(57)【要約】【課題】本発明は、２段電子線バイプリズム干渉計での干渉顕微鏡像の観察を前提としてなされたものである。従来の電子線干渉計測法では、電子線バイプリズムの極細線電極から発生するフレネル縞が取得画像ごとに変化して干渉像に重畳されるため、新たなアーティファクトの原因となり、高精度な再生像を得るには至っていない。【解決手段】従来の２段電子線バイプリズム干渉計における上段と下段の電子線バイプリズムに加えて、新たに、電子線偏向器を使用することにより、もしくは上段または下段の電子線バイプリズムに電子線偏向機能を合わせ持たせた。これにより、電子光学上の試料の像面において電子線に偏向を与え物体波と参照波の相対的位相差のコントロールが可能となる。【選択図】図４
2010198985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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対物レンズおよび複数のレンズから構成される結像レンズ系と、前記試料像を観察あるいは記録するための画像記録装置を有する電子線装置であって、
前記電子線の光軸に沿い、前記試料の配置される位置より該電子線の進行方向の下流側、かつ、前記結像レンズ系に属する1つもしくは複数のレンズを介した前記試料の像面位置に、第１の電子線バイプリズムが配置され、
前記電子線の光軸に沿い、かつ、前記第１の電子線バイプリズムよりも前記電子線の進行方向の下流側に、第２の電子線バイプリズムが配置され、
前記結像レンズ系に属する少なくとも１つのレンズを介した前記試料の像面位置に、電子線偏向器が配置されていることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の電子線バイプリズムが、前記第１の電子線バイプリズムによって作り出される電子線の陰の領域に位置することを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項３】
請求項１において、
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と前記電子線偏向器とが電子線の光軸に直交する互いに平行な平面内に配置され、
前記電子線偏向器により前記光軸を含む電子光学上の同一平面内で前記電子線を偏向させることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項４】
請求項３において、
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と前記電子線偏向器とが、それぞれ独立にその位置の移動、前記光軸を軸とした回転が可能に構成されていることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項５】
請求項３において、
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と前記電子線偏向器とによる電子線の偏向角度が、それぞれ独立に制御できることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項６】
請求項１において、
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と前記電子線偏向器とが電子線に与える偏向が、電界の作用によるものであることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項７】
請求項１において、
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と前記電子線偏向器とが電子線に与える偏向の少なくとも１つが、磁界の作用によるものであることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記電子線偏向器が、前記第１の電子線バイプリズムの電子線の進行方向の下流側に配置されるとともに、
前記第２の電子線バイプリズムが、前記電子線偏向器の電子線の進行方向の下流側に配置されることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記第１の電子線バイプリズムが、前記電子線偏向器の電子線の進行方向の下流側に配置されることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記電子線偏向器が、前記第２の電子線バイプリズムの電子線の進行方向の下流側に配置されることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記電子線偏向器と前記第１の電子線バイプリズムとが配置される前記試料の像面が、同一の像面であることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１２】
２段の電子線バイプリズムを含む電子線干渉光学系と、
前記電子線干渉光学系の対物レンズよりも電子線の進行方向下流側でかつ試料の像面位置に配置された電子線偏向器と、
前記試料像を観察あるいは記録するための画像観察・記録装置と、
装置を制御する情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、
前記２段の電子線バイプリズムを制御して前記試料像及び干渉縞を含む干渉顕微鏡像を生成する干渉顕微鏡像生成機能と、
前記干渉顕微鏡像中の前記試料像の位置は変えずに、前記干渉縞の位置がずれた少なくとも３枚の画像を取得するために、前記電子線偏向器を制御して前記電子線に偏向を与える電子線偏向制御機能と、
取得された前記少なくとも３枚の画像から前記試料を透過した電子線の位相分布、振幅分布情報を生成する位相・振幅演算処理機能とを備えている
ことを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記情報処理装置は、
前記電子線偏向器へ与える制御値を初期状態として、第１の干渉顕微鏡像を定める機能と、
前記電子線偏向器への制御値を連続的にあるいはステップ状に増加あるいは減少させ、前記第１の干渉顕微鏡像における１本の干渉縞が縞間隔ｓだけ移動する偏向器への制御値を求める機能と、  
前記縞間隔ｓに対応する制御値を複数に分割した電子線偏向器への単位の制御値を求める機能と、
前記初期状態から前記単位の制御値を偏向器に与えて、複数枚の干渉像を取得する機能とを有する
ことを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記情報処理装置は、
予め様々な干渉縞間隔、干渉領域幅について、干渉縞を移動させるのに要する偏向量のパラメータVpsの値を持つテーブルを情報格納用のメモリに備えていることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記各段の電子線バイプリズムと前記電子線偏向器とが電子線の光軸に直交する互いに平行な平面内に配置され、
前記電子線偏向器により前記光軸を含む電子光学上の同一平面内で前記電子線を偏向させることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記情報処理装置は、ＧＵＩ機能を備えたモニタを備えており、
前記モニタに前記干渉顕微鏡像を表示する機能と、前記電子線偏向器により制御値を変えて前記電子線を偏向させた状態での該干渉顕微鏡像を表示する機能とを備えていることを特徴とする電子線干渉装置。
【請求項１７】
電子線装置を用いた電子線干渉顕微方法であって、
前記電子線装置は、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対物レンズおよび複数のレンズから構成される結像レンズ系と、前記試料像を観察あるいは記録するための画像観察・記録装置と、装置を制御する情報処理装置とを備え、さらに、
前記電子線の光軸に沿いかつ前記試料の配置される位置より該電子線の進行方向の下流側に前記結像レンズ系に属する１つもしくは複数のレンズを介した前記試料の像面位置に配置された第１の電子線バイプリズムと、
前記電子線の光軸に沿いかつ前記第１の電子線バイプリズムよりも該電子線の進行方向の下流側に配置された第２の電子線バイプリズムと、
前記対物レンズよりも前記電子線の進行方向下流側の前記試料の像面位置に配置された電子線偏向器とを備えており、
前記情報処理装置は、
前記第１、第２の電子線バイプリズムを制御して干渉顕微鏡像を生成し、
前記対物レンズよりも前記電子線の進行方向下流側の前記試料の像面位置に配置された電子線偏向器を制御して前記電子線に偏向を与えることにより、前記干渉顕微鏡像中の干渉縞の像面上の位置を移動させる、ことを特徴とする電子線干渉顕微方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記情報処理装置は、
前記電子線偏向器へ与える制御値を初期状態とし、前記２段の電子線バイプリズムを制御して前記試料像及び干渉縞を含む第１の干渉顕微鏡像を生成し、
前記電子線偏向器へ与える制御値を連続的にあるいはステップ状に増加させ、前記第１の干渉顕微鏡像における１本の干渉縞が縞間隔ｓだけ移動する偏向器の偏向板への印加電圧を求め、  
前記縞間隔ｓに対応する制御値を複数に分割した電子線偏向器への単位の制御値を求め、
前記初期状態から前記単位の制御値を電子線偏向器へ与えて、少なくとも３枚の干渉像を取得する
ことを特徴とする電子線干渉顕微方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記情報処理装置は、
前記電子線偏向器により前記電子線に与える偏向を制御することにより前記干渉顕微鏡像中の前記試料像の位置は同じで前記干渉縞の位置がずれた前記少なくとも３枚の画像を取得し、
前記少なくとも３枚の画像から前記試料の位相分布、振幅分布情報を取得する
ことを特徴とする電子線干渉顕微方法。
【請求項２０】
請求項１７において、
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と前記電子線偏向器とが電子線の光軸に直交する互いに平行な平面内に配置されており、
前記情報処理装置は、
前記電子線偏向器により前記光軸を含む電子光学上の同一平面内で前記電子線を偏向させる、ことを特徴とする電子線干渉顕微方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線バイプリズムを用いた電子線干渉装置および電子線干渉顕微方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の説明においては、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、電界型と磁界型の二種類がある。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１１に示すような形状をしている。すなわち、電界型電子線バイプリズムは、中央部の極細線電極９と、その電極を挟む形で平行に保持され接地された一対の平行平板型接地電極９９とで構成される。例えば、中央極細線電極９に正電圧を印加すると、図１１中に示したごとく、中央極細線電極９の近傍を通過する電子線は、この中央極細線電極の電位により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１１中の電子軌道２７に垂直に平面２２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。
【０００３】
中央極細線電極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くなるため、結果的に電子線の偏向角度は入射位置に依らず極細線電極への印加電圧に比例する。すなわち、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、中央極細線電極９への印加電圧Vfと偏向係数kを用いてα=kVf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複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。
【０００４】
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。以下、電子線バイプリズムとして電界型電子線バイプリズムを用いて説明を行う。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、以下の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、本発明において「電子線バイプリズム」と記載する場合には、中央極細線電極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極細線電極」と記載する。
【０００５】
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１１にも明らかな様に、１つの電子線の波面２２を二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二波に分離された電子線は、電子線バイプリズムの後方で重畳され、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。
【０００６】
なお、干渉像から電子波の位相情報を再生させる電子線ホログラフィーの詳細については、例えば非特許文献１に開示されている。
＜干渉顕微鏡像の作成＞
従来の１段電子線バイプリズム干渉計の光学系の例を図１２に示す。電子源もしくは電子銃１で発生された電子線は、光軸２上の照射光学系４を経て試料３に照射される。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、中央極細線電極９と接地された一対の平行平板型接地電極９９とで構成される１段の電子線バイプリズムを、光軸２上でかつ対物レンズ５と試料の像面７１との間に配置している。１１は対物レンズにより結像された光源の像を示している。
【０００７】
中央極細線電極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１２では中央極細線電極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）と試料の無い側を透過した電子線（参照波２３：図１２では中央極細線電極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。すなわち、試料３が物体波２１の波面に与える位相変化が、重畳された干渉縞の変調として記録される。試料３と中央極細線電極９の位置あわせには、試料の微動機構だけでなく、電子線バイプリズムの移動機構、回転機構も十分に活用する。それによって図１２に示したごとく、物体波２１と参照波２３が光軸２の左右に分割することが可能となる。この操作は電子線干渉には一般的なオペレーション作業のひとつであり、本発明においても実施されることを前提としている。１段電子線バイプリズム干渉計では、干渉顕微鏡像中の左右に極細線電極９の端で発生した回折波によるフレネル縞が含まれている。これは一般にコントラストが強く、縞間隔は広いものから狭いものまで幅広い空間周波数帯域に分布するため、干渉顕微鏡像にとっては最も問題となるアーティファクトの源である。そのため、干渉像の位相情報を抽出する画像処理時に除去する、もしくは電子光学系に工夫を施し発生させないことが望ましい。
【０００８】
図１３に、極細線電極の端からのフレネル縞が重畳されない干渉顕微鏡像の作成方法、電子線バイプリズムを上下２段に用いる２段電子線バイプリズム干渉光学系を示す。上段の電子線バイプリズムの極細線電極９１を試料の像面７１に配置し、下段の電子線バイプリズムの極細線電極９３を第１結像レンズ６１の下方でかつ上段の電子線バイプリズム極細線電極の陰の領域（濃いグレーで示した領域）に配置する。上下段の各電子線バイプリズム９１、９３はいずれも接地された一対の平行平板型接地電極９９を有している。
【０００９】
伝播方向に対する偏向は電子線バイプリズムの特性上、光軸２に対して対称に成されるため、上段の電子線バイプリズム９１の下側の第１結像レンズ６１による物体波２１と参照波２３のクロスオーバー（光源の像）１２１は、光軸２から同一距離だけ離軸して結像される。１２２は第１結像レンズ６１下側のクロスオーバーの分離された虚像を示している。
【００１０】
上段の電子線バイプリズム極細線電極９１の端から発生したフレネル縞は像面７２すなわち観察・記録面では収束し、下段の電子線バイプリズム極細線電極９３は、上段の電子線バイプリズム極細線電極９１の陰の領域に配置されているので、フレネル縞はそもそも発生しない。さらに、この２段電子線バイプリズム干渉計では、各々のバイプリズムにより、物体波２１と参照波２３の重畳する空間の大きさと二波の相対的な伝播角度を制御することが可能であり、干渉顕微鏡像３２にとって重要なパラメータの干渉縞間隔と干渉領域幅とをほぼ任意に制御可能となる。
【００１１】
なお、干渉縞間隔と干渉領域幅とをほぼ任意に制御可能な２段電子線バイプリズム干渉光学系については、特許文献１や非特許文献２に詳細に開示されている。
＜位相情報の抽出：フーリエ変換法＞
次に、干渉顕微鏡像に記録された位相情報を抽出する方法について説明する。位相情報の抽出方法は、ホログラフィーの像再生法としてレーザー光が用いられていたが、近年のコンピュータ技術の発達に伴って、計算機を用いた画像処理の一環として行われるようになった。中でも、レーザー光学系による再生方法をそのまま計算機上に移し変えたフーリエ変換法が主流を占めている。
【００１２】
図１４にこの再生手順を示す。図１４の（Ａ）は干渉顕微鏡像、（Ｂ）は（Ａ）のフーリエ変換像である。図１４の（Ｂ）で、像の中心部にある白い分布が試料像のパワースペクトル３５であり、縞と直交する方向（左右）にある２つのサイドバンド３６が、位相情報を含んでいる再生波（１次回折波）とその共役波（−１次回折波）である。この２つのサイドバンド３６のいずれか一方を選択し、画像の中心部に移動させた像が図１４の（Ｃ）である。図１４の（Ｃ）をフーリエ逆変換し、計算結果の実部と虚部より、それぞれ振幅分布像（図１４の（Ｄ））と位相分布像（図１４の（Ｅ））を得ることができる。位相分布像を干渉顕微鏡像として明示する場合には、改めて参照波を与えて干渉像とし、例えば、図１４の（Ｆ）の様に位相分布を別方向の等位相線で表示する場合もある。いずれにしてもフーリエ変換法では、フーリエ変換像（図１４の（Ｂ））で試料像のパワースペクトル３５とサイドバンド３６の分離を行う必要があり、干渉縞の間隔が再生像（振幅分布、位相分布とも）の空間分解能を決定する。
＜縞走査法＞
電子線による干渉顕微鏡像は、像と干渉縞から構成されているため縞解析の手法が利用可能であり、原理的にフーリエ変換法とは異なる位相情報抽出法（縞走査法、モアレ法など）が可能である。とりわけ、物体波と参照波の相対位相差を利用して干渉縞の位相をコントロールする縞走査法は、再生像の空間分解能が干渉縞間隔に依存しない点で高分解能化が可能な方法である。縞走査法については、例えば、特許文献２、特許文献３、非特許文献３、非特許文献４に詳細に記載されている。
【００１３】
縞走査法の原理は、物体波と参照波の相対位相差を（２π）/ＭずつずらしながらＭ枚の干渉顕微鏡像を記録し、その複数の画像のｍ番目の強度分布をＩ（x,y;m）とするとき、式（１）および式（２）に基づき物体波の位相分布Φ（x,y）、振幅分布Ａ（x,y）を得るものである。
【００１４】
【数１】
2010198985.tif 000003
【００１５】
【数２】
2010198985.tif 000004
【００１６】
相対位相差の変調に付随するコントラストの変調（正弦曲線）を決定しなければならない関係から、画像数Ｍは３以上という制限がある。
【００１７】
電子線干渉顕微鏡像の様に画像中に基本干渉縞が存在する場合には、式（１）は少し変更され、式（３）のごとくとなる。
【００１８】
【数３】
2010198985.tif 000005
【００１９】
ここで、Rxは基本干渉縞の空間周波数（搬送空間周波数）で、干渉縞はx軸方向に配列していると仮定した表記である。基本干渉縞は両電子波の相対角度に起因したもので、位相分布としてはx軸方向に直線的な傾斜を表わしており、補正することは容易である。
【００２０】
次に、縞走査法の手順を図１５に示す。図１５の（Ａ）は１枚目の干渉顕微鏡像、（Ｂ）は（Ａ）の干渉像から物体波と参照波の相対位相差を2π/3だけずらした２枚目の干渉顕微鏡像、（Ｃ）は（Ｂ）の干渉像よりもさらに相対位相差を2π/3（（Ａ）からは4π/3）だけずらした３枚目の干渉顕微鏡像である。これら３枚の干渉顕微鏡像について、それぞれ式（３）および（２）に基づく画像処理を施すことによって振幅分布像Ａ（x,y）と位相分布像Φ（x,y）を得ることができる。使用する干渉顕微鏡像の枚数は、この図１５の例の様に３枚の場合が最少枚数で、３枚以上であれば枚数には依存しない。図１５の（Ａ）での干渉縞と干渉縞の間を埋める干渉縞を持つ干渉顕微鏡像（図１５の（Ｂ）および（Ｃ））を利用することから、この方法による空間分解能は干渉縞間隔には依存せず、高分解能化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００５−１９７１６５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ ０１／７５３９４ Ａ１
【特許文献３】特開平１１−１５３５９号公報
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】A. Tonomura： Electron Holography, 2nd ed. (Springer, Heidelberg. Germany, 1999), Chapter 5.
【非特許文献２】Ken Harada, Akira Tonomura, Yoshihiko Togawa, Tetsuya Akashi and Tsuyoshi Matsuda： Applied Physics Letters, "Double-biprism electron interferometry", Vol. 84, (2004), PP 3229-3231
【非特許文献３】Q. Ru, J. Endo, T. Tanji and A. Tonomura： Applied Physics Letters, "Phase-shifting electron holography by beam tilting", Vol. 59, (1991), PP 2372-2374.
【非特許文献４】Ken Harada, Keiko Ogai and Ryuichi Shimizu： Journal of Electron Microscopy, "The Fringe Scanning Method as Numerical Reconstruction for Electron Holography", Vol. 39, (1990), PP 470-476.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
図１５に示した従来の縞走査法は、干渉像作成過程において物体波と参照波の相対位相差を制御しなければならず、その上で干渉顕微鏡像の観察・記録を行い、そのときの相対位相差を既知とした上で位相情報を抽出することから、干渉顕微方法としてはフーリエ変換法よりも高度な作業が必要とされる。そのため、一般的に普及するには至っていない。とりわけ、電子光学系においては、物体波と参照波の相対位相差を高精度に制御する方法が実用化されておらず、試料の位置を移動させて記録後の画像処理によりその位置の移動を補正する方法、電子線バイプリズムを光軸および極細線電極の双方に垂直な方向（図１３では紙面の左右方向）に移動させる方法、電子線の試料への入射角度を電子線バイプリズムが電子線に与える偏向と電子光学的に同じ平面内で変化させる方法などが試行されている程度である。
【００２４】
電子線干渉計において縞走査法を実現しようとする場合、物体波と参照波の相対位相差のみに変調を加える方法が必要となる。しかし、前述のとおり試行されている方法は２，３あるものの、高精度に実用化に至っている手法はない。
【００２５】
すなわち、従来の縞走査法には例えば、下記のようなものがあり、夫々問題点があった。  
従来法１：試料の位置を移動させて記録後の画像処理によりその位置の移動を補正する。この方法は、電子顕微鏡の試料微動機構を利用でき、試料ドリフトを制御できれば（実際には難しい）精度はナノメートル以下が期待できるが、干渉像取得後に試料の位置を合わせる画像処理が必要となり実時間性に欠ける。
【００２６】
従来法２：電子線バイプリズムを光軸および極細線電極の双方に垂直な方向に移動させる。この方法では、電子線バイプリズムに試料微動機構と同程度の微動精度が要求されるが、一般の電子線バイプリズム装置はその要求レベルを満足していない。
【００２７】
従来法３：電子線の試料への入射角度を電子線バイプリズムが電子線に与える偏向と電子光学的に同じ平面内で変化させる。この方法では、電子線が光軸からずらされることを前提としており、高分解能像観察などにおいては取得する像ごとに像に含まれる収差の影響が異なる。そのため、要求される分解能や干渉顕微鏡像の観察目的によっては方法そのものが不適当となる。また、実験条件（高分解能観察やローレンツ像観察）によって必要となるフォーカスはずれ量は、試料への入射電子線が傾斜している場合には投影像の位置の変化を伴うため、（１）と同様の事後の画像処理を必要とする。
【００２８】
さらに、上記（１）から（３）の従来の方法を図１２に示した従来型の電子線干渉計で実行した場合には、干渉像に重畳されたフレネル縞も同時に変化してしまうため、その変化分が新たなアーティファクトとして再生像に含まれ、縞走査法の原理から期待されるほどの精度が得られないという欠点を持っている。
【００２９】
以上のことから、電子線干渉計において縞走査法を実施するのに有効な物体波と参照波の相対位相差を制御する方法・手段、そのための装置は未だ実現されていないのが実情であった。
【００３０】
本発明の目的は、縞走査法を実施するのに必要な試料の像を動かさずにとその像に重畳された干渉縞の位置を物体波と参照波との相対的な位相差を高精度に制御することが出来る電子線干渉装置、および電子線干渉顕微方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は以上の問題点に鑑み、電子線干渉計測法における縞走査法を実用化するためになされたもので、物体波と参照波の相対位相差を高精度に制御する方法・手段に関するものである。とりわけ、２段電子線バイプリズム干渉計における実施を念頭においている。物体波と参照波の相対位相差を高精度に制御する原理は、物体波と参照波のクロスオーバー（光源の像）を光軸に対して非対称な位置に配置する点にある。
【００３２】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。すなわち、本発明は、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対物レンズおよび複数のレンズから構成される結像レンズ系と、前記試料像を観察あるいは記録するための画像記録装置を有する電子線装置であって、前記電子線の光軸に沿い、前記試料の配置される位置より該電子線の進行方向の下流側、かつ、前記結像レンズ系に属する1つもしくは複数のレンズを介した前記試料の像面位置に、第１の電子線バイプリズムが配置され、前記電子線の光軸に沿い、かつ、前記第１の電子線バイプリズムよりも前記電子線の進行方向の下流側に、第２の電子線バイプリズムが配置され、前記結像レンズ系に属する少なくとも１つのレンズを介した前記試料の像面位置に、電子線偏向器が配置されていることを特徴とする。
【００３３】
次に、本発明の縞走査法により、二波の相対位相差を制御する原理を、図１（図１Ａ、図１Ｂ）を用いて具体的に説明する。図１Ａは、光軸２に対して対称な位置に置かれた２つの光源１０による干渉縞８の作成の様子を示している。２つの光源１０は、例えば電子線バイプリズムによって分離・偏向されたクロスオーバー（前記図１３中の１２１に相当）がこれに当る。図１Ａでは干渉縞８を観察する位置が試料の像面７１であることを明確にするため、試料の像３１を表す矢印を像面に記載している。２つの光源１０が像面７１上に成す角度をγ、電子線の波長をλとするとき、干渉縞間隔ｓは、式（４）のごとく表される。そして、２つの光源１０が光軸２に対して対称位置に存在するときには、干渉縞８は光軸に対して左右対称に現れる。
【００３４】
【数４】
2010198985.tif 000006
【００３５】
図１Ｂには、２つの光源１０からの電子線に対して像面７１にて角度ζの偏向を与えた場合の干渉縞８の作成の様子を示す。２つの光源１０は、図１Ｂ中ではそれぞれＤζだけ図中右側に移動し非対称となっている（後述する図２中の１２１に相当）。Ｄはクロスオーバー面から像面７１までの距離である。２つの光源１０間の距離Ｄγは偏向が加えられる前（図１Ａ）と変化していないため、近軸近似の成立する範囲内では干渉縞間隔sは式（４）から変更はない。但し、光源１０から像面７１までの幾何光学距離（r1、r2）は、それぞれの光源で異なるため、干渉縞８は光軸２に対して非対称となる。そのときの干渉縞８の位相のずれ量をΔψとすると、式（５）のごとく各光源１０からの電子線へ与えられた偏向角度ζの関数にて表される。
【００３６】
【数５】
2010198985.tif 000007
【００３７】
このとき、干渉縞８を観察している面が、試料の像面７１にあれば、電子線に与えられた偏向は伝播角度に関するもののみであるため、試料像３１は全く変化しない。すなわち、電子線への偏向角度ζを制御することによって、干渉顕微鏡像中の干渉縞８だけを移動させることが可能となる。
【００３８】
改めて、図２により本発明の縞走査法の原理に基く２段電子線バイプリズム干渉光学系に関して説明する。なお、図２以降の図においては、図３Ａを除き、電子線バイプリズムに関しては、偏向器の一例を示す平行平板電極との混同を避けるため、中央極細線電極のみを記載し中央極細線電極の両側の接地電極９９の作図を省略する。
【００３９】
図２に示した２段電子線バイプリズム干渉光学系では、試料の像面７１に上段の電子線バイプリズム９１が配置され、さらに、可変電源に接続された一対の電子線偏向器９５が試料の像面位置に配置されている。この電子線偏向器９５は、電界もしくは磁界の作用で電子線に偏向を与えるように動作する。
【００４０】
この２段電子線バイプリズム干渉光学系おいては、試料の像面７１に配置された上段の電子線バイプリズム９１により、ここで物体波２１と参照波２３が空間的にも伝播方向においても分離される。しかし、上段の電子線バイプリズム９１の下側の第１結像レンズ６１による物体波２１と参照波２３のクロスオーバー（光源の像）１２１は、光軸２から同一距離だけ離軸して結像される。
【００４１】
ここで、試料の像面７１にて物体波２１と参照波２３の両電子波に対して電子線偏向器９５により同一の偏向（角度ζ）が加えられると、それに伴って両波のクロスオーバー１２１（光源の像）は、光軸２から同じ方向に同じ距離だけ移動する。従って、光軸２に対して非対称な伝播角度を持つ物体波２１と参照波２３が作成される。なお、１１２は対物レンズ５の下側のクロスオーバーの分離された虚像を示している。図２で示したとおり、光軸２に対して非対称な２つの光源１２１から像面７２までの幾何光学距離は異なり、結果として物体波２１と参照波２３の相対的位相差は電子線偏向器９５による偏向角度に依存する。これが、本発明の立脚する二波の位相差をコントロールする原理である。
【００４２】
本発明の方法では、試料の像面７１にて二波に偏向を与えるため像への偏向の影響はなく、クロスオーバー１２１の位置のみが非対称となり、二波に相対位相差を与えるのみである。また、偏向作用は対物レンズ５を透過した後に加えられるため、取得する画像ごとに対物レンズ５の収差の影響が異なる問題点も回避されている。
【００４３】
二波に偏向を与える電子線偏向器９５の設置位置は試料の像面であれば良く、図２の位置に限定するものではない。すなわち、２段電子線バイプリズム干渉計における上段の電子線バイプリズム９１と電子線偏向器９５とは上下に分割配置してもかまわないし、図２のごとく一致させることも可能である。これにより、以下の実施例において説明する電子光学系の構成が考えられる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、物体波と参照波の相対的な位相差を高精度に制御することが可能となり、干渉顕微鏡像として記録される試料の像とその像に重畳された干渉縞との相対的な位置関係を、試料の像を変化させること無く高精度に制御できる。
【００４５】
具体的には、２段電子線バイプリズム干渉計により干渉顕微鏡像を作成した後、試料の像面に配置した偏向器を用いて電子線の伝播角度を偏向する。偏向器は像面位置に配置されているため、観察・記録面で試料像の位置が移動することはない。また、先述の（従来法２）の様な装置の機械的な移動を伴わず電子線への電磁力による偏向作用を利用するため、十分に高精度な制御が可能となる。電子線の偏向に立脚する点は先述の（従来法３）の方法と同じであるが、対物レンズよりも電子線の進行方向の下流側で偏向を与えることにより、対物レンズの球面収差の影響を回避できる。さらに２段電子線バイプリズム干渉計を利用するためフレネル縞は発生せず、再生像へのフレネル縞の影響は回避される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】本発明における干渉縞の走査原理を示す模式図であり、光軸に対称な２つの光源により干渉縞を作る様子を示している。
【図１Ｂ】本発明における干渉縞の走査原理を示す模式図であり、光軸に対して非対称な２つの光源により干渉縞を作る様子を示している。
【図２】本発明の原理に基く、２段電子線バイプリズム干渉光学系を示す模式図である。
【図３Ａ】本発明の各実施例の光学系が適用される電子線干渉装置のシステム構成例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の各実施例の光学系が適用される電子線干渉装置の情報処理関係システムの機能の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例になる光学系の模式図である。
【図５】第１の実施例になる光学系を用いて縞走査法を実施するための手順を示すタイムチャートおよび各手順における干渉像を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例になる光学系の模式図である。
【図７】本発明の第３の実施例になる光学系の模式図である。
【図８】本発明の第４の実施例になる光学系の模式図である。
【図９】本発明の第５の実施例になる光学系の模式図である。
【図１０】本発明の第６の実施例になる光学系の模式図である。
【図１１】電子線バイプリズムと電子線バイプリズムによる電子線の偏向を示す模式図である。
【図１２】従来の１段電子線バイプリズム干渉計の光学系を示す模式図である。
【図１３】従来の２段電子線バイプリズム干渉計の光学系を示す模式図である。
【図１４】フーリエ変換法による位相情報抽出画像処理（像再生）法の各手順（Ａ）〜（Ｆ）における像を示す模式図である。
【図１５】縞走査法により取得する１枚目〜３枚目の干渉顕微鏡像の縞の位置関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
＜電子線装置＞
図３Ａに、本発明の縞走査法を実施するのに適した電子線装置の全体の構成例を模式的に示す。図３Ａは、本発明を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、本発明はこの模式図に記載の形態に限るものではない。
【００４８】
図３Ａにおいて、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、電子線は加速管４０にて所定の速度にされた後、照射光学系（第１照射（コンデンサ）レンズ４１、第２照射（コンデンサ）レンズ４２）を経て試料保持装置（図示略）に載置された試料３に照射される。試料３を透過した電子線は、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よりも電子線の進行方向下流側の複数の結像レンズ系（第１結像レンズ６１、第２結像レンズ６２、第３結像レンズ６３、第４結像レンズ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。その像はＣＣＤカメラなどの画像観察・記録媒体７９及び画像観察・記録媒体の制御ユニット７８を通じて、画像記録装置７７に記録される。７６は画像観察・記録装置のモニタ（ＧＵＩ機能付き）を示している。
【００４９】
上段の電子線バイプリズム９１は対物レンズ５の下流側に、電子線偏向器９５は第１結像レンズ６１の下流側に、そして、下段の電子線バイプリズム９３は第２結像レンズ６２の下流側に位置している。ただし、これら上段の電子線バイプリズム９１と、下段の電子線バイプリズム９３と、電子線偏向器９５の位置関係は一例であり、後述のとおり様々に変更可能である。
【００５０】
なお、図３Ａ中では電子線装置（以下、特に区別する必要の無いときは単に装置）全体の構成と制御系統を示すことが目的のため、複数の電極から構成される電子線バイプリズム９１、９３、および電子線偏向器９５は、枠でまとめてそれぞれの制御系（第１の電子線バイプリズムの制御ユニット９８、第２の電子線バイプリズムの制御ユニット９７、電子線偏向器の制御ユニット９６）への接続を示している。
【００５１】
また、電子源１、加速管４０への印加電圧、試料３の位置と傾斜角度、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、装置全体を制御する情報処理装置であるコンピュータ５１でコントロールされている。すなわち、装置は、コンピュータ５１及びこれに接続された各ユニットの装置の制御系である電子源の制御ユニット１９、試料の制御ユニット３９、第２照射レンズの制御ユニット４７、第１照射レンズの制御ユニット４８、加速管の制御ユニット４９、対物レンズの制御ユニット５９、第４結像レンズの制御ユニット６６、第３結像レンズの制御ユニット６７、第２結像レンズの制御ユニット６８、第１結像レンズの制御ユニット６９、などにより制御される。
【００５２】
制御系コンピュータ（情報処理装置）５１は、演算手段、メモリやストレージ装置等の記憶手段、及び入出力装置５３を備えている。入出力装置５３はモニタ５２を含み、装置を制御して試料を観察するために必要な制御パラメータや観察条件等をユーザーが入力するＧＵＩ機能を備えている。記憶手段には、装置の観測条件探索あるいは動作制御のために必要となる各種パラメータなどの情報が格納される。例えば、電子線偏向器の制御ユニット９６を制御して干渉縞を移動させるのに必要な偏向量のパラメータの値をテーブル化したもの等が情報格納用のメモリに記録されている。更に、上記の情報の探索あるいは装置の制御を実行するための各種のソフトウェアがプログラム格納用の記憶手段に格納されており、演算手段によりこれらのソフトウェアが実行される。
【００５３】
図３Ｂに、本発明の特徴に関係する主な機能及び記憶手段の構成を示す。情報処理装置５１は、２段電子線バイプリズムによる干渉顕微鏡像生成機能５１１、電子線偏向制御機能５１２、位相・振幅演算処理機能５１３、画像処理機能５１４の各機能を備えている。情報格納用のメモリ５１５には、干渉縞の間隔や干渉領域幅をコントロールするためのデータや偏向量のパラメータの値が保持されている。２段電子線バイプリズムの制御ユニット９７、９８や電子線偏向器の制御ユニット９６、及び画像記録装置７７を制御して装置本体１００で縞走査法を実行し、画像観察・記録媒体７９で得られた像のデータを位相・振幅演算処理機能５１３、画像処理機能５１４を用いて画像処理し、測定結果や演算処理の結果を入出力装置５３のモニタ５２に表示する。なお、図３Ｂに示した情報処理装置５１の機能は一部の機能の例を示すものであり、装置全体を制御する各種のソフトウェアの有する他の機能と組み合わせて実現されるものである。
【００５４】
すなわち、実際の装置ではこの模式図で示した構成要素の他に、電子線の進行方向を変化させる偏向系（像を得るための通常の使用法による）、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、それらの構成要素もまたコンピュータ５１に接続された制御系（装置制御ユニット）でコントロールされている。しかし、これらの装置は本発明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が、真空排気系についても本発明とは直接の関係がないため割愛する。
【００５５】
以下、本発明を実施するための具体的な構成及び方法を説明する。ここでは説明の都合上、電子線バイプリズム、電子線偏向器はともに電界型のものを想定して議論を進めるが、これは本発明の本質とは関係なく、電子線バイプリズム、電子線偏向器ともに、あるいはどちらか一方が磁界型のものであっても何ら問題はない。
＜実施例１＞
図４に本発明の第１の実施例になる光学系の模式図を示す。これは図１および図２で説明した本発明の原理をそのまま電子顕微鏡にて実現する場合の光学系の構成例である。すなわち、上段の電子線バイプリズム９１は対物レンズ５による試料の像面（第１結像レンズの物面）７１に配置され、偏向器９５は第１結像レンズ６１の像面（第２結像レンズの物面）７２に配置され、下段の電子線バイプリズム９３は第２結像レンズ６２の電子線の進行方向下流側で上段の電子線バイプリズム９１による陰の領域（濃いグレーで示した領域）に配置されている。
【００５６】
上段の電子線バイプリズム９１は第１の電子線バイプリズムの制御ユニット９８により印加電圧が制御され、下段の電子線バイプリズム９３は第２の電子線バイプリズムの制御ユニット９７により印加電圧が制御され、偏向器９５は電子線偏向器の制御ユニット９６により印加電圧が制御される。
【００５７】
なお、上段の電子線バイプリズム９１と下段の電子線バイプリズム９３と偏向器９５とによる電子線の偏向角度は、それぞれ独立に制御できるように構成されている。
【００５８】
第１の電子線バイプリズム９１により分離された物体波２１と参照波２３が作るクロスオーバー１２１が、図１での２つの光源１０に相当する。第１結像レンズ６１下側の両波のクロスオーバー１２１は、光軸２に対して対称に位置しているが、第１結像レンズ６１による試料の像面７２にて電子線偏向器９５により両波に偏向が加えられると、第２結像レンズ６２下側の物体波２１と参照波２３のクロスオーバー１３１は、光軸２に対して非対称となる。この光源１３１の光軸２に対する非対称配置が、物体波２１と参照波２３の相対位相差を作り出す原因である。なお、３３は第２結像レンズ６２により結像された試料の像、７３は第２結像レンズ６２による試料の像面、１３２は第２結像レンズ６２の下側のクロスオーバーの分離された虚像を示している。
【００５９】
電子線偏向器９５により像面７２にて加えられた偏向角度と両クロスオーバー１３１の光軸２からの離軸距離にはリニアな関係があるため、偏向角度によって、物体波２１と参照波２３の相対位相差が制御される。
【００６０】
本発明における電子線偏向器９５を備えた第１の実施例を用いて、縞走査法を実施する際の手順について説明する。
【００６１】
（１）電子顕微鏡像を得る様に電子顕微鏡を調整する。
【００６２】
オペレータは、制御系コンピュータ５１の画像観察・記録装置のモニタ７６や入出力装置５３のモニタ５２を介して、電子顕微鏡の光学系や試料位置を調整し所定の電子顕微鏡像が得られるように調整する。予め試料の観察条件が分かっている場合、与えられたパラメータに基き伴って装置が自動的に観察条件を調整するようにしても良い。
【００６３】
（２）試料の観察位置と参照波２３を透過させる位置（もしくは空間）を確保する。本発明が基礎を置く波面分割型の干渉計では試料の影響を受けない参照波が必要となるので、オペレータは、参照波の透過する十分な広さの領域が確保されるように、装置の状態を設定する。そのためには、電子線バイプリズムの位置の移動機能や回転機能を用いる。予め試料の観察条件が分かっている場合、与えられたパラメータに基き伴って装置が自動的に観察条件を調整するようにしても良い。
【００６４】
（３）干渉顕微鏡像として観察・記録を行う干渉縞間隔ｓと干渉領域幅を定め、それらが得られる様に上下段の両電子線バイプリズム（９１、９３）に印加する電圧を調整する。
【００６５】
すなわち、オペレータが入出力装置５３のモニタ５２を介して、試料の観察に適した干渉縞間隔ｓと干渉領域幅を設定し、それらのデータは情報格納用のメモリに記録される。予め干渉縞間隔ｓや干渉領域幅がパラメータとして与えられている場合、そのパラメータに基き伴って装置が自動的に観察条件を調整するようにしても良い。
【００６６】
制御系コンピュータ５１は、設定された観察条件に基き、２段電子線バイプリズムによる干渉顕微鏡像生成機能５１１及び画像処理機能５１４を実行し、干渉顕微鏡像を生成し、入出力装置５３のモニタ５２に表示する。
【００６７】
ここまでは、従来の２段電子線バイプリズム干渉計と同じ取り扱いである。
【００６８】
（４）次に、電子線偏向制御機能５１２が、電子線偏向器の制御ユニット９６を制御して電子線偏向器９５により、電子線を偏向させる。このとき、電子線偏向器９５による偏向と両電子線バイプリズム（９１、９３）による電子線の偏向は、光軸２を含む電子光学的に同一平面であるように調整されている。また、偏向の方向は正負どちらの方向でもよい。例えば図４中では向かって右方向に偏向されているが、左右どちらの方向でもかまわない。得られた干渉縞８は、画像処理機能５１４を経て画像観察・記録装置のモニタ７６もしくは入出力装置５３のモニタ５２に表示される。
【００６９】
（５）オペレータは、表示された干渉縞８中の１本に着目し、その縞がちょうど縞間隔１本分（長さｓ）だけ移動するまで、入出力装置５３を介して電子線偏向器の制御ユニット９６を制御し、偏向器９５により電子線に偏向を加える。例えば、電界型偏向器の場合、最初の制御値すなわち偏向器の偏向板への印加電圧VBDはVpsだったとする（VBD = Vps）。この初期値Vpsは、パラメータとしてメモリに記録される。磁界型偏向器の場合も、同様にしてパラメータ値、例えば偏向コイルへの通電量が得られる。
【００７０】
（６）オペレータは、入出力装置５３のモニタ５２を介して縞走査法で用いる画像枚数ｍ（少なくとも３以上）を設定する。取得すべき画像枚数ｍが設定されると、この画像枚数ｍに基き、縞間隔ｓに対応する単位の制御値、すなわち、単位の印加電圧Vps/ｍを求めることができる。この情報はメモリに記録される。  
（７）次に、偏向器の偏向板への印加電圧VBDを、上記単位の印加電圧Vps/ｍごとに変化させながら電子線偏向器の制御ユニット９６を制御し、各々の印加電圧に対応する干渉顕微鏡像を記録する。  
（８）位相・振幅演算処理機能５１３により、得られたｍ枚の干渉顕微鏡像に対して、式（３）、および式（２）に基づく画像処理を施し、試料像の位相分布Φ（x,y）、振幅分布Ａ（x,y）を得る。この情報はメモリに記録され、入出力装置５３のモニタ５２に出力される。
【００７１】
図５に、制御系コンピュータ５１による縞走査法の制御のタイムチャート、すなわち電子線偏向器９５、両電子線バイプリズム（９１、９３）への印加電圧の変化の様子と、取得する干渉顕微鏡像の関係を示す。ここでは、取得画像枚数ｍ＝３の場合について説明する。
【００７２】
まず、図５の（ｉ）において、２段電子線バイプリズムによる干渉顕微鏡像生成機能５１１で制御された両電子線バイプリズム（９１、９３）への印加電圧VBP1、VBP2とし、偏向器の偏向板への印加電圧VBD =０として、干渉顕微鏡像を定める。
【００７３】
次に、（ii）において、偏向器の偏向板への印加電圧VBDを連続的にあるいはステップ状に増加させる。そして、印加電圧VBD =０の干渉顕微鏡像における１本の干渉縞がちょうど縞間隔ｓだけ移動する偏向器の偏向板への印加電圧VBDを求める。  
さらに、（iii）において、電子線偏向制御機能５１２で偏向器の偏向板への印加電圧をステップ状に順次変更する。そして、例えば、VBD = Vps/３にて干渉像Ａを、VBD = ２Vps/３にて干渉像Ｂを、VBD = Vpsにて干渉像Ｃを取得し、それぞれメモリに記録する。
【００７４】
図５の（Ａ）は干渉像Ａ、（Ｂ）は干渉像Ａから干渉縞の相対位置をｓ/３だけずらした干渉像Ｂ、（Ｃ）は干渉像Ｂよりもさらに干渉縞の相対位置をｓ/３だけずらした干渉像Ｃである。
【００７５】
（iv）これら３枚の干渉顕微鏡像Ａ〜Ｃについて、位相・振幅演算処理機能５１３により、それぞれ式（３）および（２）に基づく画像処理を施すことによって、試料像の位相分布Φ（x,y）と振幅分布Ａ（x,y）を得ることができる。すなわち、図１４の振幅分布像（Ｄ）と位相分布像（Ｅ）に相当する像、および新たに干渉顕微鏡像（Ｆ）に相当する像を得ることができる。
【００７６】
縞走査法では、干渉縞の位置のみがずれた連続する３枚の画像が得られれば良いので、本発明における偏向器への印加電圧VBDは、例えば、（−Vps/３、０、Vps/３）、（５Vps/３、６Vps/３、７Vps/３）であってもかまわない。さらに、偏向作用と印加電圧がリニアな関係の範囲内であれば、縞の移動量は３枚ごとに繰り返されるので、印加電圧VBDは、（２Vps/３、６Vps/３、１１Vps/３）などの組み合わせであってもかまわない。
【００７７】
なお、図５に示した電子線偏向器９５、両電子線バイプリズム（９１、９３）への印加電圧のパターンは、あくまでも一例であり、試料の観察条件に応じて、各々独立に、任意の値に制御可能であることは言うまでも無い。
【００７８】
本発明の第１の実施例によれば、干渉顕微鏡像の干渉縞間隔、干渉領域幅が定まれば、観察・記録倍率などの光学系条件が定まり、同一の干渉顕微鏡を用いる限り操作パラメータは大きく変化することはない。すなわち、干渉縞を移動させるのに要する偏向量もほぼ一意に定まる。そのため、予め様々な干渉縞間隔、干渉領域幅について、干渉縞を移動させるのに要する偏向量（制御値）のパラメータVpsの値をテーブル化しておけば、上記操作での作業低減、あるいは縞走査法の自動化が可能となる。
【００７９】
本実施例では、偏向器の偏向板への制御値を変えて干渉顕微鏡像を取得し画像処理するという簡単な処理で、連続する少なくとも３枚の画像が得られる。図１４の例のような干渉顕微鏡像のフーリエ変換方式に比べて、干渉縞の間隔に制限されず高分解能化が可能となる。また、従来の縞走査法の課題であった、高精度な操作の必要性や対物レンズによる収差の影響の発生という問題も無い。さらに、１段バイプリズム干渉計での干渉像に重畳されたフレネル縞も同時に変化してしまうという問題も無いため、高精度な再生像を得ることが可能となる。
＜実施例２＞
図６に、本発明の第２の実施例を示す。この実施例は、実施例１における上段の電子線バイプリズム９１と電子線偏向器９５の位置を交換した構成である。すなわち、電子線偏向器９５が、対物レンズ５の像面７１に配置されている。  
第１結像レンズ６１の物面７１と像面７２とが入れ換わった状態であるが、一般に物面と像面の関係は光学的には等価であるため、実施例１と全く同様の効果が得られる。試料の像に対する上段の電子線バイプリズム９１の位置は、対物レンズ５と第１結像レンズ６１を経た像面７２の上であるため、試料の投影像の拡大には両レンズ５、６１を用いることが可能であり、高倍率高分解能での干渉顕微鏡に有利な光学系となる。
【００８０】
なお、制御系コンピュータ５１により縞走査法を実施する手順は、実施例１の場合と全く同様である。  
本実施例でも、従来の縞走査法の課題が解決され、高精度な再生像を得ることが可能となる。
＜実施例３＞
図７に、本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、図１３で説明した２段電子線バイプリズム干渉計としての干渉顕微鏡像が作成された第２結像レンズ６２の像面７３以降の像面（図７では第２結像レンズ６２の像面）に、偏向器９５を配置した例である。作図の都合上、偏向器９５より下側のレンズ、および二波の伝播の様子を記載していないが、二波の作るクロスオーバーが光軸非対称となる様子は、偏向器上部に虚像１３２として示している。すなわち、偏向器９５よりも下側の結像光学系を経た後に、先述までの例と同様に二波（２１、２３）に対する相対位相差を作り出せる光学系である。
【００８１】
なお、縞走査法を実施する手順は、＜実施例１＞の場合と全く同様である。  
本実施例でも、従来の縞走査法の課題が解決され、高精度な再生像を得ることが可能となる。
＜実施例４＞
図８に、本発明の第４の実施例を示す。電子線偏向器９５は第１結像レンズ６１の像面７２に配置されている。これは図７で説明した光学系において、下段の電子線バイプリズム９３と電子線偏向器９５との間に結像レンズを含まない光学系である。２段電子線バイプリズム干渉計としての干渉顕微鏡像（８と３１）が作成された第１結像レンズ６１による試料の像面７２において、電子線偏向器９５により、両電子線へ直接偏向作用を与える構成となっている。第２結像レンズ６２の下側のクロスオーバー１３１が光軸２に対して非対称な位置に配置されている。本実施例においては、下段の電子線バイプリズム９３と偏向器９５が全く独立に操作可能であることは言うまでもない。
【００８２】
なお、縞走査法を実施する手順は、＜実施例１＞の場合と同様である。  
本実施例でも、従来の縞走査法の課題が解決され、高精度な再生像を得ることが可能となる。
＜実施例５＞
図９に、本発明の第５の実施例を示す。この実施例では、上段の電子線バイプリズム９１と電子線偏向器９５の偏向作用を合わせ持たせた装置（偏向器を兼ね備えた電子線バイプリズムシステム）９４を、対物レンズ５の像面７１に配置している。すなわち、本発明を実施するに当って、結像レンズの追加を必要としない構成である。言い換えれば、極細線電極の左右で電子線の偏向角度が異なる電子線バイプリズムを２段電子線バイプリズム干渉計の上段の電子線バイプリズム９１に用いることを想定している。１１１は、第１結像レンズ６１の上側のクロスオーバーの分離された虚像である。
【００８３】
このような電子線バイプリズムは、例えば、極細線電極の中央極細線径が左右で異なるものを用いる、もしくは、極細線電極の左右の平行平板接地電極９９の片側を外部電源に接続することにより電位をコントロール可能とし、横方向電界による偏向作用が電子線バイプリズムの偏向作用に重畳させられる構成とするなどの方法が考えられる。上段の電子線バイプリズムの中央極細線位置と電子線偏向器９５としての偏向位置が像面７１に一致させられること、および、上段の電子線バイプリズム９１と電子線偏向器９５の操作が独立に行えることは言うまでもない。
【００８４】
なお、縞走査法を実施する手順は、＜実施例１＞の場合と同様である。  
本実施例でも、従来の縞走査法の課題が解決され、高精度な再生像を得ることが可能となる。
＜実施例６＞
図１０に、本発明の第６の実施例を示す。これは下段の電子線バイプリズム９３と電子線偏向器９５の偏向作用を合わせ持たせた装置（偏向器を兼ね備えた電子線バイプリズムシステム）９４を、第１結像レンズ６１による試料の像面７２に配置する場合の構成である。すなわち、本発明を実施するに当って、結像レンズの追加を必要としない構成であることは、実施例４、実施例５と同様である。すなわち、実施例４で示した下段の電子線バイプリズム９３と電子線偏向器９５の機能を、どちらも損なうことなく合わせ持った装置（偏向器を兼ね備えた電子線バイプリズムシステム）９４を使用する実施例である。
【００８５】
実施例５と異なるのは、下段の電子線バイプリズム９３を第１結像レンズ６１による試料の像面７２の上方もしくは下方で（図１０では極細線電極は、像面の上方に描いている）、かつ上段の電子線バイプリズム極細線電極９１の陰の領域に位置させ、偏向器９５としての機能は第１結像レンズ６１による試料の像面７２に一致させている点である。すなわち、実施例５で述べた極細線電極の左右で電子線の偏向角度が異なる電子線バイプリズムの極細線電極が、偏向作用の働く位置よりも上方もしくは下方にずれていればよい。
【００８６】
なお、縞走査法を実施する手順は、＜実施例１＞の場合と同様である。  
本実施例でも、従来の縞走査法の課題が解決され、高精度な再生像を得ることが可能となる。
【００８７】
なお、全実施例を通して、磁界型電子線バイプリズムもしくは磁界型偏向器の場合は、上段の電子線バイプリズム９１、下段の電子線バイプリズム９３及び偏向器９５とが電子線に与える偏向が、本発明の各実施例で述べた電界の作用に代えて、磁界の作用により制御されることは言うまでもない。この場合、実施例１で述べた印加電圧の変更に代えて、電流値などの制御値を段階的、あるいは連続的に変化させることにより、電子線に与える偏向を制御すればよい。
【符号の説明】
【００８８】
１…電子源もしくは電子銃、１０…分離された光源の実像もしくは光源、１１…対物レンズにより結像されたクロスオーバーの像、１１２…対物レンズ下側のクロスオーバーの分離された虚像、１２…第１結像レンズにより結像されたクロスオーバーの像、１２１…第１結像レンズ下側のクロスオーバーの分離された実像、１２２…第１結像レンズ下側のクロスオーバーの分離された虚像、１３…第２結像レンズにより結像されたクロスオーバーの像、１３１…第２結像レンズ下側のクロスオーバーの分離された実像、１３２…第２結像レンズ下側のクロスオーバーの分離された虚像、１８…真空容器、１９…電子源の制御ユニット、２…光軸、２１…物体波、２２…電子線の波面、２３…参照波、２７…電子線の軌道、３…試料、３１…対物レンズにより結像された試料の像、３２…第１結像レンズにより結像された試料の像、３３…第２結像レンズにより結像された試料の像、３５…パワースペクトル、３６…サイドバンド、３９…試料の制御ユニット、４…照射光学系、４０…加速管、４１…第１照射（コンデンサ）レンズ、４２…第２照射（コンデンサ）レンズ、４７…第２照射レンズの制御ユニット、４８…第１照射レンズの制御ユニット、４９…加速管の制御ユニット、５…対物レンズ、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結像レンズ、６２…第２結像レンズ、６３…第３結像レンズ、６４…第４結像レンズ、６６…第４結像レンズの制御ユニット、６７…第３結像レンズの制御ユニット、６８…第２結像レンズの制御ユニット、６９…第１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結像レンズによる試料の像面、７３…第２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、８…干渉縞、８９…観察・記録面、９…電子線バイプリズム中央極細線電極、９１…第１の電子線バイプリズムの中央極細線電極、９３…第２の電子線バイプリズムの中央極細線電極、９４…偏向器を兼ね備えた電子線バイプリズムシステム、９５…電子線偏向器、９６…電子線偏向器の制御ユニット、９７…第２の電子線バイプリズムの制御ユニット、９８…第１の電子線バイプリズムの制御ユニット、９９…平行平板接地電極。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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