WO2005066998A1

WO2005066998A1 - 干渉装置

Info

Publication number: WO2005066998A1
Application number: PCT/JP2005/000111
Authority: WO
Inventors: Ken Harada; Tetsuya Akashi; Yoshihiko Togawa; Tsuyoshi Matsuda; Noboru Moriya
Original assignee: Riken
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2005-07-21
Also published as: US7538323B2; JP2005197165A; US20070272861A1; JP4512180B2

Description

明細書

干渉装置

技術分野

[0001] 本発明は、電子線バイプリズムを用いた波面分割型の電子線干渉装置あるいは一般の光学バイプリズムを用いた波面分割型の光学干渉装置に関する。

背景技術

[0002] 光学干渉装置には、大別して振幅分割法によるものと波面分割法によるものがある。特殊な場合を除いて、一般の光学系（レーザー等)干渉装置では振幅分割が用いられる。振幅分割であれば、光学系に起因する位相歪みが相殺され、比較的簡単に観察対象の微小な位相分布を精度良く検出できるからである。一方、電子線干渉装置においては、非特許文献 1 (Q. Ru et al.: Ultramicroscopy 53, 1 (1994))に紹介されているような例を除いて、一般に波面分割法が用いられる。これは電子線に対する有効な振幅分割型ビームスプリツターが存在しないことに起因する。

[0003] 電子線干渉装置では、 1個の電子線バイプリズムを用いた波面分割型の干渉計のみが実用に供されている。この型の干渉計では、原理的に干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wを独立にコントロールできず、例えば試料が大き、など広!、干渉領域幅を必要とする場合には、干渉縞間隔が狭ぐ多数本の干渉縞カゝらなる干渉像 (ホログラム）、すなわち高ヽ搬送空間周波数で記録された画像を解析しなければならなかった。また、逆に試料が小さく狭い範囲に高い搬送空間周波数の干渉像が必要な場合でも、必要な高搬送空間周波数を作り出した時には干渉領域幅が広がってしまい、空間的可干渉性の劣化力コントラストの低、干渉縞力なる（品質の低、)干渉像を解析しなければならなかった。

[0004] これらの問題点に対応するために、各々の研究'実験に応じて電子光学系を設計、構築し直している力電子光学系の特徴 (数段の凸レンズしかない、ハーフミラーが存在しないなど)から、最終的に得られる倍率が低くなるなどの制約がある。

[0005] また、ホログラムの再生、位相像を抽出する際には、波面の断裂面より発生するフレネル回折波がコントラストの強い縞 (フレネル縞）を発生させてしまい、計測にアーティファクトを与え、高精度での位相計測に障害となっている。観察対象が弱位相物体の場合には、フレネル縞による位相分布を後から減算する方法 (たとえば、非特許文献 2 : K. Harada et al: J. Electron Microsc. 52, 369 (2003))、再生時のフーリエ空間で除去する方法、 2枚のホログラム力も強度として減算する方法 (たとえば、非特許文献 3 : K. Harada and R. Shimizu: J Electron Microsc. 40, 92 (1991))、 2枚のホログラムからフレネル縞の位相成分を抽出し減算する方法 (特許文献 1：国際公開第 01Z07 5394号パンフレット）などの対策が提案されている力いずれも記録された後にフレネル縞による影響を除くという方法であった。これらのいずれも十分なものではなぐ結果的に干渉領域を犠牲にしても、フレネル縞が強ヽコントラストを有する干渉領域の端を使用しない、のが現実的な解決策であった。一方、フレネル縞の形成を抑止するアイデアが、例えば、特許文献 1 (国際公開第 01Z075394号パンフレット）に提案されている。これによれば、波面分割境界カゝらフレネル縞を発生させないために、観察面と等価な面上に遮蔽板を置き、波面分割素子の波面分割境界がその影の中に入るようにして、波面分割素子ではフレネル回折が起こらな、状況が実現できる。しかし、この方法においても第 1の問題点、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wの独立したコントロールには全く何の改善も得られない。

[0006] 特許文献 1：国際公開第 01Z075394号パンフレット

非特許文献 1 : Q. Ru et al.: Ultramicroscopy 53, 1 (1994)

非特許文献 2 : K. Harada et al.: J. Electron Microsc. 52, 369 (2003).

非特許文献 3 : K. Harada and R. Shimizu: J Electron Microsc. 40, 92 (1991) 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明の課題は、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wを独立にコントロールできる電子線干渉装置あるいは一般の光学バイプリズムを用いた波面分割型の光学干渉装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、上記課題を解決するために、 2個のバイプリズムを光軸上、電子線あるいは光の進行方向に対して順に 2段に用いる。上段 (電子線ある!/、は光の進行方向の上流側）のバイプリズムに電子線あるいは光の遮蔽部となる部分を備えるとともに、上段のバイプリズムを観察試料の像面に配置し、下段のバイプリズムの波面分割境界を上段のバイプリズムによる遮蔽部の陰になる部分に配置する。それぞれのパイプリズムによる偏向角を選択することにより、二つの電子線あるいは光のオーバーラップ領域とオーバーラップ角度を任意に変化させる。上段のバイプリズムによる遮蔽部の位置を像面に合わせることにより、従来問題となったフレネル縞の発生を回避すると共に、干渉縞間隔 sとそれが発生するオーバーラップ領域 (干渉領域幅 W)を独立にコントロールする。

[0009] 電子線干渉装置について、より、具体的に述べると、上段の電子線バイプリズムの電極を観察試料の像面に配置し、下段の電子線バイプリズムの電極を上段の電子線バイプリズムの電極の陰になる部分に配置し、その各々に印加する電位を変化させることにより、二つの電子線のオーバーラップ領域とオーバーラップ角度を任意に変化させるのである。

発明の効果

[0010] 本発明によれば、バイプリズムを用いた干渉装置における干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wの 2つのパラメータを、独立にコントロールすることができ、これにより、一度構築した光学系を変更することなぐ干渉計の性能に直結した、空間可干渉性と搬送空間周波数を独立して取り扱える。その結果、ホログラフィ〖こよる観察対象を広げることができる。特に、電子線干渉装置では、上、下段の電子線バイプリズムそれぞれの電極の電圧を制御するだけで干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wの 2つのパラメータを、任意かつ独立にコントロールすることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 本発明は、電子線干渉装置あるいは一般の光学バイプリズムを用いた波面分割型の光学干渉装置に適用できるものであるが、以下に述べる実施例では電子線干渉装置を主体に説明し、一般の光学バイプリズムを用いた波面分割型の光学干渉装置については、最後に概要を述べるに止める。

[0012] 図 1 Aは従来型の電子線バイプリズムを用いた干渉光学系を示す図である。電子線バイプリズムは電子線ホログラフィの光学系として最も一般的に用いられる装置で、光学系で試料を透過した物体波 21に参照波 23が重ね合わされ、結果として試料の拡大像に干渉縞が重畳された干渉像を得る。電子線バイプリズムは、良く知られているように、中心部分に配置される極細線電極とこれを挟む形の両端電極より構成され、両端電極を接地電位とし、中心部分に配置される電極の電位を制御して電子線バィプリズムを通過する電子線を偏向させるものである。本願の明細書で電子線パイプリズムの電極と、うのは中心部分に配置される極細線電極の意味であり、接地電位に置かれる両端電極につ!、ては言及しな！、。

[0013] 図 1Aにおいて、 1は電子源、 2は光軸、 3は試料、 5は対物レンズ、 7は電子源像面、 9は電子線バイプリズム電極、 11は観察面、 12は試料の像、 13はフィルムあるいはカメラ等の撮像手段である。ここで、電子源 1は、図では、単一のブロックで示しているが、光源、加速管さらには照射光学系を含むものである。電子源 1で発生された電子線は光軸 2の一方側に配置された試料 3を透過する物体波 21と試料 3の無い側を透過する参照波 23とに分かれる。物体波 21および参照波 23は対物レンズ 5で屈折されて電子源像面 7で交叉して観察面 11の方に進む。物体波 21および参照波 23は、さらに、電子源像面 7と観察面 11の間に設けられた電子線バイプリズム電極 9により偏向され、観察面 11上で重ね合わされる。その結果、観察面 11上で試料の拡大像 12に干渉縞が重畳された干渉像を得ることができる。観察面 11に得られた干渉像は撮像手段 13により使用者に供される。ここで、観察面 11に現れる干渉縞干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wを撮像手段 13の下に模式的に表示した。なお、 25および 27は電子線バイプリズム電極 9により偏向された物体波 21および参照波 23の仮想的な電子源位置である。また、 30は電子線バイプリズム電極 9による影であり、煩雑を避けるため、光軸 2の左側に発生する陰のみを描いている。なお、前記試料は、これを保持するための試料保持装置により対物レンズ 5の上流部に置かれる力試料保持装置は図示を省略する。

[0014] ここで、 λを電子源 1の電子線の波長、 γは光軸 2を中心に仮想的な電子源 25と 2 7が成す角度、 αを電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度 (rad)、 dを電子線バイプリズム電極 9の直径、 Lを電子線バイプリズム電極 9と観察面 11との距離、 bを対物レンズ 5と観察面 11との距離、 bを対物レンズ 5と電子源像面 7との距離、 Dを観察面 11と電子源像面 7との距離、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wは、式（1)、（2)の様に表される。

[0015] [数 1]

[0016] [数 2] b— b Ό d

b - b₀ - L

電子線の偏向角度 a (md)は、電子線バイプリズム電極 9への印加電圧 V (V)と偏

f 向係数 kを用いて a = k · Vで表される。

f

[0017] 実用上、使用者に必要なホログラムは試料に対して記録されねばならないので、上記式（1)、（2)を試料面へ換算して、試料面での干渉縞間隔 s と干渉領域幅 W を式（3)、（4)の様に得る。

[0018] [数 3]

[0019] [数 4]

ここで、 aは対物レンズ 5と試料 3との距離である。なお、上記の各式には現れていないが、 aは対物レンズ 5と電子源 1との距離、 fは対物レンズ 5の焦点距離である。上

0

記各式の導出にあたっては、光源、および試料に対するレンズの公式（5)を用いている。

[0020] [数 5] ヽ

(5)

ソ

式（1)、（2)あるいは式（3)、（4)を対比して分力るように、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wは、ともに、電子線の偏向角度 αによって影響を受けるから、お互いに独立に制御することはできない。

[0021] さら〖こ、実際に得られる干渉縞には、図 1Bに示すごとぐ電子線バイプリズム電極 9 力ものフレネル縞が重畳されており、図 1Cに示すごとぐ再生位相像中にアーティファタトの位相分布を作り出す。これを図 1Aで説明すると、干渉縞は電子線パイプリズム電極 9により偏向された物体波 21および参照波 23が観察面 11の面上で干渉することによって生起される力電子線バイプリズム電極 9が存在することによってその端面からフレネル回折波 29が生じて、観察面 11上にフレネル縞を生じているのである

[0022] このフレネル縞による位相分布を何らかの方法で検出 '記録しておき、得られた再生像力も減算して、フレネル縞による位相分布の影響を回避する対策が、背景技術で説明した非特許文献 2, 3のように提案されている。しかし、フレネル縞は電子線バィプリズム電極 9への印加電圧 (バイプリズム電極 9の電子線偏向角度）に依存して変化するため、各々の実験条件、すなわち印加電圧を変化させるごとに対策を行わなければならず、これらの回避策はあまり実用的でない。また、位相変化が大きな試料では、記録されるフレネル縞までが位相変調を受けるので、単純な減算法では除去できない（むしろ新たなアーティファクトを与える)。つまり、フレネル縞を発生させないのが最も原理的に有効な対策となる。

[0023] (本発明の基本構成）

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。

[0024] 図 2において、 1は電子源、 2は光軸、 3は試料、 5は対物レンズ、 7は第 1の電子源像面、 31は第 1像面、 32は第 1像面 31上の試料像、 33は拡大レンズ、 35は第 2の電子源像面、 11は観察面、 12は試料の像、 13はフィルムあるいはカメラ等の撮像手段、 9は第 1像面 31上に設けられた上段電子線バイプリズム電極でその直径は dである。 9は第 2の電子源像面 35と観察面 11との間に設けられた下段の電子線パイプ b

リズム電極でその直径が dである。図 2でも、 25および 27は電子線バイプリズム電極

b

9により偏向された物体波 21および参照波 23の仮想的な電子源像の位置である。 b

また、観察面 11に現れる干渉縞の干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wを撮像手段 13の下に模式的に表示した。

[0025] 図 2においても、図 1Aに示す従来例と同様に、電子源 1で発生された電子線は光軸 2の一方側に配置された試料 3を透過する物体波 21と試料 3の無い側を透過する参照波 23とに分かれる。図 2では、参照波 23にパターン表示を付すのは省略した。物体波 21および参照波 23は対物レンズ 5で屈折されて第 1電子源像面 7で交叉して拡大レンズ 33の方に進む。物体波 21および参照波 23は第 1像面 31上で試料像 32 を形成するとともに、第 1像面 31上で上段電子線バイプリズムを通過するが、図 2では、ここでは偏向されないで、拡大レンズ 33で屈折されて観察面 11の方に進む。次いで、第 2電子源像面 35と観察面 11の間に設けられた下段電子線バイプリズムを通過するが、ここでは偏向され、観察面 11上で重ね合わされる。このときの偏向角が a である。その結果、観察面 11上で試料の拡大像 12に干渉縞が重畳された干渉像を b

得ることができる。観察面 11に得られた干渉像は撮像手段 13により使用者に供される。

[0026] ここで、上下 2段に配置される電子線バイプリズムの電極の大きさについてみると、下段電子線バイプリズム電極 9は上段電子線バイプリズム電極 9の影に入るように

b u

倍率、位置関係を選ぶことが必要である。そうすれば、下段電子線バイプリズム電極 9には電子線がぶつ力ないので、電子線の散乱が無ぐ原理的にフレネル縞は発 b

生しない。尤も、厳密には上段電子線バイプリズム電極 9はフレネル回折波を発生し、これが全空間に広がっているから、この回折波が、 2次的に下段電子線パイプリズム電極 9でもフレネル縞を発生させる力その強度は無視できる程度に十分小さい。

b

上段電子線バイプリズム電極 9により生起したフレネル回折波自身は、上段電子線バイプリズム電極 9が第 1像面 31上に設置されているので、観察面 11上に像として収束する。その結果、観察面 11上にはどちらの電子線バイプリズム電極によるフレネル縞も形成されな、ことになる力ら、フレネル縞の重畳されな、干渉縞を得ることができる。

[0027] ここで、 aを第 1像面 31と拡大レンズ 33との距離、 aを対物レンズ 5と試料 3との距

b u

離、 bを拡大レンズ 33と観察面 11との距離、 bを第 1像面 31と対物レンズ 5との距離 b u

、bを拡大レンズ 33と第 2の電子源像面 35との距離、 λを電子源 1の電子線の波長

2

、 aを下段電子線バイプリズム電極 9による電子線の偏向角度 (rad)、Lを下段電 b b b

子線バイプリズム電極 9と観察面 11との距離、 Mを拡大レンズ 33の試料 3に対する

b b

倍率、 Mを対物レンズ 5の試料 3に対する倍率、 Dを第 2の電子源像面 35と観察面

u b

11との距離、 dを上段電子線バイプリズム電極 9の直径とすると、実施例の光学系での試料面へ換算した干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wは式 (6)、 (7)で表わすことができる。

[0028] [数 6]

[0029] [数 7]

なお、上記の各式には現れていないが、 aは対物レンズ 5と電子源 1との距離、 b は対物レンズ 5と第 1電子源像面 7との距離、 aは第 1電子源像面 7と拡大 ·縮小レン

2

ズ 33との距離、 Dは第 1電子源像面 7と第 1像面 31との距離、 dは下段電子線バイ

u b プリズム電極 9の直径、 f は対物レンズ 5の焦点距離、 f は拡大'縮小レンズ 33の焦 b 1 2

点距離である。上記各式の導出にあたっては、光源、および試料に対するレンズの公式 (8)を用いている。

[0030] [数 8]

また、上下 2段の電子線バイプリズムのそれぞれの電極 9の直径 dと電極 9の直径 u u b dとの関係が満たさなければならな、条件は式（9)で与えられる。

[0031] [数 9] d b

~ ^ab ^Db

これは上段電子線バイプリズム電極 9の陰に下段電子線バイプリズム電極 9が入ら u b なければならないことから導かれる関係で、下段光学系の倍率とその光学系での電子線バイプリズム電極の位置によって決まる。一般的には、電子線バイプリズム電極の直径は 1 μ m程度であり大きく変化することはない。

[0032] なお、電子光学系での実効性より図 2、式（9)では、下段バイプリズム電極 9は拡 b 大レンズ 33と観察面 11の間に位置するとして説明した力上段バイプリズムの陰になる部分であればどの位置に配置しても同様の効果が得られる（例えば図 8に示すごとぐ拡大レンズ 33の上でもよい）。さらには下段バイプリズム電極 9によるフレネル b

縞の発生を回避せず、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wの独立コントロールのみを必要とするならば、式 (9)などの条件を満たす必要はな!/、。 [0033] また、上述の説明では、拡大光学系についてのみ説明したが、本発明は、縮小光学系でも、同様に実現できるものである。縮小光学系とした時は、上述の「拡大」を「縮小」と、読み替えればよい。なお、図 2では、上段電子線バイプリズム電極 9および下段電子線バイプリズム電極 9 1S ともに、紙面に垂直に表示されている力電子線 b

が上段電子線バイプリズム電極 9カゝら下段電子線バイプリズム電極 9に到達するま

u b

でに、拡大レンズ 33が介在しているから、当然、電子線はこれにより曲げられ（回転され)ているので、これに応じた角度だけ、相対的にずれていることは言うまでもない。さらに、本発明では、電子線バイプリズムが適宜位置を変えて使用され、電子線バイプリズム電極の電圧も制御される力これらの構造については、当業者が容易に理解できることであるので、その図示は省略する。

[0034] 干渉縞間隔 ·干渉領域幅のコントロールについて、以下説明する。

[0035] (制御例 1)

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 9に電圧を印加して偏向角度 α を作り出すと、光源は図 2に示 b b

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。

[0036] (制御例 2)

ここでは、上段のバイプリズム電極 9〖こも電圧を印加して、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を細力べする制御である。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 9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。 Yは上段電子線バイプリズムの電極 9による電子源像の光軸力ものスプリット距離、 Yは下段電子線バイプリズムの電極 9による仮想的な電子源

V b

像の光軸力ものスプリット距離である。

[0037] 観察面 11は上段電子線バイプリズムの電極 9のインフォーカス像面であるため、上段の電子線バイプリズムでの偏向作用は像形成に関係なぐ波面のオーバーラップは生じない。しかし、電子線への偏向は実として行われているため、実光源像のスプリット 26, 28が生じている。これは下段の電子線バイプリズムによる仮想的な光源像のスプリット 25, 27と本質的に同じものである。それぞれのバイプリズムによる光源像の y軸上のスプリット距離 Y Yを式（10)、（11)で与える。

[0038] [数 10]

Υ_ν =α ( -b₂-L_b) = _b(D_b-L_b)---(\0)

[0039] [数 11]

^Yr a_w(b" ~ ^M2 _uD_u---(U)

"2

ここで Mは下段光学系による光源に対する倍率 b /aである。

2 2 2

[0040] 近軸近似が成立する電子光学系の場合には、光源のトータルのスプリット距離はリユアに加算すればよいので、両バイプリズムを同時に作用させた場合の干渉縞は式 (12)、（13)の様に表される。

[0041] [数 12]

- ひ b ^au a₂ ?_b— b₂yk

^J b_u 2{a_ba₂ (b_b -b₂ ~L_h) + _ub₂ ib_u―

[0042] [数 13]

1 1

2 _bL_h一 d. (13)

M_b M これまでに与えられた関係式を概観すると、式（7)と式（13)は同じものである。これは干渉領域幅 Wが上段のノィプリズムによる偏向角度 oc に依存しないことを意味しており、このことが、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wの独立したコントロールを可能にする。すなわち、 (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〖こ、下段バイプリズムの電極 9が光源の像

b

の位置に置かれている（D— L =0)場合を考えてみると、この場合には式（12)によ

b b

り干渉縞間隔 sは偏向角度 α に依存しない。すなわちこの光学条件では、干渉縞間

b

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。

[0043] し力しながら、一般的には、通常の電子顕微鏡では、レンズの焦点距離の自由度の制限から、 D L =0の関係を作り出すことは困難な場合が多いと考えられる。従

b b

つて図 3に示した光学系により、上述の手順に依るの力現実的な操作法と言える。

[0044] さらに面白いことには、光源の像を下段バイプリズムの下に作り（D— Lく 0)、式（1

b b

2)の分母が負になるような光学系を構成すると、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wの増減の関係が逆転する。すなわち、干渉縞間隔 sを大きくするほど干渉領域幅 Wが小さくなる光学系となる。これは干渉縞間隔の広いホログラムの形成に有効である力この場合でも干渉縞を無くすこと、すなわち物体波 21と参照波 23の伝播方向を一致させることはできない。

[0045] (制御例 3)

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に向力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、上段パ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 9の存在が制限を与える。その条件を、式（14)に示す。

b

[0046] [数 14]

干渉縞間隔 sが十分に広げられ、電子線のみで、いわゆる干渉顕微鏡像が形成できればそれにこしたことは無いが、基本的に物体波 21と参照波 23を同じ光学系で同方向に伝播させなければならな、ため、電子顕微鏡における波面分割型の干渉計では、ほぼ、実現不可能である。本発明においても、図 3に示すように、干渉縞間隔 s を小さくすることは容易であるが、図 4に示すように、広げる場合には、下段電子線バィプリズム電極 9によるフレネル回折波が発生してしまう。制御例 3では、干渉縞間隔

b

Sを大きく広げるときにはフレネル回折波の発生を抑止できないので、従来例で採られた対策をとることが必要である。

[0047] (制御例 4)

次に、逆位相ホログラムの形成について述べる。

[0048] 本発明による光学系には図 3、 4に示した物体波 21、参照波 23の重畳角度の場合と、物体波 21と参照波 23の重畳角度が逆になつた場合の 2通りの可能性がある。すなわち、図 5は、図 4と同様の光学系である力上段のバイプリズムによって電子線を光軸力離れる方に大きく偏向させ、結像させたい波面が下段電子線バイプリズムの電極 9の下側を透過する様に条件が選ばれている場合、別の言い方をすれば、仮 b

想的な光源の像 25, 27の光軸 2に対する位置力図 3、 4の仮想的な光源の像 25, 27の位置と左右反転している光学系を示す図である。図 5において図 3、図 4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。

[0049] この状態で下段のバイプリズムをこれまでと逆に作用させて干渉縞を作り出す。このとき、うまく条件を選べば、図 3、 4と全く等価な、但し、物体波 21と参照波 23を重畳させる角度が逆になつたホログラムが作り出せる。すなわち見かけの位相変化が逆転したホログラムを作成することが可能となる。このような位相変化が逆転した 2枚のホログラムの差分を取れば、位相差を 2倍に増幅した精度の高、再生像を得ることが可能になる。またこれらの 2枚のホログラムで二重露光法を行えばそのまま直ちにモアレ法と同等で、かつ 2倍に位相差増幅した干渉顕微鏡像を得ること (位相差増幅二重露光法)が可能となる。

[0050] (実験結果）

まず、フレネル縞発生回避の実現について述べる。 [0051] 図 6Aは従来の干渉計による干渉縞形成の様子を示す図、図 6Bは図 6Aと同じ干渉縞間隔 sでフレネル縞の発生を回避して干渉領域幅 Wを変化させた干渉縞形成の様子を示す図、図 6Cは本発明により干渉領域幅 Wを変化させることなく干渉縞間隔 sを変化させた干渉縞形成の様子を示す図である。 Vヽずれの場合も試料 3は除去されている。図の左に示す像は種々の条件での干渉縞を順に配列したものであり、図の右側に示すのは干渉縞形成の条件である。図 6Aに付記した「F1： OUTJは上段のバイプリズムを光軸からはずしたことを意味する。それぞれの図で V は上段電子

F1

線バイプリズム電極 dへの印加電圧である。 V は下段電子線バイプリズム電極 9へ u F2 b の印加電圧である。すなわち、従来の干渉計とは、上段のバイプリズムを光軸からはずして図 1 Aに示す構造にしたものである。また、実験に用いた電子線バイプリズム電極 9、 9のそれぞれの直径は、上段電極 dが 1. 6 /ζ πι、下段電極 dが 0. であ u b u b

つた o

[0052] 図 6Aの最上段の像の中央部の黒い部分は下段電子線バイプリズム電極 9の像で b ある。下段電子線バイプリズム電極 9の電圧を増加させるにつれて、干渉縞間隔 sと b

干渉領域幅 wがともに変化している。さらに、いずれの条件下でも、干渉縞の両端部には電子線バイプリズム電極 9力のフレネル干渉縞が見られる。

b

[0053] 図 6Bでは、これに対して、図 2に示すように、上下 2段に電子線バイプリズムを配して、下段電子線バイプリズム電極 9への印加電圧のみを制御した例である。図 6Bの b

最上段の像の中央部の黒い部分は上段電子線バイプリズム電極 9の像である。その下の段の像の中央部の黒、部分は下段電子線バイプリズム電極 9による偏向を受 b

けて上段電子線バイプリズム電極 9の像が縮小された状態で見えて、る像である。第 3段目以下の干渉縞は、上段電子線バイプリズム電極 9の電圧 V =0で決まる干 u F1

渉縞間隔 s (これは図 6Aのそれと同じである）、下段電子線バイプリズム電極 9の電 b 圧に対応する干渉領域幅 wの干渉縞が得られている。

[0054] 図 6Bと図 6Aの干渉縞を対比して分かるように、図 6Bでは、図 6Aで見られた干渉縞の両端部のフレネル干渉縞が全く存在せず、干渉計として必要な干渉縞だけが記録されている。なお、図 6Bでは干渉領域幅 Wが小さくなつている力これは上段電子線バイプリズム電極 9を細くすることにより広げることが可能である。 [0055] 次に、干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wとが独立に制御できることを示す。

[0056] 図 6Cは、上段バイプリズム電極 9の電圧をコントロールすることにより、干渉領域幅 Wはそのままに、干渉縞間隔 sのみを変化させた結果である。図 6Cでは、下段電子線バイプリズム電極 9の電圧は 200Vに固定され、上段バイプリズム電極 9の電圧の

b u みが— 30Vから 200Vまで変化させられている。図 6Cの上力も 4段目の干渉縞が図 6 Bの最下段に示す干渉縞 (V =OV、V = 200V)であり、これは、図 2の構成による

Fl F2

ものである。図 6Cの最上段から上から 3段目までの干渉縞は、 V を負電圧としたも

F1

のであるから、図 4の構成によって得られた干渉縞である。また、図 6Cの上から 5段目以降の干渉縞は、 V 、V を共に正電圧としたものであるから、図 3の構成によつ

Fl F2

て得られた干渉縞である。

[0057] 図 6Cの最下段に示す干渉縞 (V =V = 200V)は干渉縞間隔 sがかなり細かぐ

Fl F2

これと同程度の縞間隔を作り出すには、従来法（図 6A)では約 450Vの印加電圧が必要であった。但し、従来法の場合には、干渉領域幅 Wが大きく広がってしまい干渉性の劣化力も十分なコントラストの縞が得られな力つた。このことからも、図 3の構成は細かい干渉縞間隔 sの干渉縞を得るのに有効なものと言える。

[0058] (干渉顕微鏡像 (ホログラム）のコントロール）

次に、干渉顕微鏡像 (ホログラム）のコントロールにつ、て述べる。

[0059] 図 7A、図 7Bおよび図 7D、図 7Eは、それぞれ、上下段バイプリズムの電極 9、 9

u b への印加電圧制御により偏向角度 α 、 a をコントロールして得られた一連のホログ

u b

ラムであり、図 7C、図 7Fはこれによる再生像を示す図である。図 7Aは V =-20V,

Fl

V = 190の場合のホログラム、図 7Bは V = 50V, V = 190の場合のホログラム、

F2 Fl F2

図 7Cは、図 7Bに示すホログラムからの再生像である。また、図 7Dは V =— 200V,

F1

V =—190の場合のホログラム、図 7Eは V =-250V, V =—190の場合のホロ

F2 Fl F2

グラム、図 7Fは、図 7Eに示すホログラムからの再生像である。

[0060] 図 7A、図 7Bおよび図 7D、図 7Eに示すホログラムの干渉縞間隔 sは上段バイプリズムの電極 9への印加電圧 V によりコントロールしたものであり、下段バイプリズム

u F1

電極 9への印加電圧 V を調整することにより、干渉領域幅 Wが同じになる様に制御 b F2

したものである。ここで、図 7Aと図 7Dを対比してより鮮明に分力るように、試料によつて位相変化の生じた干渉縞の縞線の変化が図 7Aでは左上がりになっているのに対して、図 7Dでは右下がりになっている。これは、制御例 4で説明した、位相変化が逆転した 2枚のホログラムが得られたことを意味する。したがって、それぞれの再生像である図 7Cおよび図 7Fではコントラストが反転している。また、これらの再生像を用いれば、位相差を 2倍に増幅した精度の高い再生像を得ることが可能になる。またこれらの 2枚のホログラムで二重露光法を行えばそのまま直ちにモアレ法と同等で、かつ 2倍に位相差増幅した干渉顕微鏡像を得ること (位相差増幅二重露光法)が可能となる。

[0061] 電子線の可干渉性は主に干渉領域幅に依存し、干渉領域幅を広げるほど劣化するので、これらの像は同一の可干渉性を保ったまま、干渉計としての搬送空間周波数を変化させたものと言うことができる。従来の干渉計では、空間分解能の高い (記録干渉縞の細力い）ホログラムを記録しょうとすると、同時に干渉領域幅が広がってしまい、電子線の可干渉性の劣化によりコントラストの良い良質のホログラムが得られ難かったが、本発明によればこの欠点が克服できて、ることがわ力る。

[0062] (応用への提案）

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。

[0063] (1)電子線の空間的可干渉性 (コヒーレンス度）の計測と輝度の算出

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)) ₀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。

[0064] 本発明では、 2波の干渉距離を変化させても干渉縞間隔を一定に保つことができるため、 MTFとの切り分けが容易であり、光源のコヒーレンス度を空間分布として計測できる。さら〖こ、その値から、電子源の輝度を求めることが可能となる。コヒーレンス度及び輝度は、従来はそれを測定するための特別な光学系 (試料観察光学系とは異なる）を作成し評価していた。この方法は、厳密には光軸上のみで成立する輝度不変の法則に根拠を置いているため、本発明による実際に試料観察を行う光学系での直接測定には意味がある。

[0065] (2)時間コヒーレンスの観測

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、。

[0066] (3)記録媒体の MTFの計測

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。このこと力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ぐ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。

[0067] (4)高搬送空間周波数ホログラムの作成

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カゝつ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。微小乳剤のフィルムを記録媒体に選べば、極めて密度の高!、干渉縞を記録することも可能である。

[0068] (5)量子細線、量子ドットの作成

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。

[0069] 以上は、直ちに実行可能な応用例である。これ以外にも、高分解能ホログラフィなど多数本かつ間隔の小さい干渉縞を要求される実験には有効である。

[0070] (3段以上のバイプリズムを備える電子線干渉装置への展開）

図 8は、図 3における構成の上段のバイプリズム 9にカ卩えて、さらに中間ノィプリズム 9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 9による偏向に加えて、中間バイプリズム 9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力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。

[0071] 同様の展開は、下段バイプリズムに対しても行うことが可能であり、干渉領域幅 Wの制御についての自由度を大きくすることができる。さらには拡大 ·縮小レンズを伴ってノィプリズム電極を増やすことも可能であり、原理上装置の機械的スペースが許す範囲内で何段にでも増やした光学系を構築することが可能である。

[0072] (レーザ光等の光干渉装置への展開）

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、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、光学バィプリズム 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。

[0073] 図 9を参照して容易にわ力るように、一般的には光学バイプリズムは、電子線パイプリズムのように、電圧を制御して偏向角 αを変えると言うことができない。したがって、目標とする干渉縞間隔 sおよび干渉領域幅 Wに応じてこれを交換する必要があるので、使用にあたっての煩雑さがある。し力し、これについては、光学バイプリズムの形状を成した容器を作り、内に例えば気体を封入しその圧力を可変とすることによって、すなわち密度を可変とすることによって、光学バイプリズムの屈折率を変化させ任意の角度偏向を行なったり、バイプリズムに変わって 2枚の鏡の反射角度をコントロールすることによって電子線バイプリズムと同等の効果を期待することはできる（例えば、 K. Harada, K. Ogai and R. Shimizu: Technology Reports of The Osaka University 39, 117 (1989) )。

[0074] (3段バイプリズムの応用形態の例）

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、くつかの変形例につ!、て示す図である。図におヽて図 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。図からもゎカゝるように、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カも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 7 3が配列される。

[0075] 図 10Aは、図 8と同じで、中間バイプリズムを上段バイプリズムの補助として用いる例であり、中間バイプリズム電極 9は、第 1中間レンズ 67の上部に設ける。下段バイプリズム電極 9は光源の第 2像面 35の下で試料の第 2像面 68 (図 8では 11)の上に b

設ける。第 2中間レンズ 69が形成する試料の第 3像面 81に試料像は拡大投影され、第 3中間レンズ 71および投射レンズ 73でさらに拡大されて、観察面 11に最終拡大像を得る。図 10Aの構成によれば、干渉縞間隔 sを変化させるのは、上段パイプリズム電極 9および中間バイプリズム電極 9のいずれの電圧を変化させても良いから、上段バイプリズム電極 9および中間バイプリズム電極 9の電圧を小さくすることが出来、耐圧上有利となる。

[0076] 図 10Bは、図 10Aと同じで、中間バイプリズムを上段バイプリズムの補助として用いる例であり、中間ノィプリズム電極 9力第 1中間レンズ 67の上部から下部に移された点を除けば同じである。但し、干渉縞間隔 sおよび干渉領域幅 Wのコントロールに要する電圧の大きさ、その正負は中間バイプリズム電極 9の位置に依存して変化する。

[0077] 図 IOCは、中間バイプリズムを上段バイプリズムの補助として用いる点では、図 10 A、図 10Bと同じであるが、この構成では、図 3で説明した (D— L =0)場合と同様に b b

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。中間バイプリズム電極は、第 1中間レンズ 67の下部の試料の第 2像面 68に設ける。下段バイプリズム電極 9は第 2中間レンズ 69の下部の光源の第 3像面 83に設ける。こ b

の構成によれば、図 10Aと同様、干渉縞間隔 sを変化させるのは、上段バイプリズム電極 9および中間バイプリズム電極 9のいずれの電圧を変化させても良いから、上段バイプリズム電極 9および中間バイプリズム電極 9の電圧を小さくすることが出来、耐圧上有利となるば力りでなぐ干渉縞間隔 sの制御は上段ノィプリズム電極 9および中間バイプリズム電極 9の電圧制御で、干渉領域幅 Wは下段バイプリズム電極 9 i b の電圧制御で、相互に影響を受けることなぐ独立なコントロールが可能となる。

[0078] 図 10D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を可能とする点において図 10Cと同様である力中間バイプリズム電極 9力第 1中間レンズ 67の下部の光源の第 2像面 35に設けられており、中間バイプリズムを下段ノイブリズムの補助として用いる例である。

[0079] 図 11は、図 10と同様に第 3の中間ノィプリズムを下段バイプリズムの補助として用 V、る他に、第 4のバイプリズムを上段バイプリズムの補助として用いるホログラフィ顕微鏡の光学系の例を示す図である。上段電子線バイプリズム電極 9は試料の第 1像面 31上に設け、中間バイプリズム電極 9は、第 1中間レンズ 67の下部の光源の第 2像面 35に設ける。下段バイプリズム電極 9は光源の第 3像面 83上に設ける。そして、第 b

4のバイプリズム電極 9を、試料の第 2像面 68上に設ける。干渉縞間隔 sを変化させ

4

るための電圧制御を、上段バイプリズム電極 9および中間バイプリズム電極 9に分けることが出来るとともに、干渉領域幅 Wを変化させるための電圧制御も下段パイプリズム電極 9と第 4のバイプリズム電極 9とに分けることが出来るから、それぞれのノィプ b 4

リズム電極の電圧を小さくすることが出来、耐圧上有利となる。

[0080] これらの光学系はそれぞれ一例であり、図 10A-図 10D、図 11を参照しても分かるように、本発明は、多様な形で実施できる。産業上の利用可能性

[0081] 本発明は、電子線バイプリズムを用いた波面分割型の電子線干渉装置あるいは一般の光学バイプリズムを用いた波面分割型の光学干渉装置にぉ、て、干渉縞間隔 s と干渉領域幅 Wを独立にコントロールできる電子線干渉装置あるいは光学干渉装置を提供することができ、使用者の利便性を一段と向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0082] [図 1A]従来型の電子線バイプリズムを用いた干渉光学系を示す図である。

[図 1B]実際に得られる干渉縞に電子線バイプリズム電極からのフレネル縞が重畳されて、る状態を示す図である。

[図 1C]再生位相像中にアーティファクトの位相分布が存在する状態を示す図である [図 2]本発明の電子線干渉装置の光学系を示す図である。

[図 3]図 2に示す電子線干渉装置の上段のバイプリズム電極 9〖こも電圧を印加して、上段のバイプリズムでも偏向を加えた場合の光学系を説明する図である。

[図 4]図 3とは逆に、干渉縞間隔を広げる際の光学系を示す図である。

[図 5]図 4と同様の光学系である力上段のバイプリズムによって電子線をより大きく光軸力も離れる方に偏向させ、結像させたい波面が下段電子線バイプリズム電極の下側を透過する様に条件が選ばれている場合の光学系を示す図である。

[図 6A]従来の干渉計による干渉縞形成の様子を示す図である。

[図 6B]本発明によりフレネル縞の発生を抑止した干渉縞形成の様子を示す図である

[図 6C]本発明により干渉領域幅 Wを変化させることなく干渉縞間隔 sを変化させた干渉縞形成の様子を示す図である。

[図 7A]上下段バイプリズムの電極 9、 9への印加電圧制御により偏向角度 α 、 a

u b u b をコントロールして得られたホログラムを示す図である。

[図 7B]図 7Aとは異なる電圧値により得られたホログラムを示す図である。

[図 7C]図 7Bに示すホログラム力の再生像を示す図である。

[図 7D]図 7Aとは異なる電圧値により、見かけ上位相変化が逆転した様に得られたホログラムを示す図である。

[図 7E]図 7Dとは異なる電圧値により得られたホログラムを示す図である。

[図 7F]図 7Eに示すホログラムからの再生像を示す図である。

[図 8]図 3における構成の上段のバイプリズム 9にカ卩えて、さらに中間バイプリズムを備えた電子線干渉装置の光学系を示す図である。

[図 9]図 3における構成の電子線バイプリズムの位置に光学バイプリズムを配置して構成したレーザ光等の光干渉装置の光学系を示す図である。

[図 10A]上段バイプリズムの電極 9、中間バイプリズム電極 9および下段バイプリズムの電極 9を備え、第 3の中間バイプリズム電極 9を第 1中間レンズの上部に設けたホ b i

ログラフィ顕微鏡の光学系を示す図である。

[図 10B]上段バイプリズムの電極 9、中間バイプリズム電極 9および下段バイプリズムの電極 9を備え、中間ノィプリズム電極 9を第 1中間レンズの下部に設けたホロダラ b i

フィ顕微鏡の光学系を示す図である。

[図 10C]上段バイプリズムの電極 9、中間バイプリズム電極 9および下段バイプリズムの電極 9を備え、中間バイプリズム電極 9を第 1中間レンズの下部の試料の第 2像面 b i

に設けたホログラフィ顕微鏡の光学系を示す図である。

[図 10D]上段バイプリズムの電極 9、中間バイプリズム電極 9および下段バイプリズムの電極 9を備え、中間バイプリズム電極 9を第 1中間レンズの下部の光源の第 2像面 b i

に設けたホログラフィ顕微鏡の光学系を示す図である。

[図 11]第 3の中間バイプリズムを上段ノィプリズムの補助として用いる他に、第 4のバィプリズムを下段バイプリズムの補助として用いるホログラフィ顕微鏡の光学系の例を示す図である。

符号の説明

1…電子源、 2…光軸、 3…試料、 5…対物レンズ、 7…電子源像面、 9…電子線バィプリズム電極、 9…上段電子線バイプリズム電極、 9…下段の電子線バイプリズム u b

電極、 11· ··観察面、 12· ··試料の像、 13· ··フィルムあるいはカメラ等の撮像手段、 21

…物体波、 23…参照波、 25, 27…第 2の電子源像面 35上の仮想的な電子源位置（電子源の虚像）、 26, 28…第 2の電子源像面 35上の電子源の実像、 30…電子線バィプリズム電極 9による影、 31···第 1像面、 32···第 1像面 31上の試料像、 33···拡大レンズ、 35···第 2の電子源像面、 29···フレネ、ノレ回折波、 a…対物レンズ 5と試料 3との距離、 a…対物レンズ 5と電子源 1との距離、 a…対物レンズ 5と電子源 1との距離、 a

0 1

…第 1電子源像面 7と拡大レンズ 33との距離、 a…第 1像面 31と拡大レンズ 33との

2 b

距離、 a…対物レンズ 5と試料 3との距離、 b…対物レンズ 5と第 1電子源像面 7との距離、 b…拡大レンズ 33と第 2の電子源像面 35との距離、 b…拡大レンズ 33と観察

2 b

面 11との距離、 b…第 1像面 31と対物レンズ 5との距離、 f…対物レンズ 5の焦点距離、 f …対物レンズ 5の焦点距離、 f …拡大レンズ 33の焦点距離、 λ…電子源 1の

1 2

電子線の波長、 γ…仮想的な 2つの光源が試料面上に成す角度、 α…電子線バイプリズム電極 9による電子線の偏向角度、 a …上段電子線バイプリズム電極 9による電子線の偏向角度、 a …下段電子線バイプリズム電極 9による電子線の偏向角度 b b

、 L…下段電子線バイプリズム電極 9と観察面 11との距離、 M…拡大レンズ 33の b b b

倍率、 M…対物レンズ 5の倍率、 D…第 1電子源像面 7と第 1像面 31との距離、 D u u b

• "第 2の電子源像面 35と観察面 11との距離、 d- ··電子線バイプリズム電極 9の直径、 d…上段電子線バイプリズム電極 9の直径、 d…下段電子線バイプリズム電極 9の u u b b 直径、 51, 53···光学バイプリズム、 52···遮蔽板、 61···真電子源、 63···第 1コンデンサレンズ、 65···第 2コンデンサレンズ、 67···第 1中間レンズ、 68…試料の第 2像面、 69…第 2中間レンズ、 71…第 3中間レンズ、 73…投射レンズ、 81···試料の第 3像面、 83···光源の第 3像面。

Claims

請求の範囲

[1] 電子線の光源と、前記光源力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ィ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。

[2] 前記下段バイプリズム力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。

[3] 前記下段バイプリズム力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 2に記載の干渉装置。

[4] 前記下段バイプリズム力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。

[5] 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!、ずれかに記載の干渉装置。

[6] 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、電子線が光軸力離れる方向に偏向する請求項 2 力 4の、ずれかに記載の干渉装置。

[7] 前記上段バイプリズムにより、電子線を互いに光軸力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、ずれかに記載の干渉装置。

[8] 前記上段バイプリズムにより、電子線を互いに光軸力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力離れる方向に偏向する請求項 2から 4の!、ずれかに記載の干渉装置。

[9] 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パ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カロ、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のノィプリズムを備える請求項 1に記載の干渉装置。

[10] 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ノィプリズムと独立に電圧の印カロ、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。

[11] 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、前記上段ノ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。

[12] 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ィ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カロ、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。

[13] 前記上段ノィプリズムおよび前記下段ノィプリズムを備え、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ノィ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ィ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個のノィ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のノィプリズムを備える請求項 1に記載の干渉装置。

[14] 光の光源と、前記光源力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。

[15] 前記上段ノィプリズムと前記下段ノィプリズム、あるいは第 3のバイプリズムあるヽは第 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 力 13のいずれかに記載の干渉装置。

[16] 前記上段ノィプリズムと前記下段ノィプリズム、あるいは第 3のバイプリズムあるヽは第 4のバイプリズムのうち、用いる全てのノィプリズムが電子線の偏向面を同じくする関係を保つ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。

[17] 前記光源が光の光源であり、前記各バイプリズムが光学バイプリズム力なる前記請求項 15あるいは 16に記載の干渉装置。