JPH05190130A - 電子顕微鏡の電子ビーム偏向磁場調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カーソルを表示することなく、基準マークだ
けで偏向磁場の直交度調整や画像の回転角度調整を行
う。 【構成】 まず、基準マークを有する試料に対して電子
ビーム２を走査信号発生装置１０から走査信号処理回路
１１を介して偏向コイル４乃至７に供給される鋸歯状波
信号が形成する磁場により二次元走査し、前記試料をＣ
ＲＴ２０の画面上に表示し、次に、前記走査信号処理回
路１１より鋸歯状波信号を処理し、前記試料に対して電
子ビーム２を前回の走査方向と反対方向に二次元走査
し、その試料を前記ＣＲＴ２０の画面上にミラー反転表
示して、今回の試料画像と前回の試料画像とを重ね合わ
せ、以後、同様の操作を交互に繰り返し、その間前記Ｃ
ＲＴ２０の画面上の前記両試料画像のズレを観察しなが
ら偏向コイル４乃至７に供給する鋸歯状波信号を直交度
調整回路１４により調整して偏向磁場の歪を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子顕微鏡の電子ビ
ーム偏向磁場調整方法に関し、特に偏向磁場の直交度調
整や画像の回転角度調整に好適な電子顕微鏡の電子ビー
ム偏向磁場調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ｓ
ｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ）において、電子銃から放射された電子はコンデンサ
レンズでビーム状に収束され、更に２対の電磁コイル、
即ちＸ，Ｙ偏向コイルで偏向されて試料の所定位置に照
射される。Ｘ，Ｙ偏向コイルは異なった周期の鋸歯状波
電流によりそれぞれの偏向磁場を発生し、一方の偏向磁
場により電子ビームをＸ軸方向（Ｘ偏向コイルにより電
子ビームが走査される方向）に偏向し、他方の偏向磁場
により電子ビームをＹ軸方向（Ｙ偏向コイルにより電子
ビームが走査される方向）に偏向する。そして、観察用
のＣＲＴの電子ビームはこれらの偏向に同期して走査さ
れ、検出器からの２次電子信号が増幅されて画像信号と
なり、試料の小さな領域が画像信号によって変調された
コントラストを持つ２次元画像としてＣＲＴ画面上に拡
大表示される。

【０００３】ところで、上記Ｘ，Ｙ偏向コイルによって
発生する２つの偏向磁場が正確に直交していない場合
は、ＣＲＴの画面上に表示される試料画像に偏向歪が生
じる。

【０００４】従来の偏向磁場の直交度調整方法について
説明する。

【０００５】図７は十字形の基準マークＩを有する試料
が載置されている試料ステージ上の電子ビーム走査領域
を示し、図８はこの走査領域内の基準マークＩのＣＲＴ
画面上の画像である。

【０００６】偏向歪のない通常の走査領域ＡＢＣＤ内の
基準マークＩはＣＲＴ画面上も歪のない基準マークIaと
して表示され（図８破線）、この基準マークIaは基準マ
ークＩと相似形である。しかし、例えばＸ偏向コイルの
偏向磁場がＹ軸方向に歪んでいて、Ｙ偏向コイルの偏向
磁場と直交していない場合、即ち偏向歪のある走査領域
Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´内の基準マークＩはＣＲＴ画面上では
水平部分が左上がりに傾斜する歪んだ基準マークIb（図
８実線）として表示される。

【０００７】そこで、この偏向歪をなくすために、ＣＲ
Ｔ画面上に形の歪んだ基準マークＩb の他に、Ｘ軸方向
（ＣＲＴ画面の水平方向）に平行なカーソル（直線状の
輝線）Ｃを表示し、基準マークＩb の水平部分の傾斜を
カーソルＣに平行になるようにＹ偏向コイルに供給する
鋸歯状波電流を調整する。

【０００８】逆に、Ｙ偏向コイルの偏向磁場がＸ軸方向
に歪んでいる場合は、Ｙ軸方向（ＣＲＴ画面の垂直方
向）に平行なカーソルＣをＣＲＴ画面上に表示して偏向
歪の調整を行う。また、Ｘ軸及びＹ軸方向のいずれの方
向にも歪んでいる場合は、Ｘ軸又はＹ軸にそれぞれ平行
な２つのカーソルＣをＣＲＴの画面上に表示して偏向歪
の調整を行う。

【０００９】更に、従来の画像の回転角度調整方法につ
いて説明する。

【００１０】図９に示すように走査領域Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ
´内の正方形の基準マークIIを有する試料が試料ステー
ジの所定の位置に載置されずにＸ軸から負の方向にθだ
け傾いている場合、ＣＲＴの画面上でもＸ軸から負の方
向にθだけ回転して図１０IIa で示すように表示され
る。そこで、ＣＲＴの画面上にＸ軸方向に平行なカーソ
ルＣを表示し、基準マークIIa の上部の辺がカーソルＣ
と平行になるようにＸ偏向コイルとＹ偏向コイルに供給
する鋸歯状波電流を調整し、走査領域Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´
に対してθだけ回転した走査領域ＡＢＣＤを得る。この
結果、基準マークIIは図１０の基準マークIIb のように
ＣＲＴ画面上では正方形の上部の辺はＸ軸と平行になり
傾きが調整される。

【００１１】なお、正方形の基準マークIIの回転の状態
によっては、画像の回転角度調整はＹ軸に平行なカーソ
ルＣをＣＲＴ画面上に表示して行われる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電子顕微鏡の電子ビーム偏向磁場調整方法では、偏向磁
場の直交度調整や画像の回転角度調整の際、ＣＲＴ画面
上に基準マーク等の試料画像の他に、調整の基準となる
カーソルを表示しなければならず、そのため回路構成が
複雑になるとともに、調整操作が煩瑣で調整に多くの時
間を要するという問題があった。

【００１３】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は表示装置画面上にカーソルを表示
することなく、基準マークだけで偏向磁場の直交度調整
や画像の回転角度調整を容易に且つ短時間で行うことが
できる電子顕微鏡の電子ビーム偏向磁場調整方法を提供
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の電子顕微鏡の電子ビーム偏向磁場調整方
法は、まず、基準マークを有する試料に対して電子ビー
ムを二次元走査し、前記試料を表示装置の画面上に表示
し、次に、前記試料に対して電子ビームを前回の走査方
向と反対方向に二次元走査し、その試料を前記表示装置
の画面上にミラー反転表示して、今回の試料画像と前回
の試料画像とを重ね合わせ、以後、同様の操作を交互に
繰り返し、その間前記表示装置画面上の前記両試料画像
のズレを観察しながら偏向コイルに供給する鋸歯状波信
号を調整して偏向磁場の歪を調整する。

【００１５】

【作用】 表示装置の画面上にミラー反転した試料画像
が重畳表示されるので、２つの試料画像の基準マークの
ズレを観察しながら、偏向コイルの偏向磁場の歪を調整
することができる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１７】図１は、この発明の一実施例に係る電子ビ
ーム偏向磁場調整方法が使用される走査型電子顕微鏡の
全体構成図である。

【００１８】１次電子を放射する電子銃１の下方に、１
次電子を電子ビーム２に収束するコンデンサレンズ３が
配置され、更にコンデンサレンズ３の下方に電子ビーム
２をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に偏向するＸ偏向コイ
ル４，７及びＹ偏向コイル５，６が配置されている。

【００１９】Ｘ，Ｙ偏向コイル４乃至７の下方には対物
レンズ８を介して試料ステージ９が配置され、この試料
ステージ９にＬＳＩ等の試料が載置される。電子ビーム
２に応じて試料から放射される２次電子２ａは検出器１
７（例えばフォトマル等）によって捕捉され、この検出
器１７は増幅器１８を介して画像処理装置１９に接続さ
れている。画像処理装置１９はＣＲＴ（表示装置）２０
に接続され、このＣＲＴ２０は画像処理装置１９の画像
信号により試料の画像を表示する。

【００２０】一方、後述する４種類の鋸歯状波信号を発
生する走査信号発生装置１０の各出力端子Ｘ，Ｘ´，
Ｙ，Ｙ´は、前記鋸歯状波信号を処理する走査信号処理
回路１１に接続されている。この走査信号処理回路１１
は、Ｘ軸走査信号増幅器１２とこのＸ軸走査信号増幅器
１２の出力電圧を電流に変換する電圧／電流変換増幅器
１３とを介してＸ偏向コイル４，７に接続されている。
更に走査信号処理回路１１は、Ｙ軸走査信号増幅器１５
と、加算器２１と、この加算器２１の出力電圧を電流に
変換する電圧／電流変換増幅器１６とを介してＹ偏向コ
イル５，６に接続されている。

【００２１】Ｘ軸走査信号増幅器１２及び電圧／電流変
換増幅器１３の接続点は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の二つの
偏向磁場の直交度を調整する直交度調整回路１４の入力
端子に接続されている。この直交度調整回路１４は例え
ば可変抵抗器で構成され、その摺動接点は加算器２１に
接続されている。

【００２２】前記走査信号発生回路１０の出力端子Ｘか
らは、電子ビーム２をＸ軸方向に偏向するための所定の
周期の鋸歯状波信号をＸ偏向コイル４，７に出力する。
これに対し、出力端子Ｘ´からは電子ビーム２をＸ軸方
向と反対方向に偏向するための鋸歯状波信号を出力す
る。一方、走査信号発生回路１０の出力端子Ｙからは、
電子ビーム２をＹ軸方向に偏向するための所定の周期の
鋸歯状波信号をＹ偏向コイル５，６に出力する。これに
対し出力端子Ｙ´からは、電子ビーム２をＹ軸方向と反
対方向に偏向するための鋸歯状波信号を出力する。

【００２３】前記直交度調整回路１４は、走査信号発生
装置１０の出力端子Ｘ又はＸ´から出力され、走査信号
処理回路１１で処理されてＸ軸走査信号増幅器１２で増
幅される鋸歯状波信号を、図示しないダイヤル等で摺動
接点の位置を調整し、その信号の振幅を調整した信号を
加算器２１に供給する。

【００２４】次に、上述の構成の走査型電子顕微鏡の動
作を説明する。

【００２５】電子銃１から放射された１次電子はコンデ
ンサレンズ３で電子ビーム２に収束され、この電子ビー
ム２はＸ偏向コイル４，７及びＹ偏向コイル５，６の発
生する磁場で偏向された後、対物レンズ８で焦点調整が
行われた試料ステージ９上の試料に照射される。

【００２６】走査信号処理回路１１は、走査信号発生装
置１０の出力端子Ｘから出力される短い周期の鋸歯状波
信号を処理してＸ軸走査信号増幅器１２に供給する。Ｘ
軸走査信号増幅器１２は、供給された鋸歯状波信号を増
幅し、その出力電圧を電圧／電流変換増幅器１３に供給
する。電圧／電流変換増幅器１３は、供給された電圧に
応じた鋸歯状波電流をＸ偏向コイル４，７に供給する。

【００２７】同時に、走査信号処理回路１１は、走査信
号発生装置１０の出力端子Ｙから出力される長い周期の
鋸歯状波信号を処理してＹ軸走査信号増幅器１５に供給
する。Ｙ軸走査信号増幅器１５は、供給された鋸歯状波
信号を増幅し、その出力電圧を電圧／電流変換増幅器１
６に供給する。電圧／電流変換増幅器１６は、供給され
た電圧に応じた鋸歯状波電流をＹ偏向コイル４，７に供
給する。

【００２８】このようにして、Ｘ偏向コイル４，７及び
Ｙ偏向コイル５，６の発生する磁場により電子ビーム２
をＸ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向の２次元に走査
し、試料から発生する２次電子を検出器１７で捕捉す
る。検出器１７の出力信号は、増幅器１８で増幅されて
画像処理装置１９に供給される。この画像処理装置１９
は、増幅器１８からの出力信号に応じた画像信号をＣＲ
Ｔ２０に供給し、前記画像信号に応じたコントラストを
持つ２次元画像をＣＲＴ２０の画面上に拡大表示する。
走査信号発生装置１０から供給される鋸歯状波信号によ
り、ＣＲＴ２０側の電子ビームの走査は電子ビーム２の
走査に同期する。

【００２９】勿論この同期には、画像処理装置１９にフ
レームメモリを設け、このフレームメモリの読み出し走
査とＣＲＴ２０側の電子ビームの走査とを同期させ、間
接的にＣＲＴ２０側の電子ビームの走査と電子ビーム２
の走査とを同期させる場合を含む。

【００３０】なお、直交度調整回路１４の図示しないダ
イヤルを調整すると、Ｘ軸走査信号増幅器１２で増幅さ
れた鋸歯状波信号の一部が加算器２１に供給され、Ｙ軸
走査信号増幅器１５で増幅された鋸歯状波信号に加算さ
れる。このようにして、Ｙ偏向コイルの偏向磁場が変化
し、画像が調整される。

【００３１】次に、この発明の一実施例に係る偏向磁場
の直交度調整方法について説明する。 まず、図２に示
すようにＸ偏向コイル４，７の偏向磁場がＹ軸方向に歪
んでいて、Ｙ偏向コイル５，６の偏向磁場と直交してい
ない場合の調整方法について説明する。

【００３２】この場合、十字形の基準マークＩが表示さ
れた基準試料を試料ステージ９上に載せ、その基準試料
上で電子ビーム２を走査すると、図２の走査領域周期Ａ
´Ｂ´Ｃ´Ｄ´内において電子ビーム２が左から右上に
短い周期で、そして上から下に長い周期で１，２，３，
……，Ｎ−１，Ｎ（Ｎ：自然数）とＮ本走査される。

【００３３】同時に走査信号発生装置１０からサンプリ
ング信号が画像処理装置１９に送られて、ＣＲＴ２０の
画面上でも図３に示すように電子ビームが左から右上
に、そして上から下に１，２，３，……，Ｎ−１，Ｎ
（Ｎ：自然数）とＮ本同期して走査される。したがっ
て、基準試料表面の基準マークI はＣＲＴ２０の画面上
では、図３のIaで示すように水平部分が右下がりに傾斜
して表示される。

【００３４】次に、走査信号処理回路１１が、走査信号
発生装置１０の出力端子Ｙの代わりに、出力端子Ｙから
出力される鋸歯状波信号と同周期で且つ逆極性の鋸歯状
波信号を出力端子Ｙ´から得て、Ｙ軸走査信号増幅器１
５に供給する。この鋸歯状波信号はＹ軸走査信号増幅器
１５で増幅され、その出力電圧が電圧／電流変換増幅器
１６で鋸歯状波電流となりＹ偏向コイル５，６に供給さ
れる。

【００３５】その結果、電子ビーム２は左から右上に短
い周期で、そして今度は下から上に長い周期でＮ，Ｎ−
１，……，３，２，１と走査される（上下のミラー反
転）。ＣＲＴ２０のＸ軸及びＹ軸方向の電子ビームの走
査は固定されていて前と同じであるので、基準マークＩ
はＣＲＴ２０の画面上では、図３にIbで示すように水平
部分が右上がりに傾斜して表示される。

【００３６】このようにして、ＣＲＴ２０の画面上には
水平部分が左上りとなる基準マークIaと右上りとなる基
準マークIbとが重畳表示されることになる（図３参
照）。この画像は所定時間後クリアされ、走査信号処理
回路１１は上述の出力端子ＹとＹ´の切り替えを所定の
時間間隔で自動的に繰り返す。したがって、ＣＲＴ２０
の画面上に基準マークIa、基準マークIbが交互に現れ、
基準マークIaと基準マークIbとが重畳して表示される。

【００３７】そこで、ＣＲＴ２０の上述の画像を観測し
ながら、直交度調整回路１４のダイヤルでＹ偏向コイル
５，６の偏向磁場を変化させて、前述の基準マークIaと
基準マークIbとが一致するように調整する。このように
して、Ｙ偏向コイル５、６の偏向磁場とＸ偏向コイル
４，７の偏向磁場とが直交し、基準マークＩは図３の破
線で示すようにＣＲＴ２０の画面上で偏向歪みのない画
像になる。

【００３８】逆に、Ｙ偏向コイル５、６の偏向磁場がＸ
軸方向に歪んでいる場合、又は偏向磁場がＸ軸方向、Ｙ
軸方向のいずれの方向にも歪んでいる場合も同様に直交
度調整回路１４のダイヤルを調整することによりＹ偏向
コイルの偏向磁場を変化させて偏向歪みをなくすことが
できる。

【００３９】更に、この発明の一実施例に係る画像の回
転角度調整方法について説明する。

【００４０】前述の偏向磁場の直交度調整方法と同様に
図４に示すように走査領域Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´内におい
て、電子ビームが左から右上に短い周期で、そして上か
ら下に長い周期で１，２，３、……，Ｎ−１，Ｎと走査
されると、ＣＲＴ２０の画像上でも図５に示すように電
子ビームが左から右上に、そして上から下に１，２，
３，……，Ｎ−１，Ｎと同期してＮ本走査される。

【００４１】したがって、図４に示すように走査領域Ａ
´Ｂ´Ｃ´Ｄ´内で、正方形の基準マークIIがＸ軸から
θだけ負の方向に傾いているときには、ＣＲＴ２０の画
面上でも基準マークIIは図５にIIa で示すようにＣＲＴ
２０のＸ軸からθだけ負の方向に傾いている。

【００４２】次に、走査信号処理回路１１は走査信号発
生装置１０の出力端子Ｘの代わりに、出力端子Ｘから出
力される鋸歯状波信号と同周期で且つ逆極性の鋸歯状波
信号を出力端子Ｘ´から得て、Ｘ軸走査信号増幅器１２
に供給する。この鋸歯状波信号はＸ軸走査信号増幅器１
２で増幅され、その出力電圧が電圧／電流変換増幅器１
３で鋸歯状波電流となりＸ偏向コイル４，７に供給され
る。

【００４３】その結果、電子ビーム２は前とは逆に右か
ら左に短い周期で、そして前と同様に上から下に長い周
期で走査される（左右のミラー反転）。ＣＲＴ２０のＸ
軸及びＹ軸方向の電子ビームの走査は固定されていて前
と同じであるので、基準マークIIはＣＲＴ２０の画面上
では、図５にIIb で示すようにＣＲＴ２０の水平方向か
らθだけ正の方向に傾むいて表示される。

【００４４】このようにして、ＣＲＴ２０の画面上には
負の方向に角度θだけ傾く基準マークIIa と正の方向に
角度θだけ傾く基準マークIIb とが互いにズレた画像と
なる（図５参照）。この画像は所定時間後クリアされ、
走査信号処理回路１１は上述の出力端子ＸとＸ´の切り
替えを所定の時間間隔で自動的に繰り返す。したがっ
て、基準マークIIa 、基準マークIIb が交互に現れ、基
準マークIIa と基準マークIIb とが所定時間重畳して表
示される。

【００４５】そこで、ＣＲＴ２０の上述の画像を観測し
ながら、走査信号処理回路１１によりＸ偏向コイルとＹ
偏向コイルの偏向磁場を変化させて、前述の基準マーク
IIaと基準マークIIｂとが一致するように調整する。

【００４６】基準マークIIa と基準マークIIｂとが一致
したときには、走査領域Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´に対してθだ
け回転した走査領域ＡＢＣＤとなり、そのときのＸ軸方
向の走査方向により図６に示すようにＸ軸方向に傾きが
ない基準マークIIa 又は基準マークIIｂとなる。

【００４７】以上のようにこの実施例の電子顕微鏡の電
子ビーム偏向磁場調整方法によれば、基準マークＩ又は
IIだけで偏向磁場の直交度調整や画像の回転角度調整が
できるので、ＣＲＴ２０の画面上に基準マークＩ又はII
の他にカーソルＣを表示する必要がなくなる。また、重
畳表示された基準マークIa，Ib又はIIa ，IIb の画像の
ズレを観察しながら偏向磁場の直交度調整や画像の回転
角度調整することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この電子顕微鏡の
電子ビーム偏向磁場調整方法によれば、表示装置の画面
上にミラー反転した試料画像が重畳表示されるので、２
つの試料画像の基準マークのズレを観察しながら、偏向
コイルの偏向磁場の歪を調整することができる。したが
って、磁場の直交度や画像の回転角度等の調整を容易且
つ迅速に行うことができる。また、表示装置の画面上に
基準マークの他にカーソルを表示する必要がないので、
そのための回路が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例に係る電子ビーム偏
向磁場調整方法が使用される走査型電子顕微鏡の全体構
成図である。

【図２】図２は試料ステージ上に基準マークＩを有する
試料が載置されているときの電子ビームの走査領域を示
す説明図である。

【図３】図３は図２に示す走査領域に対応するＣＲＴの
画像を示す説明図である。

【図４】図４は試料ステージ上に基準マークIIを有する
試料が載置されているときの電子ビームの走査領域を示
す説明図である。

【図５】図５は図４に示す走査領域に対応するＣＲＴの
画像を示す説明図である。

【図６】図６は画像の回転角度調整が終了したときのＣ
ＲＴの画像を示す説明図である。

【図７】図７は試料ステージ上に基準マークＩを有する
試料が載置されているときの走査領域を示す説明図であ
る。

【図８】図８は図７に示す走査領域に対応するＣＲＴの
画像を示す説明図である。

【図９】図９は試料ステージ上に基準マークIIを有する
試料が載置されているときの走査領域を示す説明図であ
る。

【図１０】図１０は図９に示す走査領域に対応するＣＲ
Ｔの画像を示す説明図である。

【符号の説明】

２…電子ビーム ４，７…Ｘ偏向コイル ５，６…Ｙ偏向コイル １０…走査信号発生装置 １１…走査信号処理回路 １２…Ｘ軸走査信号増幅器 １３，１６…電圧／電流変換増幅器 １４…直交度調整回路 １５…Ｙ軸走査信号増幅器 ２０…ＣＲＴ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 まず、基準マークを有する試料に対して
   電子ビームを二次元走査し、前記試料を表示装置の画面
   上に表示し、 次に、前記試料に対して電子ビームを前回の走査方向と
   反対方向に二次元走査し、その試料を前記表示装置の画
   面上にミラー反転表示して、今回の試料画像と前回の試
   料画像とを重ね合わせ、 以後、同様の操作を交互に繰り返し、その間前記表示装
   置画面上の前記両試料画像のズレを観察しながら偏向コ
   イルに供給する鋸歯状波信号を調整して偏向磁場の歪を
   調整することを特徴とする電子顕微鏡の電子ビーム偏向
   磁場調整方法。