WO2006090556A1

WO2006090556A1 - 干渉装置

Info

Publication number: WO2006090556A1
Application number: PCT/JP2006/301334
Authority: WO
Inventors: Ken Harada; Tetsuya Akashi; Yoshihiko Togawa; Tsuyoshi Matsuda; Noboru Moriya
Original assignee: Riken
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2006-08-31
Also published as: JP4523448B2; US7750298B2; US20080258058A1; JP2006313069A

Description

明細書

干渉装置

技術分野

[0001] 本発明は、電子もしくはイオン等の荷電粒子線を光源とし、あるいは光を光源とし、 3段のバイプリズムを使用する干渉装置に関する。

背景技術

[0002] 本願の発明者らは、 2段電子線バイプリズム干渉計を開発し、紹介した (特願 2004 — 004156、特願 2004— 102530、非特許文献 1, 2)。この発明は、 2つの電子線バイプリズムを光軸上、電子線の進行方向順に、上段を観察試料の像面、下段を上段の陰の部分に配置し、その各々の電子線バイプリズムのフィラメント電極に印加する電圧を変化させることにより、 2つの電子波（例えば物体波と参照波）のオーバーラップ領域 (干渉領域幅 Wに対応)とオーバーラップ角度 (干渉縞間隔 sに対応)を任意に変化させることが可能となった。さらに、上段電子線バイプリズムを試料の像面に配することにより、電子線バイプリズムを 1段で用いた電子線バイプリズム干渉計 (例えば、特許文献 1)では原理的に除去できな力つたホログラムに重畳されるフレネル縞の発生を回避することも可能となった。

[0003] これに加えて、 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極間にアジムス角 Φを導入することにより干渉縞の方位角 Θのコントロールを可能とした発明を提案した (特願 2005— 027274)。

[0004] なお、干渉装置には、電子もしくはイオン等の荷電粒子線を光源とする干渉装置あるいは光を光源とする干渉装置があるが、本発明の説明では、電子を光源とする干渉装置に主体を置いて説明する。

[0005] 特許文献 1：特開 2002— 117800号公報

非特干文献 1： Double- Biprism Electron Interferometory , Ken Haraaa, Tetsuya Ak asm, Yoshihiko Togawa, Tsuyoshi Matsuda and Akira. Tonomura, Applied Physics L etter: Vol. 84, No. 17, (2004) pp. 3229 - 3231.

非特許文献 2： "High-Resolution Observation by Double— Biprism Electron Holograp hy", Ken Harada, Tsuyoshi Matsuda, Tetsuya Akashi, Yoshihiko Togawa and Akira. Tonomura, Journal of Applied Physics: Vol. 96, No. 9, (2004) pp. 6097 - 6102. 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本願の発明者らによる、 2段電子線バイプリズム干渉計および 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極間にアジムス角 Φを導入した 2段電子線バイプリズム干渉計は、 1段での電子線バイプリズム干渉計に、飛躍的な自由度の増加を与えるのみならず、電子線ホログラムの干渉縞の方位 Θに関しても、制御可能となった。そのため、例えば、カーボンナノチューブのような、 1方向に伸びた形状の試料の観察においても、試料の長方向を観察することが容易となった。

[0007] しかし、特願 2005— 027274の発明では、干渉縞間隔 sと干渉縞の方位角 Θの関係は、特願 2005— 027274の式（10)に記載のごとく簡単な形にまとめられるものの、独立したコントロールは不可能であった。さらに、 2段の電子線バイプリズムのフイラメント電極間にアジムス角 Φを導入することに伴い、下段電子線バイプリズムのフイラメント電極力上段電子線バイプリズムのフィラメント電極の影からはみ出してしま!/、、フレネル縞の干渉領域への重畳が、わずかではあるが発生するものとなった。

[0008] このため、簡便な操作で、干渉領域幅 Wと干渉縞間隔 s、そして干渉縞の方位角 Θ の 3つのパラメータの独立したコントロールが可能な干渉計が望まれる。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明は、 3段の電子線バイプリズムを同時に用いることにより、上記課題を実現する。上側 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極を各々試料に対する像面に配置すると共に、電極間にアジムス角 Φ を与え、両電子線バイプリズムを作用させることに起因して生じる 4つの実光源の相対位置をフィラメント電極に電圧を印加することによって xy平面内で操作することにより、干渉縞間隔 sと干渉縞の方位角 Θを任意にコントロール可能とするものである。さらに最下段電子線バイプリズムのフィラメント電極にもアジムス角 Φ を与えることにより、 X方向、 y方向に任意の干渉領域幅 (W、 W

3

)を作成することを可能とする。

y

[0010] すなわち 3段の電子線バイプリズムを用いることにより、結果的に平行四辺形形状の任意の形状 ·大きさの干渉領域を作り出し、その中に形成される干渉縞間隔 Sと干渉縞の方位角 Θを任意にコントロール可能とする。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、特願 2005— 027274の発明においてコントロール可能となった干渉領域幅 W、干渉縞間隔 s、方位角 Θに加えて、干渉縞間隔 sと方位角 Θ間の独立コントロール、さらに干渉領域の形状をも任意の干渉領域幅 (W、 W )のパラメ一タにてコントロールを可能とするものであり、電子線干渉の取り扱いに新たな自由度をカロえるものである。これにより、従来の電子線ホログラフィーでは、像再生時にのみ行なってきた干渉顕微鏡像の干渉縞の間隔 S '方位角 Θの調整が電子顕微鏡内で、電子線により直接可能となり、ホログラム再生等の画像記録後の処理を行なうことなく、任意の干渉条件による干渉顕微鏡像の直接観察'記録が電子光学系にて可能となる。言わば波面分割型干渉計の操作性、性能を振幅分割型干渉計のそれらに匹敵させることができる。

[0012] さらに特願 2005— 027274の発明では抑制できなかったフレネル縞の影響を除くことが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 本発明は、 3段構成の電子線バイプリズムを使用し、上段と中段の 2段の電子線バィプリズムフィラメント電極間のアジムス角 Φを操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角 Θを任意にコントロール可能とする。さらに、これにカロえて、下段の電子線バイプリズムフィラメント電極にもアジムス角 Φ

3を与えることにより、 X方向、 y方向に任意の干渉領域幅 (W、 W )を作成することを可能とする。その結果、平行四辺形形状の任意の干渉領域を作り出すことを可能とするものである。

[0014] 本発明の前提となる上下 2段に電子線バイプリズムを持つ干渉計および上下 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角 Φを操作することについて、まず、説明する。

[0015] 図 1は、特願 2004— 004156の図 3で説明された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。

[0016] 図 1において、 1は電子源、 2は光軸、 3は試料、 5は 1つもしくは複数のレンズからなる対物レンズ系（図では簡単のため等価な 1つのレンズで代表して表している。したがってレンズから電子源までの距離 a、レンズ力電子源像面までの距離 bもこれに対応する距離であり、装置の実際の大きさとは異なる。図 1以降の図においても同様である）、 7は上段電子線バイプリズム直上の第 1電子源像面、 11は観察面、 12は観察面上の試料の像、 13はフィルムあるいはカメラ等の撮像手段である。 21および 23は物体波および参照波を示す。 31は対物レンズ系 5による試料の像面、 32は対物レンズ系 5による試料の像、 33は拡大レンズ、 35は拡大レンズ 33による電子源の像面、 9は対物レンズ系による試料の像面 31上に設けられた上段電子線パイプリズムのフィラメント電極で、その直径は dである。 9は拡大レンズ 33による電子源の像

u b

面 35と観察面 11との間に設けられた下段電子線バイプリズムのフィラメント電極で、その直径は dである。また、観察面 11上に現れる干渉縞の間隔 sと干渉領域幅 Wを

b

撮像手段 13の下に模式的に表示した。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。ここで示した電子線バイプリズムは、電界型のものの模式図であり、中央に極細線のフィラメント電極とその電子線が通る遥か外側左右に接地電極を備えた構造をしており、中央のフイラメント電極に電圧を印加して電子線を偏向させる。図 1および以後の図では、中央のフィラメント電極の断面または端面は小円で示すものとする。また、電子線パイプリズムの機能に着目した説明では、電子線バイプリズムとのみ表記し、中央のフィラメント電極に着目した説明では電子線バイプリズムのフィラメント電極と表記する。また電子光学系では、電子レンズは通常磁界型の電磁レンズが用いられるため、電子線の経路には光軸に平行な軸を回転中心とした回転が含まれるが、図 1では電磁レンズによる電子線の回転を無視し、電子光学系として同一の平面を記載している。以降の光学系を示す図におヽても同様である。

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と参照波 23 とを識別しやすいように、物体波 21のみにパターン表示を付した。物体波 21および参照波 23は対物レンズ系 5で屈折されて上段電子線バイプリズム直上の電子源像面 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は対物レンズ系 5による試料の像面 31上で試料像 32を形成するとともに、像面 31上で上段電子線バイプリズムの位置を通過する。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9に印加される電圧 Vによる偏向で物体波 21および参照波 23の両電子線は互いに光軸 2 に向かわせられる。その結果、拡大レンズ 33の下流側において、分離 (スプリット）した 2つの実電子源像 26および 28を形成する。さらに物体波 21および参照波 23の両電子線は、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9に印加される電圧 Vより偏

b b 向され、仮想的な電子源像 25および 27を構成するに至る。 Yは上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9による電子源像の光軸からのスプリット距離、 Yは下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9による仮想的な電子源像の実電子源像 26からの

b

スプリット距離であり、式（1)、（2)の様に表される。ここで、 aは第 1電子源像面 7と拡

3

大レンズ 33との距離、 bは拡大レンズ 33と第 2の電子源像面 35との距離、ひは電

3 u 子線バイプリズム電極 9による電子線の偏向角度、 b は第 1像面 31と対物レンズ系 u ob]

5との距離、 bは対物レンズ系 5と第 1電子源像面 7との距離、 Dは第 1電子源像面 7 と第 1像面 31との距離、 a は下段電子線バイプリズム電極 9による電子線の偏向角

b b

度、 b は拡大レンズ 33と観察面 11との距離、 bは拡大レンズ 33と第 2の電子源像面

M 3

35との距離、 Lは下段電子線バイプリズム電極 9と観察面 11との距離、 Dは第 2の

b b b

電子源像面 35と観察面 11との距離である。

[0018] [数 1] 产ュ (1)

[0019] [数 2]

^Yv = a_b、b_M - b₃ - L_b ) = a_b(D_b - L_h ) - - - (2)

[0020] 観察面 11は上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9_uの像面であるため、上段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なわれているため、実電子源像のスプリット 26, 28が生じている。これは下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9による

b 仮想的な電子源像のスプリット 25, 27と本質的に同じものである。 [0021] 図 1に示す構成で、両電子線バイプリズム 9、 9を同時に作用させた場合の試料面へ逆投影した干渉縞は式（3)、（4)の様に表される。なお、 M は対物レンズ系 5に

Obj

よる試料 3に対する倍率、 M は拡大レンズ 33による試料像 32に対する倍率である。

M

図 1ならびにその説明においては便宜上拡大を示している力レンズ、及びレンズ系の用い方に応じて縮小の場合を含む、任意の倍率変更を意図するものである。以下の説明においてもこれは同様である。また、試料面へ逆投影した干渉縞の干渉縞間隔 sと干渉領域幅 Wは下付きの添え字 Objを付して表すものとする。ここで、 a は拡

M

大レンズ 33と電子線バイプリズム電極 9との距離、 a は試料 3と対物レンズ系 5との u ob]

距離、 λは電子源 1の電子線の波長である。

[0022] [数 3]

"M ^aObj

sObj

bM ^bObj -* V U

[0023] [数 4] d，

a bj ^aObj

bObj Obj

[0024] 式（3)、（4)は干渉領域幅 W が上段電子線バイプリズムによる偏向角度 a に依

Obj u 存しないことを意味しており、このこと力干渉縞間隔 s と干渉領域幅 W の独立し

Obj Obj たコントロールを可能にする。すなわち、

(1)下段電子線バイプリズム→干渉領域幅 w を定める。

Obj

(2)上段電子線バイプリズム→干渉縞間隔 s を調整する。

Obj t ヽぅ手順で独立操作が可能となる。

[0025] さらに、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9が拡大レンズ 33による電子源 b

の像面 35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 b b

(3)により干渉縞間隔 s は下段電子線バイプリズムによる偏向角度 α に依存しない

Obj b

。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 に関して両バイプリ

Obj Obj

ズムを用いることにより完全に独立なコントロールが可能となる。

[0026] 特願 2004— 004156の発明により、干渉縞間隔 s と干渉領域幅 W を独立にコ

Obj Obj ントロールできる電子線干渉装置は実現できた。しかしながら、発明が解決しようとする課題で述べたように、フィラメント電極によって作られる電子線ホログラムの形状の 1 次元性、さらに干渉領域幅 Wの方向と干渉縞の方位に関しては、 1段電子線バイプリズム光学系と同じであるため、干渉領域幅 wはフィラメント電極の方向に一致してその長方向が定まり、干渉縞の方位は、干渉領域幅 Wの長方向に一致かつ平行するのみであった。

[0027] 特願 2005— 027274の発明では、上下 2段電子線バイプリズムを持った構造とするとともに、これら上下 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角 Φを操作することにより、干渉領域とその中に形成される干渉縞の方位角 Θを任意にコントロール可能とする。以下、具体的に説明する。

[0028] 図 2は特願 2005— 027274の図 2で説明された上下 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角 Φを操作して得られる干渉縞の形成を説明する概念図で、上下 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極間のアジムス角 Φを分力りやすく示すために立体構造として表示したものである。図 3は、図 2で説明した特願 2005— 0 27274の発明による上下 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極 9、 9間のアジム u b ス角 Φを操作する構成の光学系を図 1に対応する表示形式で示す模式図である。下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9を横長に描くことによって、上段電子線バ b

ィプリズムのフィラメント電極 9との間にアジムス角 Φがあることを示している。

[0029] 図 2では上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9を X軸と一致させている。また、図 2および図 3で、図 1に示す構成要素と対応するものには、同じ参照符号を付した。なお、図 2において破線で示す楕円は、それぞれの位置における一つの波面の位置を模視的に示すものである。また、破線で示す四角は第 2の電子源像面 35を模視的に示すものである。

[0030] 上下 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極 9、 9の間のアジムス角 Φと、得られ u b

る干渉縞の方位角 0との関係は、光学系の配置によって変化すること、上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によっても変化することが幾何光学より導かれる。特願 2005— 027274の発明による光学系の諸関係式を式（5)、式 (6)、式（7)に示す。いずれも試料面上へ投影した関係を示している。各式中の文字は、図 1—図 3および前述までに記載されて、るとおりである。

[0031] [数 5]

1 1

^SObj ⁼

a. ₊ (D_b - L_b a_b ² ₊2\ b、 Djx,,

«3 、"；

[0032] [数 6]

[0033] [数 7]

¾ = (7)

[0034] これらの式より、特願 2004 - 004156で説明した干渉領域幅 Wと干渉縞間隔 sに関する完全独立光学系の場合、すなわち、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9が光源の像面 35に存在する場合 (D — L =0の場合）、ホログラムに記録される b b b

干渉縞の方位角 Θは、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極のアジムス角 Φによらずゼロとなることが導かれる。このことは、逆に言えば、この条件の場合には、 2段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度調整に精度はあまり重要ではなヽと、うことを意味して、る。

実施例 1 [0035] 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 Φ 、 Φ 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、

1 3

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力も順に、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極

2

9とする。また、それぞれのフィラメント電極の太さを d , d , dとする。

3 1 2 3

[0036] 図 4において、 61は対物レンズ系 5による第 1像面であり、 62は第 1像面 61上の試料像である。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9は第 1像面 61に設けられる。ここで、フィラメント電極 9と X軸のなす角を Φ とする。 63は第 1像面 61後段に設けられる単数または複数のレンズからなる第 1拡大レンズ系であり、 a は上段電子線バィプリズムのフィラメント電極 9による電子線の偏向角度である。 65は第 1拡大レンズ系 63による第 2電子源像面であり、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9による電子線の偏向により、分離した電子源の実像 66, 67が形成される。 71は第 1拡大レンズ系 63による第 2像面である。 72は第 2像面 71上の試料像である。中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9は第 2像面 71に設けられる。ここで、フィラメント電極

2

9は X軸上に設けられる。したがって、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9と

2 1 中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9とのなすアジムス角は Φ となる。

2 1

[0037] 73は第 2像面 71後段に設けられる単数または複数のレンズからなる第 2拡大レンズ系であり、 a は中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9による電子線の偏向

2 2 角度である。 75は第 2拡大レンズ系 73による第 3電子源像面である。第 3電子源像面 75上には、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極と、中段電子線パイプリズムのフィラメント電極 9とにより、 4つの電子源の実像が形成されている。このうち、電

2

子源像 76と 78は第 2電子源像面 65の電子源像 67が分離して形成されたものであり、電子源像 77と 79は第 2電子源像面 65の電子源像 66が分離して形成されたものである。この 4つの電子源の実像力さらに下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9 により偏向を受け、 4つの電子源の虚像 81, 82、 83, 84が形成されている。

3

[0038] 図 4中、 91は下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9が配置された空間上の

3

面を示している。幾何光学的には、この面で下段電子線バイプリズムによる偏向が発生する。 93は、物体波が面 91上に作る偏向直前の波面を表しており、 94は同参照波の波面を表している。この 2波面が観察面 11上で重なって、干渉縞を作ることになる。面 91上の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9と X軸のなす角を Φ とす

3 3 る。したがって、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9と中段電子線パイプリズ

3

ムのフィラメント電極 9とのなすアジムス角は Φ となる。 a は下段電子線バイプリズ

2 3 3

ムのフィラメント電極 9による電子線の偏向角度である。 3つの電子線バイプリズムの

3

フィラメント電極により偏向された電子線は、観察面 11上に試料像 101と干渉縞 102 、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の影 103, 104および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の影 105, 106を形成する。

2

[0039] 図 5は、図 4の各電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置と、対物レンズ系、拡大レンズ系の位置関係をよりわ力りやすく表示するため、図 1、図 3と対応する表示形式で、奥行きについては省略して描いた模式図である。上段電子線バイプリズムのフイラメント電極 9、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9を横長に描くことによ

1 3 つて、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9との間にアジムス角があることを示

2

している。上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9は、対物レンズ系 5の直下の第 1像面 61に配置し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9を単数または複

2

数のレンズからなる第 1拡大レンズ系 63直下の第 2像面 71に配置し、下段電子線バィプリズムのフィラメント電極 9は単数または複数のレンズからなる第 2拡大レンズ系 7

3

3直下の第 3電子源像面 75と第 3像面 92との間に配置している。第 3像面 92よりも電子線の進行方向下流側に第 3拡大レンズ 42、第 4拡大レンズ系 43および投射レンズ 44など結像レンズ系が設けられ、そのさらに下流側に観察面 11が来るが、第 3像面 92以降の光学系の構成は、 3段電子線バイプリズム干渉計の機能には影響しない。なお、図中各像面における試料像を太ヽ矢印で示した。

[0040] 図 4、および 5に示す光学系の諸関係式は幾何光学により、比較的簡単に導くことが出来るので、 3つの電子線バイプリズムのフィラメント電極 9により偏向された電子線が観察面 11上に形成する試料像 101と干渉縞 102、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の影 103, 104および中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の

1 2 影 105, 106の関係は、各構成要素と各パラメータを以下のように定義すると試料面上への投影後の関係を式 (8)〜（12)に示すことができる。（なお、フィラメント電極の影は、式（10)、式（11)に示す干渉領域幅 W , Wの式に減算の項として表れている

。）簡単のため、第 3像面 92以降の拡大レンズ系、投射レンズ系については割愛している。ここで、 M は試料に対する対物レンズ系 5の倍率、 M は試料に対する第 1

Obj Ml

拡大レンズ系 63の倍率、 M は試料に対する第 2拡大レンズ系 73の倍率、 aは対

M2 1 物レンズ系 5と電子源 1との距離、 bは対物レンズ系 5と第 1電子源像面 7との距離、 Dは第 1電子源像面 7と第 1像面 61 (上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9 ) との距離、 aは第 1電子源像面 7と第 1拡大レンズ 63系の距離、 bは第 1拡大レンズ

2 2

系 63と第 2電子源像面 65との距離、 aは第 2電子源像面 65と第 2拡大レンズ系 73と

3

の距離、 Dは第 2電子源像面 65と第 2像面 71 (中段電子線バイプリズムのフィラメン

2

ト電極 9 )との距離、 bは第 2拡大レンズ系 73と第 3電子源像面 75との距離、 Dは第

2 3 3

3電子源像面 75と観察面 11との距離、 Lは第 3像面 91 (下段電子線バイプリズムの

3

フィラメント電極 9 )と観察面 11との距離である。観察面 11において、干渉縞 102の

3

X軸、 Y軸方向の幅をそれぞれ、 W , W、干渉縞 102の X軸に対する傾きを Θとする

[0041] [数 8]

1 1 1 Ο

[0042] ただし、 rは式（9)で定義される。

[0043] [数 9] ^3

+ (9)

[0044] [数 10]

1 1

2 ₃L (sin _s sin Φ₃ + cos Φ, cos Φ₃ ) d 1 1

も cos 3>_:

、 (10)

MObj ^MObj Ml

[0045] [数 11]

1 1 d

W, Objy 2or₃i₃ cosO, '-(1 1)

i sin Φ,

[0046] [数 12]

[0047] 図 6は、 3段の各段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置関係を第 3像面 9 2上へ投影した図である。簡単のため、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9

2 を X軸とし、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9、下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の X軸からのアジムス角を、各々 Φ 、 Φ とする。光軸上の高さにつ

3 1 3

いては、前述のとおり上部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極は、各レンズ系の試料の像面位置に定めている力下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9

3 は、 Φ =0° 、または Φ = Φ としたときに、完全に中段、または上段電子線バイプリ

3 3 1

ズムのフィラメント電極 9 , 9の陰に入る位置であれば、光学系上どこにあってもかま

2 1

わない。

[0048] 本発明によって得られる干渉領域の形状は、上部 2段の電子線バイプリズムフィラメント電極の成す角度 Φ 、および式（10)、式（11)で定まる幅 W , W の比 (W

1 Objx Objy Objx

/w )を持った平行四辺形となる。 [0049] 図 7 (A)— (D)は、本発明によって得られる干渉領域の形状を Φ =45° に固定し

3

、 Φ を変化させた場合に得られた実験結果の図である。図 7 (A)は、 Φ = 50° の場合、（Β)は、 Φ = 70° の場合、（C)は、 Φ = 90° の場合、（D)は、 Φ = 110° の場合である。一連の実験中の各々のフィラメント電極への印加電圧は、上段電子線バイプリズムを V = 30V、中段電子線バイプリズムを V = 30V、下段電子線バイ

1 2

プリズムを V = 160Vに保持した。ここで、左上がりで太い黒線で写っているのは上

3

段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の影 103, 104、右上がりで太い黒線で写つているのは中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の影 105, 106である。上

3

部電子線バイプリズムのフィラメント電極 9のアジムス回転に伴って干渉領域の平行四辺形の形状が変化していく様子がわかる。すなわち、 Φ =45° に固定であるので

3

、平行四辺形形状の下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9が作り出す干渉領

3

域外側の白い帯状になった干渉領域 (従来の単バイプリズム干渉計での干渉領域に同じ）は動かないが、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9の影 103, 104はアジムス回転に伴って回転する。式 (8)、式（9)、式（12)に基づき、それぞれのフイラメント電極の影で囲まれる干渉領域の干渉縞の間隔 s、方位角 0も変化しているが、これにつ、ては実験結果と共に後述する。

[0050] オペレーションの便宜さなど実用上は、上部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極は直交させる（ Φェ = 90° )ことが好都合である。図 8 (A)— (C)は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9を直

1 2 交（Φ = 90° )させた状態に固定し、中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9と

1 2 下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9との成す角度 Φ を変化させて、干渉領

3 3

域の形状変化を観察した実験結果を示す図である。図 8 (A)は Φ = 30° 、（B)は

3

Φ =45。、（ «Φ =60。である。また、各々のフィラメント電極への印加電圧は

3 3

、 V = 20V、 V = 20V、 V = 120Vに保持した。下段電子線バイプリズムのフィラメ

1 2 3

ント電極 9の回転にともない干渉領域の成す 2辺は直交関係を保ったまま、辺の長さ

3

が変化する、すなわち、長方形→正方形→長方形の変化をしている。図 8の一連の実験結果においてもそれぞれのフィラメント電極の影で囲まれる干渉領域の干渉縞の間隔 s、方位角 Θも変化しているが、上記同様後述する。 [0051] 図 9 (A) - (D)は各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を一定にした場合における、干渉領域の形状の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 V依存性を観察した実験結果である。図 9 (A)は V =0V、（B)は V =4

3 3 3

0V、（C)は V = 90V、（D)は V = 140Vである。また、各々のフィラメント電極間の

3 3

アジムス角は、 Φ = 90。、 Φ = 30。であった。

1 3

[0052] 下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 V =0Vでは、図 9 (A)に示すように、上

3

部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の影が直交し、干渉領域は形成されない。このとき、上中段の各々のフィラメント電極の影 103, 104と 105, 106は、それぞれ、 1本となっている。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 Vが

3 大きくなるのに従って下段フィラメント電極へ向き合うように電子波が偏向されてゆき（図 9 (B) )、波面のオーバーラップに伴って干渉領域が生じはじめ（図 9 (C) )、その干渉領域が相似形を保ったまま拡大していく様子がわかる。すなわち、下段電子線バィプリズムのフィラメント電極への印加電圧 V〖こより、干渉領域の大きさがコントロー

3

ルできる。

[0053] また、この図 9の一連の実験結果は、本発明に於ける電子波のコントロールの考え方を良く示す図でもある。すなわち、上側 2段の電子線バイプリズムにて波面を 4分割し、これらの内のどの 2波を干渉させるかを選ぶの力下段フィラメント電極 9のアジ

3 ムス角 φである。図 9では、向かって右上と左下の 2波を選んでいる）。対角を成す 2

3

波を選ぶ場合に、本発明の特徴である全ての干渉パラメータの独立コントロールが可能となる。左右、または上下の 2波を選んだ場合、すなわち Φ =0° 、または Φ =

3 3

90° の場合【こ ίま、干渉現象の =3ン卜口一ノレ特' Ι4ίま、特願 2004— 004156【こ一致する。選ばれた 2波による干渉領域の形状 (縦横比など）を下段電子線バイプリズムのフイラメント電極間のアジムス角 Φで、干渉領域の大きさを印加電圧 Vにてコントロー

3 3

ルすることは、すでに述べたとおりである。また、このときに得られた干渉縞の間隔 S、方位角 Θは、上部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧にて独立にコントロールできる（後述)。このような考え方は、本光学系を用いる実験に際して、実験条件を定める上で実用上大変に有効である。

[0054] また、図 7、 8、 9に示す実験結果は、下段電子線バイプリズムフィラメント電極 9によるフレネル縞が干渉領域外では発生して、るが、上段バイプリズムフィラメント電極

9と中段電子線バイプリズムフィラメント電極 9で囲まれた観察領域内への影響は、

1 2

ほとんど無視できるレベルにまで小さいことを示している。これは実用上大変有効である。なお、下段電子線バイプリズムフィラメント電極 9のアジムス角が、 Φ =0° 、ま

3 3 たは、 Φ = Φ の場合には、本発明による 3段電子線バイプリズム光学系は、 2段電

3 1

子線バイプリズム光学系に一致するため、問題となるフレネル縞は原理的に発生しない。

[0055] 上述の様に、上側 2段の電子線バイプリズムによって形成した干渉領域内の干渉縞のコントロールについて考える。簡単のため、上部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極 9 , 9が直交している場合（Φ = 90° )を想定して説明するが、一般の

1 2 1

場合も同様に取り扱うことができる。はじめに、図 4に示したように、 X軸方向、および Υ軸方向の縞間隔 s、 sを検討する。この新たな 2つのパラメータは、干渉縞間隔 s、および干渉縞の方位角 Θを用いて、式（13)、式（14)のごとく示すことができる。

[0056] [数 13]

^SObir一

[0057] [数 14] s - _{( U)}

'Obj

[0058] すなわち、下段電子線バイプリズムの動作条件（印加電圧 V (偏向角 α )とァジム

3 3 ス角 Φ )が定まれば、 sは X軸方向の干渉をコントロールする上段電子線パイプリズ

3

ムの印加電圧（偏向角ひ）のみに依存し、一方 sは Υ軸方向の干渉をコントロールす

1

る中段バイプリズムの印加電圧 (偏向角 a )のみに依存していることがわかる。これ

2

は上部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極 9 , 9が直交している場合（Φ =

1 2 1

90° )に、それぞれのフィラメント電極への印加電圧により、 X軸方向、 Y軸方向に独立して波面の偏向が与えられることを根拠としている。すなわち、 sと sの比を変更しないで各々の大きさを変化させると、干渉縞間隔 Sのみがコントロールできる。また、 S と Sの自乗和の大きさを変更しないで比のみを変化させると、干渉縞の方位角 Θのみのコントロールが可能である。これら干渉縞間隔 sと干渉縞の方位角 Qは、式（15) 、式（16)に基づき、上段、および、中段電子線バイプリズムへの印加電圧によって、それぞれ独立したコントロールが可能となる。

[0059] [数 15]

[0060] [数 16]

—- -— D_xa_x + (D_i一 L )α₃ sin Φ

Objy

し <¾ゾ "™ - Tan ---(16)

"₃ D₂a₂ + (D₃ - 1₃ cos Φ,

[0061] 図 10は、 X軸方向、および Y軸方向の干渉縞間隔（s 、 s )を独立して変化させた実験結果である。干渉縞の間隔 sと方位角 Θが図中明瞭に観察できるように、図 9 (D) に示す干渉領域の中央部を抜き出して拡大したものである。横方向に配列した 3枚の写真は中段電子線バイプリズムへの印加電圧 Vのみを 30V, 60V, 90Vに制御し

2

て干渉縞間隔 sのみを独立して変化させた結果を示す。干渉縞間隔 Sのみを変化させているために、干渉縞の方位角 Θはすべて異なっているが、 3枚の写真の干渉縞と接続部を見れば、 3本の折れ線状となっていて縦方向の縞間隔 sがー致していることが分かる。縦方向に配列した 3枚の写真は上段電子線バイプリズムへの印加電圧 Vのみを 30V, 60V, 90Vに制御して干渉縞間隔 sのみを独立して変化させた結果を示す。干渉縞間隔 sのみを変化させているために、干渉縞の方位角 Θはすべて異なっているが、 3枚の写真の干渉縞と接続部を見れば、 3本の折れ線状となっていて横方向の縞間隔 sがー致していることが分かる。すなわち、 X軸方向、および Y軸方向の干渉縞間隔（s 、 s )の独立したコントロールができている。これらの図では s、または干渉縞間隔 sのどちらか一方のみを変化させているために、干渉縞の方位角 Θ y

はすべて異なっている。しかし、干渉縞の方位角 0は、式（16)に示したごとぐ各々の方向の縞間隔の比で定まつているため、上部 2段の電子線バイプリズムのフィラメント電極への印加電圧を適切に選ぶことによって、独立したコントロールが可能となる

[0062] 図 11 (A)— (C)は上段電子線バイプリズムへの印加電圧位ェおよび中段電子線バイプリズムへの印加電圧 Vを制御して、干渉縞の方位角 Θを一定（ Θ = -45° )

2

に保った状態で干渉縞間隔を変化させた実験結果を示す図である。試料には酸ィ匕マグネシウムの微結晶を用いた。干渉縞間隔は、（A) s = 5nm、（B) s =4nm、（ obj ob]

C) s = 3nmである。図の周辺に黒く見えるのは、上段電子線バイプリズムおよび中 ob]

段電子線バイプリズムのフィラメント電極の影である。

[0063] 図 12 (A)— (C)は上段電子線バイプリズムへの印加電圧 Vおよび中段パイプリズムへの印加電圧 Vを制御して、干渉縞の間隔を一定 (s =4nm)に保った状態で

2 obj

干渉縞の方位角のみを変化させた実験結果を示す図である。方位角 0は、（A) Θ =— 30° 、 (B) Θ =—45° 、 (C) 0 =—60° である。

[0064] これら図 11、図 12に示す例は、従来の電子線ホログラフィーでは、像再生時にのみ行なってきた干渉縞の間隔、方位角の調整が電子顕微鏡内で、電子線により直接可能となったことを示して、る。

実施例 2

[0065] 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 9 , 9を第 1像面 61に設けることにより、 2

1 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段電子線パ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。

[0066] 図 13は実施例 1で説明した 3段電子線バイプリズム干渉計の上段バイプリズムフィラメント電極 9と中段電子線バイプリズムフィラメント電極 9とに対応する 2本のフイラ

1 2

メント電極を直交させて、上段電子線バイプリズムの位置にマウントし、下段電子線バィプリズムフィラメント電極 9を面 91にマウントした光学系を示す図である。図 13にお

3

いて、図 2に示す構成要素と同じもの、または、同等の機能のものには同じ参照符号を付した。ここで、上段電子線バイプリズムフィラメント電極 9と中段電子線パイプリズムフィラメント電極 9とに対応する 2本のフィラメント電極は、直交していても、電気的

2

には絶縁されて、独立に電圧が制御される。

[0067] 先にも述べたように、上段電子線バイプリズムフィラメント電極 9と中段電子線バイプリズムフィラメント電極 9とを直交させて使用するのが、実用上好都合であることを

2

考えれば、実施例 2の構造により、先の特願 2005— 027274で提案した 2段電子線ノィプリズム光学系の簡易な構造によって、実施例 1の図 4で説明した 3段電子線バィプリズム光学系の構造で得られる干渉装置と同等の効果を得られることは、装置の製作上有利である。ただし、電子顕微鏡のような荷電粒子線を用いる場合、電子線バイプリズムのフィラメント電極の交わるその部分では電界の効果が X軸、 Y軸方向共に多少の鈍りを生じると推定され、得られる干渉領域の角の部分では、干渉縞にその影響が重畳される可能性がある。しかし、干渉領域の中央部では、この電界の鈍りの影響を受けない、または無視できる程度に小さな状態での使用が可能と考えられる。

[0068] (光を光源とする干渉装置への適用）

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 2 004— 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 9 , 9 , 9に代えて、 3個

1 2 3

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，， 9，， 9，が電子線バイプリズム 9 , 9 , 9に代わる光学バイプリズムである。そ

1 2 3 1 2 3

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。

[0069] さらに、同じ考え方で、図 13に示した 2段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置に於いても実施できる。図 15は、図 13 に示した 2段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置とした構成を示す図である。図 14と同様に電子線バイプリズムに換えて、光学バイプリズムを各々の位置に配した構造である。このとき、電子を光源とする干渉装置に於いては、図 13に示したごとく上段電子線バイプリズムに於いて、二つのフィラメント電極を交差させている力これに対応する光学素子としては、図 15に記載の四角錘型プリズムが考えられる。フィラメント電極が直交し偏向角度が X軸、 Y軸方向で同じ場合にはピラミッド型の正四角錘型プリズム、偏向作用が異なる場合にはそれに応じて形の変化した四角錘型プリズムを用いれば、上述した荷電粒子線に対するのと等価な光を光源とする干渉装置が構成できる。図 15において 9 が電子線

12 バイプリズム 9 , 9に代わる光学バイプリズムであり、中心位置 (稜線位置）に光を遮

1 2

蔽するための遮蔽板 95,96が設けられている。また、 9，が電子線バイプリズム 9に

3 3 代わる光学バイプリズムであり、中心位置 (稜線位置）に光を遮蔽するための遮蔽板 97が設けられている。

[0070] なお、特願 2004— 004156でも説明したように、一般的には光学バイプリズムは、電子線バ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。しかし、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、内部に、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つたり、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したり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; 0できる ( [列ば、 K. Harada, K. Ogai and R. Shimizu: Technology Reports of The Osaka University 39, 117 (1989) )。四角錘型プリズム 9 の場合には、たとえば

12

遮蔽板の下、プリズム内部に仕切り壁のある容器とし、各々の内圧をコントロールすることによって光学バイプリズムの屈折率を個別にコントロールすることができる。

[0071] (まとめ）

本発明は、上段電子線バイプリズムフィラメント電極 9と中段電子線バイプリズムフイラメント電極 9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

2

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。

[0072] 本発明による干渉装置の使用手順を以下にまとめる。 (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 Φを定める。このとき、干渉領域、干渉縞の操作性力も特に必要でない限り、直交関係 Φ = 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 Φを調整し、試料形状にあった干渉領域の形状（

3

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 Vを変化させ、干渉領

3

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 V、 V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

1 2

の方位角 0力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。

[0073] 以上の手順により、干渉領域の形状 (領域を形成する 2辺 W , Wの比 W /Wとその 2辺の成す角 Φ )、干渉領域の大きさ、干渉縞の縞間隔 s、縞の方位角 Θがそれぞれ結果として独立にコントロール可能となり、任意の干渉条件による干渉顕微鏡像がホログラム再生等の画像記録後の処理を行なうことなぐ干渉像記録光学系にて直接観察，記録可能となる。なお、これらの手順、干渉条件の策定が、式 (8)から式（16 )に依存していることは言うまでも無い。

[0074] 本発明の干渉光学系は、従来までの光学系の発展型であり、それぞれの光学系の利点を網羅しつつ新たな機能を発揮させるものである。本発明によれば以下の作用 •効果が期待される。

(1)試料形状に応じた干渉領域形状の作成：

電子線の干渉性をヽたずらに劣化させること無ぐ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ぐ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。

[0075] 本発明は、波面分割型干渉計の操作性を向上させ、 1次に得られる干渉像への自由度を飛躍的に高める、その手段と方法を確立したものである。言わば波面分割型干渉計の操作性、性能を振幅分割型干渉計のそれらに近づける手法である。この意味において、本発明は電子線等荷電粒子線に限らず、光学装置に於いて波面分割型干渉計を導入する際に有効となるものである。

産業上の利用可能性

[0076] 本発明によれば、干渉領域幅 W、干渉縞間隔 s、方位角 Θに加えて、干渉縞間隔 s と方位角 Θ間の独立コントロール、さらに干渉領域の形状をも任意の干渉領域幅 (W 、 W )のパラメータにてコントロールを可能とした電子顕微鏡による干渉装置が実現できる。さらにはフレネル縞の影響を除くことが可能となる。

図面の簡単な説明

[0077] [図 1]特願 2004— 004156の図 3で説明された電子線バイプリズムを用、た干渉光学系を示す図である。

[図 2]特願 2005— 027274の図 2で説明された上下 2段の電子線バイプリズムフイラメント電極間のアジムス角 Φを操作して得られる干渉縞の形成を説明する概念図である。

[図 3]図 2で説明した特願 2005— 027274の発明による上下 2段の電子線パイプリズムフィラメント電極 9、 9間のアジムス角 Φを操作する構成の光学系を図 1に対応す u b

る表示形式で示す模式図である。

圆 4]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。

[図 5]図 4の各電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置と、対物レンズ系、拡大レンズ系の位置関係をよりわ力りやすく表示するため、図 1、図 3と対応する表示形式で、奥行きについては省略して描いた模式図である。

[図 6]3段の各段の電子線バイプリズムのフィラメント電極の位置関係を第 3像面 92上へ投影した図である。

[図 7] (A) - (D)は、本発明によって得られる干渉領域の形状を Φ =45° に固定し

3

、 Φを変化させた場合に得られた実験結果の図である。

[図 8] (A) - (C)は、上段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9と中段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9を直交（Φ = 90° )させた状態に固定し、中段電子線

2 1

バイプリズムのフィラメント電極 9と下段電子線バイプリズムのフィラメント電極 9との

2 3 成す角度 Φ

3を変化させて、干渉領域の形状変化を観察した実験結果を示す図である。

[図 9] (A) - (D)は各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を一定にした場合における、干渉領域の形状の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 V依存性を観察した実験結果である。

3

[図 10]X軸方向、および Y軸方向の干渉縞間隔（s、 s )を独立して変化させた実験結果である。干渉縞の間隔 sと方位角 Θが図中明瞭に観察できるように、図 9 (D)に示す干渉領域の中央部を抜き出して拡大したものである。

[図 11] (A) - (C)は上段バイプリズムへの印加電位 Vおよび中段バイプリズムへの印加電位 Vを制御して、干渉縞の方位角 Θを一定（ Θ = 45° )に保った状態で

2

干渉縞間隔を変化させた実験結果を示す図である。

[図 12] (A) - (C)は上段バイプリズムへの印加電位 Vおよび中段バイプリズムへの印加電位 Vを制御して、干渉縞の間隔を一定 (s =4nm)に保った状態で干渉縞

2 obj

の方位角のみを変化させた実験結果を示す図である。 [図 13]実施例 1で説明した 3段電子線バイプリズム干渉計の上段バイプリズムフィラメント電極 9と中段電子線バイプリズムフィラメント電極 9とに対応する 2本のフィラメン

1 2

ト電極を直交させて、上段電子線バイプリズムの位置にマウントし、下段電子線バイプリズムフィラメント電極 9を面 91にマウントした光学系を示す図である。

3

[図 14]図 4に示す光学系の電子線バイプリズム 9 , 9 , 9に代えて、 3個の光学バイ

1 2 3

プリズムを配置し、上段、中段、下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 15]図 13に示した 2段電子線バイプリズムによる本発明を実現するための光学系を光を光源とする干渉装置とした構成を示す図である。

符号の説明

1…電子源、 2…光軸、 3…試料、 5…対物レンズ系、 7…第 1電子源像面、 9…上段電子線バイプリズムフィラメント電極、 9…中段の電子線バイプリズムフィラメント電

2

極、 9…下段の電子線バイプリズムフィラメント電極、 11…観察面、 21· ··物体波、 23

3

…参照波、 61· ··第 1像面、 62· ··第 1像面 61上の試料像、 63…第 1拡大レンズ系、 6 5…第 2電子源像面、 66, 67· ··第 2電子源像面 65上の電子源の実像、 71· ··第 2像面、 72· ··第 2像面 71上の試料像、 73…第 2拡大レンズ系、 75· ··第 3電子源像面、 7 6 79· ··第 3電子源像面 75上の電子源の実像、 81 -84· ··第 3電子源像面 75上の電子源の虚像、 91· ··下段電子線バイプリズムのフィラメント電極の配置される面、 92 …第 3像面、 101· ··観察面 11上の試料像、 103— 106· ··観察面 11上の上段、中段電子線バイプリズムフィラメント電極の影、 9， …上段電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、 9， …中段の電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、 9，…

2 3 下段の電子線バイプリズム電極に代わる光学プリズム、 9 …上、中段電子線パイプ

12

リズム電極に代わる光学プリズム、 95— 97· ··光の遮蔽板。

Claims

請求の範囲

[1] 電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源カゝ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ノィ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、それら前記上段パイプリズムと前記中段バイプリズムと前記下段ノィ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、任意の方向に荷電粒子線を偏向させることを特徴とする荷電粒子線装置。

[2] 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。

[3] 前記下段バイプリズム力前記荷電粒子線の光軸上の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。

[4] 前記下段バイプリズム力前記荷電粒子線の光軸上の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。

[5] 電子もしくはイオン等の荷電粒子線の光源と、前記光源カゝ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上段の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四角錘型プリズムの下流側で前記上段四角錘型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 2つの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、それら前記上段四角錘型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、任意の方向に荷電粒子線を偏向させることを特徴とする荷電粒子線装置。

[6] 前記光軸に直交し、前記上段四角錘型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

[7] 前記下段ノィプリズム力前記荷電粒子線の光軸上の上段四角錘型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。

[8] 前記下段ノィプリズム力前記荷電粒子線の光軸上の上段四角錘型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。

[9] 前記四角錘型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イラメント電極の成す角度を調整することによって四角錘型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。

[10] 前記四角錘型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イ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四角錘型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

[11] 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、回転を行なうことにより任意の方向に光線の偏向が可能であることを特徴とする干渉装置。

[12] 前記光学プリズムにお、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 11に記載の干渉装置。

[13] 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、回転を行なうことにより任意の方向に光線の偏向が可能であることを特徴とする干渉装置。

[14] 前記光学プリズムにお、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。

[15] 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。