JP2019215976A - 荷電粒子ビーム制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、荷電粒子ビーム制御装置100は、電子ビーム(荷電粒子ビーム)102を照射する電子銃101、電子ビーム102を偏向して試料104の表面上を走査させると共に二次電子105の軌道を制御する電磁偏向器103a〜103d、試料104から発生した二次電子105などを反射する反射板106、反射板106から発生した三次電子を取り込み電気信号に変換する検出器107、検出した電気信号を処理し、試料の画像情報を生成する信号処理・画像生成部108を有する。
図3に示すように、定電流源111は、偏向制御部110からの制御信号を受ける制御信号入力部2、電流制御回路1a及び1b及び電源インタフェース21を有する。負荷103a及び103bは、図1の電磁偏向器103a及び103bを意味し、ここでは電磁偏向器103c及び103dに対応した電流制御回路1c及び1dは省略している。
V2=−V1×(R3/R2) ……式(1)
Id=(V2−G2)/R1
=−V1×{R3/(R2×R1)}−G2/R1 ……式(2)
Id=−V1×{R3/(R2×R1)} ……式(3)
グランドG1とグランドG2の電位差によって生じる電流Idの電流誤差は、式(2)から式(3)を差し引くと、−G2/R1となる。
差動増幅部5は、抵抗5、抵抗6、オペアンプ14を備える。差動増幅部5は、制御信号入力部2のグランドG1の電圧と抵抗R1のグランドG2の電圧を入力し、グランドG1とグランドG2間の電位差(グランドG1に対するグランドG2の電圧)を−1倍(反転)してc点に出力する。
V3=−G2×(R6/R5)=−G2 ……式(4)
V2=−R3×(V1/R2+V3/R4)
=−R3×(V1/R2−G2/R3)
=−V1×(R3/R2)+G2 ……式(5)
Id=(V2−G2)/R1
=−V1×{R3/(R2×R1)} ……式(6)
式(6)は式(3)と一致する。すなわち、グランドG2の電圧に依存せず、制御信号V1に対して電流Idは抵抗R1、R2、R3の抵抗値によって一意に決定することができる。
実施例2の電流制御回路1は、実施例1と同様に、電流変換部4、差動増幅部5及び補正部6を備える。実施例1と異なる点は、電流変換部4においてオペアンプ11の非反転入力端子が抵抗R1のグランド側端子に接続されており、また、差動増幅部5は、抵抗R7、R8及びオペアンプ15から構成される点である。その他の部分の構成は、実施例1の電流制御回路1と同じであるの。
V2=−V1×(R3/R2)+G2×(R2+R3)/R2 ……式(7)
Id=(V2−G2)/R1
=−(V1−G2)×{R3/(R2×R1)} ……式(8)
Id=−V1×{R3/(R2×R1)} ……式(9)
グランドG1とグランドG2の電位差によって生じる電流Idaの電流誤差は、式(8)から式(9)を差し引くと、G2×{R3/(R2×R1)}となる。
差動増幅部5は、制御信号V1のグランドG1の電圧と抵抗1のグランドG2の電圧を入力し、グランドG1とグランドG2の電位差(グランドG1に対するグランドG2の電圧)を2倍してc点に出力する。
V3=G2×(1+R8/R7)=2×G2 ……式(9)
V2=−V1×(R3/R2)+G2×(1+R3/R2−R3/R4)
=−V1×(R3/R2)+G2 ……式(10)
Id=(V2−G2)/R1
=−V1×{R3/(R2×R1)} ……式(11)
式(11)は式(9)と一致する。すなわち、グランドG2の電圧に依存せず、制御信号V1に対して電流Idは抵抗R1、R2、R3の抵抗値から一意に決定することができる。
V2=−V1×(R9/R2) ……式(12)
負荷103を流れる電流Idは、抵抗R1を流れる電流と等しく、抵抗R1と抵抗R1の両端電圧V2とG2を用いて式(13)で与えられる。
Id=(V2−G2)/R1
=−V1×{R9/(R2×R1)}−G2/R1 ……式(13)
Id=−V1×{R9/(R2×R1)} ……式(14)
グランドG1とグランドG2の電位差によって生じる電流Idの電流誤差は、式(13)から式(14)を差し引くと、−G2/R1となる。
差動増幅部5は、本発明の実施形態1と同様の構成であり、抵抗R5、R6、オペアンプ14を備える。差動増幅部5は、制御信号入力部2のグランドG1の電圧と抵抗1のグランドG2の電圧を入力し、グランドG1とグランドG2間の電位差(グランドG1に対するグランドG2の電圧)を−1倍(反転)してc点に出力する。
V3=−G2×(R6/R5)=−G2 ……式(15)
補正部6は、電流変換部4の構成要素の一部を含み、抵抗R2、R4、R9、オペアンプ16を備える。補正部6は、制御信号V1と差動増幅部5の出力信号V3を入力し、それぞれ抵抗R2と抵抗R4を介して接続され、その出力はオペアンプ16の反転入力端子に供給される。
V2=−R9×(V1/R2+V3/R4)
=−R9×(V1/R2−G2/R4)
=−V1×(R9/R2)+G2×(R9/R4) ……式(16)
Id=(V2−G2)/R1
=−V1×{R9/(R2×R1)}+G2×(R9/R4−1)/R4 ……式(17)
Id=−V1/R1 ……式(18)
式(18)は、制御信号V1と電流Idの関係が抵抗R1のみで表現できることを示しており、抵抗R1のグランドG2の電圧に依存せず、制御信号V1に対して電流Idを決定することができる。
101…電子銃
102…電子ビーム
103…電磁偏向器
104…試料
105…二次電子
106…反射板
107…検出器
108…信号処理・画像生成部
109…コンピュータ
110…偏向制御部
111…定電流源
1…電流制御回路
2…制御信号入力部
103…負荷
4…電流変換部
5…差動増腹部
6…補正部
11、14、15、16…オペアンプ
12…NMOSトランジスタ
13…PMOSトランジスタ
21…電源インタフェース
Claims (10)
- 負荷に加える電流量を設定するため制御信号に基づいて前記負荷に電流を供給する電流制御回路を備えた定電流源を有し、荷電粒子ビームを試料に照射して発生した反射電子を電気信号に変換して処理する荷電粒子ビーム制御装置であって、
前記電流制御回路は、
前記制御信号に基づき電流検出抵抗に流れる電流量を調整して定電流を供給する電流変換部と、
前記制御信号の第1のグランド側端子電圧と前記電流検出抵抗の第2のグランド側端子電圧とが入力され、前記第1のグランド側端子電圧と前記第2のグランド側端子電圧との電圧差に比例した出力信号を出力する差動増幅部と、
前記差動増幅部が出力した出力信号と前記制御信号とが入力され、前記出力信号と前記制御信号を所定の比率で加算する補正部と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記負荷としての電磁偏向器に加える前記電流量を設定するため前記制御信号を生成する偏向制御部を更に有し、
前記定電流源は、
前記偏向制御部からの前記制御信号が入力される制御信号入力部を更に有し、
前記電流制御回路は、
前記制御信号入力部からの前記制御信号に基づいて前記電磁偏向器に電流を供給することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記電流変換部は、オペアンプを更に有し、
前記補正部は、前記オペアンプの加算回路を用いて、前記出力信号と前記制御信号を前記所定の比率で加算することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム制御装置。 - 負荷に加える電流量を設定するため制御信号に基づいて前記負荷に電流を供給する定電流源を有し、荷電粒子ビームを試料に照射して発生した反射電子を電気信号に変換して処理する荷電粒子ビーム制御装置であって、
前記定電流源は、
前記制御信号が供給され、前記制御信号の電圧基準となる第1のグランド側端子を備える制御信号入力部と、
前記制御信号入力部からの前記制御信号に基づいて前記負荷に電流を供給する電流制御回路と、を有し、
前記電流制御回路は、
駆動端子、第1の端子及び第2の端子とを有し、前記駆動端子に駆動電圧を供給することにより、前記第1の端子と前記第2の端子との間に定電流を流す電圧駆動トランジスタと、
前記電圧駆動トランジスタの前記第2の端子と前記負荷の第1の負荷端子とが接続され、前記負荷の第2の負荷端子と第2のグランド側端子との間に接続された電流検出抵抗と、
前記駆動電圧を前記電圧駆動トランジスタの前記駆動端子に供給するオペアンプと、
前記第1のグランド側端子の電圧と前記第2のグランド側端子の電圧とが入力され、前記第1のグランド側端子の前記電圧と前記第2のグランド側端子の前記電圧の電圧差に比例した電圧を出力端子に出力する差動増幅部と、を有し、
前記制御信号入力部に第1抵抗の第1端子が接続され、前記差動増幅部の前記出力端子に第2抵抗の第1端子が接続され、前記第1抵抗と前記第2抵抗の第2端子同士が接続され、前記第1抵抗の前記第2端子が前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記オペアンプの前記反転入力端子と前記負荷の前記第2の負荷端子の間には第3抵抗が接続されていることを特徴とする荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記負荷としての電磁偏向器に加える前記電流量を設定するため前記制御信号を生成する偏向制御部を更に有し、
前記制御信号入力部には、前記偏向制御部からの前記制御信号が入力され、
前記電流制御回路は、前記制御信号入力部2からの前記制御信号に基づいて前記電磁偏向器に電流を供給することを特徴とする請求項4に記載の荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1のグランド側端子に接続され、
前記差動増幅部は、
前記第1のグランド側端子の電圧と前記第2のグランド側端子の電圧との電圧差を−1倍に反転して前記出力端子に出力し、
前記第2抵抗は、前記第3抵抗と同一の抵抗値を有することを特徴とする請求項4に記載の荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2のグランド側端子に接続され、
前記差動増幅部は、
前記第1のグランド側端子の電圧と前記第2のグランド側端子の電圧との電圧差を2倍にして前記出力端子に出力し、
前記第2抵抗は前記第1抵抗と同一の抵抗値を有することを特徴とする請求項4に記載の荷電粒子ビーム制御装置。 - 負荷に加える電流量を設定するため制御信号に基づいて前記負荷に電流を供給する定電流源を有し、荷電粒子ビームを試料に照射して発生した反射電子を電気信号に変換して処理する荷電粒子ビーム制御装置であって、
前記定電流源は、
前記制御信号が供給され、前記制御信号の電圧基準となる第1のグランド側端子を備える制御信号入力部と、
前記制御信号入力部からの前記制御信号に基づいて前記負荷に電流を供給する電流制御回路と、を有し、
前記電流制御回路は、
駆動端子、第1の端子及び第2の端子とを有し、前記駆動端子に駆動電圧を供給することにより、前記第1の端子と前記第2の端子との間に定電流を流す電圧駆動トランジスタと、
前記電圧駆動トランジスタの前記第2の端子と前記負荷の第1の負荷端子とが接続され、前記負荷の第2の負荷端子と第2のグランド側端子との間に接続された電流検出抵抗と、
前記駆動電圧を前記電圧駆動トランジスタの前記駆動端子に供給する第1のオペアンプと、
前記第1のグランド側端子の電圧と前記第2のグランド側端子の電圧とが入力され、前記第1のグランド側端子の前記電圧と前記第2のグランド側端子の前記電圧の電圧差に比例した電圧を出力端子に出力する差動増幅部と、を有し、
前記制御信号入力部に第1抵抗の第1端子が接続され、前記差動増幅部の前記出力端子に第2抵抗の第1端子が接続され、前記第1抵抗と前記第2抵抗の第2端子同士が接続され、前記第1抵抗の第2端子が第2のオペアンプの反転入力端子に接続され、前記第2のオペアンプの反転入力端子と前記第2のオペアンプの出力端子の間に第3抵抗が接続され、前記第2のオペアンプの出力端子と前記第1のオペアンプの非反転入力端子が接続され、前記第2のオペアンプの非反転入力端子が前記第1のグランド端子に接続され、前記第1のオペアンプの反転入力端子が前記負荷の前記第2の負荷端子に接続されていることを特徴とする荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記負荷としての電磁偏向器に加える前記電流量を設定するため前記制御信号を生成する偏向制御部を更に有し、
前記制御信号入力部には、前記偏向制御部からの前記制御信号が入力され、
前記電流制御回路は、前記制御信号入力部からの前記制御信号に基づいて前記電磁偏向器に電流を供給することを特徴とする請求項8に記載の荷電粒子ビーム制御装置。 - 前記差動増幅部は、
前記第1のグランド端子の電圧と前記第2のグランド側端子の電圧の電圧の電圧差を−1倍に反転させて前記出力端子に出力し、
前記第2抵抗と前記第3抵抗は、前記第1抵抗と同一の抵抗値を有することを特徴とする請求項8に記載の荷電粒子ビーム制御装置。
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