DE112014003760T5 - Elektronenmikroskop - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein linsenloses Foucault-Verfahren, wobei eine Transmissionselektronenmikroskop-Objektivlinse (5) abgeschaltet wird, ein Elektronenstrahl-Crossover (11, 13) mit einer Blende ausgewählten Flächenbereichs (65) abgestimmt wird, und die Brennweite einer ersten Abbildungslinse (61) geändert werden kann, um ein Umschalten zwischen einem Probenbild-Beobachtungsmodus und einem Probenbeugungsmuster-Beobachtungsmodus zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deflektor (81) in einer Stufe anschließend an die erste Abbildungslinse (61) angeordnet ist, und Bedingungen für ein optisches Bestrahlungssystem (4) fixiert werden können, nachdem Bedingungen für das optische Abbildungssystem bestimmt worden sind. Dies gestattet das Implementieren eines linsenlosen Foucault-Verfahrens in einem gewöhnlichen Transmissionselektronenmikroskop zum allgemeinen Gebrauch, das nicht mit einer magnetischen Abschirmungslinse ausgestattet ist, ohne der Bedienperson Arbeitsaufwand zu bereiten.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop, und ein Probenbeobachtungsverfahren unter Verwendung des Elektronenmikroskops.
  • Technischer Hintergrund
  • Das Lorenz-Mikroskop-Verfahren wurde als ein Verfahren zur Beobachtung des Verhaltens beim Ablenken eines ein magnetisches Material transmittierenden Elektronenstrahls entwickelt, indem dieser eine Lorenzkraft durch Magnetisierung einer Probe erfährt, wie es schon sein Name andeutet. Derzeit wird das Verfahren jedoch umgesetzt als ein Verfahren der Visualisierung eines Ablenkzustands eines Elektronenstrahls, oder ein Verfahren der Visualisierung eines Elektronenstrahls, der eine Ablenkung durch einen interaktiven Vorgang, verschieden von durch eine Kristallstruktur verursachter Bragg-Beugung, nicht nur für das magnetische Material sondern eine dielektrische Polarisierung, ein Spannungsfeld oder dergleichen erfährt. Grob klassifiziert, gibt es zwei Verfahrensweisen, nämlich ein Foucault-Verfahren und ein Fresnel-Verfahren, im Rahmen des Lorenz-Verfahrens (Nichtpatentliteratur 1). Mit Blick auf das magnetische Material ist das Fresnel-Verfahren ein Verfahren zur Beobachtung einer Domänenwand, und das Foucault-Verfahren ist ein Verfahren zur Beobachtung einer magnetischen Domäne.
  • Im Folgenden wird eine Erklärung der jeweiligen Verfahrensweisen des Fresnel-Verfahrens und des Foucault-Verfahrens dargelegt, indem ein Beispiel der Beobachtung des magnetischen Materials, das eine 180-Grad-Inversion bei der magnetischen Domänenstruktur aufweist, herangezogen wird. Ferner wird eine einfache Beschreibung hinsichtlich der Elektronenstrahlholographie, eines Intensitätstransport-Gleichungs-Verfahrens und eines Kleinwinkel-Beugungsverfahrens als Beispiele für eine andere Verfahrensweise von Verfahren der Visualisierung eines Elektronenstrahls mit kleiner Ablenkung unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops gegeben.
  • <Fresnel-Verfahren>
  • Die 1 zeigt ein Verhalten eines Elektronenstrahls, der eine Ablenkung durch ein magnetisches Material erfährt, das eine 180-Grad-Inversion bei der magnetischen Domänenstruktur aufweist. Der Ablenkungswinkel eines Elektronenstrahls hängt von der Größenordnung einer Magnetisierung und der Dicke einer Probe ab. In einem Fall, dass eine Probe eine konstante Dicke und eine einheitliche Magnetisierung aufweist, bleibt der von dem Elektronenstrahl erfahrene Ablenkungswinkel deshalb in jeglicher Domäne der gleiche, und Azimut und Richtung weichen gemäß einer magnetischen Domänenstruktur ab. Wie in der 1 gezeigt, erfahren, wenn Elektronenstrahlen 27 auf einer Probe 3 mit der 180-Grad-Inversion aufweisenden magnetischen Domänenstruktur auftreffen, die die Probe 3 durchlaufenden Elektronenstrahlen 27 Ablenkungen in inversen Richtungen durch die jeweiligen magnetischen Domänen (31, 33). Wenn die Elektronenstrahlen 27, welche die Ablenkungen erfahren, sich mit ausreichendem Abstand unterhalb der Probe ausbreiten, kommt es zu einer Situation der gegenseitigen Überlappung und einer Situation des Auftrennens voneinander in inverser Weise auf einer Projektionsfläche 24 an Positionen in Übereinstimmung mit den 180°-magnetischen Wänden 32. Das Fresnel-Verfahren fokussiert Verdichtung und Ausdünnung einer Intensität des Elektronenstrahls auf der Projektionsfläche 24. Eine Graphik 25 einer Intensitätsverteilung eines Elektronenstrahls auf der Projektionsfläche ist im unteren Bereich der 1 als Beispiel dargestellt.
  • Die 2 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems, wenn ein magnetisches Material durch das Fresnel-Verfahren beobachtet wird. Ein Fresnel-Bild 86 ist im unteren Bereich der 2 als Beispiel dargestellt. Die 2A zeigt ein Beobachtungsverhalten, in dem die Fokussierung nicht auf eine Probe sondern eine Raumposition 35 auf einer Unterseite der Probe erfolgt, und ein Teil von exakt der magnetischen Wand 32 durch einen Kontrast 72 einer hellen Linie (weiße Farbe) oder einer dunklen Linie (schwarze Farbe) beobachtet wird. In ähnlicher Weise, wie in der 2B gezeigt, wird, selbst wenn die Fokussierung auf eine Raumposition 36 auf einer Oberseite der Probe erfolgt, ein Teil der magnetischen Wand 32 durch einen inversen Kontrast 72 beobachtet. Das heißt, eine Grenzlinie einer Domäne, die einem Elektronenstrahl eine Ablenkung gibt, wird durch eine helle Linie (weiße Farbe) oder eine dunkle Linie (schwarze Farbe) beobachtet, indem man die Probe durch Defokussieren der Probe betrachtet. Ein Schwarz-Weiß-Kontrast der Grenzlinie des Fresnel-Bildes hängt unter diesen Gegebenheiten von einer Kombination der Ablenkrichtung und einer Fokussierungsposition ab. Außerdem hängt das Ausmaß der Defokussierung (Defokussierungs-Betrag) von der Größenordnung einer von einem Elektronenstrahl erfahrenen Ablenkung ab, und obwohl man in einem Fall einer großen Ablenkung einen ausreichenden Kontrast durch einen kleinen Defokussierungs-Betrag von etwa einigen hundert nm erhält, wird für den Fall, dass ein Beobachtungsobjekt nur eine kleine Ablenkung ergibt, wie zum Beispiel bei einem Flussquant, ein Defokussierungs-Betrag von einigen hundert nm benötigt.
  • <Foucault-Verfahren>
  • Die 3 zeigt ein optisches System zum Betrachten einer magnetischen Domänenstruktur mithilfe eines Foucault-Verfahrens. Ähnlich wie in 1, erfahren Elektronenstrahlen, welche die Probe 3 mit der 180 Grad Inversion aufweisenden magnetischen Domänenstruktur durchlaufen, Ablenkungen in zueinander inversen Richtungen durch die jeweiligen magnetischen Domänen (31, 33), und die Elektronenstrahlen, welche die Ablenkungen in den Richtungen erfahren, werden an Positionen gemäß deren Ablenkungswinkeln auf zum Beispiel einer hinteren Brennpunkt-Fläche 54 einer Objektivlinse 5 (streng genommen, einer Bildebene einer Lichtquelle durch die Objektivlinse) punktförmig abgebildet (11, 13). Daher wird eine Objektivblende 55 eingefügt, und nur ein Elektronenstrahl, der ein zu beobachtendes Magnetfeld transmittiert bzw. durchläuft, wird ausgewählt und auf einer Bildfläche 7 fokussiert. Zur Verdeutlichung dessen findet sich in der 3A ein Beispiel des Auswählens eines Elektronenstrahls, der durch die magnetische Domäne 31 läuft und in der Richtung nach oben links auf der Papierebene abgelenkt wird, und die 3B zeigt ein Beispiel des Auswählens eines Elektronenstrahls, der durch die magnetische Domäne 33 invers durchgeleitet und in einer Richtung nach oben rechts auf der Papierebene abgelenkt wird. In jedem Fall wird eine magnetische Domäne, die ausgewählt ist, in weißer Farbe beobachtet, und eine magnetische Domäne, die nicht ausgewählt ist, wird in schwarzer Farbe beobachtet (der Elektronenstrahl kommt nicht an), und im Fall einer magnetischen Domänenstruktur mit 180-Grad-Inversion werden die jeweiligen magnetischen Domänen (31, 33) als Foucault-Bilder 84 in Streifengestalten (71, 73) visualisiert bzw. sichtbar gemacht.
  • Obwohl im Foucault-Verfahren das Probenbild im Fokus betrachtet wird, und man daher eine Beobachtung bei hoher Auflösung erwartet, ist beispielsweise im Fall eines magnetischen Materials der Ablenkwinkel des Elektronenstrahls so gering wie etwa 1/10 eines Bragg-Winkels bei einer kristallinen Probe, und deshalb muss eine Objektivblende mit einem kleinen Öffnungsdurchmesser verwendet werden, und die erzielte räumliche Auflösung beträgt etwa 1/10-fach so viel wie eine Gitterauflösung, was nicht signifikant unterschiedlich zu derjenigem im Fresnel-Verfahren ist. Eine Quelle für einen Kontrast zum Beobachten der magnetischen Domänenstruktur wird ferner durch Abschirmen eines Elektronenstrahl geschaffen, der durch ein nicht zu beobachtendes Magnetfeld transmittiert wird, und dies ist eine Verfahrensweise zum Erzielen des Kontrasts durch Preisgeben eines Teils der Informationen gewesen. Im Falle des Beobachtens eines Objekts, das mehrere magnetische Domänen überspannt, wie etwa in Kristall-Korngrenzen bzw. -Tropfengrenzen, ist es daher zum Beispiel erforderlich, die Objektivblende zu re-justieren und das einen inversen Kontrast aufweisende Foucault-Bild separat zu beobachten, oder man muss ein gewöhnliches Elektronenmikroskop-Bild zusätzlich durch Abschwenken der Objektivblende aus der optischen Achse beobachten. Das heißt, es sind Beobachtungen an mehrfachen Zeitpunkten erforderlich, und eine dynamische Beobachtung, eine Echtzeit-Beobachtung oder dergleichen war im Wesentlichen unmöglich.
  • Als eines der Verfahren zum Beheben einer Unzulänglichkeit beim oben beschriebenen Foucault-Verfahren, obwohl unter Auslassung einer Veranschaulichung, wird ein Verfahren zum weiteren Ablenken des Ausbreitungswinkels des die Ablenkung durch die Probe erfahrenden Elektronenstrahls unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Doppelprismas in einem optischen Bestrahlungssystem, und Beobachten und einmaligen Aufzeichnen mehrerer Foucault-Bilder durch Fokussierung der Bilder an voneinander verschiedenen Stellen auf der Betrachtungsfläche (Doppel-Foucault-Methode) vorgeschlagen (Patentliteratur 1) (Nichtpatentliteratur 2). Das Verfahren schlägt ein neues Konzept mit ”einem Spiegel und zwei Bildern” (Information) beim Implementieren des Foucault-Verfahrens vor, so dass einem herkömmlichen Lorenz-Elektronenmikroskop hinzuzufügende Gegebenheiten, nicht nur hinsichtlich der magnetischen Abschirmungslinse, sondern auch des Elektronenstrahl-Doppelprismas oder dergleichen, beim Implementieren des Foucault-Verfahrens erhöht werden. Deswegen scheint es, dass eine Verbreitung des Verfahrens wohl in einer kleinen Zeitspanne erfolgt.
  • <Linsenloses Foucault-Verfahren>
  • In jüngster Zeit wurde ein Verfahren zum Ermöglichen der Implementierung des Foucault-Verfahrens und der Kleinwinkel-Elektronenbeugung durch Verwenden eines gewöhnlichen Transmissionselektronenmikroskops zum allgemeinen Gebrauch entwickelt, welches eine magnetische Abschirmungslinse nicht beinhaltet (Nichtpatentliteratur 3). Dies ist das linsenlose Foucault-Verfahren. Der hier benutzte Begriff ”linsenlos” bedeutet, dass eine Objektivlinse abgeschaltet und nicht zur Fokussierung verwendet wird. Eine Beschreibung der Einzelheiten des Verfahrens wird später angegeben. (Daneben richtete sich die vorliegende Erfindung auf die Ausführung eines effektiven Experiments unter Erleichterung der Belastungen für eine Elektronenmikroskop-Bedienperson beim Betreiben des Geräts zum Implementieren des linsenlosen Foucault-Verfahrens und betrifft eine Steuerung eines optischen Systems mithilfe des linsenlosen Foucault-Verfahrens.)
  • <Sonstiges Lorenz-Verfahren>
  • Außer dem oben dargelegten Lorenz-Mikroskop-Verfahren, wurden Elektronenstrahlholographie (Nichtpatentliteratur 4), ein Intensitätstransportgleichungs-Verfahren (Nichtpatentliteratur 5), und dergleichen, als Methoden zur Betrachtung der magnetischen Domänenstruktur der Probe aus einer Phasenverteilung eines Elektronenstrahls entwickelt. Obwohl jedwede der Verfahren jeweilige Vorteile besitzen, ist es eine faktische Situation, dass ein Anzahl von Komplikationen beim Implementieren der Verfahren besteht, etwa dass ein Elektronenstrahl, der eine hohe Kohärenz eines elektrischen Feldemissions-Typ-Elektronenstrahls aufweist, benötigt wird, ein Elektronenstrahl-Doppelprisma als Zusatzvorrichtung bei der Elektronenstrahlholographie benötigt wird, eine Domäne zum Transmittieren einer Referenzwelle in einer Probengestalt berücksichtigt werden muss, wenigstens 2 Lagen von Bildern, deren Defokussierungs-Beträge vorbekannt sind, durch Zwischenlagern eines Bilds im Fokus (insgesamt drei Lagen von Bildern) im Intensitätstransport-Gleichungs-Verfahren benötigt werden, und Vergrößerungen und ein Justiervorgang zum Positionieren oder dergleichen für jeweilige Bilder unverzichtbar sind, und so weiter.
  • <Kleinwinkel-Beugungsverfahren>
  • In jüngster Zeit gab es Ansätze zur Implementierung des Verfahrens zum Betrachten eines Ablenkwinkels des Elektronenstrahls aufgrund der Magnetisierung in einer Probe als Beugungspunkt auf einer Beugungsfläche (Nichtpatentliteratur 6). Das Verfahren ist ein Verfahren des Betrachtens des kleinen Beugungswinkels des Elektronenstrahls als ein Beugungsmuster auf einer Beugungsfläche (d. h., als ein Beugungsmuster mit einer großen Kameralänge), welches bereits in einer Gerätegeneration der 1960er Jahre implementiert wurde (Nichtpatentliteratur 7), und dies stellt eine Technologie dar, die danach über lange Zeit in Vergessenheit geraten war. Es handelt sich um ein Verfahren, das zum Gewinnen von Information aus einem durchschnittlichen Ablenkwinkel effektiv ist, das man eher als Verfahren für das Detektieren eines Ablenkwinkels eines aus einem gesamten Bestrahlungsflächenbereich des Elektronenstrahls empfangenen Transmissionselektronenstrahls, der ein Durchschnittswert ist, rekonzipiert als für das Detektieren eines kleinen Ablenkwinkels eines Transmissionselektrons aufgrund eines individuellen Elements, wenn der Ablenkwinkel des Elektronenstrahls durch Miniaturisieren und dünnere Ausgestaltung eines magnetischen Elements reduziert wird.
  • Die Tabelle 1 fasst das Hauptbeobachtungsobjekt, den von einem Elektronenstrahl einer Beschleunigungsspannung 300 kV erfahrenen Ablenkwinkel, und die für die Beobachtung benötigte Kameralänge zusammen. [Tabelle 1] Tabelle 1: Ablenkwinkel, den ein 300-kV Elektronenstrahl erfährt, und für die Beobachtung benötigte Kameralänge
    Beobachtungsobjekt Ablenkwinkel des Elektronenstrahls (rad) Für die Beobachtung benötigte Kameralänge (m)
    Kristall (Bragg-Beugung) 10–2 100
    Langperiodenstruktur 10–3 101
    Magnetkörper (magnetische Domäne) 10–4 bis inkl. 10–5 102 bis inkl. 103
    Dielektrische Substanz (dielektrische Polarisation) 10–5 bis inkl. 10–6 103 bis inkl. 104
    Metallsupraleiter-Flussquant 10–6 bis inkl. 10–7 104 bis inkl. 105
    Hochtemperatursupraleiter-Flussquant 10–7 oder weniger 105 oder mehr
  • <Foucault-Verfahren und Kleinwinkel-Beugungsverfahren>
  • Wie oben beschrieben, ist es zum optimalen Ausführen des Foucault-Verfahrens notwendig, eine den Winkel begrenzende Blende an einer Beugungsfläche zweckdienlich zu verwenden. Im Fall eines magnetischen Materials (Magnetisierung 1 T (Tesla)), das eine Dicke von 50 nm besitzt, welches ohne Weiteres von einem Elektronenstrahl einer Beschleunigungsspannung von 300 kV durchlaufen werden kann, wird sich zum Beispiel ein Ablenkungswinkel aufgrund eines Magnetismus auf etwa 2 × 10–5 rad belaufen, was ein Winkel ist, der fast 1000-mal kleiner ist als ein Winkel der Bragg-Beugung aufgrund eines Kristalls. Deshalb ist es im Foucault-Verfahren notwendig, das Kleinwinkel-Beugungsverfahren als eine Herangehensweise zur Verbesserung seiner Fokussierungsgenauigkeit realisieren zu können. Das heißt, es ist notwendig, ein optisches System so zu konstruieren, dass ein Beugungsmuster mit einer großen Kameralänge in Entsprechung zu der Kleinwinkel-Beugung gebildet wird (es ist notwendig, ein optisches System zu konstruieren, das das Beugungsmuster vergrößern kann). Darüber hinaus ist es notwendig, dass eine Beugungsfläche eines Beugungsmusters und eine Ebene zum Einschieben einer Winkelbegrenzungsblende sich einander überdecken.
  • Obwohl eine Erklärung des Lorenz-Verfahrens als ein Verfahren zur Betrachtung eines magnetischen Materials mittels eines Transmissionselektronenmikroskops, wie oben beschrieben, gegeben wurde, ist das Beobachtungsobjekt nicht auf das magnetische Material, wie oben beschrieben, beschränkt. Unter einem Gesichtspunkt der Visualisierung oder Fokussierung eines Elektronenstrahls mit einem kleinen Ablenkwinkel, besitzt das Verfahren vor allem einen technischen Nebenaspekt, welchen es ebenfalls mit einem Phasendifferenz-Elektronenmikroskop-Verfahren für biologische Proben, organische Proben oder dergleichen gemein hat.
  • Liste der Zitierstellen
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: WO2013/046277A
  • Nichtpatentliteratur
    • Nichtpatentliteratur 1: J. N. Chapman, J. Phys. D., Appl. Phys., 17, 623 (1984).
    • Nichtpatentliteratur 2: K. Harada, Appl. Phys. Lett., 100, 061901 (2012).
    • Nichtpatentliteratur 3: Y. Taniguchi, A. Matsumoto und K. Harada, Appl. Phys Lett., 101, 093101 (2012).
    • Nichtpatentliteratur 4: A. Tonomura, J. Electron Microsc., 33, 101 (1984)
    • Nichtpatentliteratur 5: K. Ishizuka und B. Allman, J. Electron Microsc. 54, 191 (2005).
    • Nichtpatentliteratur 6: T. Koyama, et al., AIP Advances, 2, 012195 (2012).
    • Nichtpatentliteratur 7: R. H. Wade, Phys. Stat. Sol., 19, 847 (1967).
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In einem linsenlosen Foucault-Verfahren zur Ausführung des Lorenz-Verfahrens, insbesondere dem Foucault-Verfahren in einem gewöhnlichen Transmissionselektronenmikroskop vom Typ zum allgemeinen Gebrauch, bei dem keine Magnetismus-Abschirmungslinse vorgesehen ist, bestehen eine Reihe von Einschränkungen im Vergleich zu einem herkömmlichen Beobachtungsverfahren, wie etwa dass eine Winkelbegrenzungs-Blende bei einem Proben-Transmissionselektronenstrahl in einem Zustand der Abschaltung einer Objektivlinse angewandt werden muss, und dass bezüglich einer Anwendungsbedingung eines elektronenoptischen Systems beispielsweise ein optisches Bestrahlungssystem nach Bestätigung einer Beobachtungsbedingung nicht geändert wird, das Umschalten von einem Bild-Beobachtungsmodus einer Probe und einem Beugungsmuster-Beobachtungsmodus der Probe mit exzellenter Reproduzierbarkeit realisiert wird, und beim Umschalten das optische Bestrahlungssystem nicht geändert wird, und so weiter, und der Arbeitsaufwand für die Bedienperson beim Betrieb des Elektronenmikroskops nimmt tendenziell zu.
  • Zum Gewinnen von Informationen über einen Beugungspunkt, der nicht zur Fokussierung beiträgt, müssen im Foucault-Verfahren Experimente mehrfach wiederholt werden, so dass, als Prozedere, ein optisches System in einen Beugungsmuster-Beobachtungsmodus versetzt wird, sodann ein Beugungsmuster bestätigt und eine Winkelbegrenzungsblende zweckdienlich eingeschoben wird, das optische System in den Bild-Beobachtungsmodus umgeschaltet wird und das Foucault-Probenbild beobachtet und aufgezeichnet wird, das optische System wieder in den Beugungsmuster-Beobachtungsmodus gebracht wird, dessen Beugungspunkt, der von jenem der vorangehenden Beobachtung verschieden ist, zweckdienlich an die Winkelbegrenzungsblende angepasst wird, das optische System erneut in den Bild-Beobachtungsmodus versetzt wird und das Foucault-Bild beobachtet und aufgezeichnet wird, das optische System ferner in den Beugungsmuster-Beobachtungsmodus versetzt wird, und so fort. Unter derartigen experimentellen Gegebenheiten ist die Verminderung der Arbeitslast beim Bedienen des Elektronenmikroskops ein erheblicher Faktor bei der Durchführung eines hochqualitativen Experiments.
  • Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren, einen Steuerungszustand und dergleichen, welche zur Verminderung der Arbeitslast einer Bedienperson beim Betrieb des Elektronenmikroskops ausgeführt werden. Obwohl im linsenlosen Foucault-Verfahren das optische Bestrahlungssystem nach Bestätigen der Beobachtungsbedingung geändert werden muss, wird ein Steuerungsverfahren zum Beispiel so ausgeführt, dass durch Einführen eines Bedienschritts zum Festlegen eines Zustands einer Bestrahlungslinse eine fehlerhafte Bedienung nach dem Bestätigen eines Anwendungszustands des optischen Bestrahlungssystems beim Anschalten des Beobachtungsmodus des optischen Systems, durch Memorieren eines Anregungszustands der Abbildungslinse, verhindert wird, wobei veranlasst wird, dass ein Linsenzustand unmittelbar nach dem Schaltvorgang mit einem letzten Beobachtungszustand des Modus bei einem vorherigen Durchgang übereinstimmt, und so weiter. Dadurch wird ein Elektronenmikroskop oder ein Beobachtungsverfahren vorgesehen, in dem das linsenlose Foucault-Verfahren ausgeführt werden kann, ohne der Bedienperson des Elektronenmikroskops Arbeitsaufwand zu bereiten.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • Vermittels der vorliegenden Erfindung werden beim Ausführen des linsenlosen Foucault-Verfahrens, in dem lediglich die Objektivlinse bei der Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskop vom Typ zum allgemeinen Gebrauch abgeschaltet wird und jedwede zusätzliche Vorrichtung nicht benötigt wird, beispielsweise der Zeitbedarf und der Aufwand zum Rejustieren des optischen Systems durch eine fehlerhafte Bedienung vermindert, und die Belastung der Bedienperson des Elektronenmikroskops beim Betrieb kann zu einem Ausmaß verringert werden, welches dem Bedienen eines herkömmlichen Elektronenmikroskops gleichkommt. Das heißt, das linsenlose Foucault-Verfahren kann in einfacher Weise durchgeführt werden. Ferner bewirkt die Leichtigkeit bei der Durchführung Effekte einer Verkürzung der Zeit, die zum Rejustieren des optischen Systems bei der Durchführung des Experiments aufgewendet werden muss, eine Verbesserung der Genauigkeit der Justierung des optischen Systems, eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit, wobei ein Beobachtungsexperiment mehrerer Bilder, bei dem der im Foucault-Verfahren grundsätzlich erzeugte Beugungspunkt geändert wird, erleichtert wird, die Genauigkeit von experimentellen Daten (Foucault-Bild) verbessert wird und die Zuverlässigkeit des Experiments an sich verbessert wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Prinzips eines Lorenz-Mikroskop-Verfahrens, insbesondere des Fresnel-Verfahrens.
  • 2 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Lorenz-Mikroskop-Verfahrens (Fresnel-Verfahren).
  • 3 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Lorenz-Mikroskop-Verfahrens (Foucault-Verfahren).
  • 4 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Foucault-Bild-Beobachtung in einem linsenlosen Foucault-Verfahren.
  • 5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtung in einem linsenlosen Foucault-Verfahren.
  • 6 ist eine schematische Ansicht, die das Einbringen eines Deflektors unterhalb einer ersten Abbildungslinse in einem linsenlosen Foucault-Verfahren zeigt.
  • 7 ist eine schematische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Elektronenmikroskops, basierend auf der vorliegenden Erfindung, zeigt.
  • 8 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Bedientafel eines Elektronenmikroskops, basierend auf der vorliegenden Erfindung, zeigt.
  • 9 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Bedientafel eines Elektronenmikroskops, basierend auf der vorliegenden Erfindung, zeigt.
  • 10 ist eine Ansicht, die ein optisches System eines gesamten Elektronenmikroskops beim Beobachten eines Foucault-Bilds der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine Ansicht, die ein optisches System eines gesamten Elektronenmikroskops beim Beobachten eines Kleinwinkel-Beugungsmusters der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Messung eines Energiespektrums durch zusätzliches Verwenden eines EELS in einem linsenlosen Foucault-Verfahren zeigt.
  • 13 ist eine Ansicht, die das Beobachten eines Bilds durch ein Energieverlust-Elektron durch zusätzliches Verwenden eines EELS in einem linsenlosen Foucault-Verfahren zeigt.
  • 14 ist eine Ansicht, die das Beobachten eines Bilds durch ein Energieverlust-Elektron eines Elektronenstrahls, der nicht eine elektromagnetische Ablenkung erfährt, sowohl durch Verwenden eines linsenlosen Foucault-Verfahrens als auch eines EELS zeigt.
  • 15 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Messung eines Energiespektrums sowohl durch Verwenden eines Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsverfahrens als auch eines EELS zeigt.
  • 16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines optischen Systems zur Begrenzung eines räumlichen Bereichs eines Elektronenstrahls zeigt, wobei eine Objektivblende zur Fokussierung beiträgt.
  • 17 ist eine Ansicht, die zeigt, dass eine Bestrahlungsblende für STEM die Menge eines Elektronenstrahls, welche eine Probe bestrahlt, begrenzt.
  • 18 ist eine Ansicht, die ein optisches System in einem Fall zeigt, worin ein linsenloses Foucault-Verfahren durch Verwenden eines Elektronenstrahl-Doppelprismas anstelle einer Blende mit ausgewähltem Flächenbereich ausgeführt wird.
  • 19 zeigt ein experimentelles Beispiel eines Fresnel-Bilds einer 180 Grad aufweisenden magnetischen Domänenstruktur bei einem linsenlosen Foucault-Verfahren.
  • 20 zeigt ein experimentelles Beispiel eines Foucault-Bilds einer 180 Grad aufweisenden magnetischen Domänenstruktur bei einem linsenlosen Foucault-Verfahren.
  • 21 zeigt ein experimentelles Beispiel eines Kleinwinkel-Beugungsmusters einer 180 Grad aufweisenden magnetischen Domänenstruktur bei einem linsenlosen Foucault-Verfahren.
  • 22 zeigt ein experimentelles Beispiel von Fresnel-Bildern einer 90/180-Grad aufweisenden magnetischen Domänenstruktur bei einem linsenlosen Foucault-Verfahren.
  • 23 zeigt ein experimentelles Beispiel eines Kleinwinkel-Beugungsmusters in Entsprechung zu einer Domänenwand von einer 90-/180-Grad-magnetischen Domänenstruktur bei einem linsenlosen Foucault-Verfahren. A: 180-Grad magnetische Wand. B: 90-Grad magnetische Wand. C: von B verschiedene 90-Grad magnetische Wand.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf ein Bedienungsverfahren, effektiv zum Betreiben eines Elektronenmikroskops, ein Justierverfahren eines optischen Systems und ein Experimental-Verfahren vermittels dieser bewerkstelligt worden durch Konstruieren und Schalten eines optischen Systems zum Beobachten eines Bilds einer Probe und eines optischen System zum Beobachten eines Beugungsmusters der Probe in einem linsenlosen Foucault-Verfahren, wobei ein Foucault-Verfahren ohne Benutzen einer Objektivlinse in einem Elektronenmikroskop des Typs zum allgemeinen Gebrauch ausgeführt werden kann. Zunächst wird eine Erklärung eines linsenlosen Foucault-Verfahrens gegeben (Nichtpatentliteratur 3).
  • <Linsenloses Foucault-Verfahren>
  • Ein linsenloses Foucault-Verfahren wurde als ein optisches System entwickelt, das ein Foucault-Verfahren durch Verwendung eines Elektronenmikroskops des Typs zum allgemeinen Gebrauch ohne Benutzen einer magnetischen Abschirmungs-Objektivlinse durch ein Lorenz-Elektronenmikroskop realisieren kann. In einem gewöhnlichen Foucault-Verfahren wird ein Crossover bzw. gekreuztes Bündel eines Elektronenstrahls, der durch eine Probe transmittiert wird, mittels einer magnetischen Abschirmungs-Objektivlinse auf einer Objektivblenden-Fläche fokussiert, und eine Ablenkwinkel-Auftrennung des Elektronenstrahls wird durch die Größe und die Einschubposition einer Objektivblende gesteuert. Andererseits wird, im linsenlosen Foucault-Verfahren, die Objektivlinse abgeschaltet (daher ist eine Probe nicht in einem Magnetfeld eingebettet), und das Crossover des die Probe durchlaufenden bzw. transmittierenden Elektronenstrahls wird in einem gewöhnlichen Fall auf eine Blendenfläche ausgewählten Flächenbereichs (eine Bildfläche der Probe vermittels der Objektivlinse in einem gewöhnlichen Fall) mittels eines optischen Bestrahlungssystems anstelle der Objektivlinse fokussiert. Ferner wird eine Ablenkwinkel-Auftrennnung des Elektronenstrahls durch Benutzen der Sichtfeld-begrenzenden Blende durchgeführt. Das Verfahren der Verwendung eines Fokussierungssystems zum Beobachten eines Beugungsmusters ist das gleiche wie jenes beim Beobachten eines Proben-Bilds in einem gewöhnlichen Fall, und in einem Fall des Beobachtens eines Bilds der Probe wird das Bild der Probe fokussiert, indem ein Zustand des Benutzens jedweder der zum optischen Fokussierungssystem gehörenden Linsen als eine schwache Anregung ausgestaltet wird. 4 und 5 zeigen die zwei optischen Systeme. 4 zeigt ein optisches Beobachtungssystem für das Foucault-Bild der Probe, und 5 zeigt ein optisches Beobachtungssystem für ein Beugungsmuster der Probe. Weiterhin ist das optische Beugungsmuster-Beobachtungssystem ein optisches System, das zum Beobachten der Kleinwinkel-Beugung-Beobachtung wirksam ist. Eine Beschreibung wird später auch in Bezug auf das optische System angegeben.
  • In dem linsenlosen Foucault-Verfahren, wie in 4 gezeigt, wird veranlasst, dass sich die Crossovers (11, 13) mit einer Position einer Blende ausgewählten Flächenbereichs 65 beim optischen Bestrahlungssystem 4 überdecken. Als ein Ergebnis wird eine Position der Blende ausgewählten Flächenbereichs 65 zu einer Beugungsmuster-Beobachtungsposition der Probe 3, d. h., ein Umkehrungsraum bzw. inverser Raum und die Blende ausgewählten Flächenbereichs 65 können als eine winkelbegrenzende Blende, wie bei der Objektivblende 65, benutzt werden. Inhärent basiert das optische Bestrahlungssystem auf einer von dem optischen Fokussierungssystem unabhängigen Bedienung mit dem Ziel der Steuerung eines Bestrahlungsbereichs des die Probe bestrahlenden Elektronenstrahls und der Winkelausbreitung des Bestrahlungs-Elektronenstrahls. Im linsenlosen optischen Foucault-System spielt jedoch das optische Bestrahlungssystem eine Rolle bei der Bildung des Crossover an einer strikt festgelegten Position an einem unteren Abschnitt bzw. einer Unterseite der Probe, und kann als ein optisches System angesehen werden, welches einen Bedienschritt der Bestrahlung des optischen Systems zum optischen Fokussierungssystem beisteuert.
  • Wenn das Bild der Probe beobachtet wird, wie in 4 gezeigt, wird das Bild mittels einer ersten Abbildungslinse 61 unterhalb der Objektivlinse 5 fokussiert. Die Arbeitsweise der ersten Abbildungslinse ist eine Kontraktions-Fokussierung, ähnlich zu jener beim Beobachten eines Flussquants. Ein Expansionsbild wird mittels eines Fokussierungssystems an und nach der zweiten Abbildungslinse erhalten, und eine maximale Verstärkung erreicht den Wert einer etwa 10000-fachen Verstärkung durch ein vierstufiges optisches Fokussierungssystem (drei Abbildungslinsen + eine Projektionslinse). Um die Blende ausgewählten Flächenbereichs an einer relevanten Position im Elektronen-Beugungsmuster als eine winkelbegrenzende Blende anzuordnen, ist es notwendig, die Beobachtung in einem Zustand der Expansion eines Beugungsmusters, d. h. durch eine große Kameralänge, vorzunehmen.
  • Die 5 zeigt ein optisches System bei der Beobachtung eines Beugungsmusters. Im Vergleich zu dem optischen System, wenn ein Bild der Probe von 4 beobachtet wird, handelt es sich bei diesem um ein optisches System, das die erste Abbildungslinse 61 stark anregt und das eine Position der Blende ausgewählten Flächenbereichs 65 expandiert, um zu einem Fokussierungssystem an und nach der zweiten Abbildungslinse voranzuschreiten. Eine Distanz von einer Position der Probe 3 bis zu einer Position der Blende ausgewählten Flächenbereichs 65 entspricht einer Kameralänge, erhalten bei direktem Voranschreiten des Elektronenstrahls. Die Distanz beträgt etwa 100 bis 200 mm in einem gewöhnlichen Transmissionselektronenmikroskop. Somit ist es einfach, die Distanz mittels eines optischen Fokussierungssystems an einer späteren Stufe (etwa 10000-fach) zu expandieren, und daher kann als Ergebnis eine große Kameralänge in einer Kilometer-Größenordnung erzielt werden. Dieser Wert ist ein Wert, der 1000- bis 10000-fach größer ist als die Kameralänge eines konventionellen Transmissionselektronenmikroskops. Das heißt, das linsenlose optische Foucault-System ist ein optisches System, das auch für die Kleinwinkel-Elektronenbeugungsmuster-Beobachtung effektiv ist.
  • Da das optische Bestrahlungssystem für den Fokussierungsvorgang verwendet wird, wird nebenher eine Begrenzung im Freiheitsgrad des Flächenbereichs der Bestrahlung der Probe herbeigeführt. Als einfachstes Verfahren für eine diesbezügliche Gegenmaßnahme wird eine angemessene Größe der Blende 45 im optischen Bestrahlungssystem ausgewählt und verwendet. Falls eine noch detailliertere Arbeitsweise nötig ist, kann eine Bestrahlungsblende 44 für STEM für ein Mikroskop verwendet werden, bei dem eine Objektblende 55 oder ein Rasterelektronenmikroskop(STEM)-Modus vorbereitet wird. Die 4 und 5 stellen die jeweiligen Blenden dar. Eine Beschreibung von Verfahren zur Benutzung der Blenden wird in den nachstehenden Ausführungsformen angegeben.
  • Obwohl es im Allgemeinen so ist, dass das optische System mittels mehrerer Elektronenlinsen konfiguriert ist, können bei adäquater Justierung des Elektronenlinsensystems ferner ein Bestrahlungsflächenbereich und ein Bestrahlungswinkel eines Elektronenstrahls auf die Probe kontinuierlich geändert werden. In Bezug auf eine Sichtfeld-Begrenzung für das optische Fokussierungssystem, kann beim Beobachten eines Beugungsmusters (es ist Sorgfalt erforderlich, da dies nicht eine Bestrahlungsregion ist) ferner eine herkömmliche Objektivblende im Austausch dafür eingesetzt werden.
  • Erste Ausführungsform
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Realisierung eines Foucault-Verfahrens in einem Transmissionselektronenmikroskop des Typs zum allgemeinen Gebrauch, das eine Zusatzvorrichtung zum Beobachten einer magnetischen Domänenstruktur (zum Beispiel eine magnetische Abschirmungslinse oder dergleichen) nicht beinhaltet, und es handelt sich dabei um ein Verfahren, in welchem anstelle der Objektivlinse, die einen Strom zum Ausschließen des Einflusses eines Magnetfelds auf eine Probe ausschaltet, ein Crossover an einer Position einer Blende ausgewählten Flächenbereichs mittels eines optischen Bestrahlungssystems fokussiert wird, durch die Blende ein eine magnetische Ablenkung erfahrender Elektronenstrahl zum Aufnehmen oder zum Ausblenden gewählt wird und als ein Foucault-Bild mittels eines optischen Fokussierungssystems an einer späteren Stufe fokussiert und beobachtet wird. Eine Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtung des die Ablenkung erfahrenden Elektronenstrahls und die Foucault-Bild-Beobachtung werden durch Ändern einer Brennweite der ersten Abbildungslinse unterhalb der Objektivlinse bewerkstelligt, und eine Abweichung von einer optischen Achse wird bei dieser Gelegenheit mittels eines Deflektors unterhalb der ersten Abbildungslinse korrigiert.
  • Die 6 zeigt ein repräsentatives optisches System der vorliegenden Erfindung als die erste Ausführungsform. Obwohl es sich bei der 6 um eine Ansicht, die ein linsenloses optisches Foucault-System ähnlich jenem der 4 zeigt, handelt, zeigt die Ansicht ein Betriebsverhalten beim Einbinden eines Deflektors 81 unterhalb der ersten Abbildungslinse 61, und eine Abweichung des die erste Abbildungslinse 61 durchlaufenden Elektronenstrahls wird durch den Deflektor 81 korrigiert. Obwohl die erste Abbildungslinse 61 in schräggestellter Lage dargestellt ist, um zu betonen, dass die erste Abbildungslinse 61 aus der optischen Achse ausgelenkt ist, ist die erste Abbildungslinse 61 tatsächlich nicht mechanisch in dieser Weise geneigt.
  • Außerdem, obwohl in 6 der Deflektor als eine kleine Spule dargestellt ist, dient dies nur der Übersichtlichkeit der Zeichnung. Der Deflektor ist aus mehreren Windungen bzw. Spulen aufgebaut, die um eine magnetische Substanz in der Form einer konzentrischen Röhre, mit der optischen Achse als ihrer Achse, gewickelt sind, um mit der magnetischen Substanz mit der optischen Achse als einer Achse in ähnlicher Weise wie ein herkömmlicher Deflektor verbunden zu sein. Ferner kann der Elektronenstrahl in zwei orthogonalen Richtungen in einer Ebene vertikal zur optischen Achse abgelenkt werden. Das heißt, der Elektronenstrahl kann nicht nur in einer Richtung auf der Papierebene, wie in 6 veranschaulicht, nach links und rechts abgelenkt werden, sondern auch in einer zur Papierebene vertikalen Richtung.
  • In einem Elektronenmikroskop des Typs zum allgemeinen Gebrauch, vor allem einem Elektronenmikroskop hoher Auflösung, wird beim Justieren des optischen Systems, eine solche Justierung vorgenommen, dass ein sonstiges Linsensystem mit der optischen Achse der Objektivlinse durch Zentrieren auf der optischen Achse der Objektivlinse koinzidiert. Dabei handelt es sich um ein Justierungsverfahren, in welchem einer Objektivlinse, welche die Bildqualität der Probe, wie etwa die sphärische Aberration, hauptsächlich beeinflusst, die oberste Priorität eingeräumt wird, und das in der vorliegende Erfindung verwendete Elektronenmikroskop beruht auf der Voraussetzung, dass eine derartige Justierung vorgenommen wird. Im Fall des Ausschaltens der Objektivlinse wird daher der Deflektor unterhalb der ersten Abbildungslinse angeordnet, so dass die Optische-Achse-Justierung unter Einräumung einer Priorität für die erste Abbildungslinse, welche die Probe zuerst fokussiert, vorgenommen wird und derartig durchgeführt wird, dass diese im Zentrum der insgesamten Optische-Achse-Justierung zu liegen kommt.
  • Wenn ein System eines Elektronenmikroskops konfiguriert ist, um den optischen Gegebenheiten des Foucault-Bild-Beobachtungsmodus der Probe (4 oder 6) und des Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus der Probe zu genügen, werden nicht nur eine Brennweite der ersten Abbildungslinse sondern auch die Bedingungen des Einsatzes des Deflektors (Ablenksystem) in den jeweiligen Fällen aufgezeichnet und können durch einen simplen Bedienvorgang umgeschaltet werden, so dass eine Bedienperson das Foucault-Bild und das Kleinwinkel-Beugungsmuster ohne besonderen Arbeitsaufwand betrachten kann.
  • Die 7 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Elektronenmikroskops, das ein optisches System zum Ausführen der vorliegenden Erfindung aufweist. Obwohl die 7 unter Annahme eines Transmissionselektronenmikroskop des Typs zum allgemeinen Gebrauch mit einer Beschleunigungsspannung von 100 kV bis 300 kV veranschaulicht ist, sind die Bauelemente des Elektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenigen der Figur beschränkt.
  • Ausgehend vom Foucault-Bild-Beobachtungsmodus wird eine Elektronenbahn 27 der 7 dargestellt. Dabei wird die Objektivlinse 5 auf AUS geschaltet, und ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt, um zu verdeutlichen, dass die Objektivlinse 5 auf AUS geschaltet ist. Der aus einer Elektronenquelle 1 ausgestoßene Elektronenstrahl 27 wird mittels einer vorbestimmten Spannung durch eine Beschleunigungsröhre 40 beschleunigt und wird durch optische Bestrahlungssysteme (41, 42) auf die Probe 3 auftreffen gelassen. Gemäß eines normalen Beobachtungsverfahrens zur hochauflösenden Bildgebung oder dergleichen, wird zum Beispiel ein Crossover bzw. Strahlenkreuzungspunkt (Abbild der Lichtquelle) auf einer Oberseite der Probe fokussiert, während beim linsenlosen Foucault-Verfahren der Crossover auf einer Position der Blende ausgewählten Flächenbereichs 65 auf einer Unterseite der Probe 3 fokussiert wird. Als Probe 3 wird eine die 180-Grad-magnetische Domänenstruktur aufweisende magnetische Substanz angenommen, und in der Zeichnung ist ein Verhalten veranschaulicht, bei dem der Crossover in Punktflecken getrennt wird. Der abgelenkte Elektronenstrahl, der mittels der Sichtfeld-begrenzenden Blende 65 in einem bestimmten Winkelbereich selektiert und extrahiert wird, wird durch die erste Abbildungslinse 61 transmittiert, danach zum Voranschreiten auf der optischen Achse 2 mittels des Deflektors 81 justiert, durchläuft die Abbildungslinsensysteme (61, 63, 64) an einer späteren Stufe und fokussiert das Foucault-Bild 84 auf der Betrachtungs- und Aufzeichnungsfläche 89. Im Übrigen sind eine Blende des optischen Bestrahlungssystems, eine Objektivblende, eine Bestrahlungsblende für STEM und dergleichen nicht gezeigt. Eine diesbezügliche Erläuterung wird jeweilig bei nachfolgenden Ausführungsformen angegeben.
  • Das auf die Betrachtungs- und Aufzeichnungsfläche 89 fokussierte Foucault-Bild 84 wird in Form von Bilddaten erfasst, indem es ein Beobachtungs-Aufzeichnungsmedium 79 von einer TV-Kamera oder einer CCD-Kamera passiert, über die Steuereinheit 78 zu einer arithmetischen Rechnereinheit 75 gesendet wird und zu einer Bildanzeigevorrichtung 76 ausgegeben wird. Die Bilddaten vor und nach der Verarbeitung werden, zum Beispiel, in einem Bildaufzeichnungsgerät 77 gespeichert. Allerdings ist die vorliegende Anmeldung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Obwohl als das Beobachtungs-Aufzeichnungsmedium 79 auch ein photographischer Film für das Elektronenmikroskop verwendet werden kann, wird in diesem Fall außerdem ein separater Digitalisierungsvorgang der Bilddaten notwendig. In den letzten Jahren fand der Gebrauch von TV-Kameras und CCD-Kameras allgemeine Verbreitung, und daher ist eine Erläuterung unter Annahme der TV-Kamera oder CCD-Kamera gegeben worden, aber die Handhabung der Bilddaten ist nicht auf die Konfiguration von 7 beschränkt.
  • In der 7 sind eine Steuereinheit 19 einer Elektronenkanone, eine Steuereinheit 49 einer Beschleunigungsröhre, eine Steuereinheit 48 einer ersten Bestrahlungslinse, eine Steuereinheit 47 einer zweiten Bestrahlungslinse, eine Steuereinheit 39 eines Proben-Verstellmechanismus oder dergleichen, eine Steuereinheit 59 einer Objektivlinse, eine Steuereinheit 87 einer Sichtfeld-begrenzenden Blende, eine Steuereinheit 69 einer ersten Abbildungslinse, eine Steuereinheit 88 eines Deflektors, eine Steuereinheit 68 einer zweiten Abbildungslinse, eine Steuereinheit 67 einer dritten Abbildungslinse, eine Steuereinheit 66 einer Projektionslinse, eine Betrachtungs- und Aufzeichnungsfläche 89, ein Beobachtungs- und Aufzeichnungsmedium 79, eine Steuereinheit 78 eines Beobachtungs- und Aufzeichnungsmediums, ein Bildaufzeichnungsgerät 77, eine Bildanzeigevorrichtung 76, ein Steuerungssystem-Computer 51 für das gesamte Elektronenmikroskopgerät, ein Bildschirm 52 eines Steuerungssystems, eine Bedientafel 53 eines Steuerungssystems gezeigt. Jedoch sind weder Elektronenmikroskop-Gerät noch -System hierauf beschränkt.
  • Außerdem sind, in einer tatsächlichen Vorrichtung, ein Ablenksystem zum Justieren einer Richtung des Voranschreitens eines Elektronenstrahls, ein Blendenmechanismus zum Begrenzen einer Transmissions-Flächenbereichs eines Elektronenstrahls und dergleichen vorhanden, welche von in der 7 gezeigten Bauelemente verschieden sind. Jedoch werden diese Vorrichtungen in 7 ausgelassen, da die Vorrichtungen nicht in direktem Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehen. Ferner ist ein Elektronenoptiksystem der 7 in einem Vakuumbehältnis 18 integriert und wird kontinuierlich mittels einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Vakuum-Evakuierungssystem ist jedoch nicht gezeigt, da das Vakuum-Evakuierungssystem nicht in direktem Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht. Dasselbe gilt für Auslassungen bei jedweden Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung, wie zutreffend. Zweite Ausführungsform
  • 8 zeigt ein Beispiel einer Bedientafel eines Steuerungssystems, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Für gewöhnlich sind ein Knopf zur Proben-Verstellung (zwei horizontale Richtungen, nämlich X-Richtung und Y-Richtung: 531X, 531Y), ein Verstärkungs-Einstellknopf 532, ein Bestrahlungsflächen-Einstellknopf 533, ein Bestrahlungssystem-Ablenkungseinstellknopf 534, ein Fokus-Einstellknopf 535 und dergleichen auf der Bedientafel 53 angeordnet. Diese werden häufig beim Bedienen eines Elektronenmikroskops verwendet, und zwar sogar bei einem Elektronenmikroskop, das durch den Steuerungssystem-Computer gesteuert wird. Sie sind auf der Bedientafel installiert, um so den Arbeitsaufwand beim Betrieb durch eine Bedienperson zu verringern.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen Knöpfen oder dergleichen, ist die Bedientafel 53 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Justier-Stoppeinrichtung 539 für das optische Bestrahlungssystem sowie der Stoppauslösungs-Bedieneinrichtung 538 dafür ausgestattet. Im linsenlosen Foucault-Verfahren, wie oben beschrieben, müssen Crossovers an einer Position einer Blende auf einer Unterseite einer Probe (in einen herkömmlichen Elektronenmikroskop, Sichtfeld-begrenzende Blende) mittels Verwendung des optischen Bestrahlungssystems fokussiert werden. Nach Bestätigen eines Zustands eines optischen Fokussierungssystems, muss deshalb das optische Bestrahlungssystem einen Zustand, in ähnlicher Weise zum optischen Fokussierungssystem, fixieren und sollte den Zustand nicht ändern. In einem gewöhnlichen Elektronenmikroskop, wie oben beschrieben, kann das optische Bestrahlungssystem allerdings unabhängig von und mit Priorität gegenüber sonstiger Bedienung zum Justieren einer Bestrahlungsfläche, eines Bestrahlungswinkels oder dergleichen eines Elektronenstrahls, der auf eine Probe gestrahlt wird, bedient werden. Daher kommt es im linsenlosen Foucault-Verfahren häufig dazu, dass nach dem Bestätigen des Zustands des optischen Fokussierungssystems das optische Bestrahlungssystem fehlerhaft bzw. irrtümlich bedient wird, und somit eine Neujustierung des gesamten optischen Systems vorgenommen werden muss.
  • Zur Verhinderung der oben erwähnten fehlerhaften Bedienung ist deshalb eine Einrichtung zum Stoppen einer Änderung am optischen Bestrahlungssystems und Neustarten einer Justierung des gestoppten optischen Bestrahlungssystems in einem nachfolgenden Bedienschritt mittels eines einfachen Bedienvorgangs vorgesehen. Dadurch kann die Bedienperson des Elektronenstrahls eine Beobachtung mittels des linsenlosen Foucault-Verfahrens ohne irgendeinen besonderen Arbeitsaufwand durchführen. Obwohl in 8 die Justier-Stoppeinrichtung 539 und die Stoppauslösungs-Bedieneinrichtung 538 des optischen Bestrahlungssystems jeweils als eine Knopfgestalt aufweisende Bedienelemente dargestellt sind, ist die vorliegende Anmeldung dabei nicht auf das Bedienverfahren und die Bedienelement-Gestalt beschränkt.
  • Dritte Ausführungsform
  • Die 9 zeigt ein Beispiel der Bedientafel 53 des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Steuerungssystems, welches von jenem der zweiten Ausführungsform verschieden ist. Die Gestaltung der Bedientafel 53, der Steuerungsknöpfe und dergleichen, einschließlich der Justier-Stoppeinrichtung 539 und der Stoppauslösungs-Bedieneinrichtung 538 des optischen Bestrahlungssystems (531X, 531Y, 532, 533, 534, 535), sind ähnlich zu denjenigen der 8. Zusätzlich dazu ist in der 9 ein Betriebsverhalten bei der Hinzufügung eines Schaltknopfs für einen Beobachtungsmodus auf der Bedientafel 53 veranschaulicht. Auf der Bedientafel 53 eines herkömmlichen Elektronenmikroskops sind Einrichtungen (sukzessive 527, 528, 529) zum Aufbau eines optischen Systems gemäß der jeweiligen Objekte der Beobachtung, wie etwa eines Bildbeobachtungsmodus, eines Niederverstärkungs-Bildbeobachtungsmodus, eines Beugungsmuster-Beobachtungsmodus und dergleichen, für einen einfachen Bedienvorgang vorgesehen.
  • Zusätzlich zu dem Knopf und dergleichen, wie oben beschrieben, sind bei der Bedientafel 53 der vorliegenden Erfindung, Einrichtungen 536 zum Aufbauen eines optischen Systems für den Foucault-Bild-Beobachtungsmodus im linsenlosen Foucault-Verfahren und Einrichtungen 537 zum Aufbauen des optischen Systems des Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus hinzugefügt. Vermittels dieser Einrichtungen können zum Beispiel die zwei optischen Systeme von 4 und 5 durch einen einfachen Bedienvorgang umgeschaltet werden. In den jeweiligen Modi wird dabei das Voranschreiten bzw. die Ausbreitung eines Elektronenstrahls in natürlicher Weise mittels eines Deflektors justiert, um entlang der optischen Achse zu verlaufen.
  • Eine Bedienperson des Elektronenmikroskops kann eine Beobachtung durch das linsenlose Foucault-Verfahren dank des Einbauens von Schalteinrichtungen für den Foucault-Bild-Beobachtungsmodus und den Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus ohne besonderen Aufwand durchführen. Obwohl in 9, Einrichtungen 536 zum Aufbau eines optischen Systems für den Foucault-Bild-Beobachtungsmodus und Einrichtungen 537 zum Aufbau eines optischen Systems für den Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus jeweils als eine Knopfgestalt aufweisende Bedienelemente dargestellt sind, ist die vorliegende Anmeldung dabei nicht auf das Bedienerfahren und die Bedienelement-Gestalt beschränkt. Vierte Ausführungsform
  • Die 10 zeigt ein optisches System eines gesamten Elektronenmikroskops, welches als Beispiel des Foucault-Bild-Beobachtungmodus dient, und 11 zeigt ein optisches System eines gesamten Elektronenmikroskops, welches als jeweiliges Beispiel des Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus dient. Wenngleich Oberseiten der ersten Abbildungslinse 61 von 10 und 11 jeweils ähnlich zu denjenigen aus 4 und 5 sind, werden in der 10 und 11 Elektronenlinsen (62, 63, 64) an einer späteren Stufe der zweiten Abbildungslinse 62, eine Blende 45 eines optischen Bestrahlungssystems, eine Bestrahlungsblende 44 für STEM, eine Objektivblende 55 und eine Sichtfeld-begrenzende Blende 65 deutlich beschrieben. Das Umschalten des optischen Systems durch Schalten des Modus, das in der dritten Ausführungsform beschrieben ist, entspricht dem Schaltvorgang bei 10 und 11.
  • Beim Schalten der oben beschriebenen Modi besteht, im Foucault-Bild Beobachtungsmodus, eine Beliebigkeit bei der Wahl einer Verstärkung eines Bilds, und es besteht Beliebigkeit bei der Wahl einer Kameralänge im Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus. Das heißt, wenn eine hauptsächlich für das Umschalten von Modi zuständige Linse die erste Abbildungslinse ist, ist eine hauptsächlich für eine Verstärkung bzw. eine Kameralänge zuständige Linse die dritte Abbildungslinse, und daher muss beim Umschalten der Modi bestimmt werden, wie die Verstärkung und die Kameralänge, das heißt, ein Zustand der dritten Abbildungslinse, zu wählen sind. Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung der Betrieb bzw. Bedienungsvorgang so gesteuert, dass der Betrieb zu einer letzten Verstärkung oder einer letzten Kameralänge zurückkehrt, bei welchen dem Modus bei einem vorangehenden Durchgang entsprochen wurde. Ferner modifiziert die Bedienung dabei die Verstärkung und die Kameralänge neu auf für den Beobachtungszustand geeignete Werte, ausgehend von dem Ursprungszustand, zu dem zurückgekehrt wurde. Ein von einer Bedienperson gewünschter Beobachtungszustand wird schließlich durch Wiederholen eines solchen Bedienvorgangs erreicht.
  • Die jeweiligen Linsenbedingungen und der Betriebszustand des Deflektors im oben beschriebenen Modus werden im Rechnersystem-Computer gespeichert, und Betriebszustände bei einem vorangehenden Durchgang oder der Erst-Betriebszustand können nach Bedarf unverzüglich reproduziert werden.
  • Wenngleich der Linsenzustand und der Betriebszustand des Deflektors häufig durch zu Spulenwindungen der betreffenden Elektronenlinsen und Deflektoren fließende Ströme gesteuert werden, wie in 10 und 11 gezeigt, werden überdies auch die Position und der Blendendurchmesser der Blende zu wichtigen Betriebsbedingungen im Foucault-Verfahren. Zum Beispiel zeigen 10 und 11 ein Betriebsverhalten, bei dem die Blende 45 des optischen Bestrahlungssystems eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsfläche auf der Probe 3 bestimmt. Das heißt, beim Modus-Umschalten ist es eine Grundlage der Steuerung, dass die Position und der Blendendurchmesser der Blende 45 des optischen Bestrahlungssystems nicht geändert werden.
  • Beim Ändern der Verstärkung des Bilds im Foucault-Bild-Beobachtungsmodus, und beim Ändern der Kameralänge im Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus, ist nicht die erste Abbildungslinse für die Modusänderung zuständig, sondern die anderen Abbildungslinsen sind für die Modusänderung zuständig. Hauptsächlich, ist das optische System aber so konfiguriert, dass die dritte Abbildungslinse für die Änderungen zuständig ist. Betriebsbedingungen aller Linsen und aller Deflektoren bei den jeweiligen Vergrößerungen und den jeweiligen Kameralängen werden memoriert, und das optische System kann durch Auslesen der entsprechenden Linsendaten und dergleichen in den jeweiligen Fällen konfiguriert werden. Dabei wird in einem Fall, in welchem die Probe umgeschaltet wird oder der Beobachtungs-Azimut durch Neigen der Probe geändert wird, die Behandlungsweise der Probe aus dem vorher memorierten Bedingungszustand verschoben. Die Verschiebung wird mittels der ersten Abbildungslinse, zunächst im Bedienungsschritt des Justierens des optischen Systems, feinjustiert. Deshalb wird der Linsenzustand, d. h. die Brennweite der ersten Abbildungslinse, nicht geändert, selbst bei Änderung der Verstärkung durch die dritte Abbildungslinse oder Änderung der Kameralänge, wie oben beschrieben. Obwohl der Zustand der ersten Abbildungslinse in Übereinstimmung mit der Änderung des Linsenzustands der anderen Abbildungslinse, wie der dritten Abbildungslinse, modifiziert werden muss, wird dies als ein kleiner Betrag festgelegt, und daher wird die Brennpunktdistanz der ersten Abbildungslinse selbst in einem Fall nicht geändert, bei dem die Brennweite der anderen Abbildungslinse, wie der dritten Abbildungslinse oder dergleichen, geändert wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Zum Beispiel sind die Fokus-Justierknöpfe auf der in 8 und 9 gezeigten Bedientafel die Knöpfe, welche für das Justieren des Fokus des Bilds der Probe und das Justieren des Fokus des Beugungsmusters der Probe zuständig sind, und die tatsächlich steuernde Elektronenlinse unterscheidet sich je nach dem Modus. Obwohl im Bild-Beobachtungsmodus die Brennweitendistanz der Objektivlinse geändert wird, wird zum Beispiel im Niederverstärkungs-Bildbeobachtungsmodus die Brennweite der ersten Abbildungslinse oder der zweiten Abbildungslinse (je nach optischem System) geändert, und im Beugungsmuster-Beobachtungsmodus wird die Brennweite der ersten Abbildungslinse geändert. Dies wird mittels eines als ”Fokusjustierung für zu betrachtendes Objekt” bezeichneten Bedientafel-Anwendungsverfahrens bewirkt, und der Elektronenmikroskop-Bediener kann eine Justierung mit Augenmerk nur auf ein zu betrachtendes Objekt (Bild oder Beugungsmuster) vornehmen, ohne darauf zu achten, welche Linse justiert werden muss.
  • In der vorliegenden Erfindung ist zudem vorgesehen, dass im Foucault-Bild-Beobachtungsmodus die erste Abbildungslinse betätigt werden kann, und auch im Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus ist vorgesehen, dass die erste Abbildungslinse betätigt werden kann, und zwar jeweils mithilfe des Fokus-Justierknopfs. Dadurch kann die Bedienperson des Elektronenmikroskops, auch im linsenlosen Foucault-Verfahren, ein effizientes Beobachtungsexperiment ohne aufwendiges Beachten, welche Linse zu justieren ist, durchführen. Sechste Ausführungsform
  • Die 12, 13, 14 und 15 zeigen die Verwendung der Vorrichtung in einem Fall der zusätzlichen Nutzung eines Energie-Analysators im Foucault-Bild-Beobachtungsmodus oder im Klein-Beugungsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl ein Energieverlust-Spektrograph (EELS) als der Energie-Analysator angenommen wird, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, so lange der Analysator zusammen mit dem Transmissionselektronenmikroskop eingesetzt werden kann, und die vorliegende Anmeldung ist nicht auf den Elektronen-Energieverlust-Spektrographen (EELS) beschränkt.
  • Die 12 zeigt ein Betriebsverhalten beim Messen eines Energiespektrums 98 eines Elektronenstrahls durch Einführen der Elektronenstrahl-Fokussierung des Foucault-Bilds 84 auf den EELS 95. Das Energiespektrum 98 wird nur durch den Elektronenstrahl, der einen jeweiligen Ablenkwinkel aufweist, erhalten. Das heißt, zum Beispiel, in einem Fall, bei dem ein gewisses Element, vorhanden an einer jeweiligen magnetischen Domäne, aufweisend eine Wirkung des Ablenkens eines Elektronenstrahls in einer gewissen bestimmten Richtung, ausgesondert wird, können die Art des Elements und das Vorhandensein einer Segregation aufgeklärt werden. Spektren für jeweilige magnetische Domänen können durch das Verfahren gemessen werden, und Erkenntnisse hinsichtlich einer Beziehung zwischen einer magnetischen Domänenstruktur und der Elementverteilung können gewonnen werden. Die 12 zeigt ein optisches System, bei dem ein Foucault-Bild mittels eines Elektronenmikroskops fokussiert und danach das Foucault-Bild in einen EELS eingeführt wird.
  • Obwohl die 13 dahingehend gleich zu 12 ist, dass ein Elektronenstrahl, der das Foucault-Bild 84 fokussiert, nach dem Fokussieren des Foucault-Bilds 84 in einen EELS 95 eingeführt wird, handelt es sich hierbei um ein Beispiel des Beobachtens eines Bilds 99 mittels eines Energieverlust-Elektrons unter Verwendung eines Elektronenoptiksystems 97 des EELS. Im optischen Foucault-System, wird nach der Visualisierung des Ablenkwinkels des Elektronenstrahls, eine Energieverteilung des Elektronenstrahls visualisiert. Das heißt, nicht nur die magnetische Domänenstruktur, sondern eine Verteilungsdichte des segregierten Elements in der magnetischen Domäne wird visualisiert.
  • 14 zeigt an Beispiel, in welchem ein Elektronenstrahl, der keine Ablenkung erfährt, als das Foucault-Bild 85 fokussiert wird, wonach der Elektronenstrahl in den EELS 95 eingeführt wird und ein Bild 96 durch ein Energieverlust-Elektron beobachtet wird. In einem Fall zum Beispiel, bei dem ein nichtmagnetisches Korn in der Probe 3 vorhanden ist, kann nicht nur das Korn als das Foucault-Bild 85 identifiziert werden, sondern es können Erkenntnisse hinsichtlich der Element-Art in dem Korn aus dem Energiespektrum 98 gewonnen werden, ebenso wie Erkenntnisse hinsichtlich der Verteilung eines spezifischen Elements in dem nichtmagnetischen Korn aus dem Bild 96 mittels des Energieverlust-Elektrons gewonnen werden können.
  • Die 15 zeigt ein Beispiel, in welchem das Kleinwinkel-Beugungsmuster 82 mittels des Elektronenmikroskops fokussiert wird, wonach ein besonderer Beugungspunkt (Crossover 11 in 15) in den EELS 95 eingeführt wird. Obwohl in 15 das Energiespektrum 98 als ein Beispiel einer Messung gezeigt ist, kann das Bild 99 durch das Energieverlust-Elektron auch auf dem Wege des Verwendens des Elektronenoptiksystems 97 des EELS betrachtet werden. Die Erkenntnisse und die erhaltene Charakteristik sind ähnlich zu denjenigen, die in 12 bis 14 beschrieben sind. Ein Verhalten beim Betreiben des Deflektors 81 ist zum Übertragen der Beugungspunktflecken (11, 13 und dergleichen) im Beugungsmuster 82 zum EELS 95 veranschaulicht. Obwohl der Deflektor 81 mit einer zweistufigen Struktur exemplifiziert wird, die von jener der 6 verschieden ist, ist die vorliegende Anmeldung ferner nicht hierauf beschränkt.
  • Wie oben beschrieben, unterscheidet sich die Verwendung von beiden, des linsenlosen Foucault-Verfahrens als auch des Energie-Analysators, wie durch 12 bis 15 erläutert, hinsichtlich eines Verfahrens zum Kombinieren des optischen Systems, das gemäß eines zu beobachtenden und messenden Objekts angewandt wird, und der Ablenkwinkelverteilung bei dieser Gelegenheit. Ein Experiment mit einer optimalen Kombination kann in Übereinstimmung mit den experimentellen Gegebenheiten durchgeführt werden.
  • Siebte Ausführungsform
  • 16 zeigt an Beispiel für ein optisches System eines gesamten Elektronenmikroskops, welches sich von der 10 für das Foucault-Bild des Beobachtungsmodus unterscheidet. Obwohl die 16 dahingehend gleich wie 10 ist, dass ein Bestrahlungsbereich der Probe 3 mittels des Elektronenstrahls durch die Blende 45 des optischen Bestrahlungssystems bestimmt wird, unterscheidet sich die 16 von der 10 darin, dass räumliche Bereiche von Elektronenstrahlen zur Fokussierung von Crossovers (11, 13) nach dem Durchlaufen der Probe durch die Objektivblende 55 bestimmt werden. In einem Fall der 16 erreicht die Objektivblende 55 einen Betrieb, ähnlich zu jenem der Blende mit ausgewähltem Flächenbereich in einem Fall eines gewöhnlichen Elektronenmikroskops. Das heißt, durch Begrenzung der räumlichen Bereiche der Elektronenstrahlen, eingebracht in das Abbildungslinsensystem (61, 62, 63, 64) an einer späteren Stufe der Probe, zum Beispiel, unter Verwendung des signifikanten Erfahrens eines Aberrations-Einflusses, kann ein Ausblenden eines Elektronenstrahls in einen Bereich, der nicht beobachtet werden muss, vorab durchgeführt werden. Die Raumbereichs-Begrenzung der Elektronenstrahlen kann einigermaßen unabhängig von dem Aufstrahlen des Elektronenstrahls auf die Probe 3 vorgenommen werden, und daher wird die Proben-Bestrahlungsbedingung des Elektronenstrahls nicht geändert. Deshalb verursacht die Steuerung der Beobachtungsgegebenheiten durch Ändern der Objektivblende 55 nicht ein neues Proben-Abdriften oder dergleichen.
  • Achte Ausführungsform
  • Die 17 zeigt ein Beispiel eines optischen Systems eines gesamten Elektronenmikroskops, das von jenem der 16 verschieden ist. Die 17 zeigt ein Beispiel der Steuerung eines räumlichen Bereichs eines ausgestrahlten Elektronenstrahls mittels Verwendung einer Bestrahlungsblende 44 für STEM, angeordnet zwischen dem optischen Bestrahlungssystem (41, 42) und der Probe 3 in einem Transmissionselektronenmikroskop mit einem STEM-Modus. In der Bestrahlungsblende 44 für STEM können Ausmaß und Bereich eines die Probe 3 bestrahlenden Elektronenstrahls direkt gesteuert werden, und deshalb ist diese zum Beispiel eine effektive Blende, wenn das Bestrahlungsausmaß eines Elektronenstrahls im linsenlosen Foucault-Verfahren beim Betrachten einer biologischen Probe gesteuert werden soll. Der Bestrahlungsbereich kann in Details geändert werden, wenn die Blende 45 des Bestrahlungssystems zusammen damit benutzt wird.
  • Neunte Ausführungsform
  • Im Normalfall werden in der Elektronenstrahlholographie häufig eine Blende ausgewählten Flächenbereichs und ein Elektronenstrahl-Doppelprisma verwendet oder zur Verwendung ausgetauscht. Das heißt, auch in der vorliegenden Erfindung kann ein Elektronenstrahl-Doppelprisma an einer Position der Fokussierung des Crossover (Abbild der Lichtquelle) (Position der Blende ausgewählten Flächenbereichs) durch das optische Bestrahlungssystem angeordnet werden. Selbst in einem optischen System, das keine Objektivlinse verwendet, kann dadurch das Doppel-Foucault-Verfahren (Patentliteratur 1) (Nichtpatentliteratur 2) ausgeführt werden. Darüber hinaus sind Elektronenstrahlholographie und ein Elektronenstrahl-Doppelprisma in der Patentliteratur 1, der Nichtpatentliteratur 2 und der Nichtpatentliteratur 3 beschrieben.
  • In der vorliegenden Erfindung zeigt die 18 ein optisches System in einem Fall der Ausführung eines Doppel-Foucault-Verfahrens. Hierbei handelt es sich um ein optisches System, in dem ein Elektronenstrahl, der eine Ablenkung bei Transmission der Probe 3 erfährt, nicht zur Aufnahme oder Ausblendung selektiert wird, sondern ferner durch ein Elektronenstrahl-Doppelprisma 9 eine Ablenkung ausgeübt oder eine Ablenkung beschränkt wird, und Elektronenstrahlen, die jeweilig Ablenkungen durch die Probe 3 erfahren, individuell an verschiedenen Positionen auf der Betrachtungs- und Aufzeichnungsfläche 89 fokussiert werden. Das heißt, die zwei Foucault-Bilder (841, 842) werden gleichzeitig beobachtet. Obwohl in 18, als ein Beispiel, ein Beispiel des Anlegens einer negativen Spannung an eine Filamentelektrode 91 des Elektronenstrahl-Doppelprismas 9 beschrieben ist, besteht keine Beschränkung hinsichtlich Positivität oder Negativität der angelegten Spannung. In einem Fall, bei dem die Positivität und Negativität der angelegten Spannung invertiert werden, werden lediglich die Verortungen der zwei beobachten Foucault-Bilder in der Links-Rechts-Richtung vertauscht. Obwohl das Doppel-Foucault-Verfahren ein auf einem neuen Konzept einer Beobachtung von ”Einem-Spiegel-Zwei-Bildern” bzw. zwei einfach gespiegelten Bildern basierendes Beobachtungsverfahren ist, kann die Methode ebenfalls in der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
  • Zehnte Ausführungsform
  • Ein Ergebnis eines Experiments, ausgeführt in Hinsicht auf die vorliegende Erfindung, wird beschrieben. Das verwendete Elektronenmikroskop ist ein von Hitachi High Technologies Corporation hergestelltes HF-3300 Hochauflösungs-Transmissionselektronenmikroskop (Beschleunigungsspannung 300 kV) und ist vom Typ zum allgemeinen Gebrauch. 4 und 5, oder 6 und 5, wenn mit Einbindung eines Ablenkungssystem zum Justieren einer optischen Achse beschrieben, waren angepasst, um durch einen Einzel-Bedienungsschritt geschaltet zu werden. Das heißt, der Bild-Beobachtungsmodus einer Probe und der Beugungsmuster-Beobachtungsmodus der Probe waren angepasst, um in einem einzelnen Bedienvorgang mit einer vorzüglichen Reproduzierbarkeit umgeschaltet zu werden. In der Beschreibung eines gesamten Elektronenlinsensystems findet dies ferner eine Entsprechung in 9 und 10. Eine der Beobachtung unterzogene Probe ist eine dünne Schicht des Materials La0,75Sr0,25MnO3 (LSMO) aus der Manganoxidgruppe, und bekanntermaßen ist ein Zwillingskristall ausgebildet, und es liegt eine Konfiguration aus einer 180-Grad-Konversion aufweisenden magnetischen Domänenstruktur und einer 90° aufweisenden magnetischen Domänenstruktur vor.
  • Die 19 zeigt ein Fresnel-Bild von LSMO. Das Bezugszeichen A bezeichnet ein Bild bei Unterfokussierung (unzureichender Brennpunkt), Bezugszeichen B bezeichnet ein Bild im Fokus (regulärer Brennpunkt), und Bezugszeichen C bezeichnet ein Bild bei Überfokussierung (übermäßiger Brennpunkt). Was von oben rechts hinüber nach links-rechts in den jeweiligen Abbildungen als bandenartige Formen erscheint, sind magnetische Domänen, die jeweilig in inversen Richtungen magnetisiert sind, und es ist aus anderen Erkenntnissen bekannt, dass ein Bereich der Beobachtung der Probe durch eine 180-Grad-magnetische Domänenstruktur konfiguriert ist. Bei den linearen Kontrasten 72, welche man an den Grenzabschnitten der bandenartigen Flächen in den 19A und 19C erkennt, handelt es sich um magnetische Wände. Es ist zu ersehen, dass die linearen Kontraste 72 derselben Abschnitte in dem Unterfokussierungs-Bild A und dem Überfokussierungs-Bild C invertiert sind. Außerdem sind die linearen Kontraste 72 auch an zusammenhängenden Grenzabschnitten in der 19A, oder in zusammenhängenden Grenzabschnitten in 19C invertiert. Es ist zu ersehen, dass der Kontrast 72 des Fresnel-Bilds des magnetischen Wandabschnitts durch die Fokussierung und die Anordnung der magnetischen Domänen geändert wird. Diesbezüglich sind die Einzelheiten in 1 und 2 erläutert worden.
  • Weitere Kontraste in 19, zum Beispiel schwarze Streifenmuster in einer muskelähnlichen Gestalt, sind in einer Richtung von oben nach unten in den zentralen Abschnitten der Abbildung A bis C in der 19 festzustellen. Dies ist ein gleich geneigtes Interferenzmuster und ist ein Kontrast, der durch Deformierung der Proben-Dünnschicht um ungefähr den Bragg-Winkel in einem Kristall verursacht wird. Obwohl ein Bruch in dem gleich geneigten Interferenzmuster beobachtet wird, zeigt dies, dass der Bruchbereich eine Grenze eines Zwillings ist. Aus dem oben geschilderten Beobachtungsergebnis ist zu ersehen, dass die magnetische Wand entlang der Zwillingsgrenze läuft. Auf diese Weise kann in der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine magnetische Wand bequem mithilfe des Fresnel-Verfahrens visualisiert werden.
  • Die 20 zeigt ein Beispiel der Beobachtung des Foucault-Bilds (im Fokus) an derselben Stelle wie jener von 19, und 21 zeigt ein Kleinwinkel-Elektronenbeugungsmuster, das zum Konfigurieren des Foucault-Bilds der 20 benutzt wird. Die Kameralänge beim Aufzeichnen des Kleinwinkel-Beugungsmusters in 21 beträgt etwa 150 m, und es entsteht ein vergrößertes Bild mit etwa 200-facher Vergrößerung im Vergleich zu jenem bei Betrachtung eines gewöhnlichen Bragg-Beugungsmusters. Daher muss beachtet werden, dass sich zudem eine Winkelskala in einem Beugungsmuster von 10–5 rad ergibt.
  • Im Kleinwinkel-Beugungsmuster von 21 wird der Beugungspunkt unter Schlierenbildung in zwei Teile aufgetrennt. Es ist zu ersehen, dass die eine 180-Grad-Inversion aufweisende magnetische Domänengrenze zu einer magnetischen Bloch-Wand wird, da die Schliere in einer linearen Form vorliegt. Die 20A zeigt ein Foucault-Bild, das von einem Beugungspunkt auf der Seite oben links in 21 beobachtet wurde, und 20B zeigt ein Foucault-Bild, das von einem Beugungspunkt auf der Seite rechts unten beobachtet wurde. Die Kontraste (71, 73) sind jeweils mit Zwillings-Grenzen als Grenzen invertiert, und es ist zu ersehen, dass die 180 Grad Inversion aufweisende magnetische Domänenstruktur, in der die magnetischen Domänen abwechselnd angeordnet sind, als Konfiguration vorliegt.
  • Auf diese Weise kann, gemäß dem linsenlosen Foucault Verfahren, das Kleinwinkel-Beugungsmuster desselben Sichtfelds auch zusammen mit dem Foucault-Bild beobachtet werden, und daher kann man mehr experimentelle Erkenntnisse als das Fresnel-Bild erhalten.
  • Auf diese Weise kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, sogar ein hochauflösendes Elektronenmikroskop des Typs zum allgemeinen Gebrauch die magnetischen Domänen durch das Foucault-Verfahren direkt visualisieren (siehe 20). Wenn die magnetische Wand mittels des Foucault-Bilds beobachtet wird, kann auch das Kleinwinkel-Beugungsmuster bequem beobachtet werden, und der Kleinwinkel-Beugungspunkt kann ausgewählt und extrahiert werden (siehe 21).
  • 22 zeigt ein Fresnel-Bild der 90-Grad/180-Grad-magnetischen Domänenstruktur und das Kleinwinkel-Elektronenbeugungsmuster. Magnetische Zickzack-Wände in vertikaler Richtung sind an zentralen Abschnitten von 22A (Unterfokussierung) und B (Überfokussierung) zu sehen. Dies ist die 180 Grad aufweisende magnetische Wand, und lineare Kontraste, welche in Links-Rechts-Richtung von jeweiligen Spitzen der magnetischen Wände in der Zickzack-Gestalt verlaufen, sind die magnetischen Wände mit 90 Grad. Die 22C zeigt Kleinwinkel-Beugungsmuster von Betrachtungsflächen der 22A und B. Die Schlieren, die sich in einer X-förmigen Gestalt in einem zentralen Abschnitt des Beugungsmusters kreuzen, kommen durch die 180 Grad aufweisende magnetische Wand zustande, und eine Schliere, die linke bzw. rechte Beugungspunktflecken in einer Richtung von oben nach unten verbindet, kommt durch die 90 Grad aufweisende magnetische Wand zustande.
  • Die 23 zeigt ein Foucault-Bild der 90 Grad aufweisenden magnetischen Wand, und eine Schliere in einem Klein-Beugungsmuster, die ausgewählt wird, wenn das Foucault-Bild erhalten wird. Die 23A zeigt das Foucault-Bild der 180 Grad aufweisenden magnetischen Wand der X-förmigen Schliere am zentralen Teil des Beugungsmusters. Die 23B zeigt das Foucault-Bild der 90 Grad aufweisenden magnetischen Wand der Schliere auf der linken Seite des Beugungsmusters, und die 23C zeigt das Foucault-Bild der 90 Grad aufweisenden magnetischen Wand der Schliere auf der rechten Seite des Beugungsmusters. Im Foucault-Bild von 23 wird lediglich die magnetische Wand in einer linearen Gestalt visualisiert. Die visualisierte magnetische Wand unterscheidet sich gemäß der ausgewählten Schliere, und eine bestimmte magnetische Wand kann angezielt und beobachtet werden. Auf diese Weise, kann man, sogar im Foucault-Verfahren, von dem angenommen wurde, dass es die magnetische Domäne nur in der üblichen Weise zu beobachten vermag, gemäß des vorliegenden Verfahrens die magnetische Wand direkt im Fokus beobachten. Wenn eine Elementanalyse durch den Energie-Analysator durchgeführt werden kann, lässt sich darüber hinaus, während der Bestätigung das Foucault-Bilds der magnetische Wand, ein in die magnetische Wand abgesondertes Element identifizieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektronenquelle oder Elektronenkanone,
    10
    Abbild der Elektronenquelle (Crossover),
    11
    Abbild der Elektronenquelle oder des Elektronenbeugungspunkts, das durch die Probe in der Richtung nach links oben auf der Papierebene abgelenkt wird,
    13
    Abbild der Elektronenquelle oder des Elektronenbeugungspunkts, das durch die Probe in der Richtung nach rechts oben auf der Papierebene abgelenkt wird,
    18
    Vakuumbehältnis,
    19
    Steuereinheit der Elektronenquelle,
    2
    optische Achse,
    24
    Projektionsfläche,
    25
    Intensitätsverteilung des Elektronenstrahls auf der Projektionsfläche,
    27
    Elektronenstrahl oder Bahn bzw. Aufenthaltsraum des Elektronenstrahls,
    3
    Probe,
    31, 33
    magnetische Domänen,
    32
    magnetische Wand,
    35
    Fokusposition auf unterer Seite der Probe,
    36
    Fokusposition auf Oberseite der Probe,
    39
    Steuereinheit für die Probe,
    4
    optisches Bestrahlungssystem (Linsensystem),
    40
    Beschleunigungsröhre,
    41
    erste Bestrahlungslinse,
    42
    zweite Bestrahlungslinse,
    44
    Bestrahlungsblende für STEM,
    45
    Blende des optischen Bestrahlungssystems,
    47
    Steuereinheit der zweiten Bestrahlungslinse,
    48
    Steuereinheit der ersten Bestrahlungslinse,
    49
    Steuereinheit der Beschleunigungsröhre,
    5
    Objektivlinse,
    51
    Steuerungssystem-Computer,
    52
    Bildschirm des Steuerungssystem-Computers,
    527
    Bild-Beobachtungsmodus-Einrichtung,
    528
    Niederverstärkungs-Bildbeobachtungsmodus-Einrichtung,
    529
    Beugungsmuster-Beobachtungsmodus-Einrichtung,
    53
    Bedientafel des Steuerungssystems,
    531X
    Knopf zur Proben-Verstellung in X-Richtung,
    531Y
    Knopf zur Proben-Verstellung in Y-Richtung,
    532
    Verstärkungs-Justierknopf,
    533
    Bestrahlungsregion-Justierknopf,
    534
    Bestrahlungssystem-Ablenkungs-Justierknopf,
    535
    Fokus-Justierknopf,
    536
    Foucault-Bild-Beobachtungsmodus-Einrichtung,
    537
    Kleinwinkel-Beugungsmuster-Beobachtungsmodus-Einrichtung,
    538
    Justier-Stoppauslösung-Einrichtung des optischen Bestrahlungssystems,
    539
    Justier-Stoppeinrichtung des optischen Bestrahlungssystems,
    55
    Objektivblende,
    59
    Steuereinheit der Objektivlinse,
    61
    erste Abbildungslinse,
    62
    zweite Abbildungslinse,
    63
    dritte Abbildungslinse,
    64
    Projektionslinse,
    65
    Blende ausgewählten Flächenbereichs,
    66
    Steuereinheit der Projektionslinse,
    67
    Steuereinheit für dritte Abbildungslinse,
    68
    Steuereinheit für zweite Abbildungslinse,
    69
    Steuereinheit für erste Abbildungslinse,
    71, 73
    Bilder von magnetischen Domänen,
    72
    Bild von magnetischer Wand,
    75
    arithmetische Rechnereinheit,
    76
    Bildanzeigevorrichtung,
    77
    Bildaufzeichnungsgerät,
    78
    Steuereinheit für Beobachtungs-Aufzeichnungsmedium,
    79
    Beobachtungs-Aufzeichnungsmedium,
    8
    Bildfläche der Probe durch Objektivlinse,
    81
    Deflektor,
    82
    Beugungsmuster,
    84
    Foucault-Bild,
    85
    Bild durch Elektronenstrahl, der nicht durch die Probe abgelenkt wird,
    86
    Fresnel-Bild,
    87
    Steuereinheit für Blende ausgewählten Flächenbereichs,
    88
    Steuereinheit des Deflektors,
    89
    Betrachtungs- und Aufzeichnungsfläche,
    90
    Elektronenstrahl-Doppelprisma,
    91
    Filamentelektrode des Elektronenstrahl-Doppelprismas,
    95
    EELS,
    96
    Bild des Energieverlust-Elektrons, das nicht von der Probe abgelenkt wird,
    97
    Elektronenoptiksystem des EELS,
    98
    Energiespektrum,
    99
    Bild des Energieverlust-Elektrons, das eine Ablenkung durch die Probe erfährt.

Claims (16)

  1. Elektronenmikroskop, aufweisend eine Lichtquelle eines Elektronenstrahls, ein optisches Bestrahlungssystem, aufgebaut aus einer Vielzahl von Elektronenlinsen zum Bestrahlen einer Probe mit dem aus der Lichtquelle emittierten Elektronenstrahl, eine zum optischen Bestrahlungssystem gehörende bewegliche Bestrahlungsblende zum Ändern eines Bestrahlungsbetrags des Elektronenstrahls hin zur Probe, eine Proben-Halterungsvorrichtung zum Halten der Probe, die der Elektronenstrahl bestrahlt, ein Abbildungslinsensystem, aufgebaut aus der Vielzahl von Elektronenlinsen zur Fokussierung eines Bilds der Probe oder eines Beugungsmusters der Probe, eine Betrachtungsfläche zum Beobachten des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe durch das Abbildungslinsensystem, und ein Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe, wobei das Elektronenmikroskop Folgendes aufweist: eine bewegliche erste Blende zum selektiven Transmittieren eines Teils des Elektronenstrahls, der die Probe durchläuft, zwischen einer ersten Abbildungslinse, angeordnet an einer obersten, in Laufrichtung des Elektronenstrahls stromaufwärtigen Seite in der zum Abbildungslinsensystem gehörenden Elektronenlinse, und der Proben-Halterungsvorrichtung; und eine Deflektorvorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls zu einer in Laufrichtung des Elektronenstrahls stromabwärtigen Seite der ersten Abbildungslinse, wobei der die Probe durchlaufende Elektronenstrahl mittels des optischen Bestrahlungssystems konvergierend auf die Blende gebündelt wird, eine Achsenabweichung des Elektronenstrahls, erzeugt in Übereinstimmung mit einer Änderung einer Brennweite der ersten Abbildungslinse, durch die Deflektorvorrichtung korrigiert wird, und das Bild der Probe und das Beugungsmuster der Probe durch Ändern der Brennweite der ersten Abbildungslinse beobachtet werden.
  2. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei ein Zustand der Elektronenlinse, zuständig für das Ändern eines Bestrahlungsflächenbereichs des Elektronenstrahls hin zur Probe in der zum optischen Bestrahlungssystem gehörenden Elektronenlinse, durch einen Bedienvorgang seitens einer Bedienperson des Elektronenmikroskops festgelegt wird, und der Zustand der Elektronenlinse, ohne von einem weiteren Bedienvorgang des Elektronenmikroskops abzuhängen, fortgeführt wird, bis der Zustand der Elektronenlinse durch den Bedienvorgang oder einen von dem Bedienvorgang verschiedenen Bedienvorgang freigegeben wird.
  3. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brennweite der ersten Abbildungslinse zum Beobachten des Bilds der Probe, und die Brennweite der ersten Abbildungslinse zum Beobachten des Beugungsmusters der Probe seitens der Bedienperson des Elektronenmikroskops durch einen vom Bedienvorgang gemäß Anspruch 2 verschiedenen Bedienvorgang umgeschaltet werden.
  4. Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei wenn eine Beobachtung des Bilds der Probe und eine Beobachtung des Beugungsmusters der Probe durch den Bedienvorgang gemäß Anspruch 3 umgeschaltet werden, ein Zustand des Abbildungslinsensystems, einschließlich der Deflektorvorrichtung, erforderlich zum Beobachten des Proben-Bilds, und ein Zustand des Abbildungslinsensystems, einschließlich der Deflektorvorrichtung, erforderlich zum Beobachten des Proben-Beugungsmusters, jeweilig aufgezeichnet werden, und die letzten Zustände der Beobachtungen bei einem vorherigen Durchgang in den jeweiligen Beobachtungen durch den Schaltvorgang wiederhergestellt werden.
  5. Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei wenn die Beobachtung des Bilds der Probe und die Beobachtung des Beugungsmusters der Probe durch den Bedienvorgang gemäß Anspruch 3 umgeschaltet werden, die Bestrahlungsblende nicht bewegt wird.
  6. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei wenn irgendein Zustand der Elektronenlinse, verschieden von der ersten Abbildungslinse in der Elektronenlinse, die zu dem Abbildungslinsensystem gehört, geändert wird, die Brennweite der ersten Abbildungslinse nicht geändert wird.
  7. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Brennweite der ersten Abbildungslinse durch Bedienen eines Knopfs oder dergleichen, der auf einer Bedientafel des Elektronenmikroskops angeordnet und zum Zweck des Justierens der Fokussierung des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe enthalten ist, durch ein eindeutig als FOCUS beschriebenes Verfahren in einem Zustand des Beobachtens des Beugungsmusters der Probe geändert werden kann.
  8. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Deflektorvorrichtung den Elektronenstrahl in zwei orthogonalen Richtungen auf einer Ebene vertikal zu einer optischen Achse des Elektronenmikroskops ablenken kann.
  9. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Änderung der Brennweite der ersten Abbildungslinse und Korrektur einer axialen Abweichung des Elektronenstrahls durch die Deflektorvorrichtung konfiguriert sind, um miteinander verzahnt zu erfolgen.
  10. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Elektronenstrahl, der einen Teil oder die Gesamtheit des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe konfiguriert, in einen Energie-Analysator eingeführt wird, und ein Energiespektrum gemessen wird.
  11. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Elektronenstrahl, der einen Teil der Gesamtheit des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe konfiguriert, in den Energie-Analysator eingeführt wird, und das Probenbild oder das Beugungsmuster, welches der Energiespektroskopie unterzogen wurde, erhalten wird.
  12. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine bewegliche dritte Blende zum Begrenzen des Elektronenstrahls, der auf dem Abbildungslinsensystem einfällt, zwischen der Proben-Halterungsvorrichtung und der ersten Blende installiert ist.
  13. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine bewegliche zweite Blende zum Begrenzen des Flächenbereichs des Elektronenstrahls zum Bestrahlen der Probe zwischen der Proben-Halterungsvorrichtung und dem optischen Bestrahlungssystem installiert ist.
  14. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Elektronenstrahl-Doppelprisma an einer Position der Installation der ersten Blende vertikal zu einer optischen Achse angeordnet ist.
  15. Beobachtungsverfahren eines Proben-Bilds oder eines Beugungsmusters, durchgeführt mithilfe eines Elektronenmikroskops, umfassend eine Lichtquelle eines Elektronenstrahls, ein optisches Bestrahlungssystem, aufgebaut aus einer Vielzahl von Elektronenlinsen zum Bestrahlen einer Probe mit einem aus der Lichtquelle emittierten Elektronenstrahl, eine zum optischen Bestrahlungssystem gehörende bewegliche Bestrahlungsblende zum Ändern eines Bestrahlungsbetrags des Elektronenstrahls hin zur Probe, eine Proben-Halterungsvorrichtung zum Halten der Probe, die von dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, ein Abbildungslinsensystem, aufgebaut aus einer Vielzahl von Elektronenlinsen zur Fokussierung eines Bilds der Probe oder eines Beugungsmusters der Probe, eine Betrachtungsfläche zum Beobachten des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe durch das Abbildungslinsensystem, ein Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe, eine bewegliche Blende zum selektiven Hindurchlassen eines Teils des Elektronenstrahls, der die Probe durchläuft, zwischen einer ersten Abbildungslinse, angeordnet an einer ganz obersten, in Laufrichtung des Elektronenstrahls stromaufwärtigen Seite in der zum Abbildungslinsensystem gehörenden Elektronenlinse, und der Proben-Halterungsvorrichtung, und eine Deflektorvorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls auf einer in Laufrichtung des Elektronenstrahls stromabwärtigen Seite der ersten Abbildungslinse, wobei der die Probe durchlaufende Elektronenstrahl mittels des optischen Bestrahlungssystems konvergierend auf die Blende gebündelt wird, eine Achsenabweichung des Elektronenstrahls, erzeugt in Übereinstimmung mit einer Änderung der Brennweite der ersten Abbildungslinse, durch die Deflektorvorrichtung korrigiert wird, und das Bild der Probe und das Beugungsmuster der Probe durch Ändern der Brennweite der ersten Abbildungslinse beobachtet werden.
  16. Energiespektrum-Messverfahren, ausgeführt durch ein Elektronenmikroskop, umfassend eine Lichtquelle eines Elektronenstrahls, ein optisches Bestrahlungssystem, aufgebaut aus einer Vielzahl von Elektronenlinsen zum Bestrahlen einer Probe mit dem aus der Lichtquelle emittierten Elektronenstrahl, eine zum optischen Bestrahlungssystem gehörende bewegliche Bestrahlungsblende zum Ändern eines Bestrahlungsbetrags des Elektronenstrahls hin zur Probe, eine Proben-Halterungsvorrichtung zum Halten der Probe, die von dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, ein Abbildungslinsensystem, aufgebaut aus einer Vielzahl von Elektronenlinsen zur Fokussierung eines Bilds der Probe oder eines Beugungsmusters der Probe, eine Betrachtungsfläche zum Beobachten des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe durch das Abbildungslinsensystem, ein Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe, eine bedienbare Blende zum selektiven Hindurchlassen eines Teils des Elektronenstrahls, der die Probe durchläuft, zwischen einer ersten Abbildungslinse, angeordnet an einer ganz obersten, in Laufrichtung des Elektronenstrahls stromaufwärtigen Seite in der zum Abbildungslinsensystem gehörenden Elektronenlinse, und einer Deflektorvorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls auf einer in Laufrichtung des Elektronenstrahls stromabwärtigen Seite der ersten Abbildungslinse, wobei der die Probe durchlaufende Elektronenstrahl mittels des optischen Bestrahlungssystems konvergierend auf die Blende gebündelt wird, eine Achsenabweichung des Elektronenstrahls, erzeugt in Übereinstimmung mit einer Änderung der Brennweite der ersten Abbildungslinse, durch die Deflektorvorrichtung korrigiert wird, das Bild der Probe und das Beugungsmuster der Probe durch Ändern der Brennweite der ersten Abbildungslinse beobachtet werden, und das Energiespektrum-Messverfahren durch Einführen des Elektronenstrahls, der einen Teil der Gesamtheit des Bilds der Probe oder des Beugungsmusters der Probe konfiguriert, in einen Energie-Analysator durchgeführt wird.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017016755A (ja) * 2015-06-29 2017-01-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
KR101785034B1 (ko) * 2015-09-09 2017-10-12 광주과학기술원 라인 빔을 사용한 레이저 검지 장치 및 이를 이용한 차량정보 인식 방법
CN105869491B (zh) * 2016-05-17 2018-07-10 北京理工大学 一种透射电镜教学模型的装置
DE102017109698A1 (de) * 2017-05-05 2018-11-08 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Bestimmen von Kontextinformation für Wechselkomponenten eines optischen Systems
CN108036739B (zh) * 2017-11-17 2020-01-21 宁波大学 一种基于移动光阑的显微三维测量系统及方法
FR3073956B1 (fr) * 2017-11-22 2019-12-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Methode d'acquisition d'hologrammes par holographie electronique hors axe optique en mode precession
EP3489989B1 (de) * 2017-11-27 2020-07-08 FEI Company Ladungsträgerteilchenmikroskop mit einstellbarer strahlenergiespreizung
JP7228869B2 (ja) * 2018-02-23 2023-02-27 国立大学法人 東京大学 電子顕微鏡及び測定試料の観察方法
EP3550585B1 (de) * 2018-04-05 2021-06-23 FEI Company Untersuchung dynamischer proben in einem transmissionsteilchenmikroskop
CN108508047B (zh) * 2018-06-16 2023-11-21 金华职业技术学院 一种原子束显微装置
JP7193694B2 (ja) 2018-07-26 2022-12-21 国立研究開発法人理化学研究所 電子顕微鏡およびそれを用いた試料観察方法
EP3648138A1 (de) * 2018-10-31 2020-05-06 FEI Company Messung und endpunktbestimmung von probendicken
JP7244829B2 (ja) * 2019-02-22 2023-03-23 株式会社日立製作所 干渉電子顕微鏡
US11101101B2 (en) * 2019-05-15 2021-08-24 Fei Company Laser-based phase plate image contrast manipulation
CN113555267A (zh) * 2021-06-22 2021-10-26 纳境鼎新粒子科技(广州)有限公司 电子显微镜系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5126227B2 (de) 1971-09-21 1976-08-05
JPS60220541A (ja) 1984-04-17 1985-11-05 Jeol Ltd 透過電子顕微鏡
US4851677A (en) * 1984-12-07 1989-07-25 Fuji Photo Co., Ltd. Apparatus for recording and reproducing image produced by an electron microscope including an optical filter and a deflecting element
DE3825103A1 (de) 1988-07-23 1990-01-25 Zeiss Carl Fa Verfahren zum beleuchten eines objektes in einem transmissions-elektronenmikroskop
JP2839683B2 (ja) * 1990-09-27 1998-12-16 日本電子株式会社 フーコー電子顕微鏡
JP4137344B2 (ja) * 2000-04-28 2008-08-20 三菱電機株式会社 車両後部座席用映像表示装置
EP1365229B1 (de) * 2001-02-28 2012-12-12 Hitachi, Ltd. Elektronen-Nano-Diffraktionsmethode zur Messung von Dehnung und Spannung durch Detektion eines Diffraktionspunktes oder mehrerer Diffraktionspunkte
US8502143B2 (en) * 2007-09-25 2013-08-06 Centre National De La Recherche Scientifique Method, device and system for measuring nanoscale deformations
JP5405937B2 (ja) * 2009-08-07 2014-02-05 株式会社日立製作所 透過型電子顕微鏡およびそれを用いた試料像の観察方法
JP5481400B2 (ja) * 2010-01-15 2014-04-23 株式会社日立ハイテクノロジーズ マイクロミラーデバイスの選別方法、マイクロミラーデバイス選別装置およびマスクレス露光装置
JP2012199022A (ja) * 2011-03-18 2012-10-18 Osaka Prefecture Univ 電子顕微鏡、および回折像観察方法
JP5736461B2 (ja) * 2011-09-30 2015-06-17 株式会社日立製作所 電子顕微鏡および試料観察方法
JP5934513B2 (ja) 2012-02-09 2016-06-15 日本電子株式会社 透過電子顕微鏡

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