大変有効な装置である。しかし、
本装置では、試料へ照射されたイオンビーム電流を精度
よく測定できない。
にある。特にセラミツク、半導体においては、応用分野
の拡大にともない多種多様な製品が生産されている。こ
れら新材料開発には、優秀な材料計測機器が必要であつ
たが、この分野においても、飛躍的発展を遂げたため、
現在の材料開発競争が始まつたと言える。ところで、現
在の研究の中心は、材料の基本的挙動の解明、つまりよ
りミクロな現象の追求にあるが、それをサポートする代
表的な計測機器が透過型電子顕微鏡である。本装置は、
高分解能（１Ａ以下）を有する搬用性の高い計測機器で
あるため、広く普及しているが、最近、この透過型電子
顕微鏡と加速器を結合した計測器が開発され、普及しつ
つある。これは、加速器部で加速したイオンを透過型電
子顕微鏡部の試料へ照射しつつ、その状態で顕微鏡観察
が可能な装置で、イオン照射により変化する材料の格子
挙動の変化を直接観察ができるので、材料の基礎定数の
測定をはじめ、材料のマクロな現象を支配するミクロな
現象を追う測定には、大変有効な装置である。しかし、
本装置では、試料へ照射されたイオンビーム電流を精度
よく測定できない。
加速器結合透過型電子顕微鏡において、今後、その能力
を充分生かしていくためには、上記問題点を、解決しな
ければならず、その解決によつて、利用分野、搬用性を
ますます拡大することが可能である。
を充分生かしていくためには、上記問題点を、解決しな
ければならず、その解決によつて、利用分野、搬用性を
ますます拡大することが可能である。
なお、加速器結合透過型電子顕微鏡を示す文献として、
昭和５５年度科学研究費補助金研究成果報告書、課題番
号442049「重イオン照射損傷の“その場観察”」があ
る。
昭和５５年度科学研究費補助金研究成果報告書、課題番
号442049「重イオン照射損傷の“その場観察”」があ
る。
本発明の目的は、単純な構成で試料に照射されたイオン
ビーム電流の測定精度を向上できる加速器結合透過型電
子顕微鏡を得ることにある。
ビーム電流の測定精度を向上できる加速器結合透過型電
子顕微鏡を得ることにある。
本発明の特徴は、コールド・フィンガーと、このコール
ド・フィンガー内に挿入された試料ホルダと、前記試料
ホルダに保持される試料に照射されるイオンビームが通
過する対物レンズとを備えた加速器結合透過型電子顕微
鏡において、 試料部における電流を検出する電流検出器、及び前記コ
ールド・フィンガーに負電圧を印加する手段を設けたこ
とにある。
ド・フィンガー内に挿入された試料ホルダと、前記試料
ホルダに保持される試料に照射されるイオンビームが通
過する対物レンズとを備えた加速器結合透過型電子顕微
鏡において、 試料部における電流を検出する電流検出器、及び前記コ
ールド・フィンガーに負電圧を印加する手段を設けたこ
とにある。
以下、本発明の一実施例を、第１図〜第７図を用いて詳
細に説明する。まず従来の加速器結合透過型電子顕微鏡
の構成について簡単に説明する。第１図はその全体概略
図を示したもので、加速器部１、透過型電子顕微鏡２、
及び両者を結合するビームダクト部３から成る。加速器
部で加速されたイオンは、ビームダクト部を通過し、透
過型電子顕微鏡部に装荷された試料に照射される。第２
図は、透過型電子顕微鏡部の構成を示したもので、イオ
ンビームは、イオンビーム導入ポート４から顕微鏡内へ
導入され、顕微鏡用試料５（以後、試料という）まで達
する（イオン照射機能）。同時に、加速された電子ビー
ムが試料を透過することにより、イオンビームの照射に
より発生した試料内部の格子挙動の変化を、スクリーン
６上に描くことができる（電子顕微鏡機能）。第３図
は、透過型電子顕微鏡部のイオンビーム導入部の構成を
示したものである。試料挿入部７をはさむように、試料
付近の汚染物を除去するためのコールド・フインガー
８、更にそれらをはさむように、電子ビームを集束させ
るための対物レンズ９がある。電子ビーム１０は、試料
面に垂直に入射され、イオンビーム１１は斜めから入射
するが、イオンビーム軸は、偏向器１２により上下左
右、自由に曲げることも可能である。
細に説明する。まず従来の加速器結合透過型電子顕微鏡
の構成について簡単に説明する。第１図はその全体概略
図を示したもので、加速器部１、透過型電子顕微鏡２、
及び両者を結合するビームダクト部３から成る。加速器
部で加速されたイオンは、ビームダクト部を通過し、透
過型電子顕微鏡部に装荷された試料に照射される。第２
図は、透過型電子顕微鏡部の構成を示したもので、イオ
ンビームは、イオンビーム導入ポート４から顕微鏡内へ
導入され、顕微鏡用試料５（以後、試料という）まで達
する（イオン照射機能）。同時に、加速された電子ビー
ムが試料を透過することにより、イオンビームの照射に
より発生した試料内部の格子挙動の変化を、スクリーン
６上に描くことができる（電子顕微鏡機能）。第３図
は、透過型電子顕微鏡部のイオンビーム導入部の構成を
示したものである。試料挿入部７をはさむように、試料
付近の汚染物を除去するためのコールド・フインガー
８、更にそれらをはさむように、電子ビームを集束させ
るための対物レンズ９がある。電子ビーム１０は、試料
面に垂直に入射され、イオンビーム１１は斜めから入射
するが、イオンビーム軸は、偏向器１２により上下左
右、自由に曲げることも可能である。
本実施例は、この偏向器を使つてイオンビーム位置を調
整する際、対物レンズの上端を利用してイオンビーム位
置をモニターし、位置調整を正確かつ容易ならしめるも
のである。第４図及び第５図５は、本実施例における上
部対物レンズ部の平面図及び断面図である。両図におい
て対物レンズ９上にまず絶縁板１３を設置し、更にその
上に、同一形状、同一面積の電極１４を第４図に示すよ
うに対物レンズ中空部１５沿いにそれを囲むように等間
隔に設置する。対物レンズ中空部を通り抜けたイオンビ
ームは、試料全面に均一に照射されるが、それ以外は、
対物レンズ上端に設置された電極に照射されるため、電
極においてはイオンビーム電流をモニターすることがで
き、その電流値よりイオンビームの位置をモニターする
ことが可能となる。
整する際、対物レンズの上端を利用してイオンビーム位
置をモニターし、位置調整を正確かつ容易ならしめるも
のである。第４図及び第５図５は、本実施例における上
部対物レンズ部の平面図及び断面図である。両図におい
て対物レンズ９上にまず絶縁板１３を設置し、更にその
上に、同一形状、同一面積の電極１４を第４図に示すよ
うに対物レンズ中空部１５沿いにそれを囲むように等間
隔に設置する。対物レンズ中空部を通り抜けたイオンビ
ームは、試料全面に均一に照射されるが、それ以外は、
対物レンズ上端に設置された電極に照射されるため、電
極においてはイオンビーム電流をモニターすることがで
き、その電流値よりイオンビームの位置をモニターする
ことが可能となる。
第６図及び第７図は、位置調整原理を示した図である。
点線で囲んだ領域１６（以後、照射領域と呼ぶ。）は、
イオンビーム照射を受けた領域である。第６図において
イオン電流は２つの電極１４においてのみモニターが可
能である。この場合、イオンビームは、対物レンズ中空
部１２を完全には覆つていないため、試料に対して均一
な照射はされない。第７図においては、３つの電極で電
流がモニターできる。対物レンズ部に照射されるイオン
ビームの断面形状は、イオンビーム導入ポート付近にあ
る円形スリツトにより円形をしており（大きさは、対物
レンズ中空部の開口面積の、１．３倍）、またモニター
されるイオン電流値(I)は、照射を受けた面積(S)に比例
するため、 Ｉ＝ｉｌ・Ｓ（ｉｌ：イオンビーム電流密度）………
(1)３つの電極でモニターされる電流値が等しければ、
照射領域は、対物レンズ中空部と同心円状にそれを覆う
ことになる。その結果イオンビームは、試料の全面に均
一に照射される。つまり、３つ以上の電極を対物レンズ
中空部沿いに、それを取り囲むように等間隔に設置した
場合、すべての電極における電流値が等しくなるよう偏
向器によつてイオンビームを調整すれば、容易にかつ短
時間に位置調整することができる。また、すべての電流
値をマイコンに取り込み、その結果に基づく偏向器によ
るイオンビーム照射位置の制御も容易に実現できる。ま
た試料に照射されるイオン電流密度（ｉｓ）は、イオン
ビームの断面積（Ｓｃ（m2)）（対物レンズ中空部の開
口面積に相当）が既知であるため、試料部でモニターさ
れる電流値Ｉｓから is＝Is／Ｓｓ（Ａmp／cm2） ………(2) と求まり、その結果、照射密度 も求めることができ、定量的な実験、測定が可能となる
のである。
点線で囲んだ領域１６（以後、照射領域と呼ぶ。）は、
イオンビーム照射を受けた領域である。第６図において
イオン電流は２つの電極１４においてのみモニターが可
能である。この場合、イオンビームは、対物レンズ中空
部１２を完全には覆つていないため、試料に対して均一
な照射はされない。第７図においては、３つの電極で電
流がモニターできる。対物レンズ部に照射されるイオン
ビームの断面形状は、イオンビーム導入ポート付近にあ
る円形スリツトにより円形をしており（大きさは、対物
レンズ中空部の開口面積の、１．３倍）、またモニター
されるイオン電流値(I)は、照射を受けた面積(S)に比例
するため、 Ｉ＝ｉｌ・Ｓ（ｉｌ：イオンビーム電流密度）………
(1)３つの電極でモニターされる電流値が等しければ、
照射領域は、対物レンズ中空部と同心円状にそれを覆う
ことになる。その結果イオンビームは、試料の全面に均
一に照射される。つまり、３つ以上の電極を対物レンズ
中空部沿いに、それを取り囲むように等間隔に設置した
場合、すべての電極における電流値が等しくなるよう偏
向器によつてイオンビームを調整すれば、容易にかつ短
時間に位置調整することができる。また、すべての電流
値をマイコンに取り込み、その結果に基づく偏向器によ
るイオンビーム照射位置の制御も容易に実現できる。ま
た試料に照射されるイオン電流密度（ｉｓ）は、イオン
ビームの断面積（Ｓｃ（m2)）（対物レンズ中空部の開
口面積に相当）が既知であるため、試料部でモニターさ
れる電流値Ｉｓから is＝Is／Ｓｓ（Ａmp／cm2） ………(2) と求まり、その結果、照射密度 も求めることができ、定量的な実験、測定が可能となる
のである。
第８図は本実施例において、試料に照射されたイオンビ
ーム電流の測定精度を向上させるための機構である。イ
オンビームが試料５に照射されることにより発生する２
次電子のため、試料部、例えば試料ホルダ１７でモニタ
ーされる電流値は、真値より大きな値となつてしまう。
そのため換算表により真値を求めたり、あるいは試料の
前方に負電圧を印加した電極（以後、サプレツサーとい
う）を設置し、発生した２次電子を試料へ追い返すこと
により、真値をモニターする方法が採られている。本実
施例は、その後者において、新たにサプレツサーを設置
することが空間的に不可能な試料室内において、試料室
汚染防止用コールドフインガー８を活用、つまり、そこ
へ負電圧を印加することにより２次電子の発生を防ぎ、
試料部での真のイオンビーム電流のモニターをし、その
値を発射時のイオンビーム電流値と比較することで試料
に対するイオンビームの照射状況を確認することを可能
にしたものである。すなわち、コールド・フィンガー８
に負電圧を印加するので、別の電極を試料室内に設置す
る必要がない。従って、単純な構造で試料に照射された
イオンビーム電流を精度よく測定できる。
ーム電流の測定精度を向上させるための機構である。イ
オンビームが試料５に照射されることにより発生する２
次電子のため、試料部、例えば試料ホルダ１７でモニタ
ーされる電流値は、真値より大きな値となつてしまう。
そのため換算表により真値を求めたり、あるいは試料の
前方に負電圧を印加した電極（以後、サプレツサーとい
う）を設置し、発生した２次電子を試料へ追い返すこと
により、真値をモニターする方法が採られている。本実
施例は、その後者において、新たにサプレツサーを設置
することが空間的に不可能な試料室内において、試料室
汚染防止用コールドフインガー８を活用、つまり、そこ
へ負電圧を印加することにより２次電子の発生を防ぎ、
試料部での真のイオンビーム電流のモニターをし、その
値を発射時のイオンビーム電流値と比較することで試料
に対するイオンビームの照射状況を確認することを可能
にしたものである。すなわち、コールド・フィンガー８
に負電圧を印加するので、別の電極を試料室内に設置す
る必要がない。従って、単純な構造で試料に照射された
イオンビーム電流を精度よく測定できる。
第２の実施例を第９図及び第１０図を用いて説明する。
本実施例は、対物レンズ上端に設置した絶縁板１３及び
電極１４を、対物レンズから容易に着脱できるように変
形したものである。本実施例は、絶縁板と、その上に固
定された電極を、ただ単に対物レンズ上端にのせるだけ
で良く、そのためイオンビーム照射により消耗する絶縁
板及び電極の取り換えを容易にすることができるもので
ある。
本実施例は、対物レンズ上端に設置した絶縁板１３及び
電極１４を、対物レンズから容易に着脱できるように変
形したものである。本実施例は、絶縁板と、その上に固
定された電極を、ただ単に対物レンズ上端にのせるだけ
で良く、そのためイオンビーム照射により消耗する絶縁
板及び電極の取り換えを容易にすることができるもので
ある。
第３の実施例を第１１図を用いて説明する。本実施例
は、試料室汚染防止用コールド・フインガー８の上面
に、絶縁板１３を設置し、更にその上に３枚以上の電極
１４を設けることにより、第１の実施例に比べ試料位置
に近いだけ、より正確な位置調整を可能とするものであ
る。
は、試料室汚染防止用コールド・フインガー８の上面
に、絶縁板１３を設置し、更にその上に３枚以上の電極
１４を設けることにより、第１の実施例に比べ試料位置
に近いだけ、より正確な位置調整を可能とするものであ
る。
第４の実施例を第１２図及び第１３図を用いて説明す
る。透過型電子顕微鏡部の電子顕微鏡試料ホールダ１７
の電気的絶縁体でできた試料おさえネジ１８あるいは良
導体でできた試料おさえネジの上面に絶縁板を設置した
ものについて、その上面に３つ以上の電極を設置する。
本実施例は、第１及び第４の実施例に比べ、試料に近い
だけ、より正確な位置調整が可能となる。
る。透過型電子顕微鏡部の電子顕微鏡試料ホールダ１７
の電気的絶縁体でできた試料おさえネジ１８あるいは良
導体でできた試料おさえネジの上面に絶縁板を設置した
ものについて、その上面に３つ以上の電極を設置する。
本実施例は、第１及び第４の実施例に比べ、試料に近い
だけ、より正確な位置調整が可能となる。
なお、透過電子顕微鏡部の対物レンズ上端に設置する電
極において、対物レンズ中空円筒部沿いに移動可能なス
ポツト電極を設置し、その電極を移動させつつイオンビ
ームの電流値をモニターすれば、イオンビーム照射位置
が把握でき、位置調整が可能となる。つまり、１つの電
極でイオンビームの位置調整を実施することも可能とな
る。
極において、対物レンズ中空円筒部沿いに移動可能なス
ポツト電極を設置し、その電極を移動させつつイオンビ
ームの電流値をモニターすれば、イオンビーム照射位置
が把握でき、位置調整が可能となる。つまり、１つの電
極でイオンビームの位置調整を実施することも可能とな
る。
本発明によれば、加速器結合透過型電子顕微鏡におい
て、コールド・フインガーに負電圧を印加しているの
で、単純な電子顕微鏡の構造で試料に照射されたイオン
ビーム電流の測定精度を著しく向上できる。
て、コールド・フインガーに負電圧を印加しているの
で、単純な電子顕微鏡の構造で試料に照射されたイオン
ビーム電流の測定精度を著しく向上できる。
第１図は加速器結合透過型電子顕微鏡の全体概略図、第
２図は透過型電子顕微鏡部の構成を示す断面図、第３図
はイオンビーム導入部の構成を示す断面図、第４図及び
第５図は本発明の第１の実施例を説明するための対物レ
ンズ部の平面図及び断面図、第６図及び第７図は前記第
１の実施例の原理を説明するための平面図、第８図は前
記第１の実施例における対物レンズ部及び試料挿入部の
断面図、第９図及び第１０図は本発明の第２の実施例を
示すもので絶縁板に固定された電極を示す平面図及び断
面図、第１１図は本発明の第３の実施例における対物レ
ンズ部の平面図、第１２図は本発明の第４の実施例にお
ける試料ホルダーを示す断面図、第１３図は同じく第４
の実施例における試料おさえネジ部を示す平面図であ
る。 １……加速器部、２……透過型電子顕微鏡部、３……ビ
ームダクト部、４……イオンビーム導入ポート、５……
顕微鏡用試料、６……スクリーン、７……試料挿入部、
８……コールド・フインガー、９……対物レンズ、１０
……電子ビーム、１１……イオンビーム、１２……偏向
器、１３……絶縁板、１４……電極、１５……対物レン
ズ中空部、１６……照射領域、１７……試料ホールダ、
１８……試料押さえネジ。
２図は透過型電子顕微鏡部の構成を示す断面図、第３図
はイオンビーム導入部の構成を示す断面図、第４図及び
第５図は本発明の第１の実施例を説明するための対物レ
ンズ部の平面図及び断面図、第６図及び第７図は前記第
１の実施例の原理を説明するための平面図、第８図は前
記第１の実施例における対物レンズ部及び試料挿入部の
断面図、第９図及び第１０図は本発明の第２の実施例を
示すもので絶縁板に固定された電極を示す平面図及び断
面図、第１１図は本発明の第３の実施例における対物レ
ンズ部の平面図、第１２図は本発明の第４の実施例にお
ける試料ホルダーを示す断面図、第１３図は同じく第４
の実施例における試料おさえネジ部を示す平面図であ
る。 １……加速器部、２……透過型電子顕微鏡部、３……ビ
ームダクト部、４……イオンビーム導入ポート、５……
顕微鏡用試料、６……スクリーン、７……試料挿入部、
８……コールド・フインガー、９……対物レンズ、１０
……電子ビーム、１１……イオンビーム、１２……偏向
器、１３……絶縁板、１４……電極、１５……対物レン
ズ中空部、１６……照射領域、１７……試料ホールダ、
１８……試料押さえネジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 一道 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−81753（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−30242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−35275（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】コールド・フィンガーと、このコールド・
フィンガー内に挿入された試料ホルダと、前記試料ホル
ダに保持される試料に照射されるイオンビームが通過す
る対物レンズとを備えた加速器結合透過型電子顕微鏡に
おいて、 試料部における電流を検出する電流検出器、及び前記コ
ールド・フィンガーに負電圧を印加する手段を設けたこ
とを特徴とする加速器結合透過型電子顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60169860A JPH0616404B2 (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 加速器結合透過型電子顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60169860A JPH0616404B2 (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 加速器結合透過型電子顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6231930A JPS6231930A (ja) | 1987-02-10 |
| JPH0616404B2 true JPH0616404B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=15894281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60169860A Expired - Lifetime JPH0616404B2 (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 加速器結合透過型電子顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616404B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01120743A (ja) * | 1987-11-04 | 1989-05-12 | Origin Electric Co Ltd | 荷電粒子照射装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5630242A (en) * | 1979-08-20 | 1981-03-26 | Jeol Ltd | Automatic axis-matching device for electron rays device |
| JPS6081753A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-09 | Hitachi Ltd | 荷電粒子照射電子顕微鏡 |
-
1985
- 1985-08-02 JP JP60169860A patent/JPH0616404B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6231930A (ja) | 1987-02-10 |
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