JP2776862B2 - 反射電子線ホログラフイー装置 - Google Patents
反射電子線ホログラフイー装置Info
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- JP2776862B2 JP2776862B2 JP1004999A JP499989A JP2776862B2 JP 2776862 B2 JP2776862 B2 JP 2776862B2 JP 1004999 A JP1004999 A JP 1004999A JP 499989 A JP499989 A JP 499989A JP 2776862 B2 JP2776862 B2 JP 2776862B2
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- electron
- reflected
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- biprism
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/29—Reflection microscopes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
- H01J2237/151—Electrostatic means
- H01J2237/1514—Prisms
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面計測装置にかかわり、特に固体表面の
凹凸の精密測定や試料に垂直な磁場の測定に好適な反射
電子線ホログラフイー装置に関する。
凹凸の精密測定や試料に垂直な磁場の測定に好適な反射
電子線ホログラフイー装置に関する。
従来の技術では、例えば、Optic Suppl.3 77（1987）
pp.4およびJpn.J.Appl.Phys.Vol.27No.9（1988/9）pp.L
1772-L1774に示されているように、電子顕微鏡内で試料
から反射された電子波どうしを干渉させることによつ
て、十本程度の干渉縞を得、そのまがりを測定すること
によつて、表面ステツプの高さ測定を行つていた。しか
しお互いに干渉する反射波は試料表面の凹凸によつて位
相が変調されており、通常の干渉顕微像のように平面波
である参照波と試料で変調された物質波との干渉とはな
らず、物質波と物質波どうしの干渉となり、その解釈が
難しい。
pp.4およびJpn.J.Appl.Phys.Vol.27No.9（1988/9）pp.L
1772-L1774に示されているように、電子顕微鏡内で試料
から反射された電子波どうしを干渉させることによつ
て、十本程度の干渉縞を得、そのまがりを測定すること
によつて、表面ステツプの高さ測定を行つていた。しか
しお互いに干渉する反射波は試料表面の凹凸によつて位
相が変調されており、通常の干渉顕微像のように平面波
である参照波と試料で変調された物質波との干渉とはな
らず、物質波と物質波どうしの干渉となり、その解釈が
難しい。
従来、反射波と直接波（試料に入射していない波）を
干渉させようとすると干渉縞の間隔が現在の電子線装置
の分解能の限界を超える狭さになつてしまうため上記従
来技術のように反射波どうしの干渉によつて電子線ホロ
グラムを形成せざるを得なかつた。
干渉させようとすると干渉縞の間隔が現在の電子線装置
の分解能の限界を超える狭さになつてしまうため上記従
来技術のように反射波どうしの干渉によつて電子線ホロ
グラムを形成せざるを得なかつた。
本発明の目的は、反射波と直接波を電子線の可干渉距
離内で重畳させ記録可能な干渉縞間隔をもつ反射電子線
ホログラムを形成することができる電子光学系をもつ反
射電子線ホログラフイー装置を提供することにある。
離内で重畳させ記録可能な干渉縞間隔をもつ反射電子線
ホログラムを形成することができる電子光学系をもつ反
射電子線ホログラフイー装置を提供することにある。
電子顕微鏡では、電子レンズの焦点によつて、像面に
おいて試料の反射線と試料に入射していない電子線の相
対位置が変化する。それぞれの像を試料と像記録装置と
の間に電子線バイプリズムを設置し重畳させる時に特定
の焦点はずれ量と電子線バイプリズムの電位を与えるこ
とによつて、反射波と直接波を電子線の可干渉距離内で
重畳し記録可能な干渉縞間隔となるようにすることが可
能である。よつて、その範囲で焦点はずれ量と電子線バ
イプリズム電位を連動させれば、上記目的が、達成され
る。
おいて試料の反射線と試料に入射していない電子線の相
対位置が変化する。それぞれの像を試料と像記録装置と
の間に電子線バイプリズムを設置し重畳させる時に特定
の焦点はずれ量と電子線バイプリズムの電位を与えるこ
とによつて、反射波と直接波を電子線の可干渉距離内で
重畳し記録可能な干渉縞間隔となるようにすることが可
能である。よつて、その範囲で焦点はずれ量と電子線バ
イプリズム電位を連動させれば、上記目的が、達成され
る。
また複数個の電子線バイプリズムを設置することによ
り重畳する角度と重畳する領域は独立にかえられるの
で、分解能限界を越えない干渉縞間隔のホログラムを作
ることが可能である。
り重畳する角度と重畳する領域は独立にかえられるの
で、分解能限界を越えない干渉縞間隔のホログラムを作
ることが可能である。
対物レンズの焦点はずれ量Δｆによつて、反射像と直
接波の像の距離ｄは、試料面換算で ｄ＝Csα3−Δｆα …（１） となる。Csは対物レンズの球面収差係数、αは反射波と
直接波のなす角度である。（１）式からわかるように焦
点はずれ量がCsα2を境に２つの像の位置関係は反転す
る（像の距離の符号が反転する）。像面と試料の間に電
子線バイプリズムを設置し２つを重畳させる時に、２つ
の位置関係のうち片方では、重畳する角度が反射波と直
接波の角度より小さくなり、もう一方では反対になる。
従つて重畳角が小さくなり干渉縞間隔が記録可能なよう
に焦点距離と電子線バイプリズム電位を選べば反射波，
直接波干渉のホログラムをつくることが可能である。対
物レンズの焦点距離と電子線バイプリズム電位を読みこ
み制御できる装置を設け２つの量を連動させることによ
り反射電子線ホログラムができる。
接波の像の距離ｄは、試料面換算で ｄ＝Csα3−Δｆα …（１） となる。Csは対物レンズの球面収差係数、αは反射波と
直接波のなす角度である。（１）式からわかるように焦
点はずれ量がCsα2を境に２つの像の位置関係は反転す
る（像の距離の符号が反転する）。像面と試料の間に電
子線バイプリズムを設置し２つを重畳させる時に、２つ
の位置関係のうち片方では、重畳する角度が反射波と直
接波の角度より小さくなり、もう一方では反対になる。
従つて重畳角が小さくなり干渉縞間隔が記録可能なよう
に焦点距離と電子線バイプリズム電位を選べば反射波，
直接波干渉のホログラムをつくることが可能である。対
物レンズの焦点距離と電子線バイプリズム電位を読みこ
み制御できる装置を設け２つの量を連動させることによ
り反射電子線ホログラムができる。
第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。電子
源１から出た電子は収束レンズ２によつて、一旦絞ら
れ、絞り３を通して平行性の良い電子線になる。偏向装
置４によつて電子線は試料５に例えば全反射を起こすよ
うなブラツグ角で入射する。この時電子線の半分は、試
料に入射しないように試料５の位置ならびに電子線の位
置を調整する。この反射波と直接波は対物レンズ６によ
つて結像される。このレンズの後焦点面に絞り７を置き
反射波と直接波を通し他の非弾性散乱等を止めS/N比を
あげている。この次に中心のワイヤーと両端のアース電
極からなる電子線バイプリズムを設置する。この時対物
レンズ６の焦点外れ量ΔｆをCsα2以上に過焦点にして
おく。電子線バイプリズム８にはマイナスの電位を与え
両側を通る反射波と直接波を互いに発散させる。これに
よつて像面では反射波と直接波は重畳し、しかもその角
度は、試料面に換算してもとの反射波と直接波の角度よ
りも小さくなつている。対物レンズ６は、対物レンズ電
源11によつて駆動されており、電子線バイプリズム８
は、バイプリズム電源12によつて駆動されている。制御
装置13に必要な干渉領域を入力することによつて対物レ
ンズ電源11とバイプリズム電源12を連動させ、所望の干
渉領域と干渉縞間隔をもつ反射電子線ホログラムを作成
する。これは、拡大レンズ９を通して拡大され像記録装
置10で記録される。記録装置は、写真乾板，写真フイル
ム，蛍光板とイメージインテンシフアイヤーとテレビカ
メラの組合せなどを使うことができる。
源１から出た電子は収束レンズ２によつて、一旦絞ら
れ、絞り３を通して平行性の良い電子線になる。偏向装
置４によつて電子線は試料５に例えば全反射を起こすよ
うなブラツグ角で入射する。この時電子線の半分は、試
料に入射しないように試料５の位置ならびに電子線の位
置を調整する。この反射波と直接波は対物レンズ６によ
つて結像される。このレンズの後焦点面に絞り７を置き
反射波と直接波を通し他の非弾性散乱等を止めS/N比を
あげている。この次に中心のワイヤーと両端のアース電
極からなる電子線バイプリズムを設置する。この時対物
レンズ６の焦点外れ量ΔｆをCsα2以上に過焦点にして
おく。電子線バイプリズム８にはマイナスの電位を与え
両側を通る反射波と直接波を互いに発散させる。これに
よつて像面では反射波と直接波は重畳し、しかもその角
度は、試料面に換算してもとの反射波と直接波の角度よ
りも小さくなつている。対物レンズ６は、対物レンズ電
源11によつて駆動されており、電子線バイプリズム８
は、バイプリズム電源12によつて駆動されている。制御
装置13に必要な干渉領域を入力することによつて対物レ
ンズ電源11とバイプリズム電源12を連動させ、所望の干
渉領域と干渉縞間隔をもつ反射電子線ホログラムを作成
する。これは、拡大レンズ９を通して拡大され像記録装
置10で記録される。記録装置は、写真乾板，写真フイル
ム，蛍光板とイメージインテンシフアイヤーとテレビカ
メラの組合せなどを使うことができる。
本実施例では、電子線バイプリズムは１段しか使用し
ていないので、角度調整等の必要がなく使いやすい装置
にできるメリツトがある。
ていないので、角度調整等の必要がなく使いやすい装置
にできるメリツトがある。
第２図に試料で反射される電子線が表面の凹凸によつ
て位相がどれだけ変化するかを示した。試料５には高さ
ｄの表面ステツプがあるものとする。電子線I14はステ
ツプの下側のテラスで反射されるものとし、電子線II15
は上側のテラスで反射されるものとする。この時、両電
子線の位相差Δφは単純に光路差となるので幾何学的の
次のように求まる。
て位相がどれだけ変化するかを示した。試料５には高さ
ｄの表面ステツプがあるものとする。電子線I14はステ
ツプの下側のテラスで反射されるものとし、電子線II15
は上側のテラスで反射されるものとする。この時、両電
子線の位相差Δφは単純に光路差となるので幾何学的の
次のように求まる。
Δφ＝2dsinθ／λ …（２） ここにλは電子線の波長で、θは電子線の入射の視斜
角。100kVの加速電圧を仮定すると例えば0.1Åのステツ
プで位相は１波長の1/3程変化する。現在位相の読み取
り精度は１波長の1/100ほどなので、この変化は十分に
検出可能である。電子線ホログラムは光学的または、直
接ホログラム像を計算器に入力することによつて高さ分
布を示す像に変換することが可能である。
角。100kVの加速電圧を仮定すると例えば0.1Åのステツ
プで位相は１波長の1/3程変化する。現在位相の読み取
り精度は１波長の1/100ほどなので、この変化は十分に
検出可能である。電子線ホログラムは光学的または、直
接ホログラム像を計算器に入力することによつて高さ分
布を示す像に変換することが可能である。
第３図に試料に垂直な磁場が存在する時の位相の変化
を示した。垂直磁場は従来の透過形ホログラフイーでは
検出不可能であつた。電子線の進行方向と平行な磁場は
電子線の位相に影響を与えないからである。反射の場合
では、電子線は表面すれすれに入射させることができる
ので垂直磁場と電子線の進行方向は第３図のようにほぼ
垂直にできる。磁場ＢをベクトルポテンシヤルＡで表す
と、 Ｂ＝rotA …（３） となり位相差Δφは、 Δφ＝∫Ａ・ds …（４） となる。dsは電子線の光路に沿つてとつた線素である。
を示した。垂直磁場は従来の透過形ホログラフイーでは
検出不可能であつた。電子線の進行方向と平行な磁場は
電子線の位相に影響を与えないからである。反射の場合
では、電子線は表面すれすれに入射させることができる
ので垂直磁場と電子線の進行方向は第３図のようにほぼ
垂直にできる。磁場ＢをベクトルポテンシヤルＡで表す
と、 Ｂ＝rotA …（３） となり位相差Δφは、 Δφ＝∫Ａ・ds …（４） となる。dsは電子線の光路に沿つてとつた線素である。
第４図に第２の実施例を示す。電子源１から出た電子
は収束レンズ２によつて、一旦絞られ、絞り３を通して
平行性の良い電子線なる。偏向装置４によつて傾けられ
た電子線は電子線バイプリズム８によつて２つの電子線
に分割される。分割された電子線の間の角度は試料での
反射角と入射角の和と等しくすることによつて、対物レ
ンズ６に入射する反射波と直接波は略平行になる。これ
を結像する対物レンズ６の後焦点面に絞り７を置き反射
波と直接波のみをとおす。このとき２つの波は平行入射
なので絞り７は１つの穴でよく製作が容易である。次に
電子線バイプリズム８を２つ設置し反射波と直接波を重
畳させる。電子線バイプリズムを２段にすることによつ
て、重畳する角度と重畳する領域の広さを独立に換える
ことができる。この重畳像、すなわち反射電子線ホログ
ラムは拡大レンズ９によつて像記録装置10の分解能で記
録できる大きさまで拡大され記録される。
は収束レンズ２によつて、一旦絞られ、絞り３を通して
平行性の良い電子線なる。偏向装置４によつて傾けられ
た電子線は電子線バイプリズム８によつて２つの電子線
に分割される。分割された電子線の間の角度は試料での
反射角と入射角の和と等しくすることによつて、対物レ
ンズ６に入射する反射波と直接波は略平行になる。これ
を結像する対物レンズ６の後焦点面に絞り７を置き反射
波と直接波のみをとおす。このとき２つの波は平行入射
なので絞り７は１つの穴でよく製作が容易である。次に
電子線バイプリズム８を２つ設置し反射波と直接波を重
畳させる。電子線バイプリズムを２段にすることによつ
て、重畳する角度と重畳する領域の広さを独立に換える
ことができる。この重畳像、すなわち反射電子線ホログ
ラムは拡大レンズ９によつて像記録装置10の分解能で記
録できる大きさまで拡大され記録される。
本実施例では、先の第１の実施例に比べると直接波が
試料の手前で分割されているので、試料自体が非常に大
きく第１実施例の方法では、直接波がとりにくい場合な
どに有効である。また対物しぼり７が単孔でよいのも利
点である。第１の実施例では、２箇所に孔が必要である
が、その距離は回折条件で変化するのでいろいろな距離
の絞りを備えて変換できるようにする必要がある。
試料の手前で分割されているので、試料自体が非常に大
きく第１実施例の方法では、直接波がとりにくい場合な
どに有効である。また対物しぼり７が単孔でよいのも利
点である。第１の実施例では、２箇所に孔が必要である
が、その距離は回折条件で変化するのでいろいろな距離
の絞りを備えて変換できるようにする必要がある。
本実施例でも３つの電子線バイプリズム８と対物レン
ズ６を連動させて制御することにより操作性の良い装置
となる。
ズ６を連動させて制御することにより操作性の良い装置
となる。
本発明によれば、表面の凹凸が電子線ホログラフイー
の方法を用いて0.1Åより良い精度で測定することがで
きる。また従来の透過電子線ホログラフイー法では不可
能であつた表面に垂直な磁場の測定も可能にすることが
できる。さらに透過の場合、薄膜試料に限られていた観
測対象がバルク試料も観測対象になるので、応用範囲が
拡大する。
の方法を用いて0.1Åより良い精度で測定することがで
きる。また従来の透過電子線ホログラフイー法では不可
能であつた表面に垂直な磁場の測定も可能にすることが
できる。さらに透過の場合、薄膜試料に限られていた観
測対象がバルク試料も観測対象になるので、応用範囲が
拡大する。
第１図は本発明の第１の実施例の電子光学系の断面図、
第２図は表面の高さ分布での電子線の位相の変化を説明
する図、第３図は表面に垂直な磁場による位相差を説明
する図、第４図は本発明の第２の実施例の電子光学系の
断面図である。 １……電子源、２……収束レンズ、３……絞り、４……
偏向装置、５……試料、６……対物レンズ、７……絞
り、８……電子線バイプリズム、９……拡大レンズ、10
……像記録装置、11……対物レンズ電源、12……バイプ
リズム電源、13……制御装置、14……電子線Ｉ、15……
電子線II。
第２図は表面の高さ分布での電子線の位相の変化を説明
する図、第３図は表面に垂直な磁場による位相差を説明
する図、第４図は本発明の第２の実施例の電子光学系の
断面図である。 １……電子源、２……収束レンズ、３……絞り、４……
偏向装置、５……試料、６……対物レンズ、７……絞
り、８……電子線バイプリズム、９……拡大レンズ、10
……像記録装置、11……対物レンズ電源、12……バイプ
リズム電源、13……制御装置、14……電子線Ｉ、15……
電子線II。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/22 H01J 37/26 H01J 37/28 H01J 37/295
Claims (2)
- 【請求項１】電子線源と、電子レンズと、像記録装置
と、試料と上記像記録装置との間に設けられた第１の電
子線バイプリズムを具備する電子線重畳装置と、を有
し、上記第１の電子線バイプリズムの電位と上記電子レ
ンズの焦点距離とを連動させて試料から反射された電子
と試料に入射していない電子とを重畳させ反射電子線ホ
ログラムを形成することを特徴とした反射電子線ホログ
ラフイー装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の反射電子線
ホログラフイー装置において、上記試料と上記電子線源
との間に少なくとも１つの第２の電子線バイプリズムを
さらに有することを特徴とした反射電子線ホログラフイ
ー装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1004999A JP2776862B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 反射電子線ホログラフイー装置 |
| US07/462,769 US4998788A (en) | 1989-01-13 | 1990-01-10 | Reflection electron holography apparatus |
| EP90100644A EP0378237B1 (en) | 1989-01-13 | 1990-01-12 | Reflection electron holography apparatus |
| DE69031765T DE69031765T2 (de) | 1989-01-13 | 1990-01-12 | Elektronen-Reflektions-Holographie-Gerät |
| US07/697,576 US5192867A (en) | 1989-01-13 | 1991-05-09 | Electron optical measurement apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1004999A JP2776862B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 反射電子線ホログラフイー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02186547A JPH02186547A (ja) | 1990-07-20 |
| JP2776862B2 true JP2776862B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=11599286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1004999A Expired - Lifetime JP2776862B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 反射電子線ホログラフイー装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4998788A (ja) |
| EP (1) | EP0378237B1 (ja) |
| JP (1) | JP2776862B2 (ja) |
| DE (1) | DE69031765T2 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5192867A (en) * | 1989-01-13 | 1993-03-09 | Hitachi, Ltd. | Electron optical measurement apparatus |
| JP3039563B2 (ja) * | 1990-11-29 | 2000-05-08 | 株式会社日立製作所 | 走査電子顕微鏡及び走査電子顕微方法 |
| US5095207A (en) * | 1991-01-07 | 1992-03-10 | University Of Wisconsin - Milwaukee | Method of three-dimensional atomic imaging |
| US5432347A (en) * | 1992-11-12 | 1995-07-11 | U.S. Philips Corporation | Method for image reconstruction in a high-resolution electron microscope, and electron microscope suitable for use of such a method |
| JP2605592B2 (ja) * | 1993-07-29 | 1997-04-30 | 日本電気株式会社 | 電子線ホログラフィによるナノサイズドットパターン形成方法および描画装置 |
| DE4331468A1 (de) * | 1993-09-16 | 1995-03-30 | Eduard Heindl | Fourier-Mikrostrukturierung |
| JP3276816B2 (ja) * | 1995-09-12 | 2002-04-22 | 日本電子株式会社 | 電子線バイプリズム |
| US5612535A (en) * | 1996-06-07 | 1997-03-18 | Wang; Youqi | Spin-split scanning electron microscope |
| JP2002117800A (ja) | 2000-10-05 | 2002-04-19 | Jeol Ltd | 電子線バイプリズム装置を備えた電子顕微鏡 |
| JP3942363B2 (ja) * | 2001-02-09 | 2007-07-11 | 日本電子株式会社 | 透過電子顕微鏡の位相板用レンズシステム、および透過電子顕微鏡 |
| US7015469B2 (en) | 2003-01-09 | 2006-03-21 | Jeol Usa, Inc. | Electron holography method |
| JP4512180B2 (ja) * | 2004-01-09 | 2010-07-28 | 独立行政法人理化学研究所 | 干渉装置 |
| JP4512183B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2010-07-28 | 独立行政法人理化学研究所 | 電子線干渉装置 |
| JP4523448B2 (ja) * | 2005-02-23 | 2010-08-11 | 独立行政法人理化学研究所 | 荷電粒子線装置および干渉装置 |
| EP2206021B1 (en) * | 2007-10-30 | 2015-01-28 | New York University | Tracking and characterizing particles with holographic video microscopy |
| JP5156429B2 (ja) * | 2008-02-15 | 2013-03-06 | 株式会社日立製作所 | 電子線装置 |
| WO2010026867A1 (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-11 | 株式会社日立製作所 | 電子線装置 |
| EP2387708B1 (en) | 2009-01-16 | 2019-05-01 | New York University | Automated real-time particle characterization and three-dimensional velocimetry with holographic video microscopy |
| WO2011071015A1 (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | 株式会社日立製作所 | 電子線バイプリズム装置および電子線装置 |
| JP5380366B2 (ja) * | 2010-05-28 | 2014-01-08 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 透過型干渉顕微鏡 |
| US8735815B2 (en) | 2012-06-22 | 2014-05-27 | Edax, Inc. | Method and apparatus for electron pattern imaging |
| EP3105638B1 (en) | 2014-02-12 | 2020-07-22 | New York University | Fast feature identification for holographic tracking and characterization of colloidal particles |
| ES2913524T3 (es) | 2014-11-12 | 2022-06-02 | Univ New York | Huellas coloidales para materiales blandos usando caracterización holográfica total |
| KR102579248B1 (ko) * | 2015-09-18 | 2023-09-15 | 뉴욕 유니버시티 | 정밀 슬러리 내 대형 불순물 입자의 홀로그래픽 검출 및 특성화 |
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