JPH0845465A - 走査型干渉電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】走査型干渉電子顕微鏡において、電子線干渉縞
の検出効率を上げ、磁性体試料の微小領域の磁気情報を
高Ｓ／Ｎ比の走査像として観察できる走査型干渉電子顕
微鏡を実現する。 【構成】電子銃１と偏向コイル４との間にバイプリズム
３を設けて試料７を走査する収束電子線２を２点に分割
することにより、試料７を透過し再び重なり合った電子
線には干渉縞１４が生じる。この干渉縞１４を、たとえ
ば多重極レンズで構成された電子光学整形器１０によ
り、干渉縞１４の平行方向に縮小、あるいはその垂直方
向に拡大して、電子線の干渉縞１４部分を効率良く干渉
縞位置変化検出器内に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性材料内外の微小領
域の磁気特性や磁化状態の評価に用いる走査型干渉電子
顕微鏡に係り、特に、その信号検出手段を高感度化した
走査型干渉電子顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子線を使って微小領域の磁気特性を評
価しようという試みは、数多くなされている。その１つ
の方法として、特開平３−８１９３９号公報に示される
ような、走査型干渉電子顕微鏡がある。ここで、従来の
走査型干渉電子顕微鏡による磁気計測の原理を、図６を
用いて説明する。まず、走査型透過電子顕微鏡の偏向コ
イル４と電子源１との間にバイプリズム３を挿入し、こ
れに電圧を加えることにより電子線２を２つに分離す
る。分離した電子線２は、収束レンズ５，６により、試
料面７上に２点として収束される。そして、試料面７を
透過した電子線２は、再び重なり合い、その電子線２が
重なった部分には電子線の干渉縞１４ができる。この干
渉縞１４が偏向コイル４による電子線偏向に対して不動
となるように、対物レンズ８の励磁電流を適当に調整す
る。不動となった干渉縞１４を投射レンズ１１により拡
大し、干渉縞１４の位置変化を検出できるようにした干
渉縞位置変化検出器１５上に導く。検出器１５は、たと
えば、等間隔のスリット１２と電子線強度検出器１３と
の組合せから構成される。ここで、電子線干渉縞１４の
方向とスリット１２の方向とを合わせておくと、干渉縞
１４の位置により、検出される電子線強度が変化する。

【０００３】上記の構成を有する走査型干渉電子顕微鏡
により、以下のようにして、微小領域の磁気情報を得る
ことができる。まず、試料面７上に磁性体試料を置く
と、収束された２つの電子線２の間にも磁場もしくは磁
化が存在するようになる。ここで、電子線２を偏向コイ
ル４によって走査すると、試料に応じて２つの電子線の
間に存在する磁場または磁化の量が変化し、両電子線間
の位相が変化して、電子線干渉縞１４の位置がシフトす
る。これを検出器１５により信号として検出し、表示装
置に表示すると、磁化もしくは磁場の変化の分布が走査
像として得られる。

【０００４】このような走査型干渉電子顕微鏡において
得られる磁場の走査像のＳ／Ｎ比は、検出する電子線強
度が強くなるほど高くなる。逆に、電子線強度が弱くな
ると、信号自体の揺らぎが大きくなるばかりでなく、外
部から混入するノイズの影響も受けやすくなる。そのた
め、電子線干渉縞を無駄なく検出器に入射させること
が、明瞭な走査像を得るためには重要なことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
走査型干渉電子顕微鏡では、電子線２の干渉縞１４の間
隔を検出可能な大きさにまで拡大して干渉縞位置変化検
出器１５に入射させるため、大部分の電子線２が検出器
１５の外に外れてしまうという問題があった。すなわ
ち、電子線干渉縞１４の間隔は非常に狭く、この干渉縞
を検出器１５上のスリット１２の大きさに合わせるため
には、１０００倍程度にまで拡大しなければならない。
したがって、干渉縞の大部分は検出器１５内に入らず、
走査像の形成には関与しなくなる。干渉縞１４をすべて
検出器１５内に入射できるように拡大率を小さくする
と、スリット１２の間隔は非常に狭くしなければなら
ず、スリット１２の形成が困難になる。逆に、検出器１
５の大きさを大きくして電子線２の大部分を検出しよう
とすると、その大きさは電子顕微鏡の鏡筒よりも大きく
なってしまい、設置および製作が困難になる。また、干
渉縞位置変化検出の測定精度も低下してしまう。

【０００６】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、簡単な装置構成で電子線干渉縞を検出器か
ら外すことなく検出し、磁性体試料における磁化もしく
は磁場の分布を高いＳ／Ｎ比の走査像として観察できる
走査型干渉電子顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、走査型干渉電子顕微鏡における
電子線の試料透過後に生じる干渉縞を、その干渉縞に平
行な方向に縮小、または干渉縞に垂直な方向に拡大、の
少なくともその一方を行う機能を有する電子光学整形器
を、試料面と検出器との間に設ける。このとき、試料面
と上記電子光学整形器との間に、走査電子線を振り戻し
て電子線の試料面走査による軌道変化を打ち消す第２の
電子線偏向器を設けるか、あるいは、固定した収束電子
線に対して試料自体を機械的に走査させて、上記整形器
内での電子線の振れをなくす。

【０００８】また、上記の干渉縞を縮小または拡大させ
る電子光学整形器を、４重極、または８重極以上の多重
極レンズで構成するか、あるいは、電子線バイプリズム
で構成する。そして、これらの電子光学整形器の縮小ま
たは拡大の方向を、試料面上で電子線を２点に分離する
バイプリズムの回転に同期して、かつ、方向を合わせて
回転できるようにする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、電子線の干渉縞を一方向に縮
小もしくは拡大する手段を設けるという簡単な構成の改
良により、電子線干渉縞の全体を検出器内に入射させる
ことができる。また、この干渉縞を縮小もしくは拡大さ
せる手段である電子光学整形器は、電子線軌道が変化し
ない位置に設置されているので、縞の位置変化にも影響
を与えることはない。したがって、検出する電子線強度
が強くなり、Ｓ／Ｎ比の高い走査像を得ることができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡の
実施例について、図を用いて説明する。

【００１１】図１は、本発明に係る走査型干渉電子顕微
鏡の第１実施例の概略説明図である。電子源１から引き
出された電子線２は、バイプリズム３により分離して重
ね合わされる。バイプリズム３は、例えば、細線に金を
蒸着したワイヤと、それを保持する台から構成される。
この分離された電子線２は、第１収束レンズ５、第２収
束レンズ６により試料面７上の２点に収束される。さら
に、試料上各点の情報を得るために、この電子線２を偏
向コイル４によって走査する。試料面７を透過した電子
線２は再び重なり合い、電子線干渉縞１４を形成する。
走査によって変化する電子線の軌道は、振り戻しコイル
１６によって、その変化が打ち消される。電子線走査に
よる電子線の軌道は点線２５で示す。走査による軌道変
化が打ち消された電子線経路上には、電子光学整形器１
０が置かれる（以下、単に整形器と呼ぶ）。整形器と
は、電子線の形状を変形することのできる電子光学装置
のことであり、詳細は後述するが、多重極レンズやバイ
プリズムなどで構成されている。この整形器１０によ
り、電子線形状を干渉縞１４に平行な方向に縮むように
変形させる。この縮んだ干渉縞１４を投射レンズ１１に
より拡大し、スリット１２と電子線強度検出器１３とを
組み合わせた干渉縞位置変化検出器１５に入射させる。
一点破線２６は、整形器１０を働かせなかった場合の電
子線結像経路を示す。一方向に縮小された電子線の干渉
縞は、スリット１２の間隔と電子線干渉縞１４との間隔
が一致するように、投射レンズ１１により拡大される。
スリット１２は、例えば、モリブデン薄板を化学エッチ
ングすることによって形成され、また、電子線強度検出
器１３は、例えば、硫化亜鉛系蛍光体と光電子増倍管と
の組合せによって構成される。

【００１２】本実施例１では、整形器１０は振り戻しコ
イル１６と検出器１５との間の任意の場所に配置するこ
とができるが、電子線２が対物レンズ８により収束され
ている場所近傍（収束点は除く）に整形器１０を置くこ
とにより、電子線に対する整形器１０による変形歪の影
響を最小限に抑えることができる。

【００１３】次に、本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡
の第２実施例を、図２に示す。本実施例２の装置構成
は、実施例１とほぼ同じであるが、電子線走査に係る部
分が異なる。すなわち、本実施例２では、電子線２の走
査は行わずに、試料７自身を走査する。これにより、収
束した電子線２を試料面７上の各点に照射させることに
なり、電子線走査をした場合と同等の結果を得ることが
できる。また、電子線走査による軌道の変化を打ち消す
ための振り戻しコイル１６は、不要になる。そして、試
料面７を透過した後、電子線２は対物レンズ８、および
投射レンズ１１により拡大され、干渉縞位置変化検出器
１５上に照射される。整形器１０は試料面７と検出器１
５との間の任意の場所に配置できるが、実施例１と同様
に、電子線の収束点近傍に配置すると、歪の影響を最小
限にすることができる。

【００１４】ここで、整形器１０により変形させた電子
線２の形状変化の様子を、図３、および図４により説明
する。

【００１５】まず、図３は、変形前の電子線形状１７
と、４重極、もしくは８重極のコイル、またはその組合
せを整形器として用いて変形させた電子線形状１８とを
示す。縦の縞は干渉縞１４を表す。整形器１０内の磁界
分布により、干渉縞は一方向に縮小される。上下方向の
矢印が縮小の方向２０を示している。変形の大きさは、
縮小された方向の電子線の大きさが、検出器内にすべて
入るように決める。

【００１６】本実施例では、４重極、もしくは８重極の
コイル、またはその組合せを整形器として用いて磁界に
より干渉縞を変形させたが、静電場により４重極場、も
しくは８重極場を形成して変形させても良い。また、円
筒面レンズによる電磁場により変形させても良い。

【００１７】図４は、整形器１０としてバイプリズムを
使用した場合の、電子線の変形形状１９を示した図であ
る。このバイプリズムは、電子線干渉縞の方向と直交す
る方向に配置され、電子線が干渉縞方向に重なり合うよ
うにする。この重ね合わせにより、電子線は再び干渉
し、干渉縞の中にさらに直交して干渉縞ができる。しか
し、この干渉縞の中の干渉縞は、検出される電子線強度
には影響を与えない。この操作により電子線の大きさは
半分になる。さらに小さくするためには、もう１段バイ
プリズムを挿入しても良い。また、図３で説明した整形
器と、図４で説明したバイプリズムによる整形器とを組
み合わせて使用しても良い。このようにすると、図３で
説明した多重極レンズのみによる変形に比べ、歪が小さ
くなるという特徴を持つ。さらに、整形器１０として使
うバイプリズムは、試料に入射する電子線を分離するバ
イプリズムと同じ形状のものでも良い。このようにする
と、バイプリズムの種類が１つでよく、製造コストを下
げることができる。また、このバイプリズムは磁界によ
り形成されるものでも良い。

【００１８】次に、図５は、バイプリズム３の回転と、
整形器１０の電子線変形方向の回転とを同期させるため
の方法を示した図である。バイプリズムの方向は、観察
する試料に対して様々な方向に回転させられる。特に、
試料の回転が適当でない場合には、専らバイプリズムを
回転させることになる。すると、当然、干渉縞の方向も
回転するため、整形器１０による電子線変形の方向も、
回転させなければならない。バイプリズム３の回転は機
械的に行うが、その手段は、たとえば、回転導入器２２
と回転角モニタ２４との組合せによって構成される。す
なわち、回転導入器２２はモータにより駆動され、回転
した角度は回転角モニタ２４により電気信号に変換され
る。これを制御回路２３に戻し、干渉縞を変形させる方
向の制御に使う。多重極レンズにより変形を行う場合に
は、コイルに流す電流を電流源２１により変化させて、
変形方向を回転させる。図５下図は、整形器１０に流す
電流をバイプリズム３の回転角度の関数として表したも
のの１例である。また、変形の大きさは電流の絶対値に
比例するため、これを制御することで行う。但し、あら
かじめバイプリズム３の方向と変形の方向とは合わせて
おかなければならない。一方、整形器１０がバイプリズ
ムで構成されている場合は、電子線を試料上で分離する
ためのバイプリズムを回転させる手段と同じ手段を使っ
て、整形器１０を回転させれば良い。

【００１９】以上、各実施例で述べたように、本発明に
係る走査型干渉電子顕微鏡においては、試料を透過後の
電子線のうち、干渉縞の生じている部分をほぼ１００％
検出器内に導入することができるので、試料面における
磁場分布を、高いＳ／Ｎ比の走査像として観察すること
ができるようになる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る走査
型干渉電子顕微鏡においては、試料透過後の電子線中に
生じている干渉縞を電子光学整形器により、その縞に平
行方向に縮小、あるいは縞に垂直方向に拡大することに
より、電子線の干渉縞部分を検出器のスリットサイズに
合わせて、しかも、ほぼ１００％検出器内に入射させる
ことができるようになり、これにより、磁性体試料にお
ける微小領域の磁気情報を高いＳ／Ｎ比の走査像として
観察することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡の第１の実
施例の概略の装置構成を示す図である。

【図２】本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡の第２の実
施例の概略の装置構成を示す図である。

【図３】本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡に設けた多
重極レンズ整形器により変形させた電子線形状を説明す
る図である。

【図４】本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡に設けたバ
イプリズム整形器により変形させた電子線形状を説明す
る図である。

【図５】本発明に係る走査型干渉電子顕微鏡のバイプリ
ズムと整形器との同期回転の手段を示す図である。

【図６】従来の走査型干渉電子顕微鏡の概略の装置構成
を示す図である。

【符号の説明】

１…電子源 ２…電子線 ３…バイプリズム ４…偏向コイル ５…第１収束レンズ ６…第２収束レンズ ７…試料面 ８…対物レンズ １０…整形器 １１…投射レンズ １２…スリット １３…電子線強度検出器 １４…干渉縞 １５…干渉縞位置変化検出器 １６…振り戻しコイル １７…電子線断面 １８…４重極磁場により変形後の電子線断面 １９…バイプリズムにより変形後の電子線断面 ２０…変形方向 ２１…電流源 ２２…回転導入器 ２３…制御回路 ２４…回転角モニタ ２５…電子線走査による電子線経路 ２６…整形器なしの結像経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 勝広 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子源から放射された電子線を収束レンズ
   と電子線偏向器とにより試料面上に収束して走査し、該
   試料面を透過した電子線を検出して上記試料の透過顕微
   像を表示する走査型透過電子顕微鏡の鏡体に、上記電子
   線偏向器と電子源との間にバイプリズムを設け、上記試
   料面上における収束電子線を２点に分離し、かつ、試料
   透過後に再び重なり合った電子線に干渉縞を生じさせ、
   上記試料による該干渉縞の位置のシフトを映像信号とし
   て検出する検出器を設けた走査型干渉電子顕微鏡におい
   て、上記電子線の干渉縞を該干渉縞に平行な方向に縮
   小、または該干渉縞に垂直な方向に拡大、の少なくとも
   その一方を行う機能を有する電子光学整形器を設けたこ
   とを特徴とする走査型干渉電子顕微鏡。
2. 【請求項２】上記収束電子線を上記試料面上で走査する
   第１の電子線偏向器に加えて、上記試料面と上記電子光
   学整形器との間に、上記走査電子線を振り戻し、該電子
   線の軌道変化を打ち消す機能を有する第２の電子線偏向
   器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の走査型干
   渉電子顕微鏡。
3. 【請求項３】上記試料を保持する試料移動台に、上記試
   料を上記収束電子線に対して機械的に走査させる機能を
   設けたことを特徴とする請求項１に記載の走査型干渉電
   子顕微鏡。
4. 【請求項４】上記電子光学整形器を４重極、または８以
   上の多重極レンズによって構成し、各極の電磁界の強
   さ、もしくは比率を変化させる手段を付加してなること
   を特徴とする請求項１，２または３に記載の走査型干渉
   電子顕微鏡。
5. 【請求項５】上記電子光学整形器をバイプリズムによっ
   て構成し、該バイプリズムに印加する電圧を変化させる
   手段、および該バイプリズムの方向を回転させる手段と
   を付加してなることを特徴とする請求項１，２または３
   に記載の走査型干渉電子顕微鏡。
6. 【請求項６】上記電子光学整形器に、干渉縞を縮小また
   は拡大する方向を、上記収束電子線を試料面上で２点に
   分離する前記バイプリズムの回転に同期して、かつ、方
   向を合わせて回転する手段を設けたことを特徴とする請
   求項１から５までのいずれかの項に記載の走査型干渉電
   子顕微鏡。