JP2015162418A - 透過電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩磁場の影響を低減することができる透過電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】透過電子顕微鏡１００は、電子線を発生させる電子線源２と、電子線源２からの電子線を試料に照射する照射レンズ系４と、試料Ｓを保持する試料ステージ６と、試料Ｓを挟んで配置された上極および下極を有し、前記上極および前記下極から磁場を発生させる第１対物レンズ８と、第１対物レンズ８の後段に配置された第２対物レンズ１０と、第２対物レンズ１０の後段に配置された結像レンズ系１６と、第１対物レンズ８および第２対物レンズ１０を制御する制御部２２と、を含み、制御部２２は、第２対物レンズ１０を制御して、試料Ｓを透過した電子線で試料Ｓの透過電子顕微鏡像を結像する処理と、観察条件に基づいて第１対物レンズ８を制御して、試料Ｓが配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理と、を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過電子顕微鏡に関する。

透過電子顕微鏡において、対物レンズは、電子線を集束、結像するためのレンズとして用いられている。このような対物レンズとして、例えば、特許文献１には、磁界型対物レンズが開示されている。

しかしながら、磁場の影響を受けやすい試料（磁性体試料）を透過電子顕微鏡で観察する場合、対物レンズの磁場によって試料の磁気的物性が変化するという問題があった。すなわち、対物レンズの磁場の影響によって、磁場の影響を受けやすい試料は、試料本来の状態を観察できない場合がある。

そのため、例えば、特許文献１に記載された対物レンズは、光軸に沿う試料配置領域の近傍に磁場を発生させる第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズを有し、試料配置領域において、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズによる磁場が互いに打ち消されてゼロになるように構成されている。

特開２００５−３２５８８号公報

電子顕微鏡では、鉄などの強磁性体で形成した電子レンズが用いられており、それらを積み重ねることで電子顕微鏡の光学系を構成している。したがって、電子顕微鏡全体において、磁気回路が形成されており、それ故に、試料周囲にも対物レンズ以外からの磁場の影響が及ぶことになる。そのため、例えば、特許文献１の対物レンズにおいて、第１磁界型レンズおよび第２磁界型レンズによる磁場が互いに打ち消されてゼロになったとしても、試料周囲には対物レンズ以外からの磁場の影響が及んでしまう。

例えば、電子顕微鏡観察時には、倍率の変更等の結像レンズ系の励磁変更を伴う。この結像レンズ系の励磁変更に伴う磁場の変動の影響は、磁気回路を介して、試料周囲にも及ぶ場合がある。

対物レンズ以外からの磁場の影響、すなわち試料位置における漏洩磁場の影響は、数百μＴ程度であると推定される。このように、数百μＴ程度の小さな磁場であっても、高透磁率（χ〜１０^６）の材料においては無視できない問題となる。数百μＴ程度の小さな磁場であっても、高透磁率磁性体では、磁区の移動・形状変化が発生しうる。磁性体解析の主眼は、磁性体内部の磁区分布の形態観察であり、そのスタートラインとしては、周囲磁場が極力無い必要があり、磁区の移動・形状変化は避けたい事象である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、漏洩磁場の影響を低減することができる透過電子顕微鏡を提供することにある。

（１）本発明に係る透過電子顕微鏡は、
電子線を発生させる電子線源と、
前記電子線源からの電子線を試料に照射する照射レンズ系と、
前記試料を保持する試料ステージと、
前記試料を挟んで配置された上極および下極を有し、前記上極および前記下極から磁場を発生させる第１対物レンズと、
前記第１対物レンズの後段に配置された第２対物レンズと、
前記第２対物レンズの後段に配置された結像レンズ系と、
前記第１対物レンズおよび前記第２対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記第２対物レンズを制御して、前記試料を透過した電子線で前記試料の透過電子顕微鏡像を結像する処理と、
観察条件に基づいて前記第１対物レンズを制御して、前記試料が配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理と、
を行う。

このような透過電子顕微鏡では、第２対物レンズが透過電子顕微鏡像を結像し、第１対物レンズが漏洩磁場を低減する磁場を発生させるため、漏洩磁場の影響を低減することができる。したがって、このような透過電子顕微鏡では、例えば、磁性体等の磁場の影響を受けやすい試料を、当該試料の状態を変化させることなく観察することができる。

（２）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、前記結像レンズ系の励磁量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求めてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、例えば、結像レンズ系の励磁量（例えば観察倍率）を変更することにより試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズに漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

（３）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、前記第２対物レンズの励磁量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求めてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、例えば、第２対物レンズの励磁量（例えばフォーカス量）を変更することにより試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズに漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

（４）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、前記照射レンズ系の励磁量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求めてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、例えば、照射レンズ系の励磁量を変更することにより試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズに漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

（５）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
外部磁場を検出する磁場センサーを含み、
前記制御部は、前記磁場センサーの検出結果に基づいて前記第１対物レンズを制御して、前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行ってもよい。

このような透過電子顕微鏡では、試料位置での漏洩磁場（外部磁場）の影響を低減することができる。

（６）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記外部磁場の磁場量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求めてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、外部磁場の磁場量が変化して試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズに漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

（７）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１対物レンズの極性を制御する極性反転部を含んでいてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、第１対物レンズの極性を反転させることができる。したがって、このような透過電子顕微鏡では、第１対物レンズが発生させる磁場の方向を制御することができる。

（８）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記第１対物レンズを制御して、前記試料位置に所与の磁場を印加する処理を行ってもよい。

このような透過電子顕微鏡では、試料に所望の磁場を印加することができる。したがって、このような透過電子顕微鏡では、例えば、磁性体試料に所望の磁場を印加した状態で、観察を行うことができる。

（９）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記試料位置に所与の磁場を印加する処理は、前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理の後に行われてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、漏洩磁場の影響を低減しつつ、試料に所望の磁場を印加することができる。

（１０）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
前記第１対物レンズに所定の電流を供給して、前記第１対物レンズの残留磁場を消去する消磁部を含んでいてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、第１対物レンズの残留磁場の影響を低減することができる。

（１１）本発明に係る透過電子顕微鏡において、
走査信号を生成する走査信号生成部と、
前記走査信号に基づいて、前記電子線で前記試料上を走査する走査コイルと、
を含んでいてもよい。

このような透過電子顕微鏡では、走査透過電子顕微鏡像を取得することができる。

第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を模式的に示す図。 第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の第１対物レンズおよび第２対物レンズを模式的に示す断面図。 第１観察モードから第２観察モードに切り替える際の第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１００の動作の一例を示すフローチャート。 第２観察モードにおいて、観察倍率を変更する際の第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の動作の一例を示すフローチャート。 第２観察モードにおいて、フォーカスを変更する際の第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の動作の一例を示すフローチャート。 第２観察モードにおいて、外部磁場を検出した際の透過電子顕微鏡の動作の一例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成を模式的に示す図。 第１観察モードから第２観察モードに切り替える際の第２実施形態に係る透過電子顕微鏡の動作の一例を示すフローチャート。 第２観察モードにおいて、電子線プローブの径を変更する際の第２実施形態に係る透過電子顕微鏡の動作の一例を示すフローチャート。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． 透過電子顕微鏡
まず、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１００の構成を模式的に示す図である。

透過電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源２と、照射レンズ系４と、試料ステージ６と、第１対物レンズ８と、第２対物レンズ１０と、消磁部１２と、極性反転部１４と、結像レンズ系１６と、検出器１８と、磁場センサー２０と、制御部２２と、記憶部２４と、操作部２６と、を含む。

透過電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡法により、透過電子顕微鏡像を取得するための装置である。ここで、透過電子顕微鏡像とは、回折パターン（回折像）や実空間像などの透過電子顕微鏡法や走査透過電子顕微鏡法にて得られる像をいう。なお、実空間像は、明視野像および暗視野像を含む。明視野像とは、試料Ｓを透過した電子（電子線）のうち、試料Ｓで散乱されずに透過した電子、および小さい角度で散乱した電子を検出して作られた像をいう。また、暗視野像とは、試料Ｓを透過した電子（電子線）のうち、試料Ｓで散乱・回折した電子線を検出して作った像をいう。

電子線源２は、電子線を発生させる。電子線源２は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する。電子線源２としては、例えば、電子銃を用いることができる。電子線源２として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。

照射レンズ系４は、電子線源２の後段（電子線の下流側）に配置されている。照射レンズ系４は、電子線源２で発生した電子線を集束して、試料Ｓに照射する。照射レンズ系４
は、第１コンデンサーレンズ４ａと、第２コンデンサーレンズ（コンデンサーミニレンズ）４ｂと、を含む。照射レンズ系４では、例えば、電子線源２から放出された電子線のクロスオーバーを第１コンデンサーレンズ４ａで縮小し、縮小したビーム像を第２コンデンサーレンズ４ｂで第１対物レンズ８の物面に移送する。

試料ステージ６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ６は、試料ホルダー７を介して、試料Ｓを保持している。すなわち、試料ステージ６は、先端部に試料Ｓを保持する試料ホルダー７を保持している。試料ステージ６は、試料ホルダー７を移動および静止させることにより、試料Ｓの位置決めを行うことができる。また、試料ステージ６は、試料Ｓを水平方向（電子線に対して直交する方向）や垂直方向（電子線に沿う方向）に移動させることができる。試料ステージ６は、さらに、試料Ｓを傾斜させることができる。

試料ステージ６は、図示の例では、第１対物レンズ８のポールピースの横から試料Ｓを挿入するサイドエントリーステージである。なお、図示はしないが、試料ステージ６は、第１対物レンズ８のポールピースの上方から試料Ｓを挿入するトップエントリーステージであってもよい。

第１対物レンズ８は、照射レンズ系４の後段に配置されている。第２対物レンズ１０は、第１対物レンズ８の後段に配置されている。

図２は、透過電子顕微鏡１００の第１対物レンズ８および第２対物レンズ１０を模式的に示す断面図である。なお、図２では、便宜上、試料ホルダー７の図示を省略している。

第１対物レンズ８は、図２に示すように、コイル８ａと、ヨーク８ｂと、ポールピース８ｃと、を含んで構成されている。第１対物レンズ８は、コイル８ａを励磁することによって発生した磁束を、ヨーク８ｂを通じてポールピース８ｃから空間に漏洩させる。ポールピース８ｃの上極８ｃ−１と下極８ｃ−２との間には回転対称の強い磁場が発生し、電子線を集束させることができる。なお、ヨーク８ｂと、ポールピース８ｃとが、一体的に形成されていてもよい。

試料Ｓは、図２に示すように、ポールピース８ｃの上極８ｃ−１と下極８ｃ−２との間に配置される。そのため、第１対物レンズ８を動作させると、試料Ｓには、強い磁場が印加される。試料Ｓは、試料ステージ６（試料ホルダー７）によってポールピース８ｃの上極８ｃ−１と下極８ｃ−２との間に保持される。

第２対物レンズ１０は、図２に示すように、コイル１０ａと、ヨーク１０ｂと、を含んで構成されている。すなわち、第２対物レンズ１０は、磁場を強めるためのポールピースを有していない。第２対物レンズ１０は、第１対物レンズ８のヨーク８ｂと切り離されており、第１対物レンズ８とは独立して動作するレンズである。第２対物レンズ１０は、磁場を強めるためのポールピースを有さない。また、第１対物レンズ８と独立して試料Ｓから離れた位置に配置されている。第２対物レンズ１０は、例えば、第１対物レンズ８に対して、数十ｍｍ離れた位置に配置されている。そのため、第２対物レンズ１０を動作させたときに試料Ｓが受ける磁場の影響は、第１対物レンズ８を動作させたときに試料Ｓが受ける磁場の影響よりも、極めて小さい。

消磁部１２は、第１対物レンズ８（コイル８ａ）に所定の電流を供給して、第１対物レンズ８の残留磁場を消去する。ここで、第１対物レンズ８の残留磁場とは、第１対物レンズ８の励磁を零にしても残る磁場のことをいう。消磁部１２は、例えば、所定の周波数の交流電流の振幅が時間と共に減衰して最終的には０Ａに収束する減衰交流電流を、第１対
物レンズ８のコイル８ａに供給することによって、消磁を行う。消磁部１２は、例えば、専用回路によって実現することができる。

極性反転部１４は、第１対物レンズ８の極性を制御する。極性反転部１４は、例えば、第１対物レンズ８のコイル８ａに供給される電流極性（電流の向き）を反転（逆転）させることにより、第１対物レンズ８の極性を反転（逆転）させることができる。極性反転部１４は、例えば、専用回路によって実現することができる。

結像レンズ系１６は、第２対物レンズ１０の後段に配置されている。結像レンズ系１６は、中間レンズ１６ａと、投影レンズ１６ｂと、を含む。結像レンズ系１６は、第１対物レンズ８や第２対物レンズ１０によって結像された像をさらに拡大し、検出器１８に結像させる。

検出器１８は、結像レンズ系１６によって結像された透過電子顕微鏡像を検出（撮像）する。検出器１８は、例えば、デジタルカメラである。検出器１８は、撮影した透過電子顕微鏡像の情報を出力する。検出器１８が出力した透過電子顕微鏡像の情報は、画像処理部（図示せず）で処理されて表示部（図示せず）に表示される。表示部は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイなどである。

磁場センサー２０は、外部磁場を検出するためのセンサーである。透過電子顕微鏡１００の周囲には、地磁気や、他の装置から発生する磁場等の外部磁場が存在する。この外部磁場を、磁場センサー２０によって検出する。磁場センサー２０は、検出した磁場量の情報を、制御部２２に出力する。

制御部２２は、第１対物レンズ８および第２対物レンズ１０を制御する。制御部２２は、さらに、電子線源２、照射レンズ系４、結像レンズ系１６を制御する。

ここで、透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８によって試料Ｓを透過した像を結像する観察モード（以下、「第１観察モード」ともいう）と、第２対物レンズ１０によって試料Ｓを透過した像を結像する観察モード（以下、「第２観察モード」ともいう）と、を有している。

制御部２２は、第１観察モードでは、試料Ｓに電子線が照射されるように照射レンズ系４を制御し、試料Ｓの透過電子顕微鏡像が結像されるように第１対物レンズ８を制御し、第１対物レンズ８で結像された試料Ｓの透過電子顕微鏡像が検出器１８に結像されるように結像レンズ系１６を制御する処理を行う。第１観察モードでは、第１対物レンズ８を用いた観察が可能である。したがって、第１観察モードでは、例えば、磁場の影響を受けにくい試料の観察を行うことができる。

制御部２２は、第２観察モードでは、試料Ｓに電子線が照射されるように照射レンズ系４を制御し、試料Ｓを透過した電子線で試料Ｓの透過電子顕微鏡像が結像されるように第２対物レンズ１０を制御し、第２対物レンズ１０で結像された試料Ｓの透過電子顕微鏡像が検出器１８に結像されるように結像レンズ系１６を制御する処理を行う。

制御部２２は、さらに、第２観察モードにおいて、観察条件に応じて第１対物レンズ８を制御して、試料Ｓが配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う。

ここで、試料位置での漏洩磁場とは、第２対物レンズ１０、結像レンズ系１６、照射レンズ系４、外部磁場等から透過電子顕微鏡１００の全体において形成された磁気回路を介
して、試料位置に回り込む磁場である。また、観察条件は、例えば、観察倍率、フォーカス量等である。なお、第２観察モードにおいて、観察倍率は、結像レンズ系１６の励磁量によって決まる。また、フォーカスは、第２対物レンズ１０の励磁量によって決まる。このように、観察条件は、第２対物レンズ１０の励磁量、結像レンズ系１６の励磁量、照射レンズ系４の励磁量などによって決まる。

以下、観察条件に応じて第１対物レンズ８を制御して、試料Ｓが配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理について説明する。

まず、結像レンズ系１６の励磁量が変更された場合について説明する。

制御部２２は、結像レンズ系１６の励磁量が変更された場合（例えば観察倍率が変更された場合）に、結像レンズ系１６の励磁量（例えば観察倍率）と、試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量と、の関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する。

観察倍率（結像レンズ系１６の励磁量）と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数は、例えば、各観察倍率Ｍ（ｉ）ごとの試料位置での漏洩磁場量Ｂ（ｉ）と、各観察倍率Ｍ（ｉ）ごとの試料位置での漏洩磁場量Ｂ（ｉ）を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量Ｏ（ｉ）および第１対物レンズ８の極性Ｐ（ｉ）と、を測定することで求めることができる。

制御部２２は、例えば、観察倍率（結像レンズ系１６の励磁量）と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、観察倍率から第１対物レンズ８の励磁量を求める。そして、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の励磁量に基づいて、第１対物レンズ８に算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を、第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する。また、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の極性に基づいて、算出された極性に応じた極性となるように、極性反転部１４を制御する。

なお、当該測定によって、試料位置での漏洩磁場量と、漏洩磁場量Ｂを打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数を求めることができる。この関数を用いて、下記で説明する第２対物レンズ１０の励磁量（フォーカス量）と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数、照射レンズ系４の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数、および外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を求めることができる。

次に、第２対物レンズの励磁量が変更された場合について説明する。

制御部２２は、第２対物レンズ１０の励磁量が変更された場合（例えばフォーカス量が変更された場合）、第２対物レンズ１０の励磁量（フォーカス量）と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する。

第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数は、第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場との関係を表す式と、上記の試料位置での漏洩磁場量と漏洩磁場量を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数と、から得ることができる。

第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場量との関係は、例えば、測定によって求めることができる。具体的には、第２対物レンズ１０の励磁量ＳＯを所定の値として、そのときの漏洩磁場量Ｂ（ＳＯ）を測定する。この測定を第２対物レンズ１０の励磁量ＳＯを変えて複数回行う。当該測定の結果から、第２対物レンズ１０の励磁量ＳＯと試料位置での漏洩磁場量Ｂ（ＳＯ）との関係を表す式の係数ａ、ｂを求める。

Ｂ（ＳＯ）＝ａ×ＳＯ＋ｂ・・・（１）

これにより、第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場との関係を表す式（１）を求めることができる。

制御部２２は、例えば、式（１）を用いて、第２対物レンズ１０の励磁量から漏洩磁場量を算出し、試料位置での漏洩磁場量と漏洩磁場量を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数を用いて、算出された漏洩磁場量から第１対物レンズ８の励磁量および極性を求める。そして、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の励磁量に基づいて、第１対物レンズ８に算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を、第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する。また、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の極性に基づいて、算出された極性に応じた極性となるように、極性反転部１４を制御する。

次に、照射レンズ系４の励磁量が変更された場合について説明する。

また、照射レンズ系４の励磁量が変更された場合、制御部２２は、照射レンズ系４の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する。

照射レンズ系４の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数は、照射レンズ系４の励磁量と試料位置での漏洩磁場との関係を表す式と、上記の試料位置での漏洩磁場量と漏洩磁場量を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数と、から得ることができる。

照射レンズ系４の励磁量と試料位置での漏洩磁場量との関係は、例えば、測定によって求めることができる。具体的には、照射レンズ系４の励磁量ＩＬを所定の値として、そのときの漏洩磁場量Ｂ（ＩＬ）を測定する。この測定を照射レンズ系４の励磁量ＩＬを変えて複数回行う。当該測定の結果から、照射レンズ系４の励磁量ＩＬと試料位置での漏洩磁場量Ｂ（ＩＬ）との関係を表す式の係数ｃ、ｄを求める。

Ｂ（ＩＬ）＝ｃ×ＩＬ＋ｄ・・・（２）

これにより、照射レンズ系４の励磁量と試料位置での漏洩磁場との関係を表す式（２）を求めることができる。

制御部２２は、例えば、式（２）を用いて、照射レンズ系４の励磁量から漏洩磁場量を算出し、試料位置での漏洩磁場量と漏洩磁場量を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数を用いて、算出された漏洩磁場量から第１対物レンズ８の励磁量および極性を求める。そして、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の励磁量に基づいて、第１対物レンズ８に算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を、第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する。また、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の極性に基づいて、得られた極性に応じた極性となるように、極性反転部１４を制御する。

制御部２２は、さらに、第２観察モードにおいて、磁場センサー２０の検出結果に基づいて第１対物レンズ８を制御して、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う。

具体的には、制御部２２は、外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する。

外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数は、外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場との関係を表す式と、上記の試料位置での漏洩磁場量と漏洩磁場量を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数と、から得ることができる。

外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場との関係は、例えば、測定によって求めることができる。具体的には、外部磁場量Ｂｅｘ（磁場センサー２０の測定値）を所定の値として、そのときの漏洩磁場量Ｂ（Ｂｅｘ）を測定する。この測定を外部磁場量Ｂｅｘを変えて複数回行う。当該測定の結果から、外部磁場量Ｂｅｘと試料位置での漏洩磁場量Ｂ（Ｂｅｘ）との関係を表す式の係数ｅ，ｆを求める。

Ｂ（Ｂｅｘ）＝ｅ×Ｂｅｘ＋ｆ・・・（３）

これにより、外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場との関係を表す式（３）を求めることができる。

制御部２２は、例えば、式（３）を用いて、外部磁場の励磁量から漏洩磁場量を算出し、試料位置での漏洩磁場量と漏洩磁場量を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量および極性との関係を表す関数を用いて、算出された漏洩磁場量から第１対物レンズ８の励磁量および極性を求める。そして、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の励磁量に基づいて、第１対物レンズ８に算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を、第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する。また、制御部２２は、得られた第１対物レンズ８の極性に基づいて、算出された極性に応じた極性となるように、極性反転部１４を制御する。

制御部２２は、さらに、第２観察モードにおいて、試料位置に所与の磁場を印加する処理を行う。これにより、試料Ｓに所望の磁場を印加することができる。

制御部２２は、専用回路により実現して上記の処理や制御を行うようにしてもよい。また、制御部２２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部２４等に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、上記処理や各種制御を行うようにしてもよい。

記憶部２４は、制御部２２のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。記憶部２４には、照射レンズ系４、第１対物レンズ８、第２対物レンズ１０、結像レンズ系１６の観察条件に応じた設定データが記憶されている。記憶部２４には、さらに、観察倍率と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数、第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数、および外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数が記憶されている。

操作部２６は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、制御部２２に送る処理を行う。操作部２６は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。

１．２． 透過電子顕微鏡の動作
次に、第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。

１．２．１． 第１観察モードから第２観察モードへ切り替える処理
まず、第１観察モードから第２観察モードに切り替える処理について説明する。図３は、第１観察モードから第２観察モードに切り替える際の第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１００の動作の一例を示すフローチャートである。

ユーザーが操作部２６に対して第２観察モードに切り替える操作を行うと、操作部２６は、第２観察モードに切り替えるための信号を制御部２２に送る。

制御部２２は、当該信号を受けて、第１対物レンズ８をオフ（励磁量を零）にする（ステップＳ１００）。このとき、観察倍率は規定倍率に設定され、第２対物レンズ１０の励磁量は、規定量に設定される。なお、当該規定倍率および当該規定量は、任意の値に設定されている。

次に、消磁部１２が、第１対物レンズ８（コイル８ａ）に所定の電流を供給して、第１対物レンズ８の残留磁場を消去する（ステップＳ１０２）。これにより、第１対物レンズ８の残留磁場を消去することができる。本工程において、消磁部１２は、例えば、観察倍率を規定倍率とし、および第２対物レンズ１０の励磁量を規定量とした状態において、試料位置での磁場量を０ｍＴとする。

次に、ユーザーは、試料ホルダー７に試料Ｓを固定し、当該試料ホルダー７を試料ステージ６に搭載して、試料Ｓを第１対物レンズ８の上極８ｃ−１と下極８ｃ−２との間に導入する（ステップＳ１０４）。

次に、制御部２２は、照射レンズ系４を制御して、電子線源２で発生した電子線を試料Ｓに照射する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御部２２は、記憶部２４に記憶されている照射レンズ系４の設定データを取得して、照射レンズ系４に所定の励磁電流を供給する。

次に、制御部２２は、試料Ｓからの像が結像レンズ系１６の物面に結像するように第２対物レンズ１０を制御する（ステップＳ１０８）。制御部２２は、記憶部２４に記憶されている第２対物レンズ１０の設定データを取得して、第２対物レンズ１０に所定の励磁電流を供給する。このとき、第２対物レンズ１０の励磁量が変わるため、試料位置での漏洩磁場量も変化する。

そのため、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ１１０、ステップＳ１１２）。

具体的には、制御部２２は、第２対物レンズ１０の励磁量の情報から、記憶部２４に記憶されている第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を求める（ステップＳ１１０）。次に、制御部２２は、求めた第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ１１２）。これにより
、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。そして、制御部２２は、処理を終了する。

１．２．２． 観察倍率を変更する際の処理
次に、第２観察モードにおいて、観察倍率を変更する際の透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。図４は、第２観察モードにおいて、観察倍率を変更する際の透過電子顕微鏡１００の動作の一例を示すフローチャートである。

図３に示すステップＳ１００〜Ｓ１１２の処理を行い第２観察モードに切り替わった後、ユーザーが操作部２６に対して、観察倍率を入力する操作を行うと、操作部２６は観察倍率の情報を制御部２２に送る。これにより、制御部２２は、処理を開始する。

まず、制御部２２は、観察倍率の情報を受けて、観察倍率を変更する処理を行う（ステップＳ２００）。

具体的には、制御部２２は、観察倍率の情報を受けて、記憶部２４に記憶されている結像レンズ系１６（中間レンズ１６ａおよび投影レンズ１６ｂ）の設定データを取得し、結像レンズ系１６の励磁量を観察倍率に応じた量に変更する。この観察倍率の変更する処理により、結像レンズ系１６の励磁量が変わるため、試料位置での漏洩磁場量も変化する。

そのため、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ２０２、ステップＳ２０４）。

具体的には、制御部２２は、操作部２６からの観察倍率の情報を受けて、当該観察倍率の情報から、記憶部２４に記憶されている観察倍率と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する（ステップＳ２０２）。

次に、制御部２２は、算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ２０４）。これにより、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。そして、制御部２２は、処理を終了する。

１．２．３． フォーカスを変更する際の処理
次に、第２観察モードにおいて、フォーカスを変更する際の透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。図５は、第２観察モードにおいて、フォーカスを変更する際の透過電子顕微鏡１００の動作の一例を示すフローチャートである。

図３に示すステップＳ１００〜Ｓ１１２の処理を行い第２観察モードに切り替わった後、ユーザーが操作部２６に対して、フォーカス量を変更する操作を行うと、操作部２６はこのフォーカス量の情報を制御部２２に送る。これにより、制御部２２は、処理を開始する。

まず、制御部２２は、フォーカス量の情報を受けて、フォーカス量を変更する処理を行う（ステップＳ３００）。具体的には、制御部２２は、フォーカス量の情報を受けて、記憶部２４に記憶されている第２対物レンズ１０の設定データを取得し、第２対物レンズ１０の励磁量をフォーカス量に応じた量に変更する。このフォーカス量を変更する処理により、第２対物レンズ１０の励磁量が変わるため、試料位置での漏洩磁場量も変化する。

そのため、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち
消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ３０２、ステップＳ３０４）。

具体的には、制御部２２は、操作部２６からのフォーカス量の情報、すなわち第２対物レンズ１０の励磁量の情報を受けて、当該第２対物レンズ１０の励磁量の情報から、記憶部２４に記憶されている第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を求める（ステップＳ３０２）。

次に、制御部２２は、算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ３０４）。これにより、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。そして、制御部２２は、処理を終了する。

なお、上記の「１．２．２． 観察倍率を変更する際の処理」を行った後に、「１．２．３． フォーカスを変更する際の処理」を行った場合、第１対物レンズ８の励磁電流は、例えば、「１．２．２． 観察倍率を変更する際の処理」で求められた第１対物レンズ８の励磁電流と、「１．２．３． フォーカスを変更する際の処理」で求められた第１対物レンズ８の励磁電流との和となる。

１．２．４． 外部磁場を検出した際の処理
次に、第２観察モードにおいて、磁場センサー２０が外部磁場を検出した際の透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。図６は、第２観察モードにおいて、外部磁場を検出した際の透過電子顕微鏡１００の動作の一例を示すフローチャートである。

図３に示すステップＳ１００〜Ｓ１１２の処理を行い第２観察モードに切り替わった後、磁場センサー２０が外部磁場を検出する（ステップＳ４００）と、磁場センサー２０は、この外部磁場の磁場量の情報を制御部２２に送る。

制御部２２は、磁場センサー２０からの磁場量の情報を受けて、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ４０２、ステップＳ４０４）。

具体的には、制御部２２は、磁場センサー２０からの外部磁場の磁場量の情報を受けて、当該外部磁場の磁場量の情報から、記憶部２４に記憶されている外部磁場の磁場量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を求める（ステップＳ４０２）。

次に、制御部２２は、算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ４０４）。これにより、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。そして、制御部２２は、処理を終了する。

１．２．５． 試料に所望の磁場を印加する処理
次に、第２観察モードにおいて、試料Ｓに所望の磁場を印加する際の透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。図３に示すステップＳ１００〜Ｓ１１２の処理を行い第２観察モードに切り替わった後、ユーザーが操作部２６に対して、試料Ｓに所望の磁場量および極性を入力する操作を行うと、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置に所与の磁場を印加する処理を行う。

具体的には、制御部２２は、操作部２６からの磁場量の情報および極性の情報を受けて
、第１対物レンズ８の励磁電流および極性が、入力された磁場量および極性となるように第１対物レンズ８のコイル８ａに流れる励磁電流および極性反転部１４を制御する。

これにより、試料Ｓに所望の磁場を印加することができる。

なお、本処理を、第１対物レンズ８を制御して漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理の後に行うことで、漏洩磁場の影響を低減しつつ、試料Ｓに所望の磁場を印加することができる。

透過電子顕微鏡１００では、例えば、以下の特徴を有する。

透過電子顕微鏡１００では、制御部２２は、第２対物レンズ１０を制御して、試料Ｓを透過した電子線で試料Ｓの透過電子顕微鏡像を結像する処理を行う。すなわち、制御部２２は、第１対物レンズ８で結像を行わずに、第２対物レンズ１０によって結像を行う（第２観察モード）。そのため、例えば第１対物レンズ８で結像を行った場合（第１観察モード）と比べて、試料Ｓが受ける磁場の影響を低減することができる。したがって、透過電子顕微鏡１００では、例えば、磁場の影響を受けやすい試料を、当該試料の状態を変化させることなく、観察することができる。

また、透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８で結像を行う第１観察モードと、第２対物レンズ１０で結像を行う第２観察モードと、を有している。そのため、例えば、磁場の影響を受けにくい試料Ｓを観察する場合には第１観察モードとし、磁場の影響を受けやすい試料Ｓを観察する場合には第２観察モードとすることができる。すなわち、透過電子顕微鏡１００によれば、試料が磁場の影響を受けやすいか否かなど、観察対象となる試料Ｓに応じて、動作モードを選択して動作させることができる。

透過電子顕微鏡１００では、観察条件に応じて第１対物レンズ８を制御して、試料Ｓが配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う。そのため、透過電子顕微鏡１００では、例えば、第２対物レンズ１０、結像レンズ系１６、外部磁場等から透過電子顕微鏡１００の全体において形成された磁気回路を介して、試料位置に回り込む磁場の影響、すなわち、漏洩磁場の影響を低減することができる。したがって、透過電子顕微鏡１００では、例えば、試料Ｓに与える磁場の影響をより低減させることができる。

透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、結像レンズ系１６の励磁量と漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する。そのため、透過電子顕微鏡１００では、結像レンズ系１６の励磁量が変化することにより試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズ８に漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、第２対物レンズ１０の励磁量と漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する。そのため、透過電子顕微鏡１００では、第２対物レンズ１０の励磁量を変更することにより試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズ８に漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

透過電子顕微鏡１００では、外部磁場を検出する磁場センサー２０を含み、制御部２２
は、磁場センサー２０の検出結果に基づいて第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う。そのため、透過電子顕微鏡１００では、試料位置での外部磁場（漏洩磁場）の影響を低減することができる。

透過電子顕微鏡１００では、制御部２２は、外部磁場の磁場量と漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を求める。そのため、透過電子顕微鏡１００では、外部磁場の磁場量が変化して試料位置での漏洩磁場量が変化しても、漏洩磁場量の変化に応じて、第１対物レンズ８に漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させることができる。

透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８の極性を制御する極性反転部１４を含む。そのため、透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８の極性を反転させることができる。したがって、透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８が発生させる磁場の方向を制御することができる。

透過電子顕微鏡１００では、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置に所与の磁場を印加する処理を行う。そのため、透過電子顕微鏡１００では、試料Ｓに所望の磁場を印加することができる。したがって、透過電子顕微鏡１００では、磁性体試料に所望の磁場を印加した状態で、観察を行うことができる。

透過電子顕微鏡１００では、試料位置に所与の磁場を印加する処理は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理の後に行われる。そのため、透過電子顕微鏡１００では、漏洩磁場の影響を低減しつつ、試料Ｓに所望の磁場を印加することができる。

透過電子顕微鏡１００では、消磁部１２は、第１対物レンズ８に所定の電流を供給して、第１対物レンズ８の残留磁場を消去する。そのため、透過電子顕微鏡１００では、第１対物レンズ８の残留磁場の影響を低減することができる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２００の構成を模式的に示す図である。以下、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２００において、上述した第１実施形態に係る透過電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述した透過電子顕微鏡１００では、図１に示すように、透過電子顕微鏡法により、透過電子顕微鏡像を得ていた。

これに対して、透過電子顕微鏡２００では、図７に示すように、走査透過電子顕微鏡法により、透過電子顕微鏡像を得ている。すなわち、透過電子顕微鏡２００は、走査透過電子顕微鏡である。ここで、走査透過電子顕微鏡法とは、電子線で試料上を走査し、試料の各領域から出てくる透過波や回折波の強度を検出し、その強度を電子線の走査と同期させて画像を取得する手法である。

透過電子顕微鏡２００は、図７に示すように、走査コイル２１０と、走査信号生成部２２０と、走査像生成部２３０と、を含む。

透過電子顕微鏡２００では、照射レンズ系４は、第２観察モードにおいて、電子線源２から放出された電子線を細く絞って電子線プローブを形成する。

走査コイル２１０は、照射レンズ系４（第２コンデンサーレンズ４ｂ）の後段に配置されている。走査コイル２１０は、照射レンズ系４と第１対物レンズ８との間に配置されている。走査コイル２１０は、照射レンズ系４から射出された電子線（電子線プローブ）で試料Ｓ上を走査する。走査コイル２１０は、走査信号生成部２２０で生成された走査信号に基づいて、電子線を走査する。

結像レンズ系１６は、第１観察モードでは、第１対物レンズ８が生成する回折パターンを検出器１８に結像する。また、結像レンズ系１６は、第２観察モードでは、第２対物レンズ１０が生成する回折パターンを検出器１８に結像する。

走査信号生成部２２０は、走査信号を生成する処理を行う。走査信号生成部２２０は、走査信号を走査コイル２１０に入力する処理を行う。

走査像生成部２３０は、検出器１８からの検出信号（電子線の強度信号）を、走査信号に同期させて画像化する処理を行う。これにより、走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）が生成される。ここで、走査透過電子顕微鏡像とは、検出信号と、走査信号とを同期させて得られた、試料位置に対応した信号量（電子線の強度）の分布を示す像である。なお、走査透過電子顕微鏡像は、透過電子顕微鏡で得られる像であり、透過電子顕微鏡像に含まれる。走査像生成部２３０は、表示部（図示せず）に走査透過電子顕微鏡像を表示させる処理を行う。

走査信号生成部２２０および走査像生成部２３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部２４等に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、上記処理を行うようにしてもよい。また、走査信号生成部２２０および走査像生成部２３０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）により実現して上記の処理を行うようにしてもよい。

２．２． 透過電子顕微鏡の動作
次に、第２実施形態に係る透過電子顕微鏡２００の動作について説明する。

２．２．１． 第１観察モードから第２観察モードへ切り替える処理
まず、第１観察モードから第２観察モードに切り替える処理について説明する。図８は、第１観察モードから第２観察モードに切り替える際の透過電子顕微鏡２００の動作の一例を示すフローチャートである。

第１観察モードでは、第１対物レンズ８をオンにした状態として、試料Ｓより上部の第１対物レンズ８の磁場を用いて、電子線プローブを試料Ｓ上に生成して使用する。

ユーザーが操作部２６に対して第２観察モードに切り替える操作を行うと、操作部２６は、第２観察モードに切り替えるための信号を制御部２２に送る。

制御部２２は、当該信号を受けて、第１対物レンズ８をオフ（励磁量を零）にする（ステップＳ５００）。このとき、観察倍率は規定倍率に設定され、第２対物レンズ１０の励磁量は、規定量に設定される。

次に、消磁部１２が、第１対物レンズ８（コイル８ａ）に所定の電流を供給して、第１対物レンズ８の残留磁場を消去する（ステップＳ５０２）。これにより、第１対物レンズ８の残留磁場を消去することができる。本工程において、消磁部１２は、観察倍率を規定倍率とし、および第２対物レンズ１０の励磁量を規定量とした状態において、試料位置で
の磁場量を０ｍＴとする。

次に、ユーザーは、試料ホルダー７に試料Ｓを固定し、当該試料ホルダー７を試料ステージ６に搭載して、試料Ｓを第１対物レンズ８の上極８ｃ−１と下極８ｃ−２との間に導入する（ステップＳ５０４）。

次に、制御部２２は、照射レンズ系４を制御して、電子線源２で発生した電子線で試料Ｓ上に電子線プローブを形成する（ステップＳ５０６）。このとき、照射レンズ系４のみを用いて、電子線プローブを形成する。

次に、制御部２２は、試料Ｓからの回折パターン（回折像）が結像レンズ系１６の物面に結像するように第２対物レンズ１０を制御する（ステップＳ５０８）。制御部２２は、記憶部２４に記憶されている第２対物レンズ１０の設定データを取得して、第２対物レンズ１０に所定の励磁電流を供給する。このとき、第２対物レンズ１０の励磁量が変わるため、試料位置での漏洩磁場量も変化する。

そのため、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ５１０、ステップＳ５１２）。

具体的には、制御部２２は、第２対物レンズ１０の励磁量の情報から、記憶部２４に記憶されている第２対物レンズ１０の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を求める（ステップＳ５１０）。次に、制御部２２は、求めた第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ５１２）。これにより、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。

次に、制御部２２は、カメラ長を変更する（ステップＳ５１４）。制御部２２は、記憶部２４に記憶されている結像レンズ系１６の設定データを取得して、結像レンズ系１６に所定の励磁電流を供給する。これにより、結像レンズ系１６は、検出器１８上に設定したカメラ長で回折パターンを結像させている状態となる。このとき、結像レンズ系１６の励磁量が変わるため、試料位置での漏洩磁場量も変化する。

そのため、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ５１６、ステップＳ５１８）。

具体的には、制御部２２は、結像レンズ系１６の励磁量の情報から、記憶部２４に記憶されている結像レンズ系１６の励磁量と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を求める（ステップＳ５１６）。次に、制御部２２は、求めた第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ５１８）。これにより、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。そして、制御部２２は、処理を終了する。

２．２．２． 電子線プローブの径を変更する際の処理
次に、第２観察モードにおいて、観察倍率を変更する際の透過電子顕微鏡１００の動作について説明する。図９は、第２観察モードにおいて、電子線プローブの径を変更する際の透過電子顕微鏡２００の動作の一例を示すフローチャートである。

図８に示すステップＳ５００〜Ｓ５１８の処理を行い第２観察モードに切り替わった後、ユーザーが操作部２６に対して、所望の電子線プローブの径を入力する操作を行うと、
操作部２６は電子線プローブの径の情報を制御部２２に送る。これにより、制御部２２は、処理を開始する。

まず、制御部２２は、電子線プローブの径の情報を受けて、電子線プローブの径を変更する処理を行う（ステップＳ６００）。

具体的には、制御部２２は、電子線プローブの径の情報を受けて、記憶部２４に記憶されている照射レンズ系４（第１コンデンサーレンズ４ａおよび第２コンデンサーレンズ４ｂ）の設定データを取得し、照射レンズ系４の励磁量を電子線プローブの径に応じた量に変更する。この電子線プローブの径を変更する処理により、照射レンズ系４の励磁量が変わるため、試料位置での漏洩磁場量も変化する。

そのため、制御部２２は、第１対物レンズ８を制御して、試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う（ステップＳ６０２、ステップＳ６０４）。

具体的には、制御部２２は、操作部２６からの電子線プローブの径の情報、すなわち、照射レンズ系４の励磁量の情報を受けて、当該照射レンズ系４の励磁量の情報から、記憶部２４に記憶されている照射レンズ系４の励磁量の情報と試料位置での漏洩磁場を打ち消すための第１対物レンズ８の励磁量との関係を表す関数を用いて、第１対物レンズ８の励磁量を決定する（ステップＳ６０２）。

次に、制御部２２は、算出された第１対物レンズ８の励磁量に応じた励磁電流を第１対物レンズ８のコイル８ａに供給する（ステップＳ６０４）。これにより、第１対物レンズ８は、漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる。そして、制御部２２は、処理を終了する。

なお、ここでは、電子線プローブの径を変更する際の処理について説明したが、電子線の電流量を変更する処理も、電子線プローブの径を変更する処理と同様に、照射レンズ系４の励磁量を変更して行われる。そのため、透過電子顕微鏡２００において、電子線の電流量を変更する処理は、上述した電子線プローブの径を変更する際の処理と同様に行われる。

２．２．３． その他の処理
透過電子顕微鏡２００において、外部磁場を検出した際の処理は、上述した「１．２．１． 外部磁場を検出した際の処理」と同様であり、その説明を省略する。また、透過電子顕微鏡２００において、試料に所望の磁場を印加する処理は、上述した「 １．２．５． 試料に所望の磁場を印加する処理」と同様でありその説明を省略する。

透過電子顕微鏡２００では、例えば、以下の特徴を有する。

透過電子顕微鏡２００では、走査信号を生成する走査信号生成部２２０と、走査信号に基づいて、電子線で試料Ｓ上を走査する走査コイル２１０と、を含む。そのため、透過電子顕微鏡２００では、走査透過電子顕微鏡像を得ることができる。

さらに、透過電子顕微鏡２００では、上述した透過電子顕微鏡１００と同様に、制御部２２は、観察条件に応じて第１対物レンズ８を制御して、試料Ｓが配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う。そのため、透過電子顕微鏡２００では、漏洩磁場の影響を低減することができる。

したがって、透過電子顕微鏡２００では、漏洩磁場の影響を低減しつつ、走査透過電子
顕微鏡像を取得することができる。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…電子線源、４…照射レンズ系、４ａ…第１コンデンサーレンズ、４ｂ…第２コンデンサーレンズ、６…試料ステージ、７…試料ホルダー、８…第１対物レンズ、８ａ…コイル、８ｂ…ヨーク、８ｃ…ポールピース、８ｃ−１…上極、８ｃ−２…下極、１０…第２対物レンズ、１０ａ…コイル、１０ｂ…ヨーク、１２…消磁部、１４…極性反転部、１６…結像レンズ系、１６ａ…中間レンズ、１６ｂ…投影レンズ、１８…検出器、２０…磁場センサー、２２…制御部、２４…記憶部、２６…操作部、１００，２００…透過電子顕微鏡、２１０…走査コイル、２２０…走査信号生成部、２３０…走査像生成部

Claims (11)

1. 電子線を発生させる電子線源と、
   前記電子線源からの電子線を試料に照射する照射レンズ系と、
   前記試料を保持する試料ステージと、
   前記試料を挟んで配置された上極および下極を有し、前記上極および前記下極から磁場を発生させる第１対物レンズと、
   前記第１対物レンズの後段に配置された第２対物レンズと、
   前記第２対物レンズの後段に配置された結像レンズ系と、
   前記第１対物レンズおよび前記第２対物レンズを制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、
   前記第２対物レンズを制御して、前記試料を透過した電子線で前記試料の透過電子顕微鏡像を結像する処理と、
   観察条件に基づいて前記第１対物レンズを制御して、前記試料が配置される試料位置での漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理と、
   を行う、透過電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、前記結像レンズ系の励磁量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求める、透過電子顕微鏡。
3. 請求項１または２において、
   前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、前記第２対物レンズの励磁量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求める、透過電子顕微鏡。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理では、前記照射レンズ系の励磁量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求める、透過電子顕微鏡。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   外部磁場を検出する磁場センサーを含み、
   前記制御部は、前記磁場センサーの検出結果に基づいて前記第１対物レンズを制御して、前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理を行う、透過電子顕微鏡。
6. 請求項５において、
   前記制御部は、前記外部磁場の磁場量と前記漏洩磁場を打ち消すための前記第１対物レンズの励磁量との関係を表す関数を用いて、前記第１対物レンズの励磁量を求める、透過電子顕微鏡。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
   前記第１対物レンズの極性を制御する極性反転部を含む、透過電子顕微鏡。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
   前記制御部は、前記第１対物レンズを制御して、前記試料位置に所与の磁場を印加する処理を行う、透過電子顕微鏡。
9. 請求項８において、
   前記試料位置に所与の磁場を印加する処理は、前記漏洩磁場が打ち消されるような磁場を発生させる処理の後に行われる、透過電子顕微鏡。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、
    前記第１対物レンズに所定の電流を供給して、前記第１対物レンズの残留磁場を消去する消磁部を含む、透過電子顕微鏡。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項において、
    走査信号を生成する走査信号生成部と、
    前記走査信号に基づいて、前記電子線で前記試料上を走査する走査コイルと、
    を含む、透過電子顕微鏡。

Images