(57)【要約】【課題】  本発明は磁区観察装置に関し、試料に強い磁場を印加することができる磁区観察装置を提供することを目的としている。【解決手段】  透過型電子顕微鏡の対物レンズ上極内に磁性体試料３を配置し、該試料３を透過した電子線を画像化して表示手段に表示させるようにした磁区観察装置において、試料３に磁場を印加するための磁場印加コイル４と、試料３に印加した磁場により偏向される電子線を光軸に振り戻すための偏向コイル９，１０とを対物レンズ上極内に配置して構成される。【選択図】  図１
2011003533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型電子顕微鏡の対物レンズ上極内に磁性体試料を配置し、該試料を透過した電子線を画像化して表示手段に表示させるようにした磁区観察装置において、
試料に磁場を印加するための磁場印加コイルと、
試料に印加した磁場により偏向される電子線を光軸に振り戻すための偏向コイルと、
を対物レンズ上極内に配置したことを特徴とする磁区観察装置。
【請求項２】
前記偏向コイルとして、前記磁場印加コイルの前段に配置した入射偏向コイルと、前記磁場印加コイルの後段に配置した出射偏向コイルを用いたことを特徴とする請求項１記載の磁区観察装置。
【請求項３】
上記各コイルにヒステリシスの小さい磁性体をコアとして用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の磁区観察装置。
【請求項４】
前記偏向コイルをＸ，Ｙ偏向とし、偏向に伴う回転を補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁区観察装置。
【請求項５】
前記入射偏向コイルと磁場印加コイルと出射偏向コイルのＸ，Ｙ方向の向きを互いにほぼ４５°ずらして構成したことを特徴とする請求項２記載の磁区観察装置。
【請求項６】
出射偏向コイル先端とポールピース上極内との距離をｌとし、偏向コイルと光軸間の距離をｒとして、
ｌ＞２ｒとなるように構成したことを特徴とする請求項２記載の磁区観察装置。
【請求項７】
前記入射偏向コイルと出射偏向コイルの対向するコイル間の距離を前記磁場印加コイルの対向するコイル間の距離の１／２以下に構成したことを特徴とする請求項２記載の磁区観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性体試料の磁区を観察する磁区観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より透過型電子顕微鏡を用いて試料の透過像を得るシステムが知られている。試料の正確な像を得るためには、試料を透過した電子線を光軸に沿って結像させる必要がある。図３は従来装置の構成例を示す図である。図に示す装置は、磁性体試料を対物ポールピースから挿入保持するトップエントリータイプのものを示している。
【０００３】
図において、１は電子線、２は該電子線１を偏向させる２段偏向コイルである。８は試料の透過像を拡大するための対物レンズである。７は対物レンズコイル、５は対物ポールピース上極、６は対物ポールピース下極である。３は磁場の無い対物ポールピース上極内部に配置された磁性体の試料である。ここでは、試料３としては磁性体試料が用いられる。４は該試料３に磁場を印加する磁場印加コイルである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【０００４】
電子銃（図示せず）から出射された電子線１は、２段偏向コイル２で偏向され、試料３に照射される。一方、磁場印加コイル４により、試料３に磁場を印加する。試料３に磁場を印加すると、試料３の磁区が変化し、磁区毎に磁化の方向が変わる。この状態で、試料３を透過した電子線は、ポールピースに設けられた開口９ａ，９ｂを通過する。この時、対物ポールピース上極５と下極６の間の対物レンズ磁界により結像して最初の透過像を形成し、結像系（図示せず）に入射して、該結像系で試料の透過像が順次拡大しながら形成されて、最終的に蛍光スクリーン若しくはＣＣＤカメラの検出面などに結像し、試料の磁区観察が行えることになる。
【０００５】
図４は従来装置の他の構成例を示す図である（特許文献１）。図において、１１は電子線、１２は該電子線１１を偏向させる第１偏向器、２５は第２偏向器である。２５ａは第２偏向器２５のヨークに巻回された第２偏向器コイル（励磁コイル）である。
【０００６】
１４は第１偏向器１２の位置に形成される第１偏向主面、１５は第２偏向主面である。１６は電子顕微鏡の被検査用試料で、磁場印加試料ホルダ１７の先端部に配置されている。磁場印加試料ホルダ１７は、磁場印加装置の試料ホルダである。１８は磁場印加装置の磁場印加ギャップである。１９は対物レンズ、２７は対物レンズコイルである。
【０００７】
２６は試料１６の後段に配置され、試料直下の第１の結像作用を行なう対物レンズギャップである。１３は磁場印加試料ホルダ１７の先端部に巻回されるコイル、３０は電子線１１の光軸である。このように構成された装置の動作は以下の通りである。
【０００８】
図５は、図４に示す構成の装置の動作を説明するための模式図である。図５において、２０は試料１６の対物レンズ１９による第１結像である対物レンズ像である。２１は電子線１１の試料１６への入射角である。
【０００９】
図示しない集束レンズで絞られた電子線１１は、光軸３０に沿って進み、第１偏向器１２により第１偏向主面１４において、少しだけ偏向される。一方、第２偏向器２５はその構造が試料１６にできるだけ接近するように配置されている。このため、電子線１１は、試料１６の真上の第２偏向主面１５において、偏向され試料１６の軸上中心に照射される。
【００１０】
磁場印加試料ホルダ１７において、磁場印加ギャップ１８に固定された試料１６は、磁場印加ギャップ１８で発生した磁力線により磁場印加されている。対物レンズギャップ２６は、磁場印加により発生した試料の磁区の変化などの透過電子像をそのレンズ作用で対物レンズ像２０として結像する。この後、対物レンズ像２０は、図示されない複数の結像系により所定の拡大倍率を得て、電子線乾板又はテレビ検出器等に高倍率像として形成される。
【００１１】
また、従来のこの種の装置として、対物レンズ内に設けた磁場印加手段と、対物レンズと結像レンズの間に設けた電子線の偏向補正手段と、交流磁場の任意の位相を選択して印加する手段と、像表示手段の同期信号による印加磁場の駆動手段を有し、試料位置での磁区の認識を可能にした電子顕微鏡が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−８０７２４号公報（段落００１４〜００２２、図１、図２）
【特許文献２】特開平８−９６７３７号公報（段落０００７、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述した従来の技術では、磁区観察の要点として、試料周辺の磁場を無くすこと、及び試料にコントロールされた磁場を印加することは満たされているが、試料に磁場を印加した場合、大きく偏向された電子線については、補正が困難であるという問題があった。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料に強い磁場を印加することができる磁区観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）請求項１記載の発明は、透過型電子顕微鏡の対物レンズ上極内に磁性体試料を配置し、該試料を透過した電子線を画像化して表示手段に表示させるようにした磁区観察装置において、試料に磁場を印加するための磁場印加コイルと、試料に印加した磁場により偏向される電子線を光軸に振り戻すための偏向コイルと、を対物レンズ上極内に配置したことを特徴とする。
【００１５】
（２）請求項２記載の発明は、前記偏向コイルとして、前記磁場印加コイルの前段に配置した入射偏向コイルと、前記磁場印加コイルの後段に配置した出射偏向コイルを用いたことを特徴とする。
【００１６】
（３）請求項３記載の発明は、上記各コイルにヒステリシスの小さい磁性体をコアとして用いたことを特徴とする。
【００１７】
（４）請求項４記載の発明は、前記偏向コイルをＸ，Ｙ偏向とし、偏向に伴う回転を補正するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
（５）請求項５記載の発明は、前記入射偏向コイルと磁場印加コイルと出射偏向コイルのＸ，Ｙ方向の向きを互いにほぼ４５°ずらして構成したことを特徴とする。
【００１９】
（６）請求項６記載の発明によれば、出射偏向コイル先端とポールピース上極内との距離をｌとし、偏向コイルと光軸間の距離をｒとして、ｌ＞２ｒとなるように構成したことを特徴とする。
【００２０】
（７）請求項７記載の発明は、前記入射偏向コイルと出射偏向コイルの対向するコイル間の距離を前記磁場印加コイルの対向するコイル間の距離の１／２以下に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
（１）請求項１記載の発明によれば、磁場印加コイルに隣接して入射側と出射側に偏向コイルを設けることにより、磁場印加による偏向の補正はそれぞれ１／２で済み、電子線が大きく軸外となるのを抑えることができるという効果を奏する。
【００２２】
（２）請求項２記載の発明によれば、これら入射偏向コイルと出射偏向コイルを用いて、磁場印加コイルを励磁したことに基づく電子線の偏向を補正することができる。
【００２３】
（３）請求項３記載の発明によれば、偏向コイルのコア材料をヒステリシスの小さい材質を用いるので、励磁コイルに流す電流と発生する磁束の関係が線形になるようにすることができ、正確な光軸合わせが可能になる。
【００２４】
（４）請求項４記載の発明によれば、電子線を２次元方向に偏向することができるので、前段の偏向による電子線の回転を補正した偏向をすることができる。
【００２５】
（５）請求項５記載の発明によれば、磁場印加コイルと入射及び出射偏向コイルの相互の漏れ磁場の影響を小さくできるので、正確な軸合わせを行なうことができる。
【００２６】
（６）請求項６記載の発明によれば、ポールピースで発生する漏れ磁場が出射偏向コイルに及ぼす影響が低減され、電子線の正確な軸合わせが可能となる。
【００２７】
（７）請求項７記載の発明によれば、入射偏向コイルと出射偏向コイル間の距離が磁場印加コイルの対向するコイル同士間の処理の１／２以下になるように設定することで、双方の発生する磁場の影響を軽減し、電子線の正確な軸合わせが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例の要部を示す構成図である。
【図３】従来装置の構成例を示す図である。
【図４】従来装置の他の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す構成の装置の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施例１）
以下、本発明の実施例について、図を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は電子線、１ａはレンズ偏向系など光学素子の中心を結ぶ光軸である。５は対物ポールピース上極、６は対物ポールピース下極、３は磁性体試料（以下単に試料と略す）４は試料３を挟むように設けられた磁場印加コイル、９は磁場印加コイル４の上に配置された入射偏向コイル、１０は磁場印加コイル４の下に配置された出射偏向コイル、２ａは対物ポールピース上極５側に設けられた透過電子を通過させるための開口、２ｂは対物ポールピース下極６側に設けられた透過電子を通過させるための開口である。
【００３０】
試料３、磁場印加コイル４、入射偏向コイル９、出射偏向コイル１０は何れも対物ポールピース上極５で囲まれた領域内に配置されている。各構成要素がポールピースで囲まれた領域内に設けられ、磁場印加コイルを挟んだ形で入射補正コイルと出射補正コイルが設けられている構成が、図３に示す従来装置との相違点である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
図示しない照射光学系で集束された電子線１は、試料３に入射する。試料３の磁区を一定方向に揃えるか、磁区のコントラストを付けるため、磁場印加コイル４に電流を流すと、試料３に入射する電子線１は２θだけ偏向される。このままでは、電子線１は２θだけ光軸１ａからずれることになる。
【００３２】
そこで、試料に入射する電子線を入射偏向コイル９により、予め印加磁場による偏向角２θの半分の角−θだけ偏向する。この結果、試料３に印加した磁場により２θ偏向された電子線は光軸１ａに対し角度θだけ偏向して試料から出射される。そこで、出射偏向コイル１０により角度−θだけ偏向することにより電子線を光軸に振り戻す。この結果、電子線１は光軸１ａを通って結像系（図示せず）に入射されることになる。
【００３３】
本発明によれば、磁場印加コイルに隣接して入射側と出射側に偏向コイルを設けることにより、磁場印加による偏向の補正はそれぞれ１／２で済み、電子線が大きく軸外となるのを抑えることができる。また、電子線１が光軸１ａを通るので、正確な試料の磁区観察を行なうことができる。
【００３４】
また、本発明によれば、電子線の軸が合った状態で最も大きく偏向されている場所（即ち最も強い偏向磁場がある場所）は試料位置であり、試料に強い磁場を印加することができるようになる。
【００３５】
（実施例２）
図１記載の装置において、各コイルに鉄ニッケル軟質磁性材料（パーマロイ）等のヒステリシスの小さい磁性体をコアとして用いることができる。電子線の正確な光軸合わせを行なうためには、励磁コイルに流す電流と発生する磁束の関係は比例関係になければならない。ヒステリシスがあると、励磁コイルと発生する磁束の関係は比例関係にならない。そこで、各コイルのコアにＴＭＣＶ等のヒステリシスの小さい材料を用いることで、励磁コイルに流す電流と発生する磁束の関係を比例関係にすることができ、正確な光軸合わせを行なうことが可能となる。
【００３６】
（実施例３）
図１記載の構成において、入射偏向コイル９、出射偏向コイル１０をＸ，Ｙ偏向とすることができる。このように構成すれば、電子線１を２次元方向に偏向することが可能となるので、偏向に伴う回転に合わせて次段の偏向を行うことができるようになる。
【００３７】
（実施例４）
図２は本発明の他の実施例の要部を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、９は入射偏向コイル、４は磁場印加コイル、１０は出射偏向コイルである。３はこれらコイルに囲まれた試料である。ここで、入射偏向コイル９と磁場印加コイル４は４５°ずらして配置され、磁場印加コイル４と出射偏向コイル１０とは４５°ずらして配置されている。このような配置にすると、入射偏向コイル９と磁場印加コイル４と出射偏向コイル１０が相互に及ぼす漏れ磁場の影響を小さくすることができ、電子線の正確な軸合わせが可能となる。
【００３８】
（実施例５）
図１を用いて説明する。図において、ｒは出射偏向コイル１０と光軸１ａ間の距離、ｌは出射偏向コイル１０と対物ポールピース上極５との間の距離である。このように構成された機構において、ｌ＞２ｒとなるように設計する。ここで、ｌ＞２ｒとなるように設計すると、ポールピースで発生する漏れ磁場が出射偏向コイル１０に及ぼす影響が低減され、電子線の正確な軸合わせが可能となる。
【００３９】
（実施例６）
入射偏向コイル９の対向するコイル間の距離Ｌ１と、出射偏向コイル１０の対向するコイル間の距離Ｌ１とを、磁場印加コイル４の対向するコイル同士間の距離の１／２以下になるように構成したものである。図１において、Ｌ１は入射偏向コイル９の対向するコイル間の距離であり、出射偏向コイル１０の対向するコイル間の距離もＬ１である。Ｌ２は磁場印加コイル４の対向するコイル同士間の距離である。このように構成された配置において、入射偏向コイル９と出射偏向コイル１０のコイル間の距離Ｌ１を、磁場印加コイル４の対向するコイル同士間の距離Ｌ２の１／２以下となるようにする。
【００４０】
ビーム偏向コイル９，１０により発生する磁場と、磁場印加コイル４の発生する磁場とは相互に無関係となるように設定したいという要望がある。そこで、前記した入射偏向コイル９と出射偏向コイル１０のコイル間の距離Ｌ１が磁場印加コイル４の対向するコイル同士間の距離Ｌ２の１／２以下となるように配置することで、双方の発生する磁場の影響を軽減し、電子線の正確な軸合わせが可能になる。
【００４１】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、磁場印加コイルに隣接して入射側と出射側に偏向コイルを設けることにより、磁場印加による偏向の補正はそれぞれ磁場印加による偏向角の１／２の角度で済み、電子線が大きく軸外となることを抑えることができる。本発明によれば、電子線を絞って、磁区観察を行なう場合、収差の影響を避けるのに有効である。
【００４２】
また、上述の各実施例において、入射偏向コイルと磁場印加コイルと出射偏向コイルを全体として小さく構成することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    電子線
１ａ  光軸
２ａ  開口
２ｂ  開口
３    試料
４    磁場印加コイル
５    対物ポールピース上極
６    対物ポールピース下極
９    入射偏向コイル
１０  出射偏向コイル
【図１】
2011003533.tif 000003
【図２】
2011003533.tif 000004
【図３】
2011003533.tif 000005
【図４】
2011003533.tif 000006
【図５】
2011003533.tif 000007