JP4229610B2

JP4229610B2 - Charged particle beam apparatus and control method thereof

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Publication number: JP4229610B2
Application number: JP2001393685A
Authority: JP
Inventors: 幸松谷; 直樹関根
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2021-12-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置、及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡の機能を備えた透過型電子顕微鏡や、電子プローブマイクロアナライザ、あるいは走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビーム（以下、単にビームという）を加速し、コンデンサレンズや対物レンズで試料上にそのビームを細く集束している。そして、試料へのビームの照射によって発生した透過ビームや、Ｘ線、あるいは２次粒子を検出している。
【０００３】
この種の荷電粒子ビーム装置では、試料に照射されるビームの電流を安定化することが行われており、そのために用いられるのがビームスタビライザシステムである。
【０００４】
このようなビームスタビライザシステムは、ビーム電流を安定化させるためのコイルと、そのコイルの下流側に配置されたビーム電流検出手段と、ビーム電流検出手段で検出されたビーム電流に基づいてコイルに供給する電流を負帰還制御する負帰還回路とを備えている（例えば、特開平１−１８３０４４号公報、特開２００１−２５０４９９号公報参照）。ここで、上記のビーム電流を安定化させるためのコイルとしては、軸合わせを行うためのアラインメントコイルや、ビーム電流を調整するための集束レンズコイルが用いられ、上記ビーム電流検出手段としては、ビームの周辺部のビームを検出する検出スリットや対物絞りが用いられる。
【０００５】
図４は、特開平１−１８３０４４号公報に開示されているシステムの一部を示す図であり、図４を参照して、アラインメントコイルに供給する電流を負帰還制御してビーム安定化を行うビームスタビライザシステムの概略について説明する。なお、以下においては光軸をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する面内にＸ軸、Ｙ軸の直交する２軸をとるものとする。
【０００６】
図４において、３は制御部、６はビーム、８はビームの軸合わせを行うためのアラインメントコイル（以下、ＡＬＣという）、９はビーム電流検出スリット（以下、単に検出スリットという）、１７は軸合わせ用電源、１８は負帰還回路、２０は演算増幅器、２３は減算器、２４は増幅器、２５はスイッチ、２８は可変電圧電源を示す。
【０００７】
図４に示す構成では、ビーム電流を安定化させるためのコイルとしてＡＬＣ８を用い、ビーム電流検出手段としては検出スリット９を用いている。検出スリット９は、図５に示すように、光軸Ｚの周りに、Ｘ軸方向のビーム電流を検出するための一対の電極Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、及びＹ軸方向のビーム電流を検出するための一対の電極Ｙ₁ 、Ｙ₂ が軸対称に配置されたものである。
【０００８】
図４に示す構成において、ビームの軸合わせを行う場合には、オペレータは、図示しない操作部を操作して、軸合わせ用の制御信号を調整する。このビームの軸合わせに際しては、例えば、ＡＬＣ８の下流の適宜な位置にビーム電流検出器（図４には図示せず）を光軸Ｚ上に挿入して、軸合わせ用制御信号を変化させながら、ビーム電流検出器で検出されるビーム電流が最大になるように調整すればよい。
【０００９】
この操作部からの制御信号は制御部３に通知され、制御部３は、この制御信号に対応した軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を軸合わせ用電源１７に出力する。これによって、ＡＬＣ８には、軸合わせ用電源１７から軸合わせ用制御電圧Ｔ_X に対応した電流が供給され、ビームは最適な位置に位置される。
【００１０】
スイッチ２５は手動のスイッチであり、この軸合わせを行う場合には、スイッチ２５は図の破線で示すように接地側になされる。なお、スイッチ２５が接地側にあるときをオフ状態といい、図の実線で示すように増幅器２４側にあるときをオン状態ということにする。後述するその他のスイッチについても同様である。
【００１１】
さて、いま、Ｘ軸方向のビーム電流を検出するための一対の電極Ｘ₁ 、Ｘ₂ により検出されたビーム電流を、それぞれＩ_X1 、Ｉ_X2とすると、これらの検出ビーム電流Ｉ_X1 、Ｉ_X2は演算増幅器２０に入力される。
【００１２】
演算増幅器２０は、これらの入力された検出ビーム電流Ｉ_X1 、Ｉ_X2を、それぞれ、電圧Ｖ_X1 、Ｖ_X2に変換して、
Ｖ_X ＝ｃ・（Ｖ_X1−Ｖ_X2）／（Ｖ_X1＋Ｖ_X2） …(1)
を出力する。ここで、ｃは定数である。
【００１３】
演算増幅器２０の出力Ｖ_X は減算器２３の一方の入力端子に入力され、減算器２３の他方の入力端子には可変電圧電源２８からの出力電圧Ｖ_XSが入力される。そして、減算器２３は、演算増幅器２０の出力Ｖ_X から可変電圧電源２８の出力電圧Ｖ_XSを減算した誤差電圧を出力する。従って、減算器２３の誤差電圧出力を△Ｖ_X とすると、
△Ｖ_X ＝Ｖ_X −Ｖ_XS …(2)
である。
【００１４】
減算器２３の出力△Ｖ_X は増幅器２４で増幅される。この増幅器２４は十分大きな増幅度Ａを持つ。従って、増幅器２４の出力△Ｔ_X は、
△Ｔ_X ＝Ａ・△Ｖ_X …(3)
である。これが負帰還回路１８の出力であり、ＡＬＣ８に供給する電流を負帰還制御するための信号（これを負帰還制御信号という）である。
【００１５】
さて、オペレータは上記の軸合わせが完了すると、オフ状態にあるスイッチ２５をオン状態とするが、このときには、通常、可変電圧電源２８の出力Ｖ_XSを、Ｖ_XS＝Ｖ_X に設定する。このように、可変電圧電源２８の出力をＶ_XS＝Ｖ_X に設定すれば、減算器２３の出力△Ｖ_X ＝０、そして増幅器２４の出力△Ｔ_X ＝０となるので、スイッチ２５をオン状態としてＡＬＣ８の電流に対する負帰還を開始したとき、良好に負帰還が掛かることになる。
【００１６】
ところで、検出スリット８はビーム電流が最大のときＩ_X1 ≒Ｉ_X2 となるように配置されるのが通常であるため、上記の軸合わせを完了した時点ではＶ_X ≒０であり、従って、実際には可変電圧電源２８の出力はＶ_XS≒０に調整すればよい。従って、通常、減算器２３の出力は、△Ｖ_X ≒０になっている。
【００１７】
このようにしてスイッチ２５がオン状態となされるとフィードバック系が確立され、増幅器２４の出力△Ｔ_X はスイッチ２５を介して軸合わせ用電源１７に入力され、これによって、ＡＬＣ８には、軸合わせ用電源１７から、軸合わせ用制御電圧Ｔ_X に対応した電流と、増幅器２４の出力△Ｔ_X に対応した電流が加算された電流が供給されて、ＡＬＣ８に供給される電流が負帰還制御される。そして、この負帰還制御によって、ビーム電流はＶ_X が一定になるように制御される。
【００１８】
以上、ＡＬＣ８によるビーム電流のＸ方向のビームの安定化の構成及び動作について説明したが、Ｙ方向のビームの安定化のための構成及び動作についても同様である。
【００１９】
次に、図６を参照して、集束レンズコイルに供給する電流を負帰還制御を行ってビームを安定化させるビームスタビライザシステムの構成例について説明する。図６において、１０は集束レンズコイル（以下、ＣＬＣという）、１１は対物絞り、１９は集束レンズ電源、２６は集束レンズを出射したビームを制限する前置絞り、２７は負帰還回路、３０は電流電圧変換器、３１は可変電圧電源、３２は減算器、３３は増幅器、３４はスイッチを示す。なお、図６において、図４に示すものと同じものについては同一の符号を付して重複する説明を最小限に留めるものとする。
【００２０】
ＣＬＣ１０の下流側には対物絞り１１が配置されている。この対物絞り１１はビーム電流を検出する電極としての機能も有している。そして、対物絞り１１は、上述した検出スリット９のように分割されてはおらず、従って、検出出力は一つである。
【００２１】
図６に示すシステムの動作原理は、上述した図４に示すシステムと同様であるが、以下、概略説明する。
図６に示す構成において、集束レンズの焦点距離を変更することによってビーム電流の調整を行う場合には、オペレータは、図示しない操作部を操作して、ビーム電流調整用の制御信号を調整する。所望のビーム電流に調整するに際しては、例えば、ＣＬＣ１０の下流の適宜な位置にビーム電流検出器（図６には図示せず）を光軸Ｚ上に挿入して、ビーム電流調整用制御信号を変化させながら、ビーム電流検出器で検出されるビーム電流が所望の値になるように調整すればよい。
【００２２】
この操作部からのビーム電流調整用制御信号は制御部３に通知され、制御部３は、この制御信号に対応したビーム電流制御電圧Ｔ_D を集束レンズ電源１９に出力する。これによって、ＣＬＣ１０には、集束レンズ電源１９からビーム電流制御電圧Ｔ_D に対応した電流が供給され、ビーム電流は所望の値になされる。
【００２３】
スイッチ３４は手動のスイッチであり、このビーム電流の調整を行う場合には、スイッチ３４は図の破線で示すようにオフ状態となされる。
【００２４】
さて、いま、対物絞り１１により検出されたビーム電流をＩ_D とすると、この検出ビーム電流Ｉ_D は電流電圧変換器３０によって電圧Ｖ_D に変換され、減算器３２の一方の入力端子に入力される。減算器３２の他方の入力端子には、可変電圧電源３１からの出力電圧Ｖ_DSが入力される。そして、減算器３２は、電流電圧変換器３０の出力電圧Ｖ_D から可変電圧電源３１の出力電圧Ｖ_DSを減算して誤差電圧を出力する。従って、減算器３２の出力を△Ｖ_D とすると、
△Ｖ_D ＝Ｖ_D −Ｖ_DS …(4)
である。
【００２５】
減算器３２の出力△Ｖ_D は増幅器３３で増幅される。この増幅器３３は十分大きな増幅度Ａ′を持つ。従って、増幅器３３の出力△Ｔ_D は、
△Ｔ_D ＝Ａ′・△Ｖ_D …(5)
である。これが負帰還回路２７の出力であり、ＣＬＣ１０に供給する電流を負帰還制御するための負帰還制御信号である。
【００２６】
さて、オペレータは上記のビーム電流調整が完了すると、オフ状態にあるスイッチ３４をオン状態とするが、このときには、可変電圧電源３１を、Ｖ_DS＝Ｖ_D に設定する。このように、可変電圧電源３１の出力をＶ_DS＝Ｖ_D に設定すれば、減算器３２の出力△Ｖ_D ＝０、そして増幅器３３の出力△Ｔ_D ＝０となるので、スイッチ３４をオン状態としてＣＬＣ１０の電流に対する負帰還を開始したとき、良好に負帰還が掛かることになる。
【００２７】
可変電圧電源３１の出力は、原理的には、Ｖ_DS＝Ｖ_D に設定するのであるが、実際的には、Ｖ_DS≒Ｖ_D に設定すればよい。従って、通常、減算器３２の出力は、△Ｖ_D ≒０になっている。
【００２８】
このようにしてスイッチ３４がオン状態となされるとフィードバック系が確立され、増幅器３３の出力△Ｔ_D はスイッチ３４を介して集束レンズ電源１９に入力され、これによって、ＣＬＣ１０には、集束レンズ電源１９から、ビーム電流制御電圧Ｔ_D に対応した電流と、増幅器３３の出力である負帰還制御信号△Ｔ_D に対応した電流が加算された電流が供給されて、ＣＬＣ１０に供給される電流が負帰還制御される。そして、この負帰還制御によって、ビーム電流はＶ_D が一定になるように制御される。
【００２９】
以上、ＡＬＣ８に供給する電流を負帰還制御してビームを安定化させるシステムと、ＣＬＣ１０に供給する電流を負帰還制御を行ってビームを安定化させるシステムの２つのビームスタビライザシステムについて説明したが、何れか一方のシステムだけが設けられることもあり、両方のシステムが設けられることもある。また、両方のシステムが設けられている装置の場合に、何れか一方のシステムだけが利用されることもあり、両方のシステムが利用されることもある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した２つのビームスタビライザシステムでは、ビーム電流の安定化という点では効果があるが、しかしながら、上述した２つのビームスタビライザシステムにおいては、何れのシステムでも、次に述べるような問題があった。以下においては、主として図４に示すＡＬＣ８に供給する電流を負帰還制御してビームを安定化させるシステムについて問題点を説明するが、これらの問題点はＣＬＣ１０に供給する電流を負帰還制御を行ってビームを安定化させるシステムにおいても同様に生じるものである。
【００３１】
まず、ＡＬＣ８に供給する電流に対して負帰還制御を行うか、行わないかはスイッチ２５のオン／オフで行うのであるが、このスイッチ２５はオペレータが手動で行う必要があるので、煩わしく、場合によってはスイッチ２５をオン状態からオフ状態にしなければならないにも拘わらず、オフ状態にするのを忘れてしまうという事態も生じる可能性があった。
【００３２】
即ち、上記の説明ではビームの軸合わせを行う場合にはスイッチ２５をオフ状態にして行うと述べたが、スイッチ２５をオフ状態とする場合は軸合わせの場合に限らず、軸合わせの操作を含めて、ＡＬＣ８の上流側において、ＡＬＣ８の位置においてビーム電流が変化する操作を行う場合にはいつもスイッチ２５をオフ状態とする必要がある。
【００３３】
このような操作としては、軸合わせの調整の操作、ＡＬＣ８によりビームを大きく偏向させることによって行うビームブランキングの操作、加速電圧を変更する操作、加速電圧を印加停止する操作、熱電子放出型の電子銃を用いたものにおいては陰極温度を変更する操作、抑制電圧を変更する操作、及び陰極を加熱を停止する操作、電界放出型の電子銃を用いたものにおいてはエミッション電流を変更する操作、バイアス電圧を変更する操作、自己バイアス抵抗を変更する操作、及び引出電圧を変更する操作等がある。
【００３４】
これらの何れの操作も、オペレータが意図的にビーム電流の電流値及び／またはビームの傾きを変更しようとする操作であり、しかもＡＬＣ８を含めてそれより上流側で行われるので、従って、ＡＬＣ８の位置でのビーム電流の電流値及び／またはビームの傾きは変化することになる。以下、このように、ＡＬＣ８を含めてそれより上流側においてビーム電流の値及び／またはビームの傾きを変更するための操作をタイプＡの操作という。
【００３５】
このタイプＡの操作を行う際にスイッチ２５をオン状態としていたのでは、意図的にビーム電流値及び／またはビームの傾きを変更しようとしても、ＡＬＣ８の電流に対する負帰還制御によりビーム電流値及び／またはビームの傾きは一定に保たれることになり、意図した通りに変更できないことになる。
【００３６】
従って、上記のタイプＡの操作を行う場合には、スイッチ２５をオフ状態とする必要があり、タイプＡの操作を完了したらスイッチ２５をオン状態としてＡＬＣ８の電流に対する負帰還制御を開始する必要があるのであるが、スイッチ２５はオペレータが手動でオン／オフ操作する必要があるので非常に煩わしく、スイッチ２５をオフ状態とせずにタイプＡの操作を行ってしまったり、スイッチ２５をオフ状態としてタイプＡの操作を行った後にスイッチ２５をオン状態にしないで分析を開始してしまうという誤操作が発生する可能性があったのである。
【００３７】
この問題は、ＣＬＣ１０に供給する電流を負帰還制御を行ってビームを安定化させるシステムにおいても同様であり、上記のタイプＡの操作を行った場合には、ＣＬＣ１０の位置でのビーム電流の値及び／またはビームの傾斜も変化するので、タイプＡの操作を行う場合には、スイッチ３４をオフ状態とする必要がある。また、ＣＬＣ１０に対する負帰還制御に関して特有の事項として、集束レンズの焦点距離を変更することによりビーム電流を変更する操作、及び対物絞り１１の径を変更することによってビーム電流を変更する操作がある。以下、このように集束レンズ及び対物絞り１１に関する特有の操作をタイプＢの操作という。
【００３８】
このタイプＢの操作を行う際にスイッチ３４をオン状態としていたのでは、意図的にビーム電流値及び／またはビームの傾きを変更しようとしても、ＣＬＣ１０の電流に対する負帰還制御によりビーム電流値及び／またはビームの傾きは一定に保たれることになり、意図した通りに変更できないことになる。
【００３９】
従って、上記のタイプＢの操作を行う場合には、スイッチ３４をオフ状態とする必要があり、タイプＢの操作を完了したらスイッチ３４をオン状態としてＣＬＣ１０の電流に対する負帰還制御を開始する必要があるのである。
【００４０】
しかし、タイプＢの操作によるビーム電流値及び／またはビーム傾きの変更は、ＣＬＣ１０より上流にあるＡＬＣ８に対する負帰還制御には影響がないので、タイプＢの操作を行う場合にはスイッチ２５はオフにする必要はない。
【００４１】
次の問題として、スイッチ２５をオフ状態としてタイプＡの操作を行い、再びスイッチ２５をオン状態とするときの可変電圧電源２８の初期設定が非常に難しいという問題がある。
【００４２】
即ち、上述したようにスイッチ２５をオン状態とする際には、その前に可変電圧電源２８の出力を、原理的にはＶ_XS＝Ｖ_X に設定する必要がある。これが初期設定であるが、タイプＡの操作を完了したとき、演算増幅器２０の出力Ｖ_X がどのような値になっているかは分からないのが実際である。当該荷電粒子ビーム装置の全てが理想的なものであれば、タイプＡの操作を行い、且つビーム電流を最大としたときには演算増幅器２０の出力Ｖ_X は、Ｖ_X ＝０となるが、現実的にはこのようなことは保証されるものではない。
【００４３】
また、上述したように、実際的には、可変電圧電源２８の出力はＶ_XS≒０とすればよいが、これは、検出スリット９の各電極が光軸に対して対称に配置され、Ｘ軸方向のビーム電流に関していえばビーム電流が最大のときＩ_X1 ≒Ｉ_X2 となるように配置されることを前提としている。しかし、常にこのような前提が成立しているとは限らず、最大ビーム電流のときにＩ_X1 ≒Ｉ_X2 を満足しない場合もある。また、演算増幅器２０にはオフセットがあるのが通常であり、このオフセットによって、Ｖ_X ≒０とならない場合もあり得る。
【００４４】
このような種々の原因によって、現実の荷電粒子ビーム装置ではビーム電流を最大にしたときにも、演算増幅器２０の出力がＶ_X ≒０となるとは限らず、一般には、タイプＡの操作を行い、且つビーム電流を最大としたとしても、演算増幅器２０の出力Ｖ_X がどのような値になっているかは分からないのが実際である。
【００４５】
しかし、可変電圧電源２８の出力の調整が旨くいかず、減算器２３の出力△Ｖ_X がある範囲を超えてしまうと、その出力△Ｖ_X が増幅器２４で大きく増幅され、増幅器２４の出力△Ｔ_X が、当該負帰還回路１８の引き込み範囲を逸脱してしまうことになり、スイッチ２５をオン状態としたとき、負帰還制御ができなくなってしまう。
【００４６】
また、この問題と関係するのであるが、増幅器２４の増幅度Ａは十分大きいので、減算器２３の誤差電圧出力△Ｖ_X が小さなものであっても、増幅器２４の出力電圧△Ｔ_X は大きなものとなる。従って、スイッチ２５をオン状態とする前に最大ビーム電流が得られるような操作をしたとしても、可変電圧電源２８の出力Ｖ_XSの調整が不良で、減算器２３の誤差電圧出力△Ｖ_X として小さい電圧が出たとすると、スイッチ２５をオン状態として負帰還を開始した場合、その減算器２３の小さいな誤差電圧出力が増幅器２４で大きく増幅され、ビームはその出力△Ｔ_X によって負帰還制御されることになるので、結果として、ビーム電流は最大値からずれてしまうという問題がある。
【００４７】
このように、可変電圧電源２８の出力Ｖ_XSを、Ｖ_XS＝Ｖ_X 、少なくとも増幅器２４の出力△Ｔ_X （＝Ａ・（Ｖ_X −Ｖ_XS））が当該負帰還回路１８の引き込み範囲内にあるように調整することは、スイッチ２５をオン状態として負帰還を開始したときに負帰還制御を良好に行うためにも、また、最大ビーム電流を得るためにも重要なのであるが、この初期設定は非常に難しいという問題があるのである。
この問題は、ＣＬＣ１０に供給する電流を負帰還制御を行ってビームを安定化させるシステムにおいても同様である。
【００４８】
そこで、本発明は、荷電粒子ビーム装置において、負帰還制御の停止、及び開始を自動的に行うことを目的とする。
また、本発明は、荷電粒子ビーム装置において、負帰還制御を開始する際の初期設定を自動的に行うことを目的とする。
【００４９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを放出するビーム放出源と、前記ビーム放出源に加速電圧を印加する電圧印加手段と、荷電粒子ビームの軸合わせを行うためのアラインメントコイルと、前記アラインメントコイルに電流を供給する第１の電源と、前記アラインメントコイルの下流側に位置するビーム電流検出用スリットと、前記ビーム電流検出用スリットによるビーム電流検出に基づいて、前記第１の電源から前記アラインメントコイルに供給される電流に対して負帰還制御を行うための第１の負帰還回路と、前記ビーム電流検出用スリットに対して下流側に配置され、荷電粒子ビームのビーム電流を調整するために該荷電粒子ビームを集束する際の集束レンズの焦点距離を変更することのできる集束レンズコイルと、前記集束レンズコイルに電流を供給する第２の電源と、前記集束レンズコイルの下流側に位置するビーム電流検出用絞りと、前記ビーム電流検出用絞りによるビーム電流検出に基づいて、前記第２の電源から前記集束レンズコイルに供給される電流に対して負帰還制御を行うための第２の負帰還回路と、前記電圧印加手段、前記第１の電源、前記第１の負帰還回路、前記第２の電源、及び前記第２の負帰還回路の制御を行う制御部と、前記制御部に接続された操作手段とを備える荷電粒子ビーム装置であって、前記制御部には、アラインメントコイルの上流側ないしアラインメントコイルの位置におけるビーム電流を変化させるための前記操作手段による変更操作を第１の操作とし、また前記集束レンズの焦点距離を変更させるための前記操作手段による変更操作を第２の操作としてこれらが登録されており、前記制御部は、前記操作手段において行われる操作が前記第１の操作もしくは前記第２の操作のうちの何れかに該当するかを判断し、当該第１の操作に該当すると判断された操作（第１の操作）を実行する際には前記第１の負帰還回路による負帰還制御を停止するとともに前記第２の負帰還回路による負帰還制御を停止し、また当該第２の操作に該当すると判断された操作（第２の操作）を実行する際には前記第１の負帰還回路による負帰還制御のオン／オフを行うスイッチの状態を変更しないとともに前記第２の負帰還回路による負帰還制御を停止するように制御することを特徴とする。
請求項２記載の荷電粒子ビーム装置は、請求項１において、前記制御部は、前記第１の操作もしくは前記第２の操作の実行後、所定時間内に当該第１及び第２の操作のうちの何れかの操作の実行がないときには、前記第１及び第２の負帰還回路による各負帰還制御の開始ないし維持を行うことを特徴とする。
請求項３記載の荷電粒子ビーム装置は、請求項２において、前記第１の負帰還回路は、演算増幅器と、該演算増幅器の出力を一方の入力端子に入力とする減算器と、該減算器の出力を増幅して負帰還制御信号を出力する増幅器とを備え、前記制御部は、前記第１の負帰還回路による負帰還制御を停止した後、所定時間内に前記第１の操作の実行がないときには、前記減算器の他方の入力端子にその時点での前記演算増幅器の出力を与えて当該負帰還制御の開始を行うことを特徴とする。
請求項４記載の荷電粒子ビーム装置は、請求項２において、前記第２の負帰還回路は、電流電圧変換器と、該電流電圧器の出力を一方の入力端子に入力とする減算器と、該減算器の出力を増幅して負帰還制御信号を出力する増幅器とを備え、前記制御部は、前記第２の負帰還回路による負帰還制御を停止した後、所定時間内に前記第１及び第２の操作のうちの何れかの操作の実行がないときには、前記減算器の他方の入力端子にその時点での前記電流電圧変換器の出力を与えて当該負帰還制御の開始を行うことを特徴とする。
請求項５記載の荷電粒子ビーム装置の制御方法は、荷電粒子ビームを放出するビーム放出源と、前記ビーム放出源に加速電圧を印加する電圧印加手段と、荷電粒子ビームの軸合わせを行うためのアラインメントコイルと、前記アラインメントコイルに電流を供給する第１の電源と、前記アラインメントコイルの下流側に位置するビーム電流検出用スリットと、前記ビーム電流検出用スリットによるビーム電流検出に基づいて、前記第１の電源から前記アラインメントコイルに供給される電流に対して負帰還制御を行うための第１の負帰還回路と、前記ビーム電流検出用スリットに対して下流側に配置され、荷電粒子ビームのビーム電流を調整するために該荷電粒子ビームを集束する際の集束レンズの焦点距離を変更することのできる集束レンズコイルと、前記集束レンズコイルに電流を供給する第２の電源と、前記集束レンズコイルの下流側に位置するビーム電流検出用絞りと、前記ビーム電流検出用絞りによるビーム電流検出に基づいて、前記第２の電源から前記集束レンズコイルに供給される電流に対して負帰還制御を行うための第２の負帰還回路と、前記電圧印加手段、前記第１の電源、前記第１の負帰還回路、前記第２の電源、及び前記第２の負帰還回路の制御を行う制御部と、前記制御部に接続された操作手段とを備え、前記制御部には、アラインメントコイルの上流側ないしアラインメントコイルの位置におけるビーム電流を変化させるための前記操作手段による変更操作を第１の操作とし、また前記集束レンズの焦点距離を変更させるための前記操作手段による変更操作を第２の操作としてこれらが登録されている荷電粒子ビーム装置の制御方法であって、前記制御部は、前記操作手段において行われる操作が前記第１の操作もしくは前記第２の操作のうちの何れかに該当するかを判断し、当該第１の操作に該当すると判断された操作（第１の操作）を実行する際には前記第１の負帰還回路による負帰還制御を停止するとともに前記第２の負帰還回路による負帰還制御を停止し、また当該第２の操作に該当すると判断された操作（第２の操作）を実行する際には前記第１の負帰還回路による負帰還制御のオン／オフを行うスイッチの状態を変更しないとともに前記第２の負帰還回路による負帰還制御を停止するように制御することを特徴とする。
請求項６記載の荷電粒子ビーム装置の制御方法は、請求項５において、前記制御部は、前記第１の操作もしくは前記第２の操作の実行後、所定時間内に当該第１及び第２の操作のうちの何れかの操作の実行がないときには、前記第１及び第２の負帰還回路による各負帰還制御の開始ないし維持を行うことを特徴とする。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る荷電粒子ビーム装置を備えた電子顕微鏡の全体構成を示す図、図２は本発明に係る、ＡＬＣに供給する電流を負帰還制御してビームを安定化させる第１のビームスタビライザシステム（以下、単に第１システムという）に用いる負帰還回路１８の一実施形態、及びその周辺の構成を示す図、図３は本発明に係る、ＣＬＣに供給する電流を負帰還制御してビームを安定化させる第２のビームスタビライザシステム（以下、単に第２システムという）に用いる負帰還回路２７の一実施形態、及びその周辺の構成を示す図であり、図中、１は操作表示部、２は通信ライン、４は陰極、５は抑制電極、７は陽極、１２はビーム電流検出器、１３はビーム電流計、１４は加速電圧電源、１５は陰極加熱電源、１６は抑制電圧電源、２１はＡＤ変換器、２２はＤＡ変換器、４０はスイッチ、４１はＡＤ変換器、４２はＤＡ変換器、４３はスイッチを示す。なお、図１、図２及び図３において、図４〜図６に示すものと同等なものについては同一の符号を付して重複する説明を最小限に留めるものとする。
【００５１】
まず、図１〜図３に示す構成の各部のいくつかについて概略説明する。
操作表示部１は、キーボードや各種ボタン等の操作手段と、ＣＲＴ等の表示手段、及びこれらの制御手段とで構成されるマンマシンインターフェースである。そして、操作表示部１で行われた操作の内容は通信ライン２を介して制御部３に通知される。
【００５２】
制御部３は、操作表示部１で行われた操作の内容に応じて、各種電源等の制御を行うものであるが、その動作の詳細については後述する。また、制御部３には、操作表示部１において行われる操作のうち、どの操作がタイプＡの操作であり、どの操作がタイプＢの操作であるかが予め登録されている。従って、制御部３は、例えば、操作表示部１で軸合わせの調整の操作あるいは加速電圧を変更する操作が行われた場合にはタイプＡの操作であると判断し、集束レンズの焦点距離を変更する操作が行われた場合にはタイプＢの操作であると判断する。
【００５３】
図１に示す構成では、電子銃は、陰極４、抑制電極５、及び陽極６で構成される熱電子放出型のものとしている。そして、操作表示部１で加速電圧の変更の操作を行い、更に加速電圧を指定すると、制御部３は加速電圧電源１４に対して、指定された加速電圧を発生するための制御信号を与え、これにより、加速電圧電源１４から当該加速電圧が発生され、陰極加熱電源１５に印加されるので、指定された加速電圧が陰極４に印加される。また、操作表示部１で陰極温度の変更の操作を行い、更に陰極温度を指定すると、制御部３は陰極加熱電源１５に対して、指定された陰極温度を発生するための制御信号を与え、これにより、陰極加熱電源１５から当該陰極温度を実現するための電圧が発生されるので、陰極４の温度は指定された温度となる。更に、操作表示部１で抑制電圧の変更の操作を行い、更に抑制電圧を指定すると、制御部３は抑制電圧電源１６に対して、指定された抑制電圧を発生するための制御信号を与え、これにより、抑制電圧電源１６から当該抑制電圧が発生されるので、抑制電極５には指定された抑制電圧が印加される。この実施形態では熱電子放出型の電子銃を用いるものとするが、電界放出型の電子銃を用いることができることは当然である。
【００５４】
ビーム電流検出器１２は、上述したように、ビーム電流を所望の値にしたり、最大ビーム電流を得ようとするときに用いるものであり、光軸上に挿脱可能に構成されている。そして、このビーム電流検出器１２に照射したビーム電流の値はビーム電流計１３によって検知され、ＡＤ変換されて制御部３に通知される。
【００５５】
第１システムの負帰還回路１８のスイッチ４０のオン／オフ、及び第２システムの負帰還回路２７のスイッチ４３のオン／オフは、何れも制御部３によって制御される。
【００５６】
次に、動作について説明する。なお、以下の説明では、第１システムについてはＸ方向のビームの安定化の動作のみについて説明するが、Ｙ方向のビームの安定化のための動作についても同様である。
【００５７】
いま、スイッチ４０、及びスイッチ４３が共にオン状態であり、第１システムではＡＬＣ８の電流に対して負帰還制御が行われており、第２システムではＣＬＣ１０の電流に対して負帰還制御が行われているとする。
【００５８】
そして、いま、オペレータが操作表示部１において、ある操作を行ったとする。この操作の内容は通信ライン２を介して制御部３に通知される。制御部３は、当該操作がタイプＡの操作であるか、タイプＢの操作であるかを判断する。
【００５９】
当該操作がタイプＡの操作である場合、制御部３は、スイッチ４０及びスイッチ４３をオフ状態とする制御信号を出力する。これによって、スイッチ４０及びスイッチ４３はオフ状態となり、負帰還制御は停止される。
【００６０】
この後、制御部３は、操作表示部１で操作された内容に応じた処理を行う。例えば当該操作が加速電圧の変更の操作である場合は上述した動作を行う。また、当該操作が軸合わせ調整の場合には、図４に関して説明したように、制御部３は軸合わせ用電源１７に対して軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を出力する処理を行う。
【００６１】
そして、制御部３は、操作表示部１において、ある操作が行われた後、所定時間内に次の操作が行われた場合には、当該次の操作に対応した処理を実行するが、ある操作が行われた後、所定時間内に何の操作も行われなかった場合には、制御部３は、ＡＤ変換器２１からその時点での演算増幅器２０の出力電圧Ｖ_X を取り込み、その電圧Ｖ_X をＤＡ変換器２２に出力すると共に、ＡＤ変換器４１からその時点での電流電圧変換器３０の出力電圧Ｖ_D を取り込み、その電圧Ｖ_D をＤＡ変換器４２に出力する。
【００６２】
そして、ＤＡ変換器２２からは出力Ｖ_XSとしてＶ_X が出力され、ＤＡ変換器４２からは出力Ｖ_DSとしてＶ_D が出力される。つまり、ＤＡ変換器２２からは減算器２３に対して演算増幅器２０の出力Ｖ_X が入力されることになる。同様に、ＤＡ変換器４２からは減算器３２に対して電流電圧変換器３０の出力Ｖ_D が入力されることになる。
【００６３】
制御部３は以上の処理が終了すると、スイッチ４０及びスイッチ４３をオン状態とする制御信号を出力する。これによって、スイッチ４０及びスイッチ４３はオン状態となり、第１システムにおいても、第２システムにおいても負帰還制御が開始される。
【００６４】
そして、このようにして第１システムにおいて負帰還制御が開始された時点では、ＤＡ変換器２２の出力はＶ_XS＝Ｖ_X であるので、減算器２３の出力は△Ｖ_X ＝０、従って増幅器２４の出力も△Ｔ_X ＝０となるので、ＡＬＣ８の電流に対する負帰還制御は良好に行われることになる。
【００６５】
同様に、第２システムにおいて負帰還制御が開始された時点では、ＤＡ変換器４２の出力はＶ_DS＝Ｖ_D であるので、減算器３２の出力は△Ｖ_D ＝０、従って増幅器３３の出力も△Ｔ_D ＝０となるので、ＣＬＣ１０の電流に対する負帰還制御は良好に行われることになる。
【００６６】
厳密にいえば、演算増幅器２０の出力電圧Ｖ_X をＡＤ変換するとき、量子化に伴う誤差が発生するので、Ｖ_XS＝Ｖ_X とはならないが、この誤差は非常に小さいので、増幅器２４の出力を当該負帰還回路１８の引き込み範囲内に納めることは可能である。この点については負帰還回路２７についても同様であり、以下についても同様である。
【００６７】
以上が、操作表示部１で行われた操作がタイプＡの操作であった場合の動作であるが、操作表示部１で行われた操作がタイプＢの操作である場合の動作は次のようである。
【００６８】
この場合、制御部３は、スイッチ４３のみをオフ状態とする制御信号を出力する。これによって、スイッチ４３はオフ状態となり、負帰還制御は停止される。このときにはスイッチ４０の状態は変更されない。上述した通り、タイプＢの操作は検出スリット９より上流のビームに対しては影響を及ぼさないからである。
【００６９】
この後、制御部３は、操作表示部１で操作された内容に応じた処理を行う。例えば当該操作が集束レンズの焦点距離を変更する操作である場合は、図６に関して説明したように、制御部３は集束レンズ電源１９に対してビーム電流制御電圧Ｔ_D を出力する処理を行う。
【００７０】
そして、制御部３は、操作表示部１において、ある操作が行われた後、所定時間内に次の操作が行われた場合には、当該次の操作に対応した処理を実行するが、ある操作が行われた後、所定時間内に何の操作も行われなかった場合には、制御部３は、ＡＤ変換器４１からその時点での電流電圧変換器３０の出力電圧Ｖ_D を取り込み、その電圧Ｖ_D をＤＡ変換器４２に出力する。
【００７１】
制御部３は以上の処理が終了すると、スイッチ４３をオン状態とする制御信号を出力する。これによって、スイッチ４３はオン状態となり、第２システムにおいて負帰還制御が開始される。
【００７２】
そして、第２システムにおいて負帰還制御が開始された時点では、ＤＡ変換器４２の出力はＶ_DS＝Ｖ_D であるので、減算器３２の出力は△Ｖ_D ＝０、従って増幅器３３の出力も△Ｔ_D ＝０となるので、ＣＬＣ１０の電流に対する負帰還制御は良好に行われることになる。
【００７３】
以上のようであるので、このビームスタビライザシステムによれば、第１システムの負帰還回路１８のスイッチ４０のオン／オフ、及び第２システムの負帰還回路２７のスイッチ４３のオン／オフは制御部３により自動的に行われる、即ち、負帰還制御の停止／開始が自動的に行われるので、従来のような煩わしさは解消され、これらのスイッチの誤操作も生じない。
【００７４】
また、負帰還回路１８のスイッチ４０がオフ状態からオン状態となされてＡＬＣ８の電流に対する負帰還制御が開始される時点では、増幅器２４の出力電圧△Ｔ_X は０、あるいは殆ど０になるように自動的に初期設定されるので、負帰還制御は良好に開始される。同様に、負帰還回路２７のスイッチ４３がオフ状態からオン状態となされてＣＬＣ１０の電流に対する負帰還制御が開始される時点では、増幅器３３の出力電圧△Ｔ_D は０、あるいは殆ど０になるように自動的に初期設定されるので、負帰還制御は良好に開始される。
更に、従来のように、減算器２３、減算器３２に入力する電圧を手動調整する必要はないので、この点でもオペレータの負担は大幅に軽減される。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では対物絞りに入射するビーム電流を検出したが、対物絞りとは別個に、ビーム電流を検出するための専用の検出絞りを設けるようにしてもよい。以下、更にいくつかの変形例について説明する。
【００７６】
［変形例１］
制御部３の動作モードとして、上述した動作を行う第１のモードと、タイプＡの操作を行う場合も、タイプＢの操作を行う場合もスイッチ４０、及びスイッチ４３をオフ状態としない第２のモードを設けるようにしてもよい。上述したように、スイッチ４０、及びスイッチ４３をオン状態としたままタイプＡの操作を行った場合、そのタイプＡの操作によって意図的にビーム電流を変更しようとしても第１システム及び第２システムの負帰還制御によってビーム電流は変更されないが、操作表示部１において何等かの操作を行う場合に第１のモードと第２のモードのそれぞれのモードで行うことによって、負帰還制御が行われている状態と、負帰還制御が行われていない状態を比較することができ、負帰還制御の機能のチェック等を行うことが可能となる。
【００７７】
［変形例２］
上述した実施形態では、操作表示部１における操作が所定時間行われず、スイッチ４０、及びスイッチ４３がオン状態となされる直前には、常に、ＤＡ変換器２２からはその時点での演算増幅器２０の出力Ｖ_X を出力し、ＤＡ変換器４２からはその時点での電流電圧変換器３０の出力電圧Ｖ_D を出力するものとしたが、このように動作するモードの他に、所望の電圧をＤＡ変換器２２、ＤＡ変換器４２から出力させるようにできるモードを設け、どちらのモードを使用するかを選択できるようにしてもよい。
【００７８】
後者のモードを設ける意味は次のようである。例えば、あるとき加速電圧を変更して観測／分析を行ったが、その変更前の加速電圧にもう一度戻して観測／分析を行いたいという場合がある。そのような場合、その戻したい加速電圧を設定したときの演算増幅器２０の出力電圧を記憶しておいて、その記憶している電圧をＤＡ変換器２２に出力すれば、その戻したい加速電圧設定時と同じビーム電流状態にすることができる。
【００７９】
従って、後者のモードでは、操作表示部１で操作を行ったときの演算増幅器２０の出力電圧を制御部３に記憶しておき、負帰還制御を開始する際に、その記憶されている電圧の中からＤＡ変換器２２に出力したい所望の電圧を選択できるようにするのである。このことは第２のシステムに関しても同様である。
【００８０】
［変形例３］
上述した実施形態において、操作表示部１における操作が所定時間行われ無い場合には、スイッチ４０、スイッチ４３をオン状態とするとしたが、スイッチ４０、スイッチ４３をオン状態とする前に、自動的にビーム電流を最大にする処理を行うようにしてもよい。このときにはビーム電流検出器１２を光軸上に挿入しておくことは当然である。
【００８１】
ビーム電流を最大にする処理は周知であるので詳細は省略するが、例えば、軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を所定の範囲で、所定のステップずつ変化させ、その時々のビーム電流をビーム電流計１３から取り込み、ビーム電流が最大となる軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を求め、その求めた軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を軸合わせ用電源１７に出力する動作を制御部３に行わせればよい。
【００８２】
そして、このビーム電流最大化の処理が終了した後、上述したように、ＡＤ変換器２１からその時点での演算増幅器２０の出力電圧Ｖ_X を取り込み、その電圧Ｖ_X をＤＡ変換器２２に出力すると共に、ＡＤ変換器４１からその時点での電流電圧変換器３０の出力電圧Ｖ_D を取り込み、その電圧Ｖ_D をＤＡ変換器４２に出力し、スイッチ４０及びスイッチ４３をオン状態とする制御信号を出力する動作を制御部３に行わせればよい。
【００８３】
［変形例４］
上述した実施形態において、操作表示部１における操作が所定時間行われ無い場合には、スイッチ４０、スイッチ４３をオン状態とするとしたが、スイッチ４０、スイッチ４３をオン状態とする前に、負帰還回路１８の引き込み範囲を最大にし、負帰還制御を安定して行うことができるように、演算増幅器２０の出力Ｖ_X を最小にする処理を自動的に行うようにしてもよい。
【００８４】
この処理は、例えば、軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を所定の範囲で、所定のステップずつ変化させ、その時々における演算増幅器２０の出力Ｖ_X をＡＤ変換器２１かれあ取り込み、演算増幅器２０の出力Ｖ_X が最小となる軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を求め、その求めた軸合わせ用制御電圧Ｔ_X を軸合わせ用電源１７に出力する動作を制御部３に行わせればよい。
【００８５】
演算増幅器２０の出力Ｖ_X が最小のときには、ビームの位置が変化しても演算増幅器２０の出力に変化が生じ難いので、負帰還回路１８の引き込み範囲を広げることができるのである。
【００８６】
そして、この処理が終了した後、上述したように、ＡＤ変換器２１からその時点での演算増幅器２０の出力電圧Ｖ_X を取り込み、その電圧Ｖ_X をＤＡ変換器２２に出力すると共に、ＡＤ変換器４１からその時点での電流電圧変換器３０の出力電圧Ｖ_D を取り込み、その電圧Ｖ_D をＤＡ変換器４２に出力し、スイッチ４０及びスイッチ４３をオン状態とする制御信号を出力する動作を制御部３に行わせればよい。
【００８７】
［変形例５］
操作表示部１には、種々の情報を表示することが可能である。例えば、スイッチ４０がオン状態にあるか、オフ状態にあるかを表示してもよく、ＡＤ変換器２１を介して取り込んだ演算増幅器２０の出力Ｖ_X 、ＡＤ変換器４１を介して取り込んだ電流電圧変換器３０の出力Ｖ_D 、加速電圧、陰極の加熱温度等、種々の値を表示することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム装置を備えた電子顕微鏡の全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る、ＡＬＣに供給する電流を負帰還制御してビームを安定化させる第１のビームスタビライザシステムに用いる負帰還回路１８の一実施形態、及びその周辺の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る、ＣＬＣに供給する電流を負帰還制御してビームを安定化させる第２のビームスタビライザシステムに用いる負帰還回路２７の一実施形態、及びその周辺の構成を示す図である。
【図４】特開平１−１８３０４４号公報に開示されているビームスタビライザシステムの一部を示す図である。
【図５】ビーム電流検出スリット９の構成例を示す図である。
【図６】集束レンズコイルに供給する電流を負帰還制御を行ってビームを安定化させるビームスタビライザシステムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…操作表示部、２…通信ライン、３…制御部、４…陰極、５…抑制電極、６…荷電粒子ビーム、７…陽極、８…アラインメントコイル（ＡＬＣ）、９…ビーム電流検出スリット、１０…集束レンズコイル（ＣＬＣ）、１１…対物絞り、１２…ビーム電流検出器、１３…ビーム電流計、１４…加速電圧電源、１５…陰極加熱電源、１６…抑制電圧電源、１７…軸合わせ用電源、１８…負帰還回路、１９…集束レンズ電源、２０…演算増幅器、２１…ＡＤ変換器、２２…ＤＡ変換器、２３…減算器、２４…増幅器、２５…スイッチ、２６…前置絞り、２７…負帰還回路、２８…可変電圧電源、３０…電流電圧変換器、３１…可変電圧電源、３２…減算器、３３…増幅器、３４…スイッチ、４０…スイッチ、４１…ＡＤ変換器、４２…ＤＡ変換器、４３…スイッチ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam apparatus such as an electron microscope. And its control method About.
[0002]
[Prior art]
In charged electron beam devices such as transmission electron microscopes, electron probe microanalyzers, or scanning electron microscopes with scanning electron microscope functions, charged particle beams (hereinafter simply referred to as beams) from a charged particle beam source are accelerated. The beam is finely focused on the sample by a condenser lens or objective lens. Then, a transmitted beam, X-rays, or secondary particles generated by irradiating the sample with the beam are detected.
[0003]
In this type of charged particle beam apparatus, the beam current irradiated to the sample is stabilized, and a beam stabilizer system is used for this purpose.
[0004]
Such a beam stabilizer system is provided with a coil for stabilizing the beam current, a beam current detecting means arranged on the downstream side of the coil, and a coil based on the beam current detected by the beam current detecting means. And a negative feedback circuit that performs negative feedback control of the current to be supplied (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-183044 and 2001-250499). Here, as the coil for stabilizing the beam current, an alignment coil for adjusting the axis and a focusing lens coil for adjusting the beam current are used, and the beam current detecting means includes a beam A detection slit or an objective aperture for detecting the beam at the periphery of the lens is used.
[0005]
FIG. 4 is a diagram showing a part of the system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-183044. Referring to FIG. 4, the current supplied to the alignment coil is subjected to negative feedback control to perform beam stabilization. An outline of the beam stabilizer system will be described. In the following, it is assumed that the optical axis is the Z axis, and the X axis and the Y axis are orthogonal to each other in a plane orthogonal to the Z axis.
[0006]
In FIG. 4, 3 is a control unit, 6 is a beam, 8 is an alignment coil (hereinafter referred to as ALC) for performing beam axis alignment, 9 is a beam current detection slit (hereinafter simply referred to as detection slit), and 17 is an axis. The matching power supply, 18 is a negative feedback circuit, 20 is an operational amplifier, 23 is a subtractor, 24 is an amplifier, 25 is a switch, and 28 is a variable voltage power supply.
[0007]
In the configuration shown in FIG. 4, the ALC 8 is used as a coil for stabilizing the beam current, and the detection slit 9 is used as the beam current detecting means. As shown in FIG. 5, the detection slit 9 has a pair of electrodes X around the optical axis Z for detecting a beam current in the X-axis direction. ₁ , X ₂ , And a pair of electrodes Y for detecting a beam current in the Y-axis direction ₁ , Y ₂ Are arranged axisymmetrically.
[0008]
In the configuration shown in FIG. 4, when performing beam axis alignment, the operator operates an operation unit (not shown) to adjust the axis alignment control signal. In this beam alignment, for example, a beam current detector (not shown in FIG. 4) is inserted on the optical axis Z at an appropriate position downstream of the ALC 8 while changing the alignment control signal. The beam current detected by the beam current detector may be adjusted so as to be maximized.
[0009]
A control signal from the operation unit is notified to the control unit 3, and the control unit 3 controls the axis alignment control voltage T corresponding to the control signal. _X Is output to the power supply 17 for axis alignment. As a result, the ALC 8 receives an axis alignment control voltage T from the axis alignment power source 17. _X Is supplied, and the beam is positioned at an optimum position.
[0010]
The switch 25 is a manual switch. When this axis alignment is performed, the switch 25 is set to the ground side as shown by a broken line in the figure. When the switch 25 is on the ground side, it is referred to as an off state, and when it is on the amplifier 24 side as indicated by a solid line in the figure, it is referred to as an on state. The same applies to other switches described later.
[0011]
Now, a pair of electrodes X for detecting the beam current in the X-axis direction. ₁ , X ₂ The beam currents detected by _X1 , I _X2 Then, these detection beam currents I _X1 , I _X2 Is input to the operational amplifier 20.
[0012]
The operational amplifier 20 receives these input detection beam currents I. _X1 , I _X2 Respectively, voltage V _X1 , V _X2 To
V _X = C · (V _X1 -V _X2 ) / (V _X1 + V _X2 (1)
Is output. Here, c is a constant.
[0013]
Output V of operational amplifier 20 _X Is input to one input terminal of the subtractor 23, and the output voltage V from the variable voltage power supply 28 is input to the other input terminal of the subtractor 23. _XS Is entered. The subtracter 23 outputs the output V of the operational amplifier 20. _X To the output voltage V of the variable voltage power supply 28. _XS The error voltage is output by subtracting. Therefore, the error voltage output of the subtracter 23 is set to ΔV. _X Then,
△ V _X = V _X -V _XS … (2)
It is.
[0014]
The output ΔV of the subtracter 23 _X Is amplified by an amplifier 24. The amplifier 24 has a sufficiently large amplification degree A. Therefore, the output ΔT of the amplifier 24 _X Is
△ T _X = A ・ △ V _X … (3)
It is. This is the output of the negative feedback circuit 18 and is a signal for negative feedback control of the current supplied to the ALC 8 (this is called a negative feedback control signal).
[0015]
When the operator completes the above-described axis alignment, the operator turns on the switch 25 that is in the off state. _XS V _XS = V _X Set to. In this way, the output of the variable voltage power supply 28 is V _XS = V _X If set to, the output ΔV of the subtracter 23 _X = 0 and the output ΔT of the amplifier 24 _X Therefore, when the switch 25 is turned on and the negative feedback for the current of the ALC 8 is started, the negative feedback is satisfactorily applied.
[0016]
By the way, the detection slit 8 has I when the beam current is maximum. _X1 ≒ I _X2 Is usually arranged so that V _X ≒ 0, so the output of the variable voltage power supply 28 is actually V _XS Adjust to ≈0. Therefore, normally, the output of the subtracter 23 is ΔV. _X ≒ 0.
[0017]
When the switch 25 is turned on in this way, a feedback system is established, and the output ΔT of the amplifier 24 is established. _X Is input to the axis alignment power supply 17 via the switch 25, whereby the axis alignment control voltage T is supplied to the ALC 8 from the axis alignment power supply 17. _X And the output ΔT of the amplifier 24 _X Is added, and the current supplied to the ALC 8 is subjected to negative feedback control. By this negative feedback control, the beam current is V _X Is controlled to be constant.
[0018]
The configuration and operation for stabilizing the beam in the X direction of the beam current by the ALC 8 have been described above, but the same applies to the configuration and operation for stabilizing the beam in the Y direction.
[0019]
Next, a configuration example of a beam stabilizer system that stabilizes the beam by performing negative feedback control on the current supplied to the focusing lens coil will be described with reference to FIG. In FIG. 6, 10 is a focusing lens coil (hereinafter referred to as CLC), 11 is an objective aperture, 19 is a focusing lens power supply, 26 is a pre-aperture for limiting the beam emitted from the focusing lens, 27 is a negative feedback circuit, and 30 is A current-voltage converter, 31 is a variable voltage power supply, 32 is a subtractor, 33 is an amplifier, and 34 is a switch. In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is minimized.
[0020]
An objective aperture 11 is arranged on the downstream side of the CLC 10. The objective aperture 11 also has a function as an electrode for detecting a beam current. The objective diaphragm 11 is not divided like the detection slit 9 described above, and therefore the detection output is one.
[0021]
The operation principle of the system shown in FIG. 6 is the same as that of the system shown in FIG. 4 described above.
In the configuration shown in FIG. 6, when the beam current is adjusted by changing the focal length of the focusing lens, the operator adjusts a control signal for adjusting the beam current by operating an operation unit (not shown). When adjusting to a desired beam current, for example, a beam current detector (not shown in FIG. 6) is inserted on the optical axis Z at an appropriate position downstream of the CLC 10, and a beam current adjustment control signal is sent. While changing, the beam current detected by the beam current detector may be adjusted to a desired value.
[0022]
The control signal for adjusting the beam current from the operation unit is notified to the control unit 3, and the control unit 3 transmits the beam current control voltage T corresponding to the control signal. _D Is output to the focusing lens power source 19. As a result, the CLC 10 receives the beam current control voltage T from the focusing lens power supply 19. _D Is supplied, and the beam current is set to a desired value.
[0023]
The switch 34 is a manual switch. When the beam current is adjusted, the switch 34 is turned off as indicated by a broken line in the figure.
[0024]
Now, the beam current detected by the objective aperture 11 is expressed as I _D Then, this detection beam current I _D Is voltage V _D And is input to one input terminal of the subtractor 32. The other input terminal of the subtracter 32 has an output voltage V from the variable voltage power supply 31. _DS Is entered. The subtractor 32 outputs the output voltage V of the current-voltage converter 30. _D To the output voltage V of the variable voltage power supply 31 _DS Is output as an error voltage. Accordingly, the output of the subtracter 32 is set to ΔV. _D Then,
△ V _D = V _D -V _DS …(Four)
It is.
[0025]
The output ΔV of the subtractor 32 _D Is amplified by an amplifier 33. The amplifier 33 has a sufficiently large amplification degree A ′. Therefore, the output ΔT of the amplifier 33 _D Is
△ T _D = A '・ △ V _D …(Five)
It is. This is the output of the negative feedback circuit 27, which is a negative feedback control signal for performing negative feedback control on the current supplied to the CLC 10.
[0026]
When the beam current adjustment is completed, the operator turns on the switch 34 that is in the off state. _DS = V _D Set to. Thus, the output of the variable voltage power supply 31 is V _DS = V _D If set to, the output ΔV of the subtractor 32 _D = 0, and the output ΔT of the amplifier 33 _D Therefore, when the switch 34 is turned on and negative feedback for the current of the CLC 10 is started, negative feedback is satisfactorily applied.
[0027]
In principle, the output of the variable voltage power supply 31 is V _DS = V _D However, in practice, V _DS ≒ V _D Should be set. Therefore, normally, the output of the subtracter 32 is ΔV. _D ≒ 0.
[0028]
When the switch 34 is turned on in this way, a feedback system is established and the output ΔT of the amplifier 33 is established. _D Is input to the focusing lens power source 19 via the switch 34, whereby the CLC 10 receives the beam current control voltage T from the focusing lens power source 19. _D And a negative feedback control signal ΔT which is an output of the amplifier 33. _D A current obtained by adding a current corresponding to is supplied, and the current supplied to the CLC 10 is subjected to negative feedback control. By this negative feedback control, the beam current is V _D Is controlled to be constant.
[0029]
As described above, the two beam stabilizer systems of the system that stabilizes the beam by negative feedback control of the current supplied to the ALC 8 and the system that stabilizes the beam by negative feedback control of the current supplied to the CLC 10 have been described. Only one of the systems may be provided, or both systems may be provided. In the case of an apparatus provided with both systems, only one of the systems may be used, or both systems may be used.
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
The two beam stabilizer systems described above are effective in terms of stabilizing the beam current. However, the above two beam stabilizer systems have the following problems. In the following, the problems of the system that stabilizes the beam by negatively feedback controlling the current supplied to the ALC 8 shown in FIG. 4 will be described. However, these problems are controlled by the negative feedback control of the current supplied to the CLC 10. This also occurs in a system that stabilizes the beam.
[0031]
First, whether or not to perform negative feedback control on the current supplied to the ALC 8 is performed by turning on / off the switch 25. However, this switch 25 must be performed manually by the operator, which is troublesome. Depending on the situation, the switch 25 may be forgotten to be turned off even though the switch 25 has to be turned off.
[0032]
That is, in the above description, when the beam is aligned, it is described that the switch 25 is turned off. However, when the switch 25 is turned off, the alignment operation is not limited to the alignment. In addition, it is necessary to turn off the switch 25 whenever an operation in which the beam current changes at the position of the ALC 8 on the upstream side of the ALC 8 is performed.
[0033]
Such operations include an adjustment operation of axis alignment, an operation of beam blanking performed by greatly deflecting the beam by ALC8, an operation of changing acceleration voltage, an operation of stopping application of acceleration voltage, a thermionic emission type Operation using an electron gun to change the cathode temperature, operation to change the suppression voltage, operation to stop heating the cathode, operation using a field emission electron gun to change the emission current, There are an operation for changing the bias voltage, an operation for changing the self-bias resistance, an operation for changing the extraction voltage, and the like.
[0034]
Any of these operations is an operation in which the operator intentionally changes the current value of the beam current and / or the tilt of the beam, and is performed on the upstream side including the ALC 8. The current value of the beam current at the position and / or the tilt of the beam will change. Hereinafter, the operation for changing the value of the beam current and / or the beam inclination on the upstream side including the ALC 8 is referred to as a type A operation.
[0035]
If the switch 25 is turned on when performing this type A operation, the beam current value and / or the beam current value and / or the beam current value and / or the beam inclination can be intentionally changed by negative feedback control with respect to the current of the ALC 8. Or the tilt of the beam will be kept constant and cannot be changed as intended.
[0036]
Therefore, when performing the above type A operation, it is necessary to turn off the switch 25. When the type A operation is completed, it is necessary to turn on the switch 25 and start negative feedback control for the current of the ALC8. However, since the switch 25 needs to be manually turned on / off by the operator, the switch 25 is very troublesome, and the type A operation is performed without turning the switch 25 off, or the switch 25 is turned off. There is a possibility that an erroneous operation of starting the analysis without turning on the switch 25 after the operation A has occurred.
[0037]
This problem is the same in a system that stabilizes the beam by performing negative feedback control on the current supplied to the CLC 10. When the type A operation is performed, the value of the beam current at the position of the CLC 10 is the same. In addition, since the tilt of the beam also changes, it is necessary to turn off the switch 34 when performing a type A operation. In addition, as specific matters regarding the negative feedback control for the CLC 10, there are an operation for changing the beam current by changing the focal length of the focusing lens and an operation for changing the beam current by changing the diameter of the objective aperture 11. Hereinafter, such a specific operation related to the focusing lens and the objective aperture 11 is referred to as a type B operation.
[0038]
If the switch 34 is turned on when performing this type B operation, the beam current value and / or the beam current value and / or the beam current value and / or the inclination of the beam are intentionally changed by negative feedback control with respect to the current of the CLC 10. Or the tilt of the beam will be kept constant and cannot be changed as intended.
[0039]
Therefore, when performing the above type B operation, the switch 34 needs to be turned off. When the type B operation is completed, the switch 34 is turned on to start the negative feedback control for the current of the CLC 10. There is.
[0040]
However, the change in the beam current value and / or the beam tilt by the type B operation does not affect the negative feedback control for the ALC 8 upstream from the CLC 10, so that the switch 25 is turned off when the type B operation is performed. do not have to.
[0041]
The next problem is that initial setting of the variable voltage power supply 28 is very difficult when the switch 25 is turned off and the type A operation is performed and the switch 25 is turned on again.
[0042]
That is, before the switch 25 is turned on as described above, the output of the variable voltage power supply 28 is theoretically changed to V _XS = V _X Must be set to This is the default setting, but when the type A operation is completed, the output V of the operational amplifier 20 _X It is actually not known what value is. If all of the charged particle beam devices are ideal, the operation of type A is performed, and the output V of the operational amplifier 20 is obtained when the beam current is maximized. _X Is V _X However, in reality, this is not guaranteed.
[0043]
Further, as described above, in practice, the output of the variable voltage power supply 28 is V _XS ≈0 may be set, but this is because when the electrodes of the detection slit 9 are arranged symmetrically with respect to the optical axis and the beam current in the X-axis direction is the maximum, I _X1 ≒ I _X2 It is assumed that they are arranged so that However, this assumption is not always true, and I _X1 ≒ I _X2 May not be satisfied. Further, the operational amplifier 20 usually has an offset. _X There may be cases where ≈0 is not satisfied.
[0044]
Due to such various causes, in the actual charged particle beam apparatus, even when the beam current is maximized, the output of the operational amplifier 20 is V. _X In general, the output V of the operational amplifier 20 is not limited even if the type A operation is performed and the beam current is maximized. _X It is actually not known what value is.
[0045]
However, the adjustment of the output of the variable voltage power supply 28 is not successful, and the output ΔV of the subtractor 23 _X If it exceeds a certain range, its output △ V _X Is greatly amplified by the amplifier 24, and the output ΔT of the amplifier 24 is _X However, it will deviate from the pull-in range of the negative feedback circuit 18, and when the switch 25 is turned on, negative feedback control cannot be performed.
[0046]
Further, as related to this problem, the amplification degree A of the amplifier 24 is sufficiently large, so that the error voltage output ΔV of the subtracter 23 is obtained. _X Is small, the output voltage ΔT of the amplifier 24 _X Will be big. Therefore, even if an operation is performed so that the maximum beam current is obtained before the switch 25 is turned on, the output V of the variable voltage power supply 28 can be obtained. _XS Is not adjusted correctly, and the error voltage output ΔV of the subtractor 23 _X Assuming that a small voltage is output, when the negative feedback is started by turning on the switch 25, the small error voltage output of the subtracter 23 is greatly amplified by the amplifier 24, and the beam has its output ΔT. _X As a result, there is a problem that the beam current deviates from the maximum value.
[0047]
Thus, the output V of the variable voltage power supply 28 _XS V _XS = V _X , At least the output ΔT of the amplifier 24 _X (= A ・ (V _X -V _XS )) Is adjusted to be within the pull-in range of the negative feedback circuit 18 in order to satisfactorily perform negative feedback control when the negative feedback is started with the switch 25 turned on, and the maximum beam current is adjusted. Although it is important to obtain the above, there is a problem that this initial setting is very difficult.
This problem also applies to a system that stabilizes the beam by performing negative feedback control on the current supplied to the CLC 10.
[0048]
Accordingly, the present invention provides a charged particle beam device. In place The purpose of this is to automatically stop and start the negative feedback control.
The present invention also provides a charged particle beam device. In place It is an object of the present invention to automatically perform initial setting when starting negative feedback control.
[0049]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a charged particle beam apparatus according to claim 1, a beam emission source for emitting a charged particle beam, a voltage applying means for applying an acceleration voltage to the beam emission source, and a charged particle beam An alignment coil for performing axial alignment, a first power supply for supplying current to the alignment coil, and a downstream side of the alignment coil Beam current detection slit And said Beam current detection slit A first negative feedback circuit for performing negative feedback control on the current supplied from the first power source to the alignment coil, and downstream of the beam current detection slit Placed on the side, charged particle beam The focal length of the focusing lens when focusing the charged particle beam can be changed to adjust the beam current of A focusing lens coil, a second power source for supplying current to the focusing lens coil, and a downstream side of the focusing lens coil Diaphragm for beam current detection And said Diaphragm for beam current detection , A second negative feedback circuit for performing negative feedback control on the current supplied from the second power source to the focusing lens coil, the voltage applying means, and the first A charged particle beam apparatus comprising: a power source, a control unit that controls the first negative feedback circuit, the second power source, and the second negative feedback circuit; and an operation unit that is connected to the control unit. In order to change the focal length of the converging lens, the control unit uses the change operation by the operation means for changing the beam current at the upstream side of the alignment coil or at the position of the alignment coil as the first operation. The change operation by the operation means is registered as a second operation, and the control unit performs the operation performed on the operation means in the first operation or the When the operation (first operation) determined to correspond to the first operation is executed, negative feedback by the first negative feedback circuit is determined. When the control is stopped, the negative feedback control by the second negative feedback circuit is stopped, and the operation determined to correspond to the second operation (second operation) is executed, the first negative feedback is performed. Negative feedback control by feedback circuit Do not change the state of the switch that turns on / off At the same time, the negative feedback control by the second negative feedback circuit is controlled to be stopped.
A charged particle beam device according to a second aspect is the charged particle beam device according to the first aspect, wherein the control unit includes the first operation and the second operation within a predetermined time after the execution of the first operation or the second operation. When any of these operations is not executed, each negative feedback control by the first and second negative feedback circuits is started or maintained.
The charged particle beam device according to claim 3 is the charged particle beam device according to claim 2, wherein the first negative feedback circuit includes an operational amplifier, a subtractor having an output of the operational amplifier as one input terminal, and the subtractor And an amplifier that outputs a negative feedback control signal, and the control unit executes the first operation within a predetermined time after stopping the negative feedback control by the first negative feedback circuit. When there is not, the negative feedback control is started by giving the output of the operational amplifier at that time to the other input terminal of the subtractor.
The charged particle beam device according to claim 4 is the charged particle beam device according to claim 2, wherein the second negative feedback circuit includes a current-voltage converter, and a subtractor that inputs an output of the current-voltage device to one input terminal; An amplifier that amplifies the output of the subtractor and outputs a negative feedback control signal, and the control unit stops the negative feedback control by the second negative feedback circuit and then performs the first and When any one of the second operations is not executed, the negative feedback control is started by giving the output of the current-voltage converter at that time to the other input terminal of the subtractor. Features.
6. A method for controlling a charged particle beam apparatus according to claim 5, comprising: a beam emission source that emits a charged particle beam; a voltage application unit that applies an acceleration voltage to the beam emission source; and an axis alignment of the charged particle beam. An alignment coil, a first power source for supplying current to the alignment coil, and a downstream side of the alignment coil Beam current detection slit And said Beam current detection slit A first negative feedback circuit for performing negative feedback control on the current supplied from the first power source to the alignment coil, and downstream of the beam current detection slit Placed on the side, charged particle beam The focal length of the focusing lens when focusing the charged particle beam can be changed to adjust the beam current of A focusing lens coil, a second power source for supplying current to the focusing lens coil, and a downstream side of the focusing lens coil Diaphragm for beam current detection And said Diaphragm for beam current detection , A second negative feedback circuit for performing negative feedback control on the current supplied from the second power source to the focusing lens coil, the voltage applying means, and the first A control unit that controls the power source, the first negative feedback circuit, the second power source, and the second negative feedback circuit; and an operation unit that is connected to the control unit. The change operation by the operation means for changing the beam current at the upstream side of the alignment coil or at the position of the alignment coil is the first operation, and the change operation by the operation means for changing the focal length of the focusing lens The control method of the charged particle beam apparatus in which these are registered as the second operation, wherein the control unit performs the operation performed in the operation means as the first operation. Is determined to correspond to one of the second operations, and when the operation determined to correspond to the first operation (first operation) is executed, the first negative feedback circuit When the negative feedback control by the second negative feedback circuit is stopped, the negative feedback control by the second negative feedback circuit is stopped, and the operation determined to correspond to the second operation (second operation) is executed. Negative feedback control by 1 negative feedback circuit Do not change the state of the switch that turns on / off At the same time, the negative feedback control by the second negative feedback circuit is controlled to be stopped.
The method for controlling a charged particle beam apparatus according to claim 6 is the method according to claim 5, wherein the control unit performs the first and second operations within a predetermined time after the execution of the first operation or the second operation. When any of the operations is not executed, each negative feedback control by the first and second negative feedback circuits is started or maintained.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a charged particle beam device according to the present invention. Place FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of an electron microscope provided. FIG. 2 is a first beam stabilizer system (hereinafter simply referred to as a first system) for stabilizing a beam by negatively feedback controlling a current supplied to an ALC according to the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the negative feedback circuit 18 used in the embodiment and the configuration of the periphery thereof. FIG. 3 is a diagram showing a second beam stabilizer system for stabilizing a beam by negative feedback control of a current supplied to a CLC according to the present invention. 1 is a diagram showing an embodiment of a negative feedback circuit 27 used in (hereinafter, simply referred to as a second system) and a configuration around the negative feedback circuit 27. In the figure, 1 is an operation display unit, 2 is a communication line, 4 is a cathode, Is a suppression electrode, 7 is an anode, 12 is a beam current detector, 13 is a beam ammeter, 14 is an acceleration voltage power supply, 15 is a cathode heating power supply, 16 is a suppression voltage power supply, 21 is an AD converter, and 22 is a DA converter. , 40 Switch, 41 denotes an AD converter, 42 DA converter, 43 denotes a switch. 1, 2, and 3, the same components as those shown in FIGS. 4 to 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is minimized.
[0051]
First, some of each part of the configuration shown in FIGS.
The operation display unit 1 is a man-machine interface including operation means such as a keyboard and various buttons, display means such as a CRT, and control means. Then, the content of the operation performed on the operation display unit 1 is notified to the control unit 3 via the communication line 2.
[0052]
The control unit 3 controls various power sources and the like according to the contents of the operation performed on the operation display unit 1, and details of the operation will be described later. In the control unit 3, which operation is performed on the operation display unit 1 is registered in advance as to which operation is a type A operation and which operation is a type B operation. Therefore, for example, when the operation display unit 1 performs an adjustment operation of axis alignment or an operation of changing the acceleration voltage, the control unit 3 determines that the operation is a type A operation and determines the focal length of the focusing lens. When an operation to be changed is performed, it is determined that the operation is a type B operation.
[0053]
In the configuration shown in FIG. 1, the electron gun is a thermionic emission type composed of a cathode 4, a suppression electrode 5, and an anode 6. Then, when the operation display unit 1 is operated to change the acceleration voltage, and the acceleration voltage is further designated, the control unit 3 gives a control signal for generating the designated acceleration voltage to the acceleration voltage power source 14. As a result, the acceleration voltage is generated from the acceleration voltage power supply 14 and applied to the cathode heating power supply 15, so that the designated acceleration voltage is applied to the cathode 4. When the operation display unit 1 is operated to change the cathode temperature and the cathode temperature is further designated, the control unit 3 gives a control signal for generating the designated cathode temperature to the cathode heating power source 15. As a result, a voltage for realizing the cathode temperature is generated from the cathode heating power supply 15, so that the temperature of the cathode 4 becomes a designated temperature. Further, if the operation display unit 1 is operated to change the suppression voltage and further specifies the suppression voltage, the control unit 3 gives the control voltage power supply 16 a control signal for generating the specified suppression voltage, Thereby, since the suppression voltage is generated from the suppression voltage power supply 16, the specified suppression voltage is applied to the suppression electrode 5. In this embodiment, a thermionic emission electron gun is used, but it is natural that a field emission electron gun can be used.
[0054]
As described above, the beam current detector 12 is used to set the beam current to a desired value or to obtain the maximum beam current, and is configured to be inserted / removed on the optical axis. Then, the value of the beam current irradiated to the beam current detector 12 is detected by the beam ammeter 13, AD converted, and notified to the control unit 3.
[0055]
The controller 3 controls both on / off of the switch 40 of the negative feedback circuit 18 of the first system and on / off of the switch 43 of the negative feedback circuit 27 of the second system.
[0056]
Next, the operation will be described. In the following description, only the operation for stabilizing the beam in the X direction will be described for the first system, but the same applies to the operation for stabilizing the beam in the Y direction.
[0057]
Now, both the switch 40 and the switch 43 are in the ON state, and the negative feedback control is performed on the current of the ALC 8 in the first system, and the negative feedback control is performed on the current of the CLC 10 in the second system. Suppose that
[0058]
Now, assume that an operator performs an operation on the operation display unit 1. The content of this operation is notified to the control unit 3 via the communication line 2. The control unit 3 determines whether the operation is a type A operation or a type B operation.
[0059]
When the operation is a type A operation, the control unit 3 outputs a control signal for turning off the switch 40 and the switch 43. As a result, the switch 40 and the switch 43 are turned off, and the negative feedback control is stopped.
[0060]
Thereafter, the control unit 3 performs processing according to the content operated on the operation display unit 1. For example, when the operation is an operation for changing the acceleration voltage, the above-described operation is performed. When the operation is the alignment adjustment, as described with reference to FIG. 4, the control unit 3 applies the alignment control voltage T to the alignment power supply 17. _X Process to output.
[0061]
Then, when a next operation is performed within a predetermined time after a certain operation is performed on the operation display unit 1, the control unit 3 executes a process corresponding to the next operation. When no operation is performed within a predetermined time after the operation is performed, the control unit 3 outputs the output voltage V of the operational amplifier 20 from the AD converter 21 at that time. _X And the voltage V _X Is output to the DA converter 22 and the output voltage V of the current-voltage converter 30 from the AD converter 41 at that time is output. _D And the voltage V _D Is output to the DA converter 42.
[0062]
The DA converter 22 outputs V _XS As V _X Is output from the DA converter 42. _DS As V _D Is output. That is, the DA converter 22 outputs the output V of the operational amplifier 20 to the subtracter 23. _X Will be entered. Similarly, the DA converter 42 outputs the output V of the current-voltage converter 30 to the subtracter 32. _D Will be entered.
[0063]
When the above processing ends, the control unit 3 outputs a control signal that turns on the switch 40 and the switch 43. As a result, the switch 40 and the switch 43 are turned on, and negative feedback control is started in both the first system and the second system.
[0064]
When the negative feedback control is started in the first system in this way, the output of the DA converter 22 is V _XS = V _X Therefore, the output of the subtracter 23 is ΔV _X = 0, so the output of the amplifier 24 is also ΔT _X Therefore, the negative feedback control with respect to the current of the ALC 8 is satisfactorily performed.
[0065]
Similarly, when the negative feedback control is started in the second system, the output of the DA converter 42 is V _DS = V _D Therefore, the output of the subtracter 32 is ΔV _D = 0, so the output of the amplifier 33 is also ΔT _D Therefore, the negative feedback control for the current of the CLC 10 is satisfactorily performed.
[0066]
Strictly speaking, the output voltage V of the operational amplifier 20 _X When AD is converted to AD, an error accompanying quantization occurs. _XS = V _X However, since this error is very small, it is possible to keep the output of the amplifier 24 within the pull-in range of the negative feedback circuit 18. This is the same for the negative feedback circuit 27, and the same applies to the following.
[0067]
The above is the operation when the operation performed on the operation display unit 1 is a type A operation. The operation when the operation performed on the operation display unit 1 is a type B operation is as follows. It is.
[0068]
In this case, the control unit 3 outputs a control signal for turning off only the switch 43. As a result, the switch 43 is turned off and the negative feedback control is stopped. At this time, the state of the switch 40 is not changed. This is because Type B operation does not affect the beam upstream from the detection slit 9 as described above.
[0069]
Thereafter, the control unit 3 performs processing according to the content operated on the operation display unit 1. For example, when the operation is an operation of changing the focal length of the focusing lens, the control unit 3 applies the beam current control voltage T to the focusing lens power source 19 as described with reference to FIG. _D Process to output.
[0070]
Then, when a next operation is performed within a predetermined time after a certain operation is performed on the operation display unit 1, the control unit 3 executes a process corresponding to the next operation. If no operation is performed within a predetermined time after the operation is performed, the control unit 3 outputs the output voltage V of the current-voltage converter 30 from the AD converter 41 at that time. _D And the voltage V _D Is output to the DA converter 42.
[0071]
When the above processing ends, the control unit 3 outputs a control signal for turning on the switch 43. As a result, the switch 43 is turned on, and negative feedback control is started in the second system.
[0072]
When the negative feedback control is started in the second system, the output of the DA converter 42 is V _DS = V _D Therefore, the output of the subtracter 32 is ΔV _D = 0, so the output of the amplifier 33 is also ΔT _D Therefore, the negative feedback control for the current of the CLC 10 is satisfactorily performed.
[0073]
As described above, according to this beam stabilizer system, on / off of the switch 40 of the negative feedback circuit 18 of the first system and on / off of the switch 43 of the negative feedback circuit 27 of the second system are controlled by the control unit. 3 is automatically performed, that is, since the negative feedback control is automatically stopped / started, the troublesomeness as in the prior art is eliminated, and no erroneous operation of these switches occurs.
[0074]
At the time when the switch 40 of the negative feedback circuit 18 is changed from the OFF state to the ON state and the negative feedback control for the current of the ALC 8 is started, the output voltage ΔT of the amplifier 24 is started. _X Is automatically initialized to be 0 or almost 0, so the negative feedback control is started well. Similarly, when the switch 43 of the negative feedback circuit 27 is changed from the off state to the on state and the negative feedback control for the current of the CLC 10 is started, the output voltage ΔT of the amplifier 33 is started. _D Is automatically initialized to be 0 or almost 0, so the negative feedback control is started well.
Furthermore, since it is not necessary to manually adjust the voltage input to the subtracter 23 and the subtracter 32 as in the prior art, the burden on the operator is greatly reduced in this respect as well.
[0075]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, the beam current incident on the objective aperture is detected, but a dedicated detection aperture for detecting the beam current may be provided separately from the objective aperture. Hereinafter, some modified examples will be described.
[0076]
[Modification 1]
The operation mode of the control unit 3 is the first mode in which the above-described operation is performed, and the second mode in which the switch 40 and the switch 43 are not turned off in the case of performing the type A operation or the type B operation. A mode may be provided. As described above, when the type A operation is performed while the switch 40 and the switch 43 are in the ON state, even if the beam current is intentionally changed by the type A operation, the first system and the second system Although the beam current is not changed by the negative feedback control, when any operation is performed on the operation display unit 1, the negative feedback control is performed by performing the operation in each of the first mode and the second mode. The state can be compared with the state where the negative feedback control is not performed, and the function of the negative feedback control can be checked.
[0077]
[Modification 2]
In the above-described embodiment, the operation display unit 1 is not operated for a predetermined time, and immediately before the switch 40 and the switch 43 are turned on, the DA converter 22 always outputs the operational amplifier 20 at that time. Output V _X And the output voltage V of the current-voltage converter 30 at that time from the DA converter 42 _D In addition to the mode that operates in this way, a mode that allows a desired voltage to be output from the DA converter 22 and the DA converter 42 is provided, and which mode is used is selected. You may be able to do it.
[0078]
The meaning of providing the latter mode is as follows. For example, there is a case where the observation / analysis is performed by changing the acceleration voltage at a certain time, and the observation / analysis is performed again by returning to the acceleration voltage before the change. In such a case, the output voltage of the operational amplifier 20 when the acceleration voltage to be returned is set is stored, and if the stored voltage is output to the DA converter 22, the acceleration voltage setting to be returned is set. The same beam current state as the time can be obtained.
[0079]
Therefore, in the latter mode, the output voltage of the operational amplifier 20 when the operation display unit 1 is operated is stored in the control unit 3, and when the negative feedback control is started, the stored voltage of the operational amplifier 20 is stored. The desired voltage to be output to the DA converter 22 can be selected from the inside. The same applies to the second system.
[0080]
[Modification 3]
In the above-described embodiment, when the operation on the operation display unit 1 is not performed for a predetermined time, the switch 40 and the switch 43 are turned on. However, before the switch 40 and the switch 43 are turned on, the operation is automatically performed. Alternatively, a process for maximizing the beam current may be performed. In this case, the beam current detector 12 is naturally inserted on the optical axis.
[0081]
The process for maximizing the beam current is well known and will not be described in detail. For example, the axis alignment control voltage T _X Is changed by predetermined steps within a predetermined range, the beam current at that time is taken in from the beam ammeter 13, and the axis alignment control voltage T that maximizes the beam current is obtained. _X And the obtained control voltage T for axis alignment _X The control unit 3 may be made to perform an operation of outputting to the power supply 17 for axis alignment.
[0082]
Then, after the beam current maximization processing is completed, as described above, the output voltage V of the operational amplifier 20 from the AD converter 21 at that time is output. _X And the voltage V _X Is output to the DA converter 22 and the output voltage V of the current-voltage converter 30 from the AD converter 41 at that time is output. _D And the voltage V _D Is output to the DA converter 42, and the control unit 3 may perform an operation of outputting a control signal for turning on the switch 40 and the switch 43.
[0083]
[Modification 4]
In the embodiment described above, when the operation on the operation display unit 1 is not performed for a predetermined time, the switch 40 and the switch 43 are turned on. However, before the switch 40 and the switch 43 are turned on, negative feedback is performed. The output V of the operational amplifier 20 is set so that the pull-in range of the circuit 18 is maximized and the negative feedback control can be performed stably. _X It is also possible to automatically perform processing for minimizing.
[0084]
This processing is performed, for example, by the axis alignment control voltage T _X Is changed by predetermined steps within a predetermined range, and the output V of the operational amplifier 20 at that time is changed. _X Is input to the AD converter 21 and the output V of the operational amplifier 20 is obtained. _X Axis control voltage T that minimizes _X And the obtained control voltage T for axis alignment _X The control unit 3 may be made to perform an operation of outputting to the power supply 17 for axis alignment.
[0085]
Output V of operational amplifier 20 _X Since the output of the operational amplifier 20 hardly changes even when the beam position changes, the pull-in range of the negative feedback circuit 18 can be expanded.
[0086]
Then, after this processing is completed, as described above, the output voltage V of the operational amplifier 20 from the AD converter 21 at that time is output. _X And the voltage V _X Is output to the DA converter 22 and the output voltage V of the current-voltage converter 30 from the AD converter 41 at that time is output. _D And the voltage V _D Is output to the DA converter 42, and the control unit 3 may perform an operation of outputting a control signal for turning on the switch 40 and the switch 43.
[0087]
[Modification 5]
Various information can be displayed on the operation display unit 1. For example, it may indicate whether the switch 40 is on or off, and the output V of the operational amplifier 20 captured via the AD converter 21 may be displayed. _X The output V of the current-voltage converter 30 taken in via the AD converter 41 _D It is also possible to display various values such as acceleration voltage and cathode heating temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a charged particle beam device according to the present invention. Place It is a figure which shows the whole structure of the provided electron microscope.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a negative feedback circuit 18 used in a first beam stabilizer system for stabilizing a beam by negative feedback control of a current supplied to an ALC according to the present invention, and a configuration around it. It is.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a negative feedback circuit 27 used in a second beam stabilizer system for stabilizing a beam by performing negative feedback control on a current supplied to a CLC according to the present invention, and a configuration around the negative feedback circuit 27; It is.
FIG. 4 is a diagram showing a part of a beam stabilizer system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-183044.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a beam current detection slit 9;
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a beam stabilizer system that stabilizes a beam by performing negative feedback control on a current supplied to a focusing lens coil.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Operation display part, 2 ... Communication line, 3 ... Control part, 4 ... Cathode, 5 ... Suppression electrode, 6 ... Charged particle beam, 7 ... Anode, 8 ... Alignment coil (ALC), 9 ... Beam current detection slit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Focusing lens coil (CLC) 11 ... Objective aperture, 12 ... Beam current detector, 13 ... Beam ammeter, 14 ... Acceleration voltage power source, 15 ... Cathode heating power source, 16 ... Suppression voltage power source, 17 ... For axis alignment Power source, 18 ... negative feedback circuit, 19 ... focusing lens power source, 20 ... operational amplifier, 21 ... AD converter, 22 ... DA converter, 23 ... subtractor, 24 ... amplifier, 25 ... switch, 26 ... pre-aperture, DESCRIPTION OF SYMBOLS 27 ... Negative feedback circuit, 28 ... Variable voltage power supply, 30 ... Current voltage converter, 31 ... Variable voltage power supply, 32 ... Subtractor, 33 ... Amplifier, 34 ... Switch, 40 ... Switch, 41 ... AD converter, 42 ... DA converter 43 ... switch.

Claims

A beam emission source for emitting a charged particle beam;
Voltage application means for applying an acceleration voltage to the beam emission source;
An alignment coil for axial alignment of the charged particle beam;
A first power source for supplying current to the alignment coil;
A beam current detection slit positioned downstream of the alignment coil;
A first negative feedback circuit for performing negative feedback control on a current supplied from the first power source to the alignment coil based on beam current detection by the beam current detection slit ;
A focusing lens coil disposed downstream of the slit for detecting the beam current and capable of changing a focal length of the focusing lens when focusing the charged particle beam in order to adjust a beam current of the charged particle beam; ,
A second power source for supplying current to the focusing lens coil;
A beam current detecting diaphragm located downstream of the focusing lens coil;
A second negative feedback circuit for performing negative feedback control on the current supplied from the second power source to the focusing lens coil based on the beam current detection by the beam current detection diaphragm ;
A control unit for controlling the voltage application means, the first power supply, the first negative feedback circuit, the second power supply, and the second negative feedback circuit;
A charged particle beam device comprising an operating means connected to the control unit,
In the control unit, the change operation by the operation means for changing the beam current at the upstream side of the alignment coil or at the position of the alignment coil is a first operation, and the focal length of the focusing lens is changed. These are registered as change operations by the operation means as the second operation,
The control unit determines whether an operation performed in the operation unit corresponds to the first operation or the second operation, and determines an operation (determined to correspond to the first operation) When executing the first operation), the negative feedback control by the first negative feedback circuit is stopped, the negative feedback control by the second negative feedback circuit is stopped, and if the second operation corresponds to the second operation When executing the determined operation (second operation), the state of the switch for turning on / off the negative feedback control by the first negative feedback circuit is not changed, and negative feedback by the second negative feedback circuit is performed. A charged particle beam device characterized by controlling to stop the control.

The control unit may perform the first and second operations when any of the first and second operations is not performed within a predetermined time after the execution of the first operation or the second operation. 2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein each negative feedback control is started or maintained by two negative feedback circuits.

The first negative feedback circuit includes an operational amplifier, a subtractor that inputs the output of the operational amplifier to one input terminal, and an amplifier that amplifies the output of the subtractor and outputs a negative feedback control signal. Prepared,
The control unit stops the negative feedback control by the first negative feedback circuit, and when the first operation is not performed within a predetermined time, the other input terminal of the subtracter 3. The charged particle beam apparatus according to claim 2, wherein the negative feedback control is started by giving an output of an operational amplifier.

The second negative feedback circuit includes a current-voltage converter, a subtractor that receives the output of the current-voltage device as one input terminal, amplifies the output of the subtractor, and outputs a negative feedback control signal. An amplifier,
When the controller does not execute any one of the first and second operations within a predetermined time after stopping the negative feedback control by the second negative feedback circuit, 3. The charged particle beam apparatus according to claim 2, wherein the negative feedback control is started by giving the output of the current-voltage converter at that time to the other input terminal.

A beam emission source for emitting a charged particle beam;
Voltage application means for applying an acceleration voltage to the beam emission source;
An alignment coil for axial alignment of the charged particle beam;
A first power source for supplying current to the alignment coil;
A beam current detection slit positioned downstream of the alignment coil;
A first negative feedback circuit for performing negative feedback control on a current supplied from the first power source to the alignment coil based on beam current detection by the beam current detection slit ;
A focusing lens coil disposed downstream of the slit for detecting the beam current and capable of changing a focal length of the focusing lens when focusing the charged particle beam in order to adjust a beam current of the charged particle beam; ,
A second power source for supplying current to the focusing lens coil;
A beam current detecting diaphragm located downstream of the focusing lens coil;
A second negative feedback circuit for performing negative feedback control on the current supplied from the second power source to the focusing lens coil based on the beam current detection by the beam current detection diaphragm ;
A control unit for controlling the voltage application means, the first power supply, the first negative feedback circuit, the second power supply, and the second negative feedback circuit;
Operating means connected to the control unit,
In the control unit, the change operation by the operation means for changing the beam current at the upstream side of the alignment coil or at the position of the alignment coil is a first operation, and the focal length of the focusing lens is changed. A method for controlling a charged particle beam apparatus in which a change operation by an operation means is registered as a second operation,
The control unit determines whether an operation performed in the operation unit corresponds to the first operation or the second operation, and determines an operation (determined to correspond to the first operation) When executing the first operation), the negative feedback control by the first negative feedback circuit is stopped, the negative feedback control by the second negative feedback circuit is stopped, and if the second operation corresponds to the second operation When executing the determined operation (second operation), the state of the switch for turning on / off the negative feedback control by the first negative feedback circuit is not changed, and negative feedback by the second negative feedback circuit is performed. A control method of a charged particle beam apparatus, characterized in that control is performed so as to stop control.

The control unit may perform the first and second operations when any of the first and second operations is not performed within a predetermined time after the execution of the first operation or the second operation. 6. The method of controlling a charged particle beam apparatus according to claim 5, wherein each negative feedback control is started or maintained by two negative feedback circuits.