特許 5934513 透過電子顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5934513

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月15日

(54)【発明の名称】透過電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/26 20060101AFI20160602BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20160602BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20160602BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20160602BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/26

   H01J37/28 C

   H01J37/244

   H01J37/09 A

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-25903(P2012-25903)

(22)【出願日】2012年2月9日

(65)【公開番号】特開2013-164899(P2013-164899A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2014年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】應本 和也

【審査官】 遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１３５０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３１８０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８１５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９４４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／０２，３７／０５，３７／０９−３７／１８，３７／２１，３７／２４，３７／２４４，３７／２５２−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を発生させる電子線源と、
前記電子線源からの前記電子線を試料に照射する照射レンズと、
前記試料を透過した前記電子線で第１の像および第２の像を結像するための対物レンズおよび中間レンズと、
前記中間レンズの後段に配置された転送レンズ対と、
前記試料を透過した前記電子線をエネルギー分光するエネルギーフィルターと、
を含み、
前記転送レンズ対は、前記エネルギーフィルターの入射クロスオーバー面に前記第１の像を転送し、かつ、前記エネルギーフィルターの入射像面に前記第２の像を転送し、
前記転送レンズ対の一方の第１転送レンズと他方の第２転送レンズとの間の像面に前記第２の像が形成される、透過電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記試料で散乱された電子を検出するための検出器を含む、透過電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記エネルギーフィルターに入射する電子線の開き角を決める入射絞りを含む、透過電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記エネルギーフィルターに入射する電子線を偏向させるための偏向コイルを含む、透過電子顕微鏡。

【請求項5】

請求項１において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記エネルギーフィルターで発生する収差を補正する非点補正コイルを含む、透過電子顕微鏡。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記第１の像は、回折パターンであり、前記第２の像は、試料像である、透過電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記第１の像は、試料像であり、前記第２の像は、回折パターンである、透過電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透過電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

電子エネルギー損失スペクトル分光法（ＥＥＬＳ）は、試料に電子ビームを照射し、試料を透過した電子の損失エネルギー強度をスペクトルとして得る手法である。試料内で電子が損失するエネルギーは、試料を構成する元素や原子間の結合状態などによって変化する。したがって、そのスペクトルから、試料の構造等を知ることができる。また、エネルギーフィルターは、エネルギー分光された電子の中で、特定のエネルギーを持つ電子を用いて結像することが可能となるため、注目されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−６６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、エネルギーフィルターを搭載した透過電子顕微鏡では、ＳＴＥＭ暗視野検出器などの装置や、エネルギーフィルターに入射する視野を制限するための入射絞り等の光学部材は、エネルギーフィルターの入射像面に配置されることが望ましい。

【0005】

しかしながら、エネルギーフィルターの入射像面には、機械的制約から、ＳＴＥＭ暗視野検出器や入射絞り等を配置することができない。そのため、ＳＴＥＭ暗視野検出器や入射絞りは、エネルギーフィルターの入射像面とは異なる位置に配置されている。

【0006】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、検出器等の装置や光学部材等を効果的に配置可能な透過電子顕微鏡を提供することができる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明に係る透過電子顕微鏡は、
電子線を発生させる電子線源と、
前記電子線源からの前記電子線を試料に照射する照射レンズと、
前記試料を透過した前記電子線で第１の像および第２の像を結像するための対物レンズおよび中間レンズと、
前記中間レンズの後段に配置された転送レンズ対と、
前記試料を透過した前記電子線をエネルギー分光するエネルギーフィルターと、
を含み、
前記転送レンズ対は、前記エネルギーフィルターの入射クロスオーバー面に前記第１の像を転送し、かつ、前記エネルギーフィルターの入射像面に前記第２の像を転送し、
前記転送レンズ対の一方の第１転送レンズと他方の第２転送レンズとの間の像面に前記第２の像が形成される。

【0008】

このような透過電子顕微鏡によれば、転送レンズ対の一方の第１転送レンズと他方の第２転送レンズとの間には、像面が形成されるため、この像面に検出器等の装置や光学部材等を効果的に配置することができる。

【0009】

（２）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記試料で散乱された電子を検出するための検出器を含んでいてもよい。

【0010】

このような透過電子顕微鏡によれば、検出器を効果的に配置することができる。

【0011】

（３）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記エネルギーフィルターに入射する電子線の開き角を決める入射絞りを含んでいてもよい。

【0012】

このような透過電子顕微鏡によれば、入射絞りを効果的に配置することができる。

【0013】

（４）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記エネルギーフィルターに入射する電子線を偏向させるための偏向コイルを含んでいてもよい。

【0014】

このような透過電子顕微鏡によれば、偏向コイルを効果的に配置することができる。

【0015】

（５）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１転送レンズと前記第２転送レンズとの間の前記像面に配置され、前記エネルギーフィルターで発生する収差を補正する非点補正コイルを含んでいてもよい。

【0016】

このような透過電子顕微鏡によれば、非点補正コイルを効果的に配置することができる。

【0017】

（６）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１の像は、回折パターンであり、前記第２の像は、試料像であってもよい。

【0018】

（７）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１の像は、試料像であり、前記第２の像は、回折パターンであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を説明するための図。

【図2】本実施形態に係る透過電子顕微鏡（ＴＥＭ像モード）の動作を説明するための図。

【図3】本実施形態に係る透過電子顕微鏡（電子回折モード）の動作を説明するための図。

【図4】本実施形態の変形例に係る透過電子顕微鏡の構成を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0021】

１． 透過電子顕微鏡
まず、本実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を説明するための図である。

【0022】

透過電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源２と、照射レンズ１０と、走査コイル１２と、対物レンズ２０と、制限視野絞り２２と、中間レンズ３０と、転送レンズ対４０と、入射絞り５０と、エネルギーフィルター６０と、エネルギー選択スリット７０と、投影レンズ８０と、スクリーン９０と、暗視野検出器１１０と、を含んで構成されている。

【0023】

透過電子顕微鏡１００では、電子線源２、照射レンズ１０、走査コイル１２、対物レンズ２０、制限視野絞り２２、中間レンズ３０、第１転送レンズ４０ａ、暗視野検出器１１０、第２転送レンズ４０ｂ、入射絞り５０、エネルギーフィルター６０、エネルギー選択スリット７０、投影レンズ８０、スクリーン９０が、透過電子顕微鏡１００の光軸Ａに沿ってこの順で鏡筒１の内部に収容されている。ここで、透過電子顕微鏡１００の光軸Ａとは、各レンズ１０，２０，３０，４０，８０の中心を結ぶ仮想直線をいう。鏡筒１の内部は、排気装置（図示せず）によって減圧排気されている。

【0024】

電子線源２は、電子線Ｌを発生させる。電子線源２は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する。電子線源２として、公知の電子銃を用いることができる。

【0025】

照射レンズ１０は、電子線源２で発生した電子線Ｌを試料Ｓに照射するためのレンズである。照射レンズ１０は、複数のレンズ（図示せず）で構成されていてもよい。照射レンズ１０は、試料Ｓに照射される電子線の量（照射量）を調整することができる。また、照射レンズ１０は、電子線Ｌを試料Ｓ上に絞って照射することができる。これにより、試料Ｓ上に微小プローブを作ることができる。

【0026】

走査コイル１２は、照射レンズ１０と対物レンズ２０との間に配置されている。走査コイル１２は、照射レンズ１０から射出された電子線Ｌ（微小プローブ）で試料Ｓ上を走査するための電磁コイルである。

【0027】

対物レンズ２０および中間レンズ３０は、試料Ｓを透過した電子線Ｌで電子顕微鏡像を結像するためのレンズである。ここで、電子顕微鏡像とは、透過電子顕微鏡１００で得ることができる像をいい、明視野像、暗視野像、格子像等を含む試料像（試料の拡大像）、および電子回折で得られる回折パターンを含む。

【0028】

ここで、透過電子顕微鏡１００は、試料像を得るためのＴＥＭ像モードと、回折パターン、またはＳＴＥＭ像（走査透過電子顕微鏡法で得られる像）を得るための電子回折モードと、を有している。

【0029】

対物レンズ２０は、照射レンズ１０の後段に配置されている。なお、ここでは、「後段」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「後段」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）が配置されている」などと用いている。この例のような場合には、Ａは、Ｂよりも電子線の下流側に位置していることを意味している。対物レンズ２０は、試料Ｓを透過した電子線Ｌで結像するための初段のレンズである。

【0030】

中間レンズ３０は、対物レンズ２０の後段に配置されている。中間レンズ３０は、図示の例では、４段のレンズ（第１中間レンズ３０ａ、第２中間レンズ３０ｂ、第３中間レンズ３０ｃ、第４中間レンズ３０ｄ）で構成されている。この４段のレンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄで、倍率、像回転、像フォーカス、クロスオーバーフォーカスの４つの自由度を持つ系を調整することができる。

【0031】

制限視野絞り２２は、対物レンズ２０の像面（中間レンズ３０の物面）に配置される。制限視野絞り２２は、制限視野回折を行う際に、回折パターンを得る試料Ｓの領域を制限するための絞りである。

【0032】

第１転送レンズ４０ａは、中間レンズ３０（第４中間レンズ３０ｄ）の後段に配置されている。第２転送レンズ４０ｂは、第１転送レンズ４０ａの後段に配置されている。第１転送レンズ４０ａおよび第２転送レンズ４０ｂは、転送レンズ対４０を構成している。転送レンズ対４０は、中間レンズ３０の後段に配置されている。図示の例では、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０とエネルギーフィルター６０との間に配置されている。

【0033】

転送レンズ対４０は、例えば、対物レンズ２０および中間レンズ３０で形成された像と共役な像を後段に転送する１対１結像のレンズである。具体的には、ＴＥＭ像モードでは、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０のクロスオーバー位置に形成された回折パターンを、エネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面に転送し、中間レンズ３０の像面に形成された試料像を、エネルギーフィルター６０の入射像面に転送する。また、電子回折モードでは、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０のクロスオーバー位置に形成された試料像を、エネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面に転送し、中間レンズ３０の像面に形成された回折パターンを、エネルギーフィルター６０の入射像面に転送する。すなわち、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０のクロスオーバー位置に形成された電子顕微鏡像と共役な像をエネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面に形成し、中間レンズ３０の像面に形成された電子顕微鏡像と共役な像をエネルギーフィルター６０の入射像面に形成する。

【0034】

第１転送レンズ４０ａと第２転送レンズ４０ｂとの間には、像面（第１転送レンズ４０ａの像面）Ａ３が形成される。この像面Ａ３には、ＴＥＭ像モードでは、試料像が形成され、電子回折モードでは、回折パターンが形成される。

【0035】

入射絞り５０は、エネルギーフィルター６０に入射する電子線Ｌを制限して、エネルギーフィルター６０に入射する電子線の開き角を決めるための絞りである。入射絞り５０によって、収差の影響の少ない高分解能スペクトルを得ることができる。

【0036】

なお、入射絞り５０は、図示の例では、第２転送レンズ４０ｂとエネルギーフィルター６０との間に配置されているが、例えば、暗視野検出器１１０と第２転送レンズ４０ｂとの間に配置されてもよい。すなわち、入射絞り５０は、暗視野検出器１１０の配置される像面Ａ３の近傍に配置されてもよい。

【0037】

エネルギーフィルター６０は、転送レンズ対４０（第２転送レンズ４０ｂ）の後段に配置されている。エネルギーフィルター６０は、転送レンズ対４０と投影レンズ８０との間に配置されている。エネルギーフィルター６０は、試料Ｓを透過した電子線Ｌをエネルギー分光する。具体的には、エネルギーフィルター６０は、試料Ｓを透過した電子のうち、特定のエネルギーを持つ電子のみを選択する。例えば、エネルギーフィルター６０を用いて、弾性散乱電子のみを選択することにより、非弾性散乱電子によるバックグラウンドが取り除かれるため、明瞭な試料像を得ることができ、精度の高い構造情報を得ることができる。また、例えば、エネルギーフィルター６０を用いて、特定の原子の吸収端エネルギーを選択することにより、その元素のマッピングを行うことができる。

【0038】

エネルギーフィルター６０は、例えば、インカラム型エネルギーフィルターであるΩフィルターである。なお、エネルギーフィルター６０は、Ωフィルターに限定されず、γフィルター、マンドリンフィルター、αフィルター等のインカラム型エネルギーフィルターであってもよい。

【0039】

エネルギーフィルター６０には、入射クロスオーバー面、入射像面、出射クロスオーバー面（エネルギースペクトル面）、出射像面（アクロマティク面）が存在する。出射クロスオーバー面は、エネルギー分散を生じる面であり、出射像面は、エネルギー分散の無い面である。エネルギーフィルター６０は、電子レンズと同様な結像作用を有し、入射クロスオーバー面は出射クロスオーバー面に投影され、入射像面は出射像面に投影される。

【0040】

透過電子顕微鏡１００は、ＥＥＬＳを行う際には、出射クロスオーバー面をスクリーン９０に結像する。また、透過電子顕微鏡１００は、出射クロスオーバー面に配置されたエネルギー選択スリット７０を用いて、特定の元素による損失エネルギーを持った電子のみを選択し、投影レンズ８０で出射像面をスクリーン９０に投影することで、その元素特有のエネルギーロス像（元素分布像）を得ることができる。

【0041】

投影レンズ８０は、エネルギーフィルター６０の後段に配置されている。投影レンズ８０は、図示の例では、３段のレンズ（第１投影レンズ８０ａ、第２投影レンズ８０ｂ、第３投影レンズ８０ｃ）で構成されている。投影レンズ８０は、スクリーン９０に投影する面を変えることができる。例えば、エネルギーロス像を得る場合には、投影レンズ８０は、出射像面をスクリーン９０に結像する。また、例えば、エネルギースペクトルを得る場合には、投影レンズ８０は、出射クロスオーバー面をスクリーン９０に結像する。

【0042】

暗視野検出器１１０は、第１転送レンズ４０ａと第２転送レンズ４０ｂの間に配置されている。具体的には、暗視野検出器１１０は、第１転送レンズ４０ａと第２転送レンズ４０ｂとの間に形成される像面（第１転送レンズ４０ａの像面）Ａ３に、配置される。暗視野検出器１１０は、試料Ｓで散乱された電子を検出する。暗視野検出器１１０は、走査透過電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ）の暗視野像を得るための環状検出器である。

【0043】

２．透過電子顕微鏡の動作
次に、透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。ここでは、まず、透過電子顕微鏡１００のＴＥＭ像モードにおける動作について説明する。図２は、透過電子顕微鏡１００の動作（ＴＥＭ像モード）を説明するための図である。なお、図２では、便宜上、電子線源２、照射レンズ１０、走査コイル１２、制限視野絞り２２、暗視野検出器１１０の図示は省略している。

【0044】

透過電子顕微鏡１００では、電子線源２から放出された電子線Ｌは、照射レンズ１０によって試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した電子線Ｌは、対物レンズ２０および中間レンズ３０からのレンズ作用を受ける。これにより、試料像および回折パターンが形成される。具体的には、中間レンズ３０の像面Ｉ３０には、試料像の虚像が形成される。また、中間レンズ３０のクロスオーバー位置Ｓ３には、回折パターンが形成される。

【0045】

そして、転送レンズ対４０は、対物レンズ２０および中間レンズ３０によって形成された試料像および回折パターンを転送する。具体的には、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０の像面Ｉ３０に形成された試料像（虚像）を、エネルギーフィルター６０の入射像面Ａ１に転送する。すなわち、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０の像面Ｉ３０に形成された試料像と共役な像（実像）を、入射像面Ａ１に形成する。また、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０のクロスオーバー位置Ｓ３に形成された回折パターンを、エネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面Ｓ１に転送する。すなわち、転送レンズ対４０は、クロスオーバー位置Ｓ３に形成された回折パターンと共役な像を入射クロスオーバー面Ｓ１に形成する。また、転送レンズ対４０は、第１転送レンズ４０ａと第２転送レンズ４０ｂとの間の像面（第１転送レンズ４０ａの像面）Ａ３に試料像（実像）形成する。すなわち、転送レンズ対４０は、像面Ｉ３０に形成された試料像と共役な像を像面Ａ３に形成する。このように、転送レンズ対４０は、対物レンズ２０および中間レンズ３０によって形成された試料像および回折パターンを１対１結像させる。すなわち、転送レンズ対４０の倍率は、１倍である。

【0046】

エネルギーフィルター６０は、入射像面Ａ１に形成された試料像を、出射像面Ａ２に投影する。また、エネルギーフィルター６０は、入射クロスオーバー面Ｓ１に形成された回折パターンを、出射クロスオーバー面Ｓ２に投影する。

【0047】

エネルギー選択スリット７０は、特定の元素による損失エネルギーを持った電子のみを選択する。

【0048】

投影レンズ８０は、出射像面Ａ２をスクリーン９０に結像する。これにより、スクリーン９０には、エネルギー選択スリット７０によって選択された元素特有のエネルギーロス像（試料像）が形成される。

【0049】

次に、透過電子顕微鏡１００の電子回折モードにおける動作について説明する。図３は、透過電子顕微鏡１００の動作（電子回折モード）を説明するための図である。なお、図３では、便宜上、電子線源２、照射レンズ１０、走査コイル１２、制限視野絞り２２、暗視野検出器１１０の図示は省略している。

【0050】

透過電子顕微鏡１００では、電子線源２から放出された電子線Ｌは、照射レンズ１０によって試料Ｓに照射される。このとき、電子線Ｌは、例えば、細く集束され、走査コイル１２によって試料Ｓ上を走査される。試料Ｓを透過した電子線Ｌは、対物レンズ２０および中間レンズ３０からのレンズ作用を受ける。これにより、試料像および回折パターンが形成される。具体的には、中間レンズ３０の像面Ｉ３０には、回折パターンの虚像が形成される。また、中間レンズ３０のクロスオーバー位置Ｓ３には、試料像が形成される。

【0051】

そして、転送レンズ対４０は、対物レンズ２０および中間レンズ３０によって形成された試料像および回折パターンを転送する。具体的には、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０の像面Ｉ３０に形成された回折パターン（虚像）を、エネルギーフィルター６０の入射像面Ａ１に転送する。すなわち、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０の像面Ｉ３０に形成された回折パターンと共役な像（実像）を、入射像面Ａ１に形成する。また、転送レンズ対４０は、中間レンズ３０のクロスオーバー位置Ｓ３に形成された試料像を、エネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面Ｓ１に転送する。すなわち、転送レンズ対４０は、クロスオーバー位置Ｓ３に形成された試料像と共役な像を入射クロスオーバー面Ｓ１に形成する。また、転送レンズ対４０は、第１転送レンズ４０ａと第２転送レンズ４０ｂとの間の像面（第１転送レンズ４０ａの像面）Ａ３に回折パターンを形成する。すなわち、転送レンズ対４０は、像面Ｉ３０に形成された回折パターンと共役な像を像面Ａ３に形成する。このように、転送レンズ対４０は、対物レンズ２０および中間レンズ３０によって形成された試料像および回折パターンを１対１結像させる。すなわち、転送レンズ対４０の倍率は、１倍である。

【0052】

エネルギーフィルター６０は、入射像面Ａ１に形成された回折パターンを、出射像面Ａ２に投影する。また、エネルギーフィルター６０は、入射クロスオーバー面Ｓ１に形成された試料像を、出射クロスオーバー面Ｓ２に投影する。

【0053】

エネルギー選択スリット７０は、特定の元素による損失エネルギーを持った電子のみを選択する。

【0054】

投影レンズ８０は、出射像面Ａ２をスクリーン９０に結像する。例えば、スクリーン９０の位置に透過電子を検出するＳＴＥＭ検出器（図示せず）を配置し、ＳＴＥＭ検出器からの検出信号を電子線Ｌの走査に関連（同期）させて取得することにより、ＳＴＥＭ画像データを得てもよい。これにより、エネルギー選択スリット７０によって選択された元素特有のエネルギーロス像（試料像、ＳＴＥＭ像）が形成される。

【0055】

本実施形態に係る透過電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0056】

透過電子顕微鏡１００では、転送レンズ対４０は、エネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面Ｓ１に第１の像（ＴＥＭ像モードでは回折パターン、電子回折モードでは試料像）を転送し、かつ、エネルギーフィルター６０の入射像面Ａ１に第２の像（ＴＥＭ像モードでは試料像、電子回折モードでは回折パターン）を転送する。そして、転送レンズ対４０の一方の第１転送レンズ４０ａと他方の第２転送レンズ４０ｂとの間には、像面Ａ３が形成される。これにより、像面Ａ３に暗視野検出器１１０を配置することができる。したがって、暗視野検出器を効果的に配置することができる。以下にその理由を説明する。

【0057】

暗視野検出器は、エネルギーフィルターの入射像面に配置されることが望ましい。暗視野検出器が入射像面以外に配置された場合、例えば、電子線の走査時に生じるビームずれに敏感になり、像のコントラストにアーティファクトを生じさせる場合がある。しかしながら、エネルギーフィルターの入射像面には、機械的制約から、暗視野検出器を配置することができない。

【0058】

透過電子顕微鏡１００では、転送レンズ対４０によって、像面Ａ３が形成されるため、このような問題を生じさせることなく、暗視野検出器を効果的に配置することができる。また、転送レンズ対４０は、１対１結像で、あたかも、転送レンズ対４０が無いのと同じように、後段に転送することができる。また、例えば、第２転送レンズ４０ｂの励磁を固定することによって、エネルギーフィルター６０の入射像面Ａ１の前に固定的に結像された像面Ａ３を形成することができる。これにより、再現性のある光学系調整が可能となる。

【0059】

また、例えば、第１転送レンズ４０ａの励磁を、１対１結像条件の励磁の場合よりも下げることにより、中間レンズ３０のクロスオーバー位置Ｓ３を、第４中間レンズ３０ｄ側にずらすことができる。これは、最終像面の像サイズに対する第４中間レンズ３０ｄ以前の像面の像サイズの相対比を下げることになる。すなわち、拡大率が上がることになる。そのため、透過電子顕微鏡の結像系全体としては、高倍率結像をつくりやすくなる。したがって、例えば、高倍率像をつくるための第２中間レンズ３０ｂを弱レンズとすることができ、第２中間レンズ３０ｂの小型化を図ることができる。これにより、鏡筒の短縮が可能となる。そのため、鏡筒の伸長を抑えつつ、高倍率から低倍率までをカバーする光学系をつくることができる。

【0060】

また、例えば、図２および図３に示す例において、暗視野検出器１１０の直径を１５０μｍとすると、入射クロスオーバー面Ｓ１と入射像面Ａ１との間の距離が１００ｍｍ、転送レンズ４０ａ，４０ｂの焦点距離ｆが３０ｍｍの場合、像面Ａ３には、入射像面Ａ１に形成される像に対して、０．３倍の像が形成される。入射像面Ａ１上で定義されるカメラ長を３ｍｍとすると、暗視野検出器におけるＳＴＥＭの取り込み角は、８３ｍｒａｄとなり、最適なカメラ長（３〜４ｍｍ）を実現することができる。

【0061】

３． 透過電子顕微鏡の変形例
次に、本実施形態に係る透過電子顕微鏡の変形例について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態の変形例に係る透過電子顕微鏡２００の構成を説明するための図である。以下、透過電子顕微鏡２００において、透過電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0062】

上述した透過電子顕微鏡１００の例では、図１に示すように、像面Ａ３には、暗視野検出器１１０が配置されていた。これに対して、透過電子顕微鏡２００では、像面Ａ３には、入射絞り５０が配置されている。

【0063】

透過電子顕微鏡２００では、透過電子顕微鏡１００と同様に、転送レンズ対４０は、エネルギーフィルター６０の入射クロスオーバー面Ｓ１に第１の像（ＴＥＭ像モードでは回折パターン、電子回折モードでは試料像）を転送し、かつ、エネルギーフィルター６０の入射像面Ａ１に第２の像（ＴＥＭ像モードでは試料像、電子回折モードでは回折パターン）を転送する。そして、転送レンズ対４０の一方の第１転送レンズ４０ａと他方の第２転送レンズ４０ｂとの間には、像面Ａ３が形成される。透過電子顕微鏡２００では、この像面Ａ３に入射絞り５０を配置することができる。したがって、入射絞り５０を効果的に配置することができる。例えば、入射絞りが入射像面以外に配置された場合、電子線の走査時に生じるビームずれに敏感になり、像のコントラストにアーティファクトを生じさせる場合があるが、透過電子顕微鏡２００によれば、このような問題を生じさせないことができる。

【0064】

また、像面Ａ３に目印となる入射絞り５０の置くことは、光学系の調整の観点からも有用である。

【0065】

また、例えば、入射絞り５０の直径を６０μｍとすると、入射クロスオーバー面Ｓ１と入射像面Ａ１との間の距離が１００ｍｍ、転送レンズ４０ａ，４０ｂの焦点距離ｆが３０ｍｍの場合、像面Ａ３には、入射像面Ａ１に形成される像に対して、０．３倍の像が形成される。入射像面Ａ１上で定義されるカメラ長を３ｍｍとすると、入射絞り５０におけるＥＥＬＳの取り込み角は、１．０ｍｒａｄとなり、最適なカメラ長（３〜４ｍｍ）を実現することができる。

【0066】

なお、本発明は上述した実施形態や変形例に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0067】

例えば、上述した透過電子顕微鏡１００の例では、図１に示すように、像面Ａ３には、暗視野検出器１１０が配置され、上述した透過電子顕微鏡２００の例では、図４に示すように、像面Ａ３には、入射絞り５０が配置されたが、これに限定されず、その他の光学部材や、検出器等の装置を配置することができる。例えば、像面Ａ３に、エネルギーフィルター６０に入射する電子線を偏向させるための偏向コイルを配置してもよい。これにより、スペクトルの位置を調整することができる。また、例えば、像面Ａ３に、エネルギーフィルター６０で発生する収差を補正する非点補正コイルを配置してもよい。これにより、スペクトルに対する非点補正を行うことができる。

【0068】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0069】

２ 電子線源、１０ 照射レンズ、１２ 走査コイル、２０ 対物レンズ、
２２ 制限視野絞り、３０ 中間レンズ、３０ａ 第１中間レンズ、
３０ｂ 第２中間レンズ、３０ｃ 第３中間レンズ、３０ｄ 第４中間レンズ、
４０ 転送レンズ対、４０ａ 第１転送レンズ、４０ｂ 第２転送レンズ、
５０ 入射絞り、６０ エネルギーフィルター、７０ エネルギー選択スリット、
８０ 投影レンズ、８０ａ 第１投影レンズ、８０ｂ 第２投影レンズ、
８０ｃ 第３投影レンズ、９０ スクリーン、１００ 透過電子顕微鏡、
１１０ 暗視野検出器、２００ 透過電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】