JP4150568B2 - 電子顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーアナライザを備え、エネルギー分析及び暗視野像を同時に観察できる走査透過型の電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームのエネルギーを分析するエネルギーアナライザを搭載した透過型電子顕微鏡（transmission electron microscope:TEM）が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３３１９５
【０００４】
このような電子顕微鏡は、主として次の３つの用途に使用されている。第１は、エネルギーアナライザを用いて試料の電子エネルギー損失分光法（electron energy loss spectroscopy：ＥＥＬＳ）によるエネルギースペクトルを取得することである。第２は、電子ビームで試料を走査した顕微鏡像を観察する走査透過型電子顕微鏡（scanning transmission electron microscope：ＳＴＥＭ）方式である。この方式を用いる場合には、試料を走査する細く絞った電子ビームの各位置について取得したＥＥＬＳによるスペクトルをメモリに記憶させておく。試料を走査した後で、メモリに記憶したデータを用いて特定のエネルギーによる顕微鏡像を形成する。これは、スペクトルイメージング法と称される。第３に、直接写像の透過型電子顕微鏡（transmission electron microscope：ＴＥＭ）方式である。この方式の場合には、エネルギーアナライザで選択した所望のエネルギーを有する電子ビームによって顕微鏡像を形成する。
【０００５】
スペクトルイメージング法によって顕微鏡像を形成するには、入射窓面には、通常は試料による回折像が形成される。これは、入射窓面に試料の顕微鏡像を形成するとこの像は電子ビームの走査に応じて動くのに対し、試料の回折像は電子ビームの走査に関わらず静止しているため、取り扱いが容易だからである。このような静止した回折像において、対物絞りにより所望の回折スポットを選択することができる。
【０００６】
エネルギーアナライザにおいて、電子ビームは、入射窓面に対応する出射窓面においてエネルギーに応じて分散する。したがって、この出射窓面にスリットを設置することによって所望のエネルギーを有する電子ビームを選択することができる。また、ＥＥＬＳによるスペクトルを観測する場合は、後段の光学系は、入射像面を記録観察装置に拡大投影する。電子ビームのエネルギー分解能を高めるには、入射窓面と入射像面における電子ビームの径をできるだけ小さくすることが必要である。
一方、従来、試料から大きな角度で回折された電子ビームを結像する高角度暗視野像（high angle annular dark field：ＨＡＡＤＦ）が利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
“Artificial bright spots in atomic-resolution high-angle annular dark field STEM images,” T. Yamazaki, M. Kawasaki, K. Watanabe, I. Hashimoto, M. Shiojiri, Journal of Electron Microscopy 50(6) 517-521 (2001)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８は、アニュラ検出器を備えるエネルギーフィルタの構成を示す図である。このエネルギーフィルタは、光軸Ｌ０に沿って、入射窓面１１１と入射像面１１２の間に、電子ビームを透過させるように中央に孔のあいたアニュラ検出器１２１を配置し、ＥＥＬＳによるスペクトルの取得と同時に大きな角度で回折された電子ビームをアニュラ検出器１２１で検出する。
【０００９】
図示したエネルギーアナライザにおいては、試料から大きな角度で回折された電子ビームをアニュラ検出器１２１によって検出する必要があるので、対物絞りを入れることができない。入射窓面に形成される試料の回折像は、試料で回折された電子ビームの角度によるため、対物絞りがないと径が大きくなる。
【００１０】
図９は、電子ビームの放出角度と入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【００１１】
例えば、アニュラ検出器で検出する回折した電子ビームの放出角度θ１１を１７０ｍｒａｄとすると、入射窓面１１１における電子ビームの径Ｄ１１を１μｍ程度に縮小することができる。この状態で、エネルギーフィルタを１ｅＶ以下のエネルギー分解能で使用することは可能である。なお、図中の黒点は、回折スポットである。
【００１２】
図１０は、エネルギーアナライザの出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【００１３】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、入射窓面における電子ビームの径が０．９μｍ、入射像面における電子ビームの径が９μｍの場合の出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状をそれぞれ示す図である。なお、図１０（ｂ）におけるスポットは、２００倍に拡大したものである。
【００１４】
図１０（ａ）に示す出射窓面において、右側の電子ビームは２００ｋＶのエネルギーで入射したエネルギー損失のないものであり、左側の電子ビームは１ｅＶだけエネルギーを損失したものである。図からわかるように、両ビームは充分に離れており、１ｅＶ以下のエネルギー分解能のエネルギースペクトルを得ることができると推定される。このように、ＥＥＬＳによるスペクトル、並びにそれを用いたスペクトルイメージングを観察する上で何ら問題がない。
【００１５】
図１１は、入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【００１６】
電子ビームは、放出角度θ１１として１７０ｍｒａｄを有するもので、電子ビームの径Ｄ１１を０．９μｍまで縮小投影している。ここで、入射窓面１１１の後段に配置されるアニュラ検出器１２１の寸法が問題になる。すなわち、１０ｍｒａｄ程度の半角θ１２を有する電子ビームをアニュラ検出器１２１の内孔を透過させてエネルギーアナライザに入射させる場合、アニュラ検出器１２１の内孔の径Ｄ１２には０．９μｍ×（１０／１７０）＝５３ｎｍが必要である。一方、アニュラ検出器１２１の外径はいくらでもよいが、測定する電子ビームは、光軸Ｌ０を中心として径１μｍ程度に集中している。現代のナノテクノロジーによれば、このように内径５３ｎｍ、外径１μｍ程度の検出部を有するアニュラ検出器１２１を製作することは不可能ではないが、製造の容易さやコストを考慮すると現実性に乏しい。
【００１７】
このように、エネルギーアナライザを備えた走査透過型電子顕微鏡において、エネルギー分析及び暗視野像を同時に観察するには、エネルギー分解能を確保するためにエネルギーアナライザの入射窓面において電子ビームを細く絞るとともに回折光を選択する必要があった。
【００１８】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、エネルギーアナライザを備える走査透過型の電子顕微鏡であって、アニュラ検出器を備えるものを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る電子顕微鏡は、試料を電子ビームで走査して透過像を観察するものであって、試料を走査した電子ビームをエネルギーについて分析するエネルギーアナライザと、電子ビームの進行方向について前記エネルギーアナライザの前段に配置され、前記試料で大きな角度散乱された電子ビームを検出するアニュラ検出器と、を有し、前記エネルギーアナライザの入射窓面に前記試料の小さい口径の回折像を投影し、前記エネルギーアナライザで分析した電子ビームを用いてスペクトル又は顕微鏡像を作成する。
【００２０】
好ましくは、前記口径は、０．０１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２１】
好ましくは、前記アニュラ検出器と前記入射窓面の距離は、前記入射窓面と前記入射像面の距離の半分以上である。
【００２２】
好ましくは、電子ビームに沿って、前記アニュラ検出器及び前記エネルギーアナライザ間に、電子ビームの入射角又は径を制限する絞りを配置する。
【００２３】
好ましくは、前記絞りの口径は、１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２４】
好ましくは、前記試料を走査し、前記エネルギーアナライザによって分析したスペクトルを前記試料における位置ごとにメモリに記憶し、前記メモリに記憶したスペクトルを信号処理してスペクトルを得る。
【００２５】
好ましくは、本発明に係る電子顕微鏡は、試料を電子ビームで走査して透過像を観察する電子顕微鏡において、試料を走査した電子ビームをエネルギーについて分析するエネルギーアナライザと、前記エネルギーアナライザの入射像面の近傍に配置され、前記試料で大きな角度散乱された電子ビームを検出するアニュラ検出器と、を有し、前記エネルギーアナライザの入射窓面に前記試料の小さい口径の顕微鏡像を投影し、前記エネルギーアナライザで分析した電子ビームを用いてスペクトル又は顕微鏡像を作成する。
【００２６】
好ましくは、前記口径は、０．０１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２７】
好ましくは、電子ビームに沿って、前記エネルギーアナライザにおける入射像面の近傍に、電子ビームの入射角又は径を制限する絞りを配置する。
【００２８】
好ましくは、前記絞りの口径は、１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２９】
好ましくは、前記試料を走査し、前記エネルギーアナライザによって分析したスペクトルを前記試料における位置ごとにメモリに記憶し、前記メモリに記憶したスペクトルを信号処理してスペクトルを得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子顕微鏡の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、アニュラ検出器により高角度暗視野像（high angle annular dark field：ＨＡＡＤＦ）も同時に観察する、エネルギーフィルタを備えた走査透過型電子顕微鏡（scanning transmission electron microscope：ＳＴＥＭ）を想定している。
【００３１】
図１は、本実施の形態の電子顕微鏡の概略的な構成を示す図である。
【００３２】
この電子顕微鏡１０は、光軸Ｌ０に沿って電子ビームが進行する方向に、電子銃１１と、陽極１２と、集束レンズ１３と、走査コイル１４と、対物及び中間レンズ１５と、開口１６と、エネルギーアナライザ１７と、スリット１８と、投影レンズ１９と、記録観察装置２０とを有する。対物及び中間レンズ１５は、対物レンズ１５ａと中間レンズ１５ｂとからなる。なお、図中に電子ビームの軌跡Ｌを示している。
【００３３】
また、電子顕微鏡１０は、電子ビームの光軸Ｌ０に沿った所定位置（後述）に図示しないアニュラ検出器を有する。電子顕微鏡１０においては、エネルギーアナライザ１７によって選択された特定のエネルギーの電子ビームによる顕微鏡像を観察すると同時に、アニュラ検出器を用いて高角度暗視野像（ＨＡＡＤＦ）を観察することができる。
【００３４】
本実施の形態では、電子銃１１には電界放出型電子銃（field emission gun：ＦＥＧ）を用いる。エネルギーアナライザ１７には、オメガフィルタを用いる。
【００３５】
図２は、オメガフィルタによるエネルギーアナライザを示す図である。
【００３６】
オメガフィルタは、第１乃至第４の磁極１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを有し、これら第１乃至第４の磁極１７ａ〜１７ｄは巻回されたコイルにより磁場を生成し、電子ビームを対称線Ａについて対称にΩ状の軌跡Ｌを描くように偏向する。電子ビームの軌跡Ｌが複数あるのは、電子ビームのエネルギーによって描く軌跡Ｌが異なるからである。
【００３７】
図中には、オメガフィルタに入射する電子ビームがクロスオーバを結ぶ入射窓面１１１、記録観察装置２０の物面に共役な入射側の物面である入射像面１１２、エネルギーの異なる電子ビームが同じ位置に結像され、アクロマティック像面とも称される出射像面１１３、及びエネルギー分散面とも称され、この面にスリット１８が配置される出射窓面１１４の位置がそれぞれ示されている。
【００３８】
これら入射窓面１１１、入射像面１１２、出射像面１１３及び出射窓面１１４の位置は、エネルギーアナライザ１７を備える電子顕微鏡１０の基本的な光学的位置として重要である。これらの位置は、エネルギーアナライザ１７の結像歪みを最小とし、エネルギーアナライザ１７を備えない通常の電子顕微鏡と同様の顕微鏡像の観察機能を確保するため、エネルギーアナライザ１７の設計において厳密に定められる。
【００３９】
本実施の形態ではエネルギーアナライザ１７にオメガフィルタを用いたが、これ以外に、アルファフィルタ、ガンマフィルタ、マンドリンフィルタ、ウィーンフィルタ等の他のエネルギーフィルタを用いることもできる。なお、前述の入射窓面、入射像面、出射像面及び出射窓面の位置は、オメガフィルタに限らす、どのようなエネルギーフィルタにおいても定義される。
【００４０】
本実施の形態では、記録観察装置２０には、ＣＣＤカメラを用いるが、記録フィルム、イメージングプレート等を用いることもできる。
【００４１】
電子銃１１から出射された電子ビームは、電子銃１１と陽極１２の間の電位差によって加速され、集束レンズ１３によって試料１０１上に細い電子ビームとして収束される。その際、走査コイル１４によって、試料１０１上において収束される位置を走査される。試料１０１を走査した電子ビームは、対物及び中間レンズ１５によって収束され、開口１６を介してエネルギーアナライザ１７の入射窓面に収束される。エネルギーアナライザ１７を通過した電子ビームは、出射窓面に配置されたスリット１８によって特定のエネルギーを有する電子ビームのみが選択され、投影レンズ１１９によって記録観察装置２０に投影される。
【００４２】
本実施の形態では、前記構成の電子顕微鏡により、エネルギーアナライザ１７の入射窓面において電子ビームを細く絞ることによりエネルギー分解能を確保するとともに、回折光を選択して暗視野像を得ることができる。
【００４３】
図３は、第１の実施の形態を示す図である。
【００４４】
第１の実施の形態においては、２００ｋＶにおいて１．２μｍ／ｅＶのエネルギー分散を有するオメガフィルタをエネルギーアナライザ１７として用い、１ｅＶのエネルギー分解能を想定する。
【００４５】
図４は、第１の実施の形態の参考例として出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【００４６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、入射窓面における電子ビームの径が２．０μｍ、入射像面における電子ビームの径が２．５μｍの場合の出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状をそれぞれ示す図である。なお、図４（ｂ）におけるスポットは、２００倍に拡大したものである。
【００４７】
図４（ａ）に示す出射窓面において、右側の電子ビームは２００ｋＶのエネルギーで入射したエネルギー損失のないものであり、左側の電子ビームは１ｅＶだけエネルギーを損失したものであるが、これらは重なり合っている。このため、１ｅＶの分解能を得るためには、右側と左側の電子ビームが重なり合わないように、電子ビームの径は１μｍ以下であることが必要であると思われる。このとき、電子ビームの径（１μｍ）は、分散の値（１．２μｍ／ｅＶ）の５／６倍である。
【００４８】
第１の実施の形態においては、光軸Ｌ０に沿って電子ビームの進行方向について、入射窓面１１１の前段に、中心部に径１μｍの内孔２１ａを有するアニュラ検出器２１を配置する。光軸Ｌ０に沿って、アニュラ検出器２１と入射窓面１１１の距離Ｄ１は、入射窓面１１１と入射像面１１２の距離Ｄ２の半分以上とする。このような構成によると、アニュラ検出器２１の内孔２１ａが、入射窓面１１１において電子ビームの径を決める絞りとして働く。
【００４９】
なお、エネルギーアナライザ１７としてオメガフィルタ以外のものを用いる場合には、電子ビームの幅が１μｍ以下であるという制限も異なるものとなる。エネルギーアナライザの分散の大きさは色々あり、マンドリンフィルタでは例えば６μｍ／ｅＶ、Ｓ字フィルタでは例えば１０μｍ／ｅＶである。したがって、１ｅＶの分解能を得るためには、マンドリンフィルタでは電子ビームの径は５μｍ以下であることが必要と思われ、Ｓ字フィルタでは８．３μｍ以下であることが必要と思われる。ここで、余裕度を考慮し、前述のオメガフィルタの場合と同様に分散を値を５／６倍して電子ビームの径を得た。
【００５０】
また、エネルギーフィルタ１７に本実施の形態の１．２μｍ／ｅＶの分散を有するオメガフィルタを用い、１０ｅＶの分解能を必要とする場合、電子ビームの径は１０μｍ以下であることが必要と思われ、絞りとして働くアニュラ検出器２１の内孔の径は、１ｅＶの分解能を必要とする場合と比べて１０倍にすることができる。
【００５１】
図５は、第２の実施の形態を示す図である。
【００５２】
第２の実施の形態においては、中間レンズ１５ｂから入射した電子ビームによって、入射窓面１１１に試料１０１の顕微鏡像を形成し、入射像面１１２に試料の回折像を形成する。そして、電子ビームの光軸Ｌ０に沿って入射像面１１２の近傍にアニュラ検出器２１を配置する。本実施の形態によると、試料１０１の所望の１点におけるＥＥＬＳによるスペクトルを取得することができる。
【００５３】
入射像面１１２に形成される回折像は、電子ビームが試料１０１面に対し垂直に入射しているために、走査コイル１６によって電子ビームを試料１０１面上で二次元走査させても動かない。アニュラ検出器２１は、走査に伴って生じる試料１０１の情報を持つこの回折像を検出して、高角度暗視野像（ＨＡＡＤＦ）を取得するのが目的であるので、その位置はできるだけ回折像が形成されている入射像面１１２かその近傍が望ましい。
【００５４】
図６は、第２の実施の形態の参考例として出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【００５５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、入射窓面における電子ビームの径が０．１μｍ、入射像面における電子ビームの径が２０．０μｍの場合の出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状をそれぞれ示す図である。なお、図６（ａ）の電子ビームは１０倍に拡大したものであり、図６（ｂ）におけるスポットは２００倍に拡大したものである。
【００５６】
図６（ａ）に示す出射窓面において、右側の電子ビームは２００ｋＶのエネルギーで入射したエネルギー損失のないのであり、左側の電子ビームは１ｅＶだけエネルギーを損失したものである。
【００５７】
入射窓面１１１に試料１０１の顕微鏡像を形成した場合に、入射像面１１２には試料１０１の回折像が形成される。この試料の回折像の径は、かなり大きく取ることができる。
【００５８】
例えば、対物レンズ１５ａの焦点距離ｆｏ＝２．３ｍｍ、対物レンズ１５ａの主面と対物レンズ１５ａによって作られる像の間の距離ｂ＝１９２．３ｍｍとする。いま、試料１０１上に照射する電子ビームの半径ｒｏ＝１ｎｍ、そのときの電子ビームの収束半角を３０ｍｒａｄとする。ただし、問題とするのは、試料１０１より放出角度ｒｏ´＝１７０ｍｒａｄの半角で散乱された電子ビームである。
【００５９】
対物レンズ１５ａの倍率Ｍｏ＝１−（ｂ／ｆｏ）＝８６．２、対物レンズ１５ａを出た後の電子ビームの傾斜角ｒｉ´＝ｒｏ／ｆｏ＋ｒｏ´／Ｍｏ＝２．０６ｍｒａｄとなるので、対物レンズ１５ａの焦点面に形成される回折像のｒｏ´＝１７０ｍｒａｄに対する大きさは、ｒＤ＝（ｂ−ｆｏ）ｔａｎ（ｒｉ´）＝０．４ｍｍとなる。
【００６０】
この回折像をエネルギーアナライザ１７の入射像面１１２にカメラ長Ｌｃ＝２０ｍｍで投影したとすると、その間の倍率Ｍｄ＝Ｌｃ／ｆｏ＝８．７、したがって、入射像面１１２上の放出角度ｒｏ´＝１７０ｍｒａｄに対応する電子ビームの半径はｒｆｉ＝ｒＤ×Ｍｄ＝３．４ｍｍ（径６．８ｍｍ）となる。
【００６１】
いま、アニュラ検出器２１がエネルギーアナライザ１７の入射窓面１１１と入射像面１１２の間にあるとすると、アニュラ検出器２１上においてはこれより小さい径となる。このように、径が数ｍｍ程度のアニュラ検出器２１は、製造の容易さやコストの観点から充分に現実的である。
【００６２】
次に、入射窓面１１１における電子ビームの径を求める。対物レンズ１５ａ後段であってエネルギーアナライザ１７の前段にある中間レンズ１５ｂの倍率をＭｉ、入射窓面１１１と入射像面１１２の距離をＬ１＝９５ｍｍとしたとき倍率Ｍｉの大きさは、次の式によって求められる。Ｍｄ×Ｍｉ＝（ｂ−ｆｏ）／Ｌ１＝０．５２。今の場合、Ｍｉ＝０．５２／８．７＝０．０６である。したがって、入射窓面１１１上の電子ビームの半径はｒｆｄ＝ｒｏ×Ｍｏ×Ｍｉ＝１×８２．６×０．０５＝５ｎｍ（径０．０１μｍ）となる。これは、充分に小さな値であり、エネルギーが１ｅＶだけ異なる電子ビームは充分に離れており、エネルギー分解能は０．５ｅＶより高い。電子ビームの形状は分散と直角方向にほとんどふくらみを持たず、図にした場合良く見えないので、図６（ａ）では、電子ビームの径０．１μｍと１０倍にして示した。このように、電子ビームを１点に固定してＥＥＬＳによるスペクトルを測定する場合には、入射窓面１１１に試料１０１の顕微鏡像を投影すれば充分なエネルギー分解能を持つ像を得ることができる。
【００６３】
図７は、第３の実施の形態を説明する図である。図７（ａ）は記録観察装置２０におけるピクセルを示す図であり、図７（ｂ）は各ピクセルにおいて検出したスペクトルを示す図であり、図７（ｃ）はピクセルについて位置を調整したスペクトルを示す図である。記録観察装置は、検出の単位となるピクセルが二次元状に配置されている。
【００６４】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態と同様の構成であるが、記録観察装置２０において検出した試料１０１の回折像を処理する方法が異なる。すなわち、第２の実施の形態と同様に入射窓面１１１及び入射像面１１２にそれぞれ試料１０１の顕微鏡像及び回折像を形成するが、記録観察装置２０において検出した回折像を信号処理する。
【００６５】
第３の実施の形態においては、走査コイル１６により試料１０１を走査した電子ビームの各位置でのＥＥＬＳによるスペクトルを積算せずに、それぞれをメモリに保存する。図７（ａ）に示す記録観測装置２０において、各ピクセルｐ１、ｐ２，ｐ３，ｐ４・・・について検出したスペクトルをメモリに保存する。
【００６６】
本実施の形態では、エネルギーアナライザ１７を用いて各ピクセルｐ１，ｐ２‥について電子ビームのエネルギーを変化させ電子ビームの強度を測定することで、図７（ｂ）に示すように各ピクセルｐ１，ｐ２‥についてＥＥＬＳによるスペクトルを検出している。試料１０１を走査する電子ビームの位置の移動に応じて、アニュラ検出器２１上での電子ビームも移動し、スペクトルの視点の位置もこれに伴って移動している。このため、図中では位置に応じて横軸の視点の位置をずらしてある。
【００６７】
検出したスペクトルｓ１，ｓ２‥は、試料１０１を走査したそれぞれの位置について分解能の高いものが得られる。なお、図中のスペクトルｓ１，ｓ２‥の横軸は例えばエネルギー又は波長であり、縦軸は例えば強度である。
【００６８】
これらの各ピクセルｐ１，ｐ２‥におけるスペクトルｓ１，ｓ２‥をメモリに格納した後に、図７（ｃ）に示すように、この位置を修正する。すなわち、試料１０１における電子ビームの走査によるスペクトルの位置のずれを戻すように位置を修正する。その後にスペクトルを重ね合わせれば、高い分解能を維持したままスペクトルの積算を行うことができる。
【００６９】
なお、前述の実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明がこれに限定されない。本発明を逸脱しない範囲で、種々の態様で実施することができる。
【００７０】
【発明の効果】
前述のように、本発明は、エネルギーアナライザを備える走査透過型の電子顕微鏡であって、アニュラ検出器を備えるものを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の電子顕微鏡の概略的な構成を示す図である。
【図２】オメガフィルタによるエネルギーアナライザを示す図である。
【図３】第１の実施の形態を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の参考例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す図である。
【図６】第２の実施の形態の参考例を示す図である。
【図７】第３の実施の形態を説明する図である。
【図８】アニュラ検出器を備えるエネルギーフィルタの構成を示す図である。
【図９】電子ビームの放出角度と入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【図１０】エネルギーアナライザの出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【図１１】入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 電子顕微鏡
１１ 電子銃
１２ 陽極
１３ 集束レンズ
１４ 走査コイル
１５ 対物及び中間レンズ
１６ 開口
１７ エネルギーアナライザ
１８ スリット
１９ 投影レンズ
２０ 記録観察装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーアナライザを備え、エネルギー分析及び暗視野像を同時に観察できる走査透過型の電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームのエネルギーを分析するエネルギーアナライザを搭載した透過型電子顕微鏡（transmission electron microscope:TEM）が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３３１９５
【０００４】
このような電子顕微鏡は、主として次の３つの用途に使用されている。第１は、エネルギーアナライザを用いて試料の電子エネルギー損失分光法（electron energy loss spectroscopy：ＥＥＬＳ）によるエネルギースペクトルを取得することである。第２は、電子ビームで試料を走査した顕微鏡像を観察する走査透過型電子顕微鏡（scanning transmission electron microscope：ＳＴＥＭ）方式である。この方式を用いる場合には、試料を走査する細く絞った電子ビームの各位置について取得したＥＥＬＳによるスペクトルをメモリに記憶させておく。試料を走査した後で、メモリに記憶したデータを用いて特定のエネルギーによる顕微鏡像を形成する。これは、スペクトルイメージング法と称される。第３に、直接写像の透過型電子顕微鏡（transmission electron microscope：ＴＥＭ）方式である。この方式の場合には、エネルギーアナライザで選択した所望のエネルギーを有する電子ビームによって顕微鏡像を形成する。
【０００５】
スペクトルイメージング法によって顕微鏡像を形成するには、入射窓面には、通常は試料による回折像が形成される。これは、入射窓面に試料の顕微鏡像を形成するとこの像は電子ビームの走査に応じて動くのに対し、試料の回折像は電子ビームの走査に関わらず静止しているため、取り扱いが容易だからである。このような静止した回折像において、対物絞りにより所望の回折スポットを選択することができる。
【０００６】
エネルギーアナライザにおいて、電子ビームは、入射窓面に対応する出射窓面においてエネルギーに応じて分散する。したがって、この出射窓面にスリットを設置することによって所望のエネルギーを有する電子ビームを選択することができる。また、ＥＥＬＳによるスペクトルを観測する場合は、後段の光学系は、入射像面を記録観察装置に拡大投影する。電子ビームのエネルギー分解能を高めるには、入射窓面と入射像面における電子ビームの径をできるだけ小さくすることが必要である。
一方、従来、試料から大きな角度で回折された電子ビームを結像する高角度暗視野像（high angle annular dark field：ＨＡＡＤＦ）が利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
“Artificial bright spots in atomic-resolution high-angle annular dark field STEM images,” T. Yamazaki, M. Kawasaki, K. Watanabe, I. Hashimoto, M. Shiojiri, Journal of Electron Microscopy 50(6) 517-521 (2001)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８は、アニュラ検出器を備えるエネルギーフィルタの構成を示す図である。このエネルギーフィルタは、光軸Ｌ０に沿って、入射窓面１１１と入射像面１１２の間に、電子ビームを透過させるように中央に孔のあいたアニュラ検出器１２１を配置し、ＥＥＬＳによるスペクトルの取得と同時に大きな角度で回折された電子ビームをアニュラ検出器１２１で検出する。
【０００９】
図示したエネルギーアナライザにおいては、試料から大きな角度で回折された電子ビームをアニュラ検出器１２１によって検出する必要があるので、対物絞りを入れることができない。入射窓面に形成される試料の回折像は、試料で回折された電子ビームの角度によるため、対物絞りがないと径が大きくなる。
【００１０】
図９は、電子ビームの放出角度と入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【００１１】
例えば、アニュラ検出器で検出する回折した電子ビームの放出角度θ１１を１７０ｍｒａｄとすると、入射窓面１１１における電子ビームの径Ｄ１１を１μｍ程度に縮小することができる。この状態で、エネルギーフィルタを１ｅＶ以下のエネルギー分解能で使用することは可能である。なお、図中の黒点は、回折スポットである。
【００１２】
図１０は、エネルギーアナライザの出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【００１３】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、入射窓面における電子ビームの径が０．９μｍ、入射像面における電子ビームの径が９μｍの場合の出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状をそれぞれ示す図である。なお、図１０（ｂ）におけるスポットは、２００倍に拡大したものである。
【００１４】
図１０（ａ）に示す出射窓面において、右側の電子ビームは２００ｋＶのエネルギーで入射したエネルギー損失のないものであり、左側の電子ビームは１ｅＶだけエネルギーを損失したものである。図からわかるように、両ビームは充分に離れており、１ｅＶ以下のエネルギー分解能のエネルギースペクトルを得ることができると推定される。このように、ＥＥＬＳによるスペクトル、並びにそれを用いたスペクトルイメージングを観察する上で何ら問題がない。
【００１５】
図１１は、入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【００１６】
電子ビームは、放出角度θ１１として１７０ｍｒａｄを有するもので、電子ビームの径Ｄ１１を０．９μｍまで縮小投影している。ここで、入射窓面１１１の後段に配置されるアニュラ検出器１２１の寸法が問題になる。すなわち、１０ｍｒａｄ程度の半角θ１２を有する電子ビームをアニュラ検出器１２１の内孔を透過させてエネルギーアナライザに入射させる場合、アニュラ検出器１２１の内孔の径Ｄ１２には０．９μｍ×（１０／１７０）＝５３ｎｍが必要である。一方、アニュラ検出器１２１の外径はいくらでもよいが、測定する電子ビームは、光軸Ｌ０を中心として径１μｍ程度に集中している。現代のナノテクノロジーによれば、このように内径５３ｎｍ、外径１μｍ程度の検出部を有するアニュラ検出器１２１を製作することは不可能ではないが、製造の容易さやコストを考慮すると現実性に乏しい。
【００１７】
このように、エネルギーアナライザを備えた走査透過型電子顕微鏡において、エネルギー分析及び暗視野像を同時に観察するには、エネルギー分解能を確保するためにエネルギーアナライザの入射窓面において電子ビームを細く絞るとともに回折光を選択する必要があった。
【００１８】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、エネルギーアナライザを備える走査透過型の電子顕微鏡であって、アニュラ検出器を備えるものを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る電子顕微鏡は、試料を電子ビームで走査して透過像を観察するものであって、試料を走査した電子ビームをエネルギーについて分析するエネルギーアナライザと、電子ビームの進行方向について前記エネルギーアナライザの前段に配置され、前記試料で大きな角度散乱された電子ビームを検出するアニュラ検出器と、を有し、前記エネルギーアナライザの入射窓面に前記試料の小さい口径の回折像を投影し、前記エネルギーアナライザで分析した電子ビームを用いてスペクトル又は顕微鏡像を作成する。
【００２０】
好ましくは、前記口径は、０．０１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２１】
好ましくは、前記アニュラ検出器と前記入射窓面の距離は、前記入射窓面と前記入射像面の距離の半分以上である。
【００２２】
好ましくは、電子ビームに沿って、前記アニュラ検出器及び前記エネルギーアナライザ間に、電子ビームの入射角又は径を制限する絞りを配置する。
【００２３】
好ましくは、前記絞りの口径は、１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２４】
好ましくは、前記試料を走査し、前記エネルギーアナライザによって分析したスペクトルを前記試料における位置ごとにメモリに記憶し、前記メモリに記憶したスペクトルを信号処理してスペクトルを得る。
【００２５】
好ましくは、本発明に係る電子顕微鏡は、試料を電子ビームで走査して透過像を観察する電子顕微鏡において、試料を走査した電子ビームをエネルギーについて分析するエネルギーアナライザと、前記エネルギーアナライザの入射像面の近傍に配置され、前記試料で大きな角度散乱された電子ビームを検出するアニュラ検出器と、を有し、前記エネルギーアナライザの入射窓面に前記試料の小さい口径の顕微鏡像を投影し、前記エネルギーアナライザで分析した電子ビームを用いてスペクトル又は顕微鏡像を作成する。
【００２６】
好ましくは、前記口径は、０．０１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２７】
好ましくは、電子ビームに沿って、前記エネルギーアナライザにおける入射像面の近傍に、電子ビームの入射角又は径を制限する絞りを配置する。
【００２８】
好ましくは、前記絞りの口径は、１μｍから１０μｍの範囲にある。
【００２９】
好ましくは、前記試料を走査し、前記エネルギーアナライザによって分析したスペクトルを前記試料における位置ごとにメモリに記憶し、前記メモリに記憶したスペクトルを信号処理してスペクトルを得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子顕微鏡の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、アニュラ検出器により高角度暗視野像（high angle annular dark field：ＨＡＡＤＦ）も同時に観察する、エネルギーフィルタを備えた走査透過型電子顕微鏡（scanning transmission electron microscope：ＳＴＥＭ）を想定している。
【００３１】
図１は、本実施の形態の電子顕微鏡の概略的な構成を示す図である。
【００３２】
この電子顕微鏡１０は、光軸Ｌ０に沿って電子ビームが進行する方向に、電子銃１１と、陽極１２と、集束レンズ１３と、走査コイル１４と、対物及び中間レンズ１５と、開口１６と、エネルギーアナライザ１７と、スリット１８と、投影レンズ１９と、記録観察装置２０とを有する。対物及び中間レンズ１５は、対物レンズ１５ａと中間レンズ１５ｂとからなる。なお、図中に電子ビームの軌跡Ｌを示している。
【００３３】
また、電子顕微鏡１０は、電子ビームの光軸Ｌ０に沿った所定位置（後述）に図示しないアニュラ検出器を有する。電子顕微鏡１０においては、エネルギーアナライザ１７によって選択された特定のエネルギーの電子ビームによる顕微鏡像を観察すると同時に、アニュラ検出器を用いて高角度暗視野像（ＨＡＡＤＦ）を観察することができる。
【００３４】
本実施の形態では、電子銃１１には電界放出型電子銃（field emission gun：ＦＥＧ）を用いる。エネルギーアナライザ１７には、オメガフィルタを用いる。
【００３５】
図２は、オメガフィルタによるエネルギーアナライザを示す図である。
【００３６】
オメガフィルタは、第１乃至第４の磁極１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを有し、これら第１乃至第４の磁極１７ａ〜１７ｄは巻回されたコイルにより磁場を生成し、電子ビームを対称線Ａについて対称にΩ状の軌跡Ｌを描くように偏向する。電子ビームの軌跡Ｌが複数あるのは、電子ビームのエネルギーによって描く軌跡Ｌが異なるからである。
【００３７】
図中には、オメガフィルタに入射する電子ビームがクロスオーバを結ぶ入射窓面１１１、記録観察装置２０の物面に共役な入射側の物面である入射像面１１２、エネルギーの異なる電子ビームが同じ位置に結像され、アクロマティック像面とも称される出射像面１１３、及びエネルギー分散面とも称され、この面にスリット１８が配置される出射窓面１１４の位置がそれぞれ示されている。
【００３８】
これら入射窓面１１１、入射像面１１２、出射像面１１３及び出射窓面１１４の位置は、エネルギーアナライザ１７を備える電子顕微鏡１０の基本的な光学的位置として重要である。これらの位置は、エネルギーアナライザ１７の結像歪みを最小とし、エネルギーアナライザ１７を備えない通常の電子顕微鏡と同様の顕微鏡像の観察機能を確保するため、エネルギーアナライザ１７の設計において厳密に定められる。
【００３９】
本実施の形態ではエネルギーアナライザ１７にオメガフィルタを用いたが、これ以外に、アルファフィルタ、ガンマフィルタ、マンドリンフィルタ、ウィーンフィルタ等の他のエネルギーフィルタを用いることもできる。なお、前述の入射窓面、入射像面、出射像面及び出射窓面の位置は、オメガフィルタに限らす、どのようなエネルギーフィルタにおいても定義される。
【００４０】
本実施の形態では、記録観察装置２０には、ＣＣＤカメラを用いるが、記録フィルム、イメージングプレート等を用いることもできる。
【００４１】
電子銃１１から出射された電子ビームは、電子銃１１と陽極１２の間の電位差によって加速され、集束レンズ１３によって試料１０１上に細い電子ビームとして収束される。その際、走査コイル１４によって、試料１０１上において収束される位置を走査される。試料１０１を走査した電子ビームは、対物及び中間レンズ１５によって収束され、開口１６を介してエネルギーアナライザ１７の入射窓面に収束される。エネルギーアナライザ１７を通過した電子ビームは、出射窓面に配置されたスリット１８によって特定のエネルギーを有する電子ビームのみが選択され、投影レンズ１１９によって記録観察装置２０に投影される。
【００４２】
本実施の形態では、前記構成の電子顕微鏡により、エネルギーアナライザ１７の入射窓面において電子ビームを細く絞ることによりエネルギー分解能を確保するとともに、回折光を選択して暗視野像を得ることができる。
【００４３】
図３は、第１の実施の形態を示す図である。
【００４４】
第１の実施の形態においては、２００ｋＶにおいて１．２μｍ／ｅＶのエネルギー分散を有するオメガフィルタをエネルギーアナライザ１７として用い、１ｅＶのエネルギー分解能を想定する。
【００４５】
図４は、第１の実施の形態の参考例として出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【００４６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、入射窓面における電子ビームの径が２．０μｍ、入射像面における電子ビームの径が２．５μｍの場合の出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状をそれぞれ示す図である。なお、図４（ｂ）におけるスポットは、２００倍に拡大したものである。
【００４７】
図４（ａ）に示す出射窓面において、右側の電子ビームは２００ｋＶのエネルギーで入射したエネルギー損失のないものであり、左側の電子ビームは１ｅＶだけエネルギーを損失したものであるが、これらは重なり合っている。このため、１ｅＶの分解能を得るためには、右側と左側の電子ビームが重なり合わないように、電子ビームの径は１μｍ以下であることが必要であると思われる。このとき、電子ビームの径（１μｍ）は、分散の値（１．２μｍ／ｅＶ）の５／６倍である。
【００４８】
第１の実施の形態においては、光軸Ｌ０に沿って電子ビームの進行方向について、入射窓面１１１の前段に、中心部に径１μｍの内孔２１ａを有するアニュラ検出器２１を配置する。光軸Ｌ０に沿って、アニュラ検出器２１と入射窓面１１１の距離Ｄ１は、入射窓面１１１と入射像面１１２の距離Ｄ２の半分以上とする。このような構成によると、アニュラ検出器２１の内孔２１ａが、入射窓面１１１において電子ビームの径を決める絞りとして働く。
【００４９】
なお、エネルギーアナライザ１７としてオメガフィルタ以外のものを用いる場合には、電子ビームの幅が１μｍ以下であるという制限も異なるものとなる。エネルギーアナライザの分散の大きさは色々あり、マンドリンフィルタでは例えば６μｍ／ｅＶ、Ｓ字フィルタでは例えば１０μｍ／ｅＶである。したがって、１ｅＶの分解能を得るためには、マンドリンフィルタでは電子ビームの径は５μｍ以下であることが必要と思われ、Ｓ字フィルタでは８．３μｍ以下であることが必要と思われる。ここで、余裕度を考慮し、前述のオメガフィルタの場合と同様に分散を値を５／６倍して電子ビームの径を得た。
【００５０】
また、エネルギーフィルタ１７に本実施の形態の１．２μｍ／ｅＶの分散を有するオメガフィルタを用い、１０ｅＶの分解能を必要とする場合、電子ビームの径は１０μｍ以下であることが必要と思われ、絞りとして働くアニュラ検出器２１の内孔の径は、１ｅＶの分解能を必要とする場合と比べて１０倍にすることができる。
【００５１】
図５は、第２の実施の形態を示す図である。
【００５２】
第２の実施の形態においては、中間レンズ１５ｂから入射した電子ビームによって、入射窓面１１１に試料１０１の顕微鏡像を形成し、入射像面１１２に試料の回折像を形成する。そして、電子ビームの光軸Ｌ０に沿って入射像面１１２の近傍にアニュラ検出器２１を配置する。本実施の形態によると、試料１０１の所望の１点におけるＥＥＬＳによるスペクトルを取得することができる。
【００５３】
入射像面１１２に形成される回折像は、電子ビームが試料１０１面に対し垂直に入射しているために、走査コイル１６によって電子ビームを試料１０１面上で二次元走査させても動かない。アニュラ検出器２１は、走査に伴って生じる試料１０１の情報を持つこの回折像を検出して、高角度暗視野像（ＨＡＡＤＦ）を取得するのが目的であるので、その位置はできるだけ回折像が形成されている入射像面１１２かその近傍が望ましい。
【００５４】
図６は、第２の実施の形態の参考例として出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【００５５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、入射窓面における電子ビームの径が０．１μｍ、入射像面における電子ビームの径が２０．０μｍの場合の出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状をそれぞれ示す図である。なお、図６（ａ）の電子ビームは１０倍に拡大したものであり、図６（ｂ）におけるスポットは２００倍に拡大したものである。
【００５６】
図６（ａ）に示す出射窓面において、右側の電子ビームは２００ｋＶのエネルギーで入射したエネルギー損失のないのであり、左側の電子ビームは１ｅＶだけエネルギーを損失したものである。
【００５７】
入射窓面１１１に試料１０１の顕微鏡像を形成した場合に、入射像面１１２には試料１０１の回折像が形成される。この試料の回折像の径は、かなり大きく取ることができる。
【００５８】
例えば、対物レンズ１５ａの焦点距離ｆｏ＝２．３ｍｍ、対物レンズ１５ａの主面と対物レンズ１５ａによって作られる像の間の距離ｂ＝１９２．３ｍｍとする。いま、試料１０１上に照射する電子ビームの半径ｒｏ＝１ｎｍ、そのときの電子ビームの収束半角を３０ｍｒａｄとする。ただし、問題とするのは、試料１０１より放出角度ｒｏ´＝１７０ｍｒａｄの半角で散乱された電子ビームである。
【００５９】
対物レンズ１５ａの倍率Ｍｏ＝１−（ｂ／ｆｏ）＝８６．２、対物レンズ１５ａを出た後の電子ビームの傾斜角ｒｉ´＝ｒｏ／ｆｏ＋ｒｏ´／Ｍｏ＝２．０６ｍｒａｄとなるので、対物レンズ１５ａの焦点面に形成される回折像のｒｏ´＝１７０ｍｒａｄに対する大きさは、ｒＤ＝（ｂ−ｆｏ）ｔａｎ（ｒｉ´）＝０．４ｍｍとなる。
【００６０】
この回折像をエネルギーアナライザ１７の入射像面１１２にカメラ長Ｌｃ＝２０ｍｍで投影したとすると、その間の倍率Ｍｄ＝Ｌｃ／ｆｏ＝８．７、したがって、入射像面１１２上の放出角度ｒｏ´＝１７０ｍｒａｄに対応する電子ビームの半径はｒｆｉ＝ｒＤ×Ｍｄ＝３．４ｍｍ（径６．８ｍｍ）となる。
【００６１】
いま、アニュラ検出器２１がエネルギーアナライザ１７の入射窓面１１１と入射像面１１２の間にあるとすると、アニュラ検出器２１上においてはこれより小さい径となる。このように、径が数ｍｍ程度のアニュラ検出器２１は、製造の容易さやコストの観点から充分に現実的である。
【００６２】
次に、入射窓面１１１における電子ビームの径を求める。対物レンズ１５ａ後段であってエネルギーアナライザ１７の前段にある中間レンズ１５ｂの倍率をＭｉ、入射窓面１１１と入射像面１１２の距離をＬ１＝９５ｍｍとしたとき倍率Ｍｉの大きさは、次の式によって求められる。Ｍｄ×Ｍｉ＝（ｂ−ｆｏ）／Ｌ１＝０．５２。今の場合、Ｍｉ＝０．５２／８．７＝０．０６である。したがって、入射窓面１１１上の電子ビームの半径はｒｆｄ＝ｒｏ×Ｍｏ×Ｍｉ＝１×８２．６×０．０５＝５ｎｍ（径０．０１μｍ）となる。これは、充分に小さな値であり、エネルギーが１ｅＶだけ異なる電子ビームは充分に離れており、エネルギー分解能は０．５ｅＶより高い。電子ビームの形状は分散と直角方向にほとんどふくらみを持たず、図にした場合良く見えないので、図６（ａ）では、電子ビームの径０．１μｍと１０倍にして示した。このように、電子ビームを１点に固定してＥＥＬＳによるスペクトルを測定する場合には、入射窓面１１１に試料１０１の顕微鏡像を投影すれば充分なエネルギー分解能を持つ像を得ることができる。
【００６３】
図７は、第３の実施の形態を説明する図である。図７（ａ）は記録観察装置２０におけるピクセルを示す図であり、図７（ｂ）は各ピクセルにおいて検出したスペクトルを示す図であり、図７（ｃ）はピクセルについて位置を調整したスペクトルを示す図である。記録観察装置は、検出の単位となるピクセルが二次元状に配置されている。
【００６４】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態と同様の構成であるが、記録観察装置２０において検出した試料１０１の回折像を処理する方法が異なる。すなわち、第２の実施の形態と同様に入射窓面１１１及び入射像面１１２にそれぞれ試料１０１の顕微鏡像及び回折像を形成するが、記録観察装置２０において検出した回折像を信号処理する。
【００６５】
第３の実施の形態においては、走査コイル１６により試料１０１を走査した電子ビームの各位置でのＥＥＬＳによるスペクトルを積算せずに、それぞれをメモリに保存する。図７（ａ）に示す記録観測装置２０において、各ピクセルｐ１、ｐ２，ｐ３，ｐ４・・・について検出したスペクトルをメモリに保存する。
【００６６】
本実施の形態では、エネルギーアナライザ１７を用いて各ピクセルｐ１，ｐ２‥について電子ビームのエネルギーを変化させ電子ビームの強度を測定することで、図７（ｂ）に示すように各ピクセルｐ１，ｐ２‥についてＥＥＬＳによるスペクトルを検出している。試料１０１を走査する電子ビームの位置の移動に応じて、アニュラ検出器２１上での電子ビームも移動し、スペクトルの視点の位置もこれに伴って移動している。このため、図中では位置に応じて横軸の視点の位置をずらしてある。
【００６７】
検出したスペクトルｓ１，ｓ２‥は、試料１０１を走査したそれぞれの位置について分解能の高いものが得られる。なお、図中のスペクトルｓ１，ｓ２‥の横軸は例えばエネルギー又は波長であり、縦軸は例えば強度である。
【００６８】
これらの各ピクセルｐ１，ｐ２‥におけるスペクトルｓ１，ｓ２‥をメモリに格納した後に、図７（ｃ）に示すように、この位置を修正する。すなわち、試料１０１における電子ビームの走査によるスペクトルの位置のずれを戻すように位置を修正する。その後にスペクトルを重ね合わせれば、高い分解能を維持したままスペクトルの積算を行うことができる。
【００６９】
なお、前述の実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明がこれに限定されない。本発明を逸脱しない範囲で、種々の態様で実施することができる。
【００７０】
【発明の効果】
前述のように、本発明は、エネルギーアナライザを備える走査透過型の電子顕微鏡であって、アニュラ検出器を備えるものを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の電子顕微鏡の概略的な構成を示す図である。
【図２】オメガフィルタによるエネルギーアナライザを示す図である。
【図３】第１の実施の形態を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の参考例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す図である。
【図６】第２の実施の形態の参考例を示す図である。
【図７】第３の実施の形態を説明する図である。
【図８】アニュラ検出器を備えるエネルギーフィルタの構成を示す図である。
【図９】電子ビームの放出角度と入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【図１０】エネルギーアナライザの出射窓面及び出射像面における電子ビームの形状を示す図である。
【図１１】入射窓面における電子ビームの径を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 電子顕微鏡
１１ 電子銃
１２ 陽極
１３ 集束レンズ
１４ 走査コイル
１５ 対物及び中間レンズ
１６ 開口
１７ エネルギーアナライザ
１８ スリット
１９ 投影レンズ
２０ 記録観察装置
Claims (3)
- 試料を電子ビームで走査して透過像を観察する電子顕微鏡において、
試料を走査した電子ビームをエネルギーについて分析するエネルギーアナライザと、
電子ビームの進行方向について、前記エネルギーアナライザに入射する電子ビームがクロスオーバを結ぶ入射窓面の前段に配置され、前記試料で大きな角度散乱された電子ビームを検出するアニュラ検出器と、
を有し、
前記エネルギーアナライザの入射窓面に前記試料の回折像を投影し、前記エネルギーアナライザで分析した電子ビームを用いてスペクトル又は顕微鏡像を作成すること
を特徴とする電子顕微鏡。 - 前記アニュラ検出器と前記入射窓面の距離は、前記入射窓面と前記入射像面の距離の半分以上であることを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
- 試料を電子ビームで走査して透過像を観察する電子顕微鏡において、
試料を走査した電子ビームをエネルギーについて分析するエネルギーアナライザと、
電子ビームの進行方向について、前記エネルギーアナライザに入射する電子ビームがクロスオーバを結ぶ入射窓面と入射像面の間に配置され、前記試料で大きな角度散乱された電子ビームを検出するアニュラ検出器と、
を有し、
前記エネルギーアナライザの入射窓面に前記試料の顕微鏡像を形成すると共に、前記入射像面に試料の回折像を形成し、前記エネルギーアナライザで分析した電子ビームを用いてスペクトル又は顕微鏡像を作成すること
を特徴とする電子顕微鏡。
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