JP5107629B2 - 偏向制御回路、及び電子線走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏向制御回路及びそれを備えた電子顕微鏡に関し、例えば、８極静電偏向器に与える偏向電圧を制御する偏向制御回路を備え、電子線を用いて試料観察を行う電子線走査装置に関する。

電子線走査装置は、電磁偏向や静電偏向などの偏向手段を用いて電子線を走査し、試料を観察する装置である。電磁偏向手段に比べ静電偏向手段は、走査速度の高速化が可能なことから、高速走査が必要な場合に用いられている。

ここで用いる静電偏向手段は、一般に４極、もしくは８極の電極を備えた偏向器により構成される。偏向器が４極の場合では、電子線をＸ方向とＸ方向に垂直なＹ方向に走査するために、対向する電極に＋Ｖｘ、−Ｖｘと＋Ｖｙ、−Ｖｙの偏向電圧を与える。一方、８極の場合では、均一な静電場を得るために、図１に示すような電極Ｘ１〜４とＹ１〜４に、主偏向電圧と主偏向電圧に垂直な偏向電圧に任意の係数（±α、±β：場が均一になるように決定される固定値）を乗じて加算した偏向電圧を電極に与えている。

一般に、静電偏向器の電極に与える偏向電圧は、図２に示すように、Ｘ、Ｙ方向の偏向データもしくは電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）に、各種の補正を行うための演算が行われる。また、前述したように、静電偏向手段が８極の偏向器の場合には、補正演算の他に、Ｘ、Ｙ方向の偏向データもしくは電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）から８極の電極用の偏向電圧を生成するための演算処理が行われる。

そして、演算処理の方法には、アナログ素子を用いたアナログ演算と、ディジタル素子を用いたディジタル演算の二つの方法がある。アナログ演算は、例えば特許文献１に開示されるように実行され、ディジタル演算は、例えば特許文献２に開示されるように実行される。特許文献１及び２によれば、Ｘ、Ｙ偏向データに行う補正データの演算や８極用の偏向データを生成するための演算を高精度に行うことができるようになる。

特開昭６２−１２５６１６号公報 特開２００３−１０９８８６号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示の演算処理では、電極間の出力の時間差に対する対策は講じられていない。

つまり、特許文献１に示されるアナログ演算の場合は、使用する演算素子（例えばオペアンプなど）の数の違いにより、各電極への出力の時間差が百数十ｎｓ程度生じる。

また、特許文献２に示されるディジタル演算の場合は、演算をクロック信号で制御しているため、配線の浮遊容量などの影響によりクロック信号に数ｎｓの遅延が生じた場合、演算にも数ｎｓの遅延が生じる。そのため、ディジタル演算の場合は、クロック信号の遅延が生じると、各電極への出力の時間差が数ｎｓ程度生じる。

そして、電子線走査装置では様々な走査方式が用いられているが、ＴＶと同じ走査方式とすると、電子線走査装置でよく用いられる５１２画素×５１２画素の画面の場合、水平走査の１画素あたりの時間は百数十［ｎｓ］となる。また、走査速度を倍にすると、水平走査の１画素あたりの時間はこの半分の数十［ｎｓ］となる。

このように偏向データもしくは電圧の演算処理により数十〜百数十［ｎｓ］の電極への出力の時間差が生じた場合、電子線の走査がずれるために画像に“ずれ”や“ぼけ”が生じる。走査速度が高速化するほど、この“ずれ”や“ぼけ”は大きくなり、高精度な画像を得ることができない。例えば、半導体の回路パターンを測定する電子線走査装置の場合、回路パターンの微細化が進むにつれ、より高精度な測定が必要とされる。しかし、走査速度に依存した画像の“ずれ”や“ぼけ”が生じると高精度な測定を行うことができない。

また、試料表面が帯電するのを防ぐためやスループットを向上させるためには、走査速度の高速化が必要とされる。しかし、走査速度の高速化に伴う画面の“ずれ”や“ぼけ”は大きくなるため、高精度な測定を行うことはできない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、静電偏向器の各偏向電極への出力の時間差を高精度に揃え、高精度な電子線偏向を可能とするものである。

上記課題を解決するために、８極静電偏向器を備えた電子線走査装置において、Ｘ及びＹ方向の偏向データ（Ｖｘ、Ｖｙ）に任意の係数（±α、±β）を乗じた偏向データを記憶素子（偏向データ格納部）に格納し、偏向時以外に偏向データに補正データの演算を行い、ＤＡ変換回路により偏向データをアナログ変換し、アナログ演算増幅回路により偏向電圧の演算増幅を行い、各電極に偏向電圧を与えるようにする。

即ち、本発明の偏向制御回路は、電子線走査装置内で照射される電子線を偏向する８極静電偏向器に供給する電圧を制御する偏向制御回路であって、８極静電偏向器に供給される電圧を生成するための偏向データを格納する偏向データ格納部と、偏向データを補正するための補正データを格納する補正データ格納部と、偏向データをアナログ電圧に変換するためのＤＡ変換回路と、アナログ電圧を演算・増幅するためのアナログ演算増幅回路と、を備える。そして、偏向データ格納部は、Ｘ及びＹ方向の偏向データに任意の係数を乗じた生成した補正偏向データを格納している。なお、この格納された補正偏向データは、偏向動作をしていないときに生成されて偏向データ格納部に格納される。

１つの形態として、偏向データ格納部が、Ｘ方向及びＹ方向における補正偏向データをそれぞれ独立して保持し、アナログ演算増幅回路は、前記Ｘ方向の補正偏向データと前記Ｙ方向の補正偏向データを加算して、その加算結果を増幅する（図４に相当する構成）。

また、変形例として、偏向データ格納部が、Ｘ方向及びＹ方向における補正偏向データを加算した結果を保持し、アナログ演算増幅回路は、加算した結果を増幅のみする（図６に相当する構成）。

なお、本発明は、上述の構成を備える偏向制御回路を備える電子線走査装置をも提供する。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明によれば、走査時に行う偏向データへの補正演算が無くなり、Ｘ及びＹ偏向電圧から８極用の偏向電圧を生成する演算が同数のアナログ素子により行うことができるため、電極ごとの出力の時間差を高精度に揃えることが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

＜第１の実施形態＞
図３は、本発明の偏向制御回路を備えた電子線走査装置の概略構成を示す図である。図１において、電子銃１２０から発せられた電子線は、８極静電偏向器１１０により偏向されて試料１３０上に走査される。８極静電偏向器１１０の制御は偏向制御回路によって行われる。この偏向制御回路は、電圧の補正データを記憶する補正データ格納部（記憶素子）１０２と、偏向データ（電圧値）を格納する偏向データ格納部（記憶素子）１０１と、ディジタルの偏向データをアナログに変換するＤＡ変換回路１０３と、アナログの偏向データを増幅するアナログ演算増幅回路１０４と、を備えている。本発明においては、偏向動作前に、記憶素子１０１に格納した偏向データに記憶素子１０２に格納した補正データを演算しておく。この補正後の偏向データ（補正偏向データ）は、偏向動作をしていないときに定期的にメンテナンス（更新）されて、偏向データ格納部に格納される。補正後の偏向データはＤＡ変換回路１０３に送られ、ＤＡ変換された後、アナログ演算増幅回路１０４により８極静電偏向器１１０の電極ごとの偏向電圧に演算増幅され、８極静電偏向器１１０に与えられる。

図４は、図３の偏向制御回路部を構成する偏向データ格納部１０１と、補正データ格納部１０２と、ＤＡ変換回路１０３と、アナログ演算増幅回路１０４の詳細な構成と、８極静電偏向器１１０へ偏向電圧を与えるまでの構成を示す図である。図４において、偏向データ格納部１０１には、Ｘ、Ｙ方向の偏向データ（Ｖｘ、Ｖｙ）に係数（±α、±β）を乗じた８つの偏向データが格納される。偏向動作の前に、偏向データは補正データをもちいて補正演算されている。偏向データ格納部１０１に格納された偏向データは、同一のタイミングでＤＡ変換回路１０３に供給され、ＤＡ変換回路１０３においてＸ、Ｙ方向のアナログ偏向電圧に変換される。Ｘ、Ｙ方向のアナログ偏向電圧は、アナログ演算増幅回路１０４において、図２に示されるように主偏向電圧と主偏向電圧に垂直な偏向電圧を加算する演算と増幅を行われ、各電極に偏向電圧が与えられる。

また、図５は、静電偏向電極Ｘ１に偏向電圧を与える例を示す図である。図５に示されるように、Ｘ及びＹ方向の偏向データ（αＶｘ、βＶｙ）は、それぞれＤＡ変換回路１０３にてアナログ値のＸ、Ｙ方向の偏向電圧に変換される。Ｘ及びＹ方向の偏向電圧はアナログ演算増幅回路１０４にてαＶｘ＋βＶｙなる偏向電圧になるように演算され、観察倍率に応じた増幅を行い、偏向器に与えられる。アナログ演算増幅回路１０４では加算の演算処理しか行わないため、使用するアナログ素子はすべての電極で１つであり、素子の使用数による出力の時間差は生じない。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、ＤＡ変換回路１０３やアナログ演算増幅回路１０４に使用する素子に起因する遅延時間を、各偏向データにおいて揃えることができる。よって、各偏向電極への出力時間差がなく、高精度な電子線偏向が可能となる。そして、高精度の電子線偏向により、画像に“ずれ”や“ぼけ”が生じるのを防止することが出来、高精度な画像を得ることができるようになる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係る偏向制御回路の詳細な構成であって、図４の偏向データを変えたときの応用例を示す図である。なお、電子線走査装置の構成は図３と同様であるので、その説明はここでは省略する。

図６に示されるように、第１の実施形態とは異なり、Ｘ、Ｙ方向の偏向データ（Ｖｘ、Ｖｙ）に係数（±α、±β）を乗じたデータを格納しておくのではなく、偏向データ格納部１０１に、予め、各電極に印可する偏向データ（図２のＸ１〜４、Ｙ１〜４のような最終的に出力するデータ）を格納しておく。

このようにすることにより、最終段でのアナログ演算が必要なくなり、アナログ増幅だけとなる。よって、各偏向電極への出力時間差が更になくなり、高精度な電子線偏向が可能となる。そして、高精度の電子線偏向により、画像に“ずれ”や“ぼけ”が生じるのを防止することが出来、高精度な画像を得ることができるようになる。

従来の偏向制御回路の概略構成を示す図である。 ８極の静電偏向機の各電極に与える偏向信号の比率を示す図である。 本発明に係る電子線走査装置の概略構成を示すブロック図である。 第１の実施形態による偏向制御回路部のより詳細な構成を示すブロック図である。 図４の制御回路部における演算の一例を示す図である。 第２の実施形態による偏向制御回路のより詳細な構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１：偏向データ格納部（記憶素子）
１０２：補正データ格納部（記憶素子）
１０３：ＤＡ変換回路
１０４：アナログ演算増幅回路
１０５：アナログ増幅回路
１１０：８極静電偏向器
１２０：電子銃
１３０：試料
２０１：アナログもしくはディジタル補正演算回路
２０２：アナログもしくはディジタル８極演算回路

Claims (5)

1. 電子線走査装置内で照射される電子線を偏向する８極静電偏向器に供給する電圧を制御する偏向制御回路であって、
   前記８極静電偏向器に供給される電圧を生成するための偏向データ及び補正偏向データを格納する偏向データ格納部と、
   前記偏向データを補正するための補正データを格納する補正データ格納部と、
   前記偏向データをアナログ電圧に変換するためのＤＡ変換回路と、
   前記アナログ電圧に対して演算処理及び増幅処理の両方の処理又は増幅処理のみを実行するためのアナログ演算増幅回路と、を備え、
   前記偏向データ格納部は、Ｘ及びＹ方向の偏向データに任意の係数を乗じた生成した補正偏向データを格納することを特徴とする偏向制御回路。
2. 前記偏向データ格納部に格納された前記補正偏向データは、偏向動作をしていないときに生成されて前記偏向データ格納部に格納されることを特徴とした請求項１に記載の偏向制御回路。
3. 前記偏向データ格納部は、Ｘ方向及びＹ方向における補正偏向データをそれぞれ独立して保持し、
   前記アナログ演算増幅回路は、前記Ｘ方向の補正偏向データと前記Ｙ方向の補正偏向データを加算して、その加算結果を増幅することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏向制御回路。
4. 前記偏向データ格納部は、Ｘ方向及びＹ方向における補正偏向データを加算した結果を保持し、
   前記アナログ演算増幅回路は、前記加算した結果を増幅することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏向制御回路。
5. 試料に電子線を照射して試料観察をするための電子線走査装置であって、
   請求項１乃至４の何れか１項の偏向制御回路を備えることを特徴とする電子線走査装置。

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