JP4523448B2 - 荷電粒子線装置および干渉装置 - Google Patents
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Description
(1)下段電子線バイプリズム→干渉領域幅WObjを定める。
(2)上段電子線バイプリズム→干渉縞間隔sObjを調整する。
という手順で独立操作が可能となる。
図4は、本発明の上、中、下段の3段の電子線バイプリズムを持つ干渉装置の実施例1の光学系を示す摸式図である。各3段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間のアジムス角Φ1、Φ3を分かりやすく示すために立体構造として表示したものであり、得られる干渉縞の形成を説明する概念図である。図2と対比して明らかなように、実施例1では、2段電子線バイプリズム干渉計の光学系の中間位置に該当する対物レンズ系の下部で、同時に上段電子線バイプリズムの上部に拡大レンズ系が加わり、その加わった拡大レンズ系の物面位置(対物レンズ系の像面位置)に新たな電子線バイプリズムを配した構造をしている。図4に於いては、図1、図2、図3で説明した電子源1、光軸2、試料3、対物レンズ系5、上段電子線バイプリズム直上の第1電子源像面7、観察面11、物体波21および参照波23を同じ参照符号とした他は煩雑となるため、以降の説明や数式では、図4以降新たに定義し直すものとする。ここで、電子線の流れる方向に上から順に、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極91、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極92、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極93とする。また、それぞれのフィラメント電極の太さをd1,d2,d3とする。
図4、および図5に示す構成において、第1拡大レンズ系63の倍率を1とした場合には、X軸、Y軸方向の倍率による相対的な補正は不要となるため、干渉現象の取り扱いは、X軸、Y軸方向でほぼ等価となり容易となる。この考え方をさらに推し進めると、上2段の電子線バイプリズムフィラメント91,92を第1像面61に設けることにより、2段の電子線バイプリズム光学系によって、実施例1で説明した3段電子線バイプリズム干渉計とほぼ等価な効果を得られることが分かる。
上述までの説明は、電子を光源とする干渉装置に主体を置いて説明したが、特願2004−004156でも説明したように、本発明は光を光源とする干渉装置に於いても実施できる。図14は図4に示す光学系の電子線バイプリズム91,92,93に代えて、3個の光学バイプリズムを配置し、上段、中段の各々の光学バイプリズムの中心位置(稜線位置)に光を遮蔽するための遮蔽板を設けた例を示す図である。図14において、9’1,9’2,9’3が電子線バイプリズム91,92,93に代わる光学バイプリズムである。それぞれ、中心位置(稜線位置)に光を遮蔽するための遮蔽板95,96,97が設けられている。
本発明は、上段電子線バイプリズムフィラメント電極91と中段電子線バイプリズムフィラメント電極92とにより、光源の波面を4つに分け、そのうちの1つを物体波とし、参照波として他の3つのうちの一つを選択し干渉像を得る2波干渉型の干渉装置である。さらに選ばれた物体波と参照波との干渉関係を自在にコントロール可能とするものである。
(1)試料の観察対象領域とそれを干渉像として観察するための参照波を透過させる位置を定める。
(2)該当の干渉像を形成できるよう上段、中段電子線バイプリズムの位置および相対アジムス角Φ1を定める。このとき、干渉領域、干渉縞の操作性から特に必要でない限り、直交関係Φ1=90°を選択するのが実用的である。
(3)下段バイプリズムのアジムス角Φ3を調整し、試料形状にあった干渉領域の形状(縦横比)を定める。
(4)下段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧V3を変化させ、干渉領域の大きさを定める。
(5)上段電子線バイプリズム、および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧、各々V1、V2を変化させ、観察領域内に形成される干渉縞間隔s、干渉縞の方位角θが、観察対象に対して最適になるよう調整する。
(6)以上の手順で得られた干渉像(電子線ホログラム)を記録し、再生等解析に供する。
(1)試料形状に応じた干渉領域形状の作成:
電子線の干渉性をいたずらに劣化させること無く、ホログラム作成に必要な干渉領域の形状を定めることが可能となる。
(2)干渉領域内への任意の縞間隔、方位角をもつ干渉縞の形成:
試料形状または観察したい部分の形状、格子像の方位、同空間サイズなど、被観察対象に応じて最も適切な間隔・方位の干渉縞を重畳させることが可能となる。これにより、空間分解能、位相分解能において最適な状態のホログラムの作成、記録を可能とする。
(3)フレネル縞の発生の抑制:
ホログラムにとって最も大きく、顕著なノイズ源であるフレネル縞の発生を抑制し、ホログラムへの影響を排除する。
(4)電子線ホログラフィーの概念の2次元への拡張:
干渉領域形状、干渉縞間隔、干渉縞の方位角を任意にコントロールすることが可能となり、電子線の波面を2次元平面内でほぼ自由に操作・干渉させることが可能となる。これにより電子線での干渉現象を、光のそれと対比しながらの実験が可能な電子波干渉装置となり得る。
Claims (15)
- 電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源から放出される荷電粒子線を試料に照射するための照射光学系と、前記荷電粒子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像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するとともに、荷電粒子線の光軸上で前記試料の配置される位置より荷電粒子線の進行方向の下流側に位置する前記結像レンズ系の内の対物レンズが1つもしくは各々独立して焦点距離が制御できる複数のレンズにより形成される対物レンズ系で構成され、該対物レンズ系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結像レンズ系の内の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下流側に形成される前記試料の像面位置で前記上段バイプリズムと平行な平面内に配置された中段のバイプリズムと前記結像レンズ系の内の1つもしくは複数のレンズを介して前記中段バイプリズムの下流側で前記上段バイプリズムと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3つのバイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行な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中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、
前記上段バイプリズムと前記中段バイプリズムにて、前記結像レンズ系を介した前記試料像の観察面において前記荷電粒子線を4分割し、
前記下段バイプリズムにより、4分割された前記荷電粒子線の対角に位置する2つの前記荷電粒子線を、前記試料像の観察面で重畳する、
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記光軸に直交し、前記上段バイプリズムが位置する平面に、前記複数のレンズにより構成される対物レンズ系の各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の前記中段バイプリズム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に記載の荷電粒子線装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の前記中段バイプリズム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に記載の荷電粒子線装置。
- 電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源から放出される荷電粒子線を試料に照射するための照射光学系と、前記荷電粒子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を形成するための結像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するとともに、荷電粒子線の光軸上で前記試料の配置される位置より荷電粒子線の進行方向の下流側に位置する前記結像レンズ系を構成する対物レンズが1つもしくは各々独立して焦点距離が制御できる複数のレンズにより形成される対物レンズ系で構成され、該対物レンズ系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、互いに交差する2つのバイプリズムと、前記結像レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記2つのバイプリズムの下流側で前記2つのバイプリズムと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3つのバイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、電極の回転を行なうことができるとともに、前記2つの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、
前記2つのバイプリズムにより、前記結像レンズ系を介した前記試料像の観察面において前記荷電粒子線を4分割し、
前記下段バイプリズムにより、4分割された前記荷電粒子線の対角に位置する2つの前記荷電粒子線を、前記試料像の観察面で重畳する、
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記光軸に直交し、前記2つのバイプリズムが位置する平面に、前記複数のレンズにより構成される対物レンズ系の各々のレンズを調整することによって、任意の倍率で前記試料の像を結像することを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子線装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の前記2つのバイプリズム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5に記載の荷電粒子線装置。
- 前記下段バイプリズムが、前記荷電粒子線の光軸上の前記2つのバイプリズム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5に記載の荷電粒子線装置。
- 前記2つのバイプリズムを構成する該同一像面内の2本の電子線バイプリズムフィラメント電極の成す角度を調整することによって前記2つのバイプリズムによる荷電粒子線の偏向の方向を制御することが可能であることを特徴とする請求項5から8のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
- 前記2つのバイプリズムを構成する該同一像面内の2本の電子線バイプリズムフィラメント電極の各々に印加する電圧を調整することによって前記2つのバイプリズムによる荷電粒子線の偏向の角度を各々のフィラメント電極に垂直な方向に個別に制御することが可能であることを特徴とする請求項5から9のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
- 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、前記試料の像を形成するための結像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するとともに、光線の光軸上で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位置する対物レンズ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、前記結像レンズ系の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下流側に形成される前記試料の像面位置で前記上段の光学バイプリズムと平行な平面内に配置された中段の光学バイプリズムと、前記結像レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記中段の光学バイプリズムの下流側で前記上段の光学バイプリズムと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3つの光学バイプリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行なうことができ、
前記上段の光学バイプリズムと前記中段の光学バイプリズムにて、前記結像レンズ系を介した前記試料像の観察面において前記光線を4分割し、
前記下段の光学バイプリズムにより、4分割された前記光線の対角に位置する2つの前記光線を、前記試料像の観察面で重畳する、
ことを特徴とする干渉装置。 - 前記光学バイプリズムにおいて、その全部もしくは一部の光学バイプリズムがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の大きさを制御できる、もしくはそれら光学バイプリズムを異なるものと交換することによって、光線に対する偏向角度の大きさを制御できることを特徴とする請求項11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、前記試料の像を形成するための結像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するとともに、光線の光軸上で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位置する対物レンズ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四角錘型プリズムと前記結像レンズ系の1つもしくは複数のレンズを介して前記上段の光学四角錘型プリズムの光線の下流側で前記上段の光学四角錘型プリズムと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、該両光学プリズムがそれぞれ独立にその位置の移動、回転を行なうことができ、
前記上段の光学四角錘型プリズムにより、前記結像レンズ系を介した前記試料像の観察面において前記光線を4分割し、
前記下段の光学バイプリズムにより、4分割された前記光線の対角に位置する2つの前記光線を、前記試料像の観察面で重畳する、
ことを特徴とする干渉装置。 - 前記光学プリズムにおいて、その全部もしくは一部の光学プリズムがそれぞれ独立に光線に対する偏向角度の大きさを制御できる、もしくはそれら光学プリズムを異なるものと交換することによって、光線に対する偏向角度の大きさを制御できることを特徴とする請求項13に記載の干渉装置。
- 前記上段の光学四角錘型プリズムは2本の稜線が成す面の傾斜角度が個別に異なるものとされ前記上段の光学四角錘型プリズムによる光線の偏向角度の大きさが方向により個別に制御できる請求項13もしくは14に記載の干渉装置。
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