JP3332384B2

JP3332384B2 - 電子顕微鏡および電子顕微方法

Info

Publication number: JP3332384B2
Application number: JP50429597A
Authority: JP
Inventors: 裕介矢島; 由夫高橋; 鈴木　　寛; 勝広黒田
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 2002-10-07
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: WO1997001862A1; US5936244A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は電子顕微鏡および電子顕微方法に係り、特
に、任意の厚さの磁性体試料の磁化状態を高分解能で観
察するのに適した電子顕微鏡および電子顕微方法に関す
るものである。

背景技術電子顕微鏡により磁性体試料の磁化状態を観察する技
術として、試料を透過した電子線のローレンツ偏向を検
出する方法（ローレンツ電子顕微鏡）、または二次電子
のスピン偏極を検出する方法（スピン偏極SEM）が用い
られている。このうち、ローレンツ電子顕微鏡について
は、例えば、表面科学、第13巻、525頁〜532頁（1992
年）に、また、スピン偏極SEMについては、同じく表面
科学、第13巻、512頁〜527頁（1992年）に記載されてい
る。

発明の開示上記従来技術のうち、ローレンツ電子顕微鏡には試料
を観察前に予め電子線が透過するように薄膜化しなけれ
ばならないという技術課題がある。試料を薄膜化せずに
反射電子や二次電子のローレンツ偏向を検出する（磁化
状態を観察する）ことも可能であるが、この場合には検
出信号のローレンツ偏向による変化が微弱になるため、
電子顕微鏡が本来備えている高い空間分解能を充分発揮
できないという技術課題が浮上する。

一方、上記のスピン偏極SEMでは試料を薄膜化するこ
となく磁化状態の高分解能観察が可能であるが、二次電
子のスピン偏極を検出するための特殊な電子光学系や検
出器が必要となるため、装置が複雑且つ大型にならざる
を得ないという技術課題がある。しかも、信号が試料の
表面状態に敏感なので、試料に表面浄化処理を施すため
の機能や観察中にその表面状態を維持するための高性能
な真空排気装置を要するという技術課題もある。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもの
で、試料の磁化状態の高分解能観察を、試料に薄膜化や
表面浄化という煩雑な処理を施すことなく（即ち、簡便
に）行え、しかも装置構成の簡単な電子顕微鏡を提供す
ることを目的とする。

この目的を達成するために、本発明においては、上記
従来技術の電子検出方法に代えて、試料、特に磁性体試
料の電子線照射部分から発生する円偏光、すなわち進行
方向を軸に偏光面が回転している光（電磁波）を検出す
る。具体的には、試料を保持する手段と、この試料に電
子線を照射する手段（通常、電子源と電子光学系からな
る）と、この試料の特に電子線照射部分から発生する円
偏波の電磁波（所謂、円偏光）を検出する手段とで電子
顕微鏡を構成する。この円偏光検出手段は、試料保持手
段（例えば、試料台）と電子線照射手段の電子光学系と
の間に設けることが望ましい。また、試料（又は、試料
保持手段）と電子光学系の間に電圧を印加するための電
源を備えることが望ましい。

この円偏光の発生効率を高めるためには、照射電子線
のエネルギーを低く、望ましくは100eV以下とするのが
良い。従って本発明は、通常の電子顕微鏡と同様に電子
線を試料の所望の部分に照射する機能の他、この電子線
を試料に達する直前で上記エネルギー範囲まで減速する
機能、および電子線照射部分から発生する円偏光を特定
の方向より検出する機能から構成されている。円偏光の
検出は、例えば1/4波長板、偏光子、光強度検出器を組
み合わせて行う。

固体試料に電子線を照射すると、固体試料中の電子は
励起されて高いエネルギー準位に遷移し、又は固体試料
から放出される。固体試料中にて高いエネルギー準位に
遷移した電子が、元の又は低いエネルギー準位に戻る
（遷移する）とき、これらのエネルギー準位の差に相当
するエネルギーは放出される（所謂、エネルギー緩和過
程）。このエネルギー放出の態様として、例えば固体試
料からの電磁波の放出がある。このような現象を利用
し、固体試料への電子線照射により発生する電磁波とし
て、固体試料の特性Ｘ線を測定するＸ線マイクロアナラ
イザや、励起された電子と固体試料中の局在準位に捕獲
（再結合）された際の発光を測定する陰極線ルミネセン
ス法（カソードルミネセンス:CL法）が知られている。
これらの技術では、試料から発生した電磁波を分光分析
（エネルギー分析）する装置が用いられている。

ところで磁性体試料に電子線を照射した場合、磁性体
試料内の電子のうち、フェルミ準位よりも数eV高エネル
ギー側にある価電子状態に励起された電子は、再び基底
状態に戻る際に磁化の方向に円偏光を放出する性質（磁
気円偏光二色性;MCD）を有する。本発明は、この性質を
試料の磁化状態の高分解能観察に応用するもので、試料
から発生した電磁波のうち円偏波のもの（円偏光）を測
定するところに特徴がある。

電子線を照射された磁性体試料内の電子は、価電子状
態以外のエネルギー準位に励起される（例えばプラズモ
ン励起する）ものもあり、夫々の態様の励起の生じ易さ
は照射電子線のエネルギー（例えば、電子源から試料へ
向けて電子線を加速する電圧）に依存する。従って、照
射電子線のエネルギーを上述したように望ましくは100e
V以下まで低エネルギー化し、プラズモン励起を始めと
する、価電子励起よりも高エネルギーな励起（価電子状
態以外への励起）を抑えれば、電子線照射部分からMCD
による円偏光を効率良く発生させることが可能となる。

このような機構で発生する円偏光は光子エネルギーで
数eV、すなわち赤外から紫外領域の光である。従ってそ
の強度の検出は、まず1/4波長板で円偏光を直線偏光に
変え、これを偏光子を介してフォトダイオードや光電子
増倍管等に導くことで容易に行える。円偏光を検出する
光学系に1/4波長板と偏光子を設けると、試料の磁化状
態測定に対してバックグラウンドノイズとなる光のう
ち、直線偏光のものを1/4波長板で円偏光に変え、これ
を偏光子で遮る（検出器への入射を防ぐ）ことができ
る。

このようにして得られる円偏光（即ち、試料の磁化状
態情報を有する光）の強度は、電子線照射部分の磁化の
向きが検出方向と一致した時に最大となり、磁化の向き
が検出方向からずれるに従い減少する。従って、電子線
照射部分を試料面上で走査しながら円偏光強度を輝度信
号として走査像を観察すれば、磁化の分布状態を知るこ
とができる。

言うまでもなく、円偏光の検出には試料を薄膜化する
必要はない。また、円偏光の放出は表面状態の詳細には
影響を受けないので、高度な表面浄化処理も不要であ
る。さらに、円偏光を検出するための光学系は上述した
ような簡単なもので良いので、これを組み込むことで装
置が大型化したり著しく複雑になることもない。その結
果、試料に電子線を照射するための電子光学系は、高分
解能を実現するための最適な構成にすることが可能とな
る。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な装置構
成により観察のための特別な処理を試料に施すことなく
高分解能な磁化状態観察が可能である。しかも、この観
察のために電子顕微鏡に付加する装置はわずかであるか
ら、通常の電子顕微鏡において期待される他の観察機能
との併存も容易である。

図面の簡単な説明第１図は、本発明の第１の実施例を説明するための図
である。

第２図は、本発明の第２の実施例を説明するための図
である。

第３図は、本発明の第１又は第２の実施例の適用例を
説明するための図である。

第４図は、本発明の第１又は第２の実施例の適用例を
説明するための図である。

第５図は、本発明の第３の実施例を説明するための図
である。

第６図は、本発明の第３の実施例を適用例を説明する
ための図である。

第７図は、本発明の第４の実施例の説明するための図
である。

第８図は、本発明の第４の実施例を適用例を説明する
ための図である。

第９図は、本発明の第５の実施例の説明するための図
である。

第10図は、本発明の第６の実施例を説明するための図
である。

第11図は、本発明の第６の実施例の適用例を説明する
ための図である。

第12図は、本発明の第７の実施例を説明するための図
である。

第13図は、本発明の第８の実施例を説明するための図
である。

第14図は、本発明の第８の実施例における処理の流れ
を説明する図である。

第15図は、本発明の第９の実施例を説明するための図
である。

発明を実施するための最良の形態以下、図面た示した実施例を参照して本発明をさらに
詳細に説明する。なお、図１〜15における同一の記号
は、同一又は類似物を表示するものとする。

第１図は、本発明の第１の実施例の基本部分の構成を
示す図である。同図において、電子源１より放射され、
電子レンズ22、23により20keVに加速された電子線２
は、同図では簡略化されて記載されている走査コイル
３、対物レンズ４などから成る電子光学系を通り試料台
５に保持された試料51に向かう。試料台５における試料
51の保持の態様は、装置でも設置でもよい。ここで電子
源１は、接地電位にある後段の電子レンズ23に対し、電
源24、25により−20keVの高電圧が印加されている。電
子線２の加速エネルギーは、これらの電源24、25で設定
された電子源１と電子レンズ23との電位差で決まり、20
keV以外の値（例えば、１〜50kVの所望の値）を用いる
ことも可能である。この電子線２は、試料台５に到達す
る直前で対物レンズ４（接地電位）と試料台５の間に加
えられた電位印加装置21により減速され、200eV以下の
任意の値に設定したエネルギーで試料台５に設置した試
料51に入射する。このように、試料台５上の試料51に入
射させる電子線２のエネルギーが低エネルギーであって
も、電子源１より出た電子線２を一旦これより高エネル
ギーに加速した上で電子光学系を通し、試料51入射直前
に所望のエネルギーまで減速させるのは、電子線２を細
く収束して高分解能観察を行うための周知の技術であ
る。

そして、試料51の電子線２入射部分から出る光は集光
レンズ６で集められ、干渉フィルタ７、1/4波長板８、
偏光子９を順に通過した後、収束レンズ10を経て光検出
器11に至る。この光検出器11としては、本実施例ではア
バランシェフォトダイオードを用いているが、光電子像
倍管、CCD等の他の光検出器を用いても良い。また、干
渉フィルタ７としては、本実施例では通常バンド幅50nm
のものを検出する光の波長に応じて入れ替えて使用して
いる。しかし、検出する光の波長の許容範囲により他の
バンド幅のものを用いたり、あるいは波長選択が不要な
場合には全く使用しない場合もある。

また、より厳密な波長選択が必要な場合には、第２図
に示した本発明の第２の実施例のように、干渉フィルタ
７のかわりにプリズムや回折格子などを搭載した分光器
12を利用する。この場合には、集光レンズ６、1/4波長
板８、偏光子９、収束レンズ10、分光器12、光検出器11
をこの順に配置して円偏光検出系を構成する。円偏光検
出系に分光器12を用いると、光の波長に応じて干渉フィ
ルタ７を入れ替える必要がなくなるという利点がある。
ところが、分光器12を用いて円偏光検出系を構成する
と、干渉フィルタ７を用いた円偏光検出系に比べて占有
体積が増加する。そこで、これが問題となる場合には、
第２図に示した本実施例のように、収束レンズ10からの
光を一旦光ファイバ13に導き、空間的制約のない場所に
設置した分光器12に光を伝達させれば良い。

干渉フィルタ７や分光器12という波長選別手段を試料
51からの光を検出する光検出手段に設けることは、特に
試料51から発生する光が多種の波長の光を含む場合、所
望（測定対象）の円偏光検出における雑音抑制に効果的
である。円偏光とそれ以外の光（所謂、雑音）が同一又
は近い波長を有する場合、両者は1/4波長板８と偏光子
９で分離される。しかし、測定対象の円偏光とこれと波
長の異なる光が試料51から出射される場合、波長の異な
る光は直線偏波であれ、円偏波であれ、1/4波長板８と
偏光子９により測定対象の円偏光から分離できない。1/
4波長板８による直線偏波から円偏波へ、又はその逆の
変換の機能は、波長板を通過する波長に依存するからで
ある。

次に、第１図に示した本発明の第１の実施例、又は第
２図に示した本発明の第２の実施例による測定例を第３
図に示す。第３図は、金基板上にエピタキシャル成長し
たコバルト（0001）薄膜を試料51として、円偏光の波長
に対する信号強度の依存性を、試料51に入射する電子線
２のエネルギーが5eVと150eVの場合に測定した結果を模
式的に示したものである。なお、第３図における信号強
度は、試料51に入射する電子線２の電流と各波長での発
光効率とで規格化してある。第３図より明らかなよう
に、信号強度の波長依存性は電子線２の入射エネルギー
により異なっており、しかも平均信号強度は電子線２の
入射エネルギーが150eVの場合には5eVの場合の数分の一
しかない。これは、電子線２の入射エネルギーが高くな
ると、プラズモン励起などの、価電子励起よりも高エネ
ルギーな励起が活発になり、MCDによる円偏光の発生効
率が減少するためである。したがって、電子線２の入射
エネルギーは100eV以下、さらに望ましくは10eV以下に
するのが良いことがわかった。

次に、第１図に示した本発明の第１の実施例、又は第
２図に示した本発明の第２の実施例により、試料51とし
て第３図の場合と同じく金基板上にエピタキシャル成長
したコバルト（0001）薄膜を用いて走査像の観察を行っ
た結果を第４図に模式的に示す。なお、電子線２の入射
エネルギーは10eVとした。第４図の画像の濃淡（コント
ラスト）は、各場所での円偏光の規格化された強度、す
なわち磁気モーメントの観察方向の成分を表しており、
試料51の磁化状態分布が画像として捉えられることがわ
かった。

次に、本発明の第３の実施例を第５図により説明す
る。第５図においては、第１図により説明した本発明の
第１の実施例の構成に、試料51に制御されたの外部磁場
を印加することを可能とする磁場印加装置14を加えてあ
る。この構成によれば、試料51の各部分において、磁化
状態の外部磁場に対する応答を測定することが可能であ
る。第６図に、試料51としてクロム下地層の上にスパッ
タ法で成長した多結晶コバルト薄膜を用い、試料51上の
２点（第６図ではＡ点、Ｂ点として示した）で測定を行
った結果を示す。第６図の測定例で明らかなように、第
５図に示した本発明の第３の実施例によれば、試料51上
の任意の場所において局所的な磁化曲線を得ることがで
きる。

次に、本発明の第４の実施例を第７図により説明す
る。第７図においては、第１図により説明した本発明の
第１の実施例の構成に、試料51を所定の温度に設定する
ことを可能にする温度制御装置15を加えてある。この構
成によれば、試料51の各部分において、磁化状態の温度
依存性を測定することが可能である。第８図に、試料51
として第６図の場合と同じくクロム下地層の上にスパッ
タ法で成長した多結晶コバルト薄膜を用い、試料51上の
２点（第８図ではＡ点、Ｂ点として示した）で測定を行
った結果を示す。第８図の測定例で明らかなように、第
７図に示した本発明の実施例によれば、試料51上の任意
の場所においてキュリー温度を始めとする磁化状態の温
度特性を得ることができる。

次に、本発明の第５の実施例を第９図により説明す
る。第９図においては、第１図により説明した本発明の
第１の実施例の構成にピエゾアクチュエータから成る試
料走査装置16を加えてある。これにより、光検出器11か
らの信号を輝度信号とする走査像を、電子線２を走査コ
イル３で試料台５面上で走査状に移動させる方法だけで
なく、試料台５を電子線２に対して走査状に移動させる
方法によっても得ることを可能にしてある。第９図に示
した本発明の第５の実施例では、電子線２の走査を行わ
ずに試料台５を走査することで円偏光の発生点を常に不
動とすることができるので、円偏光強度の検出精度を向
上させられるという利点がある。試料台５の走査（移
動）する場合、輝度信号の取り込みは試料台５の走査に
対応させ、望ましくは同期させて行う。この点は、電子
線２を走査する場合に輝度信号の取り込みを電子線２の
走査に対応させて行うのと同様である。

ここで、磁化状態分布を画像として得るためのさらに
別の方法としては、電子線２を収束せずに試料51の観察
領域全体に照射し、円偏光を検出する光学系を結像型と
して像の各部分での円偏光強度を画像化する方法（円偏
光結像法）も考えられる。このためには、光検出器11を
例えばCD（電荷結合デバイス）のような撮像型デバイス
にするだけで良く、しかも電子光学系はこれまで説明し
た本発明の実施例よりも簡単に、あるいは完全に不要と
することができる。しかし、この円偏光結像法では、得
られる画像の分解能が検出する光の波長に規定されてし
まうため、電子線２を収束して画像を得る方法に匹敵す
る分解能を達成することはできない。したがって、円偏
光結像法は、磁化状態分布の観察をコンパクトな装置構
成で簡便に行いたい場合にのみ使用することが望まし
い。

次に、本発明の第６の実施例を第10図により説明す
る。第10図においては、第１図により説明した本発明の
第１の実施例の構成に、集光レンズ６、干渉フィルタ
７、1/4波長板８、偏光子９、収束レンズ10、光検出器1
1の組合わせから成る円偏光検出系をさらに追加し、同
時にこれら複数の円偏光検出系からの信号を合わせて演
算することのできる演算装置17を加えてある。第６の実
施例により、演算装置17で演算した結果を輝度信号とす
る走査像を得ることができる。なお、第10図において
は、この円偏光検出系は２組のみ記してあるがこれは単
に図示の便宜のためであり、第６の実施例では実際には
４組の円偏光検出系を用いている。必要に応じてこの円
偏光検出系の数を変えることも可能なことは言うまでも
ない。

これまで説明してきた本発明の第１の実施例から第５
の実施例までは、円偏光検出系方向の磁化成分に関する
情報を与えるものであったが、第10図に示した本発明の
第６の実施例によれば、演算装置16による演算の方法を
変えることで磁化の方向の分布をより詳細に知ることが
できる。第11図に、試料51として鉄の単結晶を用いて観
察を行った結果を模式的に示す。第11図の観察例で明ら
かなように、第10図に示した本発明の第６の実施例によ
れば、試料51の磁化状態像を磁化ベクトルの方向と合わ
せて得ることが可能である。なお、複数の円偏光検出系
からの信号に演算処理を施して走査像の輝度信号とする
方法は、第10図により説明した電子線２を走査する本発
明の第６の実施例に限らず、第９図により説明した試料
台５を走査する本発明の第５の実施例にも適用できるこ
とは言うまでもない。

次に、本発明の第７の実施例を第12図により説明す
る。第12図においては、第10図により説明した本発明の
第６の実施例のように円偏光検出系を追加するかわりに
反射鏡18を設け、ここからの反射光を集光レンズ６に導
く。ここで、反射鏡18からの円偏光と集光レンズ６に直
接入射する円偏光とで、円偏光検出系の中での光路が異
なるようにしておけば、両者を別の光検出器11で検出す
ることができる。これらの光検出器11から得られる信号
を演算装置17で処理すれば、第10図により説明した本発
明の第六の実施例と同様の観察像を得ることができる。

第12図に示した本発明の第７の実施例のように反射鏡
18を用いる集光方法には、第７の実施例以外にも種々の
構成が考えられる。集光レンズ６又は反射鏡18という試
料51からの光を集光する光学素子は、必要に応じて増設
するとよい。この場合、夫々の光学素子に対応させて光
検出器11を設け、一組の光検出光学系を形成する。各組
の光検出光学系においては、対応しあう光学素子と光検
出器の光軸を、光検出器に他の組の光学素子からの光が
入射しないように調整して設定することが肝要である。
何れの場合においても、第10図に示した本発明の第６の
実施例のように複数の円偏光検出系を設けた構成に比べ
て、円偏光検出のための装置構成をコンパクトにできる
という利点がある。

次に、本発明の第８の実施例を第13図により説明す
る。第13図においては、第10図により説明した本発明の
第６の実施例に、試料台５に傾斜、回転を加えるための
回転装置19、およびこの回転装置19と電子線２の試料51
への入射エネルギーとを制御し、同時に演算装置17から
の信号を処理する制御・処理装置20を加えてある。すで
に第３図により説明した通り、円偏光発生効率は電子線
２のエネルギーに強く依存する。具体的には電子線２の
エネルギーが低いほど発生効率が高くなる傾向があるの
で、試料51に入射し内部に進入した電子線５は、次第に
エネルギーを失い停止直前に最も円偏光発生効率が高く
なる。この性質を利用すると、電子線２の試料51への入
射エネルギーを変えることにより、異なる深さでの磁化
情報を得ることができる。さらにこれを回転装置19によ
るさまざまな方向からの観察と合わせて利用すると、ト
モグラフィー（CT）法により磁化の三次元分布を得るこ
とができる。制御・処理装置20によれば、このために必
要な試料台５の向きと電子線２のエネルギーの制御、お
よび得られるデータにトモグラフィー処理を施し三次元
磁化分布を再構成する処理を、第14図に示した手順によ
り行うことができる。したがって、第13図に示した本発
明の第８の実施例によれば、試料51の完全な磁化分布を
得ることができる。

なお、本発明を具現し得る装置構成は、以上述べてき
た８態様の実施例に限定されるものではない。例えば、
以上述べてきた実施例では、円偏光の検出に集光レンズ
６、干渉フィルタ７または分光器12、1/4波長板８、偏
光子９、収束レンズ10、光検出器11の組合わせから成る
円偏光検出系を用いているが、これとは異なる構成であ
っても円偏光を検出する機能を備えた検出器であれば、
本発明の本質を損なうことなくこれを利用できる。さら
には、試料51の電子線２照射部分から発生するMCDに起
因した円偏光を検出する機能を備えた電子顕微鏡であれ
ば、如何なる構成であっても本発明の本質を損なうこと
なくこれをを実現できることも言うまでもない。

最後に、汎用の走査型電子顕微鏡（所謂SEM）に本発
明の試料の磁化状態測定機構を搭載した装置を実施例９
として第15図に示す。SEMは、電子源１、電子源１から
放射される電子線２を加速する電極群26、電子線２を集
束する電磁レンズ27、試料51表面（xy平面とする）上に
て電子線２をｘ方向に走査する偏向電極31並びにｙ方向
に走査する偏向電極32、電子線２を試料51表面に照射す
る対物レンズ４、試料が載置される試料台５、及び試料
台５をxy平面に沿って動かすXYステージ53の夫々を真空
筐体100内に第15のように配置して構成される。電子線
２は、電子線走査制御装置33により偏向電極31、32を制
御した試料51表面上で走査される。電子線２照射により
試料51から発生した二次電子は電子検出器112で検出さ
れ、その検出信号は増幅器113で増幅されて信号処理装
置（又は電子計算機）115に入力される。また、試料51
から発生したＸ線（特性Ｘ線）はＸ線検出器114で検出
され、同様に信号処理装置115に入力される。信号処理
装置115は、電子線走査制御装置33からの偏向電極制御
信号と、試料からの二次電子信号又はＸ線信号とを対応
させて、試料の二次電子像又はＸ線像（所謂SEM像）を
形成する。以上は、よく知られたSEMの基本的な構造及
び機能である。

第15図のSEMは、本発明の磁化状態測定機能を付加す
ることにより、次のような構造上の特徴を有する。電子
線２照射により試料51から発生した光（円偏光）を測定
する光検出光学系が対物レンズ４（試料51に電子線を照
射する電子光学系の最後段）と試料台５との間に設けら
れている。但し、光検出光学系の構成は上述の８種類の
実施例に比べて簡素化しており、試料51表面から光を集
光する集光レンズ６、集光した光を収束する収束レンズ
10、収束された光を検出する光検出器11のみで構成され
ている。これらの光学素子及び検出器は光学系保持台61
のアームに設置され、歯車62を光学系保持台回転装置63
で回転させることにより試料台５の外周に略沿って移動
する。即ち、光検出光学系の光軸が上述の電子光学系の
光軸を略中心として回転するように移動する。試料51か
ら放出された光は光検出光学系の光検出器11で検出さ
れ、信号処理装置（電子計算機）111に入力される。信
号処理装置111は、電子線走査制御装置33からの偏向電
極制御信号と、試料からの光信号とを対応させて試料像
を形成する。信号処理装置（電子計算機）111は、試料
像を形成してディスプレイに表示するほか、光学系保持
台回転装置63を制御して試料51と光検出光学系との位置
を設定する。一方、試料台５とXYステージ53との間には
絶縁層52が設けられ、試料台５には電位印加装置21が接
続される。電位印加装置21は可変電源からなり、試料台
５上の試料51の電位を接地電位（0eV）から所望の負電
位迄調整できる。通常、電子源１には負の高電圧（−１
〜−30keV）が印加されているため、試料51を接地電位
とすると電子線２は１〜30keVの電位差で加速されて試
料51に照射される。この電子線照射条件は二次電子や特
性Ｘ線を検出してSEM像を観察するには適するが、本発
明に依る試料の磁化状態の観察に不適であることは、既
に説明した通りである。そこで観察対象に応じて電源制
御器211で電位印加装置21を制御し、本発明に依る試料
の磁化状態観察時には試料台５に電子線の加速電圧より
数eV程高い負の電圧を印加する。これにより、接地電位
である対物レンズ４の下面と負の電圧が印加された試料
51との間で電子線２はキロボルトオーダから数ボルトオ
ーダまで減速される。この減速の効果は、第３図を参照
して既に説明した通りである。加速電圧と同等或るいは
それ以下の負の電圧を試料51に印加すると、試料の磁化
状態が測定できなくなるので注意が必要である。

ところで他の実施例に比べて本実施例（実施例９）の
装置で光検出光学系の構成を簡素化できたのは、光検出
光学系を試料台51に対して回転移動可能にしたためであ
り、その根拠は次のとおりである。本発明は電子線照射
された試料から放出される円偏光を検出して試料の磁化
情報を測定するものであるが、円偏光を放出する磁性体
試料の性質、即ち磁気円偏光二色性（MCD）に依れば、
円偏光の検出強度はこの検出方向と試料の磁化方向との
関係に依存し、両者の方向が一致したときに最大とな
る。このことから、光検出光学系が試料台51に対して
（特に試料台51の外周に沿って）移動するとき、円偏光
の検出強度は光検出光学系と試料台51との位置関係に応
じて変化することは明らかである。従って、光検出光学
系と試料台51との配置を逐次変え、その都度、電子線２
を試料51で走査し、電子線走査と光検出器11からの光検
出信号とを対応させて画像を作成し、配置毎の画像間の
差（差画像）から試料の磁化情報（即ち円偏光に基づく
像）を抽出することができる。磁化情報の抽出には、上
述の電位印加装置21による入射電子線の適切な減速が肝
要であることは言うまでもない。また、試料の磁化情報
に混入する雑音成分を確実に抑制するために、他の実施
例と同じく光検出光学系に偏向成分分離手段（例えば、
1/4波長板や偏光子、又は偏光プリズム）を設けてもよ
い。第15図の装置では光検出光学系を試料台５に対して
移動させたが、第13図の装置のように試料台５を光検出
光学系に対して移動（回転）させても効果は同じであ
り、この場合も光検出光学系の構成を簡素化できる。即
ち実施例９の構成上の特徴は、試料を保持する試料保持
手段と試料からの光を検出する光検出手段との相対的な
位置関係（配置）を変える（即ち、制御して設定する）
位置制御手段を設けるところにある。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−78041（ＪＰ，Ａ) 特開平２−199757（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−139240（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/256 H01J 37/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（補正後）電子線を放射する電子源と、該
電子源からの電子線を絞る電子光学系と、試料が載置さ
れる試料台と、該電子線を該試料台に載置された試料に
照射する偏向手段と、前記試料台と前記電子光学系との
間に試料に電子線を減速して照射する減速手段を有し、
該試料からの円偏波の電磁波を偏光成分を分光し検出す
る1/4波長板と偏向子を含む検出光学系からなることを
特徴とする電子顕微鏡装置。
【請求項２】（補正後）上記試料台に試料へ磁場を印加
する磁場印加手段を備えたことを特徴とする請求の範囲
第１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】（補正後）上記試料台に上記試料の温度を
設定する温度設定手段を備えたことを特徴とする請求の
範囲第１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項４】（補正後）電子線を加速して絞る工程と、
絞られた電子ビームを絞ったビームを所定の位置に偏向
する工程と、加速された電子ビームを減速する工程と、
減速され絞られた電子線を試料に照射する工程と、該試
料の磁化領域から出射する円偏光を検出する工程と該試
料における電子線照射位置と該円偏光の検出信号とを対
応させて画像を形成する工程からなることを特徴とする
電子顕微方法。
【請求項５】（補正後）上記電子線の加速は、電子線の
エネルギーを100eV以下に設定して行うことを特徴とす
る請求の範囲第４項に記載の電子顕微鏡方法。