电子显微镜制造技术

本发明专利技术提供一种电子显微镜，其特征在于，在通过关闭透射电子显微镜的物镜(5)，使电子束的交叉(11、13)与限制视场光阑(65)一致，并使第一成像透镜(61)的焦距变化，来进行试样的像观察模式与试样的衍射图案观察模式的切换的无透镜傅科法中，在第一成像透镜(61)的后段配置偏转器(81)，在确定成像光学系统的条件后能够固定照射光学系统(4)的条件。由此，在不安装磁屏蔽透镜的通常的通用型透射电子显微镜中，也能够对操作者没有负担地实施无透镜傅科法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子显微镜、以及使用了电子显微镜的试样观察法。
技术介绍
洛伦兹显微镜法如其名称一样，作为观察透过磁性材料中的电子束由于试样的磁化受到洛伦兹力而偏转的情况的方法而被开发。但是，现在作为电子束的偏转状态的可视化方法，不仅是磁性材料，也被接受为通过介质极化、失真场等与由于结晶构造而引起的Bragg衍射不同的相互作用受到了偏转的电子束的可视化方法。洛伦兹法大致有傅科(Foucault)法和菲涅耳(Fresnel)法两个方法(非专利文献1)，但如果以磁性材料来说，菲涅耳法是观察磁壁的方法，傅科法是观察磁区的方法。以下，以具有180度反转磁区构造的磁性材料观察为例，对菲涅耳法和傅科法的各个方法进行说明。另外，作为使用了透射电子显微镜的小偏转角电子束的可视化法的其他的方法的例子，也对电子全息摄像术、强度输送方程式法、以及小角电子衍射法等简单地进行描述。＜菲涅耳法＞图1是表示在具有180度反转磁区构造的磁性试样中电子束受到偏转的情况的图。电子束被偏转的角度取决于磁化的大小和试样的厚度。因此，在厚度恒定且磁化均匀的试样的情况下，电子束受到的偏转无论在哪个区域角度均相同，所以方位、方向随着磁区构造而不同。如图1所示，若电子束27入射到具有180度反转磁区构造的试样3，则透过了试样3的电子束27在各个磁区(31、33)相反方向地受到偏转。若受到偏转的电子束27在试样下方传播充分的距离，则在投影面24上产生在相当于180度磁壁32的位置彼此重叠的状况和彼此反向分离的状况。将该投影面24上的电子束的强度的粗密成像的是菲涅耳法。在图1的下部例示投影面上的电子束的强度分布的曲线图25。图2是利用菲涅耳法观察磁性试样时的光学系统的示意图。在图2的下部例示菲涅耳像86。图2A是表示使焦点不对准试样而对准试样下侧的空间位置35来进行观察的情况的图，正好磁壁32的部分以明线(白色)或者暗线(黑色)的对比度72被观察到。相同地，如图2B所示，即使使焦点对准试样上侧的空间位置36，磁壁32的部分也以相反的对比度72被观察到。即，对于试样来说，通过离开焦点来进行观察，从而对电子束给予偏转的区域的分界线以明线(白色)或者暗线(黑色)被观察到。此时的菲涅耳像的分界线的白黑对比度取决于偏转方向的组合和焦点的位置。另外，离开焦点的量(离焦量)取决于电子束受到的偏转的大小，在较大偏转的情况下以数百nm程度的较小的离焦量得到了充分的对比度，但在例如磁通量子那样仅给予较小的偏转的观察对象的情况下，需要数百mm的离焦量。＜傅科法＞图3是利用傅科法的磁区构造观察的光学系统。与图1相同地，透过了具有180度反转磁区构造的试样3的电子束在各个磁区(31、33)彼此相反方向地受到偏转，在该方向上受到偏转的电子束在例如物镜5的后焦点面54(严格来说，由物镜形成的光源的像面)在与该偏转角度对应的位置形成光斑(11、13)。因此，插入物镜光阑55，仅选择透过想观察的磁区的电子束并使其在像面7上成像。例如在图3A中，是选择了透过磁区31并向纸面上左方向偏转的电子束的例子，图3B是相反选择了透过磁区33并向纸面上右方向偏转的电子束的例子。任意一个均是选择出的磁区被观察为白色，未被选择出的磁区被观察为黑色(电子束没来)，在180度反转磁区构造的情况下，各个磁区(31、33)被可视化为条纹状(71、73)的傅科像84。在傅科法中，因为正焦点观察试样像，所以期待高分辨率观察，但例如在磁性材料等的情况下，电子束的偏转角度小到结晶性试样的布拉格角的1/10左右，所以必须使用孔径较小的物镜光阑，所得到的空间分辨率为晶格分辨率的1/10倍左右，与菲涅耳法没有较大的不同。并且，用于磁区构造观察的对比度的成因是由于透过了不观察的磁区的电子束的遮挡，是通过该舍弃一部分的信息而得到对比度的方法。因此，例如，在观察如晶体界面等那样涉及多个磁区的对象的情况下，需要重新调整物镜光阑，来另外观察相反对比度的傅科像，或者使物镜光阑离开光轴合并通常的电子显微镜像来观察。即，需要多次观察，几乎不可能进行动态观察、实时观察等。上述，作为对傅科法中的缺点的一个应对方法，虽然省略了图，但提出了在照射光学系统中使用电子束双棱镜等进一步偏转通过试样受到偏转的电子束的传播角度，使其在观察面上在分别不同的场所成像，从而一次观察、记录多个傅科像的方法(双重傅科法)(专利文献1)(非专利文献2)。该方法提出了1镜体2图像(信息)的新概念，但在傅科法实施时，不仅增加磁屏蔽透镜，也增加了电子束双棱镜等应该对于现有的洛伦兹电子显微镜附加的条件。因此，认为普及稍稍需要时间。＜无透镜傅科法＞最近，开发了使用不具备磁屏蔽透镜的通常的通用型透射电子显微镜能够实施傅科法、以及小角电子衍射的方法(非专利文献3)。是无透镜傅科法。这里所说的“无透镜”是指关闭物镜而不使用于成像。该方法的详细将在后面描述。(其中，本专利技术是为了在实施无透镜傅科法时，减少电子显微镜操作者的装置操作上的负担，实施有效的实验而完成的，涉及无透镜傅科法中的光学系统的控制。)＜其他的洛伦兹法＞除了上述的洛伦兹显微镜法以外，还开发了电子全息摄像术(非专利文献4)、强度输送方程式法(非专利文献5)等，作为根据电子束的相位分布观察试样的磁区构造等的方法。任意一个方法均分别具有优点，但在需要场致发射型电子束等干扰性较高的电子束的基础上，在电子全息摄像术中作为附加装置需要电子束双棱镜，试样形状需要必须考虑用于使参照波透过的区域，在强度输送方程式法中隔着对准焦点至少需要2张离焦量已知的图像(总计3张图像)，各像的倍率、对位等的调整处理不可缺少等，实施中繁杂较多是实际情况。＜小角衍射法＞最近，开始实施将由试样中磁化引起的电子束的偏转角度在衍射面作为衍射光斑来进行观察的方法(非专利文献6)。该方法是将电子束的较小的偏转角度在衍射面作为衍射图案(即，作为大摄像机长的衍射图案)进行观察的方法，是在1960年代实施(非专利文献7)但之后很长时间被忘记的技术。是对得到平均的偏转角度的信息有效的方法，是与在通过磁性元件的微细化、薄膜化等而电子束的偏转角度变小时，检测分别独立的元件的透过电子的微小的偏转角度相比，虽然平均但被重新认识为在衍射面检测从电子束的整个照射区域受到的透过电子束的偏转角度的方法。在表1中总结了主要的观察对象和加速电压300kV的电子束受到的偏转角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子显微镜，具有：电子束的光源；照射光学系统，其由多个电子透镜构成，该透镜用于将从上述光源发出的电子束照射到试样；能够移动的照射光阑，其属于变更朝向上述试样的上述电子束的照射量的照射光学系统；试样保持装置，其用于保持上述电子束照射的上述试样；成像透镜系统，其由多个电子透镜构成，该透镜用于使上述试样的像或上述试样的衍射图案成像；观察面，其观察通过上述成像透镜系统得到的上述试样的像或上述试样的衍射图案；以及记录装置，其用于记录上述试样的像或上述试样的衍射图案，上述电子显微镜的特征在于，具备能够移动的第一光阑孔，该第一光阑孔用于使透过了上述试样的电子束的一部分选择透过属于上述成像透镜系统的电子透镜中位于上述电子束的行进方向最上游的第一成像透镜与上述试样保持装置之间，具备用于使上述电子束向上述第一成像透镜的上述电子束的行进方向下游侧偏转的偏转装置，通过上述照射光学系统来使透过了上述试样的电子束收敛于上述光阑孔，通过上述偏转装置来修正随着上述第一成像透镜的焦距的变更而产生的上述电子束的轴偏移，通过变更上述第一成像透镜的焦距来观察上述试样的像和上述试样的衍射图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.30 JP 2013-2029511.一种电子显微镜，具有：
电子束的光源；照射光学系统，其由多个电子透镜构成，该透镜用于将从
上述光源发出的电子束照射到试样；能够移动的照射光阑，其属于变更朝向上
述试样的上述电子束的照射量的照射光学系统；试样保持装置，其用于保持上
述电子束照射的上述试样；成像透镜系统，其由多个电子透镜构成，该透镜用
于使上述试样的像或上述试样的衍射图案成像；观察面，其观察通过上述成像
透镜系统得到的上述试样的像或上述试样的衍射图案；以及记录装置，其用于
记录上述试样的像或上述试样的衍射图案，上述电子显微镜的特征在于，
具备能够移动的第一光阑孔，该第一光阑孔用于使透过了上述试样的电子
束的一部分选择透过属于上述成像透镜系统的电子透镜中位于上述电子束的
行进方向最上游的第一成像透镜与上述试样保持装置之间，
具备用于使上述电子束向上述第一成像透镜的上述电子束的行进方向下
游侧偏转的偏转装置，
通过上述照射光学系统来使透过了上述试样的电子束收敛于上述光阑孔，
通过上述偏转装置来修正随着上述第一成像透镜的焦距的变更而产生的
上述电子束的轴偏移，
通过变更上述第一成像透镜的焦距来观察上述试样的像和上述试样的衍
射图案。
2.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于，
属于上述照射光学系统的电子透镜中承担朝向上述试样的上述电子束的
照射区域的变更的电子透镜的状态通过该电子显微镜的操作者所进行的操作
而被固定，并且，不管该电子显微镜的其他的操作如何，该电子透镜的状态持
续至被上述操作或与上述操作不同的操作解除为止。
3.根据权利要求1或2所述的电子显微镜，其特征在于，
观察上述试样的像的上述第一成像透镜的焦距和观察上述试样的衍射图
案的上述第一成像透镜的焦距通过该电子显微镜的操作者所进行的与上述权
利要求2所述的操作不同的操作而被切换。
4.根据权利要求3所述的电子显微镜，其特征在于，
在通过权利要求3所述的操作来切换上述试样的像的观察和上述试样的
衍射图案的观察时，分别记录包括上述试样的像的观察所需要的上述偏转装置
的上述成像透镜系统的状态、和包括上述试样衍射图案的观察所需要的上述偏
转装置的上述成像透镜系统的状态，通过上述切换操作，恢复到每一个观察中
的上次观察的最后的状态。
5.根据权利要求3所述的电子显微镜，其特征在于，
在通过权利要求3所述的操作来切换上述试样的像的观察和上述试样的
衍射图案的观察时，上述照射光阑不移动。
6.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于，
在使属于上述成像透镜系统的电子透镜中上述第一成像透镜以外的电子
透镜的任意一个的状态变更时，上述第一成像透镜的焦距不被变更。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，
在进行上述试样的衍射图案的观察的状态时，能够通过操作旋钮等，来变
更上述第一成像透镜的焦距，其中，上述旋钮等以在该电子显微镜的操作面板
上明记为FOCUS等的方法，以调整试样的像或者试样的衍射图案的焦点的意
图设置。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，
上述偏转装置能够将上述电子束向与上述电子显微镜的光轴垂直的平面
上的正交的两个方向偏转。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，
被构成为上述第一成像透镜的焦距的变更和通过上述偏转装置的上述电
子束的轴偏移的修正连动。
10.根据权利要求1～9的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，

【专利技术属性】
技术研发人员：松本弘昭，佐藤岳志，谷口佳史，原田研，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：日本;JP