JP3445720B2 - 静電型レンズを備えた電子顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電型レンズを備
えた走査電子顕微鏡等の電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に静電型対物レンズを用いた走査電
子顕微鏡を示す。図示していない電子銃から発生した電
子ビームＥＢは、加速電圧制御装置１で印加されたエネ
ルギで加速され中間加速部２に到達する。中間加速部２
には中間加速電圧制御装置３により一次電子ビームＥＢ
のエネルギより高くするための電位が印加されており、
電子ビームＥＢは再加速される。

【０００３】減速レンズ部４では、中間加速部２で印加
されたエネルギを加速電圧制御装置１で印加されたエネ
ルギまで減速させることにより、静電レンズ集束効果を
発生させ、試料５に対物レンズ７とで合焦点させた一次
電子ビームＥＢを照射する。なお、減速レンズ部４に
は、減速電圧制御装置６から減速電圧が印加されてい
る。また、試料５に接近して磁界型の対物レンズ７が設
けられている。試料５は試料ステージ８上に載せられて
おり、試料ステージ８はステージ制御装置９により傾斜
されるように構成されている。

【０００４】静電レンズを構成する減速レンズ部４から
試料５表面へは、漏れ電界Ｅが発生しており、試料５か
ら発生した２次電子ｅの内、漏れ電界Ｅの影響を受けた
ものは中間加速部２の電界によって加速され、上部検出
器１０で検出される。

【０００５】また、漏れ電界Ｅの影響を受けなかった２
次電子ｅは、下部検出器１１で検出される。上部検出器
１０と下部検出器１１で検出された信号は、図示してい
ない加算器によって加算され、陰極線管に供給される。
その結果、陰極線管上には走査２次電子像が表示され
る。なお、加速電圧制御装置２、中間加速電圧制御装置
３、減速電圧制御装置６、ステージ制御装置９は、計算
機１２によって制御される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、図１に示した構
成で、ステージ８（試料５）を傾斜させて観察する場合
には、ステージ制御装置９を制御する。図２はステージ
制御装置９により試料ステージ８の傾斜を行った場合を
示しており、減速レンズ部４から試料５への漏れ電界Ｅ
が、試料５のグランド（接地）電位により乱され、試料
ステージ８の傾斜方向に歪む。

【０００７】この漏れ電界Ｅの歪みは、一次電子ビーム
ＥＢに影響を及ぼし、試料５への到達位置が点線で示す
ようにずれることになる。また、この一次電子ビームＥ
Ｂの到達した位置から発生した２次電子ｅの内、減速レ
ンズ部４から張り出した漏れ電界Ｅの影響を受けたもの
は、減速レンズ部４の静電場に加速されて上昇する。

【０００８】しかし、この２次電子は、発生地点が減速
レンズ部４の中心から発生していないこと、漏れ電界Ｅ
が歪み電界を生成していることなどから、減速レンズ部
４の中心部の軌道を通過できない。そのため、減速レン
ズ部４の電極側面等に衝突し、上部検出器１０に到達で
きなくなる。なお、減速レンズ部４の漏れ電界Ｅの影響
を受けなかった２次電子は、下部検出器１１に到達す
る。

【０００９】このように、試料５が傾斜角度０度（図１
の状態）の時は、漏れ電界Ｅは２次電子ｅを収集し、上
部検出器１０に導く機能を有する。しかし、図２に示す
ように、試料５の傾斜角度が大きくなることにより、漏
れ電界Ｅは、試料の傾斜方向に張り出し、一次電子ビー
ムＥＢの軌道を曲げ、軸をずらしてしまう。このため、
レンズ収差を増大させ、像の分解能を低下させてしま
う。このような問題を解決するため、従来では、次のよ
うな方法が用いられていた。

【００１０】まず、一次電子ビームＥＢの軌道を曲げ、
分解能を低下させる原因は、減速レンズ部３から発生す
る漏れ電界Ｅが、試料５の傾斜によって、試料の傾斜側
に張り出してしまうことにある。そのため、図３に示す
改善された従来の装置では、減速レンズ部４の形状を変
えて、減速レンズ部４で発生する漏れ電界Ｅを一次電子
ビームＥＢに影響を与えない程度まで減らすようにして
いる。

【００１１】この場合、減速レンズ部４の先端は、電子
ビームの通過開孔が開けられたドーナツ状に形成されて
いる。なお、図３の装置で、図１の装置と同一ないしは
類似の構成要素には同一番号が付されている。

【００１２】しかしながら、この方式では、試料５の表
面への漏れ電界Ｅが無くなる（弱くなる）ため、一次電
子ビームＥＢの軌道は曲がらなくなるが、上部検出器１
０へ入射する２次電子の量が減少する結果を招く。

【００１３】図４は従来装置の他の例を示しているが、
この図４の装置で図１の装置と同一ないしは類似の構成
要素には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
この図４に示した装置では、減速レンズ部４に印加する
電圧は減速電圧制御装置１５で正から負まで制御できる
ように構成されている。

【００１４】例えば、減速電圧制御装置１５で、図に示
す状態に切り換えて減速レンズ部４に負（または０）の
電位を印加すると、漏れ電界Ｅは減少し、一次電子ビー
ムＥＢの軌道ずれは発生しなくなる。しかし、静電レン
ズの主面が上方に移動するため、分解能の低下を招く。
また、上部検出器１０には、反射電子ｒは到達するが、
２次電子ｅは到達できない。

【００１５】このように、図４に示した装置では、試料
ステージ８が平面の場合には漏れ電界Ｅの影響による一
次電子ビームＥＢの軸ずれがないので、減速電圧制御装
置６により、減速レンズ部４に印加する電位を正，負
（もしくは０）と切り換えることで、上部検出器１０で
検出できる信号成分を変化できる利点があった。

【００１６】このように、静電型対物レンズを用いた走
査型電子顕微鏡での観察では、漏れ電界の発生があるた
め、高分解能観察と試料の高傾斜を行おうとした場合、
次のような問題点があった。

【００１７】 一次電子ビームの軌道が、レンズと試
料間にできた漏れ電界の歪みにより曲がってしまい、軸
ずれが発生することから、試料傾斜角度に合わせた軸補
正を行う必要が生じる。

【００１８】 軸調整を行っても、漏れ電界に歪みが
あるので、上部検出器での検出効率が低下する。 漏れ電界を減らすため、減速レンズ部の電圧を正か
ら負（または０）にすると、レンズ主面が上方に移るた
め、分解能が低下する。

【００１９】上記した問題点をバランス良く保つため、
計算機１２で各電位を最適に制御することが従来考えら
れている。図５はこのような計算機１２の機能と動作を
説明するための図であり、計算機１２内には、各制御装
置と接続するためのマンマシンインターフェース１６が
設けられている。このインターフェース１６に接続して
電位データ設定手段１７が設けられ、また、電位データ
設定手段１７には、電位データテーブル群１８がつなが
っている。

【００２０】この図５に示す例では、各観察条件ごとに
各部に印加する電圧制御量を計算機１２内に電位データ
テーブル群１８としてテーブル化しておき、観察条件に
より、電位制御値を電位データ設定手段１７により電位
テーブルから選択して設定している。

【００２１】この電位データテーブル群１８に格納され
ているデータは、予め電子光学系の物理計算によって求
められたものであり、加速電圧、試料傾斜、ワーキング
ディスタンス、検出信号種類選択等をパラメータとして
離散的に求められている。このシステムは非線形かつ多
変数システムのため、制御精度を上げるためには、計算
点を離散化しなければならず、計算量と電位データテー
ブル１８に格納されているデータ数が膨大となってしま
う。

【００２２】また、減速レンズ部から発生する漏れ電界
Ｅの量と試料ステージ傾斜による漏れ電界Ｅの歪み量
は、正確な測定ができず、誤差を持ったあいまいな値で
あるため、計算結果と実際とでは、微妙なずれを生じ
る。このずれを補正しようとしても、多変数システムで
あるため、一つの電極電位のみを変えることができず、
全てのデータの電極電位強度を補正しなければならな
い。

【００２３】図６に上記した電位データテーブル群１８
に格納されている減速レンズ部４の電位を制御する電位
制御量Ｖｒのデータ構造例を示す。Ｖｒは、中間加速部
２の電圧Ｖｉ、試料ステージ傾斜角度Ｔｉ、ワーキング
ディスタンス（差動距離）ＷＤ、加速電圧Ｖａの関数で
あるが、簡単化のため加速電圧Ｖａは中間加速電圧Ｖｉ
にリンクするとして表示すると、Ｖｒ＝Ｖｒ（Ｔｉ，Ｗ
Ｄ，Ｖｉ）となり、図６に示すように、データ構造はＶ
ｉ，Ｔｉ，ＷＳの離散的な格子点上にＶｒが存在する、
Ｖｒ制御テーブル群１９からなっている。

【００２４】一次電子ビームＥＢの軌道をずらす漏れ電
界強度は、中間加速電圧Ｖｉで変化するが、一次電子ビ
ームＥＢの加速電圧が決まれば、Ｖｉは決まるので、Ｖ
ｒはＴｉとＷＤで決まることになり、減速レンズ部４の
電圧Ｖｒは図６に示す平面上のＶｒ制御テーブル２０と
なる。しかし、減速レンズ部４の電圧Ｖｒは、上部検出
器１０での信号検出量や分解能を決める静電レンズの主
面位置等も考慮しなければならないため、単純には決定
できない。

【００２５】実際には、上記した各電位は、静電レンズ
の一部として動作するため、各電位の制御量は、互いに
独立ではなく組み合わせによって決定しなければならな
い。すなわち、膨大な量の制御点を、加速電圧Ｖａ、中
間加速電圧Ｖｉ、検出信号強度Ｓｉ、試料ステージ傾斜
角度Ｔｉ、試料面高さＷＤを離散化して組み合わせて作
らなければならない。

【００２６】例えば、加速電圧Ｖａの量子化数をｎ、中
間加速電圧Ｖｉの量子化数をｍ、検出信号Ｓｉの強度を
ｑ、試料ステージ傾斜角度Ｔｉの量子化数をＴ、ワーキ
ングディスタンスＷＤの量子化数をｗとすると、減速レ
ンズ部４の電位制御量の量子化数は、ｎ×ｍ×ｑ×Ｔ×
ｗとなる。

【００２７】仮に、加速電圧を１５ステップ（ｎ＝１
５）、中間加速電圧を２ステップ（ｍ＝２）、検出信号
強度を２ステップ（ｑ＝２）、試料傾斜を１４ステップ
（Ｔ＝１４）、ＷＤを７ステップ（ｗ＝７）とすると、
各電極の電位制御量の量子化数は、５８８０個となり、
データをハンドリングすることは事実上不可能である。

【００２８】すなわち、データと装置とがある部分だけ
で合わなくても、全制御点に対して物理計算をし直さな
ければならず、多大な時間を要することになる。また、
データテーブルは数字の羅列であり、その数字の持つ物
理的な意味が分からないという欠点も有する。

【００２９】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、静電型レンズを用いて電子ビーム
を集束すると共に、試料を高い角度で傾斜させても一次
電子ビームの軸ずれを補正し、高い分解能で像の観察を
行うことができる静電型対物レンズを備えた走査電子顕
微鏡を実現するにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
静電型レンズを備えた電子顕微鏡は、静電型対物レンズ
を用いて電子ビームを試料上に集束すると共に、試料を
傾斜させるようにした電子顕微鏡において、試料に電圧
を印加し、試料の傾斜角度に応じて試料の電位を変化さ
せるようにしたことを特徴としている。

【００３１】請求項１の発明では、試料の傾斜角度に応
じて試料の電位を変化させる。請求項２の発明は、静電
型対物レンズを用いて電子ビームを試料上に集束すると
共に、試料を傾斜させるようにした電子顕微鏡におい
て、試料に電圧を印加する手段と、電子ビームの加速電
圧，静電型対物レンズに印加する電圧および試料の傾斜
角を前件部のデータとし、試料の電位を後件部のデータ
として、ｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述された前件と後件と
のファジイ推論のルールが格納されたルールベースと、
電子ビームの加速電圧，静電型対物レンズに印加する電
圧および試料の傾斜角を入力として、前記ルールベース
からのルールに従ってファジイ推論を行い、試料の電位
を出力するファジイ推論手段とを備え、前記ファジイ推
論手段の出力データに基づき試料の電位を変化させるこ
とを特徴としている。

【００３２】請求項２の発明では、電子ビームの加速電
圧、静電型対物レンズに印加する電圧、試料の傾斜角に
基づいて、ファジイ推論を用いて試料の電位を変化させ
る。

【００３３】

【００３４】

【００３５】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、ルールベースに格納されたルールを修正、削除、追
加できるルールエディタを備えたことを特徴としてい
る。

【００３６】請求項３の発明では、ルールベースに格納
されたルールを修正、削除、追加する。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図７は本発明に基づく走査
電子顕微鏡を示しており、図１に示した従来装置と同一
ないしは類似の構成要素には同一番号を付してその詳細
な説明は省略する。この実施の形態で、試料ステージ８
には、試料電位制御装置２１から所定の電圧が印加さ
れ、その結果、試料５は所定の電位が印加される。

【００３８】このような構成で、図示していない電子銃
から発生した一次電子ビームＥＢは、加速電圧制御装置
１で印加されたエネルギで加速され中間加速部２に到達
する。中間加速部２には中間加速電圧制御装置３により
一次電子ビームＥＢのエネルギより高くするための電位
が印加されており、電子ビームＥＢは再加速される。

【００３９】減速レンズ部４では、中間加速部２で印加
されたエネルギを加速電圧制御装置１で印加されたエネ
ルギまで減速させることにより、静電レンズ効果を発生
させ、試料５に対物レンズ７とで合焦点された一次電子
ビームＥＢを照射する。なお、減速レンズ部４には、減
速電圧制御装置６から減速電圧が印加されている。ま
た、試料５に接近して対物レンズ７が設けられている。
試料５は試料ステージ８上に載せられており、試料ステ
ージ８はステージ制御装置９により傾斜されるように構
成されている。

【００４０】静電レンズを構成する減速レンズ部４から
試料５表面へは、漏れ電界Ｅが発生しており、試料５か
ら発生した２次電子ｅの内、漏れ電界Ｅの影響を受けた
ものは中間加速部２の電界によって加速され、上部検出
器１０で検出される。

【００４１】また、漏れ電界Ｅの影響を受けなかった２
次電子ｅは、下部検出器１１で検出される。上部検出器
１０と下部検出器１１で検出された信号は、図示してい
ない加算器によって加算され、陰極線管に供給される。
その結果、陰極線管上には走査２次電子像が表示され
る。なお、加速電圧制御装置２、中間加速電圧制御装置
３、減速電圧制御装置６、ステージ制御装置９は、計算
機１２によって制御される。

【００４２】次に、図８に示すように、試料ステージ８
を傾斜した場合、減速レンズ部４から発生する漏れ電界
Ｅが、試料８により変形してしまい、試料８へ入射する
一次電子ビームＥＢの軌道を曲げてしまう。このため、
試料電位制御装置２１から、漏れ電界Ｅを補正するた
め、漏れ電界と同極性の電圧を試料ステージ８に印加し
ている。なお、試料電位制御装置２１から試料ステージ
８に印加される電圧は、計算機１２によって制御され
る。

【００４３】一方、上部検出器１０で反射電子を検出す
る場合には、減速電圧制御装置６で漏れ電界Ｅをなくす
ための電位を減速レンズ部４に印加し、試料ステージ８
に印加する電位は、新たに減速レンズ部４に印加された
電位を補正する電位を印加する。

【００４４】なお、このような制御は、計算機１２によ
って行い、そのため、計算機１２は、加速電圧制御装置
１、中間加速電圧制御装置３、減速電圧制御装置６、試
料電位制御装置２１とに目標値を指示し、それらを制御
する。

【００４５】次に、計算機１２内における上記目標値の
指示機能をファジイ推論により実施した例を説明する。
図９はファジイ推論により各電位の目標値を決める際の
静電型対物レンズ電圧制御装置２２の具体例を示してい
る。

【００４６】静電型レンズ電圧制御装置２２内には、マ
ンマシンインターフェース２３が設けられ、更に、電圧
制御量をファジイ推論によって推論するファジイ推論手
段２４と、ファジイ推論手段２４に入力する変数を作成
する前処理手段２５と、ファジイ推論手段２４の出力を
評価する後処理手段２６と、ファジイ推論手段２４にお
いて電圧制御量を推論する際に、参照されるｉｆ／ｔｈ
ｅｎ形式で記述されたルールが格納されているルールベ
ース２７と、ルールベース２７に格納されているルール
を編集できるルールエディタ２８とが構築されている。

【００４７】図１０に静電型対物レンズ電圧制御装置２
２内でのデータの入出力の状況を示す。図１０におい
て、加速電圧Ｖａと照射電流量Ｉｐと焦点位置Ｉｏと倍
率Ｍａと試料傾斜角Ｔｉと検出信号Ｓｉとを，前処理手
段２５に入力すると、前処理手段２５は、加速電圧内部
変数＃Ｖａと照射電流量内部変数＃Ｉｐと焦点位置内部
変数＃Ｉｏと倍率内部変数＃Ｍａと試料傾斜角内部変数
＃Ｔｉと検出信号内部変数＃Ｓｉをファジイ推論手段２
４に出力する。

【００４８】ファジイ推論手段２４は、加速電圧内部変
数＃Ｖａと照射電流量内部変数＃Ｉｐと焦点位置内部変
数＃Ｉｏと倍率内部変数＃Ｍａと試料傾斜角内部変数＃
Ｔｉと検出信号内部変数＃Ｓｉとから、ルールベース２
７に格納されているｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されたル
ールを参照して、ファジイ推論によって加速電圧目標値
内部変数＃Ｖａｃと、中間加速電圧目標値内部変数＃Ｖ
ｉと、減速電圧目標値内部変数＃Ｖｒと、試料電位目標
値内部変数＃Ｖｓとを推論し、それらを後処理手段２６
に出力する。

【００４９】後処理手段２６は、加速電圧目標値内部変
数＃Ｖａｃと、中間加速電圧目標値内部変数＃Ｖｉと、
減速電圧目標値内部変数＃Ｖｒと、試料電位目標値内部
変数＃Ｖｓとから、数値を評価して、加速電圧目標値Ｖ
ａｃと、中間加速電圧目標値Ｖｉと、減速電圧目標値Ｖ
ｒと、試料電位目標値Ｖｓとを出力し、それらの値をマ
ンマシンインターフェース２３を介して加速電圧制御装
置１、中間加速電圧制御装置３、減速電圧制御装置６、
試料電位制御装置２１に供給する。なお、上記構成で、
ルールエディタ２８により、ルールベース２７に格納さ
れているｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されたルールを編集
することができる。

【００５０】上記した実施の形態における動作を更に詳
細に説明する。前記したように、加速電圧Ｖａと照射電
流量Ｉｐと焦点位置Ｉｏと倍率Ｍａ試料傾斜角Ｔｉと検
出信号Ｓｉとを前処理手段２５に入力すると、前処理手
段２５は、加速電圧内部変数＃Ｖａと照射電流量内部変
数＃Ｉｐと焦点位置内部変数＃Ｉｏと倍率内部変数＃Ｍ
ａと試料傾斜角内部変数＃Ｔｉと検出信号内部変数＃Ｓ
ｉとをファジイ推論手段２４に出力する。上記各内部変
数は、次式によって求められる。

【００５１】＃Ｖａ＝Ｖａ／（Ｖａ・norm） ＃Ｉｐ＝Ｉｐ／（Ｉｐ・norm） ＃Ｉｏ＝Ｉｏ／（Ｉｏ・norm） ＃Ｍａ＝Ｍａ／（Ｍａ・norm） ＃Ｔｉ＝Ｔｉ／（Ｔｉ・norm） ＃Ｓｉ＝Ｓｉ／（Ｓｉ・norm） 上記した式において、Ｖａ・normは加速電圧正規化係
数、Ｉｐ・normは照射電流正規化係数、Ｉｏ・normは焦
点位置正規化係数、Ｍａ・normは倍率正規化係数、Ｔｉ
・normは試料位置正規化係数、Ｓｉ・normは検出信号正
規化係数である。前記｛＃Ｖａ，＃Ｉｐ，＃Ｉｏ，＃Ｍ
ａ，＃Ｔｉ，＃Ｓｉ｝の入力空間は、それぞれ複数のフ
ァジイ集合によって分割されている。この入力変数空間
のファジイ集合による分割例を図１１に示す。

【００５２】図１１（ａ）はＶａの分割例を示してお
り、ここでは、＃Ｖａの領域｛＃Ｖａ・min ，＃Ｖａ・
max ｝を７個のファジイ集合｛０．５ｋＶ，１ｋＶ，２
ｋＶ，３ｋＶ，４ｋＶ，５ｋＶ，６ｋＶ｝で分割した。
また、図１１（ｂ）に示すように、＃Ｉｐの領域｛＃Ｉ
ｐ・min ，＃Ｉｐ・max ｝を１７個のファジイ集合｛Ｉ
ｐ・１，Ｉｐ・２，Ｉｐ・３，Ｉｐ・４，Ｉｐ・５，Ｉ
ｐ・６，Ｉｐ・７，Ｉｐ・８，Ｉｐ・９，Ｉｐ・１０，
Ｉｐ・１１，Ｉｐ・１２，Ｉｐ・１３，Ｉｐ・１４，Ｉ
ｐ・１５，Ｉｐ・１６，Ｉｐ・１７｝で分割した。

【００５３】更に、図１１（ｃ）に示すように、＃Ｉｏ
の領域｛＃Ｉｏ・min ，＃Ｉｏ・max ｝を１１個のファ
ジイ集合｛０．５Ａ，０．６Ａ，０．７，０．８，０．
９Ａ，１．０Ａ，１．１Ａ，１．２Ａ，１．３Ａ，１．
４Ａ，１．５Ａ｝で分割した。また、図１１（ｄ）に示
すように、＃Ｔｉの領域｛＃Ｔｉ・min ，＃Ｔｉ・max
｝を７個のファジイ集合｛０°，１０°，２０°，３
０°，４０°，５０°，６０°｝で分割した。

【００５４】また、図１１（ｅ）に示すように、＃Ｍａ
の領域｛＃Ｍａ・min ，＃Ｍａ・max ｝を５個のファジ
イ集合｛×10，×100 ，× 1ｋ，×10ｋ，× 100ｋ｝で
分割した。そして、図１１（ｆ）に示すように、＃Ｓｉ
の領域｛＃Ｓｉ・min ，＃Ｓｉ・max ｝を２個のファジ
イ集合｛ＳＥ，ＢＥ｝で分割した。

【００５５】上記した各分割において、ファジイ集合同
志が関わりを持つことに特徴がある。また、図１１で示
した各ファジイ集合は、要素のその集合における属性の
度合（メンバーシップ値）を示すメンバーシップ関数で
表現されている。すなわち、図１１（ａ）に示すよう
に、ある＃Ｖａ（三角印部）が入力されたとき、ファジ
イ集合｛１ｋＶ｝に属するメンバーシップ値は、μ（１
ｋＶ｜＃Ｖａ）であり、ファジイ集合｛２ｋＶ｝に属す
るメンバーシップ値はμ（２ｋＶ｜＃Ｖａ）となること
を示している。

【００５６】同様に、図１１（ｃ）には、ある＃Ｉｏの
ファジイ集合｛０．４＃Ｉｏ｝に属するメンバーシップ
値μ（０．４｜＃Ｉｏ）を、図１１（ｂ）には、ある＃
Ｉｐのファジイ集合｛Ｉｐ・１｝に属するメンバーシッ
プ値μ（Ｉｐ・１｜＃Ｉｐ）とファジイ集合｛Ｉｐ・
２｝に属するメンバーシップ値μ（Ｉｐ・２｜＃Ｉｐ）
とを、図１１（ｃ）には、ある＃Ｉｏのファジイ集合
｛０．５Ａ｝に属するメンバーシップ値μ（０．５Ａ｜
＃Ｉｏ）とファジイ集合｛０．６Ａ｝に属するメンバー
シップ値μ（０．６Ａ｜＃Ｉｏ）とを示している。

【００５７】また、図１１（ｄ）には、ある＃Ｔｉのフ
ァジイ集合｛４０°｝に属するメンバーシップ値μ（４
０°｜＃Ｔｉ）とファジイ集合｛５０°｝に属するメン
バーシップ値μ（５０°｜＃Ｔｉ）とを示し、図１１
（ｅ）には、ある＃Ｍｇのファジイ集合｛×10｝に属す
るメンバーシップ値μ（×10｜＃Ｍｇ）とファジイ集合
｛×100 ｝に属するメンバーシップ値μ（×100 ｜＃Ｍ
ｇ）とを、図１１（ｆ）には、ある＃Ｓｉのファジイ集
合｛ＳＥ｝に属するメンバーシップ値μ（ＳＥ｜＃Ｓ
ｉ）とファジイ集合｛ＢＥ｝に属するメンバーシップ値
μ（ＢＥ｜＃Ｓｉ）とを示している。

【００５８】前記ルールベース２７には、前記｛＃Ｖ
ａ，＃Ｉｐ，＃Ｉｏ，＃Ｔｉ，＃Ｍａ，＃Ｓｉ｝から、
前記｛＃Ｖａｃ，＃Ｖｉ，＃Ｖｒ，＃Ｖｓ｝を決定する
ルールが、次のようにｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されて
いる。なお、このルールは単なる一例である。

【００５９】 ｉｆ Ｖａ ｉｓ ０．５ｋＶ ａｎｄ Ｉｐ ｉｓ Ｉｐ・１ ａｎｄ Ｉｏ ｉｓ ０．５Ａ ａｎｄ Ｔｉ ｉｓ ６０° ａｎｄ Ｍａ ｉｓ ×10ｋ ａｎｄ Ｓｉ ｉｓ ＳＥ ｔｈｅｎ Ｖａｃ ｉｓ ０．４８ｋＶ ａｎｄ Ｖｉ ｉｓ ６０００ ａｎｄ Ｖｒ ｉｓ １０．０ ａｎｄ Ｖｓ ｉｓ ２０ ｉｆ Ｖａ ｉｓ ０．６ｋＶ ａｎｄ Ｉｐ ｉｓ Ｉｐ・１ ａｎｄ Ｉｏ ｉｓ ０．６Ａ ａｎｄ Ｔｉ ｉｓ ６０° ａｎｄ Ｍａ ｉｓ ×10ｋ ａｎｄ Ｓｉ ｉｓ ＳＥ ｔｈｅｎ Ｖａｃ ｉｓ ０．５８ｋＶ ａｎｄ Ｖｉ ｉｓ ６３００ ａｎｄ Ｖｒ ｉｓ ５．０ ａｎｄ Ｖｓ ｉｓ ２０ … … … 前記ファジイ推論手段２４においては、ルールベース２
７に格納されているルールを参照して、入力変数｛＃Ｖ
ａ，＃Ｉｐ，＃Ｉｏ，＃Ｔｉ，＃Ｍａ，＃Ｓｉ｝から、
出力変数｛＃Ｖａｃ，＃Ｖｉ，＃Ｖｒ，＃Ｖｓ｝をファ
ジイ推論する。上述したｉｆ／ｔｈｅｎルール例は、ｔ
ｈｅｎ部（後件部）の出力変数を数値で記述した場合で
あるが、次のように、ｔｈｅｎ部の出力変数をファジイ
集合で記述することができる。この例を次に示す。

【００６０】 ｉｆ Ｖａ ｉｓ ０．５ｋＶ ａｎｄ Ｉｐ ｉｓ Ｉｐ・１ ａｎｄ Ｉｏ ｉｓ ０．５Ａ ａｎｄ Ｔｉ ｉｓ ６０° ａｎｄ Ｍａ ｉｓ ×10ｋ ａｎｄ Ｓｉ ｉｓ ＳＥ ｔｈｅｎ Ｖａｃ ｉｓ Ｆ０．４８ ａｎｄ Ｖｉ ｉｓ Ｆ６０００ ａｎｄ Ｖｒ ｉｓ Ｆ１０．０ ａｎｄ Ｖｓ ｉｓ Ｆ２０．０ ｉｆ Ｖａ ｉｓ ０．６ｋＶ ａｎｄ Ｉｐ ｉｓ Ｉｐ・１ ａｎｄ Ｉｏ ｉｓ ０．６Ａ ａｎｄ Ｔｉ ｉｓ ６０° ａｎｄ Ｍａ ｉｓ ×10ｋ ａｎｄ Ｓｉ ｉｓ ＳＥ ｔｈｅｎ Ｖａｃ ｉｓ Ｆ０．５８ ａｎｄ Ｖｉ ｉｓ Ｆ６３００ ａｎｄ Ｖｒ ｉｓ Ｆ５．０ ａｎｄ Ｖｓ ｉｓ Ｆ２０．０ … … … 上記した例で、Ｆ０．４８，Ｆ６０００，Ｆ１０．０，
Ｆ２０．０，Ｆ０．５８，Ｆ６３００，Ｆ５．０，Ｆ２
０．０は、それぞれファジイ集合である。なお、ｔｈｅ
ｎ部の出力変数を数値で記述した場合と、ファジイ集合
で記述した場合とでは、ファジイ推論のアルゴリズムが
異なる。まず、ｔｈｅｎ部の出力変数を数値で記述した
場合のアルゴリズムについて次に述べる。

【００６１】図１２は２入力１出力のファジイ推論を行
う例を示しており、ここでは、２入力を加速電圧内部変
数＃Ｖａと、試料位置内部変数＃Ｔｉとし、１出力変数
を試料印加電圧内部変数＃Ｖｓとしている。ここで、＃
Ｖａ＝ｖ、＃Ｔｉ＝ｔとし、図１２（ａ）に示すよう
に、ｎルール目のｔｈｅｎ部で記述されているＶｓが
「Ｖｓ ｉｓ ｖ_sn」（ただし、ｖ_Snは数値）で、図１
２（ｂ）に示すように、ｍルール目のｔｈｅｎ部で記述
されているＶｓが「Ｖｓ ｉｓ ｖ_sm」（ただし、ｖ_sm
は数値）であったとき、例えば、第ｎルール目が次のよ
うに記述されているとする。

【００６２】 ｉｆ Ｖａ ｉｓ １．０ｋＶ ａｎｄ Ｔｉ ｉｓ ４５° ｔｈｅｎ Ｖｓ ｉｓ ｖ_sn この場合、前記入力ｖのファジイ集合｛１．０ｋＶ｝に
属するメンバシップ値は、μ（１．０ｋＶ｜ｖ）であ
り、入力ｔのファジイ集合｛４５°｝に属するメンバシ
ップ値は、μ（４５°｜ｔ）であり、図１２（ａ）のｎ
ルール目のｉｆ部（前件部）の成立する確からしさμ_n
をｍｉｎ｛μ（１．０ｋＶ｜ｖ），μ（４５°｜ｔ）｝
で評価する。すなわち、第ｎルール目のｉｆ部（前件
部）の成立する確からしさμ_nを次のようにする。

【００６３】 μ_n＝ｍｉｎ｛μ（Ｖｎ｜ｖ），μ（Ｔｉｎ｜ｔ）｝ 上式で、ＶｎとＴｉｎはｎルールに記述されている加速
電圧、試料位置のファジイ集合である。同様にして、入
力変数が３以上のときも、各々のメンバシップ値の中で
最小となるものとを選択するものとする。この時、ｎル
ール目のｔｈｅｎ部に記述されている数値ｖ_snの確から
しさをμ_n・ｖ_snと評価する。上記の操作を全てのルー
ルに対して行い、出力となる推論値§Ｖｓを次の通りと
する。

【００６４】

【数１】

【００６５】上記した推論の操作は、出力変数が２以上
のときも同様にして行う。次に、ｔｈｅｎ部の出力変数
をファジイ集合で記述した場合について、図１３を用い
て説明する。図１３は２入力１出力の例であり、２入力
を加速電圧内部変数＃Ｖａと、試料位置内部変数＃Ｔｉ
とし、１出力を試料（ステージ）印加電圧内部変数＃Ｖ
ｓとしている。ここで、＃Ｖａ＝ｖ、＃Ｔｉ＝ｔとし、
図１３（ａ）に示すように、ｎルール目のｔｈｅｎ部で
記述されているＶｓが「Ｖｓ ｉｓｖ_sn」（ただし、ｖ
_snはファジイ集合）で、図１３（ｂ）に示すように、ｍ
ルール目のｔｈｅｎ部で記述されているＶｓが「Ｖｓ
ｉｓ ｖ_sm」（ただし、ｖ _smはファジイ集合）であった
とき、例えば、第ｎルール目が次のように記述されてい
るとする。

【００６６】 ｉｆ Ｖａ ｉｓ １．０ｋＶ ａｎｄ Ｔｉ ｉｓ ４５° ｔｈｅｎ Ｖｓ ｉｓ ｖ_sn この場合、前記入力ｖのファジイ集合｛１．０ｋＶ｝に
属するメンバシップ値は、μ（１．０ｋＶ｜ｖ）であ
り、入力ｔのファジイ集合｛４５°｝に属するメンバシ
ップ値は、μ（４５°｜ｔ）であり、図１３（ａ）のｎ
ルール目のｉｆ部（前件部）の成立する確からしさμ_n
をｍｉｎ｛μ（１．０｜ｖ），μ（４５°｜ｔ）｝で評
価する。すなわち、第ｎルール目のｉｆ部の成立する確
からしさμ _nを次のようにする。

【００６７】 μ_n＝ｍｉｎ｛μ（Ｖｎ｜ｖ），μ（Ｔｉｎ｜ｔ）｝ 上式で、ＶｎとＴｉｎはｎルールに記述されている加速
電圧、試料位置のファジイ集合である。同様にして、入
力変数が３以上のときも、各々のメンバシップ値の中で
最小となるものとを選択するものとする。この時、ｎル
ール目のｔｈｅｎ部に記述されているファジイ集合ｖ_sn
を表現するメンバシップ関数μ（ｖ_sn）と、ｎルール目
のｉｆ部の成立する確からしさμ_nとから、新たにファ
ジイ集合を評価したメンバシップ関数μＢｎを次式によ
って作り出す。

【００６８】μＢｎ＝ｍｉｎ｛μ_n，μ（ｖ_s｜ｎ）｝ 上記の操作を全てのルールに対して行い、新たに出力合
成関数μＢ＊を次式によって作り出す。

【００６９】

【数２】

【００７０】この出力合成関数μＢ＊から、μＢ＊の重
心を次式によって計算し、出力となる推論値§Ｖｓとす
る。

【００７１】

【数３】

【００７２】ここで、出力変数＃Ｖｓをｖ＝＃Ｖｓと
し、ａ，ｂは出力変数空間の境界値である。同様にし
て、出力変数が２以上のときも上記の操作を行う。上述
したｔｈｅｎ部の出力変数を数値で記述した場合、ある
いは、ファジイ集合で記述した場合のファジイ推論が、
図９で示したファジイ推論手段２４で実行され、加速電
圧制御量目標値内部変数＃Ｖａｃと、中間加速部電圧制
御目標値内部変数＃Ｖｉと減速レンズ減速端電圧制御目
標値内部変数＃Ｖｒと、試料ステージ印加電圧制御量目
標値内部変数＃Ｖｓとが、後処理手段２６に出力され
る。後処理手段２６では、＃Ｖａｃと＃Ｖｉと＃Ｖｒと
＃Ｖｓを適切な目標値に変数変換して、加速電圧制御量
目標値Ｖｓと、中間加速部電圧制御目標値Ｖｉと減速レ
ンズ減速端電圧制御目標値Ｖｒと、試料ステージ印加電
圧制御量目標値Ｖｓとする。変数変換の方法は、例え
ば、 Ｖａｃ＝α＃Ｖａｃ，Ｖｉ＝β＃Ｖｉ，Ｖｒ＝γ＃Ｖ
ｒ，Ｖｓ＝δ＃Ｖｓ のように、パラメータα，β，γ，δを積算することが
考えられる。なお、上記したルールベース２７に格納さ
れているルールは、ルールエディタ２８によって修正、
削除、追加ができる。

【００７３】以上のように、本発明では、加速電圧や試
料の傾斜角等の各制御部の制御規則が数値の羅列ではな
く、ｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されているため、その物
理的意味が分かりやすく、データハンドリングが容易と
なる。また、新たに制御規則を追加、削除したい場合で
も、ルールを追加、削除するだけで良く、従来のよう
に、数値計算のアルゴリズムまで変える必要はない。更
に、ルールで記述された制御点は、ファジイ集合で記述
されるため、出力変数空間全域においてファジイ推論さ
れ、従って、従来、固定加算されていた検出信号を少な
いルール数で行えることになる。

【００７４】図１４に本発明の他の実施の形態を示して
いる。この実施の形態では、エキスパートシステムを用
いてシステムを構築している。すなわち、図９に示した
ルールベース２７で行った制御を推論エンジン３０と知
識ベース３１とで行うようにしている。

【００７５】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこれらの形態に限定されない。例えば、走査電子
顕微鏡を例に説明したが、走査電子顕微鏡に限らず、静
電型レンズを用いた全ての電子顕微鏡や電子レンズを経
由して信号検出を行う検出器を備えた荷電粒子ビーム装
置にも本発明を適用することができる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、試料に電圧を印加し、試料の傾斜角度に応じて試料
の電位を変化させるようにしたので、一次電子ビームの
軸ずれが補正でき、２次電子検出効率をおとさずに高い
分解能で像の観察を行うことができる。

【００７７】また、請求項２の発明では、試料の電位を
ファジイ推論により決定するようにしたので、少ない数
のルールにより最適な試料電位の制御を行うことができ
る。また、従来の膨大な数の制御データでは、データハ
ンドリングが事実上不可能であったが、本発明において
は、データはｉｆ／ｔｈｅｎルールで記述されているの
で、データの持つ物理的意味が分かりやすく、追加、削
除、修正が用意となる。

【００７８】更に、従来、多変数制御系の入力空間を量
子化し、その間を線形補完していたが、精度を上げるよ
うになると、量子化数が膨大となり、一方、量子化数を
下げると、精度が低下してしまったが、本発明の請求項
２におけるファジイ推論では、高い精度できめ細かく試
料電位の制御を行うことができる。

【００７９】更にまた、多変数制御系では、全ての変数
が連動しているために、データの一部を追加、削除、修
正できないが、ファジイ推論は、多入力多出力であるた
め、部分的なルールを追加、削除、修正しても、全ての
変数が連動してファジイ推論される。

【００８０】請求項３の発明では、ルールベースに格納
されたルールを修正、削除、追加できるルールエディタ
を備えるようにしたので、容易に部分的なルールを修
正、削除、追加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の静電型レンズを備えた走査電子顕微鏡を
示す図である。

【図２】図１の装置で試料を傾斜させた状態を示す図で
ある。

【図３】従来の改良された静電型レンズを備えた走査電
子顕微鏡を示す図である。

【図４】静電型レンズの電位を可変するようにした従来
の走査電子顕微鏡を示す図である。

【図５】静電レンズ等の各電位を制御する制御装置の一
例を示す図である。

【図６】減速レンズの電位を制御する電位制御量のデー
タ構造例を示す図である。

【図７】本発明に基づく走査電子顕微鏡を示す図であ
る。

【図８】図７の走査電子顕微鏡において、試料を傾斜さ
せた状態を示す図である。

【図９】ファジイ推論により各電位を求める際の算出装
置の具体例を示す図である。

【図１０】図９の算出装置内でのデータの入出力の状況
を示す図である。

【図１１】入力変数空間のファジイ集合による分割例を
示す図である。

【図１２】ｔｈｅｎ部の出力変数を数値で記述した場合
のファジイ推論を説明するための図である。

【図１３】ｔｈｅｎ部の出力変数をファジイ集合で記述
した場合のファジイ推論を説明するための図である。

【図１４】エキスパートシステムにより各電位を求める
算出装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 加速電圧制御装置 ２ 中間加速部 ３ 中間加速電圧制御部 ４ 減速レンズ部 ５ 試料 ６ 減速電圧制御装置 ７ 対物レンズ ８ 試料ステージ ９ ステージ制御装置 １０ 上部検出器 １１ 下部検出器 １２ 計算機 ２１ 試料電位制御装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−270331（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−185823（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−17369（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−73841（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−204893（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91501（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64163（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−199459（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−203459（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/28 H01J 37/12 H01J 37/20 H01J 37/21

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電型対物レンズを用いて電子ビームを
   試料上に集束すると共に、試料を傾斜させるようにした
   電子顕微鏡において、 試料に電圧を印加し、試料の傾斜角度に応じて試料の電
   位を変化させるようにした電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 静電型対物レンズを用いて電子ビームを
   試料上に集束すると共に、試料を傾斜させるようにした
   電子顕微鏡において、 試料に電圧を印加する手段と、 電子ビームの加速電圧，静電型対物レンズに印加する電
   圧および試料の傾斜角を前件部のデータとし、試料の電
   位を後件部のデータとして、ｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述
   された前件と後件とのファジイ推論のルールが格納され
   たルールベースと、 電子ビームの加速電圧，静電型対物レンズに印加する電
   圧および試料の傾斜角を入力として、前記ルールベース
   からのルールに従ってファジイ推論を行い、試料の電位
   を出力するファジイ推論手段とを備え、 前記ファジイ推論手段の出力データに基づき試料の電位
   を変化させる 電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記ルールベースに格納されたルールを
   修正、削除、追加できるルールエディタを備えたことを
   特徴とする請求項２記載の電子顕微鏡。