特許 6843913 透過電子顕微鏡の制御方法および透過電子顕微鏡

(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】6843913

(24)【登録日】2021年2月26日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】透過電子顕微鏡の制御方法および透過電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/141 20060101AFI20210308BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20210308BHJP

   H01J 37/21 20060101ALI20210308BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20210308BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/141 A

   H01J37/26

   H01J37/21 A

   H01J37/147 A

   H01J37/28 C

【請求項の数】7

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2019-63461(P2019-63461)

(22)【出願日】2019年3月28日

(65)【公開番号】特開2020-166939(P2020-166939A)

(43)【公開日】2020年10月8日

【審査請求日】2020年1月31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】河野 祐二

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０４９７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９６３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０１３０６３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／１４１

Ｈ０１Ｊ ３７／１４７

Ｈ０１Ｊ ３７／２１

Ｈ０１Ｊ ３７／２６

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対物レンズを含む透過電子顕微鏡の制御方法であって、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第１磁界型レンズは、第１内側磁極と、第１外側磁極と、第１励磁コイルと、を有し、
前記第２磁界型レンズは、第２内側磁極と、第２外側磁極と、第２励磁コイルと、を有し、
前記第１外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第１内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第２外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第２内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第１磁界型レンズは、前記第１励磁コイルを励磁することによって、前記第１内側磁極と前記第１外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第１磁場を発生させ、
前記第２磁界型レンズは、前記第２励磁コイルを励磁することによって、前記第２内側磁極と前記第２外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第２磁場を発生させ、
前記第１磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第２磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記透過電子顕微鏡の制御方法は、
前記第１磁界型レンズに前記第１磁場を発生させ、前記第２磁界型レンズに前記第２磁場を発生させる工程と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる工程と、
前記第１励磁コイルおよび前記第２励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程と、
を含む、透過電子顕微鏡の制御方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程では、
前記磁場印加部で発生した磁場と前記第１磁場が同じ方向である場合には、前記第１励磁コイルの励磁を弱め、前記第２励磁コイルの励磁を強め、
前記磁場印加部で発生した磁場と前記第２磁場が同じ方向である場合には、前記第１励磁コイルの励磁を強め、前記第２励磁コイルの励磁を弱める、透過電子顕微鏡の制御方法。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記透過電子顕微鏡は、
前記試料配置面を挟んで、前記光軸に沿って配置された第１アライメントコイルおよび第２アライメントコイルを含み、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルで電子線を偏向させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記光軸に対する電子線の軸ずれを補正する工程を、さらに含む、透過電子顕微鏡の制御方法。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記透過電子顕微鏡は、中間レンズと、投影レンズと、を含み、
前記対物レンズ、前記中間レンズ、および前記投影レンズは、前記透過電子顕微鏡の結像系を構成し、
前記中間レンズおよび前記投影レンズの励磁条件を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する倍率のずれを補正する工程をさらに含む、透過電子顕微鏡の制御方法。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記透過電子顕微鏡は、電子線を前記試料上で走査するための走査コイルを含み、
前記走査コイルによって電子線で走査する領域の大きさを変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する倍率のずれを補正する工程をさらに含む、透過電子顕微鏡の制御方法。

【請求項6】

対物レンズと、
前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第１磁界型レンズは、第１内側磁極と、第１外側磁極と、第１励磁コイルと、を有し、
前記第２磁界型レンズは、第２内側磁極と、第２外側磁極と、第２励磁コイルと、を有し、
前記第１外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第１内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第２外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第２内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第１磁界型レンズは、前記第１励磁コイルを励磁することによって、前記第１内側磁極と前記第１外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第１磁場を発生させ、
前記第２磁界型レンズは、前記第２励磁コイルを励磁することによって、前記第２内側磁極と前記第２外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第２磁場を発生させ、
前記第１磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第２磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記制御部は、
前記第１磁界型レンズに前記第１磁場を発生させ、前記第２磁界型レンズに前記第２磁場を発生させる処理と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる処理と、
前記第１励磁コイルおよび前記第２励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する処理と、
を行う、透過電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項６において、
前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正するための前記第１励磁コイルおよび前記第２励磁コイルの励磁条件が、前記磁場印加部で発生させた磁場の大きさおよび向きごとに、記憶されている記憶部を含む、透過電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、透過電子顕微鏡の制御方法および透過電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡の対物レンズとして、磁界型対物レンズが知られている。磁界型対物レンズは、試料または試料近傍に強磁界を生成することによって、レンズの焦点距離が短くなるように改良されてきた。

【0003】

しかしながら、磁性体試料などの磁場に敏感な試料を透過電子顕微鏡で観察する場合、対物レンズが発生させる磁場によって試料の磁気特性が変化するという問題があった。試料に対する磁場の影響を防ぐために、試料から離れた位置に対物レンズの磁場を設けた場合、対物レンズの焦点距離が長くなり、電子顕微鏡の分解能は低下してしまう。したがって、磁界型対物レンズを用いて、磁性体試料を高い分解能で適正に観察することは困難であった。

【0004】

このような問題に対して、特許文献１には、試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズを含み、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズが、第１磁界型レンズが発生させる磁場の光軸に沿った方向の成分および第２磁界型レンズが発生させる磁場の光軸に沿った方向の成分が、試料配置面において互いに打ち消し合うように設けられている、対物レンズが開示されている。

【0005】

特許文献１に開示された対物レンズでは、試料に任意の磁場を印加するための磁場印加部を含む。これにより、例えば、試料が磁性体材料である場合、磁場によって磁気特性が変化する過程などを観察することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８−４９７２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に開示された対物レンズでは、磁場印加部が発生させた磁場が対物レンズ内へ漏洩することによって、対物レンズの焦点距離が変化してしまう場合があった。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明係る透過電子顕微鏡の制御方法の一態様は、
対物レンズを含む透過電子顕微鏡の制御方法であって、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第１磁界型レンズは、第１内側磁極と、第１外側磁極と、第１励磁コイルと、を有し、
前記第２磁界型レンズは、第２内側磁極と、第２外側磁極と、第２励磁コイルと、を有し、
前記第１外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第１内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第２外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第２内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第１磁界型レンズは、前記第１励磁コイルを励磁することによって、前記第１内側磁極と前記第１外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第１磁場を発生させ、
前記第２磁界型レンズは、前記第２励磁コイルを励磁することによって、前記第２内側磁極と前記第２外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第２磁場を発生させ、
前記第１磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第２磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記透過電子顕微鏡の制御方法は、
前記第１磁界型レンズに前記第１磁場を発生させ、前記第２磁界型レンズに前記第２磁場を発生させる工程と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる工程と、
前記第１励磁コイルおよび前記第２励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程と、
を含む。

【0009】

このような透過電子顕微鏡の制御方法では、磁場印加部で発生させた磁場に起因する対物レンズの焦点距離のずれを補正することができる。したがって、試料に任意の磁場を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【0010】

（２）本発明に係る透過電子顕微鏡の一態様は、
対物レンズと、
前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第１磁界型レンズは、第１内側磁極と、第１外側磁極と、第１励磁コイルと、を有し、
前記第２磁界型レンズは、第２内側磁極と、第２外側磁極と、第２励磁コイルと、を有し、
前記第１外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第１内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第２外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第２内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第１磁界型レンズは、前記第１励磁コイルを励磁することによって、前記第１内側磁極と前記第１外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第１磁場を発生させ、
前記第２磁界型レンズは、前記第２励磁コイルを励磁することによって、前記第２内側磁極と前記第２外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第２磁場を発生させ、
前記第１磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第２磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記制御部は、
前記第１磁界型レンズに前記第１磁場を発生させ、前記第２磁界型レンズに前記第２磁場を発生させる処理と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる処理と、
前記第１励磁コイルおよび前記第２励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する処理と、
を行う。

【0011】

このような透過電子顕微鏡では、磁場印加部で発生させた磁場に起因する対物レンズの焦点距離のずれを補正することができる。したがって、試料に任意の磁場を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】対物レンズを模式的に示す断面図。

【図3】対物レンズを模式的に示す断面図。

【図4】第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズが発生させる磁場を説明するための図。

【図5】第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズが発生させる垂直磁場の分布を示す図。

【図6】磁場印加部の動作を説明するための図。

【図7】磁場印加部の動作を説明するための図。

【図8】試料に磁場が印加されている様子を模式的に示す図。

【図9】試料に磁場が印加されている様子を模式的に示す図。

【図10】第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の制御部の処理の一例を示すフローチャート。

【図11】変形例に係る対物レンズを模式的に示す断面図。

【図12】第２実施形態に係る透過電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図13】第２実施形態に係る透過電子顕微鏡の要部を模式的に示す図。

【図14】第２実施形態に係る透過電子顕微鏡の制御部の処理の一例を示すフローチャート。

【図15】第３実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

１． 第１実施形態
１．１． 透過電子顕微鏡の構成
まず、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１０００の構成を示す図である。

【0015】

透過電子顕微鏡１０００は、対物レンズ１００を含む。なお、図１では、便宜上、対物レンズ１００、および試料ステージ１０６を簡略化して図示している。

【0016】

透過電子顕微鏡１０００は、図１に示すように、電子源１０２と、照射レンズ１０４と、対物レンズ１００と、試料ステージ１０６と、試料ホルダー１０８と、中間レンズ１１０と、投影レンズ１１２と、撮像装置１１４と、制御部１２０と、記憶部１２２と、を含む。

【0017】

電子源１０２は、電子を発生させる。電子源１０２は、例えば、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銃である。

【0018】

照射レンズ１０４は、電子源１０２から放出された電子線を集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１０４は、図示はしないが、複数の電子レンズで構成されていてもよい。

【0019】

試料ステージ１０６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１０６は、試料ホルダー１０８を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１０６によって、試料Ｓの位置決めを行うことができる。試料ステージ１０６は、例えば、試料Ｓを傾斜させることができるゴニオメータステージである。

【0020】

対物レンズ１００は、試料Ｓを透過した電子線で透過電子顕微鏡像を結像するための初段のレンズである。対物レンズ１００の詳細については、後述する「１．２． 対物レンズの構成」で説明する。

【0021】

中間レンズ１１０および投影レンズ１１２は、対物レンズ１００によって結像された像を拡大し、撮像装置１１４上に結像させる。対物レンズ１００、中間レンズ１１０、および投影レンズ１１２は、透過電子顕微鏡１０００の結像系を構成している。

【0022】

撮像装置１１４は、結像系によって結像された透過電子顕微鏡像を撮影する。撮像装置１１４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、ＣＭＯＳ（Complementary
metal-oxide-semiconductor）カメラ等のデジタルカメラである。

【0023】

制御部１２０は、対物レンズ１００を制御する。対物レンズ１００の制御方法については、後述する。制御部１２０の機能は、例えば、各種プロセッサー（ＣＰＵ（Central Processing Unit）など）でプログラムを実行することにより実現できる。なお、制御部１２０の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

【0024】

記憶部１２２は、制御部１２０が各種計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータを記憶している。また、記憶部１２２は、制御部１２０のワーク領域としても用いられる。記憶部１２２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびハードディスクなどにより実現できる。

【0025】

１．２． 対物レンズの構成
次に、対物レンズ１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、対物レンズ１００を模式的に示す断面図である。なお、図２では、試料ステージ１０６に試料ホルダー１０８が挿入されている状態を図示している。図３は、対物レンズ１００を模式的に示す断面図であり、図２の領域ＩＩＩの拡大図である。

【0026】

対物レンズ１００は、図２に示すように、第１磁界型レンズ１０と、第２磁界型レンズ２０と、磁場印加部３０と、位置調整部４０と、固定部５０と、防磁筒６０と、を含む。なお、図３では、便宜上、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０のみを図示している。

【0027】

第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０は、対物レンズ１００の光軸Ｌに沿って配置されている。第１磁界型レンズ１０は試料配置面２よりも上（照射レンズ１０４側）に位置し、第２磁界型レンズ２０は試料配置面２よりも下（中間レンズ１１０側）に位置する。第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０は、試料配置面２を挟んで配置されている。

【0028】

対物レンズ１００では、試料Ｓは、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０との間の試料配置面２に配置される。試料配置面２は、光軸Ｌと直交する面である。試料配置面２は、対物レンズ１００において、試料Ｓが配置される面である。試料配置面２は、例えば、試料原点位置（すなわち光軸Ｌと試料配置面２とが交わる位置）を中心として、試料Ｓを配置可能な大きさを持つ面である。試料ステージ１０６は、試料Ｓを第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０に対して光軸Ｌに垂直な方向（水平方向）から試料ホルダー１０８を挿入するサイドエントリー方式の試料ステージである。

【0029】

第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０は、第１磁界型レンズ１０が発生させる磁場の光軸Ｌに沿った方向（鉛直方向）の成分および第２磁界型レンズ２０が発生させる磁場の光軸Ｌに沿った方向の成分が、試料配置面２において互いに打ち消し合うように設けられる。

【0030】

第１磁界型レンズ１０は、第１励磁コイル１２と、第１ヨーク１４と、を有している。第１励磁コイル１２は、図示しない電源に接続されている。第１ヨーク１４は、第１励磁コイル１２を囲むように設けられている。第１ヨーク１４は、内側磁極１５（第１内側磁極の一例）と、外側磁極１６（第１外側磁極の一例）と、を有している。

【0031】

内側磁極１５および外側磁極１６は、環状である。内側磁極１５は光軸Ｌ側に配置されており、外側磁極１６は内側磁極１５の外側に配置されている。外側磁極１６は、内側磁極１５の外側に配置されている。内側磁極１５は、第１励磁コイル１２を囲んでいる部分から試料配置面２に向かって延出している。同様に、外側磁極１６は、第１励磁コイル１２を囲んでいる部分から試料配置面２に向かって延出している。

【0032】

外側磁極１６の先端部１６ａと試料配置面２との間の距離Ｄ２は、内側磁極１５の先端部１５ａと試料配置面２との間の距離Ｄ１よりも小さい。すなわち、光軸Ｌに沿った方向において、外側磁極１６の先端部１６ａは、内側磁極１５の先端部１５ａと試料配置面２との間に位置している。

【0033】

外側磁極１６の先端部１６ａは、光軸Ｌに向かって張り出している。すなわち、外側磁極１６の先端部１６ａは、外側磁極１６の他の部分と比べて、光軸Ｌ側に位置している。

【0034】

光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極１６の先端部１６ａは、試料移動可能領域６と重なっている。また、光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極１６の先端部１６ａは、内側磁極１５の先端部１５ａと重なっている。内側磁極１５の先端部１５ａと光軸Ｌとの間の距離と、外側磁極１６の先端部１６ａと光軸Ｌとの間の距離とは、等しい。

【0035】

ここで、試料移動可能領域６とは、試料ホルダー１０８に支持されている試料Ｓが、試料ステージ１０６の動作によって移動可能となる領域である。例えば、試料Ｓの直径が３ｍｍの場合、試料配置面２を含む仮想平面４内において試料ステージ１０６は、試料Ｓを、試料原点位置を中心として±１．２ｍｍ程度移動させることができる。この場合、試料移動可能領域６は、試料原点位置を中心として±２．７ｍｍの領域である。

【0036】

内側磁極１５の先端部１５ａで規定される開口１５ｂの中心は、光軸Ｌ上に位置している。同様に、外側磁極１６の先端部１６ａで規定される開口１６ｂの中心は、光軸Ｌ上に位置している。内側磁極１５の開口１５ｂの形状、および外側磁極１６の開口１６ｂの形状は、円である。内側磁極１５の開口１５ｂの径と外側磁極１６の開口１６ｂの径とは、等しい。

【0037】

内側磁極１５の先端部１５ａと外側磁極１６の先端部１６ａとの間にはギャップ（空隙）１８が設けられている。ギャップ１８は、光軸Ｌを囲む環状であり、より具体的には、光軸Ｌを中心軸とする円筒面状である。対物レンズ１００では、外側磁極１６の先端部１６ａが光軸Ｌに向かって張り出しているため、ギャップ１８は、試料配置面２の方向を向いていない。図示の例では、ギャップ１８は、光軸Ｌに垂直な方向を向いている。

【0038】

第２磁界型レンズ２０は、第２励磁コイル２２と、第２ヨーク２４と、を有している。第２励磁コイル２２は、図示しない電源に接続されている。第２ヨーク２４は、第２励磁コイル２２を囲むように設けられている。第２ヨーク２４は、内側磁極２５（第２内側磁極の一例）と、外側磁極２６（第２外側磁極の一例）と、を有している。

【0039】

内側磁極２５および外側磁極２６は、環状である。内側磁極２５は光軸Ｌ側に配置されており、外側磁極２６は内側磁極２５の外側に配置されている。内側磁極２５は、第２励磁コイル２２を囲んでいる部分から試料配置面２に向かって延出している。同様に、外側磁極２６は、第２励磁コイル２２を囲んでいる部分から試料配置面２に向かって延出している。

【0040】

外側磁極２６の先端部２６ａと試料配置面２との間の距離Ｄ４は、内側磁極２５の先端部２５ａと試料配置面２との間の距離Ｄ３よりも小さい。すなわち、光軸Ｌに沿った方向において、外側磁極２６の先端部２６ａは、内側磁極２５の先端部２５ａと試料配置面２との間に位置している。

【0041】

外側磁極２６の先端部２６ａは、光軸Ｌに向かって張り出している。すなわち、外側磁極２６の先端部２６ａは、外側磁極２６の他の部分と比べて、光軸Ｌ側に位置している。

【0042】

光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極２６の先端部２６ａは、試料移動可能領域６と重なっている。また、光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極２６の先端部２６ａは、内側磁極２５の先端部２５ａと重なっている。内側磁極２５の先端部２５ａと光軸Ｌとの間の距離と、外側磁極２６の先端部２６ａと光軸Ｌとの間の距離とは、等しい。

【0043】

内側磁極２５の先端部２５ａで規定される開口２５ｂの中心は、光軸Ｌ上に位置している。同様に、外側磁極２６の先端部２６ａで規定される開口２６ｂの中心は、光軸Ｌ上に位置している。内側磁極２５の開口２５ｂの形状、および外側磁極２６の開口２６ｂの形状は、円である。内側磁極２５の開口２５ｂの径、および外側磁極２６の開口２６ｂの径は、等しい。

【0044】

内側磁極２５の先端部２５ａと外側磁極２６の先端部２６ａとの間にはギャップ（空隙）２８が設けられている。ギャップ２８は、光軸Ｌを囲む環状であり、より具体的には、光軸Ｌを中心軸とする円筒面状である。対物レンズ１００では、外側磁極１６の先端部１６ａが光軸Ｌに向かって張り出しているため、ギャップ２８は、試料配置面２の方向を向いていない。図示の例では、ギャップ２８は、光軸Ｌに垂直な方向を向いている。

【0045】

第１磁界型レンズ１０の構成と第２磁界型レンズ２０の構成は、例えば、同じである。また、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とは、試料配置面２を含む仮想平面４に関して対称に配置される。

【0046】

磁場印加部３０は、第１磁場印加コイル３２ａと、第２磁場印加コイル３２ｂと、磁場印加コイル用ヨーク３４と、を有している。

【0047】

第１磁場印加コイル３２ａは、第１励磁コイル１２の外側に配置されている。第１磁場
印加コイル３２ａと第１励磁コイル１２とは、例えば、同心円状に配置されている。第２磁場印加コイル３２ｂは、第２励磁コイル２２の外側に配置されている。第２磁場印加コイル３２ｂと第２励磁コイル２２とは、例えば、同心円状に配置されている。

【0048】

磁場印加コイル用ヨーク３４は、第１磁場印加コイル３２ａおよび第２磁場印加コイル３２ｂを囲むように設けられている。磁場印加コイル用ヨーク３４は、上面および下面を備えた円柱状であり、上面および下面にはそれぞれ光軸Ｌを中心とする円形の開口が設けられている。磁場印加コイル用ヨーク３４の内側の底面には第２磁界型レンズ２０が載置されている。また、磁場印加コイル用ヨーク３４の内側の上面には第１磁界型レンズ１０が固定されている。

【0049】

位置調整部４０は、磁場印加コイル用ヨーク３４上に載置された第２磁界型レンズ２０の位置を調整するためのものである。位置調整部４０は、例えば第２磁界型レンズ２０を光軸Ｌに垂直な方向（水平方向）に押すための位置調整用のネジである。図示はしないが、当該ネジは、複数設けられており、互いに異なる方向から第２磁界型レンズ２０を押すことができる。位置調整部４０によって、第１磁界型レンズ１０に対する第２磁界型レンズ２０の位置を調整することができる。これにより、容易に、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とを仮想平面４に関して対称に配置することができる。また、位置調整部４０を用いることで、電子線を照射した状態で、第２磁界型レンズ２０の位置合わせを行うことが可能である。

【0050】

固定部５０は、位置調整がなされた第２磁界型レンズ２０を磁場印加コイル用ヨーク３４に固定するためのものである。固定部５０は例えばボルトであり、当該ボルトを磁場印加コイル用ヨーク３４に設けられた雌ネジに螺合することで、第２磁界型レンズ２０と磁場印加コイル用ヨーク３４とを固定することができる。

【0051】

なお、図示の例では、第１磁界型レンズ１０を固定し、第２磁界型レンズ２０を位置調整可能としたが、第１磁界型レンズ１０を位置調整可能とし、第２磁界型レンズ２０を固定してもよい。このとき、固定部５０は、第１磁界型レンズ１０を磁場印加コイル用ヨーク３４に固定してもよい。また、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０の両方を位置調整可能としてもよい。このとき、固定部５０は、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０の両方を磁場印加コイル用ヨーク３４に固定してもよい。

【0052】

防磁筒６０は、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０との間に配置されている。防磁筒６０は、試料Ｓを外部から対物レンズ１００内に導入するための経路を囲むように設けられている。なお、対物レンズ１００において、試料Ｓを導入するための経路と、試料Ｓを対物レンズ１００内から取り出すための経路は、同じである。

【0053】

防磁筒６０は、第１磁界型レンズ１０と試料ステージ１０６との間、第２磁界型レンズ２０と試料ステージ１０６との間に配置されている。防磁筒６０は、筒状の部材であり、試料配置面２に近づくに従って径が小さくなる部分を有している。防磁筒６０は、透磁率の高い材料で構成されている。防磁筒６０の材質は、例えば、パーマロイである。

【0054】

防磁筒６０が試料Ｓを導入するための経路に設けられているため、例えば試料Ｓが磁性体試料などの磁場に敏感な試料であった場合に、対物レンズ１００を励磁した状態で試料Ｓの導入、試料Ｓの取り出しを行っても、試料Ｓの磁気特性に与える影響が小さい。

【0055】

１．３． 対物レンズの動作
（１）第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズの動作
図４は、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０が発生させる磁場を説明す
るための図である。なお、図４には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。Ｚ軸は光軸Ｌに沿った軸（光軸Ｌに平行な軸）であり、Ｘ軸およびＹ軸は光軸Ｌに垂直な軸である。図示の例では、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向である。

【0056】

図５は、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０が発生させる垂直磁場の分布を示す図である。図５に示すグラフの横軸は光軸Ｌ上の位置であり、縦軸は垂直磁場（磁場の光軸Ｌに沿った方向の成分、磁場のＺ成分）の大きさを示している。

【0057】

第１磁界型レンズ１０の第１励磁コイル１２に電源から励磁電流が供給されると、第１磁界型レンズ１０は、試料Ｓの前方（照射レンズ側、−Ｚ方向側）に第１磁場Ｂ１を発生させる。具体的には、第１励磁コイル１２に励磁電流が供給されると、第１励磁コイル１２が励磁され、第１ヨーク１４内に磁束（磁路）が生じる。この磁束は、内側磁極１５の先端部１５ａと外側磁極１６の先端部１６ａとの間のギャップ１８から漏洩し、光軸Ｌを中心とする回転対称な第１磁場Ｂ１が発生する。第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａが光軸Ｌに向かって張り出していることにより、ギャップ１８は、試料Ｓの方向（試料配置面２の方向、Ｚ方向）を向いていない。そのため、第１磁場Ｂ１の光軸Ｌに垂直な方向の成分（Ｘ，Ｙ成分）は、試料Ｓの試料原点位置のみならず、試料Ｓの近傍の広い範囲で小さい。

【0058】

同様に、第２磁界型レンズ２０の第２励磁コイル２２に電源から励磁電流が供給されると、第２磁界型レンズ２０は、試料Ｓの後方（中間レンズ側、＋Ｚ方向側）に第２磁場Ｂ２を発生させる。具体的には、第２励磁コイル２２に励磁電流が供給されると、第２ヨーク２４内に磁束（磁路）が生じる。この磁束は、内側磁極２５の先端部２５ａと外側磁極２６の先端部２６ａとの間のギャップ２８から漏洩し、光軸Ｌを中心とする回転対称な第２磁場Ｂ２が発生する。第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａが光軸Ｌに向かって張り出していることにより、ギャップ２８は、試料Ｓの方向（試料配置面２の方向、Ｚ方向）を向いていない。そのため、第２磁場Ｂ２の光軸Ｌに垂直な方向の成分（Ｘ，Ｙ成分）は、試料Ｓの試料原点位置のみならず、試料Ｓの近傍の広い範囲で小さい。

【0059】

このように、第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａが光軸Ｌに向かって張り出していることにより、第１磁場Ｂ１の光軸Ｌに垂直な方向の成分が試料Ｓの近傍に到達することを防いでいる。同様に、第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａが光軸Ｌに向かって張り出していることにより、第２磁場Ｂ２の光軸Ｌに垂直な方向の成分が試料Ｓの近傍に到達することを防いでいる。

【0060】

第１磁界型レンズ１０が発生させる第１磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分（Ｚ成分）および第２磁界型レンズ２０が発生させる第２磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分は、逆方向である。そのため、第１磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と第２磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とが、互いに打ち消しあうように作用させることができる。これにより、図５に示すように、試料配置面２における光軸Ｌに沿った方向の磁場を極めて小さくできる。

【0061】

（２）磁場印加部の動作
図６は、磁場印加部３０の動作を説明するための図である。図７は、磁場印加部３０の動作を説明するための図であり、図６の領域ＶＩＩの拡大図である。図６および図７に示す矢印は、磁場印加部３０が発生させる磁束の経路（磁路）を表している。

【0062】

対物レンズ１００では、図６および図７に示すように、磁場印加部３０によって、第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａ、外側磁極２６の先端部２６ａと外側磁
極１６の先端部１６ａとの間の空間、および第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａを通る磁束の経路（磁路）を形成することができる。外側磁極２６の先端部２６ａと外側磁極１６の先端部１６ａとの間の空間は、試料配置面２を含む。

【0063】

そのため、対物レンズ１００では、外側磁極２６の先端部２６ａと外側磁極１６の先端部１６ａとの間の空間に、光軸Ｌに沿った方向の磁場Ｂ３（Ｚ方向の磁場）を発生させることができる。したがって、対物レンズ１００では、試料Ｓの観察時に、試料Ｓに光軸Ｌに沿った方向の磁場Ｂ３を印加することができる。これにより、例えば、試料Ｓが磁性体材料である場合、磁場Ｂ３によって磁気特性が変化する過程などを観察することができる。

【0064】

１．４． 透過電子顕微鏡の制御方法
次に、透過電子顕微鏡１０００の制御方法について説明する。以下では、磁場印加部３０によって試料Ｓに磁場Ｂ３を印加した状態で、試料Ｓの透過電子顕微鏡像を取得する場合について説明する。

【0065】

透過電子顕微鏡１０００の制御方法は、第１磁界型レンズ１０に第１磁場Ｂ１を発生させ、第２磁界型レンズ２０に第２磁場Ｂ２を発生させる工程と、磁場印加部３０によって試料配置面２に光軸Ｌに沿った方向の磁場を発生させる工程と、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることによって、磁場印加部３０で発生させた磁場による対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正する工程と、を含む。

【0066】

（１）第１磁場Ｂ１および第２磁場Ｂ２を発生させる工程
まず、第１磁界型レンズ１０に第１磁場Ｂ１を発生させ、第２磁界型レンズ２０に第２磁場Ｂ２を発生させる。具体的には、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２に電流を供給する。第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２に供給される電流量は、対物レンズ１００の光学条件（例えば、焦点距離）によって決まる。

【0067】

第１磁界型レンズ１０が第１磁場Ｂ１を発生させ、第２磁界型レンズ２０が第２磁場Ｂ２を発生させることによって、対物レンズ１００が透過電子顕微鏡像を結像する。この結果、透過電子顕微鏡１０００は、試料Ｓの観察が可能な状態となる。

【0068】

（２）磁場Ｂ３を発生させる工程
次に、磁場印加部３０によって、試料配置面２に光軸Ｌに沿った方向の磁場Ｂ３を発生させる。具体的には、第１磁場印加コイル３２ａおよび第２磁場印加コイル３２ｂに電流を供給することによって、試料配置面２に磁場Ｂ３を発生させる。第１磁場印加コイル３２ａおよび第２磁場印加コイル３２ｂに供給される電流量は、磁場Ｂ３の大きさによって決まる。また、第１磁場印加コイル３２ａおよび第２磁場印加コイル３２ｂに供給される電流の向きは、磁場Ｂ３の方向によって決まる。透過電子顕微鏡１０００では、試料Ｓに任意の磁場を印加することができる。

【0069】

（３）対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程
図８は、磁場印加部３０によって、試料Ｓに磁場Ｂ３が印加されている様子を模式的に示す図である。図８では、磁場Ｂ３の方向は、−Ｚ方向である。

【0070】

磁場印加部３０が発生させた磁場Ｂ３は、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０へ漏洩する。図８に示す例では、磁場Ｂ３は、−Ｚ方向であり、第１磁場Ｂ１は、＋Ｚ方向である。すなわち、磁場Ｂ３の方向と第１磁場Ｂ１の方向とは、逆方向である。そのため、磁場Ｂ３の漏洩によって、第１磁場Ｂ１は弱められる。また、第２磁場Ｂ２は、−Ｚ方向である。すなわち、磁場Ｂ３の方向と第２磁場Ｂ２の方向とは、同じ方向であ
る。そのため、磁場Ｂ３の漏洩によって、第２磁場Ｂ２は強められる。

【0071】

磁場印加部３０が発生させる磁場Ｂ３の漏洩により電子線に作用する磁場が変化することによって、対物レンズ１００の焦点距離が変化する。対物レンズ１００の焦点距離が変化すると、倍率、像の回転、収差補正の条件等が変化する。したがって、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができない。

【0072】

そのため、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正する。この結果、透過電子顕微鏡１０００では、試料Ｓに磁場Ｂ３を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【0073】

例えば、磁場Ｂ３と第１磁場Ｂ１が同じ方向である場合には、第１励磁コイル１２の励磁を弱め、第２励磁コイル２２の励磁を強める。一方、磁場Ｂ３と第２磁場Ｂ２が同じ方向である場合には、第１励磁コイル１２の励磁を強め、第２励磁コイル２２の励磁を弱める。図８に示す例では、磁場Ｂ３と第２磁場Ｂ２が同じ方向であるため、第１励磁コイル１２の励磁を強め、第２励磁コイル２２の励磁を弱める。

【0074】

磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正することによって、対物レンズ１００の焦点距離を、磁場Ｂ３を発生させる前の焦点距離に、近づけることができる。

【0075】

図９は、磁場印加部３０によって、試料Ｓに磁場Ｂ３が印加されている様子を模式的に示す図である。図９では、磁場Ｂ３の方向は、＋Ｚ方向である。

【0076】

図９に示す例では、磁場Ｂ３は、＋Ｚ方向であり、第１磁場Ｂ１は、−Ｚ方向である。すなわち、磁場Ｂ３の方向と第１磁場Ｂ１の方向とは、逆方向である。そのため、磁場Ｂ３の漏洩によって、第１磁場Ｂ１は弱められる。また、第２磁場Ｂ２は、＋Ｚ方向である。すなわち、磁場Ｂ３の方向と第２磁場Ｂ２の方向とは、同じ方向である。そのため、磁場Ｂ３の漏洩によって、第２磁場Ｂ２は強められる。したがって、図９に示す例では、第１励磁コイル１２の励磁を強め、第２励磁コイル２２の励磁を弱める。

【0077】

図８に示す磁場Ｂ３が＋Ｚ方向の場合と図９に示す磁場Ｂ３が−Ｚ方向である場合とでは、第１磁場Ｂ１の方向および第２磁場Ｂ２の方向を変えている。具体的には、磁場Ｂ３の方向を変えても、磁場Ｂ３の方向と第２磁場Ｂ２の方向とを同じ方向にしている。これにより、磁場Ｂ３の漏洩が大きい場合であっても、結像に重要なレンズである第２磁界型レンズ２０の焦点距離をより正確に補正できる。以下、この理由について説明する。

【0078】

透過電子顕微鏡１０００では、対物レンズ１００は、主として、結像に用いられる。対物レンズ１００では、結像に重要なレンズは、試料Ｓを透過した電子線に作用する第２磁場Ｂ２をつくる第２磁界型レンズ２０である。

【0079】

図示はしないが、磁場Ｂ３の方向と第２磁場Ｂ２の方向とが逆方向である場合を考える。この場合、第２励磁コイル２２の励磁を強める。しかしながら、第２励磁コイル２２の励磁量には限度があるため、この限度を超える漏洩が生じた場合には、第２磁界型レンズ２０の焦点距離を補正できない。

【0080】

これに対して、図８および図９に示すように、磁場Ｂ３の方向と第２磁場Ｂ２の方向とが同じ方向である場合、第２励磁コイル２２の励磁を弱める。したがって、磁場Ｂ３の漏洩が大きい場合でも、第２磁界型レンズ２０の焦点距離を補正できる。

【0081】

なお、透過電子顕微鏡１０００が走査透過電子顕微鏡である場合、対物レンズ１００は、主として、電子線を集束させて電子プローブを形成するために用いられる。対物レンズ１００では、電子プローブを形成するために重要なレンズは、試料Ｓに入射する電子線に作用する第１磁場Ｂ１をつくる第１磁界型レンズ１０である。そのため、透過電子顕微鏡１０００が走査透過電子顕微鏡である場合、磁場Ｂ３の方向と第１磁場Ｂ１の方向とを同じ方向にする。

【0082】

ここで、第１励磁コイル１２の励磁の変化量および第２励磁コイル２２の励磁の変化量は、磁場Ｂ３の大きさおよび向きによって決まる。そのため、実際に、標準試料に磁場Ｂ３を印加した状態で、第１励磁コイル１２の励磁および第２励磁コイル２２の励磁を調整して、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正する。このときの第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件を記録する。この作業を、磁場Ｂ３の大きさおよび向きを変えて繰り返す。このようにして得られた励磁条件を基に、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件のデータベースを作成する。当該データベースは、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正するための第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件が、磁場Ｂ３の大きさおよび向きごとに登録されたものである。このデータベースを参照すれば、容易に、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正することができる。

【0083】

１．５． 処理
次に、制御部１２０の処理について説明する。図１０は、透過電子顕微鏡１０００の制御部１２０の処理の一例を示すフローチャートである。

【0084】

まず、制御部１２０は、対物レンズ１００の光学条件の入力が行われたか否かを判定し（Ｓ１００）、光学条件の入力が行われるまで待機する（Ｓ１００のＮｏ）。

【0085】

制御部１２０は、対物レンズ１００の光学条件の入力が行われたと判定した場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、入力された光学条件に基づいて第１励磁コイル１２に電流を供給して第１磁界型レンズ１０に第１磁場Ｂ１を発生させ、かつ、入力された光学条件に基づいて第２励磁コイル２２に電流を供給して第２磁界型レンズ２０に第２磁場Ｂ２を発生させる（Ｓ１０２）。これにより、透過電子顕微鏡１０００では、透過電子顕微鏡像が結像される。

【0086】

次に、制御部１２０は、試料Ｓに印加する磁場Ｂ３の情報が入力されたか否かを判定し（Ｓ１０４）、光学条件の入力が行われるまで待機する（Ｓ１０４のＮｏ）。磁場Ｂ３の情報は、磁場Ｂ３の大きさおよび磁場Ｂ３の向きの情報を含む。

【0087】

制御部１２０は、磁場Ｂ３の情報が入力されたと判定した場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、磁場印加部３０によって、試料配置面２に光軸Ｌに沿った方向の磁場Ｂ３を発生させる（Ｓ１０６）。制御部１２０は、例えば、磁場Ｂ３の情報に基づいて第１磁場印加コイル３２ａおよび第２磁場印加コイル３２ｂに電流を供給し、磁場Ｂ３を発生させる。これにより、試料Ｓに磁場Ｂ３が印加される。

【0088】

次に、制御部１２０は、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることによって、磁場印加部３０で発生させた磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正する（Ｓ１０８）。これにより、対物レンズ１００の焦点距離のずれが補正され、試料Ｓに磁場Ｂ３を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【0089】

記憶部１２２には、磁場印加部３０で発生させた磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正するための第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件が、磁場Ｂ３の大きさおよび向きごとに、記憶されている。制御部１２０は、記憶部１２２から、磁場Ｂ３の大きさおよび向きに応じた、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件を読み出して、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件を決定する。

【0090】

１．６． 特徴
透過電子顕微鏡１０００の制御方法は、例えば、以下の特徴を有する。

【0091】

透過電子顕微鏡１０００の制御方法は、第１磁界型レンズ１０に第１磁場Ｂ１を発生させ、第２磁界型レンズに第２磁場Ｂ２を発生させる工程と、磁場印加部３０によって、試料配置面２に光軸Ｌに沿った方向の磁場Ｂ３を発生させる工程と、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることによって、磁場印加部３０で発生させた磁場による対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正する工程と、を含む。そのため、透過電子顕微鏡１０００の制御方法によれば、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正することができる。したがって、試料Ｓに任意の磁場を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【0092】

例えば、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれが極めて大きい場合、試料ＳのＺ方向の移動可能な範囲内で結像できなくなるという問題が生じる。透過電子顕微鏡１０００の制御方法によれば、このような問題が生じない。

【0093】

透過電子顕微鏡１０００の制御方法は、対物レンズ１００の光学条件のずれを補正する工程では、磁場印加部３０で発生した磁場Ｂ３と第１磁場Ｂ１が同じ方向である場合には、第１励磁コイル１２の励磁を弱め、第２励磁コイル２２の励磁を強め、磁場印加部３０で発生した磁場Ｂ３と第２磁場Ｂ２が同じ方向である場合には、第１励磁コイル１２の励磁を強め、第２励磁コイル２２の励磁を弱める。これにより、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正することができる。

【0094】

透過電子顕微鏡１０００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0095】

透過電子顕微鏡１０００は、第１磁界型レンズ１０に第１磁場Ｂ１を発生させ、第２磁界型レンズ２０に第２磁場Ｂ２を発生させる処理と、磁場印加部３０によって試料配置面２に光軸Ｌに沿った方向の磁場Ｂ３を発生させる処理と、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることによって、磁場印加部３０で発生させた磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正する処理と、を行う。そのため、透過電子顕微鏡１０００では、磁場印加部３０が発生させた磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正することができる。したがって、透過電子顕微鏡１０００では、試料Ｓに任意の磁場を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【0096】

透過電子顕微鏡１０００では、磁場印加部３０で発生させた磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正するための第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件が、磁場印加部３０で発生させた磁場Ｂ３の大きさおよび向きごとに、記憶されている記憶部１２２を含む。そのため、透過電子顕微鏡１０００では、容易に、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正することができる。

【0097】

１．７． 対物レンズの変形例
図１１は、変形例に係る対物レンズ２００を模式的に示す断面図である。

【0098】

上記の対物レンズ１００では、図３に示すように、光軸Ｌに沿った方向から見て、第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａと内側磁極１５の先端部１５ａとは、重なっていた。同様に、光軸Ｌに沿った方向から見て、第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａと内側磁極２５の先端部２５ａとは、重なっていた。

【0099】

これに対して、対物レンズ２００では、図１１に示すように、光軸Ｌに沿った方向から見て、第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａと内側磁極１５の先端部１５ａとは、重なっていない。しかしながら、対物レンズ２００では、光軸Ｌに沿った方向から見て、第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａと試料移動可能領域６とは、重なっている。

【0100】

同様に、対物レンズ２００では、光軸Ｌに沿った方向から見て、第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａと内側磁極２５の先端部２５ａとは、重なっていない。しかしながら、対物レンズ２００では、光軸Ｌに沿った方向から見て、第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａと試料移動可能領域６とは、重なっている。

【0101】

対物レンズ２００では、対物レンズ１００と同様に、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０で発生させた磁場が、試料Ｓ近傍に漏れることを防ぐことができる。

【0102】

なお、対物レンズ２００では、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０で発生させた磁場が試料Ｓ近傍に漏れることを防ぐ効果は、対物レンズ１００と比べて、小さい。しかしながら、対物レンズ２００では、対物レンズ１００に比べて、試料Ｓが配置される空間の光軸Ｌに沿った方向の大きさを拡げることができる。したがって、対物レンズ２００では、試料Ｓをより大きな角度で傾斜させることができる。

【0103】

２． 第２実施形態
２．１． 透過電子顕微鏡の構成
次に、第２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。

【0104】

図１２は、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２０００を模式的に示す図である。図１３は、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２０００の要部を模式的に示す図である。以下、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２０００において、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１０００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。

【0105】

透過電子顕微鏡２０００は、図１２および図１３に示すように、第１アライメントコイル１１６と、第２アライメントコイル１１８と、を含む。また、透過電子顕微鏡２０００では、制御部１２０は、照射レンズ１０４、対物レンズ１００、第１アライメントコイル１１６、第２アライメントコイル１１８、中間レンズ１１０、および投影レンズ１１２を制御する。

【0106】

第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８は、試料配置面２（図３等参照）を挟んで、光軸Ｌに沿って配置されている。図示の例では、第１アライメントコイル１１６は、照射レンズ１０４と試料配置面２との間に配置されている。第２アライメントコイル１１８は、試料配置面２と中間レンズ１１０との間に配置されている。第１アライメントコイル１１６は、例えば、光軸Ｌに沿って配置された２つのコイルで構成されている。第２アライメントコイル１１８は、例えば、光軸Ｌに沿って配置された２つのコイルで構成されている。

【0107】

２．２． 透過電子顕微鏡の制御方法
次に、透過電子顕微鏡２０００の制御方法について説明する。以下では、上述した透過電子顕微鏡１０００の制御方法と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

【0108】

上述した透過電子顕微鏡１０００では、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正した。

【0109】

しかしながら、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させても、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の光学条件のずれを完全に補正できない場合がある。

【0110】

（１）軸ずれの補正
第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させても、磁場Ｂ３に起因する軸ずれが補正できない場合がある。ここで、軸ずれとは、電子線が光軸Ｌに一致せずに、光軸Ｌに対して電子線がずれることをいう。磁場Ｂ３に起因する軸ずれが生じると、視野のずれや、収差のずれが生じてしまう。

【0111】

そのため、透過電子顕微鏡２０００では、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８で軸ずれを補正する。具体的には、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８で電子線を偏向させることによって、磁場Ｂ３に起因する軸ずれを補正する。

【0112】

（２）倍率の補正
第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させても、倍率のずれが補正できない場合がある。すなわち、磁場Ｂ３を発生させる前と、磁場Ｂ３を発生させた後では、倍率がずれてしまう場合がある。そのため、透過電子顕微鏡２０００では、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正する。

【0113】

（３）像の回転の補正
第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させても、像の回転が補正できない場合がある。すなわち、磁場Ｂ３を印加すると、像が回転してしまう場合がある。像の回転とは、像の中心を回転軸とした像の回転である。例えば、像が１８０度回転すると、像の上下が反転する。

【0114】

透過電子顕微鏡２０００では、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正する。

【0115】

（４）カメラ長の補正
第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させても、カメラ長のずれが補正できない場合がある。すなわち、磁場Ｂ３を印加する前と、磁場Ｂ３を印加した後では、カメラ長が変化してしまう場合がある。

【0116】

透過電子顕微鏡２０００では、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因するカメラ長のずれを補正する。

【0117】

（５）照射レンズによる補正
第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させても、磁場Ｂ３に起因
する対物レンズ１００の光学条件のずれを完全に補正できない場合に、照射レンズ１０４の励磁条件を変化させることによって、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁を変化させることで補正できない対物レンズ１００の光学条件のずれを補正してもよい。

【0118】

２．３． 処理
次に、制御部１２０の処理について説明する。図１４は、透過電子顕微鏡２０００の制御部１２０の処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１４では、図１０と同じ処理を行うステップには同じ符号を付している。以下では、図１０と同じ処理を行うステップについては、その説明を省略する。

【0119】

制御部１２０は、磁場Ｂ３に起因する対物レンズ１００の焦点距離のずれを補正した後、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８で軸ずれを補正する（Ｓ１１０）。

【0120】

次に、制御部１２０は、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正する（Ｓ１１２）。

【0121】

次に、制御部１２０は、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正する（Ｓ１１４）。これにより、磁場Ｂ３に起因する光学条件のずれが補正され、試料Ｓに磁場Ｂ３を印加した状態で、良好な透過電子顕微鏡像を得ることができる。

【0122】

ここで、磁場Ｂ３の大きさおよび向きによって、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８の励磁条件、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件が決まる。

【0123】

そのため、記憶部１２２には、磁場Ｂ３に起因する光学条件のずれを補正するための、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８の励磁条件、および中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件が、磁場Ｂ３の大きさおよび向きごとに、記憶されている。制御部１２０は、記憶部１２２から、磁場Ｂ３の大きさおよび向きに応じた、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２の励磁条件、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８の励磁条件、および中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を読み出して、これらの励磁条件を決定する。

【0124】

なお、ここでは、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２、およびステップＳ１１４の順で処理を行う場合について説明したが、この順序は特に限定されない。

【0125】

２．４． 特徴
透過電子顕微鏡２０００の制御方法は、例えば、以下の特徴を有する。

【0126】

透過電子顕微鏡２０００の制御方法は、第１アライメントコイル１１６および第２アライメントコイル１１８で電子線を偏向させることによって、磁場Ｂ３に起因する光軸Ｌに対する電子線の軸ずれを補正する工程を、さらに含む。そのため、透過電子顕微鏡２０００の制御方法によれば、磁場Ｂ３に起因する軸ずれを補正することができる。

【0127】

透過電子顕微鏡２０００の制御方法は、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正する工程を、さらに含む。そのため、透過電子顕微鏡２０００の制御方法によれば、磁場Ｂ３に起因する
倍率のずれを補正することができる。

【0128】

透過電子顕微鏡２０００の制御方法は、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正する工程を、さらに含む。そのため、透過電子顕微鏡２０００の制御方法によれば、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正することができる。

【0129】

３． 第３実施形態
３．１． 透過電子顕微鏡の構成
次に、第３実施形態に係る透過電子顕微鏡について説明する。図１５は、第３実施形態に係る透過電子顕微鏡３０００の構成を示す図である。以下、第３実施形態に係る透過電子顕微鏡３０００において、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１０００および第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２０００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。

【0130】

透過電子顕微鏡３０００は、図１５に示すように、電子線を試料Ｓ上で走査するための走査コイル１０５と、試料Ｓを透過した電子を検出する検出器１１５と、を含む。すなわち、透過電子顕微鏡３０００は、走査透過電子顕微鏡である。

【0131】

透過電子顕微鏡３０００では、電子源１０２から放出された電子線は、照射レンズ１０４および対物レンズ１００で集束されて電子プローブを形成し試料Ｓに照射される。走査コイル１０５によって、試料Ｓに照射される電子線は、試料Ｓ上で走査される。試料Ｓを透過した電子線は、対物レンズ１００、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２によって検出器１１５に導かれ、検出器１１５で検出される。検出器１１５の検出信号は、試料Ｓ上の照射位置の情報と関連づけられる。これにより、走査透過電子顕微鏡像を取得できる。

【0132】

走査透過電子顕微鏡像の倍率は、電子線で走査した領域の大きさによって決まる。また、走査透過電子顕微鏡像の向きは、走査方向によって決まる。

【0133】

制御部１２０は、走査コイル１０５を制御する。

【0134】

３．２． 透過電子顕微鏡の制御方法
次に、透過電子顕微鏡３０００の制御方法について説明する。以下では、上述した透過電子顕微鏡１０００の制御方法および透過電子顕微鏡２０００の制御方法と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

【0135】

上述した透過電子顕微鏡２０００では、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正した。

【0136】

これに対して、透過電子顕微鏡３０００では、走査コイル１０５によって電子線で走査する領域の大きさを変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正する。

【0137】

また、上述した透過電子顕微鏡２０００では、中間レンズ１１０および投影レンズ１１２の励磁条件を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正した。

【0138】

これに対して、透過電子顕微鏡３０００では、走査コイル１０５によって走査方向を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正する。

【0139】

３．３． 処理
透過電子顕微鏡３０００の制御部１２０の処理は、図１４に示す倍率を補正する処理（Ｓ１１２）、および像の回転を補正する処理（Ｓ１１４）において走査コイル１０５を用いる点を除いて、透過電子顕微鏡２０００の制御部１２０の処理と同じであり、その説明を省略する。

【0140】

３．４． 特徴
透過電子顕微鏡３０００の制御方法は、走査コイル１０５によって電子線で走査する領域の大きさを変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正する工程を、さらに含む。そのため、透過電子顕微鏡３０００の制御方法によれば、磁場Ｂ３に起因する倍率のずれを補正することができる。

【0141】

透過電子顕微鏡３０００の制御方法は、走査コイル１０５によって電子線の走査方向を変化させることによって、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正する工程を、さらに含む。そのため、透過電子顕微鏡３０００の制御方法によれば、磁場Ｂ３に起因する像の回転を補正することができる。

【0142】

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、方法およ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】

【0143】

２…試料配置面、４…仮想平面、６…試料移動可能領域、１０…第１磁界型レンズ、１２…第１励磁コイル、１４…第１ヨーク、１５…内側磁極、１５ａ…先端部、１５ｂ…開口、１６…外側磁極、１６ａ…先端部、１６ｂ…開口、１８…ギャップ、２０…第２磁界型レンズ、２２…第２励磁コイル、２４…第２ヨーク、２５…内側磁極、２５ａ…先端部、２５ｂ…開口、２６…外側磁極、２６ａ…先端部、２６ｂ…開口、２８…ギャップ、３０…磁場印加部、３２ａ…第１磁場印加コイル、３２ｂ…第２磁場印加コイル、３４…磁場印加コイル用ヨーク、４０…位置調整部、５０…固定部、６０…防磁筒、１００…対物レンズ、１０２…電子源、１０４…照射レンズ、１０５…走査コイル、１０６…試料ステージ、１０８…試料ホルダー、１１０…中間レンズ、１１２…投影レンズ、１１４…撮像装置、１１５…検出器、１１６…第１アライメントコイル、１１８…第２アライメントコイル、１２０…制御部、１２２…記憶部、２００…対物レンズ、１０００…透過電子顕微鏡、２０００…透過電子顕微鏡、３０００…透過電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】