JP2000311644A - 走査型顕微鏡 - Google Patents

走査型顕微鏡

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JP2000311644A
JP2000311644A JP2000045975A JP2000045975A JP2000311644A JP 2000311644 A JP2000311644 A JP 2000311644A JP 2000045975 A JP2000045975 A JP 2000045975A JP 2000045975 A JP2000045975 A JP 2000045975A JP 2000311644 A JP2000311644 A JP 2000311644A
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Masayuki Maruo
雅之 丸尾
Tadashi Kitamura
正 北村
Seiji Morita
成司 森田
Masamichi Oi
將道 大井
Akira Yonezawa
彬 米澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査型顕微鏡において、回路段数を低減し、
低ノイズで、信号の遅れによる像歪みが小さく、さらに
コスト低減可能な走査偏向系を得る。 【解決手段】 走査型顕微鏡のプローブ走査制御に4象
限乗算DACを用い、これに回転角設定・補正だけでな
く直交補正、縦横比補正、連動比設定を行わせることに
より、任意の加速電圧やWDに対応する像の補正を容易
に行えるようにし、補正のための回路段数を減らすこと
でノイズ、コストを低減した走査型顕微鏡。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子ビームやイオン
ビーム等の1次荷電粒子線を試料表面に走査して生ずる
2次電子線、イオン線等を検出して画像を表示する走査
型荷電粒子線装置あるいは、プローブを試料表面に走査
して画像を表示する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の走査型電子顕微鏡走査制御回路の
一例を図4に示す。これは図7に示すような二段方式走
査型電子顕微鏡に用いられる制御回路の例である。図7
に示すような二段方式走査型電子顕微鏡においては、上
方から下方に向かう電子ビーム71はまず上段走査コイ
ル72により発生する前面から背面に向かう磁束Bによ
り曲げられ、次に下段走査コイル73により発生する背
面から前面に向かう磁束Bにより反対方向に曲げられ電
子ビーム軸が対物レンズの中心を通るようにして、対物
レンズ74にて集束され、試料に照射される。各走査コ
イルにおいて、走査コイルはX方向走査用と、Y方向走
査用とがある。走査コイルを電子源側から見た場合の走
査コイルの模式図を図5に示す。走査コイルには鞍型コ
イルが用いられることが多いが、簡単のため、矩形コイ
ルを図示してある。X方向走査コイル、Y方向走査コイ
ルに流す電流を変えることにより、電子ビームの走査状
態が変わる。X方向、Y方向各走査コイルにて作られる
電子源側から見た形状が電子ビーム軸がその中心を通る
正方形であり、又このX方向、Y方向が表示画面上のX
方向、Y方向と一致していることが望ましいが、実際は
例えば図5に示されるように、いびつになっている。こ
の様な場合、画面に映し出されるSEM像も像歪や回転
が生じてしまう。また、WDが可変である場合等対物レ
ンズ磁場強度に応じて回転角を補正する必要がある場合
もある。さらに上段と下段の走査コイルに流れる電流の
比すなわち連動比が適切でないと、電子ビームが対物レ
ンズの中心を通らないため、像歪みを生ずる。そこで、
回転角補正をしたり、像歪をなくすために各種補正回路
が設けられる。それらの補正回路は、図4においては、
回転角設定回路45、直交補正回路46、連動比設定回
路47、縦横比補正回路48等である。走査信号発生器
から発した、掃引信号Xo(t)、Yo(t)は各々加速
電圧連動回路、WD連動回路、倍率設定回路により適当
な大きさの信号に設定され、回転角設定回路の4象限乗
算DACにてX、Y信号が結合され回転角が設定され
る。乗算DACについての説明図を図6に示す。乗算D
AC61はアナログ入力端子とデジタル入力端子を持
ち、アナログ入力電圧にデジタル値を掛け合わせアナロ
グ出力電圧として出力する。4象限乗算DACは、正負
のアナログ入力電圧と正負のデジタルデータを乗算し、
適正な符号、大きさのアナログ出力電圧を得ることがで
きる。従って4象限乗算DACにより任意の回転角が設
定できる。図8において4象限乗算DACを用いてθ度
回転させる場合の回転角設定回路について説明する。入
力X0′、Y0′に対してθ度回転させる場合は図8
(c)に表される行列式を用いればよい。これを計算す
ると、出力X,Yは図8(b)のように表せる。よっ
て、図8(a)に示される4象限乗算DAC81、8
2、83、84に対し、デジタル入力として順にcos
θ、sinθ、−sinθ、cosθの値を与えてやれ
ばよい。この回転角設定回路は、磁場型対物レンズによ
る像の回転を補正するためにも用いられる。回転角設定
回路より出た信号は上下2段のコイルに分離される。次
に適当な大きさのX信号をY信号に付加すること等によ
り、X、Yの直交補正をおこなう。次に電子線を対物レ
ンズの中心付近に通過させて像歪みが最小になる様に、
連動比設定回路により上下のコイル電流の比を設定す
る。さらに縦横比補正回路により、像の縦横の長さを同
じにする。この様に各設定や、補正回路を機能ごとに個
別に設け、直列に接続して、走査信号を入力し、各走査
偏向コイルに所定の電流を供給していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この図4で示した従来
の回路例では、各回路の機能が単一化されており理解し
やすいが、加速電圧や、WD(対物レンズ頂面と試料と
の距離)の変化に伴い、像の直交度、歪み、縦横比が変
化する場合、単純なアナログ回路でこれらの補正を行う
ことは困難である。また回路の段数が多くなるため、像
ノイズや高速で走査した時の信号の遅れによる像歪みが
大きくなりやすい。またコストの点でも不利である。
【0004】この発明の目的は、走査型電子顕微鏡や、
走査型イオン顕微鏡の様に、直交するX、Y方向に一次
ビームを試料上に走査して、試料から発生する二次電子
線等を検出し像表示する装置に於いて、4象限乗算DA
Cに回転角補正、直交補正、縦横比補正のデータ設定す
ることで、像の回転補正のみならず、直交補正、縦横比
補正等を行うことにより、複数の加速電圧やWDに応じ
て、像の直交度、歪み、縦横比を精密かつ容易に補正可
能な走査偏向系を得ることである。また回路段数を低減
し、低ノイズで、信号の遅れによる像歪みが小さく、コ
スト低減可能な走査偏向系を得ることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】1)走査信号発生器から
出力されたX信号を複数の4象限乗算DAC;DXX及
びDXY に入力し、Y信号をDYX及びDYYに入力
して回 転角設定・補正を行う様にした走 査型顕微
鏡に於いて、回転角設定・補正とともに、それ以外の補
正に関する計算結果を該乗算DACに入力し、これらの
補正を該乗算DACにより行うようにする。
【0006】2)走査信号発生器から出力されたX信号
を複数の4象限乗算DAC;DXX及びDXY に入力
し、Y信号をDYX及びDYYに入力して回 転角設
定・補正を行う様にした、連動制御される2段の走査偏
向系を有する 走査型顕微鏡に於いて、1段目の走査
系を制御する4象限乗算DAC;DX−1X、DX−1
Y、DY−1X、DY−1Yと2段目の走査系を制
御する4 象限乗算DAC;DX−2X、DX−2
Y、DY−2X、D Y−2Yを設け、回転角設定・
補正と、それ以外の補正・設定に関する計 算結果を
該乗算DACに入力し、これらの補正を該乗算DACに
より行うよ うにする。
【0007】3)さらに倍率制御を行うための乗算DA
Cを設ける。
【0008】
【作用】走査信号発生回路からの走査信号をXo
(t)、Yo(t)としたとき、4象限乗算DAC;D
X,DY,DXX,DYX,DXY,DYYより構成さ
れた図2の回路に於いて走査コイルX、Yに流れる電流
IX,IYは、式(1)で表される。図2において〇の
中に+が入った記号は加算を示す。Gは走査コイルに続
く基準抵抗値等に依存する係数である。
【0009】
【数1】
【0010】DX、DYには、倍率設定データを入力す
る。
【0011】DXY等は、式(2)の様に、回転角設
定、直交補正、縦横比補正の項の積として展開可能であ
る。
【0012】
【数2】
【0013】式(2)右辺の各項に適切な値を設定する
ことにより、図4で示した様な、単機能回路を直列に接
続した従来例の走査系と同様に、回転角設定、直交補
正、縦横比補正を行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の荷電粒子線装置
に於いて、上下2段の走査コイルを制御する走査回路の
1実施例を示す。
【0015】走査信号発生器から発生した掃引信号Xo
(t)、Yo(t)は、乗算DAC;DX、DYに入力
し、倍率、加速電圧連動、WD連動の各設定がおこなわ
れて後、一部は上段の走査コイル1X、1Yを制御する
4象限乗算DAC;DX-1X、DY-1X、DX-1
Y、DY-1Yに入力し、もう一部は下段の走査コイル
2X、2Yを制御する4象限乗算DAC;DX-2X、
DY-2X、DX-2Y、DY-2Yに入力し、各々回転
角設定、直交補正、縦横比補正が行われた後、各走査コ
イルに所望の走査電流が流れる。各コイルに流れる電流
は、図1で示した回路図から明らかな様に式(1)と同
様に、式(3)、式(4)で求められる。Gは走査コイ
ルに続く基準抵抗値等に依存する係数である。
【0016】
【数3】
【0017】
【数4】
【0018】4象限乗算DACに入力すべきデータ:D
X-1X、DY-1X、DX-1Y、DY-1Y、DX-2
X、DY-2X、DX-2Y、DY-2Yを、式(5)、
式(6)の様に展開することができる。
【0019】
【数5】
【0020】
【数6】
【0021】このように展開することにより、右辺の各
項は画像と対応した、各項に下記した意味をもつことが
でき、画像をもとに適切な値を入力することによって、
各設定・補正ができることがわかった。すなわち、本方
法により、単機能の設定・補正回路を直列に接続した従
来の走査制御回路と全く同じ方法で、画像調整可能であ
ることを見いだした。
【0022】図1の実施例は、加速電圧やWDを大幅に
変え、それに伴い像の直交度、歪み、縦横比が変化した
場合に於いて、これらを補正できる値を入力・メモリー
することで容易に対応できる。また従来例に比し構成す
る回路の段数が少ないため、ノイズや高速走査時の歪み
が小さい像が得られ、コストも低減される。
【0023】図1の実施例は、WDが短い場合やインレ
ンズ方式等歪みを精度良く補正する必要がある場合に適
当であるが、歪みがそれほど大きくない場合には、DA
Cの数を少なくし、図3の様に構成することもできる。
連動比の設定は単純な連動比設定回路で行う。図1に比
し、さらにコストを低減することができる。
【0024】また、図1,2,3で示した4象限乗算D
AC;DX、DYには倍率設定データや、加速電圧やW
D変化に対応した倍率補正のためのデータを入力する。
たとえば、倍率設定データをGXY、WD変化に対応し
た倍率補正係数をL、加速電圧連動データを√(U/U
max)として、DX=GXY*L*√(U/Uma
x)を設定する。DYにはさらに、走査信号発生回路か
らのX信号、Y信号の大きさの違いを補正する係数を乗
算することができる。図1,2,3では4象限乗算DA
Cを用いたが倍率設定データー等は正負の値を設定しな
いため、2象限乗算DACで良い。
【0025】以上の実施例は走査型電子顕微鏡について
説明したが、電流制御・走査コイルのかわりに電圧制御
・静電走査板を用いる走査型イオン顕微鏡に於いても全
く同様に適応される。
【0026】また、プローブを試料表面に走査して画像
を表示するプローブ顕微鏡にも同様に適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明による走査型
顕微鏡は、走査制御系に複数の4象限DACを用い、回
転角設定のみならず、直交補正、連動比補正、縦横比補
正を行うことにより、加速電圧やWDを大幅に変えて設
定し、像の直交度、歪み、縦横比が変化した場合でも容
易に補正することができる。また回路段数を減らし、像
ノイズや高速時の像歪み、またコストを低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく走査型電子顕微鏡の二段方式走
査制御回路の一実施例である。
【図2】本発明に基づく走査型電子顕微鏡の走査制御回
路の一実施例である。
【図3】本発明に基づく走査型電子顕微鏡の二段方式走
査制御回路の一実施例である。
【図4】従来の走査型電子顕微鏡の二段方式走査制御回
路の一例である。
【図5】電子源側から見た場合の走査コイルの模式図で
ある。
【図6】乗算DACについての説明図である。
【図7】二段方式走査型電子顕微鏡の走査部の説明図で
ある。
【図8】4象限乗算DACを用いた回転角設定回路につ
いての説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 成司 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 大井 將道 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 米澤 彬 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走査信号発生器から出力されたX信号を
    複数の4象限乗算DAC;DXX及びDXY に入力
    し、Y信号をDYX及びDYYに入力して回転角設定あ
    るいは回転角補正を行う様にした走査型顕微鏡に於い
    て、 回転角設定・補正とともに、それ以外の補正に関する計
    算結果を該乗算DACに入力し、これらの補正を該乗算
    DACにより行うようにしたことを特徴とする走査型顕
    微鏡。
  2. 【請求項2】 走査信号発生器から出力されたX信号を
    複数の4象限乗算DAC;DXX及びDXY に入力
    し、Y信号をDYX及びDYYに入力して回転角設定あ
    るいは回転角補正を行う様にした、連動制御される2段
    の走査偏向系を有する走査型顕微鏡に於いて、 1段目の走査系を制御する4象限乗算DAC;DX-1
    X、DX-1Y、DY-1X、DY-1Yと2段目の走査
    系を制御する4象限乗算DAC;DX-2X、DX-2
    Y、DY-2X、DY-2Yを設け、回転角設定・補正
    と、それ以外の補正に関する計算結果を該乗算DACに
    入力し、これらの補正を該乗算DACにより行うように
    したことを特徴とする走査型顕微鏡。
  3. 【請求項3】 倍率を制御するための乗算DACを設け
    たことを特徴とする、請求項1又は2記載の走査型顕微
  4. 【請求項4】 走査信号発生器から出力されたX信号を
    複数の4象限乗算DAC;DXX及びDXY に入力
    し、Y信号をDYX及びDYYに入力して回転角設定あ
    るいは回転角補正を行う様にした走査型顕微鏡に於い
    て、 回転角設定・補正に対する補正値に、直交補正あるいは
    縦横比補正に関する補正値を加味した値を該乗算DAC
    に入力し、これらの補正を該乗算DACにより行うよう
    にしたことを特徴とする走査型顕微鏡。
  5. 【請求項5】 走査信号発生器から出力されたX信号を
    複数の4象限乗算DAC;DXX及びDXY に入力
    し、Y信号をDYX及びDYYに入力して回転角設定あ
    るいは回転角補正を行う様にした、連動制御される2段
    の走査偏向系を有する走査型顕微鏡に於いて、 1段目の走査系を制御する4象限乗算DAC;DX-1
    X、DX-1Y、DY-1X、DY-1Yと2段目の走査
    系を制御する4象限乗算DAC;DX-2X、DX-2
    Y、DY-2X、DY-2Yを設け、回転角設定・補正
    に、直交補正あるいは縦横比補正に関する補正値を加味
    した値、あるいは連動比設定値を加味した値を該乗算D
    ACに入力し、これらの補正を該乗算DACにより行う
    ようにしたことを特徴とする走査型顕微鏡。
JP2000045975A 1999-02-25 2000-02-23 走査型顕微鏡 Withdrawn JP2000311644A (ja)

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