JP3285157B2 - 位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置 - Google Patents
位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置Info
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0402—Recording geometries or arrangements
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03H5/00—Holographic processes or apparatus using particles or using waves other than those covered by groups G03H1/00 or G03H3/00 for obtaining holograms; Processes or apparatus for obtaining an optical image from them
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位相情報観測方法及び
装置に関し、特に、電子線等の振幅分割が困難な波動を
用いる位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置に
関する。
装置に関し、特に、電子線等の振幅分割が困難な波動を
用いる位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、極微小位相物体の像を観察するの
に電子線ホログラフィーが知られている。その原理を簡
単に説明すると、図３において、光軸の片側に試料２を
配置して、干渉性の高い平面電子波１を光軸に沿って入
射させる。この電子波１は、試料２を透過し、試料２で
変調された物体波と試料２を透過しない参照波とに波面
分割され、電子対物レンズ３により一旦集光され、中間
像面５に結像するが、対物レンズ３と結像面５の間に電
子バイプリズム４を配置し、その中央のフィラメントの
片側を通る物体波と、他方を通る参照波とを光軸に交差
するように曲げて、結像面５で重ね合わせ、干渉縞を形
成させる。この干渉縞を電子レンズ６で拡大して写真フ
ィルム７に記録して、ホログラム７を作成する。このよ
うに作成したホログラム７には、電子レンズによって空
間的に拡大された物体波の位相が干渉縞の位置ズレとし
て記録されている。この記録された物体波の位相は、ホ
ログラム７を光学的に再生し、再生された波面と例えば
平面波とを干渉させて測定することもでき、また、電子
線ホログラムをデジタル化して読み込み、読み込まれた
データを計算により変換して測定することもできる。
に電子線ホログラフィーが知られている。その原理を簡
単に説明すると、図３において、光軸の片側に試料２を
配置して、干渉性の高い平面電子波１を光軸に沿って入
射させる。この電子波１は、試料２を透過し、試料２で
変調された物体波と試料２を透過しない参照波とに波面
分割され、電子対物レンズ３により一旦集光され、中間
像面５に結像するが、対物レンズ３と結像面５の間に電
子バイプリズム４を配置し、その中央のフィラメントの
片側を通る物体波と、他方を通る参照波とを光軸に交差
するように曲げて、結像面５で重ね合わせ、干渉縞を形
成させる。この干渉縞を電子レンズ６で拡大して写真フ
ィルム７に記録して、ホログラム７を作成する。このよ
うに作成したホログラム７には、電子レンズによって空
間的に拡大された物体波の位相が干渉縞の位置ズレとし
て記録されている。この記録された物体波の位相は、ホ
ログラム７を光学的に再生し、再生された波面と例えば
平面波とを干渉させて測定することもでき、また、電子
線ホログラムをデジタル化して読み込み、読み込まれた
データを計算により変換して測定することもできる。
【０００３】また、図４に示すように、３つの結晶１
１、１２、１３を用い、入射電子ビーム１を結晶１１に
より回折させ、＋１次回折波と−１次回折波に振幅分割
し、その＋１次回折波と−１次回折波を、結晶１２によ
り、それぞれ−１次と＋１次に回折させ、その回折波の
一方が試料２を、もう一方が真空を通って結晶１３に入
射するようにし、それぞれがまた−１次と＋１次に回折
され、電子レンズ１４を経て観測面１５で重なり合って
干渉してホログラムを形成するようにして、電子線ホロ
グラムを形成することも提案されている。
１、１２、１３を用い、入射電子ビーム１を結晶１１に
より回折させ、＋１次回折波と−１次回折波に振幅分割
し、その＋１次回折波と−１次回折波を、結晶１２によ
り、それぞれ−１次と＋１次に回折させ、その回折波の
一方が試料２を、もう一方が真空を通って結晶１３に入
射するようにし、それぞれがまた−１次と＋１次に回折
され、電子レンズ１４を経て観測面１５で重なり合って
干渉してホログラムを形成するようにして、電子線ホロ
グラムを形成することも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の図３の波面分割
法による電子線ホログラフィーは広く実用されている
が、いくつかの問題点を抱えている。すなわち、干渉縞
パターンそのものは試料の等位相分布を直接表していな
いため、光学的あるいは計算により干渉縞パターンから
試料の位相分布を再生する必要がある。また、波面分割
をするために、高い干渉性の電子線源が必要となる。さ
らに、観測しようとする試料領域のすぐ隣に参照波を通
すための真空領域が必要であるが、実際の試料でこのよ
うに輪郭がハッキリしたものは少なく、理想的な測定が
行なえる試料は少ない。
法による電子線ホログラフィーは広く実用されている
が、いくつかの問題点を抱えている。すなわち、干渉縞
パターンそのものは試料の等位相分布を直接表していな
いため、光学的あるいは計算により干渉縞パターンから
試料の位相分布を再生する必要がある。また、波面分割
をするために、高い干渉性の電子線源が必要となる。さ
らに、観測しようとする試料領域のすぐ隣に参照波を通
すための真空領域が必要であるが、実際の試料でこのよ
うに輪郭がハッキリしたものは少なく、理想的な測定が
行なえる試料は少ない。
【０００５】また、図４の振幅分割法は、図示のように
理論通り作用する純結晶が得られ難く、また、その方位
合わせが大変難しいため、ほとんど実用化されていない
のが現状である。
理論通り作用する純結晶が得られ難く、また、その方位
合わせが大変難しいため、ほとんど実用化されていない
のが現状である。
【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされて
ものであり、その目的は、ハーフミラー等によって振幅
分割が困難な電子線等を用いる位相情報観測方法及び位
相情報観測用干渉装置を提供することである。
ものであり、その目的は、ハーフミラー等によって振幅
分割が困難な電子線等を用いる位相情報観測方法及び位
相情報観測用干渉装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の位相情報観測方法は、入射波をランダムに散乱させ
る２枚の散乱膜を共役に配置し、この２枚の散乱膜の間
に試料を配置し、両散乱膜を通過した波による第１の干
渉パターンを検出し、試料を取り外した同様の検出状態
で第２の干渉パターンを検出し、検出された両干渉パタ
ーンの差、和あるいは積をとることにより、試料の位相
情報を干渉縞として観測することを特徴とする方法であ
る。この場合、試料配置位置が入射側散乱膜を直進する
成分が絞られる位置であり、両干渉パターン検出位置が
試料配置位置と共役な位置であることが望ましい。ま
た、本発明の位相情報観測用干渉装置は、試料の位相情
報を干渉縞として観測可能にする干渉装置において、入
射波をランダムに散乱させる２枚の散乱膜と、この２枚
の散乱膜の間に置かれ、一方の散乱膜の像を他方の散乱
膜上に結像するレンズ系と、一方の散乱膜を直進する成
分が前記レンズ系又はその部分系により絞られる位置に
配置された試料の像を観測面に結像する第２のレンズ系
と、観測面に形成された干渉パターンを記録する装置と
を備えたことを特徴とするものである。入射波が電子線
の場合、散乱膜としてアモルファス膜を用いるのが望ま
しい。
明の位相情報観測方法は、入射波をランダムに散乱させ
る２枚の散乱膜を共役に配置し、この２枚の散乱膜の間
に試料を配置し、両散乱膜を通過した波による第１の干
渉パターンを検出し、試料を取り外した同様の検出状態
で第２の干渉パターンを検出し、検出された両干渉パタ
ーンの差、和あるいは積をとることにより、試料の位相
情報を干渉縞として観測することを特徴とする方法であ
る。この場合、試料配置位置が入射側散乱膜を直進する
成分が絞られる位置であり、両干渉パターン検出位置が
試料配置位置と共役な位置であることが望ましい。ま
た、本発明の位相情報観測用干渉装置は、試料の位相情
報を干渉縞として観測可能にする干渉装置において、入
射波をランダムに散乱させる２枚の散乱膜と、この２枚
の散乱膜の間に置かれ、一方の散乱膜の像を他方の散乱
膜上に結像するレンズ系と、一方の散乱膜を直進する成
分が前記レンズ系又はその部分系により絞られる位置に
配置された試料の像を観測面に結像する第２のレンズ系
と、観測面に形成された干渉パターンを記録する装置と
を備えたことを特徴とするものである。入射波が電子線
の場合、散乱膜としてアモルファス膜を用いるのが望ま
しい。
【０００８】
【作用】本発明においては、入射波をランダムに散乱さ
せる２枚の散乱膜を共役に配置し、この２枚の散乱膜の
間に試料を配置し、両散乱膜を通過した波による第１の
干渉パターンを検出し、試料を取り外した同様の検出状
態で第２の干渉パターンを検出し、検出された両干渉パ
ターンの差、和あるいは積をとることにより、試料の等
位相縞が直接観察できる。
せる２枚の散乱膜を共役に配置し、この２枚の散乱膜の
間に試料を配置し、両散乱膜を通過した波による第１の
干渉パターンを検出し、試料を取り外した同様の検出状
態で第２の干渉パターンを検出し、検出された両干渉パ
ターンの差、和あるいは積をとることにより、試料の等
位相縞が直接観察できる。
【０００９】
【作用】本発明においては、２枚の散乱膜を用い、その
１枚により入射波を物体波と参照波とに分け、もう１枚
はこの２つの波（物体波と参照波）を再び重ね合わせ干
渉させて、ランダムな位相分布で変調された形のランダ
ム干渉パターンが観測面に現れ、記録されるので、試料
を挿入した状態で記録したランダム干渉パターンと、試
料を取り外した状態で記録したランダム干渉パターンと
を検出し、両ランダム干渉パターンの差、和あるいは積
をとることにより、試料の等位相縞が直接観察できる。
１枚により入射波を物体波と参照波とに分け、もう１枚
はこの２つの波（物体波と参照波）を再び重ね合わせ干
渉させて、ランダムな位相分布で変調された形のランダ
ム干渉パターンが観測面に現れ、記録されるので、試料
を挿入した状態で記録したランダム干渉パターンと、試
料を取り外した状態で記録したランダム干渉パターンと
を検出し、両ランダム干渉パターンの差、和あるいは積
をとることにより、試料の等位相縞が直接観察できる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照にして本発明の位相情報観
測方法及び位相情報観測用干渉装置について説明する。
現在においても、電子線干渉縞を作るのに、電子バイプ
リズムはなくてはならないものである。しかし、本発明
においては、電子バイプリズムを用いずに、２枚のアモ
ルファス膜を使って干渉縞を作ることを考える。その１
枚により電子ビームを物体波と参照波とに分け、もう１
枚はこの２つの波（物体波と参照波）を再び重ね合わせ
干渉させる。つまり、物体波は、第１のアモルファス膜
によって散乱されてから第２のアモルファス膜を素通り
する成分で、参照波は、入射ビームが第１のアモルファ
ス膜を素通ってから第２のアモルファス膜によって散乱
される成分である。第１のアモルファス膜と第２のアモ
ルファス膜との間の適当な位置にレンズと試料を挟むこ
とにより、試料の等位相縞が直接観察できる。
測方法及び位相情報観測用干渉装置について説明する。
現在においても、電子線干渉縞を作るのに、電子バイプ
リズムはなくてはならないものである。しかし、本発明
においては、電子バイプリズムを用いずに、２枚のアモ
ルファス膜を使って干渉縞を作ることを考える。その１
枚により電子ビームを物体波と参照波とに分け、もう１
枚はこの２つの波（物体波と参照波）を再び重ね合わせ
干渉させる。つまり、物体波は、第１のアモルファス膜
によって散乱されてから第２のアモルファス膜を素通り
する成分で、参照波は、入射ビームが第１のアモルファ
ス膜を素通ってから第２のアモルファス膜によって散乱
される成分である。第１のアモルファス膜と第２のアモ
ルファス膜との間の適当な位置にレンズと試料を挟むこ
とにより、試料の等位相縞が直接観察できる。
【００１１】以下、図面を参照にして本発明の原理を説
明する。図１において、散乱膜としてアモルファス膜Ａ
１、Ａ２を用い、これらと３枚の焦点距離ｆの電子レン
ズＢ１、Ｂ２、Ｂ３を用いて、図示のように、アモルフ
ァス膜Ａ１の後方距離ｆの位置に電子レンズＢ１を配置
し、その後側焦点面に試料２を配置し、試料の後方距離
ｆの位置に電子レンズＢ２を配置し、その後側焦点面に
アモルファス膜Ａ２を配置する。そして、アモルファス
膜Ａ２の後方距離ｆの位置に電子レンズＢ３を配置し、
電子レンズＢ３の後側焦点面を観測面Ｃとする。したが
って、アモルファス膜Ａ１とＡ２は相互に共役であり、
観測面Ｃは試料２の結像面である。
明する。図１において、散乱膜としてアモルファス膜Ａ
１、Ａ２を用い、これらと３枚の焦点距離ｆの電子レン
ズＢ１、Ｂ２、Ｂ３を用いて、図示のように、アモルフ
ァス膜Ａ１の後方距離ｆの位置に電子レンズＢ１を配置
し、その後側焦点面に試料２を配置し、試料の後方距離
ｆの位置に電子レンズＢ２を配置し、その後側焦点面に
アモルファス膜Ａ２を配置する。そして、アモルファス
膜Ａ２の後方距離ｆの位置に電子レンズＢ３を配置し、
電子レンズＢ３の後側焦点面を観測面Ｃとする。したが
って、アモルファス膜Ａ１とＡ２は相互に共役であり、
観測面Ｃは試料２の結像面である。
【００１２】このような配置において、入射電子ビーム
１がアモルファス膜Ａ１に入射し、その膜Ａ１で散乱を
受けずに直進する成分は、電子レンズＢ１により試料面
の１点（参照点）に収束され、この点の位相を持って再
び発散し、電子レンズＢ２により平面波に変換され、ア
モルファス膜Ａ１の像面にあるアモルファス膜Ａ２に到
達し、そこで全方向に散乱されて、電子レンズＢ３によ
り試料２の像面である観測面Ｃに集められる。この成分
は参照波となる。また、アモルファス膜Ａ１に入射し、
その膜Ａ１で全方向に散乱された成分は、電子レンズＢ
１により試料面に集められ、試料２の位相分布情報を持
って電子レンズＢ２に到達し、そこでアモルファス膜Ａ
２に収束し、この膜Ａ２を素通って電子レンズＢ３によ
り試料２の像面である観測面Ｃに集められる。この成分
は物体波となる。また、両方のアモルファス膜Ａ１、Ａ
２を直進する成分もあり、図に実線で示すように、観測
面Ｃの１点に収束する。さらに、両方のアモルファス膜
Ａ１、Ａ２それぞれで散乱される成分もあるが、強度が
弱いので無視できる。
１がアモルファス膜Ａ１に入射し、その膜Ａ１で散乱を
受けずに直進する成分は、電子レンズＢ１により試料面
の１点（参照点）に収束され、この点の位相を持って再
び発散し、電子レンズＢ２により平面波に変換され、ア
モルファス膜Ａ１の像面にあるアモルファス膜Ａ２に到
達し、そこで全方向に散乱されて、電子レンズＢ３によ
り試料２の像面である観測面Ｃに集められる。この成分
は参照波となる。また、アモルファス膜Ａ１に入射し、
その膜Ａ１で全方向に散乱された成分は、電子レンズＢ
１により試料面に集められ、試料２の位相分布情報を持
って電子レンズＢ２に到達し、そこでアモルファス膜Ａ
２に収束し、この膜Ａ２を素通って電子レンズＢ３によ
り試料２の像面である観測面Ｃに集められる。この成分
は物体波となる。また、両方のアモルファス膜Ａ１、Ａ
２を直進する成分もあり、図に実線で示すように、観測
面Ｃの１点に収束する。さらに、両方のアモルファス膜
Ａ１、Ａ２それぞれで散乱される成分もあるが、強度が
弱いので無視できる。
【００１３】上記の参照波と物体波は観測面Ｃで干渉
し、参照点の位相に対する試料各点の位相差が、アモル
ファス膜Ａ１とＡ２により生じるランダムな位相分布で
変調された形のランダム干渉パターンが観測面Ｃに現
れ、記録される。
し、参照点の位相に対する試料各点の位相差が、アモル
ファス膜Ａ１とＡ２により生じるランダムな位相分布で
変調された形のランダム干渉パターンが観測面Ｃに現
れ、記録される。
【００１４】次に、試料２を照射ビーム中から外して
（試料２の動的変化の観測の場合は、その変化後に）、
上記と同様な条件で試料２の位相情報を持たない干渉パ
ターン、すなわち、アモルファス膜Ａ１とＡ２により生
じるランダムな位相分布のみのランダム干渉パターンを
記録し、試料２が照射ビーム中にある場合のランダム干
渉パターンとの差、和あるいは積を計算すると、その結
果が試料２の等位相分布を表す干渉パターンとなる。
（試料２の動的変化の観測の場合は、その変化後に）、
上記と同様な条件で試料２の位相情報を持たない干渉パ
ターン、すなわち、アモルファス膜Ａ１とＡ２により生
じるランダムな位相分布のみのランダム干渉パターンを
記録し、試料２が照射ビーム中にある場合のランダム干
渉パターンとの差、和あるいは積を計算すると、その結
果が試料２の等位相分布を表す干渉パターンとなる。
【００１５】この点を数式を用いて簡単に説明すると、
アモルファス膜Ａ１による波面の変化を、 ｅｘｐ（ｉφ1 ）≒１＋ｉφ1 （薄い場合、すなわち、
φ1 ≪１） アモルファス膜Ａ２による波面の変化を、 ｅｘｐ（ｉφ2 ）≒１＋ｉφ2 （薄い場合、すなわち、
φ2 ≪１） 試料２による波面の変化を、 ｅｘｐ（ｉφ0 ） とする。ここで、φ0 、φ1 、φ2 は光軸に垂直な座標
（ｘ，ｙ）の関数である。また、フーリエ変換をＦで表
し、 Ｆ〔φ1 〕＝ａ1 ｅｘｐ（ｉα1 ） Ｆ〔φ2 〕＝ａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ） Ｆ〔ｅｘｐ（ｉφ0 ）〕＝Φ とする。
アモルファス膜Ａ１による波面の変化を、 ｅｘｐ（ｉφ1 ）≒１＋ｉφ1 （薄い場合、すなわち、
φ1 ≪１） アモルファス膜Ａ２による波面の変化を、 ｅｘｐ（ｉφ2 ）≒１＋ｉφ2 （薄い場合、すなわち、
φ2 ≪１） 試料２による波面の変化を、 ｅｘｐ（ｉφ0 ） とする。ここで、φ0 、φ1 、φ2 は光軸に垂直な座標
（ｘ，ｙ）の関数である。また、フーリエ変換をＦで表
し、 Ｆ〔φ1 〕＝ａ1 ｅｘｐ（ｉα1 ） Ｆ〔φ2 〕＝ａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ） Ｆ〔ｅｘｐ（ｉφ0 ）〕＝Φ とする。
【００１６】入射電子ビーム１を１とすると、アモルフ
ァス膜Ａ１の面直後では、 １＋ｉφ1 試料２面直前では、 δ＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉα1 ） 試料２面直後では、 δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉ
α1 ）・ｅｘｐ（ｉφ0 ） アモルファス膜Ａ２の面直前では、 ｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉφ1 ＊Φ アモルファス膜Ａ２の面直後では、 ｛ｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉφ1 ＊Φ｝・（１＋
ｉφ2 ） 観測面Ｃ上では（波動関数）、 ｛δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉα
1 ）・ｅｘｐ（ｉφ0 ）｝ ＊｛δ＋ｉａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ）｝ ＝δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉ
（α1 ＋φ0 ））＋ｉａ2 ｅｘｐ（ｉ（α2 ＋φ
0 （０，０）））−｛ａ1 ｅｘｐ（ｉ（α1 ＋
φ0 ））｝＊｛ａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ）｝ となる。ここで、δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））は中心
スポットで無視できる。また、｛ａ1 ｅｘｐ（ｉ（α1
＋φ0 ））｝＊｛ａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ）｝は、両方のア
モルファス膜Ａ１、Ａ２で散乱された成分で、小さいの
で無視できる。
ァス膜Ａ１の面直後では、 １＋ｉφ1 試料２面直前では、 δ＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉα1 ） 試料２面直後では、 δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉ
α1 ）・ｅｘｐ（ｉφ0 ） アモルファス膜Ａ２の面直前では、 ｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉφ1 ＊Φ アモルファス膜Ａ２の面直後では、 ｛ｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉφ1 ＊Φ｝・（１＋
ｉφ2 ） 観測面Ｃ上では（波動関数）、 ｛δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉα
1 ）・ｅｘｐ（ｉφ0 ）｝ ＊｛δ＋ｉａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ）｝ ＝δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））＋ｉａ1 ｅｘｐ（ｉ
（α1 ＋φ0 ））＋ｉａ2 ｅｘｐ（ｉ（α2 ＋φ
0 （０，０）））−｛ａ1 ｅｘｐ（ｉ（α1 ＋
φ0 ））｝＊｛ａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ）｝ となる。ここで、δｅｘｐ（ｉφ0 （０，０））は中心
スポットで無視できる。また、｛ａ1 ｅｘｐ（ｉ（α1
＋φ0 ））｝＊｛ａ2 ｅｘｐ（ｉα2 ）｝は、両方のア
モルファス膜Ａ１、Ａ２で散乱された成分で、小さいの
で無視できる。
【００１７】すなわち、試料２が照射ビーム中にあると
き、観測面Ｃ上での波は、 ｉａ1 ｅｘｐ（ｉ（α1 ＋φ0 ））＋ｉａ2 ｅｘｐ（ｉ
（α2 ＋φ0 （０，０））） となり、これを二乗して強度にすると、 ａ1 2 ＋ａ2 2 ＋２ａ1 ａ2 ｃｏｓ〔α1 −α2 ＋φ0 −φ0 （０，０）〕 （１） となる。ここで、（α1 −α2 ）はアモルファス膜Ａ
１、Ａ２の位相に基づくランダム成分で、空間的にラン
ダムに分布するものであるから、この強度は空間的にラ
ンダムなものである。
き、観測面Ｃ上での波は、 ｉａ1 ｅｘｐ（ｉ（α1 ＋φ0 ））＋ｉａ2 ｅｘｐ（ｉ
（α2 ＋φ0 （０，０））） となり、これを二乗して強度にすると、 ａ1 2 ＋ａ2 2 ＋２ａ1 ａ2 ｃｏｓ〔α1 −α2 ＋φ0 −φ0 （０，０）〕 （１） となる。ここで、（α1 −α2 ）はアモルファス膜Ａ
１、Ａ２の位相に基づくランダム成分で、空間的にラン
ダムに分布するものであるから、この強度は空間的にラ
ンダムなものである。
【００１８】次に、試料２を照射ビーム中からから外し
た観測面Ｃ上での強度は、同様に、 ａ1 2 ＋ａ2 2 ＋２ａ1 ａ2 ｃｏｓ（α1 −α2 ） （２） となる。
た観測面Ｃ上での強度は、同様に、 ａ1 2 ＋ａ2 2 ＋２ａ1 ａ2 ｃｏｓ（α1 −α2 ） （２） となる。
【００１９】したがって、試料２ありの場合の強度
（１）と試料２なしの場合の強度（２）との差をとる
と、 ２ａ1 ａ2 ｛ｃｏｓ〔α1 −α2 ＋φ0 −φ0 （０，
０）〕−ｃｏｓ（α1 −α2 ）｝＝−４ａ1 ａ2 ｓｉｎ
｛α1 −α2 ＋〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝×ｓｉ
ｎ｛〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝ となる。ａ1 、ａ2 ほぼ均一であり、α1 、α2 はラン
ダムであるので、これは、試料２の位相分布ｓｉｎ
｛〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝がランダム変調ｓｉ
ｎ｛α1 −α2 ＋〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝を受
けたものとなり、試料２の位相分布を等高線（干渉縞）
で直接表したものとなる。
（１）と試料２なしの場合の強度（２）との差をとる
と、 ２ａ1 ａ2 ｛ｃｏｓ〔α1 −α2 ＋φ0 −φ0 （０，
０）〕−ｃｏｓ（α1 −α2 ）｝＝−４ａ1 ａ2 ｓｉｎ
｛α1 −α2 ＋〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝×ｓｉ
ｎ｛〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝ となる。ａ1 、ａ2 ほぼ均一であり、α1 、α2 はラン
ダムであるので、これは、試料２の位相分布ｓｉｎ
｛〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝がランダム変調ｓｉ
ｎ｛α1 −α2 ＋〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝を受
けたものとなり、試料２の位相分布を等高線（干渉縞）
で直接表したものとなる。
【００２０】なお、試料２ありの場合の強度（１）と試
料２なしの場合の強度（２）との和をとると、 ２（ａ1 2 ＋ａ2 2 ）＋４ａ1 ａ2 ｃｏｓ｛α1 −α2
＋〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝×ｃｏｓ｛〔φ0 −
φ0 （０，０）〕／２｝ となる。試料２の位相分布はｃｏｓ｛〔φ0 −φ
0 （０，０）〕／２｝と表され、感度は小さいが、この
ような加算によっても試料２の位相分布を等高線で直接
表したものが得られる。
料２なしの場合の強度（２）との和をとると、 ２（ａ1 2 ＋ａ2 2 ）＋４ａ1 ａ2 ｃｏｓ｛α1 −α2
＋〔φ0 −φ0 （０，０）〕／２｝×ｃｏｓ｛〔φ0 −
φ0 （０，０）〕／２｝ となる。試料２の位相分布はｃｏｓ｛〔φ0 −φ
0 （０，０）〕／２｝と表され、感度は小さいが、この
ような加算によっても試料２の位相分布を等高線で直接
表したものが得られる。
【００２１】さらには、試料２ありの場合の強度（１）
と試料２なしの場合の強度（２）との積をとると、 ２ａ1 ａ2 ｃｏｓ〔α1 −α2 ＋φ0 −φ0 （０，
０）〕×ｃｏｓ（α1 −α2 ） ＝２ａ1 2 ａ2 2 ｛ｃｏｓ〔２α1 −２α2 ＋２φ0−
２φ0 （０，０）〕＋ｃｏｓ〔φ0 −φ0 （０，
０）〕｝ となる。この場合も、ｃｏｓ〔φ0 −φ0 （０，０）〕
が試料２の位相分布の等高線を表す。
と試料２なしの場合の強度（２）との積をとると、 ２ａ1 ａ2 ｃｏｓ〔α1 −α2 ＋φ0 −φ0 （０，
０）〕×ｃｏｓ（α1 −α2 ） ＝２ａ1 2 ａ2 2 ｛ｃｏｓ〔２α1 −２α2 ＋２φ0−
２φ0 （０，０）〕＋ｃｏｓ〔φ0 −φ0 （０，
０）〕｝ となる。この場合も、ｃｏｓ〔φ0 −φ0 （０，０）〕
が試料２の位相分布の等高線を表す。
【００２２】なお、試料２がある場合及びない場合の観
測面での強度分布の測定は光電変換により行ってもよ
く、また、写真的に行ってもよい。また、その差、和な
いし積の演算も、電子的に行ってもよく、写真的に行っ
てもよい。この演算を写真的に行うには、差の演算は困
難であり、和の演算は、試料ありの時に一旦露光し、試
料を取り除いてからもう一度露光（二重露光）して現像
処理をすればよく、積の演算は、試料ありの時に露光、
現像し、試料なしの時に別のフィルムに同様に露光、現
像してから、両フィルムを重ね合わせて通過光の分布を
見ればよい。
測面での強度分布の測定は光電変換により行ってもよ
く、また、写真的に行ってもよい。また、その差、和な
いし積の演算も、電子的に行ってもよく、写真的に行っ
てもよい。この演算を写真的に行うには、差の演算は困
難であり、和の演算は、試料ありの時に一旦露光し、試
料を取り除いてからもう一度露光（二重露光）して現像
処理をすればよく、積の演算は、試料ありの時に露光、
現像し、試料なしの時に別のフィルムに同様に露光、現
像してから、両フィルムを重ね合わせて通過光の分布を
見ればよい。
【００２３】ところで、以上は、フラウンホーファ回折
が成り立つ場合について説明してきたが、フレネル回折
の場合も同様に成り立つ。したがって、図１の配置の代
わりに、図２のような配置により観測してもよい。すな
わち、この場合は、１枚の電子レンズＢ１を挟んでアモ
ルファス膜Ａ１、Ａ２を共役に配置し、電子レンズＢ１
の後側焦点面に試料２を配置し、アモルファス膜Ａ２の
後方に配置した別の電子レンズＢ２の試料２と共役な位
置を観測面Ｃとして、図１と同様に観測して、演算すれ
ばよい。
が成り立つ場合について説明してきたが、フレネル回折
の場合も同様に成り立つ。したがって、図１の配置の代
わりに、図２のような配置により観測してもよい。すな
わち、この場合は、１枚の電子レンズＢ１を挟んでアモ
ルファス膜Ａ１、Ａ２を共役に配置し、電子レンズＢ１
の後側焦点面に試料２を配置し、アモルファス膜Ａ２の
後方に配置した別の電子レンズＢ２の試料２と共役な位
置を観測面Ｃとして、図１と同様に観測して、演算すれ
ばよい。
【００２４】なお、散乱膜Ａ１、Ａ２としては、ランダ
ムな分布を有するものであればよい。ここで、ランダム
の意味は、その分布をフーリエ変換したとき、振幅が一
定で、位相がランダムになることである。電子線の場
合、カーボン、ゲルマニウム等を中真空中で蒸着して作
製されたアモルファス膜が比較的この要件に合致し、適
している。
ムな分布を有するものであればよい。ここで、ランダム
の意味は、その分布をフーリエ変換したとき、振幅が一
定で、位相がランダムになることである。電子線の場
合、カーボン、ゲルマニウム等を中真空中で蒸着して作
製されたアモルファス膜が比較的この要件に合致し、適
している。
【００２５】以上は、振幅分割が困難な電子線の場合に
ついて述べてきたが、他の波動、例えばＸ線、光、音波
等においても同様に適用できる。
ついて述べてきたが、他の波動、例えばＸ線、光、音波
等においても同様に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置による
と、入射波をランダムに散乱させる２枚の散乱膜を共役
に配置し、この２枚の散乱膜の間に試料を配置し、両散
乱膜を通過した波による第１の干渉パターンを検出し、
試料を取り外した同様の検出状態で第２の干渉パターン
を検出し、検出された両干渉パターンの差、和あるいは
積をとることにより、試料の等位相縞が直接観察でき
る。
の位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置による
と、入射波をランダムに散乱させる２枚の散乱膜を共役
に配置し、この２枚の散乱膜の間に試料を配置し、両散
乱膜を通過した波による第１の干渉パターンを検出し、
試料を取り外した同様の検出状態で第２の干渉パターン
を検出し、検出された両干渉パターンの差、和あるいは
積をとることにより、試料の等位相縞が直接観察でき
る。
【００２７】本発明を電子線に適用した場合の従来法に
比べた利点としては、参照波のための真空領域を必要と
しないこと（連続的な分布を持つ磁場の測定に有利）、
直接及び実時間観察ができること（再生不要）、そし
て、干渉性の悪い電子線源でも干渉縞が得られることが
あげられる。
比べた利点としては、参照波のための真空領域を必要と
しないこと（連続的な分布を持つ磁場の測定に有利）、
直接及び実時間観察ができること（再生不要）、そし
て、干渉性の悪い電子線源でも干渉縞が得られることが
あげられる。
【図１】本発明の位相情報観測の原理を説明するための
図である。
図である。
【図２】変形例を説明するための図である。
【図３】従来の電子バイプリズムを用いる電子線ホログ
ラフィーの原理を説明するための図である。
ラフィーの原理を説明するための図である。
【図４】従来の結晶を用いた振幅分割による電子線ホロ
グラフィーの原理を説明するための図である。
グラフィーの原理を説明するための図である。
【符号の説明】 １…入射電子ビーム ２…試料 Ａ１、Ａ２…アモルファス膜 Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…電子レンズ Ｃ…観測面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/26 - 37/295
Claims (4)
- 【請求項１】 入射波をランダムに散乱させる２枚の散
乱膜を共役に配置し、この２枚の散乱膜の間に試料を配
置し、両散乱膜を通過した波による第１の干渉パターン
を検出し、試料を取り外した同様の検出状態で第２の干
渉パターンを検出し、検出された両干渉パターンの差、
和あるいは積をとることにより、試料の位相情報を干渉
縞として観測することを特徴とする位相情報観測方法。 - 【請求項２】 試料配置位置が入射側散乱膜を直進する
成分が絞られる位置であり、両干渉パターン検出位置が
試料配置位置と共役な位置であることを特徴とする請求
項１記載の位相情報観測方法。 - 【請求項３】 試料の位相情報を干渉縞として観測可能
にする干渉装置において、入射波をランダムに散乱させ
る２枚の散乱膜と、この２枚の散乱膜の間に置かれ、一
方の散乱膜の像を他方の散乱膜上に結像するレンズ系
と、一方の散乱膜を直進する成分が前記レンズ系又はそ
の部分系により絞られる位置に配置された試料の像を観
測面に結像する第２のレンズ系と、観測面に形成された
干渉パターンを記録する装置とを備えたことを特徴とす
る位相情報観測用干渉装置。 - 【請求項４】 入射波が電子線であり、散乱膜がアモル
ファス膜からなることを特徴とする請求項３記載の位相
情報観測用干渉装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21394392A JP3285157B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置 |
| US08/103,682 US5446589A (en) | 1992-08-11 | 1993-08-10 | Interference device and method for observing phase informalities |
| EP93306341A EP0583162B1 (en) | 1992-08-11 | 1993-08-11 | Observation of phase information and interference device therefor |
| DE69310630T DE69310630T2 (de) | 1992-08-11 | 1993-08-11 | Beobachtung von Phaseninformation und Interferenzvorrichtung dafür |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21394392A JP3285157B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0728000A JPH0728000A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3285157B2 true JP3285157B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=16647620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21394392A Expired - Fee Related JP3285157B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 位相情報観測方法及び位相情報観測用干渉装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5446589A (ja) |
| EP (1) | EP0583162B1 (ja) |
| JP (1) | JP3285157B2 (ja) |
| DE (1) | DE69310630T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7571653B2 (en) | 2006-03-31 | 2009-08-11 | Fujitsu Limited | Stress measuring method and system |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3378413B2 (ja) * | 1994-09-16 | 2003-02-17 | 株式会社東芝 | 電子線描画装置及び電子線描画方法 |
| JP4164261B2 (ja) * | 2000-03-30 | 2008-10-15 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 干渉計測装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4038543A (en) * | 1975-07-08 | 1977-07-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Scanning transmission electron microscope including an improved image detector |
| JP2651154B2 (ja) * | 1987-09-04 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 電子線ホログラフィ装置 |
| 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 |
| US5300776A (en) * | 1992-09-16 | 1994-04-05 | Gatan, Inc. | Autoadjusting electron microscope |
-
1992
- 1992-08-11 JP JP21394392A patent/JP3285157B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-08-10 US US08/103,682 patent/US5446589A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-08-11 DE DE69310630T patent/DE69310630T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-08-11 EP EP93306341A patent/EP0583162B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7571653B2 (en) | 2006-03-31 | 2009-08-11 | Fujitsu Limited | Stress measuring method and system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0583162A1 (en) | 1994-02-16 |
| JPH0728000A (ja) | 1995-01-31 |
| DE69310630D1 (de) | 1997-06-19 |
| US5446589A (en) | 1995-08-29 |
| EP0583162B1 (en) | 1997-05-14 |
| DE69310630T2 (de) | 1997-09-04 |
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