JP6843913B2 - 透過電子顕微鏡の制御方法および透過電子顕微鏡 - Google Patents
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Description
対物レンズを含む透過電子顕微鏡の制御方法であって、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第1磁界型レンズおよび第2磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第1磁界型レンズは、第1内側磁極と、第1外側磁極と、第1励磁コイルと、を有し、
前記第2磁界型レンズは、第2内側磁極と、第2外側磁極と、第2励磁コイルと、を有し、
前記第1外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第1内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第2外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第2内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第1磁界型レンズは、前記第1励磁コイルを励磁することによって、前記第1内側磁極と前記第1外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第1磁場を発生させ、
前記第2磁界型レンズは、前記第2励磁コイルを励磁することによって、前記第2内側磁極と前記第2外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第2磁場を発生させ、
前記第1磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第2磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記透過電子顕微鏡の制御方法は、
前記第1磁界型レンズに前記第1磁場を発生させ、前記第2磁界型レンズに前記第2磁場を発生させる工程と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる工程と、
前記第1励磁コイルおよび前記第2励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程と、
を含む。
対物レンズと、
前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第1磁界型レンズおよび第2磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第1磁界型レンズは、第1内側磁極と、第1外側磁極と、第1励磁コイルと、を有し、
前記第2磁界型レンズは、第2内側磁極と、第2外側磁極と、第2励磁コイルと、を有し、
前記第1外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第1内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第2外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第2内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第1磁界型レンズは、前記第1励磁コイルを励磁することによって、前記第1内側磁極と前記第1外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第1磁場を発生させ、
前記第2磁界型レンズは、前記第2励磁コイルを励磁することによって、前記第2内側磁極と前記第2外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第2磁場を発生させ、
前記第1磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第2磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記制御部は、
前記第1磁界型レンズに前記第1磁場を発生させ、前記第2磁界型レンズに前記第2磁場を発生させる処理と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる処理と、
前記第1励磁コイルおよび前記第2励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する処理と、
を行う。
1.1. 透過電子顕微鏡の構成
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、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る透過電子顕微鏡1000の構成を示す図である。
metal-oxide-semiconductor)カメラ等のデジタルカメラである。
次に、対物レンズ100の構成について、図面を参照しながら説明する。図2は、対物レンズ100を模式的に示す断面図である。なお、図2では、試料ステージ106に試料ホルダー108が挿入されている状態を図示している。図3は、対物レンズ100を模式的に示す断面図であり、図2の領域IIIの拡大図である。
印加コイル32aと第1励磁コイル12とは、例えば、同心円状に配置されている。第2磁場印加コイル32bは、第2励磁コイル22の外側に配置されている。第2磁場印加コイル32bと第2励磁コイル22とは、例えば、同心円状に配置されている。
(1)第1磁界型レンズおよび第2磁界型レンズの動作
図4は、第1磁界型レンズ10および第2磁界型レンズ20が発生させる磁場を説明す
るための図である。なお、図4には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。Z軸は光軸Lに沿った軸(光軸Lに平行な軸)であり、X軸およびY軸は光軸Lに垂直な軸である。図示の例では、Z方向は鉛直方向であり、X方向およびY方向は水平方向である。
図6は、磁場印加部30の動作を説明するための図である。図7は、磁場印加部30の動作を説明するための図であり、図6の領域VIIの拡大図である。図6および図7に示す矢印は、磁場印加部30が発生させる磁束の経路(磁路)を表している。
極16の先端部16aとの間の空間、および第1磁界型レンズ10の外側磁極16の先端部16aを通る磁束の経路(磁路)を形成することができる。外側磁極26の先端部26aと外側磁極16の先端部16aとの間の空間は、試料配置面2を含む。
次に、透過電子顕微鏡1000の制御方法について説明する。以下では、磁場印加部30によって試料Sに磁場B3を印加した状態で、試料Sの透過電子顕微鏡像を取得する場合について説明する。
まず、第1磁界型レンズ10に第1磁場B1を発生させ、第2磁界型レンズ20に第2磁場B2を発生させる。具体的には、第1励磁コイル12および第2励磁コイル22に電流を供給する。第1励磁コイル12および第2励磁コイル22に供給される電流量は、対物レンズ100の光学条件(例えば、焦点距離)によって決まる。
次に、磁場印加部30によって、試料配置面2に光軸Lに沿った方向の磁場B3を発生させる。具体的には、第1磁場印加コイル32aおよび第2磁場印加コイル32bに電流を供給することによって、試料配置面2に磁場B3を発生させる。第1磁場印加コイル32aおよび第2磁場印加コイル32bに供給される電流量は、磁場B3の大きさによって決まる。また、第1磁場印加コイル32aおよび第2磁場印加コイル32bに供給される電流の向きは、磁場B3の方向によって決まる。透過電子顕微鏡1000では、試料Sに任意の磁場を印加することができる。
図8は、磁場印加部30によって、試料Sに磁場B3が印加されている様子を模式的に示す図である。図8では、磁場B3の方向は、−Z方向である。
る。そのため、磁場B3の漏洩によって、第2磁場B2は強められる。
次に、制御部120の処理について説明する。図10は、透過電子顕微鏡1000の制御部120の処理の一例を示すフローチャートである。
透過電子顕微鏡1000の制御方法は、例えば、以下の特徴を有する。
図11は、変形例に係る対物レンズ200を模式的に示す断面図である。
2.1. 透過電子顕微鏡の構成
次に、第2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。
次に、透過電子顕微鏡2000の制御方法について説明する。以下では、上述した透過電子顕微鏡1000の制御方法と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
第1励磁コイル12および第2励磁コイル22の励磁を変化させても、磁場B3に起因する軸ずれが補正できない場合がある。ここで、軸ずれとは、電子線が光軸Lに一致せずに、光軸Lに対して電子線がずれることをいう。磁場B3に起因する軸ずれが生じると、視野のずれや、収差のずれが生じてしまう。
第1励磁コイル12および第2励磁コイル22の励磁を変化させても、倍率のずれが補正できない場合がある。すなわち、磁場B3を発生させる前と、磁場B3を発生させた後では、倍率がずれてしまう場合がある。そのため、透過電子顕微鏡2000では、中間レンズ110および投影レンズ112の励磁条件を変化させることによって、磁場B3に起因する倍率のずれを補正する。
第1励磁コイル12および第2励磁コイル22の励磁を変化させても、像の回転が補正できない場合がある。すなわち、磁場B3を印加すると、像が回転してしまう場合がある。像の回転とは、像の中心を回転軸とした像の回転である。例えば、像が180度回転すると、像の上下が反転する。
第1励磁コイル12および第2励磁コイル22の励磁を変化させても、カメラ長のずれが補正できない場合がある。すなわち、磁場B3を印加する前と、磁場B3を印加した後では、カメラ長が変化してしまう場合がある。
第1励磁コイル12および第2励磁コイル22の励磁を変化させても、磁場B3に起因
する対物レンズ100の光学条件のずれを完全に補正できない場合に、照射レンズ104の励磁条件を変化させることによって、第1励磁コイル12および第2励磁コイル22の励磁を変化させることで補正できない対物レンズ100の光学条件のずれを補正してもよい。
次に、制御部120の処理について説明する。図14は、透過電子顕微鏡2000の制御部120の処理の一例を示すフローチャートである。なお、図14では、図10と同じ処理を行うステップには同じ符号を付している。以下では、図10と同じ処理を行うステップについては、その説明を省略する。
透過電子顕微鏡2000の制御方法は、例えば、以下の特徴を有する。
倍率のずれを補正することができる。
3.1. 透過電子顕微鏡の構成
次に、第3実施形態に係る透過電子顕微鏡について説明する。図15は、第3実施形態に係る透過電子顕微鏡3000の構成を示す図である。以下、第3実施形態に係る透過電子顕微鏡3000において、第1実施形態に係る透過電子顕微鏡1000および第2実施形態に係る透過電子顕微鏡2000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、その詳細な説明を省略する。
次に、透過電子顕微鏡3000の制御方法について説明する。以下では、上述した透過電子顕微鏡1000の制御方法および透過電子顕微鏡2000の制御方法と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
透過電子顕微鏡3000の制御部120の処理は、図14に示す倍率を補正する処理(S112)、および像の回転を補正する処理(S114)において走査コイル105を用いる点を除いて、透過電子顕微鏡2000の制御部120の処理と同じであり、その説明を省略する。
透過電子顕微鏡3000の制御方法は、走査コイル105によって電子線で走査する領域の大きさを変化させることによって、磁場B3に起因する倍率のずれを補正する工程を、さらに含む。そのため、透過電子顕微鏡3000の制御方法によれば、磁場B3に起因する倍率のずれを補正することができる。
Claims (7)
- 対物レンズを含む透過電子顕微鏡の制御方法であって、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第1磁界型レンズおよび第2磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第1磁界型レンズは、第1内側磁極と、第1外側磁極と、第1励磁コイルと、を有し、
前記第2磁界型レンズは、第2内側磁極と、第2外側磁極と、第2励磁コイルと、を有し、
前記第1外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第1内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第2外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第2内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第1磁界型レンズは、前記第1励磁コイルを励磁することによって、前記第1内側磁極と前記第1外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第1磁場を発生させ、
前記第2磁界型レンズは、前記第2励磁コイルを励磁することによって、前記第2内側磁極と前記第2外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第2磁場を発生させ、
前記第1磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第2磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記透過電子顕微鏡の制御方法は、
前記第1磁界型レンズに前記第1磁場を発生させ、前記第2磁界型レンズに前記第2磁場を発生させる工程と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる工程と、
前記第1励磁コイルおよび前記第2励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程と、
を含む、透過電子顕微鏡の制御方法。 - 請求項1において、
前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する工程では、
前記磁場印加部で発生した磁場と前記第1磁場が同じ方向である場合には、前記第1励磁コイルの励磁を弱め、前記第2励磁コイルの励磁を強め、
前記磁場印加部で発生した磁場と前記第2磁場が同じ方向である場合には、前記第1励磁コイルの励磁を強め、前記第2励磁コイルの励磁を弱める、透過電子顕微鏡の制御方法。 - 請求項1または2において、
前記透過電子顕微鏡は、
前記試料配置面を挟んで、前記光軸に沿って配置された第1アライメントコイルおよび第2アライメントコイルを含み、
前記第1アライメントコイルおよび前記第2アライメントコイルで電子線を偏向させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記光軸に対する電子線の軸ずれを補正する工程を、さらに含む、透過電子顕微鏡の制御方法。 - 請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記透過電子顕微鏡は、中間レンズと、投影レンズと、を含み、
前記対物レンズ、前記中間レンズ、および前記投影レンズは、前記透過電子顕微鏡の結像系を構成し、
前記中間レンズおよび前記投影レンズの励磁条件を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する倍率のずれを補正する工程をさらに含む、透過電子顕微鏡の制御方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記透過電子顕微鏡は、電子線を前記試料上で走査するための走査コイルを含み、
前記走査コイルによって電子線で走査する領域の大きさを変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する倍率のずれを補正する工程をさらに含む、透過電子顕微鏡の制御方法。 - 対物レンズと、
前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記対物レンズは、
試料が配置される試料配置面を挟んで、光軸に沿って配置された第1磁界型レンズおよび第2磁界型レンズと、
前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる磁場印加部と、
を含み、
前記第1磁界型レンズは、第1内側磁極と、第1外側磁極と、第1励磁コイルと、を有し、
前記第2磁界型レンズは、第2内側磁極と、第2外側磁極と、第2励磁コイルと、を有し、
前記第1外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第1内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第2外側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離は、前記第2内側磁極の先端部と前記試料配置面との間の距離よりも小さく、
前記第1磁界型レンズは、前記第1励磁コイルを励磁することによって、前記第1内側磁極と前記第1外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第1磁場を発生させ、
前記第2磁界型レンズは、前記第2励磁コイルを励磁することによって、前記第2内側磁極と前記第2外側磁極との間のギャップから磁束を漏洩させて、第2磁場を発生させ、
前記第1磁場の前記光軸に沿った方向の成分と前記第2磁場の前記光軸に沿った方向の成分とは、逆方向であり、
前記制御部は、
前記第1磁界型レンズに前記第1磁場を発生させ、前記第2磁界型レンズに前記第2磁場を発生させる処理と、
前記磁場印加部によって、前記試料配置面に前記光軸に沿った方向の磁場を発生させる処理と、
前記第1励磁コイルおよび前記第2励磁コイルの励磁を変化させることによって、前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正する処理と、
を行う、透過電子顕微鏡。 - 請求項6において、
前記磁場印加部で発生させた磁場に起因する前記対物レンズの焦点距離のずれを補正するための前記第1励磁コイルおよび前記第2励磁コイルの励磁条件が、前記磁場印加部で発生させた磁場の大きさおよび向きごとに、記憶されている記憶部を含む、透過電子顕微鏡。
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