JP3355542B2 - 荷電粒子線照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は走査電子顕微鏡など
の荷電粒子線照射装置に係り、特に荷電粒子線を照射し
て試料の観察や分析を行うに当たっての試料移動制御に
改善を施した荷電粒子線照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４を参照するに、試料２に電子線１１
を照射して発生した二次電子や反射電子を検出して試料
の画像を形成したりＸ線などにより試料の分析を行う走
査電子顕微鏡においては、照射したい試料上の位置選択
（視野選択）を行うために試料移動機構が備えられる。
この移動機構により照射したい位置を自由に選択するた
めには、試料面の二次元方向のＸ、Ｙ移動機構５の他
に、試料の照射面と対物レンズ９との距離を変える光軸
方向の移動機構であるＺ移動機構６、試料の回転（Ｒ）
機構４、そして光軸に直角な面に対する試料の傾斜
（Ｔ）機構７などの移動機構も備えられる。また、試料
を試料ホルダ−３に保持して真空内に封じ込めるための
試料室１があるが、この試料室には電子線を試料に照射
するための対物レンズ９をはじめ電子線を照射したこと
により試料から発生する二次電子やＸ線などを検出する
検出器のような突出物がある。このような装置で電子線
を照射したい位置を選択するとき、操作者は試料のＸ、
Ｙ及びＺ方向の移動、傾斜並びに回転の許容範囲を考慮
し、試料室内に突出した対物レンズなどに試料を衝突さ
せて移動機構や対物レンズを壊さないよう注意をしなが
ら試料移動機構を操作しなければならない。

【０００３】また、試料の移動軸の座標を検出する機構
と移動機構をモータなどで駆動する機能をもつ試料移動
機構であって、これの制御系に移動範囲を制限する機能
を備えさせたものもある。この場合、移動が許容範囲を
越えようとしたとき、駆動系が強制停止又は警報で操作
者に異常を伝達する方法がとられるが、操作者にはどの
移動機構をどのようにすれば傾斜機構なり、移動機構が
目的とする位置にいくのか分からない。このような場
合、Ｚ移動機構の位置と傾斜角度Ｔの関係をグラフに
し、このグラフ上の位置を選択することにより移動機構
を駆動するものもある（特公平7-105897）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た方法では、操作者が観察しようとする傾斜角度又はＺ
位置を座標又はグラフから任意に選択しなければなら
ず、手間がかかる。一般に、操作者は観察しようとする
傾斜角度又はＺ位置のどちらか一方を設定して観察条件
を決める。すなわち傾斜角度を設定したときは、その傾
斜角度を達成したら次にＺ位置は最も小さい位置に設定
する。これは走査電子顕微鏡の場合、対物レンズと試料
との距離が短いほど観察像の分解能が上がるためであ
る。また、分解能を優先してＺ位置を設定したときは、
そのＺ位置で最も傾斜をかけて分析や観察をしたいこと
がある。このような操作を効率よく行うためにはＴ移動
機構又はＺ移動機構のどちらか一方のみを設定又は駆動
することにより移動機構の座標が設定できることが重要
となる。

【０００５】本発明の目的は試料の視野選択を部品間の
接触を避けつつ効率的に行うのに適した荷電粒子線照射
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、試料に
荷電粒子線を照射する照射手段と、その照射によって前
記試料から発生する信号を検出する検出手段と、前記試
料を移動させる移動手段とを備え、該移動手段は前記試
料を前記照射手段の光軸に関して傾斜させると共にその
光軸の方向に移動させる手段を含み、前記移動手段は、
前記試料の傾斜及び移動の一方を実行してその一方がそ
の許容範囲の限界に達したとき、他方をその許容範囲内
において自動的に実行させることを特徴とする荷電粒子
線照射装置が提供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】走査電子顕微鏡の試料室内の平面
図を図３に示す。試料２は試料移動機構の上に試料ホル
ダー３を介して取付けられている。一般に試料室１内に
は図３のように電子線を照射するための対物レンズ９が
突出しており、この対物レンズを通して電子線１１が照
射される。照射したい点を任意に選ぶためには、すなわ
ち視野選択のためには、試料移動機構が用いられる。な
お、図３中、図４と同一符号は同じものを指すものとす
る。

【０００８】相互に干渉し合うものとして考慮される必
要があるパラメ−タは対物レンズと試料との距離Ｚ、並
びに光軸に直角な面と試料との傾斜角度Ｔである。たと
えば傾斜角度Ｔを増大し、試料を傾斜していくと、試料
ないしは試料ホルダがある角度で対物レンズに衝突して
しまうが、Ｚを長くすれば衝突する角度は更に大きくな
り、傾斜の許容範囲は広くなる。この衝突する領域をＺ
−Ｔ軸の座標上で表現したものを図２に示す。このよう
な移動や傾斜の可能領域すなわち許容範囲において、図
２(a)のように操作者が傾斜角度Ｔを優先して移動機構
を駆動したい場合は、Ｔのみを目的とする角度に変えよ
うとする。但しＺが短く現在の座標では目的とする傾斜
を実現できないときは矢印の方向にＺをその許容範囲内
でその値を大きくするように自動的に変え、これにより
目的とするＡ点を得る。また、図２(b)のようにＺを優
先して駆動したい場合はＺを目的とする座標と一致する
ように変える。この場合もＺがその許容範囲の限界に達
したときは矢印の方向にＴを自動的に同時に増大させ、
これにより目的とするＢ点を得る。以上の制御を行った
場合、操作者に必要なのは、Ｔ優先かＺ優先かを選択
し、その選択された方の移動機構を駆動するための操作
入力とその移動機構の座標設定を行うのみである。以上
のような方法によれば従来技術である図２のようなグラ
フを参照しながらグラフ上から移動点を選択するような
操作（特公平7-105897）では解決できなかった前記課題
が解決できる。

【０００９】

【実施例】走査電子顕微鏡を例にとった本発明の実施例
を図１に示す。電子銃２６から発生した電子線１１は対
物レンズ９により試料２上に焦点を結ぶ。同時に偏向コ
イル１２により電子線１１を試料２上で二次元的に走査
する。偏向コイル１２には偏向信号発生器２３から発生
した鋸歯状波を増幅器２２により電流として流す。試料
から発生した二次電子は二次電子検出器２７により像信
号に変換され、増幅器２８により増幅され、陰極線管２
５の輝度信号となる。陰極線管２５は前記偏向コイルと
同信号により偏向されているため、前記電子線照射面の
像が形成される。

【００１０】電子線が照射される試料２は試料移動機構
の上に乗っており、各移動軸はモータ13に接続されてい
る。モータは駆動回路１４により駆動される。本実施例
ではモータとしては直流モータを採用しているため移動
量を検出するため移動機構にはエンコーダ１５が取付け
られており、エンコーダ１５からのパルスを座標カウン
タ１６でカウントして座標を求める。駆動回路１４およ
び座標カウンタ１６は演算制御装置１７に接続されてい
る。演算制御装置１７には更にグラフィックスディスプ
レイモニタ１９に文字やグラフィックスを表示するため
表示信号発生回路１８が接続されている。また試料移動
機構を制御するために操作入力キーボード２０とポイン
ティングデバイス２１も接続されている。

【００１１】本実施例では、演算制御装置、表示信号発
生回路としてパ−ソナルコンピュ−タを使用する構成と
したことにより上記操作入力キ−ボ−ドやポインテイン
グデバイス等のインタ−フェ−スは演算制御装置に含ま
れる構成となる。モ−タの駆動回路及び座標カウンタと
のインタ−フエ−スはパ−ソナルコンピュ−タの拡張ス
ロットを経由して行う。

【００１２】以上のような装置において、操作者はまず
観察したい試料を試料ホルダー３にセットする。その
後、グラフィックスディスプレイモニタ上に表示された
図５のような操作ウィンド−２９から操作入力キーボー
ド２０又はポインティングデバイス２１を使って試料２
の大きさに関連した試料ホルダーの大きさを入力する。
演算制御装置１７には、この試料ホルダの大きさから試
料傾斜（Ｔ）機構とＺ移動機構の移動範囲を算出できる
演算式があらかじめ登録されている。また、前記グラフ
ィックスで表示した操作ウィンド−２９にはＺ移動機構
およびＴ移動機構を駆動するためのスライダー３０及び
ＺとＴの位置座標を表す数値も表示しておく。

【００１３】このように構成した装置で操作者が傾斜優
先の駆動を行ないたいときは前記表示されたＴ移動機構
のスライダーを操作する。Ｔを増大させていき、Ｔが前
記算出した移動可能な領域すなわち許容範囲の限界に達
したときは、自動的にＺ移動機構を駆動するよう制御す
る。そしてＺ移動機構の駆動に伴い可能な傾斜角度が変
化すると同時に、Ｔも更に増大していき、目的とする傾
斜を達成することができる。

【００１４】また、次にＺ優先の駆動を行いたいときで
あるが、この場合はＺのスライダーを操作する。同様に
Ｚが対物レンズに衝突するようなその許容範囲の限界に
達したら、自動的に傾斜Ｔの値を減らすよう傾斜機構を
駆動する。そして、同様にＺもさらに短くなるよう駆動
を行って、目的とするＺの座標を達成することができ
る。

【００１５】本実施例のような構成では、Ｔ優先または
Ｚ優先を特に意識しないで移動機構の操作ができる。

【００１６】以上の実施例は、操作ウィンド−上には操
作入力のためのスライダーとそれぞれの座標及び試料サ
イズのみの表示があり、最もシンプルに構成したもので
ある。しかし、ＺとＴの移動機構を干渉するものには対
物レンズの他に、分析又は観察時のみ試料に近づける挿
脱式の反射電子検出器や挿脱式のＸ線検出器などがあ
る。実際に操作するときはＺやＴの移動機構の駆動が何
により制限を受けているのかを視覚的に認識することが
重要である。このような場合は操作ウィンド−上に図６
のように対物レンズ、及び前記操作で入力された大きさ
の試料ホルダー、そして挿脱式の検出器などの位置関係
の概念図を前記実施例の操作ウィンド−に加えて表示す
る。そしてＴやＺの変化や挿脱式の検出器の挿脱状態と
同時に位置関係の概念図も変化するようにする。このよ
うにすれば干渉を受けている対象物が何なのかを視覚的
に認識することができるので、さらに操作性が向上す
る。

【００１７】表示モニタ上に写し出されたウインド−の
領域内に前記した対物レンズや挿脱式の反射電子検出器
やＸ線検出器などの概念図を表示するのは、たとえば
（株）アスキ−よりすでに出版されているプログラミン
グＷＩＮＤＯＷＳ、Ｖ３．１（１９９３．９．２１初
刊）の第１１章から第１３章に記載されているグラフィ
カルインタ−フェイスの技術を用いれば可能となる。こ
れに前記移動量の情報から試料の位置をリアルタイムに
表示すればよい。

【００１８】また、以上の実施例では操作入力と同時に
駆動を行うようにしたが、一般に移動機構は駆動速度が
限られており、駆動を行いながら観察又は分析条件を選
択し、決定していては時間がかかってしまい、効率のよ
い操作が行えない。そこで、前記した操作ウィンド−上
のスライダーでは操作入力と同時に駆動は行わずグラフ
ィックス上でのシミュレーションのみを行い、駆動開始
の操作入力手段を別に設けるよう構成することもでき
る。この場合の操作ウィンド−を図７に示す。図７にお
いて、スライダー３０を操作することによりグラフィッ
クスモニタ上のシミュレーションが行われると同時に駆
動開始ポタン３１が操作可能な状態になる。グラフィッ
クスモニタ上のシミュレーションや座標を見て位置座標
の条件を決定した後、駆動開始ポタン３１をポインティ
ングデバイスでクリックすることにより駆動を開始す
る。グラフィックスモニタ上のシミュレ−ションは前記
したグラフィックス表示の技術と同様に行える。このよ
うな構成にすれば、あらかじめ観察する位置座標の条件
を決めた後、駆動を行うので更に効率のよい移動機構の
制御ができる。

【００１９】また、以上の実施例ではＺとＴ軸以外の駆
動軸については述べていないが、たとえばＸ軸やＹ軸な
どを駆動することにより前記検出器などの干渉でＺ軸と
Ｔ軸の駆動の許容範囲が変化してくる場合もある。この
ような場合は、Ｘ、Ｙ軸の座標がＺとＴ軸の駆動の許容
範囲に与える影響もあらかじめ登録しておき、Ｘ、Ｙの
駆動がなされた場合には自動的に駆動の許容範囲も変化
するように制御する。このような制御では操作者は移動
機構が試料室内に突出した検出器などへの接触を全く意
識しないでよく、更に良好となる。

【００２０】図２において、３１は駆動開始ボタン、３
２はキャンセルボタンである。

【００２１】実施例で用いられている試料に照射される
電子線はイオンビ−ムで置き換えられてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、試料の視野選択を部品
間の接触を避けつつ効率的に行うのに適した荷電粒子線
照射装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく一実施例を示す荷電粒子線装
置としての走査電子顕微鏡の概念図。

【図２】試料の傾斜及び光軸方向移動の許容範囲を示す
グラフ。

【図３】図１の走査電子顕微鏡の試料室内の移動機構と
電子レンズの配置図。

【図４】走査電子顕微鏡において一般に知られている試
料移動機構の斜視図。

【図５】図１のグラフィックスデイスプレイモニタ上の
一つの表示例を示す図。

【図６】図１のグラフィックスデイスプレイモニタ上の
もう一つの表示例を示す図。

【図７】図１のグラフィックスデイスプレイモニタ上の
更にもう一つの表示例を示す図。

【符号の説明】

１：試料室、２：試料、３：試料ホルダ、４：試料回転
（Ｒ）機構、５：Ｘ、Ｙ移動機構、６：Ｚ移動機構、
７：試料傾斜（Ｒ）機構、９：対物レンズ、１１：電子
線、１２：偏向コイル、１３：モータ、１４：駆動回
路、１５：エンコーダ、１６：座標カウンタ、１７：演
算制御装置、１８：表示信号発生回路、１９：グラフィ
ックスディスプレイモニタ、２０：操作入力キーボー
ド、２１：操作入力マウス、２２：増幅器、２３：偏向
信号発生器、２４：偏向コイル、２５：陰極線管、２
６：電子銃、２７：二次電子検出器、２８：増幅器、２
９：操作ウィンドウ、３０：スライダー、３１：駆動開
始ポタン、３２：キャンセルポタン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料に荷電粒子線を照射する照射手段と、
   その照射によって前記試料から発生する信号を検出する
   検出手段と、前記試料を移動させる移動手段とを備え、
   該移動手段は前記試料を前記照射手段の光軸に関して傾
   斜させると共にその光軸の方向に移動させる手段を含
   み、試料の傾斜の範囲と試料の移動範囲とを算出する演
   算式をあらかじめ登録し、グラフィックスディスプレイ
   モニタに文字やグラフィックスを表示させる演算制御装
   置を含み、該グラフィックスディスプレイモニタは、該
   グラフィックスディスプレイモニタ上に、前記照射手段
   としての対物レンズおよび移動手段としての材料ホルダ
   ーとを画面に表示すると共に同一画面に、試料の傾斜範
   囲および試料の移動範囲を表示し、および試料の傾斜と
   移動との位置座標を表す数値を表示する操作ウィンドウ
   を表示し、前記移動手段は、前記試料の傾斜及び移動の
   双方のいずれかを前記操作ウィンドウ上で優先して実行
   させ、一方を優先して選択する手段を含み、前記試料の
   傾斜及び移動の一方を実行してその一方がその許容範囲
   の限界に達したとき、他方をその許容範囲内において自
   動的に実行させて操作ウィンドウ上で対物レンズと試料
   ホルダーと位置関係を表示することを特徴とする荷電粒
   子線照射装置。
2. 【請求項２】 前記操作ウィンドウ上で試料の傾斜と移動
   についてのシミュレーション操作を行う操作入力手段
   と、試料の傾斜と移動を実行する駆動開始の操作入力手
   段とを別個に設けたことを特徴とする請求項１に記載さ
   れた荷電粒子線照射装置。
3. 【請求項３】試料の傾斜を優先して選択したときに移動
   を増加する方向に変え、かつ試料の移動を優先して選択
   したときに、傾斜を減少させる方向に変えることを特徴
   とする請求項１に記載された荷電粒子線照射装置。
4. 【請求項４】前記移動手段は前記試料を前記光軸と交差
   する平面内で移動させる手段を含み、前記試料の傾斜及
   び光軸方向移動の許容範囲は前記光軸と交差する平面内
   での前記試料の移動に応じて自動的に変化させ、かつ前
   記移動手段は前記試料を回転させる手段を含み、前記試
   料の傾斜及び光軸方向移動の許容範囲は前記試料の回転
   に応じて自動的に変化させることを特徴とする請求項１
   に記載された荷電粒子線照射装置。
5. 【請求項５】表示された対物レンズ、試料ホルダーに関
   連して検出器の位置関係の概念図を前記操作ウィンドウ
   に加えて表示することを特徴とする請求項１に記載され
   た荷電粒子線照射装置。