JP4512180B2 - 干渉装置 - Google Patents
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Description
図2は本発明を電子線干渉装置に適用したときの光学系の実施例を示す図である。本発明の電子線干渉装置は電子線バイプリズムを光軸上に上下2段に配置する。上段の電子線バイプリズムの電極を試料の像面(第1像面)に配し、それ以降の下段の光学系で、試料像と共に拡大・縮小を行う。下段の電子線バイプリズム電極は通常の干渉計として機能する。
波面分割による干渉縞の形成は、2つの虚光源が作り出すものに他ならない。下段のバイプリズム電極9bに電圧を印加して偏向角度αbを作り出すと、光源は図2に示すごとく、図中のy軸上を左右に虚光源25,27としてスプリットして分離してゆき、像面上で波面がオーバーラップした部分に式(6)(7)で表される干渉縞を形成する。
ここでは、上段のバイプリズム電極9uにも電圧を印加して、電子線に偏向を加えた場合について図3に示す光学系を参照して説明する。上段のバイプリズムによる偏向で電子線を光軸2に向かわせて干渉縞間隔sを細かくする制御である。図3において図2で示すものと同じもの又は同等のものに同じ参照符号を付した。また、26および28は電子線バイプリズム電極9uにより偏向された物体波21および参照波23の実電子源像の位置である。Yrは上段電子線バイプリズムの電極9uによる電子源像の光軸からのスプリット距離、Yvは下段電子線バイプリズムの電極9bによる仮想的な電子源像の光軸からのスプリット距離である。
(1)下段バイプリズム→干渉領域幅Wを定める。
(2)上段バイプリズム→干渉縞間隔sを調整する。
という手順で独立操作が可能となる。さらに、下段バイプリズムの電極9bが光源の像の位置に置かれている(Db−Lb=0)場合を考えてみると、この場合には式(12)により干渉縞間隔sは偏向角度αbに依存しない。すなわちこの光学条件では、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wに関して完全に独立なコントロールが可能となる。
図4は、図3とは逆に、干渉縞間隔sを広げる際の光学系を示す図である。図4において図3で示すものと同じもの又は同等のものに同じ参照符号を付した。図3を参照して説明したように、上段バイプリズムにて電子線を光軸2に向かうように偏向し干渉縞間隔sを小さくすることは容易である。これに対して、図4に示すように、上段バイプリズムにて電子線を光軸から離れるように偏向して干渉縞間隔sを広げるには、下段電子線バイプリズム電極9bの存在が制限を与える。その条件を、式(14)に示す。
次に、逆位相ホログラムの形成について述べる。
まず、フレネル縞発生回避の実現について述べる。
次に、干渉顕微鏡像(ホログラム)のコントロールについて述べる。
本発明では、電子線の干渉領域幅と干渉縞間隔を任意にコントロールできる。この利点に着目すると以下のような応用が可能である。
光学に於いてはコヒーレンス度の計測は、例えば、F. Zernike: Physica 5, 50 (1938)に提案されているように、干渉縞のコントラストを測定して求められている(例えば、B. J. Thompson and E. Wolf: J. Opt. Soc. Amer. 47, 895 (1957))。電子光学系に於いても電子線バイプリズムを用いて同様の測定が行われた例(例えば、R. Speidel and D. Kurz: Optik 49, 173 (1977))はあるが、一般には行われていない。これは干渉する2波の距離、すなわち干渉領域幅Wを変化させるのに伴い干渉縞間隔sも変化してしまい、記録系のMTF(Modulation Transfer Function)との切り分けが困難になるところに起因している。
上記とは逆に、空間的可干渉性(コヒーレンス)を一定に保ったまま干渉縞の本数を変化させることは、そのまま時間的コヒーレンスを観測していることになる。時間コヒーレンスの実験は、電子顕微鏡の分野ではほとんど例が無い。
上記(2)と同様に、コヒーレンス度を一定に保ったまま、干渉縞間隔を変化させることも可能である。このことからコヒーレンス度の変化やレンズ条件など他の要因に左右されること無く、媒体に記録される空間周波数(縞間隔)を変化させることにより、記録媒体のMTF・解像度を計測できる。
本発明では、図3に示す構成で、図6C最下段の干渉縞に示したように、1段のバイプルズムでは与え得なかった大きな偏向角度を作り出し、高密度の干渉縞を得ることができる。すなわち、2段のバイプリズムを用いるため、耐電圧特性などの制約が抑圧でき、ホログラムとして10000本を越える干渉縞を記録することが可能となる。微小乳剤のフイルムを記録媒体に選べば、極めて密度の高い干渉縞を記録することも可能である。
電子線干渉縞は、電子線描画装置に代わり一度に多数の並行した細線を描くことが可能である。しかし、バイプリズムにより発生するフレネル縞が均一な細線の描画を妨げていた。本発明では、フレネル縞の発生を抑止できるため、均一なドーズ量の細線を描くことができる。この細線の間隔、線数を任意に変化させられるのは、上述のとおりである。また、この細線をX,Yの2方向から描画すれば、簡単に規則配列をした量子ドットが得られる。さらにこの2回の描画の方向をコントロールすることにより、4回対称、6回対称、その他の対称性を持つ量子ドットの製作が可能である。
図8は、図3における構成の上段のバイプリズム9uに加えて、さらに中間バイプリズム9iを備えた電子線干渉装置の光学系を示す図である。上段のバイプリズム9uによる偏向に加えて、中間バイプリズム9iにより偏向を行わせることができるから、偏向の大きさが同じ程度であれば、それぞれのバイプリズムの耐電圧上有利となり、それぞれのバイプリズムの耐電圧を最大限生かした使い方をするときは、より大きい偏向を得ることができるから、干渉縞間隔をより小さいものとできる。
本発明は、レーザ光等の光干渉装置へ展開することが容易に出来る。すなわち、電子線バイプリズムの位置に光学バイプリズムを配置すれば良いからである。図9はこの考え方で構成した、図3に対応するレーザ光等の光干渉装置の光学系を示す図である。図3に示す構成要素と同じものあるいは、等価なものには同じ参照符号を付した。単純には、電子線バイプリズムが光学バイプリズム51、53で置換され、光学バイプリズム51の中心位置に光を遮蔽するための遮蔽板52を設けたものである。
図10A−図10Dは、図8と同じように、上段のバイプリズム、第3の中間バイプリズムおよび下段のバイプリズムを備えたホログラフィ顕微鏡光学系の光学系を、より一般的な電子顕微鏡の構成のいくつかの変形例について示す図である。図において図8と同じもの、または、同等の働きをするものには同じ参照符号を付した。また、図では電子源の電子線の代表の軌跡と試料の先端および根元位置の電子線の軌跡のみを示した。61は真電子源、63は第1コンデンサレンズ、65は第2コンデンサレンズである。これらは前述の実施例で示した電子源1を構成する。図からもわかるように、実施例で示した電子源1は真の電子源ではなく、真電子源61と複数のコンデンサレンズから得られるクロスオーバ(光源)である。電子源1から観察面11に向けて、対物レンズ5、第1中間レンズ67、第2中間レンズ69、第3中間レンズ71および投射レンズ73が配列される。
Claims (16)
- 電子線の光源と、前記光源から放出される電子線を試料に照射するための照射光学系と、前記電子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を結像するためのレンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有し、電子線の光軸上で前記試料の配置される位置より電子線の進行方向の下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置された上段のバイプリズムと前記レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記上段バイプリズムの前記光軸上の電子線の下流側で前記上段バイプリズムと互いに平行な平面内に配置される下段のバイプリズムとを備え、該両バイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行うことができるとともに、それら前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムにそれぞれ独立に電圧を印加できることにより、光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることを特徴とする
干渉装置。 - 前記下段バイプリズムが、前記電子線の光軸上第1番目の試料の像面の下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズの形成する光源の像の下流側に位置する請求項1に記載の干渉装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記電子線の光軸上第1番目の試料の像面の下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズの形成する光源の像面に位置する請求項1に記載の干渉装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記電子線の光軸上第1番目の試料の像面の下流側に位置するレンズの下流側で、該レンズと該レンズの形成する光源の像の間に位置する請求項1に記載の干渉装置。
- 前記上段バイプリズムにより、電子線を互いに光軸に近づく方向に偏向するとともに、前記下段バイプリズムにより、さらに電子線の光軸に近づく方向に偏向する請求項2から4のいずれかに記載の干渉装置。
- 前記上段バイプリズムにより、電子線を互いに光軸に近づく方向に偏向するとともに、前記下段バイプリズムにより、電子線が光軸から離れる方向に偏向する請求項2から4のいずれかに記載の干渉装置。
- 前記上段バイプリズムにより、電子線を互いに光軸から離れる方向に偏向するとともに、前記下段バイプリズムにより、電子線の光軸に近づく方向に偏向する請求項2から4のいずれかに記載の干渉装置。
- 前記上段バイプリズムにより、電子線を互いに光軸から離れる方向に偏向するとともに、前記下段バイプリズムにより、さらに電子線が光軸から離れる方向に偏向する請求項2から4のいずれかに記載の干渉装置。
- 前記上段バイプリズムと、前記電子線の光軸上第1番目に形成される試料の像面の下流側に位置するレンズとの間に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムとが配置された各々の平面と互いに平行を成す第3の平面内に配置され、前記上段バイプリズムあるいは前記下段バイプリズムと独立に電圧の印加、並びにその位置の移動、電極の回転が行えることによって、該両バイプリズムが電子線を偏向させる光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることが可能な第3のバイプリズムを備える請求項1に記載の干渉装置。
- 前記電子線の光軸上第1番目に形成される試料の像面の下流側に位置するレンズと前記レンズが形成する光源の像面との間、あるいは、前記光源の像面と前記レンズが形成する光軸上第2番目の試料の像面との間に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムとが配置された各々の平面と互いに平行を成す第3の平面内に配置され、前記上段バイプリズムあるいは前記下段バイプリズムと独立に電圧の印加、並びにその位置の移動、電極の回転が行えることによって、該両バイプリズムが電子線を偏向させる光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることが可能な第3のバイプリズムを備える請求項1に記載の干渉装置。
- 前記電子線の光軸上第1番目に形成される試料の像面の下流側に位置するレンズが形成する前記光軸上第2番目の光源の像面に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムとが配置された各々の平面と互いに平行を成す第3の平面内に配置され、前記上段バイプリズムあるいは前記下段バイプリズムと独立に電圧の印加、並びにその位置の移動、電極の回転が行えることによって、該両バイプリズムが電子線を偏向させる光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることが可能な第3のバイプリズムを備える請求項1に記載の干渉装置。
- 前記光軸上第2番目の試料の像面に位置し、前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムとが配置された各々の平面と互いに平行を成す第3の平面内に配置され、前記上段バイプリズムあるいは前記下段バイプリズムと独立に電圧の印加、並びにその位置の移動、電極の回転が行えることによって、該両バイプリズムが電子線を偏向させる光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることが可能な第3のバイプリズムを備える請求項1に記載の干渉装置。
- 前記上段バイプリズムおよび前記下段バイプリズムを備え、前記光軸上第2番目の光源の像面に位置し前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムとが配置された各々の平面と互いに平行を成す第3の平面内に配置され、前記上段バイプリズムあるいは前記下段バイプリズムと独立に電圧を印加でき、且つ、その位置の移動、電極の回転が行えることによって該両バイプリズムが電子線を偏向させる光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることが可能な第3のバイプリズムを備えるとともに、前記光軸上第2番目の試料の像面に位置し、前記3枚の各々の平面と互いに平行を成す第4の平面内に配置され、前記上段バイプリズムあるいは前記下段バイプリズムあるいは前記第3のバイプリズムと独立に電圧を印加でき、且つ、その位置の移動、電極の回転が行えることによって前記3個のバイプリズムが電子線を偏向させる光軸を含む電子光学上の同一平面内で電子線を偏向させることが可能な第4のバイプリズムを備える請求項1に記載の干渉装置。
- 光の光源と、前記光源から放出される光線を試料に照射するための照射光学系と、前記光線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を結像するためのレンズ系と前記試料像を観察あるいは記録するための装置を有し、前記光源の光線の光軸上前記試料の配置される位置より光線の進行方向の下流側に形成される前記試料の像面位置で光軸と直交する平面内に配置され、中央稜線部、あるいは稜線裏側に光線の遮蔽板を配置した上段の光学バイプリズムと前記レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記上段の光学バイプリズムの前記光軸上の光線の下流側で前記上段のバイプリズムと互いに平行な平面内に配置される下段の光学バイプリズムとを備え、該両バイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行うことができるとともに、それら前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズムとがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の異なるものと交換することにより偏向角度を制御できることを特徴とする干渉装置。
- 前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズム、あるいは第3のバイプリズムあるいは第4のバイプリズムを有し、該光学系の観察記録面、あるいは観察記録面と光学上同等な
面に配置された被照射材料に、平行な複数の直線を一括描画できる請求項1から13のいずれかに記載の干渉装置。 - 前記上段バイプリズムと前記下段バイプリズム、あるいは第3のバイプリズムあるいは第4のバイプリズムのうち、用いる全てのバイプリズムが電子線の偏向面を同じくする関係を保ったまま電子線の光軸を中心に光軸に垂直な平面内を回転し、当該回転角度を変化させながら、該光学系の観察記録面、あるいは観察記録面と光学上同等な面に配置された被照射材料に、複数回の照射を行える請求項1から13のいずれかに記載の干渉装置。
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