JP5512797B2 - 電子線干渉装置 - Google Patents
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Description
電子線に対しては、電界、磁界ともに電子レンズや偏向器として利用されているが、一般的にレンズとしては磁界型、偏向器には電界型という使い分けが成されている。ここでは、電子レンズとして磁界型レンズについて説明する。
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装置で、電子線を偏向させるために静電力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。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、本願では説明の便宜上、電界型電子線バイプリズムを用いて説明を行うが、電界型電子線バイプリズムに限定するものではない。電界型電子線バイプリズムは、図2に示す形状をしている。すなわち、中央部の極細線電極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、極細線電極9に正の電圧を印加すると、図2中に示したごとく、極細線電極9の近傍を通過する電子線は、極細線電極9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22参照)。極細線電極9から離れるほど電子線に作用する電界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αは入射位置に依らず極細線電極9への印加電圧VFに比例する。すなわち、偏向角度αは極細線電極9への印加電圧VFと偏向係数kFを用いて、図13中に示す式(2)で表される簡単な関係を持つ。
2段電子線バイプリズム干渉計は、電子線干渉顕微鏡像の2つのパラメータ、干渉縞間隔sと干渉領域幅Wを独立に制御できない1段電子線バイプリズム干渉計の欠点を解決するべく開発されたものである。2段電子線バイプリズム干渉光学系を図3に示す。図3では先述のとおり、レンズ磁場による伝播電子線の方位角の回転を省略し、電子光学的に同一の偏向面として、光軸2を含む電子線バイプリズムの両極細線電極(91、93)に垂直な平面を紙面として描いている。そのため、該両極細線電極(91、93)は、図3においては電極断面のみを小円で描いている。この図示における省略は、特に断らない限り、以降の図でも同様である。
(1)第1の電子線バイプリズム91の偏向角度αUを調整して所定の干渉領域幅に定める。
(2)第2の電子線バイプリズム93の偏向角度αLを調整して所定の干渉縞間隔を得る。
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極細線電極93を図3中の第1の結像レンズによる光源の像面712に配置した場合、すなわちパラメータ DL−LL=0のときはsとWについては完全独立に制御可能である。
(1)第1の電子線バイプリズムの下側の第1の結像レンズを強励磁条件で使用すること、
(2)第1、第2の電子線バイプリズムを、第1の結像レンズの主面近傍、かつ主面を挟んだ上下に設置すること、
(3)(2)を実現するために、第1の結像レンズのポールピースへ電子線バイプリズムを設置する手段を設けること、
(4)(3)に加えて、第1の結像レンズの電磁コイルを分割する、もしくは、該電磁コイルとポールピースの空間位置を分離するなどの構成上・機構上の工夫を施すこと、により試料への電子線の照射条件の変更に伴って生じる干渉条件の変化を抑制することができる。
Claims (15)
- 電子線の光源と、
前記電子線を試料に照射する照射光学系と、
前記試料に前記電子線を照射して得られる前記試料の像を結像する対物レンズと、
当該対物レンズにより結像された前記試料の像を拡大結像または縮小結像するための少なくとも第1電磁レンズと第2電磁レンズとを有する電子線干渉装置において、
前記対物レンズにより結像される前記試料の像面に対応する位置に配置される第1の電子線バイプリズムと、前記第1の電子線バイプリズムよりも電子線の進行方向下流側で、かつ、前記第1の電子線バイプリズムの陰の空間内に配置される第2の電子線バイプリズムとを有し、
前記第1電磁レンズは、前記第2電磁レンズよりも前記電子線の進行方向上流側に配置され、
前記第1電磁レンズの磁極片に囲まれた領域、またはヨークに囲まれた領域に前記第1の電子線バイプリズムが配置されていることを特徴とする電子線干渉装置。 - 電子線の光源と、前記光源から放出される電子線を試料に照射するための照射光学系と、
前記電子線が照射する試料を保持するための試料保持装置と、前記試料の像を結像するための少なくとも1つの電磁レンズから構成される対物レンズ系と、対物レンズ系により結像された前記試料の像を拡大結像もしくは縮小結像するための少なくとも2つの電磁レンズから構成される結像レンズ系と、前記試料の像を観察あるいは記録するための手段を有するとともに、
電子光学系の光軸上で前記対物レンズ系により結像される前記試料の像面のいずれか1つの位置に一致する第1の電子線バイプリズムと、
前記第1の電子線バイプリズムよりも電子線の進行方向下流側で、かつ、前記第1の電子線バイプリズムの陰の空間内に配置される第2の電子線バイプリズムと、を備えた電子線干渉装置であって、
前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズは、磁場を発生させる電磁コイルと、磁路を形成する高透磁率材と、電子線の進行方向の上流側第1番目に位置する第1の磁極を成す高透磁率材と、前記第1の磁極の下流側に位置する第2の磁極を成す高透磁率材と、前記第1の磁極と前記第2の磁極とを接続固定する非磁性材と、から成る前記磁路から着脱可能な一体型ポールピースを構成するとともに、
前記第1の磁極と第2の磁極を含む空間内に前記第1の電子線バイプリズムを配置する、ための手段を有することを特徴とする電子線干渉装置。 - 前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズの前記ポールピースの下流側に前記第2の電子線バイプリズムを配置する、ための手段を有することを特徴とする請求項2に記載の電子線干渉装置。
- 前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズの前記ポールピースを構成する前記第2の磁極に前記第2の電子線バイプリズムを配置する、ための手段を有することを特徴とする請求項2に記載の電子線干渉装置。
- 前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズの前記ポールピースを構成する前記第1の磁極と前記第2の磁極との間に前記第2の電子線バイプリズムを配置する、ための手段を有することを特徴とする請求項2に記載の電子線干渉装置。
- 前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズを構成する電磁コイルが、コイルの軸が一致する少なくとも2つのコイルにより構成されるとともに、該電磁コイルの間に前記第1の電子線バイプリズムもしくは前記第2の電子線バイプリズム、もしくは前記第1の電子線バイプリズムと前記第2の電子線バイプリズムの両方を、着脱もしくは駆動させるための手段を有することを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の電子線干渉装置。
- 前記第1の磁極に前記第1の電子線バイプリズムが配置されていることを特徴とする請求項2から6のいずれか一項に記載の電子線干渉装置。
- 前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズが、焦点距離5mm〜20mmの範囲で使用されることを特徴とする請求項7に記載の電子線干渉装置。
- 前記第1の磁極と前記第2の磁極との間に前記第1の電子線バイプリズムが配置されていることを特徴とする請求項2から6のいずれか一項に記載の電子線干渉装置。
- 前記結像レンズ系に属する電子線の進行方向の上流側第1番目の電磁レンズが、焦点距離1mm〜10mmの範囲で使用されることを特徴とする請求項9に記載の電子線干渉装置。
- 電子線の光源と、
前記電子線を試料に照射する照射光学系と、
前記試料に前記電子線を照射して得られる前記試料の像を結像する対物レンズと、
当該対物レンズにより結像された前記試料の像を拡大結像または縮小結像するための少なくとも第1電磁レンズと第2電磁レンズとを有する電子線干渉装置において、
前記対物レンズにより結像される前記試料の像面に対応する位置に配置される第1の電子線バイプリズムと、前記第1の電子線バイプリズムよりも電子線の進行方向下流側で、かつ、前記第1の電子線バイプリズムの陰の空間内に配置される第2の電子線バイプリズムとを有し、
前記第1の電子線バイプリズムは、前記第1電磁レンズ内における当該第1電磁レンズ主面の電子線の進行方向上流側で、かつ主面の近傍に配置され、前記第2の電子線バイプリズムは、前記第1電磁レンズ主面の電子線の進行方向下流側で、かつ主面の近傍に配置されていることを特徴とする電子線干渉装置。 - 前記対物レンズの直下の前記光源の像面から前記対物レンズによる前記試料の像面までの距離をDUとし、前記第1電磁レンズの直下の前記光源の像面から前記第1電磁レンズによる前記試料の像面までの距離をDLとしたとき、前記距離DUと、前記距離DLとが、前記照射光学系の励磁条件に依存しないことを特徴とする請求項11に記載の電子線干渉装置。
- 前記電子線の波長をλとし、
前記第1の電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度をαUとし、
前記第2の電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度をαLとし、
前記対物レンズの直下の前記光源の像面と前記第1電磁レンズの主面との距離をa2とし、
前記第1電磁レンズの主面と前記第1電磁レンズの直下の前記光源の像面との距離をb2とし、
前記対物レンズの直下の前記光源の像面から前記対物レンズによる前記試料の像面までの距離をDUとし、前記第1電磁レンズの直下の前記光源の像面から前記第1電磁レンズによる前記試料の像面までの距離をDLとし、前記第2の電子線バイプリズムと前記第1電磁レンズによる前記試料の像面までの距離をLLとしたとき、数式(5)で表わされる前記第1電磁レンズによる前記試料の像面に形成される干渉縞の縞間隔sが、前記照射光学系の励磁条件に依存しないことを特徴とする請求項11に記載の電子線干渉装置。
- 前記対物レンズの直下の前記光源の像面から前記対物レンズによる前記試料の像面までの距離をDUとし、前記第1電磁レンズの直下の前記光源の像面から前記第1電磁レンズによる前記試料の像面までの距離をDLとしたとき、前記距離DUと、前記距離DLとが、前記照射光学系の励磁条件に依存しないことを特徴とする請求項1に記載の電子線干渉装置。
- 前記電子線の波長をλとし、
前記第1の電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度をαUとし、
前記第2の電子線バイプリズムによる電子線の偏向角度をαLとし、
前記対物レンズの直下の前記光源の像面と前記第1電磁レンズの主面との距離をa2とし、
前記第1電磁レンズの主面と前記第1電磁レンズの直下の前記光源の像面との距離をb2とし、
前記対物レンズの直下の前記光源の像面から前記対物レンズによる前記試料の像面までの距離をDUとし、前記第1電磁レンズの直下の前記光源の像面から前記第1電磁レンズによる前記試料の像面までの距離をDLとし、前記第2の電子線バイプリズムと前記第1電磁レンズによる前記試料の像面までの距離をLLとしたとき、数式(5)で表わされる前記第1電磁レンズによる前記試料の像面に形成される干渉縞の縞間隔sが、前記照射光学系の励磁条件に依存しないことを特徴とする請求項1に記載の電子線干渉装置。
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