JP4728173B2 - 走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法および走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、走査電子顕微鏡の電子ビーム軸の調整方法および走査電子顕微鏡に関するものである。

図５に従来の走査電子顕微鏡の構成図を示す。

電子源であるフィラメント２から放出される電子ビーム６は、ウェネルト４の電位により、収束作用を受け軌道が偏向し、ウェネルト４と加速電極となるアノード８の間に第一のクロスオーバー７を作る。

さらに、加速電圧により加速された電子ビーム６はアノード８を通過し、コンデンサレンズ１０により収束作用を受け、コンデンサレンズ１０と対物レンズ１３の間に第二のクロスオーバー７を作る。そして、電子ビーム６は対物レンズ１３により収束され、試料１５の表面に照射される。

従来の構成ではフィラメント２から出力される電子ビーム６が軸ずれをした場合、ガンアライナー５０に流れる電流をガンアライナー制御回路５１で変化させることで電子ビーム６がアノード８の中心にあるアノード穴を通過するように偏向させて電子ビーム軸ずれを補正していた。

上述した従来の走査電子顕微鏡は、例えば、特許文献１（特開平８−２１２９５１公報）に示されている。

特開平８−２１２９５１公報

図２を参照し説明する。

走査電子顕微鏡には、フィラメントや各種絞りなど、定期的にメンテナンスを必要とする部品がある。電子源であるフィラメント２の寿命は、凡そ数十時間であるため定期的にこれを交換する必要がある。

通常、フィラメント２を交換すると、図２−ａのように電子ビーム６の軸が理想ビーム軸２０よりずれる場合があり、電子ビーム６がアノード８に遮られ、アノードの中心にあるアノード穴を通過できないので試料１５に到達せず、像が見えないことがある。

最近の電子顕微鏡では、その軸ずれは前述の従来の技術等により自動調整されるがその機構は複雑であり高価である。また、その機構が何らかの理由により作動しなくなった場合、軸調整は非常に困難なものになる。

本発明の目的は、走査電子顕微鏡の低コスト化及び小型化、かつ電子ビームの軸ずれ調整を機械的に容易に行うための操作性の向上を図るものである。

本発明は、電子銃のフィラメントに加える加速電圧および加熱電流の加減と、電子銃が発生する電子ビーム軸方向の向き変え調節を併せてしながら電子ビームの軸方向の軸ずれを調整することを特徴とする

本発明の電子ビーム軸調整方法によれば、自動調整用のガンアライナー機構とその制御回路を省略するため安価かつ電子銃を小型化することができる。

図１を引用して走査電子顕微鏡の実施例を説明する。

電子銃３には、電子源であるタングステンヘアピン型のフィラメント２とウェネルト４が固定されており、加速電圧制御回路によりフィラメント２に負の加速電圧（Ｖ０）が印加され、加熱電流が流され２６００°Ｋ程度まで加熱される。

すると、フィラメント２から電子ビーム６が放出され、ウェネルト４に印加されるバイアス電圧により電子ビームの軌道が偏向、最初のクロスオーバーポイント７を作る。

そして、電子ビーム６はフィラメント２とアノード８の間に印加された加速電圧で加速され、アノード８を通過し、コンデンサ絞りＡ９によって制限され、コンデンサレンズ１０によって再度軌道が偏向、さらにコンデンサ絞りＢ１１によって制限され、２度目のクロスオーバーポイント７を作る。

その後、電子ビーム６は対物レンズ１３によって収束され、試料１５に到達する。その際、偏向器１２によって電子ビーム６は、試料１５上を２次元的に走査偏向される。

試料１５から反射電子１６が放出し、反射電子検出器１７により信号を得て制御のＰＣ１８に画像が出力される。反射電子検出器１７を含む検出手段は、反射電子１６、二次電子、電磁波等を含む観察電子情報を検知する。

図２に基づいて説明する。

上記のような走査電子顕微鏡では定期的にフィラメント２交換やコンデンサ絞りＡ９、対物絞り１４のクリーニング等のメンテナンスを行う必要がある。

そのため、図２−ａに示すようにメンテナンス後に、フィラメント２とアノード８の位置がずれ、規定の加速電圧では電子ビーム６がアノード８に遮られ、試料１５に到達できなくなる場合がある。

本実施例の走査電子顕微鏡では、加速電圧制御回路１によって、フィラメント２の加速電圧と加熱電流を制御し、電子ビーム６がアノード８を通過しやすいようにしている。つまり、規定の加速電圧の場合には電子ビーム照射領域（Ｌ１）２１が狭いのに対し、図２−ｂに示すように規定の加速電圧より低い場合には電子ビーム照射領域（Ｌ２）２２が広がる。このため、電子ビーム６の軸がずれていても、アノード８の中央に開くアノード穴を電子ビーム６の一部が通過し、試料１５に達しやすくなる。

したがって、電子ビーム６の軸がアノード穴の位置よりずれていてもＰＣ１８の画面上に何らかの画像が出力される確率が増すため、図１の電子銃調整ネジ５で画像が明るくなる方向に電子銃を移動し、理想ビーム軸２３に近づくよう調整することが可能になる。

すなわち、電子銃調整ネジ５を操作して電子ビームが試料に反射して得られる画像が明るくなるように電子ビーム軸方向の向き変え調節をする。

前記画像が明るくなったところで、フィラメント２の加速電圧と加熱電流を上げて電子ビーム照射領域を狭め、更に電子銃調整ネジ５を操作して画像が明るくなるように電子ビーム軸方向の向き変え調節をする。

この加速電圧と加熱電流の下げ上げ加減と、電子ビーム軸方向の向き変え調節を繰り返して電子ビームの軸方向の軸ずれを調整して理想ビーム軸２３に近づけられる。

なお、本装置ではコンデンサレンズ１０の位置も固定としているが機械的に上下に稼動しても同様の効果が得られる。

さらに、本発明の装置では、この理想ビーム軸２３に近づけるための調整をＰＣ１８またはＷＳの表示装置上で、電子ビーム軸調整画面を使用して調整する。

図３で詳細を説明する。

調整者がモニタ３０上で軸調整メニュー３５を選択すると、画像確認用試料として反射電子感度が向上する重金属製の試料をステージに挿入するよう促すメッセージ画面３６が出力される。

このメッセージ画面３６の「ＯＫ」をクリックすると、自動で倍率を最低倍、コントラスト、ブライトネスを規定値にし、加速電圧とフィラメント加熱電流が規定値より低い設定となり、図２に示す電子ビーム照射領域Ｌ２が広い条件となる。

そして、ＳＴＥＰ１の操作タブが選択された状態となる。調整者は、画像表示エリア３１の画面が参考画像表示エリア３４の画面とほぼ同様となるように、調整ガイド３２に示されている操作方法に従って、図１の電子銃調整ネジ５で調整する。

ＳＴＥＰ１で参考画面表示エリア３４と同様の状態になったらＳＴＥＰ（１）３３〜ＥＮＤタブの次のＳＴＥＰ操作タブを選択し、同じように調整ガイド３２に示されている操作方法に従って調整し、ＥＮＤの操作タブまで繰り返し調整する。

最終ＳＴＥＰでは加速電圧が規定値になるのでオートフォーカス機能やオートブライトネス機能が自動的に作動し、軸調整が終了した時点で最適な画像を得ることができる。

このように本実施例によれば、フィラメントの加速電圧と加熱電流の下げ上げ加減と、電子銃調整ネジによる電子ビーム軸方向の向き変え調節により電子ビーム軸の軸ずれ調整ができるので、自動調整用のガンアライナー機構とその制御回路を省略するため安価な電子顕微鏡を提供できる。

また、表示装置に映し出す軸ずれ調整を導く画面を参照しながら、手動操作調整ができるので、調整を容易に行なうことが出来る。

上述した電子ビーム軸調整について、図４を引用してまとめて説明する。

まず、ステップ４００で、光源を交換若しくはコンデンサ絞りを交換、清掃に類した操作を行う。ステップ４０１で、電子銃部を閉じ、試料をステージの中心に配置する。ステップ４０２で、軸調整モードを選択し、表示装置に軸調整画面を表示する。

ステップ４０３で、ＳＴＥＰ１タブが選択され加速電圧値と倍率と電流値が設定値まで下がった画像と参考画面が表示される。ステップ４０４で、現状の画面全体が参考画面と同等になるように軸調整ネジを回して調整する。

ステップ４０５の判定で、参考画面と同等になっていなければ、軸調整ネジによる調整が続けられる。ステップ４０５の判定で、参考画面と同等になっていれば次のステップ４０６に進む。

ステップ４０６で、次のＳＴＥＰタブを選択する。ステップ４０７で、加速電圧値と電流値が指定値まで上がる。ステップ４０８で、現状の画面全体が参考画面と同等になるように軸調整ネジを回して調整する。

ステップ４０８の判定で、参考画面と同等になっていなければ、軸調整ネジによる調整が続けられる。ステップ４０８の判定で、参考画面と同等になっていれば次のステップ４０９に進む。

ステップ４０９で、次のステップタブを選択する。ステップ４１０で、ＥＮＤタブまでステップアップと調整ネジ操作を継続する。ステップ４１１で、ＥＮＤタブを選択し目的の画像を得る。目的の画像を得られてなければ、継続される。

目的の画像を得られていれば、次のステップ４１２に進み、軸調整モードを終了し通常観察画面に移行する。

本発明の実施例に係わるもので、走査電子顕微鏡の概略を示した図である。 本発明の実施例に係わるもので、アノードに対する電子ビーム照射領域範囲を示した図である。 本発明の実施例に係わるもので、表示装置に表示した子ビーム軸調整画面を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、電子ビーム軸調整のフローを示す図である。 従来例を示した図である。

符号の説明

１…加速電圧制御回路、２…フィラメント、３…電子銃、４…ウェネルト、軸調整ネジ、６…電子ビーム、７…クロスオーバーポイント、８…アノード、９…コンデンサ絞りＡ、１０…コンデンサレンズ、１１…コンデンサ絞りＢ、１２…偏向器、１３…対物レンズ、１４…対物絞り、１５…試料、１６…反射電子、１７…反射電子検出器、１８…ＰＣ、２０…理想ビーム軸、２１…電子ビーム照射領域（Ｌ１）、２２…電子ビーム照射領域（Ｌ２）、３０…モニタ、３１…画像表示エリア、３２…調整ガイド、３３…ＳＴＥＰ１〜ＥＮＤタブ、３４…参考画像表示エリア、３５…軸調整メニュー、３６…メッセージ、４０…ガンアライナー、４１…ガンアライナー制御回路。

Claims (4)

1. 電子源のフィラメントを有する電子銃と、前記フィラメントの加速電圧と加熱電流を制御する加速電圧制御回路と、試料に向けて電子銃より放出される電子ビームが通るアノード穴を有し、電子ビームを加速するアノードと、前記電子ビームを絞るコンデンサ絞りと、前記電子ビームに偏向を加える偏向器と、前記試料から反射する反射電子を含む観察電子情報を検知する検知手段とを有する走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法において、
   前記フィラメントの加速電圧と加熱電流を規定値より下げ、前記アノードに向かう前記電子ビームの照射領域を拡大して前記アノード穴を通過する前記電子ビームを確保し、
   前記アノード穴を通過した前記電子ビームが明るくなるように電子ビーム軸方向の向き変え調節を行い、
   前記電子ビームの明るいところが前記アノード穴に来たら前記フィラメントの加速電圧と加熱電流を規定値に近づけるように上げて前記電子ビームの照射領域を狭め、
   前記フィラメントの加速電圧と加熱電流の下げ上げ加減と、電子ビーム軸方向の向き変え調節を繰り返して電子ビームの軸方向の軸ずれを調整することを特徴とする走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法。
2. 請求項１記載の走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法において、
   前記電子ビームの軸方向の軸ずれ調整は、備わる表示装置に映し出された操作画面の操作手順に従って行なうことを特徴とする走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法。
3. 請求項１記載の走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法において、
   前記加速電圧と加熱電流の下げ上げ加減や前記電子ビーム軸方向の向き変え調節は、備わる表示装置に表示される前記観察電子情報を基に作られた画面で行なうことを特徴とする走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法。
4. 請求項１記載の走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法において、
   前記フィラメントの加速電圧と加熱電流を規定値より下げ、前記アノードに向かう前記電子ビームの照射領域を拡大して前記アノード穴を通過する前記電子ビームを確保する際に、電子ビーム軸方向の向き変え調節を行なう電子銃調整ネジを設けたことを特徴とする走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法。

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