(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギー選択範囲の変動を防止し、ＳＴＥＭ像に視野カットが発生することを防止する。【解決手段】試料上で細く絞った電子プローブを二次元的に走査すると共に、透過散乱した電子を電子光学系を介してエネルギーフィルタに導入・検出し、電子顕微鏡像を取得する走査透過電子顕微鏡において、前記エネルギーフィルタはエネルギー分散面上に配置される一対の対向するエッジからなるエネルギー選択スリットを備えると共に、観察条件の変更にかかわらず電子プローブの試料上での水平走査に伴う前記スペクトルの前記エネルギー選択スリット上での移動方向が前記エッジに平行になる又は直交するように前記電子光学系を制御する手段と、電子プローブの垂直又は水平走査に伴い前記エネルギー選択スリット上で前記スペクトルが前記エッジに直交する方向に移動するのを打ち消すように前記エネルギーフィルタを制御する手段とを備える。【選択図】図５
2011171218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上で細く絞った電子プローブを水平及び垂直方向に二次元的に走査すると共に、試料を透過散乱した電子を対物レンズ及び中間レンズから構成される電子光学系を介してエネルギーフィルタに導入しエネルギー選択して検出し、検出信号に基づいて走査透過電子顕微鏡像を取得するエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡において、
前記エネルギーフィルタはエネルギー分光されたスペクトルが展開結像されるエネルギー分散面上に配置される一対の対向するエッジからなるエネルギー選択スリットを備えると共に、
観察条件の変更にかかわらず電子プローブの試料上での水平走査に伴う前記スペクトルの前記エネルギー選択スリット上での移動方向が前記エッジに平行になる又は直交するように前記電子光学系を制御する電子光学系制御手段と、
試料上での電子プローブの垂直走査又は水平走査に伴い前記エネルギー選択スリット上で前記スペクトルが前記エッジに直交する方向に移動するのを打ち消すように前記エネルギーフィルタを制御するエネルギーフィルタ制御手段と
を備えたことを特徴とするエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡。
【請求項２】
試料上で細く絞った電子プローブを水平及び垂直方向に二次元的に走査すると共に、試料を透過散乱した電子を対物レンズ及び中間レンズから構成される電子光学系を介してエネルギーフィルタに導入しエネルギー選択して検出し、検出信号に基づいて走査透過電子顕微鏡像を取得するエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡において、
前記エネルギーフィルタはエネルギー分光されたスペクトルが展開結像されるエネルギー分散面上に配置される一対の対向するエッジからなるエネルギー選択スリットを備えると共に、
観察条件の変更にかかわらず電子プローブの試料上での水平走査に伴う前記スペクトルの前記エネルギー選択スリット上での移動方向が前記エッジに平行になる又は直交するように前記電子光学系を制御する電子光学系制御手段と、
試料上での電子プローブの垂直走査又は水平走査に伴い前記エネルギー選択スリット上で前記スペクトルが前記エッジに直交する方向に移動するのを打ち消すように前記スペクトルを偏向すると
を備えたことを特徴とするエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡。
【請求項３】
前記観察条件は電子プローブの加速電圧及び又は試料上でのスキャンローテーション角度であり、前記電子光学系制御手段は、前記電子プローブの加速電圧及び又はスキャンローテーション角度にかかわらず常に前記電子プローブの試料上での水平走査に伴う前記スペクトルの前記エネルギー選択スリット上での移動方向が前記エッジに平行にするための加速電圧及び又はスキャンローテーション角度と前記電子光学系の制御パラメータとの関係を記憶しており、設定された加速電圧に応じて前記関係に基づいて前記電子光学系を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オメガフィルタなどのエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope：通称ＴＥＭ)を用いて、高分子材料を電子線トモグラフなどの手法で観察し、分子の構造解析が行われている。機能性材料などの高分子材料は、数十ｎｍという大きな分子構造である。このように大きな分子構造を観察するには、試料の厚さが１μｍ程となり、ＴＥＭの試料としてはかなり厚いものとなる。そのため、色収差の影響をうけ、鮮明なＴＥＭ像を得ることが困難である。
【０００３】
このような色収差の影響を取り除くために、ＴＥＭにエネルギーフィルタを組み込み、特定のエネルギーを持つ透過電子のみを選択し、結像させ色収差を取り除いたＴＥＭ像を得て観察を行っていた。
一方、高分子材料は主成分が軽元素であることから、ＴＥＭで観察するとコントラストがつきにくい。そのため、電気的にコントラストを強調することが可能な走査透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：通称ＳＴＥＭ）での観察が有効であることが知られている。
【０００４】
図１にエネルギーフィルタを電子光学鏡筒の中に備えたいわゆるインカラム型エネルギーフィルタＴＥＭの一概略例を示す。
【０００５】
図中１はエネルギーフィルタＴＥＭ本体である。ＴＥＭ本体１内部の電子線が通過する部分は真空ポンプ（図示せず）により真空に保たれている。２は電子銃であり電子線０を発生する。電子銃２で発生された電子線Ｏは、集束レンズ３により集束されて試料４上に照射される。偏向コイル５Ｘ，５Ｙは、電子線の試料４上の照射位置を変更するために設けられている。
【０００６】
試料４を透過した透過電子Ｏ´は対物レンズ６、対物絞り７を通過し、中間レンズ群８を介して透過電子のエネルギー分光を行うオメガフィルタ９に入射する。
【０００７】
オメガフィルタ９によりエネルギー分光された透過電子は、オメガフィルタ９後方のエネルギー分散面にエネルギーに応じて異なる位置が与えられたいわゆるエネルギースペクトルとして展開される。このエネルギー分散面には、エネルギースペクトル中の特定範囲のエネルギーを有する透過電子を選択的に取り出すためのエネルギー選択スリット１０が配置されている。
【０００８】
このエネルギー選択スリット１０の後方には投影レンズ１１及び透過電子検出器１２が配置されており、投影レンズ１１は、エネルギー選択スリット１０を通過した特定範囲のエネルギーを有する透過電子によるＴＥＭ像を結像する。ＴＥＭ像の結像位置には、ＣＣＤカメラ等の撮像装置１２が配置されており、撮像装置１２から得られたＴＥＭ像の画像データは、演算処理装置１９に送られて記憶される。演算処理装置１９には、ＴＥＭ画像データに基づくＴＥＭ画像を表示する表示装置２０が備えられている。
【０００９】
１３は、前記中間レンズ群８を構成する各レンズを駆動するための中間レンズ電源であり、中間レンズ電源１３は、中間レンズ制御回路１４を介して前記演算処理装置１９により制御される。
【００１０】
同様に、偏向コイル５Ｘ，５ＹにＸ，Ｙ偏向信号を供給する偏向電源１５Ｘ，１５Ｙは、偏向制御回路１６を介して前記演算処理装置１９により制御される。
【００１１】
１７ａ，１７ｂはフィルタ電源であり、オメガフィルタ９を構成する４つの扇形磁場を発生するための励磁コイルに励磁電流を供給する。フィルタ電源１７ａ、１７ｂはオメガフィルタ制御回路１８を介して前記演算処理装置１９により制御される。
【００１２】
図２にオメガフィルタ９の詳細を示す。オメガフィルタ９は４個の扇形(セクタ)磁場(以下、単にセクタと称す)Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を備えている。そして、セクタＭ１とセクタＭ４は、図２に示されているように、電子を時計方向に回転させる極性となるように励磁され、セクタＭ２とセクタＭ３は電子を反時計方向に回転させる極性となるように励磁される。これによって、セクタＭ１に入射した電子はセクタＭ２、セクタＭ３、セクタＭ４とΩ字状の軌跡を描いて通過しセクタＭ４から出射する。
このようなオメガフィルタ９に透過電子が入射すると、各磁場を電子が通過する際、エネルギーに応じて異なる軌道を進行するためエネルギー分光され、その結果、透過電子はオメガフィルタ後方のエネルギー分散面に、エネルギーに応じて展開される。すなわち、エネルギー分散面には、透過電子のエネルギースペクトルが形成されることになる。このエネルギースペクトルは、画像として表すと図３(ａ)に示すように直線状で、その直線に沿った強度分布は、図３(ｂ)に示すように最もエネルギーの高い端部に大強度のゼロロスピーク(弾性散乱電子による)が出現し、非弾性散乱電子による小ピークがゼロロスピークから離れた位置に順次出現する。
エネルギー分散面にはエネルギー選択スリット１０が配置されており、スリットの位置及び幅を適宜設定することにより、エネルギースペクトルの内の所望のエネルギー範囲の透過電子のみを選択的に通過させて取り出すことができる。上述したように、このようにして選択的に取り出された透過電子により形成されたＴＥＭ像が撮像装置１２によって撮像取得される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−３０２４３７
【特許文献２】特開平１０−１２５２６７
【特許文献３】特開２０００−１３３１９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この様なエネルギーフィルタを備えたＴＥＭにおいて、エネルギー分散面に結像されるエネルギースペクトルに対して、エネルギー選択スリット１０のスリットの位置及び幅を変更することにより選択するエネルギー範囲を適宜設定する。
【００１５】
一方、上記エネルギーフィルタＴＥＭをＳＴＥＭモードで動作させ、エネルギーフィルタＳＴＥＭ像を取得する場合には、(1)電子線を細く集束した電子プローブとして試料に照射すると共に、偏向コイル５Ｘ，５Ｙに水平走査信号，垂直走査信号をそれぞれ供給することにより電子プローブを試料上で二次元的に走査すること、(2)対物レンズ以下の電子光学系を回折像を取得する条件に設定すること、(3)回折像の結像面に撮像装置ではなく１点で透過電子を検出するＳＴＥＭ検出器を配置すること、(4)ＳＴＥＭ検出器からの検出信号を電子プローブの走査に関連させて記憶することによりＳＴＥＭ画像データを取得すること、が必要である。
【００１６】
ところが、ＳＴＥＭモードで試料上で電子プローブを走査すると、エネルギー分散面に結像されるエネルギースペクトルが移動してしまうことが避けられない。エネルギー選択スリット１０に対してエネルギースペクトルが移動することは、電子プローブの照射位置によって選択エネルギー範囲が変化してしまうことにつながることになり、得られるＳＴＥＭ画像はエネルギー選択の意味が薄れてしまうばかりでなく、極端な場合には、ＳＴＥＭ画像に視野カットが生じてしまう。そのため、エネルギーフィルタＴＥＭをＳＴＥＭモードで動作させエネルギーフィルタＳＴＥＭ像を取得することは困難であると従来考えられていた。
【００１７】
本発明はこの様な問題を解決するためになされたものであり、試料上での電子プローブの走査にかかわらず常に同じエネルギー選択状態のＳＴＥＭ像を得ることができるエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１記載の本発明のエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡は、試料上で細く絞った電子プローブを水平及び垂直方向に二次元的に走査すると共に、試料を透過散乱した電子を対物レンズ及び中間レンズから構成される電子光学系を介してエネルギーフィルタに導入しエネルギー選択して検出し、検出信号に基づいて走査透過電子顕微鏡像を取得するエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡において、
前記エネルギーフィルタはエネルギー分光されたスペクトルが展開結像されるエネルギー分散面上に配置される一対の対向するエッジからなるエネルギー選択スリットを備えると共に、
観察条件の変更にかかわらず電子プローブの試料上での水平走査に伴う前記スペクトルの前記エネルギー選択スリット上での移動方向が前記エッジに平行になる又は直交するように前記電子光学系を制御する電子光学系制御手段と、
試料上での電子プローブの垂直走査又は水平走査に伴い前記エネルギー選択スリット上で前記スペクトルが前記エッジに直交する方向に移動するのを打ち消すように前記エネルギーフィルタを制御するエネルギーフィルタ制御手段と
を備えたこと特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の本発明のエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡は、試料上で細く絞った電子プローブを水平及び垂直方向に二次元的に走査すると共に、試料を透過散乱した電子を対物レンズ及び中間レンズから構成される電子光学系を介してエネルギーフィルタに導入しエネルギー選択して検出し、検出信号に基づいて走査透過電子顕微鏡像を取得するエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡において、
前記エネルギーフィルタはエネルギー分光されたスペクトルが展開結像されるエネルギー分散面上に配置される一対の対向するエッジからなるエネルギー選択スリットを備えると共に、
観察条件の変更にかかわらず電子プローブの試料上での水平走査に伴う前記スペクトルの前記エネルギー選択スリット上での移動方向が前記エッジに平行になる又は直交するように前記電子光学系を制御する電子光学系制御手段と、
試料上での電子プローブの垂直走査又は水平走査に伴い前記エネルギー選択スリット上で前記スペクトルが前記エッジに直交する方向に移動するのを打ち消すように前記スペクトルを偏向すると
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、試料上での電子プローブの走査にかかわらず常に同じエネルギー選択状態のＳＴＥＭ像を得ることができ併せて視野欠けも防止できるエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】エネルギーフィルタを備えたＴＥＭの一概略例を示す。
【図２】オメガフィルタの一概略例を示す。
【図３】エネルギー分散面に展開されるエネルギースペクトルの例を示す図である。
【図４】本発明の一例であるエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡の概略を示す図である。
【図５】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図６】本発明の変形例の動作原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２３】
図４は本発明の一例であるエネルギーフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡の概略を示す。図４において、前記図１で使用した符号と同一の符号を付したものは同一構成要素を示し、説明は省略する。図４の構成が図１と異なるのは、撮像装置１２に代えてＳＴＥＭ検出器２３が回折像結像面の中央に配置されている点と、偏向制御回路１６と偏向電源１５Ｘ，１５Ｙとの間に水平走査信号と垂直走査信号を適宜な割合で混合することにより走査方向を回転させるスキャンローテーション回路２４及び混合割合を指定することにより回転角度を指定する角度指定回路２５が設けられている点と、中間レンズ制御回路１４が加速電圧情報とスキャンローテーション角度指定信号θに基づいて中間レンズにおける像回転補正情報を発生する像回転補正テーブル２１を備えている点と、オメガフィルタ制御回路１８に偏向制御回路１６から垂直又は水平走査信号が供給される点である。
【００２４】
ここで、先に課題として述べた「エネルギースペクトルの移動」及びそれを解決する本発明の原理について図５を併せて用いて説明する。試料以降の各レンズ及びオメガフィルタによる結像状態は以下の通りである。すなわち、図４に示されているように、対物レンズ６直後に形成される回折像Ｚ1が、中間レンズ群８によりオメガフィルタ９の入射像面にＺ2として再結像され、オメガフィルタ９は更に出射像面に回折像Ｚ3を形成し、この回折像Ｚ3は投影レンズ１１により回折像Ｚ4として最終結像面に拡大投影される。
【００２５】
また、中間レンズ群８の直後のオメガフィルタへの入射クロスオーバー面には、試料面が投影されており、更にオメガフィルタのエネルギ分散面にも試料面が投影される。
【００２６】
図５(a)は、試料面上での走査領域が、上記入射クロスオーバー面とオメガフィルタのエネルギ分散面にどのように投影されるかを説明するための図である。今、電子プローブが試料面上の矩形走査領域において、図５(a)(1)において走査線Ｌ1〜Ｌ6で示すように、左から右へと水平走査されると共に、上から下へと垂直走査されるものとする。
【００２７】
入射クロスオーバー面に投影される試料面は、対物レンズ及び中間レンズによる像回転を受ける結果、試料面上での矩形走査領域は、図５(a) (2)に示すように、電子線光軸Ｏを中心として回転した状態で投影される。例えば、試料上の矩形走査領域の走査線Ｌ1の始点Ｌ10に電子プローブが照射された場合、始点Ｌ10を出た透過電子は、入射クロスオーバー面では図５(a)(2)に示すように、Ｘ軸上の位置Ｌ10′を通る。同様に、走査線Ｌ1の終点Ｌ1Nに電子プローブが照射された場合、Ｌ1Nを出た透過電子は、入射クロスオーバー面では図５(a)(2)に示すように、回転を受けてＹ軸に近い位置Ｌ1N′を通る。
【００２８】
図５(a)(3)は、オメガフィルタのエネルギ分散面での矩形走査領域の投影状態を示す。均一磁場を用いるオメガフィルタでは像回転が発生しないため、図５(a)(2)の状態のまま矩形走査領域が投影されると共に、併せてオメガフィルタによるエネルギ分散をＸ軸方向に受ける。すなわち、試料面上のＬ10、Ｌ1Nを出て入射クロスオーバー面上の位置Ｌ10′、Ｌ1N′を通過した透過電子は、エネルギ分散を受けなければエネルギ分散面上の位置Ｌ10″、Ｌ1N″に到達するのであるが、実際にはエネルギ分散を受け、Ｌ10″、Ｌ1N″を基点としてＸ軸方向に広がったエネルギースペクトルＥＳ10、ＥＳ1Nとしてエネルギ分散面上に投影される。この図から分かるように、試料上での走査点がＬ10からＬ1Nへと移動するのにつれて、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルがＥＳ10からＥＳ1Nへと移動するのである。他の走査線Ｌ2〜Ｌ6の場合も全く同様である。
【００２９】
ここで問題になるのが、エネルギ分散面に配置されるエネルギー選択スリット１０との位置関係である。エネルギー選択スリット１０は、エネルギ分散方向(Ｘ軸方向)に対して直交するＹ軸方向に平行な一対のエッジを持ち、各エッジをＸ軸方向に移動させることにより、エネルギースペクトル中で通過させるエネルギー範囲を選択するものであるが、エネルギースペクトルが走査と共にＸ軸方向に移動すると、選択するエネルギー範囲が変化してしまうことは避けられない。図５(a)(3)の例では、エネルギースペクトルＥＳ1Nでは左半分が通過しているのに対し、エネルギースペクトルＥＳ10では左半分はスリットにより遮られ、右半分が通過している。また、走査線Ｌ6の終点付近では、エネルギースペクトルがすべてスリット１０により遮られて透過電子が全くＳＴＥＭ検出器に到達せず、視野カットが発生する。
【００３０】
このようなエネルギースペクトルの移動により、「得られるＳＴＥＭ画像はエネルギー選択の意味が薄れてしまうばかりでなく、極端な場合には、ＳＴＥＭ画像に視野カットが生じてしまう」という、課題として述べた問題が起きていた。
【００３１】
そこで、本発明は、(Ａ)試料面での電子プローブの水平走査に伴い、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルがエネルギー選択スリット１０の端面に沿う方向(Ｙ軸方向)に移動するようにする制御、及び(Ｂ) 試料面での電子プローブの垂直走査に伴い、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルがエネルギー選択スリット１０のエッジに直交する方向(Ｘ軸方向)に移動するようにする制御、を組み合わせることにより上記問題を解決している。
【００３２】
上記(Ａ)の制御に関しては、図５(b)(2)に示すように、試料上での矩形走査領域(水平走査Ｘ軸方向／垂直走査Ｙ軸方向)が、入射クロスオーバー面上では水平走査がＹ軸方向、垂直走査がＸ軸方向となるような制御が行われる。この制御は、例えば電子の加速電圧が変えられて中間レンズでの像回転の角度が変わった場合でも、あるいは試料上での矩形走査領域がスキャンローテーション機能により回転された場合でも、試料像を入射クロスオーバー面上に結像するという中間レンズ群全体の結像条件は維持しつつ、入射クロスオーバー面上では常に水平走査がＹ軸方向、垂直走査がＸ軸方向となるように、個々の中間レンズの励磁強度の組み合わせを適宜設定することにより、行うことができる。
【００３３】
このような上記(Ａ)の制御を行えば、エネルギ分散面位置では、図５(b)(3)に示すように、図５(b)(2)の状態のまま、水平走査がスリット１０のエッジ方向であるＹ軸方向、垂直走査がＸ軸方向となるように矩形走査領域が投影される。このため、試料上での走査点が水平走査によりＬ10からＬ1Nに移動しても、エネルギースペクトルはＥＳ10からＥＳ1NへとＹ軸に平行に移動することになり、水平走査によってはエネルギー選択範囲の変化は発生しなくなる。
【００３４】
しかしながら、図５(b)(3)から分かるように、垂直走査により走査がＬ2、Ｌ3と進んで行くと、エネルギースペクトルは右方向に移動するため、エネルギー選択範囲の変化が発生してしまう。このエネルギー選択範囲の変化を防止するため、上記(Ｂ)の制御が行われる。
【００３５】
すなわち、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度を変化させると、磁場内での電子の回転半径が変わるため、矩形走査領域はエネルギ分散面位置でエネルギ分散方向(Ｘ軸方向)に移動する。そこで、図５(b)(4)に示すように、試料上での水平走査がＬ1の時には、エネルギ分散面位置に投影される水平走査線Ｌ1″がスリット１０の中央位置(Ｙ軸上)に来るように、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度が設定される。そして、垂直走査が進み試料上での水平走査がＬ6の時には、図５(b)(5)に示すように、エネルギ分散面位置に投影される水平走査線Ｌ6″がスリット１０の中央位置(Ｙ軸上)に来るように、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度が設定される。水平走査がその中間のＬ2〜Ｌ5の時にも、エネルギ分散面位置に投影される水平走査線Ｌ2″〜Ｌ5″が、それぞれ常にスリット１０の中央位置(Ｙ軸上)に来るように、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度が設定される。
【００３６】
このような均一磁場の強度の制御は、試料上での垂直走査を行わせるための垂直走査信号を、均一磁場を与える励磁信号に適宜な増減率で重畳させることにより行うことができる。
【００３７】
以上のような(Ａ)及び(Ｂ)の制御を併せて行うことにより、試料上で電子プローブがＬ1からＬ6へと走査されても、エネルギ分散面位置に結像されるエネルギースペクトルは、スリット１０の中央位置(Ｙ軸上)を基点としてＸ軸方向には移動せずＹ軸方向にのみ移動することになるため、矩形走査領域の全域にわたりエネルギー選択範囲の変動が防止されると共に、ＳＴＥＭ像に視野カットが発生することも防止される。
【００３８】
なお、本発明の変形として、上記(Ａ)、(Ｂ)の制御における水平と垂直を入れ替えた、 (Ａ′)試料面での電子プローブの水平走査に伴い、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルがエネルギー選択スリット１０のエッジに直交する方向(Ｘ軸方向)に移動するようにする制御、及び(Ｂ′) 試料面での電子プローブの水平走査に伴い、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルがエネルギー選択スリット１０のエッジに直交する方向(Ｘ軸方向)に移動するようにする制御、としても良い。
【００３９】
図６は、このような(Ａ′)及び(Ｂ′)の制御を説明するための図である。図６(1)に示す図５(b)(1)と同様の試料上での矩形走査領域(水平走査：Ｘ軸方向／垂直走査：Ｙ軸方向)が、図６(2)に示すように、入射クロスオーバー面上でも常に水平走査がＸ軸方向、垂直走査がＹ軸方向となる矩形走査領域として投影されるような制御が行われる。このような制御は、先に述べたように、複数ある中間レンズの励磁強度の組み合わせを適宜設定することにより、行うことができる。
【００４０】
このような(Ａ′)の制御により、エネルギ分散面位置では、図６(3)に示すように、図６(2)の状態のまま、水平走査がスリット１０のエッジ方向に垂直なＸ軸方向、垂直走査がＹ軸方向となるように矩形走査領域が投影される。このため、試料上での走査点が水平走査によりＬ10からＬ1Nに移動すると、エネルギースペクトルはＥＳ10からＥＳ1NへとＸ軸方向に移動することになり、水平走査によってエネルギー選択範囲が変化する。このようなエネルギー選択範囲の変化は、垂直走査と共に走査線がＬ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ5、Ｌ6と下がって行っても、各走査線について同じように発生する。
【００４１】
このような水平走査に伴うエネルギー選択範囲の変化を防止するため、水平走査に連動してエネルギースペクトルをエネルギー選択スリット１０のエッジに直交する方向(Ｘ軸方向)に移動させる(Ｂ′)の制御が以下のように行われる。
【００４２】
すなわち、図６(4)に示すように、試料上での各水平走査が始点(Ｌ10〜L60)の時には、エネルギ分散面位置に投影される各水平走査線Ｌ1″〜Ｌ6″の始点(Ｌ10″〜Ｌ60″)がスリット１０の中央位置(Ｙ軸上)に来るように、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度が設定される。そして、各水平走査が進み試料上での水平走査が終点(Ｌ1N〜L6N)の時には、図６(5)に示すように、エネルギ分散面位置に投影される各水平走査線の終点(Ｌ1N″〜L6N″)がスリット１０の中央位置(Ｙ軸上)に来るように、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度が設定される。各水平走査が始点と終点の中間の時にも、エネルギ分散面位置に投影される走査点が、それぞれ常にスリット１０の中央位置(Ｙ軸上)に来るように、エネルギーフィルタを構成する均一磁場の強度が設定される。
【００４３】
このような均一磁場の強度の制御は、試料上での水平走査を行わせるための水平走査信号を、均一磁場を与える励磁信号に適宜な増減率で重畳させることにより実行される。
【００４４】
以上のような(Ａ′)及び(Ｂ′)の制御を併せて行うことにより、試料上で電子プローブがＬ1からＬ6へと走査されても、エネルギ分散面位置に結像されるエネルギースペクトルは、スリット１０の中央位置(Ｙ軸上)を基点としてＸ軸方向には移動せずＹ軸方向にのみ移動することになるため、矩形走査領域の全域にわたりエネルギー選択範囲の変動が防止されると共に、ＳＴＥＭ像に視野カットが発生することも防止される。
【００４５】
以上のような(Ａ)及び(Ｂ)または(Ａ′)及び(Ｂ′)の制御が、実際にどのように行われるかについて、図４に基づき説明する。電子銃で発生する電子線の加速電圧Ｖaは、試料に応じて適宜調節されるが、加速電圧が変化すると、先に述べたように磁界型レンズを電子が通過する際に受ける回転角度が変化するため、中間レンズ群８により入射クロスオーバー面に結像される矩形走査領域の像が回転する。
【００４６】
また、入射クロスオーバー面に結像される矩形走査領域の像は、スキャンローテーション回路２４によって試料面上での電子プローブの走査方向が回転された場合も、当然ながら回転してしまう。
【００４７】
そこで、予めすべての加速電圧Ｖaと回転角度θの組み合わせについて、エネルギー分散面に投影される試料面の矩形走査領域の水平走査方向が、常にスリット１０のエッジ方向に沿う(平行な)方向、又は常にスリット１０のエッジ方向に直交する方向(上記変形例に対応)になるような中間レンズ群８における像回転角度の情報Ｒiが実測あるいは計算により求められており、この像回転角度の情報Ｒiを、Ｖaとθをパラメータとして読み出すことができるように像回転補正テーブル２１が作成されている。
【００４８】
そして、中間レンズ制御回路１４は、演算処理装置１９から送られる加速電圧Ｖaの情報と角度指定回路２５から送られるスキャンローテーションの角度指定信号θに基づき、前記像回転補正テーブル２１から現在のＶa及びθの値に対応した情報Ｒiを読み出し、この情報Ｒiに基づき中間レンズ群８の像回転角度を設定する。そのため、エネルギー分散面(及び入射クロスオーバー面)に投影される試料面上の矩形走査領域は、図５(b)(3)(及び図５(b)(2)) に示される水平走査の方向がスリットのエッジに平行な方向となる状態、又は図６(3)(及び図６(2))に示される水平走査の方向がスリットのエッジに直交する方向となる状態となる。Ｖa及びθの値を変えてもそれに対応したＲiが読み出されるため、この状態は常に維持されることになり、これにより、先に述べた(Ａ) 又は(Ａ′)の制御が行われる。
【００４９】
一方、(Ｂ) 又は(Ｂ′)の制御は、オメガフィルタ制御回路１８が、偏向制御回路１６から送られる垂直走査信号(又は水平走査信号：変形例の場合)に基づき、通常は一定に維持されるオメガフィルタを構成する均一扇形磁場の強度を、前記垂直走査信号(又は水平走査信号)に連動して掃引する(均一磁場を与える励磁信号に適宜な増減率で垂直走査信号(又は水平走査信号重畳させる)ことにより行われる。
【００５０】
以上述べた構成により、図５(b)及び図６を用いて説明した(Ａ) 又は(Ａ′)及び(Ｂ) 又は(Ｂ′)の制御が行われるため、試料上での電子プローブの走査とともに、エネルギ分散面位置に結像されるエネルギースペクトルは、スリット１０の中央位置(Ｙ軸上)を基点としてＸ軸方向には移動せず、Ｙ軸方向にのみ移動することになるため、矩形走査領域の全域にわたりエネルギー選択範囲の変動が防止されると共に、ＳＴＥＭ像に視野カットが発生することも防止される。
【００５１】
なお、前記例では、(Ｂ) 又は(Ｂ′)の制御において、エネルギーフィルタを構成する線形均一磁場の強度を変化させることにより、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルのＸ軸方向の移動を防止するようにしたが、これに限らず、エネルギ分散面上でエネルギースペクトルをＸ軸方向に偏向するための偏向器をエネルギ分散面の上流側、例えばエネルギーフィルタの出口とエネルギ分散面との間に配置することにより、エネルギースペクトルのＸ軸方向の移動を防止するようにしても良い。
【００５２】
また、スキャンローテーション機能が不要であれば、スキャンローテーション回路２４及び角度指定回路２５を取り除くようにすれば良く、その場合には、前記像回転補正テーブル２１においてもθに関するパラメータが除かれることは言うまでもない。
【００５３】
更にまた、上記例では、エネルギーフィルタとしてオメガフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡に本発明を応用したが、オメガフィルタに限らず、例えば、αフィルタを備えた走査透過電子顕微鏡に応用することも出来る。
【符号の説明】
【００５４】
１…走査透過電子顕微鏡本体、２…電子銃、３…集束レンズ、４…試料、５Ｘ，５Ｙ…偏向コイル、６…対物レンズ、７…対物絞り、８…中間レンズ、９…オメガフィルタ、１０…エネルギー選択スリット、１１…投影レンズ、１２…透過電子検出器、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…中間レンズ電源、１４…中間レンズ制御装置、１５…偏向コイル電源、１６…偏向制御装置、１７ａ，１７ｂ…フィルタ電源、１８…フィルタ制御装置、１９…演算装置、２０…表示装置、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…扇形均一電場、Ｑ…透過電子軌道、２１…像回転補正テーブル、２４…スキャンローテーション回路、２５角度指定回路
【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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