JP2014093211A - Deflection device for charged particle beam and charged particle beam apparatus with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査透過電子顕微鏡(STEM)や走査電子顕微鏡(SEM)等の荷電粒子ビーム装置において用いられる荷電粒子ビームの偏向装置及びそれを備えた荷電粒子ビーム装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam deflecting device used in a charged particle beam device such as a scanning transmission electron microscope (STEM) or a scanning electron microscope (SEM), and a charged particle beam device including the same.
荷電粒子ビームとして電子ビームを用いた走査透過電子顕微鏡においては、集束された電子ビームを試料上で走査し、このとき試料を透過した透過電子を電子検出器により検出する。これによる透過電子の検出信号と電子ビームの走査信号とに基づき、STEM像の形成を行う。 In a scanning transmission electron microscope using an electron beam as a charged particle beam, a focused electron beam is scanned on a sample, and at this time, transmitted electrons transmitted through the sample are detected by an electron detector. A STEM image is formed based on the transmission electron detection signal and the electron beam scanning signal.
また、走査電子顕微鏡においては、集束された電子ビームを試料上で走査し、このとき試料から発生する2次電子又は反射電子等の被検出電子を電子検出器により検出する。これによる被検出電子の検出信号と電子ビームの走査信号とに基づき、SEM像の形成を行う。 In a scanning electron microscope, a focused electron beam is scanned on a sample, and at this time, detected electrons such as secondary electrons or reflected electrons generated from the sample are detected by an electron detector. Based on the detection signal of the detected electrons and the scanning signal of the electron beam, an SEM image is formed.
このような電子ビームを用いた電子顕微鏡においては、電子ビームを偏向し、これにより試料上で電子ビームを走査するための偏向装置を具備している。 An electron microscope using such an electron beam includes a deflecting device for deflecting the electron beam and thereby scanning the electron beam on the sample.
図1に、従来技術における偏向装置の一例(要部)を示す。同図に示すように、この偏向装置は、電子ビームを偏向するための偏向コイル53と、この偏向コイル53の一端側にSCAN電流(駆動電流)を供給するための演算増幅器56を備えている。演算増幅器56は、前段側のオペアンプ51と後段側のパワーアンプ52とからなる。
FIG. 1 shows an example (principal part) of a deflecting device in the prior art. As shown in the figure, the deflection apparatus includes a deflection coil 53 for deflecting an electron beam and an
演算増幅器56を構成するオペアンプ51の非反転入力端子(+)には、図示しないスキャンジェネレータから、正負最大振幅±5V程度の鋸歯状波からなるSCAN信号が供給される。これによるオペアンプ51からの出力信号はパワーアンプ52に供給される。
A non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 51 constituting the
パワーアンプ52は、当該出力信号を増幅し、これによる増幅後の信号(SCAN電流)を偏向コイル53の一端側に供給する。これにより、演算増幅器56から偏向コイル53に駆動電流が供給される。
The
また、偏向コイル53の他端側は、オペアンプ51の反転入力端子(−)に接続されている。オペアンプ51は、非反転入力端子(+)に入力されたSCAN信号と反転入力端子(−)に入力された偏向コイル53からの信号(フィードバック信号)との間で差異が生じないように出力信号を制御する。 The other end of the deflection coil 53 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 51. The operational amplifier 51 outputs an output signal so that there is no difference between the SCAN signal input to the non-inverting input terminal (+) and the signal (feedback signal) from the deflection coil 53 input to the inverting input terminal (−). To control.
さらに、偏向コイル53の他端側と基準電位となる接地配線(GND配線)との間には、粗倍率切替回路57が設けられている。この粗倍率切替回路57は、抵抗値の異なる複数の抵抗素子R1〜R4と、これら各抵抗素子R1〜R4のうちの何れか一つを選択可能な切替器55とを備えている。この切替器55は、抵抗素子R1に接続された開閉スイッチRY1と、抵抗素子R2に接続された開閉スイッチRY2と、抵抗素子R3に接続された開閉スイッチRY3とを有している。
Further, a coarse
切替器55には、図示しない制御手段から粗倍率切替信号が供給される。これにより、切替器55は、供給された粗倍率切替信号に基づいて開閉スイッチRY1〜RY3の開閉状態を制御する。この結果、その粗倍率に応じた電流検出抵抗が偏向コイル53の他端側と接地配線との間で設定される。
The
電子顕微鏡が走査透過電子顕微鏡の場合、取得されるSTEM像の倍率は、10K倍〜150M倍程度と設定範囲が広いので、SCAN電流も最大電流の1/15000となる微小電流まで制御する必要がある。オペアンプ51に供給されるSCAN信号における電圧を下げるのみでは、それに対応する制御を行うことは不可能である、
従って、電流検出抵抗として、5Ω(Mag1:10K〜150K倍に対応)、50Ω(Mag2:200K〜1.5M倍に対応)、500Ω(Mag3:2M〜15M倍に対応)、5kΩ(Mag4:20M〜150M倍に対応)の何れかの抵抗値が設定されるように切替器55の制御が行われる。
When the electron microscope is a scanning transmission electron microscope, the magnification of the acquired STEM image is about 10K times to 150M times and the setting range is wide. is there. Just by lowering the voltage in the SCAN signal supplied to the operational amplifier 51, it is impossible to perform the corresponding control.
Therefore, the current detection resistance is 5Ω (Mag 1: corresponding to 10K to 150K times), 50Ω (Mag 2: corresponding to 200K to 1.5M times), 500Ω (Mag 3: corresponding to 2M to 15M times), 5 kΩ (Mag 4: 20M). The
ここで、低倍の倍率範囲のMag1のときには、開閉スイッチRY1のみを閉じて(ON)、電流検出抵抗を「5Ω//5kΩ≒5Ω」とする。この場合、上記SCAN信号の正負最大振幅は±5V程度なので、偏向コイル53には、正負方向での最大電流として±1A程度の電流が流れる。ここで、「XΩ//YΩ」とは、XΩの抵抗とYΩの抵抗とを並列接続したときの合成抵抗値を表わす。 Here, in the case of Mag1 in the low magnification range, only the open / close switch RY1 is closed (ON), and the current detection resistance is set to “5Ω // 5 kΩ≈5Ω”. In this case, since the maximum positive / negative amplitude of the SCAN signal is about ± 5 V, a current of about ± 1 A flows through the deflection coil 53 as the maximum current in the positive / negative direction. Here, “XΩ // YΩ” represents a combined resistance value when an XΩ resistor and a YΩ resistor are connected in parallel.
また、次の倍率範囲となるMag2のときには、開閉スイッチRY2のみを閉じて、電流検出抵抗を「50.5Ω//5kΩ≒50Ω」とする。この場合、偏向コイル53には、正負方向の最大電流として±0.1A程度の電流が流れる。 In the case of Mag2 which is the next magnification range, only the open / close switch RY2 is closed and the current detection resistance is set to “50.5Ω // 5 kΩ≈50Ω”. In this case, a current of about ± 0.1 A flows through the deflection coil 53 as the maximum current in the positive and negative directions.
さらに、次の倍率範囲となるMag3のときには、開閉スイッチRY3のみを閉じて、電流検出抵抗を「555Ω//5kΩ≒500Ω」とする。この場合、偏向コイル53には、正負方向の最大電流として±0.01A程度の電流が流れる。 Further, at Mag3 that is the next magnification range, only the open / close switch RY3 is closed and the current detection resistance is set to “555Ω // 5 kΩ≈500Ω”. In this case, a current of about ± 0.01 A flows through the deflection coil 53 as the maximum current in the positive and negative directions.
そして、次の倍率範囲となるMag4のときには、全ての開閉スイッチRY1〜RY3を開いた状態(OFF)とし、電流検出抵抗を「5kΩ」とする。この場合、偏向コイル53には、正負方向の最大電流として±1mA程度の電流が流れる。 When Mag4 is the next magnification range, all open / close switches RY1 to RY3 are opened (OFF), and the current detection resistance is set to “5 kΩ”. In this case, a current of about ± 1 mA flows through the deflection coil 53 as the maximum current in the positive and negative directions.
このように粗倍率として設定された各倍率範囲において、さらに細かい倍率設定(ファイン制御)を行う際には、オペアンプ51に供給されるSCAN信号の最大振幅の絶対値を適宜下げることにより調整される。 When finer magnification setting (fine control) is performed in each magnification range set as the coarse magnification in this way, the absolute value of the maximum amplitude of the SCAN signal supplied to the operational amplifier 51 is adjusted appropriately. .
上記において、偏向コイル53に流れる最大電流の絶対値が大きいほど試料上での電子ビームによる走査範囲が広くなり、この結果、倍率の低い像が取得されることとなる。一方、偏向コイル53に流れる最大電流の絶対値が小さいほど試料上での電子ビームによる走査範囲が小さくなり、この結果、倍率の高い像が取得されることとなる。 In the above description, the larger the absolute value of the maximum current flowing through the deflection coil 53, the wider the scanning range by the electron beam on the sample. As a result, an image with a low magnification is acquired. On the other hand, the smaller the absolute value of the maximum current flowing through the deflection coil 53 is, the smaller the scanning range by the electron beam on the sample becomes. As a result, an image with a high magnification is acquired.
なお、上記の例では、走査透過電子顕微鏡における偏向装置の例として説明したが、走査電子顕微鏡における偏向装置でも同様の構成を備えたものがある(特許文献1参照)。 In the above example, the deflecting device in the scanning transmission electron microscope has been described as an example. However, some deflecting devices in the scanning electron microscope have the same configuration (see Patent Document 1).
走査透過電子顕微鏡や走査電子顕微鏡において、上記構成の偏向装置が用いられた場合、粗倍率切替回路57内での電流検出抵抗を像の粗倍率に応じて切り替えるための切替器55としてリレーが用いられている。このリレーとしては、通常のシグナルリレーが使用されることが多い。
When the deflection device having the above configuration is used in a scanning transmission electron microscope or a scanning electron microscope, a relay is used as a
ここで、最近では偏向コイル53に供給されるSCAN電流信号を低ノイズ化するために、図1のごとく偏向コイル53と並列接続されるノイズフィルター用のコンデンサ54が配置されている。 Recently, in order to reduce the noise of the SCAN current signal supplied to the deflection coil 53, a noise filter capacitor 54 connected in parallel with the deflection coil 53 is disposed as shown in FIG.
このような場合において、粗倍率の変更に基づいて当該リレーの開閉状態が切り替わるときに、通常のシグナルリレーでは、ノイズ成分に応じてコンデンサ54を介して流れる突入電流等が何れかの開閉スイッチの接点に流れた際に、当該接点が溶着等してしまうことがある。 In such a case, when the open / close state of the relay is switched based on the change in the coarse magnification, in a normal signal relay, an inrush current or the like flowing through the capacitor 54 according to the noise component is When flowing to the contact, the contact may be welded.
この結果、当該リレーによる切り替えに支障が生じることとなり、粗倍率切替回路57が正常に動作しなくなるという問題が発生する。
As a result, the switching by the relay is hindered, and the coarse
なお、この対策として、切替器55としてパワーリレー等の接点容量の大きなリレーを使用することも考えられる。
As a countermeasure, it is conceivable to use a relay with a large contact capacity such as a power relay as the
しかしながら、市販のもので接点容量の大きなパワーリレーでは、接点の接触抵抗の安定性等が軽視されてしまうため、不安定となることがある。 However, a commercially available power relay having a large contact capacity may be unstable because stability of contact resistance of the contact is neglected.
このような場合、粗倍率切替回路57の動作に基づき偏向コイル53からオペアンプ51にフィードバックされる電圧が、「(リレーの接触抵抗)+(電流検出抵抗)」で検出された電圧値となる。この結果、リレー接点の接触抵抗の変動がSCAN電流の変動を生じさせることとなり、安定した像の取得ができなくなる。
In such a case, the voltage fed back from the deflection coil 53 to the operational amplifier 51 based on the operation of the coarse
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ノイズ成分に応じて流れる突入電流等が発生しても安定的に動作が行われる荷電粒子ビームの偏向装置及びそれを備えた荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and a charged particle beam deflecting device that stably operates even when an inrush current or the like flowing according to a noise component is generated, and a charging device including the same. An object is to provide a particle beam device.
本発明に係る一の荷電粒子ビームの偏向装置は、荷電粒子ビームを偏向するための偏向コイルと、入力端子に走査信号が入力され、これに応じた駆動電流を偏向コイルの一端側に供給するための増幅器と、一方の入力端子に偏向コイルの他端側が接続され、増幅器の入力端子に出力信号を帰還する誤差アンプと、誤差アンプの該入力端子と基準電位配線との間に介在し、直列接続された複数の抵抗素子からなる抵抗素子群と、抵抗素子群の各抵抗素子間の配線及び基準電位配線における何れか一つの配線を誤差アンプの他方の入力端子に選択的に接続可能な第1の切替手段と、抵抗素子群の各抵抗素子間の配線における何れか一つの配線を基準電位配線に選択的に接続可能な第2の切替手段とを備えることを特徴とする。 In one charged particle beam deflection apparatus according to the present invention, a scanning coil is input to a deflection coil for deflecting a charged particle beam and an input terminal, and a driving current corresponding thereto is supplied to one end side of the deflection coil. The other end of the deflection coil is connected to one input terminal, an error amplifier that feeds back an output signal to the input terminal of the amplifier, and an input between the input terminal of the error amplifier and the reference potential wiring, A resistance element group composed of a plurality of resistance elements connected in series and any one of the wiring between the resistance elements of the resistance element group and the reference potential wiring can be selectively connected to the other input terminal of the error amplifier. It is characterized by comprising first switching means and second switching means capable of selectively connecting any one of the wirings between the resistive elements of the resistive element group to the reference potential wiring.
本発明に係る他の荷電粒子ビームの偏向装置は、荷電粒子ビームを偏向するための偏向コイルと、入力端子に走査信号が入力され、これに応じた駆動電流を偏向コイルの一端側に供給するための増幅器と、第1及び第2の切替手段と、これら第1及び第2の切替手段を介して一方の入力端子に偏向コイルの他端側が接続され、他方の入力端子に基準電位配線が接続され、増幅器の入力端子に出力信号を帰還する誤差アンプと、偏向コイルの他端側と基準電位配線との間で、第2の切替手段の各開閉接点を介して並列接続された複数の抵抗素子からなる抵抗素子群とを備え、第2の切替手段が、その何れか一つの開閉接点を閉じることにより抵抗素子群における何れか一つの抵抗素子を選択し、これにより選択された抵抗素子を介して偏向コイルの他端側と基準電位配線とを接続するように動作するとともに、第1の切替手段が、第2の切替手段において閉じられた当該開閉接点と当該選択された抵抗素子との間の配線を誤差アンプの一方の入力端子に接続するように動作することを特徴とする。 In another charged particle beam deflection apparatus according to the present invention, a scanning coil is input to a deflection coil for deflecting a charged particle beam and an input terminal, and a driving current corresponding to the scanning signal is supplied to one end side of the deflection coil. The other end of the deflection coil is connected to one input terminal via the first and second switching means, and the reference potential wiring is connected to the other input terminal. A plurality of error amplifiers that are connected to each other and that feed back an output signal to the input terminal of the amplifier, and are connected in parallel via the switching contacts of the second switching means between the other end of the deflection coil and the reference potential wiring. And a second switching means selects any one of the resistance elements in the resistance element group by closing any one of the switching contacts, and the selected resistance element Through the deflection carp And the first switching means connects the wiring between the open / close contact closed by the second switching means and the selected resistance element. It operates so as to be connected to one input terminal of the error amplifier.
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記何れかの偏向装置を備えたことを特徴とする。 A charged particle beam apparatus according to the present invention includes any one of the above deflection apparatuses.
本発明に係る一の荷電粒子ビームの偏向装置においては、偏向コイルからのフィードバックが誤差アンプを介して行われ、該誤差アンプの一方の入力端子と基準電位配線との間に介在された抵抗素子群の各抵抗素子間の配線及び基準電位配線における何れか一つの配線を該誤差アンプの他方の入力端子に選択的に接続可能な第1の切替手段を有し、さらに該抵抗素子群の各抵抗素子間の配線における何れか一つの配線を基準電位配線に選択的に接続可能な第2の切替手段を有している。 In one charged particle beam deflection apparatus according to the present invention, feedback from a deflection coil is performed via an error amplifier, and a resistive element interposed between one input terminal of the error amplifier and a reference potential wiring First switching means capable of selectively connecting any one of the wirings between the resistive elements of the group and the reference potential wiring to the other input terminal of the error amplifier, and each of the resistive element groups Second switching means is provided that can selectively connect any one of the wirings between the resistive elements to the reference potential wiring.
この構成により、偏向コイルに供給される駆動電流の安定度を左右する箇所には第1の切替手段が配置され、大電流の流入に対応すべき箇所には第2の切替手段が配置されることとなり、第1の切替手段を接点抵抗の安定した切替手段とするとともに、第2の切替手段を接点容量の大きな切替手段とすることができ、ノイズ成分に応じて流れる突入電流等が発生しても安定的に動作する荷電粒子ビームの偏向装置を提供することができる。 With this configuration, the first switching means is disposed at a position that affects the stability of the drive current supplied to the deflection coil, and the second switching means is disposed at a position that should correspond to the inflow of a large current. Therefore, the first switching means can be a switching means having a stable contact resistance, and the second switching means can be a switching means having a large contact capacity, and an inrush current or the like flowing according to the noise component is generated. However, a charged particle beam deflecting device that operates stably can be provided.
また、本発明に係る他の荷電粒子ビームの偏向装置においても、偏向コイルからのフィードバックが誤差アンプを介して行われ、偏向コイルに供給される駆動電流の安定度を左右する箇所には第1の切替手段が配置され、大電流の流入に対応すべき箇所には第2の切替手段が配置されることとなるので、上記と同様の効果を得ることができる。 Also in another charged particle beam deflecting device according to the present invention, feedback from the deflection coil is performed via an error amplifier, and there is a first place where the stability of the drive current supplied to the deflection coil is affected. Since the second switching means is arranged at a location that should correspond to the inflow of a large current, the same effect as described above can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明における荷電粒子ビームの偏向装置及びそれを備えた荷電粒子ビーム装置について説明する。 Hereinafter, a charged particle beam deflection apparatus and a charged particle beam apparatus including the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明における荷電粒子ビーム装置の構成を示す概略構成図である。当該荷電粒子ビーム装置は、本実施例において走査透過電子顕微鏡(STEM)の構成を備えている。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the charged particle beam apparatus according to the present invention. The charged particle beam apparatus has a configuration of a scanning transmission electron microscope (STEM) in this embodiment.
電子銃1から加速されて放出された電子ビーム(荷電粒子ビーム)11は、集束レンズ2により集束され、さらに対物レンズ4の前段磁場により試料7上で集束される。これにより、試料7面上で集束電子ビームが形成される。
An electron beam (charged particle beam) 11 accelerated and emitted from the electron gun 1 is focused by the focusing
このとき、偏向コイル3による偏向作用により、集束電子ビーム11は、試料7面上で設定された走査エリア内における各走査点を順次移動していき、試料7上を走査することとなる。これにより、偏向コイル3は、走査コイル(SCAN Coil)としての役割を果たす。
At this time, due to the deflection action by the
偏向コイル3には、走査駆動手段8より走査用の駆動電流(SCAN電流)が供給される。走査駆動手段8には、スキャンジェネレータ9からSCAN信号が供給される。また、スキャンジェネレータ9は、当該SCAN信号を画像形成手段19に送る。
A scanning driving current (SCAN current) is supplied to the
集束電子ビーム11が走査された試料7の各走査点において、試料7を透過した電子(透過電子)12は、対物レンズ4の後段磁場及び投影レンズ5の磁場により電子検出器6の受光面に集光される。 At each scanning point of the sample 7 scanned with the focused electron beam 11, electrons (transmission electrons) 12 transmitted through the sample 7 are applied to the light receiving surface of the electron detector 6 by the subsequent magnetic field of the objective lens 4 and the magnetic field of the projection lens 5. Focused.
電子検出器6により検出された透過電子12の検出信号は、画像形成手段10に送られる。画像形成手段10は、当該検出信号と上記SCAN信号とを同期させて走査像(STEM像)の形成を行う。このようにして形成された走査像は、図示しない表示手段により表示される。 A detection signal of transmitted electrons 12 detected by the electron detector 6 is sent to the image forming means 10. The image forming unit 10 forms a scanning image (STEM image) by synchronizing the detection signal and the SCAN signal. The scan image formed in this way is displayed by display means (not shown).
なお、走査駆動手段8、スキャンジェネレータ9及び画像形成手段10等は、図示しない制御手段により動作制御される。
The scanning drive unit 8, the
次に、図3を参照して、本発明の第1実施例における荷電粒子ビームの偏向装置の構成について説明する。本発明の当該偏向装置は、上述した偏向コイル3と、偏向コイル3の一端側3aにSCAN電流を供給するための演算増幅器26を備えている。演算増幅器26は、前段側のオペアンプ21と、後段側のパワーアンプ22とからなる。
Next, the configuration of the charged particle beam deflecting device in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The deflection apparatus of the present invention includes the above-described
演算増幅器26を構成するオペアンプ21の非反転入力端子(+)には、スキャンジェネレータ9(図2参照)から、正負最大振幅±5V程度の鋸歯状波からなるSCAN信号が供給される。これによるオペアンプ21からの出力信号は、パワーアンプ22に供給される。
The non-inverting input terminal (+) of the
パワーアンプ22は、当該出力信号を増幅し、これによる増幅後の信号(SCAN電流)を偏向コイル3の一端側3aに供給する。これにより演算増幅器26から偏向コイル3に駆動電流が供給される。
The
また、偏向コイル3の他端側3bは、誤差アンプ23を介して、オペアンプ21の反転入力端子(−)に接続されている。オペアンプ21は、非反転入力端子(+)に入力されたSCAN信号と反転入力端子(−)に入力された信号(フィードバック信号)との間で差異が生じないように出力信号を制御する。
The other end 3 b of the
誤差アンプ23における一方の入力端子23aには、偏向コイル3の他端側3bが接続されており、この他端側3bと基準電位となる接地配線(GND配線)との間には、粗倍率切替回路27が設けられている。
The other input side 23b of the
この粗倍率切替回路27は、直列接続された抵抗値の異なる複数の抵抗素子(抵抗)R10〜R40と、シグナルリレーからなる第1の切替手段28と、パワーリレーからなる第2の切替手段29とを備える。抵抗R10,R20,R30,R40の抵抗値は、それぞれ5Ω,45Ω,450Ω,4.5kΩとされている。 The coarse magnification switching circuit 27 includes a plurality of resistance elements (resistances) R10 to R40 having different resistance values connected in series, a first switching means 28 made of a signal relay, and a second switching means 29 made of a power relay. With. The resistance values of the resistors R10, R20, R30, and R40 are 5Ω, 45Ω, 450Ω, and 4.5 kΩ, respectively.
第1の切替手段28は、各抵抗R10〜R40間の配線及び接地配線のうちの何れか一つの配線を、誤差アンプ23における他方の入力端子23bに選択的に接続する機能を備える。
The first switching unit 28 has a function of selectively connecting any one of the wiring between the resistors R <b> 10 to R <b> 40 and the ground wiring to the other input terminal 23 b in the
ここで、第1の切替手段28は、開閉スイッチRY1.1〜RY4.1を有している。開閉スイッチRY1.1は、抵抗R10,R20間の配線と当該入力端子23bとの間に配置されている。開閉スイッチRY2.1は、抵抗R20,R30間の配線と当該入力端子23bとの間に配置されている。開閉スイッチRY3.1は、抵抗R30,R40間の配線と当該入力端子23bとの間に配置されている。開閉スイッチRY4.1は、接地配線と当該入力端子23bとの間に配置されている。 Here, the first switching means 28 has open / close switches RY1.1 to RY4.1. The open / close switch RY1.1 is disposed between the wiring between the resistors R10 and R20 and the input terminal 23b. The open / close switch RY2.1 is disposed between the wiring between the resistors R20 and R30 and the input terminal 23b. The open / close switch RY3.1 is disposed between the wiring between the resistors R30 and R40 and the input terminal 23b. The open / close switch RY4.1 is disposed between the ground wiring and the input terminal 23b.
第1の切替手段28は、制御手段から供給される粗倍率信号に基づき、その内部に備える各開閉スイッチRY1.1〜RY4.1のうちの何れか一つのスイッチを閉じるように動作する。 The first switching unit 28 operates to close any one of the open / close switches RY1.1 to RY4.1 provided therein based on the coarse magnification signal supplied from the control unit.
また、第2の切替手段29は、各抵抗R10〜R40間の配線のうちの何れか一つの配線を接地配線に選択的に接続する機能を備える。 The second switching unit 29 has a function of selectively connecting any one of the wires between the resistors R10 to R40 to the ground wire.
ここで、第2の切替手段29は、開閉スイッチRY1.2〜RY3.2を有している。開閉スイッチRY1.2は、抵抗R10,R20間の配線と接地配線との間に配置されている。開閉スイッチRY2.2は、抵抗R20,R30間の配線と接地配線との間に配置されている。開閉スイッチRY3.2は、抵抗R30,R40間の配線と接地配線との間に配置されている。 Here, the second switching means 29 has open / close switches RY1.2 to RY3.2. The open / close switch RY1.2 is disposed between the wiring between the resistors R10 and R20 and the ground wiring. The open / close switch RY2.2 is disposed between the wiring between the resistors R20 and R30 and the ground wiring. The open / close switch RY3.2 is disposed between the wiring between the resistors R30 and R40 and the ground wiring.
第2の切替手段29は、制御手段から供給される粗倍率信号に基づき、その内部に備える各開閉スイッチRY1.2〜3.2のうちの何れか一つのスイッチを閉じる又は全てのスイッチを開くように動作する。 Based on the coarse magnification signal supplied from the control means, the second switching means 29 closes any one of the on-off switches RY1.2 to 3.2 provided therein or opens all the switches. To work.
なお、上記構成の走査駆動手段8において、誤差アンプ23における一方の入力端子23aとパワーアンプ22の出力端子との間には、ノイズフィルター用のコンデンサ24が配置されている。また、誤差アンプ23における他方の入力端子23bと接地配線との間には、1MΩ程度の高抵抗素子25が配置されている。
In the scanning drive means 8 having the above configuration, a noise filter capacitor 24 is disposed between one input terminal 23 a of the
以上が、本発明における荷電粒子ビームの偏向装置の構成である。次に、動作について説明する。 The above is the configuration of the charged particle beam deflecting device of the present invention. Next, the operation will be described.
制御手段は、装置の操作者により選択される粗倍率に基づき、走査駆動手段8内の第1及び第2の切替手段28,29の動作制御を行う。 The control means controls the operation of the first and second switching means 28 and 29 in the scanning drive means 8 based on the coarse magnification selected by the operator of the apparatus.
本実施例において、従来技術の例と同様に、電流検出抵抗として、5Ω(Mag1:10K〜150K倍に対応)、50Ω(Mag2:200K〜1.5M倍に対応)、500Ω(Mag3:2M〜15M倍に対応)、5kΩ(Mag4:20M〜150M倍に対応)の各抵抗値が設定されている。 In this example, as in the prior art example, the current detection resistance is 5Ω (Mag 1: corresponding to 10K to 150K times), 50Ω (Mag 2: corresponding to 200K to 1.5M times), 500Ω (Mag 3: 2M to Each resistance value of 5 kΩ (corresponding to Mag4: 20M to 150M times) is set.
演算増幅器26を構成するオペアンプ21の非反転入力端子(+)には、スキャンジェネレータ9からSCAN信号が供給される。このSCAN信号は、従来技術と同様に、正負最大振幅±5V程度の鋸歯状波の信号からなる。
The SCAN signal is supplied from the
まず、低倍率の倍率範囲であるMag1において像を取得する際には、制御手段は、第1の切替手段28においてスイッチRY1.1のみを閉じるとともに、第2の切替手段29においてスイッチRY1.2のみを閉じるように制御を行う。 First, when acquiring an image in Mag1, which is a low-magnification range, the control unit closes only the switch RY1.1 in the first switching unit 28 and switches the switch RY1.2 in the second switching unit 29. Control to close only.
この状態では、演算増幅器26のパワーアンプ22から偏向コイル3に供給されるSCAN電流は、電流検出抵抗5Ωとなる抵抗R10を経由して、接地配線に流れる。このとき、上記のごとくSCAN信号は正負最大振幅±5V程度なので、偏向コイル3には、正負方向の最大電流として±1A程度の電流が流れる。
In this state, the SCAN current supplied from the
偏向コイル3には、この電流幅に応じた磁場が発生し、これに応じて電子ビーム11が偏向(走査)される。このときの電子ビーム11の偏向幅は、当該電流幅に対応して大きくなるので、低倍率の走査像が取得される。
A magnetic field corresponding to the current width is generated in the
このとき、スイッチRY1.1が閉じているので、誤差アンプ23は、5Ωの電流検出抵抗(R10)両端間の電圧を検出し、当該電圧をオペアンプ21にフィードバックする。
At this time, since the switch RY1.1 is closed, the
一方、次の倍率範囲であるMag2において像を取得する際には、制御手段は、第1の切替手段28においてスイッチRY2.1のみを閉じるとともに、第2の切替手段29においてスイッチRY2.2のみを閉じるように制御を行う。 On the other hand, when acquiring an image in Mag2 which is the next magnification range, the control means closes only the switch RY2.1 in the first switching means 28 and only the switch RY2.2 in the second switching means 29. Control to close.
この状態では、演算増幅器26のパワーアンプ22から偏向コイル3に供給されるSCAN電流は、電流検出抵抗50Ωとなる抵抗R10及びR20の直列合成抵抗を経由して、接地配線に流れる。このとき、上記のごとくSCAN信号は正負最大振幅±5V程度なので、偏向コイル3には、正負方向の最大電流として±0.1A程度の電流が流れる。
In this state, the SCAN current supplied from the
偏向コイル3には、この電流幅に応じた磁場が発生し、これに応じて電子ビーム11が偏向(走査)される。このときの電子ビーム11の偏向幅は、当該電流幅に対応した幅となり、これに応じた倍率の走査像が取得される。
A magnetic field corresponding to the current width is generated in the
このとき、スイッチRY2.1が閉じているので、誤差アンプ23は、50Ωの電流検出抵抗(R10+R20)両端間の電圧を検出し、当該電圧をオペアンプ21にフィードバックする。
At this time, since the switch RY2.1 is closed, the
さらに、次の倍率範囲であるMag3において像を取得する際には、制御手段は、第1の切替手段28においてスイッチRY3.1のみを閉じるとともに、第2の切替手段29においてスイッチRY3.2のみを閉じるように制御を行う。 Further, when acquiring an image in Mag3 which is the next magnification range, the control means closes only the switch RY3.1 in the first switching means 28 and only the switch RY3.2 in the second switching means 29. Control to close.
この状態では、演算増幅器26のパワーアンプ22から偏向コイル3に供給されるSCAN電流は、電流検出抵抗500Ωとなる抵抗R10,R20及びR30の直列合成抵抗を経由して、接地配線に流れる。このとき、上記のごとくSCAN信号は正負最大振幅±5V程度なので、偏向コイル3には、正負方向の最大電流として±0.01A程度の電流が流れる。
In this state, the SCAN current supplied from the
偏向コイル3には、この電流幅に応じた磁場が発生し、これに応じて電子ビーム11が偏向(走査)される。このときの電子ビーム11の偏向幅は、当該電流幅に対応した幅となり、これに応じた倍率の走査像が取得される。
A magnetic field corresponding to the current width is generated in the
このとき、スイッチRY3.1が閉じているので、誤差アンプ23は、500Ωの電流検出抵抗(R10+R20+R30)両端間の電圧を検出し、当該電圧をオペアンプ21にフィードバックする。
At this time, since the switch RY3.1 is closed, the
そして、次の倍率範囲であるMag4において像を取得する際には、制御手段は、第1の切替手段28においてスイッチRY4.1のみを閉じるとともに、第2の切替手段29において全てのスイッチRY1.2〜RY3.2を開くように制御を行う。 When acquiring an image at Mag4 which is the next magnification range, the control means closes only the switch RY4.1 in the first switching means 28 and all the switches RY1. Control is performed to open 2 to RY3.2.
この状態では、演算増幅器26のパワーアンプ22から偏向コイル3に供給されるSCAN電流は、電流検出抵抗5kΩとなる抵抗R10,R20,R30及びR40の直列合成抵抗を経由して、接地配線に流れる。このとき、上記のごとくSCAN信号は正負最大振幅±5V程度なので、偏向コイル3には、正負方向の最大電流として±1mA程度の電流が流れる。
In this state, the SCAN current supplied from the
偏向コイル3には、この電流幅に応じた磁場が発生し、これに応じて電子ビーム11が偏向(走査)される。このときの電子ビーム11の偏向幅は、当該電流幅に対応した幅となり、これに応じた倍率の走査像が取得される。
A magnetic field corresponding to the current width is generated in the
このとき、スイッチRY4.1が閉じているので、誤差アンプ23は、5kΩの電流検出抵抗(R10+R20+R30+R40)両端間の電圧を検出し、当該電圧をオペアンプ21にフィードバックする。
At this time, since the switch RY4.1 is closed, the
以上が、粗倍率に基づく切替制御である。さらに細かい倍率設定を行う際には、上記のごとく粗倍率の設定を行うとともに、制御手段の制御に基づきスキャンジェネレータ9からオペアンプ21に供給されるSCAN信号における最大振幅の絶対値を適宜下げることにより調整される。
The above is the switching control based on the coarse magnification. When finer magnification is set, the coarse magnification is set as described above, and the absolute value of the maximum amplitude in the SCAN signal supplied from the
上記の構成において、誤差アンプ23の入力インピーダンスは無限大と言えるほど大きいため、第1の切替手段28の各スイッチRY1.1,RY2.1,RY3.1,RY4.1のうちの何れかをON(閉)しても、ONとされたスイッチを介して接地配線側に電流は殆ど流れることなく、突入電流等によるリレー接点の溶着の発生等を心配する必要がない。
In the above configuration, since the input impedance of the
従って、第1の切替手段28としては、接点の接触抵抗が安定しているシグナルリレーを用いることができる。 Therefore, as the first switching means 28, a signal relay in which the contact resistance of the contact is stable can be used.
また、第2の切替手段29の各スイッチRY1.2,RY2.2,RY3.2は、ONしたときに突入電流等の大電流が流れる。 Further, when the switches RY1.2, RY2.2, and RY3.2 of the second switching unit 29 are turned on, a large current such as an inrush current flows.
従って、第2の切替手段29としては、突入電流等が流れても接点の溶着が発生しないようにするため、接点容量が十分大きなリレーを用いる必要があるので、パワーリレーを用いる。 Therefore, as the second switching means 29, a power relay is used because a relay having a sufficiently large contact capacity needs to be used so that contact welding does not occur even when an inrush current or the like flows.
ここで、第2の切替手段29としてパワーリレーを用いた場合、その接点の接触抵抗が上昇することも考えられる。 Here, when a power relay is used as the second switching means 29, the contact resistance of the contact may be increased.
先に述べたとおり、図1の従来例では、オペアンプ51にフィードバックされる電圧が「(リレーの接触抵抗+電流検出抵抗)」で検出された電圧値であったため、リレー接点の接触抵抗の変動分がSCAN電流の変動を生じさせる。 As described above, in the conventional example of FIG. 1, the voltage fed back to the operational amplifier 51 is a voltage value detected by “(relay contact resistance + current detection resistance)”. Minutes cause fluctuations in the SCAN current.
その点、本実施例では、誤差アンプ23は電流検出抵抗の両端に発生する電圧のみを検出するため、オペアンプにフィードバックされる電圧は、パワーリレーの接点の接触抵抗の変動による影響を受けない。
In this respect, in the present embodiment, the
そのため、第2の切替手段29(パワーリレー:RY1.2,RY2.2,RY3.2)の接点における接触抵抗が上昇あるいは変動しても、フィードバック制御が接触抵抗の上昇あるいは変動による影響を受けずに安定して行われる。 Therefore, even if the contact resistance at the contact of the second switching means 29 (power relay: RY1.2, RY2.2, RY3.2) increases or varies, the feedback control is affected by the increase or variation of the contact resistance. It is done stably without.
この結果、当該入力端子23a,23b間の電圧に影響を及ぼすことがなく、オペアンプ21へのフィードバックが良好に行われることとなる。
As a result, the voltage between the input terminals 23a and 23b is not affected, and feedback to the
なお、上記の実施例においては、走査透過電子顕微鏡に当該偏向装置を適用した例であったが、これに限定されるものではない。この他にも、例えば、走査電子顕微鏡に当該偏向装置を適用することができる。 In the above embodiment, the deflecting device is applied to a scanning transmission electron microscope. However, the present invention is not limited to this. In addition, for example, the deflection device can be applied to a scanning electron microscope.
このように、本発明における一の荷電粒子ビームの偏向装置は、荷電粒子ビーム11を偏向するための偏向コイル3と、入力端子(+)に走査信号が入力され、これに応じた駆動電流を偏向コイル3の一端側3aに供給するための増幅器(演算増幅器)26と、一方の入力端子23aに偏向コイル3の他端側3bが接続され、増幅器26の入力端子(−)に出力信号を帰還する誤差アンプ23と、誤差アンプ23の入力端子23aと基準電位配線(接地配線)との間に介在し、直列接続された複数の抵抗素子R10〜R40からなる抵抗素子群100と、抵抗素子群100の各抵抗素子R10〜R40間の配線及び基準電位配線における何れか一つの配線を誤差アンプ23の他方の入力端子23bに選択的に接続可能な第1の切替手段28と、抵抗素子群の各抵抗素子R10〜R40間の配線における何れか一つの配線を基準電位配線に選択的に接続可能な第2の切替手段29とを備えている。
In this way, in the charged particle beam deflecting device of the present invention, the scanning signal is input to the
ここで、偏向コイル3に対して並列にノイズフィルター24が接続されている。また、 誤差アンプ23の他方の入力端子23bと基準電位配線との間には、高抵抗素子25が配置されている。
Here, a noise filter 24 is connected in parallel to the
次に、図4を参照して、本発明の第2実施例における荷電粒子ビームの偏向装置の構成について説明する。 Next, referring to FIG. 4, the configuration of the charged particle beam deflecting device in the second embodiment of the present invention will be described.
同図に示すように、当該偏向装置は、荷電粒子ビームを偏向するための偏向コイル3と、入力端子に走査信号が入力され、これに応じた駆動電流を偏向コイル3の一端側3aに供給するための増幅器26と、第1及び第2の切替手段38,39と、これら第1及び第2の切替手段38,39を介して一方の入力端子33aに偏向コイル3の他端側3bが接続され、他方の入力端子33bに基準電位配線が接続され、増幅器26の入力端子に出力信号を帰還する誤差アンプ33と、偏向コイル3の他端側3bと基準電位配線との間で、第2の切替手段の各開閉接点RY1.2〜RY4.2を介して並列接続された複数の抵抗素子R11〜R41(R11:5Ω,R21:50Ω,R31:500Ω,R41:5kΩ)からなる抵抗素子群101とを備え、第2の切替手段39が、その何れか一つの開閉接点を閉じることにより抵抗素子群101における何れか一つの抵抗素子を選択し、これにより選択された抵抗素子を介して偏向コイル3の他端側3bと基準電位配線とを接続するように動作するとともに、第1の切替手段38が、第2の切替手段39において閉じられた当該開閉接点と当該選択された抵抗素子との間の配線を誤差アンプ33の一方の入力端子33aに接続するように動作する。
As shown in the figure, the deflection apparatus has a
本実施例が前述した第1の実施例と異なるのは、第1の実施例では、4つの電流検出抵抗を直列接続すると共に、第2の切替手段により各電流検出抵抗を一つずつ短絡するようにして抵抗値を4段階に変化させたのに対し、本実施例では、抵抗値の異なる4つの電流検出抵抗を第2の切替手段により個別に切り替えて偏向コイルに接続するようにした点である。 This embodiment differs from the first embodiment described above in that in the first embodiment, four current detection resistors are connected in series and each current detection resistor is short-circuited one by one by the second switching means. In this embodiment, the resistance value is changed in four stages. In this embodiment, four current detection resistors having different resistance values are individually switched by the second switching means and connected to the deflection coil. It is.
すなわち、図4の構成において、第2の切替手段の開閉接点RY1.2〜RY4.2のいずれかを閉じることにより、偏向コイル3は閉じられた接点につながる抵抗に選択的に接続される。同時に、第1の切替手段の開閉接点RY1.1〜RY4.1も、偏向コイル3に接続された抵抗につながる接点が閉じられる。
In other words, in the configuration of FIG. 4, by closing any of the switching contacts RY1.2 to RY4.2 of the second switching means, the
例えば、電流検出抵抗R11を選択する場合には、第2の切替手段の開閉接点RY1.2と第1の切替手段の開閉接点RY1.1が閉じられるため、電流検出抵抗R11の両端に発生する電圧が開閉接点RY1.1を介して誤差アンプ33に伝えられ、演算増幅器26により、誤差アンプ33の出力と入力されたSCAN信号に基づくフィードバック制御が行われる。
For example, when the current detection resistor R11 is selected, since the switching contact RY1.2 of the second switching unit and the switching contact RY1.1 of the first switching unit are closed, the current detection resistor R11 is generated at both ends of the current detection resistor R11. The voltage is transmitted to the error amplifier 33 via the switching contact RY1.1, and the
本実施例においても、誤差アンプの入力インピーダンスは無限大と言えるほど大きいため、第1の切替手段の開閉接点RY1.1〜RY4.1には殆ど電流が流れず、リレー接点の溶着に注意を払う必要が無く、接点の接触抵抗が安定しているシグナルリレーを用いることができる。 Also in this embodiment, since the input impedance of the error amplifier is so large that it can be said that it is infinite, almost no current flows through the switching contacts RY1.1 to RY4.1 of the first switching means, and attention should be paid to the welding of the relay contacts. It is possible to use a signal relay which does not need to be paid and whose contact resistance of the contact is stable.
また、第2の切替手段としてパワーリレーなどの接点容量が十分大きく大電流を流すことのできるパワーリレーを用いても、誤差アンプで電流検出抵抗の両端の電圧を検出してフィードバックしているので、パワーリレーの接点の接触抵抗が大きかったり不安定になっても、検出電圧はそれによる影響を受けることがない。そのため、演算増幅器26により、誤差アンプ33の出力と入力されたSCAN信号に基づくフィードバック制御が良好に行われることになる。
Even if a power relay such as a power relay that has a sufficiently large contact capacity and allows a large current to flow is used as the second switching means, the error amplifier detects the voltage across the current detection resistor and feeds it back. Even if the contact resistance of the contact of the power relay is large or unstable, the detection voltage is not affected by it. Therefore, feedback control based on the output of the error amplifier 33 and the input SCAN signal is favorably performed by the
本発明においては、大電流が流れるおそれがある切替手段(第2の切替手段)には、接点容量の十分大きなパワーリレーを用いているので、接点の溶着による動作不具合の発生を確実に防止することができる。 In the present invention, since the power relay having a sufficiently large contact capacity is used for the switching means (second switching means) that may cause a large current to flow, the occurrence of an operation failure due to contact welding is reliably prevented. be able to.
また、駆動電流(SCAN電流)の安定度に影響を及ぼす切替手段(第1の切替手段)には、接点の接触抵抗が安定しているシグナルリレーを用いているので、リレー接点の接触抵抗による回路の安定度の悪化を防止することができる。 Further, since the switching means (first switching means) that affects the stability of the drive current (SCAN current) uses a signal relay in which the contact resistance of the contact is stable, it depends on the contact resistance of the relay contact. The deterioration of the stability of the circuit can be prevented.
さらに、接点容量が大きいとともに接点の接触抵抗も安定しているような特殊なリレーを用いる必要がなく、安価な市販のリレー(パワーリレー,シグナルリレー)を使用することにより本発明は実施可能である。 Furthermore, it is not necessary to use a special relay that has a large contact capacity and stable contact resistance, and the present invention can be implemented by using an inexpensive commercially available relay (power relay, signal relay). is there.
このとき、パワーリレーは接点容量を考慮するのみでよく、シグナルリレーは接点の接触抵抗を考慮するのみでよいので、これらのリレーを選定する際に選択の幅が広がる。 At this time, since the power relay only needs to consider the contact capacity, and the signal relay only needs to consider the contact resistance of the contact, the range of selection is widened when selecting these relays.
1…電子銃、2…集束レンズ、3…偏向コイル、4…対物レンズ、5…投影レンズ、6…電子検出器、7…試料、8…走査駆動手段、9…スキャンジェネレータ、10…画像形成回路、21…オペアンプ、22…パワーアンプ、23…誤差アンプ、24…ノイズフィルター、25…高抵抗素子、26…演算増幅器、27…粗倍率切替回路、28…第1の切替手段、29…第2の切替手段、33…誤差アンプ、38…第1の切替回路、39…第2の切替回路、100…抵抗素子群、101…抵抗素子群、R10〜R40…抵抗素子、R11〜R41…抵抗素子、GND…接地配線(基準電位配線)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Focusing lens, 3 ... Deflection coil, 4 ... Objective lens, 5 ... Projection lens, 6 ... Electron detector, 7 ... Sample, 8 ... Scanning drive means, 9 ... Scan generator, 10 ...
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