JPH02207444A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、走査型電子顕微鏡に関し、特に被観察試料
上での電子ビームの焦点合せと非点補正を同時に且つ高
精度で行うことができるようにしたものである。

（従来の技術） 従来の走査型電子顕微鏡として、例えば第６図に示すよ
うなものがある。

同図中、１は電子ビーム、２は電子ビーム１を放射する
電子源としての電子銃、３は電子ビーム１を収束させる
電子光学系のひとつである収束レンズ、４．５は電子ビ
ーム１をそれぞれＸ軸とＹ袖の方向に偏向して被観察試
料９上を走査させる偏向手段としての走査用偏向コイル
、６は走査される電子ビーム１を被観察試料９上に合焦
させる対物レンズ、７．８は被観察試料９上の電子ビー
ムの非点を補正するＸ軸及びＹ軸の非点補正コイル、１
０は電子ビーム１の照射により被観察試料９上から放出
される２次電子、１１はその２次電子を検出する検出器
であり、上記の構成要素等は図示省略の真空容器中に収
容されている。

１２は検出器で得た検出信号を増幅する増幅器であり、
その出力は輝度変調信号として表示手段としての観察用
ブラウン管１３に与えられている。

１４は掃引信号発信器であり、発信される掃引信号が走
査用の偏向コイル４．５に印加され、同時に観察用ブラ
ウン管１３にも与えられている。電子銃２から放出され
た電子ビーム１は収束レンズ３で適宜に収束された後、
上記の掃引信号が印加されている走査用の偏向コイル４
．５によりＸ、Ｙに偏向され、対物レンズ６で焦点合わ
せが行われて微少なビームスポットとして被観察試料９
上に照射される。

対物レンズ６による電子ビーム１の焦点合わせと、非点
補正コイル７．８による非点補正は観察用ブラウン管に
表れる試料像を目で観察し、対物レンズ電流値と非点補
正コイル電流値をそれぞれ別々に前後に小刻みに変化さ
せ最良な試料像を得るように設定を行っていた。

（発明が解決しようとする課題） 従来の走査型電子顕微鏡では、その焦点合わせと非点補
正を対物レンズ電流値と非点補正コイル電流値を前後に
小刻みに変化させながら観察用ブラウン管に表れる試料
像を目で見て、最良の像となるように対物レンズ電流値
と非点補正コイル電流値の設定をそれぞれ別々に行って
いた。このため焦点合わせ、非点補正を行うのに長時間
を要し、また精度の点で個人差を生じるという問題があ
った。

この発明は上記事情に基づいてなされたもので、短時間
で精度良く、焦点合わせと非点補正を同時に行なうこと
のできる走査型電子顕微鏡を提供することを目的とする
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、電子源と、電子
源から放出される電子ビームを収束させる電子光学系と
、該電子光学系で収束される電子ビームを被観察試料上
に走査させる偏向手段と、該偏向手段で走査される電子
ビームを被観察試料上に合焦させる対物レンズと、該対
物レンズで被観察試料上に合焦される電子ビームの非点
を補正する非点補正コイルと、電子ビームの照射により
被観察試料から得られる２次電子等を検出する検出器と
、該検出器の出力を輝度変調信号として入力し前記偏向
手段と同期して観察試料像を表示する表示手段とを有す
る走査型電子顕微鏡において、前記偏向手段による電子
ビームの走査を被観察試料上の任意の位置で任意の方向
に設定する偏向設定手段と、前記対物レンズの電流値を
可変設定する対物レンズ電流設定手段と、前記非点補正
コイルの電流値を可変設定する非点補正コイル電流設定
手段と、前記偏向設定手段で設定した角度の異なる複数
の走査線ごとに前記対物レンズ電流設定手段で設定した
複数値の対物レンズ電流の各々に対応して前記検出器か
ら出力される各検出信号の微分累積加算値を当該複数の
走査線ごとに求め、その対物レンズ電流値対微分累積加
算値の関係に基づいて当該微分累積加算値が最大となる
対物レンズ電流値を前記複数の走査線ごとに求め、当該
複数の走査線のうち角度が９０変異なり且つ最大微分累
積加算値の和が最大となる２本の走査線を選択し、この
選択した２本の走査線における微分累積加算値が最大と
なる各対物レンズ電流値の中間値を最適対物レンズ電流
値として前記対物レンズ電流設定手段に設定させ、さら
に前記非点補正コイル電流設定手段で設定した複数値の
非点補正コイル電流に対して、微分累積加算値が最大と
なる対物レンズ電流値を前記の選択した２本の走査線ご
とに求め、この２本の走査線に対する微分累積加算値が
最大となる２つの対物レンズ電流値の差と非点補正コイ
ル電流値との関係に基づいて当該２つの対物レンズ電流
値の差がゼロとなる最適非点補正コイル電流値を求めこ
れを前記非点補正コイル電流設定手段に設定させる信号
処理手段とを具備させたことを要旨とする。

（作用） 偏向設定手段により角度の異なる複数の走査線が設定さ
れ、その複数の走査線ごとに対物レンズ電流設定手段で
設定された複数値の対物レンズ電流の各々に対応して検
出器から出力される各検出信号が信号メモリ等を介して
信号処理手段に取込まれる。

信号処理手段では、各検出信号の微分累積加算値が複数
の走査線ごとに求められ、対物レンズ電流値対微分累積
加算値の関係に基づいて微分累積加算値が最大となる対
物レンズ電流値が求められる。そして、複数の走査線の
うち角度が９０変異なり且つ最大微分累積加算値の和が
最大となる２本の走査線が選択され、この選択した２本
の走査線における微分累積加算値が最大となる各対物レ
ンズ電流値の中間値が最適対物レンズ電流値として求め
られる。また、非点補正コイル電流設定手段で設定され
た複数値の非点補正コイル電流に対して前記と同様の手
法により微分累積加算値が最大となる対物レンズ電流値
が前記の選択した２本の走査線ごとに求められる。そし
てこの２本の走査線における２つの対物レンズ電流値の
差と非点補正コイル電流値との関係に基づいて当該２つ
の対物レンズ電流値の差がゼロとなる最適非点補正コイ
ル電流値が求められる。次いで、上記のようにして求め
られた最適対物レンズ電流値が対物レンズ電流設定手段
を介して対物レンズに設定され、また最適非点補正コイ
ル電流値が非点補正コイル電流設定手段を介して非点補
正コイルに設定されて、焦点合わせと非点補正が短時間
で同時に且つ精度良く行われる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図ないし第５図に基づい
て説明する。

なお、第１図において前記第６図における部材及び機器
等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って
示し、重複した説明を省略する。

まず走査型電子顕微鏡の構成を説明すると、この実施例
では、偏向コイル４．５に、その電子ビーム１の走査を
被観察試料９上の任意の位置で任意の角度方向に設定さ
せる偏向設定手段１６が接続され、対物レンズ６には、
その対物レンズ電流を可変設定するための対物レンズ電
流設定手段１７が接続されている。また、非点補正コイ
ル７．８には、その非点補正コイル電流を可変設定する
ための非点補正コイル電流設定手段１８が接続されてい
る。さらに増幅器１２には、検出器１１の検出信号を当
該増幅器１２で増幅したのち、これを−時記憶したおく
ための信号メモリ１５が接続され、この信号メモリ１５
の出力端に信号処理手段１９が接続されている。

信号処理手段１９は、まず、偏向設定手段１６に電子ビ
ームの偏向設定を指示する機能を有し、その偏向設定手
段１６で設定した角度の異なる複数の走査線ごとに対物
レンズ電流設定手段１６で設定した複数値の対物レンズ
電流の各々に対応して検出器１１から信号メモリ１５を
経て得られる各検出信号の微分累積加算値の演算を行う
。次いで、その対物レンズ電流値対微分累積加算値の関
係を多項式近似してその定数を定め、その定数に基づい
て微分累積加算値が最大となる対物レンズ電流値を複数
の走査線ごとに求める。そして複数の走査線のうち角度
が９０度ずれていて、且つ最大微分累積加算値の和が最
大となる２本の走査線を選択し、それぞれの走査線の微
分累積加算値が最大となる２つの対物レンズ電流値の中
間値を最適対物レンズ電流値として求め、その値の一時
記憶ができるようになっている。そしてさらに、非点補
正コイル電流設定手段１８で設定した複数値の非点補正
コイル電流に対して、上記手法と同様の手法により微分
累積加算値が最大となる対物レンズ電流値を上記の選択
した２本の走査線ごとに求め、この２本の走査線に対す
る微分累積加算値が最大となる２つの対物レンズ電流値
の差と非点補正コイル電流値との関係を１次式で近似し
てその定数を定め、その定数に基づいて２つの対物レン
ズ電流値の差がゼロとなる非点補正コイル電流値を最適
非点補正コイル電流値として求めることができるように
なっている。そして、対物レンズ電流設定手段１７に対
して前記の一時記憶した最適対物レンズ電流値の設定を
行い、非点補正コイル電流設定手段１８に対しては上記
の最適非点補正コイル電流値の設定を行う機能を有して
いる。

次に、上述のように構成された走査型電子顕微鏡の作用
を説明する。

先ず、試料上の合焦を得たい部分を定め、偏向設定手段
１６によりその点を軸に角度が異なる４本の走査線を設
定する。いま、その各々の走査線を第２図に示すように
５ｃａｎｌ、５ｃａｎ２．５ｃａｎ３．５ｃａｎ４と定
める。また、非点補正コイル７．８のＸ軸及びＹ軸の電
流値ｌ５ＴＧＸ、ｌ５ＴＧＹを非点補正コイル電流設定
手段１８によりゼロに設定しておく。上記の各走査線ご
とに対物レンズ電流設定手段１７で設定された複数値の
対物レンズ電流ＩｏＬ１１０　Ｌ２　、ＩＱ　Ｌ３が対
物レンズ６に順次角えられ、その各対物レンズ電流ｌ０
ＬＩ　　　ｌ０Ｌ２、ＩＱＬ３に対応して検出器１１か
ら出力された１走査分の検出信号が増幅器１２を経て信
号メモリ１５に記憶される。

次いで、信号処理手段１９により信号メモリ１５に記憶
された各対物レンズ電流に対応した検出信号について微
分演算が施され、その微分成分が各検出信号ごとに累積
加算されて微分累積加算値ＤＩ　　Ｄ２　、Ｄ３が求め
られる。そして対物レンズ電流ｌ０ＬＩ　　　ｌ０Ｌ２
、ＩｏＬｓと微分累積加算値ＤＩ　　Ｄ２　、Ｄ３の関
係が２次関数（多項式）で表され、微分累積加算値が最
大となる対物レンズ電流値が求められる。

５ｃａｎｌ、５ｃａｎ２．５ｃａｎ３．５ｃａｎ４ごと
に微分累積加算値が最大となる対物レンズ電流値ｌ５Ｃ
ＮＩ　　　ｌ５ＣＮ２、ｌ５ＣＮ３　、ｌ５ＣＮ４を求
めるに当っての対物レンズ電流値対信号微分累積加算値
の関係を第３図に示す。同図中（７）ＤＳＣＮＩ　　Ｄ
ＳＣＮ２、ＤＳ　ＣＮ　３　、ＤＳ　ＣＮ　４は各走査
線に対する最大微分累積加算値である。

次に、５ｃａｎｌ、５ｃａｎ２．５ｃａｎ３．５ｃａｎ
４の中から角度が９０度ずれていて、且つ最大微分累積
加算値ＤＳ　Ｃ！　Ｎの和が最大となる２本の走査線を
選択する。第３図に示したものを例にとると、 （ＤＳ　Ｇ　Ｎ　＋　＋ＤＳ　ＣＮ　３）＜　　　（Ｄ
ＳＣＮ２　　　＋ＤＳＣＮ４　　）の関係が成立し、５
ｃａｎ２．５ｃａｎ４が選択される。以降はこの２つの
走査線のみを用いて操作を行う。ここで、ｌ５ＣＮ２　
、ｌ５ＣＮ４の中間値を最良の試料像が得られる最適対
物レンズ電流値として一旦記憶しておく。

次いで、Ｙ軸非点補正コイル８の電流値はゼロのままで
Ｘ軸非点補正コイル７の電流値をｌ５ＴＧｘ　＋　　　
ｌ５ＴＧＸ２　と変化させ、こ・のｌ５ＴＧｘ　Ｈｌ５
ＴＧＸ２に対して前記の選択した５ｃａｎ２．５ｃａｎ
４の走査を行い、前記と同様の手法で微分累積加算値が
最大となる対物レンズ電流値ｌ５ＣＮ２　＋　　　ｌ５
ＣＮ４　＋ｌ５ＣＮ２２　、ｌ５ＣＮ４１を求め、その
電流値の差 Δｌ５ＣＮ＋閣ｔｓｃＮ２ｔ−ｔｓＯＮ４１ΔｔｓｃＮ
２■ｌ５ＣＮ２２−ＩＳＣＮ４２をそれぞれ求める。

Ｘ軸弁点補正コイル７の電流値がｌ５Ｔ（３ＸＩＩＳＴ
ＧＸ２のときの対物レンズ電流値に対する微分累積加算
値の関係を第４図の（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す。ま
た、Ｘ軸弁点補正コイル７の電流値に対する微分累積加
算値が最大となる対物レンズ電流値の関係を第５図に示
す。第４図の（Ａ）、（Ｂ）及び第５図中のΔｌ５ＣＮ
＋Δｌ５ＣＮ２は、それぞれ非点補正電流がｌ５ＴＧＸ
Ｉ　　　ｌ５ＴＧＸ２のときの微分累積加算値が最大と
なる対物レンズ電流値の差である。

そして、第５図に示すように、Ｘ軸弁点補正コイル７の
電流値に対する微分累積加算値が最大とする対物レンズ
電流値の差の関係を１次式で近似しその定数を求める。

この求めた定数に基づいて微分累積加算値が最大となる
対物レンズ電流値の差がゼロとなるＸ軸弁点補正コイル
７の最適非点補正コイル電流値ｌ５ＴＧＸを求める。

次に、Ｘ軸弁点補正コイル７の電流値を上記のようにし
て求めた最適非点補正コイル電流値ｌ５ＴＧＸに非点補
正コイル電流設定手段１８により設定し、一方、Ｙ軸弁
点補正コイル８も上記Ｘ軸の場合と同様に電流値をｌ５
ＴＧＹＩＩＳＴＧＹ２と変化させて、Ｙ軸弁点補正コイ
ル８の最適非点補正コイル電流値ｌ５ＴＧＹを求め、Ｙ
軸弁点補正コイル８の電流値をこの最適非点補正コイル
電流値ｌ５ＴＧＹに非点補正コイル電流設定手段１８に
より設定する。

最後に、−旦記憶しておいた前記ｌ５ＣＮ２とｌ５ＣＮ
４の中間値である最適対物レンズ電流値を対物レンズ６
に対して対物レンズ電流設定手段１７により設定する。

以上の操作により非点が補正され、且つ焦点が合ってい
る試料像を得ることができる。

このように、この実施例の走査型電子顕微鏡では、従来
のように焦点合わせと非点補正を別々に、且つ観察用ブ
ラウン管１３に表れる試料像を目で見て最良となるよう
にして焦点合わせ、非点補正を行うわけではないので、
精度の良い焦点合わせ、非点補正を短時間で行うことが
できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、偏向設定手段
により角度の異なる複数の走査線を設定し、対物レンズ
電流設定手段により対物レンズに複数の対物レンズ電流
を可変設定し、また非点補正コイル電流設定手段により
非点補正コイルに複数の非点補正コイル電流を可変設定
し、このとき検出器から得られる各検出信号に信号処理
手段で所要の信号処理を施して焦点合わせ用の最適対物
レンズ電流値と非点補正用の最適非点補正コイル電流値
とを求め、最適対物レンズ電流値は対物レンズ電流設定
手段を介して対物レンズに設定し、最適非点補正コイル
電流値は非点補正コイル電流設定手段を介して非点補正
コイルに設定するようにしたので、短時間で精度良く、
焦点合わせと非点補正を同時に行うことができるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明に係る走査型電子顕微鏡
の実施例を示すもので、第１図は構成図、第２図は偏向
設定手段で設定した角度の異なる複数の走査線例を示す
図、第３図は対物レンズ電流対微分累積加算値の関係を
表す２次関数近似曲線図、第４図は非点補正コイル電流
値を可変したときの対物レンズ電流値に対する微分累積
加算値の関係を表す２次関数近似曲線図、第５図は非点
補正コイルの電流値に対する微分累積加算値が最大とな
る対物レンズ電流値の差の関係を表す１次関数近似曲線
図、第６図は従来の走査型電子顕微鏡を示す構成図であ
る。 に電子ビーム、　　２：電子銃（電子源）、３：電子光
学系を構成する収束レンズ、４．５：偏向コイル（偏向
手段）、 ６：対物レンズ、　　７．８：非点補正コイル、９：被
観察試料、　　１１：検出器、 １３：観察用ブラウン管（表示手段） １６：偏向設定手段、 １７：対物レンズ電流設定手段、 １８：非点補正コイル電流設定手段、 １９：信号処理手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子源と、電子源から放出される電子ビームを収束させ
   る電子光学系と、該電子光学系で収束される電子ビーム
   を被観察試料上に走査させる偏向手段と、該偏向手段で
   走査される電子ビームを被観察試料上に合焦させる対物
   レンズと、該対物レンズで被観察試料上に合焦される電
   子ビームの非点を補正する非点補正コイルと、電子ビー
   ムの照射により被観察試料から得られる２次電子等を検
   出する検出器と、該検出器の出力を輝度変調信号として
   入力し前記偏向手段と同期して観察試料像を表示する表
   示手段とを有する走査型電子顕微鏡において、 前記偏向手段による電子ビームの走査を被観察試料上の
   任意の位置で任意の方向に設定する偏向設定手段と、 前記対物レンズの電流値を可変設定する対物レンズ電流
   設定手段と、 前記非点補正コイルの電流値を可変設定する非点補正コ
   イル電流設定手段と、 前記偏向設定手段で設定した角度の異なる複数の走査線
   ごとに前記対物レンズ電流設定手段で設定した複数値の
   対物レンズ電流の各々に対応して前記検出器から出力さ
   れる各検出信号の微分累積加算値を当該複数の走査線ご
   とに求め、その対物レンズ電流値対微分累積加算値の関
   係に基づいて当該微分累積加算値が最大となる対物レン
   ズ電流値を前記複数の走査線ごとに求め、当該複数の走
   査線のうち角度が９０変異なり且つ最大微分累積加算値
   の和が最大となる２本の走査線を選択し、この選択した
   ２本の走査線における微分累積加算値が最大となる各対
   物レンズ電流値の中間値を最適対物レンズ電流値として
   前記対物レンズ電流設定手段に設定させ、さらに前記非
   点補正コイル電流設定手段で設定した複数値の非点補正
   コイル電流に対して、微分累積加算値が最大となる対物
   レンズ電流値を前記の選択した２本の走査線ごとに求め
   、この２本の走査線に対する微分累積加算値が最大とな
   る２つの対物レンズ電流値の差と非点補正コイル電流値
   との関係に基づいて当該２つの対物レンズ電流値の差が
   ゼロとなる最適非点補正コイル電流値を求めこれを前記
   非点補正コイル電流設定手段に設定させる信号処理手段
   と を具備させたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。