JP5324584B2 - Electron beam equipment - Google Patents
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Description
本発明は、電子線バイプリズムを用いた電子線装置に関する。 The present invention relates to an electron beam apparatus using an electron beam biprism.
本願の説明においては、電子線バイプリズムが用いられる。電子線バイプリズムは光学におけるフレネルの複プリズムと同じ作用をする電子光学系における装置で、電界型と磁界型の2種類がある。このうち、広く普及しているものは電界型電子線バイプリズムで、図1に示すような形状をしている。すなわち、中央部のフィラメント電極9とその電極を挟む形で保持される平行平板型接地電極99から構成される。例えば、中央フィラメント電極9に正電圧を印加すると、図1中に示したごとく、フィラメント電極の近傍を通過する電子線は、フィラメント電極の電位を感じて互いに向き合う方向に偏向される(電子線の軌道27参照)。図1中の電子軌道27と垂直に平面25が描かれているが、これは電子線を波として表現するときの等位相面であり、通常は電子軌道と垂直を成す面で一般的には波面と呼ばれる。
In the description of the present application, an electron biprism is used. An electron biprism is a device in an electron optical system that performs the same function as a Fresnel double prism in optics, and there are two types, an electric field type and a magnetic field type. Among these, the one that is widely used is an electric field type electron biprism having a shape as shown in FIG. That is, it is composed of a filament electrode 9 at the center and a parallel plate
中央フィラメント電極9から離れるほど電子線に作用する電位は小さくなるが作用している空間範囲が長いため、結果的には電子線の偏向角度は入射位置に依らず中央フィラメント電極9への印加電圧に比例する。すなわち、偏向角度αを電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度とすると、中央フィラメント電極9への印加電圧Vfと偏向係数kを用いてα=k*Vfで表わされる簡単な関係を持つ。電子線の偏向角度αが入射位置に依らないことは電子光学装置としては重要な特徴で、平面波は平面波のまま伝播方向のみが偏向されて、電子線バイプリズムを射出することになる。これは光学ではちょうど2つのプリズムを合わせたバイプリズムの効果に対応することから、電子線バイプリズムと呼ばれている。As the distance from the central filament electrode 9 increases, the potential acting on the electron beam decreases, but the spatial range in which it acts is long. As a result, the deflection angle of the electron beam does not depend on the incident position and the applied voltage to the central filament electrode 9 Is proportional to That is, when the deflection angle α is the deflection angle of the electron beam by the electron biprism, a simple relationship expressed by α = k * V f is obtained using the voltage V f applied to the central filament electrode 9 and the deflection coefficient k. . The fact that the deflection angle α of the electron beam does not depend on the incident position is an important feature for an electron optical device, and the plane wave is a plane wave and only the propagation direction is deflected and emitted from the electron biprism. This is called an electron biprism because it corresponds to the effect of a biprism in which two prisms are combined.
電子線を偏向させるために電位を用いるものを電界型電子線バイプリズム、磁界と電子線とのローレンツ力を用いるものを磁界型電子線バイプリズムと呼ぶ。本願では、電界型電子線バイプリズムを用いて説明を行う。 A device that uses a potential to deflect an electron beam is called a field-type electron biprism, and a device that uses the Lorentz force between a magnetic field and an electron beam is called a magnetic-field electron biprism. In the present application, description will be made using an electric field type electron biprism.
しかし、本発明は電子線バイプリズムとして電子線が干渉させられる装置であれば電界型、磁界型に依らず構成可能であり、説明で用いる電界型電子線バイプリズムに限定するものではない。また、本願において「電子線バイプリズム」と記載する場合には、中央フィラメント電極9を含んで広義に電子線偏向装置としての電子線バイプリズム全体を意味し、電子光学系に置ける厳密な位置に言及する場合は原則として「電子線バイプリズムの中央フィラメント電極」と記載する。 However, the present invention can be configured regardless of the electric field type or the magnetic field type as long as the electron beam biprism is an apparatus that can interfere with the electron beam, and is not limited to the electric field type biprism used in the description. In addition, in the present application, the term “electron biprism” means the entire electron biprism as an electron beam deflecting device including the central filament electrode 9, and is located at a precise position in the electron optical system. When referring to it, it is described as “central filament electrode of electron biprism” in principle.
電子線バイプリズムは光学におけるハーフミラーの様なビームスプリッターが無い電子線においては、電子線干渉を作り出すのに必須の装置である。その理由は図1にも明らかな様に、1つの電子線の波面25を2波に分離するとともに互いに向き合う方向に偏向させる機能にある。この結果、電子線バイプリズムを通過し2波に分離された電子線は、電子線バイプリズムの下流側で重畳され干渉縞8を生じさせる。このような電子光学系を総称して、電子線干渉光学系と呼ぶ(非特許文献1参照)。
An electron biprism is an indispensable device for producing electron beam interference in an electron beam without a beam splitter like an optical half mirror. The reason for this lies in the function of separating the
<1段電子線バイプリズム干渉計>
電子線ホログラフィーに代表される最も一般的な電子線干渉計は、図2に示すごとく1段の電子線バイプリズムを対物レンズ5と試料3の像面71との間に配置し、中央フィラメント電極9に正の電圧を印加することによって試料3を透過した電子線(物体波21:図2では中央フィラメント電極9の左側を通過する電子線でハッチングを付けて示した)と試料3の無い側を透過した電子線(参照波23:図2では中央フィラメント電極9の右側を通過する電子線)を重畳させて干渉顕微鏡像(31と8:試料像31に干渉縞8の重畳された画像)を得ている。このときの干渉縞間隔sと干渉領域幅Wとの間には一定の関係があり、試料面上に逆投影した干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjとして以下の数式にて表わされる。<One-stage electron biprism interferometer>
The most common electron beam interferometer represented by electron beam holography has a single-stage electron beam biprism arranged between the
Sobj=(1/Mobj)*(D*λ/2*α*(D-L))・・・(1)S obj = (1 / M obj ) * (D * λ / 2 * α * (DL)) (1)
Wobj=(1/Mobj)*(2*α*L-(D*df/(D-L)))・・・(2)W obj = (1 / M obj ) * (2 * α * L- (D * d f / (DL))) (2)
ここでα(rad)は電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度である。その他の文字は主に光学系における物体、レンズ、像など各要素間の距離に関するもので図2中に示している。すなわち、Dは対物レンズ直下の光源の像面11から対物レンズ5による試料の像面71までの距離、Lは電子線バイプリズムの中央フィラメント電極9と試料の像面71までの距離である。また、dfは中央フィラメント電極9の直径であり、Mobjは対物レンズ5の倍率 Mobj = b/a(aは試料3(物面)と対物レンズ5との距離、bは対物レンズ5と試料の像面71との距離)である。Here, α (rad) is the deflection angle of the electron beam by the electron biprism. Other characters mainly relate to distances between elements such as an object, a lens, and an image in the optical system and are shown in FIG. That is, D is the distance from the
式(1)、(2)からわかるように干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjは、ともに電子線の偏向角度αの関数となっており、中央フィラメント電極9への印加電圧Vfのみで互いに独立した制御を行うことは出来ない(例えば、非特許文献1参照)。As can be seen from the equations (1) and (2), the interference fringe interval s obj and the interference region width W obj are both functions of the electron beam deflection angle α, and only the voltage V f applied to the central filament electrode 9 is obtained. Thus, it is not possible to perform control independent of each other (see, for example, Non-Patent Document 1).
なお、電子線をはじめとする荷電粒子線が電磁レンズを通過する際には、荷電粒子線には光軸を中心とした方位角の回転が生じるが、図2ではこの回転を省略して電子光学系として光軸2を含む等価な面を紙面に記載している。また、中央フィラメント電極9は紙面に垂直に配置されているものとし、電極の断面を小さな丸で示し、中央フィラメント電極9の両側の平行平板型接地電極99は省略している。また、光源を含む照射系4を小さな四角形で描いているが、これは電子銃1、加速管40(図4参照)、コンデンサレンズ系(41、42)(図4参照)など、試料3への電子線の照射にまつわる装置部分の意である。光学系の模式図におけるこの方位角の回転の省略や照射系などの表示の省略は、これ以降の図についても同様である。
Note that when charged particle beams such as electron beams pass through an electromagnetic lens, the charged particle beam has an azimuth rotation around the optical axis. In FIG. An equivalent surface including the
<2段電子線バイプリズム干渉計>
1段電子線バイプリズム干渉計の、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wを独立に制御できないという欠点を解決するべく開発されたものが多段電子線バイプリズム干渉計である。多段電子線バイプリズム干渉計の内、最も簡単な構成である2段電子線バイプリズム干渉光学系を図3に示す。<Two-stage electron biprism interferometer>
A multi-stage electron biprism interferometer has been developed to solve the disadvantage that the interference fringe spacing s and the interference area width W cannot be controlled independently of the one-stage electron biprism interferometer. FIG. 3 shows a two-stage electron biprism interference optical system having the simplest configuration of the multistage electron biprism interferometer.
この光学系では、第1の電子線バイプリズム91は対物レンズ5下流側の試料3の第1像面71に配され、第2の電子線バイプリズム95は第1像面71よりも電子線の進行方向の下流側に位置する第1の結像系レンズ61によって結像された光源の像面12と、第1の結像系レンズの下流側の試料の第2像面72との間で、かつ第1の電子線バイプリズムの中央フィラメント電極91の陰の部分(図3中では濃いハッチングで表わした)に配置されている。
In this optical system, the
図3では該両中央フィラメント電極91,95は、紙面に垂直に配置されている様に描かれているが、これは先述の光軸を含む電子光学的に同一な平面に垂直に配置していることを意味する。この構成による干渉顕微鏡像(32と8)の2つのパラメータ、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wは先述と同様に試料面上に逆投影して、干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjとして以下の数式で表わされる。In FIG. 3, the
Sobj=(1/Mobj)*(1/MI1)*(λ*D2/(2*((bs1/as1)*D1*α1+(D2-L2)*α2)))・・・(3)S obj = (1 / M obj ) * (1 / M I1 ) * (λ * D 2 / (2 * ((b s1 / a s1 ) * D 1 * α 1 + (D 2 -L 2 ) * α 2 ))) ... (3)
Wobj=(1/Mobj)*((2*L2*α2/MI1)-df1)・・・(4)W obj = (1 / M obj ) * ((2 * L 2 * α 2 / M I1 ) -d f1 ) (4)
ここでα1は第1の電子線バイプリズム91による電子線の偏向角度であり、α2は第2の電子線バイプリズム95による偏向角度である。ここでλとは波長である。また、その他の式中の文字は主に光学系における物体、レンズ、像など各要素間の距離に関するもので図3中に示している。Here, α 1 is the deflection angle of the electron beam by the
すなわち、aobjは試料3(物面)と対物レンズ5との距離、bobjは対物レンズ5と試料の第1の像面71との距離、aI1は試料の第1の像面71(第1の結像レンズの物面)と第1の結像レンズ61との距離、bI1は第1の結像レンズ61と試料の第2像面72との距離、as1は対物レンズ5直下の光源の像面11と第1の結像レンズ61との距離、bs1は第1の結像レンズ61と第1の結像レンズ直下の光源の像面12との距離、D1は対物レンズ直下の光源の像面11から対物レンズによる試料の像面71までの距離、D2は第1の結像レンズ直下の光源の像面12から第1の結像レンズによる試料の像面72(試料の第2像面)までの距離、L2は第2電子線バイプリズムの中央フィラメント電極95と試料の第2像面72までの距離である。また、Mobj、MI1はそれぞれこの結像光学系の倍率 Mobj = bobj/aobj、MI1 = bI1/aI1 (図3参照)であり、df1は第1の電子線バイプリズムの中央フィラメント電極の直径である。That is, a obj is the distance between the sample 3 (object surface) and the
式(3)、(4)からわかるように干渉縞間隔sobjはα1およびα2の関数として表わされ、干渉領域幅Wobjはα2の関数として表わされており、完全に独立ではないが干渉顕微鏡像を得る操作の順を、
(1)第2の電子線バイプリズム95への印加電圧を調整して所定の干渉領域幅Wに定める。
(2)第1の電子線バイプリズム91への印加電圧を調整して所定の干渉縞間隔sを得る。
とすることによって実効上独立に制御できる。なお、第2の電子線バイプリズムの中央フィラメント電極95を図3中の第1の結像レンズによる光源の像面12に配置した場合、すなわちパラメータ D2−L2=0のときはsobjとWobjについては完全独立に制御可能である。As can be seen from equations (3) and (4), the interference fringe spacing s obj is expressed as a function of α 1 and α 2 , and the interference region width W obj is expressed as a function of α 2 and is completely independent. Not the order of operations to obtain the interference microscope image
(1) A voltage applied to the
(2) The voltage applied to the
Thus, it can be controlled independently in effect. When the
一般的に干渉光学系では、干渉顕微鏡像、あるいはホログラムとして十分な情報を含んだ画像を得ようとすると、試料像の拡大倍率だけでなく、試料に重畳される干渉縞の間隔s(空間分解能、位相分解能に関係する)や干渉領域幅W(干渉顕微鏡像として観察可能な範囲)も重要となる。有効な干渉顕微鏡像を得るには電子顕微鏡として予め用意されている光学系を用いるだけでは不十分である。図2と3、および式(1)〜(4)から明らかなように、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wは試料像直上の光源の像(クロスオーバー)位置、電子線バイプリズムの位置、電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度αによってコントロールされるので、目的に合致する干渉顕微鏡像を得るためには、例えば、対物レンズ以外の電子レンズの一部を弱励磁条件(通電量の少ない長焦点距離の状態)にし、虚像を含む光学系を構成する方法(電子顕微鏡の全光学系の再調整が必要:例えば、非特許文献3参照)や、磁気的に励磁の弱い(電子レンズの焦点距離の長い)対物レンズを用いて干渉縞間隔sと干渉領域幅Wの関係を調整する方法(対物レンズの交換が必要:例えば、非特許文献3参照)や、特別に準備された励磁の弱いレンズを付加し対物レンズと組を成して使用する方法(対物レンズの交換、および付加レンズのコントロール機構が必要:例えば、特許文献2、および非特許文献4参照)、試料位置や電子線バイプリズムの位置を光軸方向に移動させる方法(特許文献3参照)などの対策が採られている。
In general, in an interference optical system, when trying to obtain an interference microscope image or an image containing sufficient information as a hologram, not only the magnification of the sample image but also the interval s (spatial resolution) of interference fringes superimposed on the sample. , Which is related to the phase resolution) and the interference region width W (a range which can be observed as an interference microscope image) are also important. In order to obtain an effective interference microscope image, it is not sufficient to use an optical system prepared in advance as an electron microscope. As apparent from FIGS. 2 and 3 and equations (1) to (4), the interference fringe spacing s and the interference region width W are the light source image (crossover) position immediately above the sample image, the position of the electron biprism, Since it is controlled by the deflection angle α of the electron beam by the electron biprism, in order to obtain an interference microscope image that matches the purpose, for example, a part of the electron lens other than the objective lens is subjected to weak excitation conditions (less energization amount) A method of constructing an optical system including a virtual image in a long focal length state (re-adjustment of the entire optical system of an electron microscope is necessary: see, for example, Non-Patent Document 3) A method of adjusting the relationship between the interference fringe spacing s and the interference area width W using an objective lens (having a long focal length) (needs replacement of the objective lens: see, for example, Non-Patent Document 3) or a specially prepared excitation Add a weak lens A method of using a pair with a lens (replacement of an objective lens and a control mechanism of an additional lens are required; for example, refer to
しかし、これら対物レンズそのものへの工夫や操作上の工夫などは、干渉顕微鏡として広範な範囲の干渉縞間隔sと広範な範囲の干渉領域幅Wを含む像を実現するには役立つ方法であるが、いずれの干渉光学系においてもその構築には各電子レンズや偏向系を調整しなければならず、電子光学系に対する知識と取り扱いに関する熟練を要するのが実情である。 However, the contrivance to the objective lens itself and the contrivance in operation are useful methods for realizing an image including a wide range of interference fringe spacing s and a wide range of interference region width W as an interference microscope. The construction of any interference optical system requires adjustment of each electron lens and deflection system, and the fact is that knowledge of the electron optical system and skill in handling are required.
本発明の目的は、干渉顕微鏡像のパラメータ(例えば、干渉縞間隔sと干渉領域幅W)を入力するだけで、電子顕微鏡の光学系条件は、干渉光学系として適切な状態に設定され、自動的に構築されるものを提供することにある。 The object of the present invention is to input the parameters of the interference microscope image (for example, the interference fringe interval s and the interference area width W), and the optical system conditions of the electron microscope are set to an appropriate state as the interference optical system. The purpose is to provide what is built.
本願発明は、対物レンズや、バイプリズムなどを有する電子線装置であって、前記電子線装置は、複数の干渉光学系を構成し、干渉縞間隔及び干渉領域幅を入力することにより、前記複数の干渉光学系を選択することを特徴とする。 The present invention is an electron beam apparatus having an objective lens, a biprism, and the like, wherein the electron beam apparatus forms a plurality of interference optical systems, and inputs the plurality of interference fringe intervals and interference area widths to thereby input the plurality of interference optical systems. The interference optical system is selected.
また、前記干渉縞間隔及び前記干渉領域幅の入力により適正な光学系を構成できない場合には、再度前記干渉縞間隔及び前記干渉領域幅を入力できるようにしたことを特徴とする。 In addition, when an appropriate optical system cannot be configured by inputting the interference fringe interval and the interference region width, the interference fringe interval and the interference region width can be input again.
また、前記複数の干渉光学系のうち、選択できるものが複数ある場合には使用者にいずれかを選択できる選択手段をもうけたことを特徴とする。 In addition, when there are a plurality of interference optical systems that can be selected, a selection means is provided that allows the user to select one of them.
また、前記複数の干渉光学系から選択された干渉光学系により倍率が定まることを特徴とする。 Further, the magnification is determined by an interference optical system selected from the plurality of interference optical systems.
また、対物レンズや、バイプリズムなどを有する電子線装置であって、前記電子線装置は、複数の干渉光学系を構成し、フレネル縞を許容できるかどうかを選択できることを特徴とする。 Further, the electron beam apparatus includes an objective lens, a biprism, and the like, wherein the electron beam apparatus constitutes a plurality of interference optical systems and can select whether or not the Fresnel fringes can be allowed.
また、フレネル縞の許容が否の場合には、干渉領域幅を入力することにより、可能な干渉光学系を選択することを特徴とする。 Further, when the Fresnel fringe is not allowed, a possible interference optical system is selected by inputting the interference region width.
また、フレネル縞の許容の可の場合には、干渉縞間隔及び干渉領域幅の入力により、前記複数の干渉光学系を選択することを特徴とする。 Further, when the Fresnel fringes are allowed, the plurality of interference optical systems are selected by inputting interference fringe intervals and interference area widths.
また、前記干渉縞間隔及び前記干渉領域幅の入力により適正な光学系が存在しない場合には、再度前記干渉縞間隔及び前記干渉領域幅を入力できるようにしたことを特徴とする。 In addition, when an appropriate optical system does not exist due to the input of the interference fringe interval and the interference region width, the interference fringe interval and the interference region width can be input again.
また、前記複数の干渉光学系が複数存在する場合には使用者にいずれかを選択できる選択手段をもうけたことを特徴とする。 In addition, when there are a plurality of the plurality of interference optical systems, a selection means is provided that allows the user to select one of them.
また、前記複数の干渉光学系から選択された干渉光学系により倍率が定まることを特徴とする。 Further, the magnification is determined by an interference optical system selected from the plurality of interference optical systems.
また、前記干渉領域幅の入力により適正な光学系が存在しない場合には、再度前記干渉領域幅を入力できるようにしたことを特徴とする。 In addition, when an appropriate optical system does not exist due to the input of the interference area width, the interference area width can be input again.
また、前記複数の干渉光学系が複数存在する場合には使用者にいずれかを選択できる選択手段をもうけたことを特徴とする。 In addition, when there are a plurality of the plurality of interference optical systems, a selection means is provided that allows the user to select one of them.
また、前記複数の干渉光学系から選択された干渉光学系により倍率が定まることを特徴とする。 Further, the magnification is determined by an interference optical system selected from the plurality of interference optical systems.
また、少なくとも、電子源と、レンズと、複数のバイプリズムを備える電子線装置であって、電子線の進行方向に関して電子源の下流側に第1のレンズと、前記第1のレンズの下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に第2のバイプリズムを有する第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、電子源の下流側に前記第1のレンズと、前記第1のレンズの下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に第2のレンズと、前記第2のレンズの下流側に第2のバイプリズムを有する第2の電子線バイプリズム干渉光学系とを有し、干渉縞間隔及び干渉領域幅を入力することにより、前記第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記第2の電子線バイプリズム干渉光学系を選択できることを特徴とする。 In addition, an electron beam apparatus including at least an electron source, a lens, and a plurality of biprisms, the first lens on the downstream side of the electron source with respect to the traveling direction of the electron beam, and the downstream side of the first lens A first biprism, a first electron biprism interferometric optical system having a second biprism downstream of the first biprism, and the first lens downstream of the electron source, A second biprism having a first biprism downstream of the first lens, a second lens downstream of the first biprism, and a second biprism downstream of the second lens. The first electron biprism interference optical system and the second electron biprism interference optical system by inputting an interference fringe interval and an interference region width. It is possible to select
また、少なくとも、電子源と、レンズと、複数のバイプリズムを備える電子線装置であって、電子源の下流側に第1のレンズと、前記第1のレンズの下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に第2のバイプリズムを有する第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記電子源の下流側に前記第1のレンズと、前記第1のレンズの下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に第2のレンズと、前記第2のレンズの下流側に第2のバイプリズムを有する第2の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記電子源の下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に前記第2のレンズと、前記第2のレンズの下流側に前記第2のバイプリズムを有する第3の電子線バイプリズム干渉光学系とを有し、干渉縞間隔及び干渉領域幅を入力することにより、前記第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記第2の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記第3の電子線バイプリズム干渉光学系のいずれかを選択できることを特徴とする。 An electron beam apparatus comprising at least an electron source, a lens, and a plurality of biprisms, wherein the first lens is on the downstream side of the electron source, and the first biprism is on the downstream side of the first lens. A first electron biprism interference optical system having a second biprism downstream of the first biprism, the first lens downstream of the electron source, and the first lens A second biprism having a first biprism downstream of the first biprism, a second lens downstream of the first biprism, and a second biprism downstream of the second lens. An interference optical system; a first biprism downstream of the electron source; a second lens downstream of the first biprism; and a second biprism downstream of the second lens. Third electron biprism interference light having a prism The first electron biprism interference optical system, the second electron biprism interference optical system, and the third electron by inputting an interference fringe interval and an interference region width. Any one of the line biprism interference optical systems can be selected.
本発明によれば、干渉顕微鏡像のパラメータ(例えば、干渉縞間隔sと干渉領域幅W)を入力するだけで、電子顕微鏡の光学系条件は、干渉光学系として適切な状態に設定され、自動的に構築される。 According to the present invention, the optical system condition of the electron microscope is set to an appropriate state as the interference optical system simply by inputting the parameters of the interference microscope image (for example, the interference fringe interval s and the interference region width W), and automatically Built.
これによって実験者は、例えば電子線バイプリズムの位置の微調整や偏向系の微調整、試料中の観察部位の選択とフォーカス合わせなど最終的な調整作業を行うだけで、適切な干渉顕微鏡像を得ることができる。さまざまな要求を持つ広範な技術レベルの実験者に対して、干渉顕微鏡像を汎用的に観察可能な電子線装置を提供できる。 This allows the experimenter to obtain an appropriate interference microscope image simply by making final adjustments such as fine adjustment of the position of the electron biprism, fine adjustment of the deflection system, selection of the observation site in the sample and focusing. Can be obtained. It is possible to provide an electron beam apparatus capable of observing interference microscope images for a wide range of use to a wide range of technical level experimenters having various requirements.
<電子線装置>
図4に本願に関するシステムとしての電子線装置全体を模式的に示す。図4は、汎用型の透過型電子顕微鏡を干渉顕微鏡に用いる場合を想定した模式図であるが、本願はこの模式図に記載の形態に限るものではない。<Electron beam device>
FIG. 4 schematically shows the entire electron beam apparatus as a system relating to the present application. FIG. 4 is a schematic diagram assuming a case where a general-purpose transmission electron microscope is used for an interference microscope, but the present application is not limited to the form described in this schematic diagram.
電子源としての電子銃1が電子線の流れる方向の最上流部に位置し、加速管40にて所定の速度の電子流(以後、電子線と記述する)とされた後、照射光学系(コンデンサーレンズ41、42)を経て試料3に電子線が照射される。試料3を透過した電子線は、電子線の進行方向に、試料3よりも下流側の対物レンズ5にて結像される。この結像作用は、対物レンズ5よりも下流側の複数の結像レンズ系(61、62、63、64)に引き継がれ、最終的に電子線装置の観察記録面89に結像される。その像8は、電子顕微鏡フィルムやCCDカメラなど記録媒体79を通じて、画像記録装置77に記録される。電子線バイプリズムは、第1の電子線バイプリズム91が対物レンズ5の下流側に、第2の電子線バイプリズム95が第1の結像レンズ61の下流側に位置している。それぞれの電子源1、加速管40への印加電圧、試料位置と試料3の傾斜角度、および電子レンズの励磁状態、電子線バイプリズムの位置、電位の印加状態などの各要素が、コンピュータ51に接続された制御系(19、49、48、47、39、59、97、69、96、68、67、66)でコントロールされている。実際の装置ではこの模式図で示した他に、電子線の進行方向を変化させる偏向系、電子線の透過する領域を制限する絞り機構などが存在し、それらの要素もまたコンピュータ51に接続された制御系でコントロールされている。しかし、これらの装置は本願には直接的な関係が無いので、この図では割愛する。なお、この模式図に示すごとく、電子光学要素は真空容器18中に組み立てられ、真空ポンプにて継続的に真空排気されている。真空系についても、本願とは直接の関係がないため割愛する。
An
<干渉光学系の基本構成>
本願では、広範な干渉顕微鏡像の観察条件に対応すると共に、汎用型電子顕微鏡の電子線干渉装置への利用を想定しているため、2段に電子線バイプリズムを用いる干渉光学系について検討する。まず、従来型2段電子線バイプリズム干渉光学計を中、低倍率像観察へ拡張した場合について検討し、続いて、フレネル縞の発生を許容する代わりに2段電子線バイプリズム干渉光学計の光学系構成の自由度を高めた系について検討する。<Basic configuration of interference optical system>
In this application, since it is assumed that it is applicable to the electron beam interferometer of a general-purpose electron microscope in addition to dealing with a wide range of interference microscope image observation conditions, an interference optical system using an electron biprism in two stages will be examined. . First, consider the case where the conventional two-stage electron biprism interferometer is extended to medium and low magnification image observation. Next, instead of allowing the generation of Fresnel fringes, the two-stage electron biprism interferometer Consider a system with a high degree of freedom in the optical system configuration.
<(1)従来型2段電子線バイプリズム干渉光学計の拡張>
2段電子線バイプリズム干渉系の主たる光学系を結像レンズ系まで含めて図5に示す。この図5の光学系は、全結像レンズ系を拡大結像条件にて使用し高倍率を達成する、主として高分解能観察に用いられる光学系である。対応可能な倍率や干渉領域幅、干渉縞間隔は、具体的な電子線装置ごとに求めなければならないが、一例としては、300kVの加速電圧の電子線装置にて、20万倍から150万倍程度が可能であることを確認している。<(1) Expansion of conventional two-stage electron biprism interferometer>
FIG. 5 shows the main optical system of the two-stage electron biprism interference system including the imaging lens system. The optical system of FIG. 5 is an optical system mainly used for high-resolution observation, which achieves a high magnification by using the entire imaging lens system under an enlarged imaging condition. The applicable magnification, interference area width, and interference fringe spacing must be determined for each specific electron beam apparatus. For example, an electron beam apparatus with an acceleration voltage of 300 kV can be used 200,000 times to 1.5 million times. Confirm that the degree is possible.
図6は、中間倍率用に構成した従来型2段電子線バイプリズム干渉光学系である。第1の電子線バイプリズムの中央フィラメント電極91を試料の像面71に配置する必要から対物レンズ5の利用条件が自ずから定まるため、試料3、対物レンズ5、第1の電子線バイプリズム91までの構成は図5の光学系と同じとなる。結像レンズ系の内、第2番目のレンズ62をオフとすることにより、最大到達倍率を小さくしている。図6に示したごとく、第2の電子線バイプリズム95が、光源の像12(クロスオーバー)の上流側に位置する場合があるので、この場合には、フィラメント電極95への印加電位の正負を逆転させる必要がある。約30万倍以下の倍率に対応可能である。
FIG. 6 shows a conventional two-stage electron biprism interference optical system configured for intermediate magnification. Since the use condition of the
図7は、低倍率用に構成した従来型2段電子線バイプリズム干渉光学系である。これも試料、対物レンズ5、第1の電子線バイプリズム91までの構成は、図5の光学系と同じである。第1の結像レンズ61をオフとし、第2の結像レンズ62によって縮小投影を行うことで、低倍率での結像を実現している。約4万倍以下の倍率に対応可能である。
FIG. 7 shows a conventional two-stage electron biprism interference optical system configured for low magnification. The configuration of the sample, the
図6、図7共に、結像レンズ系の内、1つのレンズをオフにして倍率の調整を行っている。この場合、1つのレンズの持つ自由度を失っているため、どちらの光学系も対応可能な倍率や干渉領域幅W、干渉縞間隔sに付いては、その対応可能な範囲は小さい。1MVホログラフィー電子顕微鏡のように、対物レンズ系に電子レンズを1段付加すれば、干渉光学系の構成への自由度は増加する(例えば、特許文献4、および非特許文献5参照)。
6 and 7, the magnification is adjusted by turning off one lens in the imaging lens system. In this case, since the degree of freedom of one lens is lost, the applicable range is small for the magnification, interference region width W, and interference fringe interval s that both optical systems can handle. If one stage of electron lens is added to the objective lens system as in the 1 MV holography electron microscope, the degree of freedom in the configuration of the interference optical system increases (see, for example,
<(2)一般型2段電子線バイプリズム干渉光学計(拡大結像系)>
図8は、主に拡大結像に用いられる2段電子線バイプリズム干渉光学系である。試料3と試料の像面71との間に、第1、第2の両電子線バイプリズムを挿入する。第2の電子線バイプリズムのフィラメント電極95が、上段の電子線バイプリズムのフィラメント電極91の陰の部分に配置される必要があるのみで、その他の位置関係について特別な限定をするものではない。干渉顕微鏡像(8と31)にフレネル縞は重畳されるが、必要な干渉領域幅内に、必要な間隔の干渉縞を持った干渉顕微鏡像を得ることが可能である。<(2) General-type two-stage electron biprism interferometer (enlarged imaging system)>
FIG. 8 shows a two-stage electron biprism interference optical system mainly used for enlarged imaging. Both the first and second electron biprisms are inserted between the
図8の構成による干渉顕微鏡像(8と31)の2つのパラメータ、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wは先述と同様に試料面上に逆投影して、干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjとして以下の数式で表わされる。The two parameters of the interference microscope image (8 and 31) with the configuration of FIG. 8, the interference fringe interval s and the interference region width W are back-projected onto the sample surface in the same manner as described above, and the interference fringe interval s obj and the interference region width are W obj is expressed by the following equation.
Sobj=(aobj/bobj)*(D*λ/(2*((D-L2)*α2-(D-L1)*α1))) ・・・(5)S obj = (a obj / b obj ) * (D * λ / (2 * ((DL 2 ) * α 2- (DL 1 ) * α 1 ))) (5)
Wobj=(aobj/bobj)*(2*L2*α2-2*L1*α1-(D*df1/(D-L1))) ・・・(6)W obj = (a obj / b obj ) * (2 * L 2 * α 2 -2 * L 1 * α 1- (D * d f1 / (DL 1 ))) (6)
両式(5)、(6)ともに、両電子線バイプリズムによる電子線の偏向角α1、α2を含んでいる。すなわち、2つの電子線バイプリズムによる偏向角度α1、α2の組み合わせによって、電子レンズの焦点距離などを全く偏向することなく(すなわち試料の倍率を変更することなく)、干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjを必要な値に調整することが可能である。これは、例えば先に述べた非特許文献4に記載の焦点距離の長い弱励磁レンズと対物レンズの組み合わせにて干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjへの自由度を確保する方法(条件ごとに試料の倍率が異なる)と本質的に異なっている。Both equations (5) and (6) include the deflection angles α 1 and α 2 of the electron beam by both electron beam biprisms. That is, by combining the deflection angles α 1 and α 2 by the two electron biprisms, the focal length of the electron lens or the like is not deflected at all (ie, without changing the magnification of the sample), and the interference fringe interval s obj and It is possible to adjust the interference area width W obj to a required value. This is, for example, a method (conditions) for securing the degree of freedom to the interference fringe interval s obj and the interference region width W obj with a combination of the weak excitation lens having a long focal length and the objective lens described in
汎用型電子顕微鏡にて図8の光学系を構築するには、第1の結像レンズ61(図7の61参照)をオフとして対物レンズの像面71を電子線の進行方向の下流側に下げ、対物レンズ5と対物レンズによる試料の像面71までの間に、電子線バイプリズムを2本挿入するのが簡便な方法である。但し、第1の結像レンズ61を1段オフとする場合には、最大倍率は30万倍程度となることに注意しなければならない。
To construct the optical system of FIG. 8 with a general-purpose electron microscope, the first imaging lens 61 (see 61 in FIG. 7) is turned off and the
<(3)一般型2段電子線バイプリズム干渉光学計(虚像拡大系)>
図9は、主に数万倍から10万倍程度の中倍率での干渉計に用いることができる一般型2段電子線バイプリズム干渉光学系である。試料3直下の電子レンズ(対物レンズ5)を弱励磁(焦点距離が長い)条件にて使用し、試料の上方に仮想的に存在する拡大された試料の虚像36を対物レンズ5より下流側の第1の結像レンズ61にて縮小結像する光学系である。本構成では、対物レンズ5と第1の結像レンズ61を組み合わせて結像に用いており、対物レンズ5で虚像拡大、第1の結像レンズ61で縮小結像を行うため、両レンズの組み合わせ方によって、中間倍率を確保することが可能となる。<(3) General-type two-stage electron biprism interferometer (virtual image magnification system)>
FIG. 9 shows a general two-stage electron biprism interference optical system that can be used in an interferometer with a medium magnification of about several tens of thousands to 100,000 times. Using an electron lens (objective lens 5) immediately below the
図9の構成による干渉顕微鏡像(32と8)の2つのパラメータ、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wは先述と同様に試料面上に逆投影して、干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjとして、両電子線バイプリズムの偏向角α1、α2を含む形の数式で表わされる(ここでは割愛する)。The two parameters of the interference microscope image (32 and 8), the interference fringe interval s and the interference region width W are back-projected on the sample surface in the same manner as described above, and the interference fringe interval s obj and the interference region width are obtained. W obj is expressed by a mathematical expression including the deflection angles α 1 and α 2 of both electron biprisms (omitted here).
<(4)一般型2段電子線バイプリズム干渉光学計(縮小結像系)>
図10は、主に数万倍以下の低倍率で、干渉領域幅Wを大きくとる場合に有効な光学系である。さらに、試料3と試料3直下の電子レンズ61の距離を大きく取れるため、磁性材料など試料に対して電子レンズの磁場の浸漬を防ぐ場合に有効な必要な光学系でもある。<(4) General-type two-stage electron biprism interferometer (reduction imaging system)>
FIG. 10 shows an optical system that is effective when the interference region width W is large, mainly at a low magnification of several tens of thousands or less. Furthermore, since the distance between the
図10の構成による干渉顕微鏡像(32と8)の2つのパラメータ、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wは先述と同様に試料面上に逆投影して、干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjとして、両電子線バイプリズムの偏向角α1、α2を含む形の数式で表わされる(ここでは割愛する)。The two parameters of the interference microscope image (32 and 8), the interference fringe interval s and the interference region width W are back-projected on the sample surface in the same manner as described above, and the interference fringe interval s obj and the interference region width are obtained. W obj is expressed by a mathematical expression including the deflection angles α 1 and α 2 of both electron biprisms (omitted here).
本願では、これら検討を加えた2つ以上の干渉光学系に関して、具体的な光学要素の諸条件を記憶させ、実験に必要な、例えば干渉領域幅Wobjなどのパラメータに合わせて光学系を選定し、その光学系の下での光学要素の動作条件を読み出し、必要ならば演算を加えて適切な条件設定を行い、設定に沿った干渉光学系を自動構築するシステムを提供する。In this application, regarding two or more interference optical systems for which these studies have been made, specific optical element conditions are stored, and the optical system is selected in accordance with parameters necessary for the experiment, such as the interference region width W obj. Then, an operating condition of an optical element under the optical system is read, and if necessary, calculation is performed to set an appropriate condition, and a system for automatically constructing an interference optical system according to the setting is provided.
2つの干渉光学系からなる、システムについて説明する。例えば、図8、図9に記載の2つの干渉光学系について、それぞれ、試料に対する倍率Mとそのときに実現可能な干渉縞間隔sobjを図11に、試料に対する倍率Mと干渉領域幅Wobjを図12に示す。両図中の枠内のプロットされた点は、実際に干渉光学系の構築が成された条件のところで、該光学系を構築するのに必要だった全ての動作条件(電子レンズ、偏向系、バイプリズムへの印加電圧など)が既知であり、データファイルとして記憶装置に記憶されている。図11、図12ともに、枠で囲んだ領域内は電源の性能等から達成可能と判断される干渉条件の領域であり、具体的な動作条件は、プロットされた点の条件から演算(例えばリニアに内挿、もしくは外挿など)によって求めることができる。枠外の領域は、その様な干渉条件(倍率と、そのときの干渉縞間隔と干渉領域幅)が、構築できないか、もしくは構築できても記録系の分解能から縞を縞として記録できない場合(例えば、図11の左下部などにおいてCCD素子の画素サイズよりも細かな干渉縞となる場合)に該当する。A system composed of two interference optical systems will be described. For example, for the two interference optical systems shown in FIGS. 8 and 9, the magnification M for the sample and the interference fringe spacing s obj that can be realized at that time are shown in FIG. 11, and the magnification M and the interference area width W obj for the sample are shown. Is shown in FIG. The plotted points in the frames in both figures show all the operating conditions (electron lens, deflection system, etc.) necessary to construct the optical system under the conditions where the interference optical system was actually constructed. The voltage applied to the biprism is known, and is stored in the storage device as a data file. In both FIG. 11 and FIG. 12, the area enclosed by the frame is an interference condition area that is determined to be achievable from the performance of the power source, and the specific operation condition is calculated from the plotted point condition (for example, linear). Interpolation or extrapolation). For areas outside the frame, such interference conditions (magnification, spacing between interference fringes and interference area width) cannot be constructed, or even if they can be constructed, fringes cannot be recorded as fringes from the resolution of the recording system (for example, 11 corresponds to a case where the interference fringes are finer than the pixel size of the CCD element in the lower left part of FIG.
このような電子線装置は図4に示すような構成を成すシステムで、入力処理、情報記憶/読出処理、演算処理、設定処理、動作処理などは、コンピュータにて行われ、コンピュータからの指示に基づいて制御系ユニットが、それぞれの光学要素を制御する。 Such an electron beam apparatus is a system configured as shown in FIG. 4. Input processing, information storage / reading processing, arithmetic processing, setting processing, operation processing, and the like are performed by a computer, and instructions from the computer are made. Based on this, the control system unit controls each optical element.
図13に、当該システムによる干渉光学系のパラメータ入力から、光学系の構築までの流れ(フロー)をチャート化した。それぞれを説明する。 FIG. 13 is a chart showing the flow from the input of the interference optical system parameters by the system to the construction of the optical system. Each will be explained.
(ステップ1):実験者は、干渉光学系モードを選択する。 (Step 1): The experimenter selects the interference optical system mode.
(ステップ2):システムは、干渉像のパラメータ干渉縞間隔sobj、干渉領域幅Wobjの入力待ち状態となる。(Step 2): The system waits for input of parameter interference fringe interval s obj and interference area width W obj of the interference image.
(ステップ3):実験者は、入力装置に干渉縞間隔sobj及び、干渉領域幅Wobjを入力する。(Step 3): The experimenter inputs the interference fringe interval s obj and the interference region width W obj to the input device.
(ステップ4):記憶装置は、例えば図11、図12を得たデータファイルを参照し、実現可能な干渉光学系を検索する。 (Step 4): The storage device searches for a realizable interference optical system with reference to, for example, the data files obtained in FIGS.
(ステップ5):(1)適切な光学系が見つかった場合には、構築する光学系を表示装置に表示する。(2)適切な光学系が見つからない場合には、表示装置にその旨を表示し、実験者にパラメータの再入力を指示する。→ステップ3へ戻る。
(Step 5): (1) When an appropriate optical system is found, the optical system to be constructed is displayed on the display device. (2) If an appropriate optical system cannot be found, this is displayed on the display device and the experimenter is instructed to re-enter the parameters. → Return to
(ステップ6):(1)見つかった適切な光学系が1つの場合は、その光学系を表示装置に表示する。(2)見つかった適切な光学系が複数の場合は、その旨を表示し、実験者に選択を指示する。→実験者は、選択を入力する。 (Step 6): (1) If one suitable optical system is found, that optical system is displayed on the display device. (2) If more than one suitable optical system is found, display that fact and instruct the experimenter to select. → The experimenter enters the selection.
(ステップ7):構築する光学系の倍率を定める(例えば、構築可能な倍率の範囲の中間値近傍の区切りのよい倍率とすればよい)。 (Step 7): The magnification of the optical system to be constructed is determined (for example, a magnification with a good separation in the vicinity of the intermediate value in the range of magnifications that can be constructed may be used).
(ステップ8):(1)該当する倍率の記憶データがあるとき、記憶装置は当該記憶データを読み出す。(2)該当する倍率の記憶データが無いとき、演算装置は、近傍のデータを用いて動作条件データを作成する(例えば、2つの動作条件における各々のシステムへの通電量を、その条件からのはずれ量によって比例配分すればよい)。 (Step 8): (1) When there is stored data of the corresponding magnification, the storage device reads the stored data. (2) When there is no stored data of the corresponding magnification, the arithmetic unit creates operating condition data using neighboring data (for example, the energization amount to each system under the two operating conditions is calculated from that condition. Proportional distribution may be performed according to the amount of deviation).
(ステップ9):電子光学系の制御システムに、目的とする光学系を構築するための各要素の動作条件が設定される。 (Step 9): The operating conditions of each element for constructing the target optical system are set in the control system of the electron optical system.
(ステップ10):制御システムが動作し、光学系が設定条件を満足する干渉光学系に構築される。 (Step 10): The control system is operated, and the optical system is constructed as an interference optical system that satisfies the set conditions.
(ステップ11):電子線バイプリズムが光軸上に挿入され、中央フィラメント電極に設定された条件に基づく電圧が印加され、干渉光学系の自動構築が完成する。→システムは、パラメータの入力待ち状態に復する。→実験者は、干渉実験を行う。 (Step 11): An electron biprism is inserted on the optical axis, and a voltage based on the condition set in the central filament electrode is applied to complete the automatic construction of the interference optical system. → The system returns to the parameter input waiting state. → The experimenter conducts an interference experiment.
(ステップ12):実験者は、干渉光学系モードを終了する。 (Step 12): The experimenter ends the interference optical system mode.
ステップ11の後、実験者は、試料の位置合わせを行なったり、偏向系の微調整、電子線バイプリズムの位置や中央フィラメント電極への印加電圧の微調整などを行い、希望の干渉顕微鏡が観察されればそれを記録する。最終盤の調整等には手動操作の部分を残しているのは、さまざまな実験のタイプ、試料の種類への対応の可能性を広げるためである。
After
3つ以上の干渉光学系からなる場合についても、ほぼ同様のシステムを構築することができる。まず、複数の干渉光学系について、それぞれ、試料に対する倍率Mとそのときに実現可能な干渉縞間隔sobjを図14に、試料に対する倍率Mと干渉領域幅Wobjの関係を図15にそれぞれ模式的に示す。両図中の枠に囲まれた領域が、観察可能な干渉像の範囲である。これまでに述べたすべての干渉光学系を検討した結果、ひとつの倍率について、ほとんどの場合複数の光学系構築の可能性が描かれている。特に、両図中の太破線で囲まれた領域は、従来型の2段電子線バイプリズム干渉光学系で観察可能な干渉像の範囲である。干渉像中にフレネル縞が重畳されないこと、干渉縞間隔sobjを後から変更し易いなどの点から、従来型の2段電子線バイプリズム干渉光学系を優先に光学系を構築するのが良いと判断される。そのため、光学系の選択に当たっては、まず、従来型の2段電子線バイプリズム干渉光学系を優先的に選択するシステムとするのが合理的と考えられるが、もちろんこの限りではない。A substantially similar system can be constructed even in the case of three or more interference optical systems. First, for a plurality of interference optical systems, the magnification M for the sample and the interference fringe spacing s obj that can be realized at that time are schematically shown in FIG. 14, and the relationship between the magnification M for the sample and the interference region width W obj is schematically shown in FIG. Indicate. The area surrounded by the frame in both figures is the range of the observable interference image. As a result of examining all the interference optical systems described so far, the possibility of constructing a plurality of optical systems in most cases is depicted for one magnification. In particular, a region surrounded by a thick broken line in both figures is a range of an interference image that can be observed with a conventional two-stage electron biprism interference optical system. In view of the fact that Fresnel fringes are not superimposed on the interference image and the interference fringe spacing s obj can be easily changed later, it is preferable to construct the optical system with priority on the conventional two-stage electron biprism interference optical system. It is judged. Therefore, when selecting an optical system, it is reasonable to first select a system that preferentially selects the conventional two-stage electron biprism interference optical system, but this is not a limitation.
図14、図15ともに、枠で囲んだ領域内は電源の性能等から達成可能と判断される干渉条件の領域であり、具体的な動作条件は、プロットされた点の条件から演算(例えばリニアに内挿、もしくは外挿など)によって求めることができる。枠外の領域は、その様な干渉条件(倍率と、そのときの干渉縞間隔と干渉領域幅)が構築できないか、もしくは構築できても記録系の分解能から縞を縞として記録できない場合に該当する。これらの事情は実施例1の場合と同様である。 In both FIGS. 14 and 15, the area enclosed by a frame is an interference condition area determined to be achievable from the performance of the power source and the like, and the specific operation condition is calculated from the plotted point condition (for example, linear). Interpolation or extrapolation). The area outside the frame corresponds to the case where such interference conditions (magnification, interference fringe interval and interference area width) cannot be established, or even if the interference conditions can be established, fringes cannot be recorded as fringes from the resolution of the recording system. . These circumstances are the same as in the first embodiment.
また、このような電子線装置が図4に示すような構成を成し、入力処理、情報記憶/読出処理、演算処理、設定処理、動作処理などはコンピュータにて行われ、コンピュータからの指示に基づいて制御系ユニットが、それぞれの光学要素を制御するところも実施例1の場合と同様である。 Further, such an electron beam apparatus has a configuration as shown in FIG. 4, and input processing, information storage / reading processing, arithmetic processing, setting processing, operation processing, and the like are performed by a computer. The control system unit controls each optical element based on the same as in the first embodiment.
図16に、当該システムによる干渉光学系のパラメータ入力から、光学系の構築までの流れ(フロー)をチャート化した。それぞれを説明する。ステップの引数は、光学系全体に関するものには1桁の数、従来の2段電子線バイプリズム干渉計に関するものには10代の数、本願で提案した一般型2段電子線バイプリズム干渉計に関するものには20代の数を付している。 FIG. 16 is a chart showing the flow from the input of the interference optical system parameters to the construction of the optical system. Each will be explained. The step argument is a single digit number for the entire optical system, a teenage number for the conventional two-stage electron biprism interferometer, and the general two-stage electron biprism interferometer proposed in this application. Numbers in their twenties are attached to the related items.
(ステップ1):実験者は、干渉光学系モードを選択する。 (Step 1): The experimenter selects the interference optical system mode.
(ステップ2):実験者は、フレネル縞の許容の可否を入力する。システムは、(1)フレネル縞否の場合は、従来型の2段バイプリズム干渉計(例えば、図5,6,7に記載など)を取り扱う。(2)フレネル縞可の場合には、記憶している全光学系(例えば、図5,6,7,8,9,10に記載など)を取り扱う。 (Step 2): The experimenter inputs whether or not the Fresnel stripes are allowed. The system handles (1) a conventional two-stage biprism interferometer (eg, as described in FIGS. (2) When Fresnel stripes are possible, all stored optical systems (for example, described in FIGS. 5, 6, 7, 8, 9, and 10) are handled.
(ステップ11):システムは、干渉像のパラメータ干渉領域幅Wobjの入力待ち状態となる。/(ステップ21):システムは、干渉像のパラメータ干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjの入力待ち状態となる。(Step 11): The system waits for input of the parameter interference area width W obj of the interference image. / (Step 21): The system waits for input of parameter interference fringe interval s obj and interference area width W obj of the interference image.
(ステップ12):実験者は、入力装置に干渉領域幅Wobjを入力する。/(ステップ22):実験者は、入力装置に干渉縞間隔sobjと干渉領域幅Wobjを入力する。(Step 12): The experimenter inputs the interference area width W obj to the input device. / (Step 22): The experimenter inputs the interference fringe interval s obj and the interference region width W obj to the input device.
(ステップ13):記憶装置は、データファイルを参照し実現可能な干渉光学系を検索する。/(ステップ23):記憶装置は、データファイルを参照し実現可能な干渉光学系を検索する。 (Step 13): The storage device searches the realizable interference optical system with reference to the data file. / (Step 23): The storage device searches the realizable interference optical system with reference to the data file.
(ステップ14):(1)適切な光学系が見つかった場合には、構築する光学系を表示装置に表示する。(2)適切な光学系が見つからない場合には、表示装置にその旨を表示し、実験者に、(i)パラメータの再入力を指示する。→ステップ12へ戻る。もしくは(ii)フレネル縞可の光学系への変更を指示する。→ステップ21へ移る。/(ステップ24):(1)適切な光学系が見つかった場合には、構築する光学系を表示装置に表示する。(2)適切な光学系が見つからない場合には、表示装置にその旨を表示し、実験者にパラメータの再入力を指示する。→ステップ22へ戻る。 (Step 14): (1) When an appropriate optical system is found, the optical system to be constructed is displayed on the display device. (2) If an appropriate optical system is not found, display that effect on the display device and instruct the experimenter to (i) re-enter the parameters. → Return to Step 12. Or (ii) instructing a change to an optical system capable of fresnel fringes. → Go to step 21. / (Step 24): (1) When an appropriate optical system is found, the optical system to be constructed is displayed on the display device. (2) If an appropriate optical system cannot be found, this is displayed on the display device and the experimenter is instructed to re-enter the parameters. → Return to step 22.
(ステップ15):(1)見つかった適切な光学系が1つの場合は、その光学系を表示装置に表示する。(2)見つかった適切な光学系が複数の場合は、その旨を表示し、実験者に選択を指示する。→実験者は、選択を入力する。/(ステップ25):(1)見つかった適切な光学系が1つの場合
は、その光学系を表示装置に表示する。(2)見つかった適切な光学系が複数の場合は、その旨を表示し、実験者に選択を指示する。→実験者は、選択を入力する。(Step 15): (1) If one suitable optical system is found, that optical system is displayed on the display device. (2) If more than one suitable optical system is found, display that fact and instruct the experimenter to select. → The experimenter enters the selection. / (Step 25): (1) When one suitable optical system is found, the optical system is displayed on the display device. (2) If more than one suitable optical system is found, display that fact and instruct the experimenter to select. → The experimenter enters the selection.
(ステップ16):構築する光学系の倍率を定める(例えば、構築可能な倍率の範囲の中間値近傍の区切りのよい倍率とすればよい)。/(ステップ26):構築する光学系の倍率を定める(例えば、構築可能な倍率の範囲の中間値近傍の区切りのよい倍率とすればよい)。 (Step 16): The magnification of the optical system to be constructed is determined (for example, a magnification with a good separation in the vicinity of the intermediate value in the range of magnifications that can be constructed may be set). / (Step 26): The magnification of the optical system to be constructed is determined (for example, a magnification with a good separation in the vicinity of an intermediate value in the range of magnifications that can be constructed may be used).
(ステップ17):(1)該当する倍率の記憶データがあるとき、記憶装置は当該記憶データを読み出す。(2)該当する倍率の記憶データが無いとき、演算装置は、近傍のデータを用いて動作条件データを作成する(例えば、2つの動作条件における各々のシステムへの通電量を、その条件からのはずれ量によって比例配分すればよい)。/(ステップ27):(1)該当する倍率の記憶データがあるとき、記憶装置は当該記憶データを読み出す。(2)該当する倍率の記憶データが無いとき、演算装置は、近傍のデータを用いて動作条件データを作成する(例えば、2つの動作条件における各々のシステムへの通電量を、その条件からのはずれ量によって比例配分すればよい)。 (Step 17): (1) When there is stored data of the corresponding magnification, the storage device reads the stored data. (2) When there is no stored data of the corresponding magnification, the arithmetic unit creates operating condition data using neighboring data (for example, the energization amount to each system under the two operating conditions is calculated from that condition. Proportional distribution may be performed according to the amount of deviation). / (Step 27): (1) When there is stored data of the corresponding magnification, the storage device reads the stored data. (2) When there is no stored data of the corresponding magnification, the arithmetic unit creates operating condition data using neighboring data (for example, the energization amount to each system under the two operating conditions is calculated from that condition. Proportional distribution may be performed according to the amount of deviation).
(ステップ3):電子光学系の制御システムに、目的とする光学系を構築するための各要素の動作条件が設定される。 (Step 3): The operating conditions of each element for constructing the target optical system are set in the control system of the electron optical system.
(ステップ4):制御システムが動作し、光学系が設定条件を満足する干渉光学系に構築される。 (Step 4): The control system is operated, and the optical system is constructed as an interference optical system that satisfies the set conditions.
(ステップ5):電子線バイプリズムが光軸上に挿入され、中央フィラメント電極に設定された条件に基づく電圧が印加され、干渉光学系の自動構築が完成する。→システムは、パラメータの入力待ち状態に復する。→実験者は、干渉実験を行う。 (Step 5): An electron biprism is inserted on the optical axis, and a voltage based on the conditions set in the central filament electrode is applied to complete the automatic construction of the interference optical system. → The system returns to the parameter input waiting state. → The experimenter conducts an interference experiment.
(ステップ6):実験者は、干渉光学系モードを終了する。 (Step 6): The experimenter ends the interference optical system mode.
ステップ5の後、実験者は、試料の位置合わせを行なったり、偏向系の微調整、電子線バイプリズムの位置や中央フィラメント電極への印加電圧の微調整などを行い、希望の干渉顕微鏡が観察されればそれを記録する。さまざまな実験のタイプ、試料の種類への対応の可能性を広げるため、最終盤の調整等には手動操作の部分を残しているのは、実施例1と同様である。
After
本発明は、電子線バイプリズムを用いた電子線装置に利用可能である。 The present invention is applicable to an electron beam apparatus using an electron beam biprism.
1…電子源もしくは電子銃、2…光軸、3…試料、4…照射光学系、5…対物レンズ、8…干渉縞、9…電子線バイプリズム中央フィラメント電極、10…照射光学系による電子源の像(クロスオーバー)、11…対物レンズにより結像されたクロスオーバーの像、12…第1の結像レンズにより結像されたクロスオーバーの像、13…第2の結像レンズにより結像されたクロスオーバーの像、18…真空容器、19…電子源の制御ユニット、21…物体波、22…電子線の波面、23…参照波、27…電子線の軌道、31…対物レンズにより結像された試料の像、32…第1の結像レンズにより結像された試料の像、36…対物レンズ上方に位置する試料の虚像、39…試料の制御ユニット、40…加速管、41…第1の照射(コンデンサ)レンズ、42…第2の照射(コンデンサ)レンズ、47…第2の照射レンズの制御ユニット、48…第1の照射レンズの制御ユニット、49…加速管の制御ユニット、51…制御系コンピュータ、52…制御系コンピュータのモニタ、53…制御系コンピュータのインターフェース、59…対物レンズの制御ユニット、61…第1の結像レンズ、62…第2の結像レンズ、63…第3の結像レンズ、64…第4の結像レンズ、66…第4の結像レンズの制御ユニット、67…第3の結像レンズの制御ユニット、68…第2の結像レンズの制御ユニット、69…第1の結像レンズの制御ユニット、71…対物レンズによる試料の像面、72…第1の結像レンズによる試料の像面、73…第2の結像レンズによる試料の像面、74…第3の結像レンズによる試料の像面、75…第4の結像レンズによる試料の像面、76…画像観察・記録装置のモニタ、77…画像記録装置、78…画像観察・記録媒体の制御ユニット、79…画像観察・記録媒体、89…観察・記録面、81s…構築可能な干渉条件(倍率と縞間隔)の領域、81W…構築可能な干渉条件(倍率と干渉領域幅)の領域、82s…構築可能な干渉条件(倍率と縞間隔)の領域、82W…構築可能な干渉条件(倍率と干渉領域幅)の領域、83s…構築可能な干渉条件(倍率と縞間隔)の領域、83W…構築可能な干渉条件(倍率と干渉領域幅)の領域、84s…構築可能な干渉条件(倍率と縞間隔)の領域、84W…構築可能な干渉条件(倍率と干渉領域幅)の領域、85s…構築可能な干渉条件(倍率と縞間隔)の領域、85W…構築可能な干渉条件(倍率と干渉領域幅)の領域、86s…構築可能な干渉条件(倍率と縞間隔)の領域、86W…構築可能な干渉条件(倍率と干渉領域幅)の領域、91…第1の電子線バイプリズムの中央フィラメント電極、95…第2の電子線バイプリズムの中央フィラメント電極、99…平行平板接地電極。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記電子線装置は、
電子線の進行方向に関して電子源の下流側に第1のレンズと、前記第1のレンズの下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に第2のバイプリズムを有する第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、
電子源の下流側に前記第1のレンズと、前記第1のレンズの下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に第2のレンズと、前記第2のレンズの下流側に第2のバイプリズムを有する第2の電子線バイプリズム干渉光学系とを構成し、
干渉縞間隔及び干渉領域幅を入力することにより、前記第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記第2の電子線バイプリズム干渉光学系とを含むいずれかの干渉光学系を選択し、
前記選択された干渉光学系により倍率が定まることを特徴とする電子線装置。 An electron beam apparatus having an objective lens and a plurality of biprisms,
The electron beam apparatus
A first lens on the downstream side of the electron source with respect to the traveling direction of the electron beam, a first biprism on the downstream side of the first lens, and a second biprism on the downstream side of the first biprism. A first electron biprism interference optical system comprising:
The first lens downstream of the electron source, the first biprism downstream of the first lens, the second lens downstream of the first biprism, and the second lens and a second electron biprism interference optical system having a second biprism configured downstream of,
By inputting an interference fringe interval and an interference area width, any one of the interference optical systems including the first electron biprism interference optical system and the second electron biprism interference optical system is selected ,
An electron beam apparatus characterized in that a magnification is determined by the selected interference optical system .
前記電子源の下流側に第1のバイプリズムと、前記第1のバイプリズムの下流側に前記第2のレンズと、前記第2のレンズの下流側に前記第2のバイプリズムを有する第3の電子線バイプリズム干渉光学系とを有し、
干渉縞間隔及び干渉領域幅を入力することにより、前記第1の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記第2の電子線バイプリズム干渉光学系と、前記第3の電子線バイプリズム干渉光学系とを含むいずれかの干渉光学系を選択できることを特徴とする電子線装置。 The electron beam apparatus according to claim 1, further comprising:
A third biprism on the downstream side of the electron source; a second lens on the downstream side of the first biprism; and a second biprism on the downstream side of the second lens. And an electron biprism interference optical system of
By inputting an interference fringe interval and an interference area width, the first electron biprism interference optical system, the second electron biprism interference optical system, and the third electron biprism interference optical system are input. Any one of the interference optical systems including the above can be selected.
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