(57)【要約】【課題】  透過型電子顕微鏡の高さを抑制する。【解決手段】  第１の鏡筒１５に沿って、電子ビーム源１１、電子ビームを収束して試料１０１に照射する第１のレンズ系１２、電子ビームを収束する第２のレンズ系１３、及び第１の像観察記録部１４を有する第１の鏡筒部１０と、第２の鏡筒３４に沿って、スリット３１、第３のレンズ３２、及び第２の像観察記録部３３を有する第２の鏡筒部３０と、エネルギーフィルタ２０と、を有し、前記第１及び第２の鏡筒部１０，３０は、前記第１及び第２の鏡筒１５，３４に沿ってそれぞれ進む第１及び第２の電子ビームＬ１，Ｌ２が、所定距離Ｌだけ離間して略平行に同一方向に進むように配置され、前記試料１０１に照射された電子ビームは、前記第１又は第２の像観察記録部１４，３３のいずれか一方に進むように切り換え可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の鏡筒に沿って、電子ビームを出射する電子ビーム源、前記電子ビーム源から出射された電子ビームを収束して試料に照射する第１のレンズ系、及び前記試料に照射された電子ビームを収束する第２のレンズ系を有する第１の鏡筒部と、
第２の鏡筒に沿って、スリット、前記スリットを透過した電子ビームを収束する第３のレンズ系、及び前記第３のレンズ系から出射された電子ビームによる前記試料の像を観察又は記録する像観察記録部を有する第２の鏡筒部と、
前記第２のレンズから出射された電子ビームをエネルギー分散させて前記スリットに入射させるエネルギーフィルタと、
を有し、
前記第１及び第２の鏡筒部は、前記第１及び第２の鏡筒に沿ってそれぞれ進む第１及び第２の電子ビームが、所定距離だけ離間して略平行に同一方向に進むように配置されたこと
を特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
前記エネルギーフィルタは、１８０°の回転対称軸を有する概略Ｓ字形状を有し、前記対称軸の一方側の部分に位置し、電子を一平面内で一方向に周回させる第１の周回部と、前記対称軸の反対側に位置し、電子を前記平面内で反対方向に周回させる第２の周回部と、を有することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記第１の周回部における磁場と前記第２の周回部における磁場が反対方向を向くことを特徴とする請求項２記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
前記エネルギーフィルタは、前記第１及び第２の電子ビーム含む前記平面内において、電子ビームが一点について１８０°回転対称な概略Ｓ字形状を描くよう、前記一点について反対称に磁場を印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子顕微鏡。
【請求項５】
前記エネルギーフィルタは、その入射窓面から出射窓面までの電子ビームの軌跡に沿って少なくとも４つの磁石を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項６】
前記エネルギーフィルタは、前記軌跡に沿って、第１乃至第４の磁石を有することを特徴とする請求項５記載の電子顕微鏡。
【請求項７】
前記軌跡に沿った第１の磁石は、前記第２のレンズ系から出射された前記第１の電子ビームの光軸上に磁場を発生することができるように配置されることを特徴とする請求項５又は６記載の電子顕微鏡。
【請求項８】
前記第１の磁石と前記第２の磁石間の距離は、前記入射窓面と前記第１の磁石との距離より小さいことを特徴とする請求項６又は７記載の電子顕微鏡。
【請求項９】
前記第１の磁石の発生する磁場による電子ビームの偏向角θは、８０°＜θ＜９５°の範囲にあることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項１０】
前記第１の鏡筒部は、前記第２のレンズ系から出射された電子ビームによる前記試料の像を観察又は記録する他の像観察記録部を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項１１】
前記第１の磁石により磁場を発生するか否かを切り換えることによって、前記磁場を発生しない場合には電子ビームを前記他の像観察記録部に導き、前記磁場を発生する場合には電子ビームを前記像観察記録部に導くように切り換えることを特徴とする請求項１０項記載の電子顕微鏡。
【請求項１２】
少なくとも前記第１の磁石によって磁場を発生しない場合の残留磁場を抑制するため、少なくとも前記第１の磁石を交流磁場によって消去する消磁手段を有することを特徴とする請求項１１記載の電子顕微鏡。
【請求項１３】
少なくとも前記第１の磁石によって磁場を発生しない場合の残留磁場を抑制するため、少なくとも前記第１の磁石のコイルに残留磁場を相殺する方向に電流を流す手段を有することを特徴とする請求項１１記載の電子顕微鏡。
【請求項１４】
前記エネルギーフィルタの少なくとも第１の磁石を前記第１の電子ビームの光軸と接離方向に移動可能な移動手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の電子ビーム。
【請求項１５】
前記入射窓面と前記第１の磁石間の距離が、前記他の像観察記録部の高さより短いことを特徴とする請求項５乃至１４のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項１６】
１８０°の回転対称軸を有する概略Ｓ字形状を有し、前記対称軸の一方側の部分に位置し、電子を一平面内で一方向に周回させる第１の周回部と、前記対称軸の反対側に位置し、電子を前記平面内で反対方向に周回させる第２の周回部と、を有することを特徴とするエネルギーフィルタ。
【請求項１７】
前記第１の周回部における磁場と前記第２の周回部における磁場が反対方向を向くことを特徴とする請求項１６記載のエネルギーフィルタ。
【請求項１８】
一平面内において、電子ビームが一点について１８０°回転対称な概略Ｓ字形状を描くよう、前記一点について反対称に磁場を印加することを特徴とする請求項１６又は１７記載のエネルギーフィルタ。
【請求項１９】
入射窓面から出射窓面までの電子ビームの軌跡に沿って少なくとも４つの磁石を有することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のエネルギーフィルタ。
【請求項２０】
前記軌跡に沿って、第１乃至第４の磁石を有することを特徴とする請求項１９記載のエネルギーフィルタ。
【請求項２１】
前記第１の磁石と前記第２の磁石間の距離は、前記入射窓面と前記第１の磁石との距離より小さいことを特徴とする請求項２０記載のエネルギーフィルタ。
【請求項２２】
前記第１の磁石の発生する磁場による電子ビームの偏向角θは、８０°＜θ＜９５°の範囲にあることを特徴とする請求項２０又は２１のいずれか１項に記載のエネルギーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡に関し、詳しくは、透過型電子顕微鏡において特定のエネルギーによる像を観察することができる電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）において、エネルギーフィルタを用いて選択した特定のエネルギーによる試料の像（以下、エネルギーフィルタ像（ＥＦ像）という。）を観察又は記録するエネルギーフィルタ電顕法が利用されている。
【０００３】
透過型電子顕微鏡に用いられるエネルギーフィルタとしては、結像レンズ系の中間に設置したインコラムフィルタが一般的である。インコラムフィルタは、例えばΩフィルタのように多段のセクタ磁石で構成され、構成する磁石に中心面対称性を持たせることによってエネルギーフィルタ像に生ずる収差をキャンセルする特徴がある。また、インコラムフィルタは、前段のレンズのクロスオーバ面の近傍に設置することができるため、広い視野範囲の顕微鏡像を取り込むことができる。
【０００４】
ただし、このようなインコラムフィルタは、電子顕微鏡と一体の構造となっているため、既存の電子顕微鏡に後から組み込むことはできない。
【０００５】
また、透過型電子顕微鏡においては、蛍光板やテレビカメラで像を観察又は記録する像観察記録室の後段に設置するポストコラムフィルタも用いられている。ポストコラムフィルタは、一段のセクタ磁石と多段の多極レンズ及び補正子から構成される。このようなポストコラムフィルタは、既存の電子顕微鏡に外付けすることができるという利点がある。
【０００６】
ただし、ポストコラムフィルタは、クロスオーバ面との距離が大きくなるため、視野が狭く、高倍率の像しか観察できない欠点がある。しかしながら、エネルギーフィルタに入り込む電子ビームの角度範囲が小さくなるため、エネルギーフィルタの性能をよく出すことができる。
【０００７】
収差が小さいというインコラムフィルタの利点と既存の電子顕微鏡に外付けすることができるというポストコラムフィルタの利点とを双方備えるエネルギーフィルタが提案されている(特許文献１参照)。
【０００８】
このエネルギーフィルタは、中心対象面を有するが、入射ビームの光軸と出射ビームの光軸が一直線上にないという特徴を有している。しかし、エネルギーフィルタが像観察記録室の後段に取り付けられる点はポストコラムフィルタと同じであるので、視野が狭いという不都合は解消されていない。
【０００９】
一方、電子顕微鏡が高性能化するにつれて、モノクロメータや収差補正装置を組み込むために鏡筒が長くなる傾向がある。長い鏡筒のため高くなった電子顕微鏡は、機械的な安定性や設置場所の確保の観点から問題を生じてきている。
【００１０】
このような問題を解決することができるエネルギーフィルタとして、入射ビームと出射ビームの進行方向を逆向きにして、入射ビームと出射ビームの光軸を平行に所定距離だけ離間したＷフィルタが提案されている(特許文献２参照)。Ｗフィルタを用いた電子顕微鏡は、エネルギーフィルタの前段と後段を２段コラム式とすることにより鏡筒を短くすることができる。
【００１１】
しかし、鏡筒の中間でＷフィルタのために電子ビームの進行方向が逆転する２段コラム式の構造のため、像観察記録室は、電子銃とともに電子顕微鏡の上端に設けられる。このような構造上、蛍光板などを用いて像観察記録室で直接顕微鏡像を観察することは難しいので、テレビカメラなどを用いて観察することになる。
【特許文献１】特開平１１−７３８９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２４３９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、鏡筒のレンズ系の中間にエネルギーフィルタを設置する場合、一般にエネルギーフィルタを設置しない場合と比べてレンズの数が増加する。例えば、４段のレンズ系を有する電子顕微鏡は、レンズ系の中間にエネルギーフィルタを設置することによって、エネルギーフィルタの前段に３段又は４段、後段に２段又は３段のレンズを必要とする。この場合、レンズの数は、エネルギーフィルタを設置することにより、４段から５段乃至７段に増加する。
【００１３】
前述のように、機械的な安定性や設置場所の確保の観点から電子顕微鏡の高さを抑制することが要請されている。
【００１４】
本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、高さを抑制した電子顕微鏡及びこのような電子顕微鏡を実現するためのエネルギーフィルタ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】
【００１５】
前述の課題を解決するために、本発明に係る電子顕微鏡は、第１の鏡筒に沿って、電子ビームを出射する電子ビーム源、前記電子ビーム源から出射された電子ビームを収束して試料に照射する第１のレンズ系、及び前記試料に照射された電子ビームを収束する第２のレンズ系を有する第１の鏡筒部と、第２の鏡筒に沿って、スリット、前記スリットを透過した電子ビームを収束する第３のレンズ系、及び前記第３のレンズ系から出射された電子ビームによる前記試料の像を観察又は記録する第２の像観察記録部を有する第２の鏡筒部と、前記第２のレンズから出射された電子ビームをエネルギー分散させて前記スリットに入射させるエネルギーフィルタと、を有し、前記第１及び第２の鏡筒部は、前記第１及び第２の鏡筒に沿ってそれぞれ進む第１及び第２の電子ビームが、所定距離だけ離間して略平行に同一方向に進むように配置されたものである。
【００１６】
前記エネルギーフィルタは、１８０°の回転対称軸を有する概略Ｓ字形状を有し、前記対称軸の一方側の部分に位置し、電子を一平面内で一方向に周回させる第１の周回部と、前記対称軸の反対側に位置し、電子を前記平面内で反対方向に周回させる第２の周回部と、を有することが望ましい。
【００１７】
前記第１の周回部における磁場と前記第２の周回部における磁場が反対方向を向くことが望ましい。
【００１８】
前記エネルギーフィルタは、前記第１及び第２の電子ビーム含む前記平面内において、電子ビームが一点について１８０°回転対称な概略Ｓ字形状を描くよう、前記一点について反対称に磁場を印加することが望ましい。
【００１９】
前記エネルギーフィルタは、その入射窓面から出射窓面までの電子ビームの軌跡に沿って少なくとも４つの磁石を有することが望ましい。
【００２０】
前記エネルギーフィルタは、前記軌跡に沿って、第１乃至第４の磁石を有することが望ましい。
【００２１】
前記軌跡に沿った第１の磁石は、前記第２のレンズ系から出射された前記第１の電子ビームの光軸上に磁場を発生することができるように配置されることが望ましい。
【００２２】
前記第１の磁石と前記第２の磁石間の距離は、前記入射窓面と前記第１の磁石との距離より小さいことが望ましい。
【００２３】
前記第１の磁石の発生する磁場による電子ビームの偏向角θは、８０°＜θ＜９５°の範囲にあることが望ましい。
【００２４】
前記第１の鏡筒部は、前記第２のレンズ系から出射された電子ビームによる前記試料の像を観察又は記録する第１の像観察記録部を有することが望ましい。
【００２５】
前記第１の磁石により磁場を発生するか否かを切り換えることによって、前記磁場を発生しない場合には電子ビームを前記第１の像観察記録部に導き、前記磁場を発生する場合には電子ビームを前記第２の像観察記録部に導くように切り換えることが望ましい。
【００２６】
少なくとも前記第１の磁石によって磁場を発生しない場合の残留磁場を抑制するため、少なくとも前記第１の磁石を交流磁場によって消去する消磁手段を有することが望ましい。
【００２７】
少なくとも前記第１の磁石によって磁場を発生しない場合の残留磁場を抑制するため、少なくとも前記第１の磁石のコイルに残留磁場を相殺する方向に電流を流す手段を有することが望ましい。
【００２８】
前記エネルギーフィルタの少なくとも第１の磁石を前記第１の電子ビームの光軸と接離方向に移動可能な移動手段を有することが望ましい。
【００２９】
前記入射窓面と前記第１の磁石間の距離が、前記第１の像観察記録部の高さより短いことが望ましい。
【００３０】
なお、本明細書中における電子顕微鏡には、エネルギーアナライザも含むものとする。
【００３１】
本発明に係るエネルギーフィルタは、１８０°の回転対称軸を有する概略Ｓ字形状を有し、前記対称軸の一方側の部分に位置し、電子を一平面内で一方向に周回させる第１の周回部と、前記対称軸の反対側に位置し、電子を前記平面内で反対方向に周回させる第２の周回部と、を有するものである。
【００３２】
前記第１の周回部における磁場と前記第２の周回部における磁場が反対方向を向くことが望ましい。
【００３３】
一平面内において、電子ビームが一点について１８０°回転対称な概略Ｓ字形状を描くよう、前記一点について反対称に磁場を印加することが望ましい。
【００３４】
入射窓面から出射窓面までの電子ビームの軌跡に沿って少なくとも４つの磁石を有することが望ましい。
【００３５】
前記軌跡に沿って、第１乃至第４の磁石を有することが望ましい。
【００３６】
前記第１の磁石と前記第２の磁石間の距離は、前記入射窓面と前記第１の磁石との距離より小さいことが望ましい。
【００３７】
前記第１の磁石の発生する磁場による電子ビームの偏向角θは、８０°＜θ＜９５°の範囲にあることが望ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によると、電子顕微鏡の高さを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本実施の形態の電子顕微鏡の概略的な構成を示す図である。
【００４１】
この図に示すように、電子ビーム装置は、電子ビーム源１１から試料１０１に照射した電子ビームＬ１の像を観察又は記録する第１の鏡筒部１０と、この第１の鏡筒部１０で試料に照射された電子ビームＬ１をエネルギー分析するエネルギーフィルタ２０と、このエネルギーフィルタ２０でエネルギー分析された電子ビームＬ２の像を観察又は記録する第２の鏡筒部３０と、を有している。
【００４２】
第１の鏡筒部１０は、第１の鏡筒１５に沿って、電子ビームＬ１を出射する電子ビーム源１１と、この電子ビーム源１１を出射した電子ビームＬ１を試料ホルダ１０２に支持された試料１０１に収束して照射する集束レンズとしての役割を果たす第１のレンズ系１２と、試料１０１に照射された電子ビームＬ１を結像する結像レンズ又はエネルギーフィルタ２０に入射するための中間レンズとしての役割を果たす第２のレンズ系１３と、この第２のレンズ系１３により結像された電子ビーム像を観察又は記録する第１の像記録観察部１４と、を有している。
【００４３】
電子ビーム源１１は、例えば電界放出型電子銃を備え、所定の電流の電子ビームを出射する。第１の像観測記録部１４は、例えば蛍光板又はビデオカメラを備え、第２のレンズ系１３で結像された電子ビームＬ１の像を観察又は記録する。
【００４４】
図２は、エネルギーフィルタ２０の詳細な構成を示す図である。
【００４５】
エネルギーフィルタ２０は、前記第１及び第２の電子ビームを含む面内において、対称点５２を通るこの面に垂直な対称軸について１８０°の回転対称性を有する概略Ｓ字形状であり、前記対称軸の一方側の部分に位置し、電子を前記面内で一方向に周回させる第１の周回部２０Ａと、前記対称軸の反対側に位置し、電子を前記面内で反対方向に周回させる第２の周回部２０Ｂと、を有する。第１の周回部２０Ａにおける磁場と第２の周回部２０Ｂにおける磁場は、反対方向を向いている。
【００４６】
エネルギーフィルタ２０は、前記面内において、電子ビームが対称点５２について１８０°回転対称な概略Ｓ字形状を描くよう、対称点５２について反対称に磁場を印加している。ここで、反対称とは、前記面内における一つの点とこの点を対称点５２について１８０°回転した他の点では、磁場の絶対値が同じで向きが反対であることを意味するものとする。したがって、前記面内の電子ビームＬ３に沿って、第１の周回部２０Ａと第２の周回部２０Ｂにおける対称点５２について互いに１８０°回転対称な点では、磁場の大きさは同じであるが向きが逆である。
【００４７】
具体的に、エネルギーフィルタ２０は、略Ｓ字形状を有し、第１乃至第４の磁石２１〜２４を有している。これらの磁石２１〜２４は、電子ビームＬ３が対称点５２について反対称に略Ｓ字状の軌跡を描くように、第１及び第２の磁石２１，２２が紙面に対して上向きの磁場を発生し、第３及び第４の磁石２３，２４が紙面に対して下向きの磁場を発生するようになされている。
【００４８】
エネルギーフィルタ２０は、第１の鏡筒部１０の第２のレンズ系１３の後段のクロスオーバ点を入射窓面５１とし、この入射窓面に共役な出射窓面５３となるクロスオーバ点が第２の鏡筒３０のスリット３１の位置となるように設置される。
【００４９】
ここで、電子ビームＬ１，Ｌ２方向に沿った入射窓面５１と出射窓面５３間の距離Ｈ１は、エネルギーフィルタ２０のパラメータに依存している。この距離Ｈ１は、特に第１及び第２の磁石２１，２２の距離Ｄ２と第１の磁石２１による電子ビームＬ３の偏向角θに大きく依存している。
【００５０】
図３は、距離Ｈ１と距離Ｄ２との関係を示す図である．
図中には、入射窓面５１と出射窓面５３間の距離Ｈ１、第１及び第２の磁石２１，２２間の距離Ｄ２、及び入射窓面５１と第１の磁石２１間の距離Ｄ３が示されている。
【００５１】
図３（ａ）は、距離Ｄ２＝１００ｍｍの場合であり、距離Ｈ１は比較的大きい。分散は、１．２１４μｍ／ｅＶである。この分散は、出射窓面５３におけるものである。以下でも同様である。
【００５２】
図３（ｂ）は、距離Ｄ２＝１５０ｍｍの場合であり、距離Ｈ１はＤ２＝１００ｍｍに比較して小さい。分散は、１．２０１μｍ／ｅＶである。
【００５３】
図３（ｃ）は、距離Ｄ２＝２００ｍｍの場合であり、距離Ｈ１はＤ２＝１００，１５０ｍｍの場合とは逆で、出射窓面５３が入射窓面より低い。分散は、１．１９０μｍ／ｅＶである。
【００５４】
これらの例から明らかなように、距離Ｈ１を大きくするためには、距離Ｄ２を小さくする必要がある。望ましい距離Ｄ２の大きさは、電子顕微鏡の具体的なパラメータによって異なるが、いずれにせよ距離Ｄ３と比較してＤ２＜Ｄ３の範囲にある。
【００５５】
図４は、距離Ｈ１と偏向角θとの関係を示す図である。
【００５６】
図中には、前記距離Ｈ１、第１の磁石２１による電子ビームＬ３の偏向角θが示されている。
【００５７】
図４（ａ）は、偏向角θ＝８０°の場合である。分散は、１．２１４μｍ／ｅＶである。
【００５８】
図４（ｂ）は、偏向角θ＝８５°の場合である。距離Ｈ１は、偏向角θ＝８０°の場合より大きい。分散は、１．１０２μｍ／ｅＶである。
【００５９】
図４（ｃ）は、偏向角θ＝９０°の場合である。距離Ｈ１は、偏向角θ＝８０°，８５°の場合より大きい。分散は、１．０１２μｍ／ｅＶである。
【００６０】
これらの例に見られるように、偏向角θが大きくなるほど距離Ｈ１は大きくなるが、分散が小さくなる。特に、分散は偏向角θが９５°を超えると急速に小さくなる。一方、偏向角θが８０°より小さい場合には、第２の磁石２２が第１の磁石２１の下に来るため、エネルギーフィルタ２０によって第１の像観察記録部１４の領域が制限されることになる。したがって、偏向角θは、８０°＜θ＜９５°の範囲が実用的である。
【００６１】
なお、エネルギーフィルタ２０を構成する磁石の数は、本実施の形態のように４個に限られず、４以上、好ましくは偶数個であればよい。
【００６２】
再び図１を参照するに、第２の鏡筒部３０は、第２の鏡筒３４に沿って、エネルギーフィルタ２０でエネルギー分散された電子ビームの内、所定のエネルギーを有する成分を透過させるスリット３１と、このスリット３１を透過した電子ビームＬ３を結像する結像レンズとしての役割を果たす第３のレンズ系３２と、この第３のレンズ系３２で結像された電子ビーム像を観察又は記録する第２の像観察記録部３３と、を有している。
【００６３】
第２の像観察記録部３３は、第１の像観察記録部１４と同様に、例えば蛍光板又はビデオカメラを備え、第３のレンズ系３２で結像された電子ビームＬ２の像を観察又は記録する。
【００６４】
本実施の形態では、第１及び第２の鏡筒部１０，３０は、第１の鏡筒１５に沿って進む電子ビームＬ１と第２の鏡筒３４に沿って進む電子ビームＬ２とが距離Ｌだけ離間して略平行であり、進行方向は同一であるように設置される。
【００６５】
エネルギーフィルタ２０は、第１の鏡筒部１０の第２のレンズ系１３で収束された電子ビームＬ３のクロスオーバ点を入射窓面５１とし、第２の鏡筒部３０のスリット３１に入射する電子ビームのクロスオーバ点を出射窓面５３とするように設けられる。
【００６６】
本実施の形態では、入射窓面５１と出射窓面５３間の距離Ｈ１は、第３のレンズ系３２の高さと概略同一にされる。これによって、エネルギーフィルタ２０を設置したために増加したレンズ系による電子顕微鏡の高さへの影響を排除することができる。
【００６７】
次に、前記構成を有する電子顕微鏡の作用を説明する。
【００６８】
本実施の形態では、第１の鏡筒部１０における電子ビームＬ１の像を第１の像表示部１４で観察又は記録する第１の状態と、前記電子ビームＬ１をエネルギーフィルタ２０によってエネルギー分析した電子ビームＬ３を観察又は記録する第２の状態を切り換えることができる。
【００６９】
前記第１及び第２の状態の切り換えは、第１の鏡筒部１０の第２のレンズ系１３の後にある第１の磁石２１に磁場を発生させるか否かによって行う。磁場を発生させない場合、電子ビームＬ１が第１の像観察部１４に直進する第１の状態になり、磁場を発生させる場合、電子ビームＬ１がエネルギーフィルタ２０に入射する第２の状態となる。
【００７０】
ここで、第１の状態においては、第２のレンズ系１３から出射されたレンズを第１の像観察記録部１４に直進させる必要があるので、第１の磁石２１の残留磁化による残留磁場を消滅させる必要がある。このためには、第１の磁石２１のコイルに交流磁場を流して磁化を消去する消磁機構を設けるか、残留磁場を相殺するようにコイルに弱い電流を流せばよい。
【００７１】
また、第１の状態においては、第１の電子ビームＬ１の光軸近くに設けられた第１の磁石２１による影響を排除するために、第１の磁石２１を第１の電子ビームＬ１の接離方向に移動可能な移動機構を設けることができる。このような移動機構を設け、第１の状態では第１の磁石２１を第１の電子ビームＬ１から遠ざけることにより、第１の磁石２１のポールピース、ヨークやコイルなどによる視野の制限によって生じ得る障害を防止することができる。
【００７２】
第１の状態の場合、電子ビームＬ１は、第１の像観察記録部１４の蛍光板又はビデオカメラに結像される。第１の像観察記録部１４においては、試料１０１の顕微鏡像又は回折像を観察又は記録することができる。
【００７３】
一方、第２の状態の場合、前記図２に示したように、エネルギーフィルタ２０に入射された電子ビームＬ２は、第１及び第２の磁石２１，２２の発生する磁場によって第１の周回部２０Ａに沿って反時計回りに概略１８０°方向を転じられ、電子ビームＬ１，Ｌ２の概略上流方向に向かって進む。この電子ビームＬ２は、対称点５２を超えると、第３及び第４の磁石２３，２４の発生する磁場によって第２の周回部２０Ｂに沿って時計回りに概略１８０度方向を転じられ、対称点５２までの軌跡と反対称な軌跡を描いて第２の鏡筒部３０に入射する。
【００７４】
エネルギーフィルタ２０から第２の鏡筒部３０に入射される電子ビームＬ３は、クロスオーバ点となる出射窓面５３の位置に設けられたスリット３１により、所定のエネルギーを有する電子ビームＬ２として選択される。
【００７５】
この電子ビームは、第３のレンズ系３２によって結像され、第２の像観察記録部３３の蛍光板又はビデオカメラに結像される。第２の像観察部３３においては、エネルギーフィルタ２０によって選択された所定のエネルギーの電子線Ｌ２による試料１０１の顕微鏡像、回折像、又は電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）による像又はスペクトルを観察又は記録することができる。
【００７６】
このような第１の状態においては、第１の像観察記録室１４において、エネルギー分析を行わない通常の顕微鏡像又は回折像を観察又は記録することができる。換言すると、第１の状態においては、エネルギーフィルタ２０を設けない通常の電子顕微鏡等と同様な像を得ることができる。
【００７７】
一方、第２の状態においては、第２の像観察記録室３３において、エネルギーフィルタ２０によってエネルギー分析された電子ビームＬ３の顕微鏡像又は回折像などを観察又は記録することができる。これによって、第２の状態では、エネルギーフィルタ像又は電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）による結果を得ることができる。
【００７８】
なお、第１及び第２の状態は、その一方を選択するだけでなく、エネルギーフィルタ２０に交流電流を流して交互に切り換えることができる。この場合、例えば残留時間の長い蛍光板を用いることによって、第１及び第２の像観察記録部１４，３３において同時に観察又は記録をすることができる。例えば、第１の像観察記録部１４において顕微鏡像を観察又は記録し、同時に第２の像観察記録部３３において特定エネルギーによる回折像を観察又は記録することができる。
【００７９】
図５は、本実施の形態の電子顕微鏡の組立方法を示すフローチャートである。
【００８０】
ステップＳ１においては、電子ビーム源１１、第１及び第２のレンズ系１２，１３、第１の像観察記録部１４を第１の鏡筒１５に沿って備える第１の鏡筒部１０を設置する。
【００８１】
ステップＳ２においては、スリット３１、第３のレンズ系３２、及び第２の像観察記録部３３を第２の鏡筒部３４に沿って備える第２の鏡筒部３０を設置する。この第２の鏡筒部３０の設置は、第１の鏡筒１５に沿って進む第１の電子ビームＬ１と第２の鏡筒３４に沿って進む第２の電子ビームＬ２が距離Ｌだけ離間して、概略平行に同一方向に進むようにする。
【００８２】
ステップＳ３においては、第１乃至第４の磁石２１〜２４を有するエネルギーフィルタ２０を、第１の鏡筒部１０の第２のレンズ系１３によって収束されるクロスオーバ点を入射窓面５１とし、第２の鏡筒部３０のスリット３１が前記入射窓面５１に共役な出射窓面５３になるように設置する。
【００８３】
本実施の形態では、既存の透過型電子顕微鏡を第１の鏡筒部１０として、エネルギーフィルタ２０及び第２の鏡筒部３０を外付けして組み立てることもできる。この場合、第１の鏡筒部１０は既に設定されているためステップＳ１は必要なく、第２の鏡筒部３０を設置するステップＳ２とエネルギーフィルタ２０を設置するステップＳ３により本実施の形態の電子顕微鏡を組み立てることができる。ただし、ステップＳ３においては、既存の電子顕微鏡の鏡筒を改造してエネルギーフィルタ２０の第１の磁石２１を電子ビームＬ１の光軸上に挿入することが必要である。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態の電子顕微鏡においては、概略Ｓ字形状の電子ビームの軌跡を有し、入射する第１の電子ビームＬ１と出射する第２の電子ビームＬ２が概略平行で所定距離だけ離間し、同一の進行方向であるエネルギーフィルタを採用している。そして、エネルギーフィルタ２０の入射窓面５１より出射窓面５３を高く設定し、これらの面５１，５３間の距離Ｈ１と第２の鏡筒部３０の第３のレンズ３２の長さを概略同一にすることによって、第１の鏡筒部１０を長くすることなくエネルギーフィルタ２０を配置ことができる。これによって、本実施の形態の電子顕微鏡の高さを抑制することができる。また、このような構造によって、既存の電子顕微鏡を第１の鏡筒部１０とし、エネルギーフィルタ２０と第２の鏡筒部３０を外付けすることによって本実施の形態の電子顕微鏡を組み立てることができる。
【００８５】
また、前記構成を有する本実施の形態の電子顕微鏡は、第２のレンズ１３によるクロスオーバ点をエネルギーフィルタ２０の入射窓面とするので、広い視野を確保することができる。
【００８６】
このように本実施の形態の電子顕微鏡は、従来のインコラムフィルタの広い視野という利点と、従来のポストコラムの既存の電子顕微鏡に外付け可能という利点とを兼ね備え、さらに高さを抑制するという利点を有する。
【００８７】
なお、本実施の形態は、本発明の一つの実施の形態を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の適用が可能である。例えば、第１の鏡筒部１０において、第１の像観察記録部１４を設置しないようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本実施の形態の電子顕微鏡の概略的な構成を示す図である。
【図２】エネルギーフィルタの詳細な構成を示す図である。
【図３】距離Ｈ１と距離Ｄ２との関係を示す図である。
【図４】距離Ｈ１と偏向角θとの関係を示す図である。
【図５】本実施の形態の電子顕微鏡の組立方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１０  第１の鏡筒部
１１  電子源
１２  第１のレンズ
１３  第２のレンズ
１４  第１の像観察室
１５  第１の鏡筒
２０  エネルギーフィルタ
２１  第１の磁石
２２  第２の磁石
２３  第３の磁石
２４  第４の磁石
３０  第２の鏡筒部
３１  スリット
３２  第３のレンズ
３３  第２の像観察室
３４  第２の鏡筒
【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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