(57)【要約】【課題】試料に対する磁場の影響を低減でき、かつ、高い分解能での観察が可能な対物レンズを提供する。【解決手段】対物レンズ１００は、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０を含み、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、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０は、それぞれ、内側磁極１５，２５と、外側磁極１６，２６と、を有し、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａと試料配置面２との間の距離は、内側磁極１５，２５の先端部１５ａ，２５ａと試料配置面２との間の距離よりも小さく、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａは、光軸Ｌに向かって張り出している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過電子顕微鏡用の対物レンズであって、
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磁界型レンズを含み、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズは、前記第１磁界型レンズが発生させる磁場の前記光軸に沿った方向の成分および前記第２磁界型レンズが発生させる磁場の前記光軸に沿った方向の成分が、前記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、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズは、それぞれ、内側磁極と、外側磁極と、を有し、
前記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、
前記外側磁極の先端部は、前記光軸に向かって張り出している、対物レンズ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１磁界型レンズと前記第２磁界型レンズとは、前記試料配置面を含む仮想平面に関して対称に配置されている、対物レンズ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記光軸に沿った方向から見て、前記外側磁極の先端部と試料移動可能領域とは、重なっている、対物レンズ。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記光軸に沿った方向から見て、前記外側磁極の先端部と前記内側磁極の先端部とは、重なっている、対物レンズ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記外側磁極の先端部に磁場を印加するための磁場印加部を含む、対物レンズ。
【請求項６】
請求項５において、
前記磁場印加部は、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、対物レンズ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記試料を導入するための経路を囲み、前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズで発生した磁場を遮蔽する防磁筒を含む、対物レンズ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズの少なくとも一方の位置を調整するための位置調整部を含む、対物レンズ。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズの少なくとも一方を固定するための固定部を含む、対物レンズ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の対物レンズを含む、透過電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズおよび透過電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡において電子線を集束、結像するため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縮され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】
また、対物レンズの磁場が及ぼすローレンツ力（マクスウェル応力）は、磁性体試料に対して、当該磁性体試料を対物レンズに引き寄せるように働く。そのため、磁性体試料を所定の観察位置に保持することが困難であった。
【０００５】
このような問題に対して、特許文献１に記載の対物レンズでは、試料配置領域において、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズによる磁場が互いに打ち消されてゼロになるようにしている。より具体的には、第１磁界型レンズで発生させる磁場と第２磁界型レンズで発生させる磁場とを試料配置面に関して対称に発生させることで、試料原点位置における磁場を垂直方向（光軸に沿った方向）の成分が支配的になるようにし、かつ、試料原点位置において２つのレンズから発生する磁場の垂直方向の成分が互いに打ち消し合うようにしている。これにより、試料原点位置における磁場をほぼゼロにしている。
【０００６】
このような対物レンズでは、試料配置領域における磁場をほぼゼロにできるため、磁性体試料の磁気特性を変化させることなく観察することができる。また、このような対物レンズでは、磁性体試料がローレンツ力により対物レンズに引き寄せられることを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３２５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された対物レンズでは、試料原点位置（すなわち光軸と試料配置面とが交わる位置）の磁場は、ほぼゼロにすることができる。しかしながら、試料原点位置から外れた位置では、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズによる磁場の水平方向（光軸に垂直な方向）の成分が互いに打ち消されず、場所によっては強め合ってしまう。したがって、特許文献１に開示された対物レンズでは、試料は水平方向の磁場の影響を受けてしまうことがある。
【０００９】
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係る目的の１つは、試料に対する磁場の影響を低減でき、かつ、高い分解能での観察が
可能な対物レンズを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記対物レンズを含む電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る対物レンズは、
透過電子顕微鏡用の対物レンズであって、
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磁界型レンズを含み、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズは、前記第１磁界型レンズが発生させる磁場の前記光軸に沿った方向の成分および前記第２磁界型レンズが発生させる磁場の前記光軸に沿った方向の成分が、前記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、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズは、それぞれ、内側磁極と、外側磁極と、を有し、
前記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、
前記外側磁極の先端部は、前記光軸に向かって張り出している。
【００１１】
このような対物レンズでは、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作用するため、試料配置面における光軸に沿った方向の磁場を小さくできる。
【００１２】
また、このような対物レンズでは、外側磁極の先端部と試料配置面との間の距離が内側磁極の先端部と試料配置面との間の距離よりも小さく、外側磁極の先端部は光軸に向かって張り出しているため、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズで発生させた磁場が、試料近傍に漏れることを防ぐことができ、試料の近傍の広い範囲で光軸に垂直な方向の磁場を小さくできる。
【００１３】
したがって、このような対物レンズでは、試料に対する磁場の影響を低減でき、磁場に敏感な試料であっても、高い分解能での観察ができる。
【００１４】
（２）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記第１磁界型レンズと前記第２磁界型レンズとは、前記試料配置面を含む仮想平面に関して対称に配置されていてもよい。
【００１５】
このような対物レンズでは、容易に、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と第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とを、試料配置面において、互いに打ち消しあうように作用させることができる。
【００１６】
（３）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記光軸に沿った方向から見て、前記外側磁極の先端部と試料移動可能領域とは、重なっていてもよい。
【００１７】
このような対物レンズでは、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズで発生させた磁場が試料近傍に漏れることをより防ぐことができ、試料の近傍の広い範囲で光軸に垂直な方向の磁場を小さくできる。
【００１８】
（４）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記光軸に沿った方向から見て、前記外側磁極の先端部と前記内側磁極の先端部とは、
重なっていてもよい。
【００１９】
このような対物レンズでは、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズで発生させた磁場が試料近傍に漏れることをより防ぐことができ、試料の近傍の広い範囲で光軸に垂直な方向の磁場を小さくできる。
【００２０】
（５）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記外側磁極の先端部に磁場を印加するための磁場印加部を含んでいてもよい。
【００２１】
このような対物レンズでは、外側磁極の先端部を、効率よく消磁することができる。これにより、残留磁場の影響を低減できる。
【００２２】
（６）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記磁場印加部は、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てもよい。
【００２３】
このような対物レンズでは、例えば、光軸に沿った方向の磁場によって試料の磁気特性が変化する過程などを観察することができる。
【００２４】
（７）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記試料を導入するための経路を囲み、前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズで発生した磁場を遮蔽する防磁筒を含んでいてもよい。
【００２５】
このような対物レンズでは、対物レンズを励磁した状態で試料の導入や、試料の取り出しを行っても、試料の磁気特性に与える影響が小さい。
【００２６】
（８）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズの少なくとも一方の位置を調整するための位置調整部を含んでいてもよい。
【００２７】
このような対物レンズでは、第１磁界型レンズと第２磁界型レンズとを、精度よく、試料配置面を含む仮想平面に関して対称に配置することができる。
【００２８】
（９）本発明に係る対物レンズにおいて、
前記第１磁界型レンズおよび前記第２磁界型レンズの少なくとも一方を固定するための固定部を含んでいてもよい。
【００２９】
このような対物レンズでは、例えば、位置調整部による磁界型レンズの位置調整の後に、位置調整がなされた磁界型レンズを固定することができる。これにより、透過電子顕微鏡外から入力される振動や音などの外乱の影響を低減することができる。
【００３０】
（１０）本発明に係る透過電子顕微鏡は、
本発明に係る対物レンズを含む。
【００３１】
このような透過電子顕微鏡では、試料に対する磁場の影響を低減でき、かつ、高い分解能での観察が可能な対物レンズを含むため、例えば、磁場に敏感な試料を、磁気特性を変化させることなく、高い分解能で観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る対物レンズを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る対物レンズを模式的に示す断面図。
【図３】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垂直磁場の分布を示す図。
【図５】磁場発生部の動作を説明するための図。
【図６】磁場発生部の動作を説明するための図。
【図７】本実施形態の変形例に係る対物レンズを模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る透過電子顕微鏡を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
１．  対物レンズ
１．１．  対物レンズの構成
まず、本実施形態に係る対物レンズの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る対物レンズ１００を模式的に示す断面図である。なお、図１では、試料ステージ（ゴニオメータステージ）１００６に試料ホルダー１００８が挿入されている状態を図示している。図２は、本実施形態に係る対物レンズ１００を模式的に示す断面図であり、図１の領域ＩＩの拡大図である。
【００３５】
対物レンズ１００は、透過電子顕微鏡用の対物レンズである。対物レンズ１００は、磁界型のレンズである。
【００３６】
対物レンズ１００は、図１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２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。
【００３７】
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。対物レンズ１００が透過電子顕微鏡に組み込まれた場合（例えば図８参照）、第１磁界型レンズ１０は試料配置面２よりも上側（照射レンズ側）に位置し、第２磁界型レンズ２０は試料配置面２よりも下側（中間レンズ側）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。
【００３８】
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（すなわち光軸と試料配置面とが交わる位置）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１００６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１００８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。
【００３９】
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。
【００４０】
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と、外側磁極１６と、を有している。
【００４１】
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。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。光軸Ｌに垂直な方向において、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。
【００４５】
ここで、試料移動可能領域６とは、試料ホルダー１００８に支持されている試料Ｓが、試料ステージ１００６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１００６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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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と、外側磁極２６と、を有している。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。光軸Ｌに垂直な方向において、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、透過電子顕微鏡において、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
防磁筒６０は、第１磁界型レンズ１０と試料ステージ１００６との間、第２磁界型レンズ２０と試料ステージ１００６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。
【００６４】
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。
【００６５】
１．２．  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３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３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。
【００６６】
図４は、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０が発生させる垂直磁場の分布を示す図である。図４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。
【００６７】
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、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。
【００６８】
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、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。
【００６９】
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、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、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。
【００７０】
図４に示すように、第１磁界型レンズ１０が発生させる磁場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が発生させる磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分は、互いに逆方向である。そのため、磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とは、試料配置面２において互いに打ち消しあうように作用する。これにより、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。
【００７１】
上述したように、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とは、その構成が同じであり、かつ、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。したがって、第１磁界型レンズ１０の第１励磁コイル１２および第２磁界型レンズ２０の第２励磁コイル２２に等しい励磁電流を供給することにより、磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分の大きさと磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分の大きさとを等しくすることができる。これにより、磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とを互いに打ち消しあうように作用させることができる。
【００７２】
対物レンズ１００では、位置調整部４０によって第２磁界型レンズ２０の位置を調整して、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とを、精度よく、試料配置面２を含む仮想平面４に関して対称に配置することができる。位置調整部４０によって位置の調整がなされた第２磁界型レンズ２０は、固定部５０によって磁場印加コイル用ヨーク３４に固定される。
【００７３】
（２）磁場印加部の動作
図５は、磁場印加部３０の動作を説明するための図である。図６は、磁場印加部３０の動作を説明するための図であり、図５の領域ＶＩの拡大図である。図５および図６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。
【００７４】
対物レンズのポールピースでは、一般的に、それまでの試料の観察や分析時に励磁され
ていることによって、励磁を零にしても、残留磁場が生じてしまう場合がある。本実施形態に係る対物レンズ１００では、第１磁界型レンズ１０が発生させる磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と第２磁界型レンズ２０が発生させる磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とを逆方向にして試料配置面２における光軸Ｌに沿った方向の磁場を小さくしている。
【００７５】
そのため、対物レンズ１００において、第１磁界型レンズ１０の磁極１５，１６、および第２磁界型レンズ２０の磁極２５，２６に残留磁場が生じると、磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分および磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分による磁場の打ち消しあいが阻害され、試料配置面２において、光軸Ｌに沿った方向の磁場を小さくできない場合がある。
【００７６】
ここで、ポールピースとコイルとで構成された対物レンズのポールピースの消磁方法として、時間とともに減衰して最終的に所定のバイアス電流に収束する正弦波形の減衰交流電流をコイルに供給することにより、ポールピースに所定の交流磁場（磁束）を供給してポールピースの消磁を行う手法が知られている（例えば、特開２００３−１８７７３２号公報参照）。
【００７７】
しかしながら、対物レンズ１００において、消磁のために、第１磁界型レンズ１０の第１励磁コイル１２、および第２磁界型レンズ２０の第２励磁コイル２２に所定の減衰交流電流を供給したとしても、第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａ中での磁場変動、および第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａ中での磁場変動は、非常に小さいため、効率的に先端部１６ａ，２６ａの消磁を行うことができない。
【００７８】
対物レンズ１００では、図５および図６に示すように、磁場印加部３０の磁場印加コイル用ヨーク３４によって、第１磁界型レンズ１０の外側磁極１６の先端部１６ａおよび第２磁界型レンズ２０の外側磁極２６の先端部２６ａを通る磁束の経路（磁路）を形成することで、効率的に先端部１６ａ，２６ａの消磁を行うことができる。
【００７９】
また、対物レンズ１００では、試料Ｓの観察時に、磁場印加部３０によって、試料Ｓに光軸Ｌに沿った方向の磁場（Ｚ方向の磁場）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、光軸Ｌに沿った方向の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。
【００８０】
対物レンズ１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８１】
対物レンズ１００では、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０が、第１磁界型レンズ１０が発生させる磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った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Ｂ２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ている。そのため、対物レンズ１００では、試料配置面２における光軸Ｌに沿った方向の成分（Ｚ成分）の磁場を極めて小さくできる。
【００８２】
また、対物レンズ１００では、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａと試料配置面２との間の距離Ｄ２，Ｄ４は、内側磁極１５，２５の先端部１５ａ，２５ａと試料配置面２との間の距離Ｄ１，Ｄ３よりも小さく、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａは、光軸Ｌに向かって張り出している。そのため、対物レンズ１００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ことができる。これにより、対物レンズ１００では、試料Ｓの近傍の広い範囲で光軸Ｌに垂直な方向の磁場（Ｘ，Ｙ成分）を小さくできる。
【００８３】
したがって、対物レンズ１００では、試料Ｓに対する磁場の影響を低減でき、磁場に敏感な試料Ｓであっても、高い分解能での観察ができる。
【００８４】
対物レンズ１００では、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ている。そのため、対物レンズ１００では、容易に、第１磁界型レンズ１０が発生させる磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と第２磁界型レンズ２０が発生させる磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とを互いに打ち消しあうように作用させることができる。
【００８５】
対物レンズ１００では、光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａと試料移動可能領域６とは、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１６，２６の先端部１６ａ，２６ａと内側磁極１５，２５の先端部１５ａ，２５ａとは、重なっている。そのため、対物レンズ１００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より防ぐことができ、試料Ｓの近傍の広い範囲で光軸Ｌに垂直な方向の磁場を小さくできる。
【００８６】
対物レンズ１００は、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａに磁場を印加するための磁場印加部３０を含む。そのため、対物レンズ１００では、外側磁極１６，２６の先端部１６ａ，２６ａを効率よく消磁することができる。これにより、残留磁場の影響を低減できる。
【００８７】
また、対物レンズ１００では、磁場印加部３０が、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。そのため、対物レンズ１００では、例えば、光軸Ｌに沿った方向の磁場によって試料Ｓの磁気特性が変化する過程などを観察することができる。
【００８８】
対物レンズ１００は、試料Ｓを導入するための経路を囲み、第１磁界型レンズ１０および第２磁界型レンズ２０で発生した磁場を遮蔽する防磁筒６０を含む。そのため、対物レンズ１００では、対物レンズ１００を励磁した状態で試料Ｓの導入や、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。
【００８９】
対物レンズ１００は、第２磁界型レンズ２０の位置を調整するための位置調整部４０を含む。そのため、対物レンズ１００では、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とを、精度よく、仮想平面４に関して対称に配置することができる。また、対物レンズ１００は、第２磁界型レンズ２０を固定するための固定部５０を含むため、位置調整部４０による第２磁界型レンズ２０の位置調整の後に、第２磁界型レンズ２０を固定することができる。これにより、透過電子顕微鏡外から入力される振動や音などの外乱の影響を低減することができる。
【００９０】
２．  対物レンズの変形例
次に、本実施形態に係る対物レンズ１００の変形例について説明する。図７は、本実施形態の変形例に係る対物レンズ２００を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。以下、本実施形態の変形例に係る対物レンズ２００において、上述した対物レンズ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。
【００９１】
上述した対物レンズ１００では、図２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。
【００９２】
これに対して、対物レンズ２００では、図７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。
【００９３】
第１磁界型レンズ１０において、光軸Ｌに垂直な方向において外側磁極１６の先端部１６ａと光軸Ｌとの間の距離は、内側磁極１５の先端部１５ｂと光軸Ｌとの間の距離よりも大きい。また、外側磁極１６の開口１６ｂの径は、内側磁極１５の開口１５ｂの径よりも大きい。また、光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極１６の開口１６ｂは、試料移動可能領域６内に位置している。
【００９４】
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。
【００９５】
第２磁界型レンズ２０において、光軸Ｌに垂直な方向において外側磁極２６の先端部２６ａと光軸Ｌとの間の距離は、内側磁極２５の先端部２５ｂと光軸Ｌとの間の距離よりも大きい。また、外側磁極２６の開口２６ｂの径は、内側磁極２５の開口２５ｂの径よりも大きい。また、光軸Ｌに沿った方向から見て、外側磁極２６の開口２６ｂは、試料移動可能領域６内に位置している。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
３．  透過電子顕微鏡
次に、本実施形態に係る透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る透過電子顕微鏡１０００を模式的に示す図である。
【００９９】
透過電子顕微鏡１０００は、本発明に係る対物レンズを含んで構成されている。ここでは、透過電子顕微鏡１０００が本発明に係る対物レンズとして、対物レンズ１００を含む例について説明する。なお、図８では、便宜上、対物レンズ１００、試料ステージ１００６を簡略化して図示している。
【０１００】
透過電子顕微鏡１０００は、図８に示すように、電子源１００２と、照射レンズ１００４と、対物レンズ１００と、試料ステージ１００６と、試料ホルダー１００８と、中間レンズ１０１０と、投影レンズ１０１２と、撮像装置１０１４と、を含んで構成されている。
【０１０１】
電子源１００２は、電子を発生させる。電子源１００２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。
【０１０２】
照射レンズ１００４は、電子源１００２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１００４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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
試料ステージ１００６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１００６は、試料ホルダー１００８を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１００６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１００６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。
【０１０５】
中間レンズ１０１０および投影レンズ１０１２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１０１４上に結像させる。対物レンズ１００、中間レンズ１０１０、投影レンズ１０１２は、透過電子顕微鏡１０００の結像系を構成している。
【０１０６】
撮像装置１０１４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１０１４は、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラである。
【０１０７】
透過電子顕微鏡１０００では、電子源１００２から放出された電子線は、照射レンズ１００４によって集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓに照射された電子線は、試料Ｓを透過して対物レンズ１００によって結像される。対物レンズ１００によって結像された透過電子顕微鏡像は、中間レンズ１０１０および投影レンズ１０１２によってさらに拡大されて、撮像装置１０１４で撮影される。
【０１０８】
本実施形態に係る透過電子顕微鏡１０００は、試料Ｓに対する磁場の影響を低減でき、かつ、高い分解能での観察が可能な対物レンズ１００を含むため、例えば、磁性体試料などの磁場に敏感な試料Ｓを、磁気特性を変化させることなく、高い分解能で観察することができる。
【０１０９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１１０】
上述した実施形態では、第１磁界型レンズ１０の構成と第２磁界型レンズ２０の構成が同じであり、かつ、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とが、仮想平面４に関して対称に配置される例について説明したが、本発明に係る対物レンズはこれに限定されない。
【０１１１】
例えば、第１磁界型レンズ１０の構成と第２磁界型レンズ２０の構成を異なる構成として、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２に供給される励磁電流を調整することで、磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とを互いに打ち消しあうように作用させてもよい。また、例えば、第１磁界型レンズ１０と第２磁界型レンズ２０とが、仮想平面４に関して対称に配置せずに、第１励磁コイル１２および第２励磁コイル２２に供給される励磁電流を調整することで、磁場Ｂ１の光軸Ｌに沿った方向の成分と磁場Ｂ２の光軸Ｌに沿った方向の成分とを互いに打ち消しあうように作用させてもよい。
【０１１２】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
【０１１３】
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】
【０１１４】
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、２００…対物レンズ、１０００…透過電子顕微鏡、１００２…電子源、１００４…照射レンズ、１００６…試料ステージ、１００８…試料ホルダー、１０１０…中間レンズ、１０１２…投影レンズ、１０１４…撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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