JPH05242844A - 電界放射型電子銃を用いた走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電子ビームの照射により得られたビデオ信号と
ビーム電流検出器により得たモニター信号との比を割算
回路で求め、この割算回路の出力信号に基づいて像表示
をする走査電子顕微鏡において、割算回路へ供給される
モニター信号のレベルを最適値に容易に設定できるよう
にする。 【構成】ビーム電流検出器１４よりの出力信号値を変換
して割算回路１０に供給する変換器１６を備え、変換器
１６の出力信号を基準値と比較し該出力信号が基準値に
略一致するように自動的に変換器１６の変換比率をプリ
セットするための制御手段１７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子銃として電界放射
型電子銃を用い、試料上で２次元的に電子ビームを走査
し、この走査に同期した陰極線管上に反射電子信号や２
次電子信号を供給するようにした走査電子顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡においては、電子ビーム
を試料上に細く集束すると共に、この電子ビームを試料
上で２次元的に走査し、試料への電子ビームの照射に基
づいて発生した反射電子や２次電子を検出している。そ
して、この検出された信号は、電子ビームの走査と同期
した陰極線管に輝度変調信号として供給され、該陰極線
管には反射電子像や２次電子像が表示される。さて、こ
のような走査電子顕微鏡において、電子銃として電界放
射型電子銃を用いると、電界放射型電子銃からの電子ビ
ームのビーム電流が時間と共に変化し、その結果、得ら
れた２次電子像や反射電子像の明るさが時間と共に変動
する欠点がある。そのため、電子銃から発生した電子ビ
ームの光路上に絞り板を配置してこの絞り板によって電
子ビームの一部を検出し、この電子ビームのビーム電流
に比例した信号と、２次電子検出信号や反射電子検出信
号との比を割算回路で求め、この割算回路の出力信号を
陰極線管に供給することにより、試料に照射される電子
ビームのビーム電流の変動を補償するようにしている。
ところで、電界放射電子銃の仮想電子源の位置は引出電
極と陽極によって形成される静電レンズ作用が変化する
と光軸方向に移動してしまう。加速電圧をＶo 、引出電
圧をＶ1 で表すとき、例えば、減速電界（Ｖo、＜Ｖ1
）の領域では、加速電圧Ｖo または電圧比（Ｖo ／Ｖ1
）が減少すると、仮想電子源の位置は光軸に沿って陽
極から離れる向きに移動する。このような移動により、
前記ビーム電流検出器の検出信号値も変化することにな
る。一方、前述した割算回路は、その出力信号が大きく
なる領域では周波数特性が劣化してしまうという特性を
有している。従って、例えば、前述したビーム電流検出
器の出力信号が小さくなると、割算回路の出力信号は大
きくなり、高速走査状態では良好な像を観察できなくな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するため、前記ビーム電流検出器の出力信号値を変換す
る変換器を備え、加速電圧Ｖo と引出電圧Ｖ1 でアドレ
ス指定した変換率で前記変換器による信号値の変換を行
うようにし、それにより、加速電圧Ｖo と引出電圧Ｖ1
によらずに平均レベルが一定なモニター信号を割算回路
に供給するようにした走査電子顕微鏡が開発されてい
る。しかしながら、このような走査電子顕微鏡におい
て、前記Ｖo とＶ1 の夫々を広範囲に変化させた場合に
も割算回路に供給されるビーム電流信号即ちモニター信
号を一定値に維持しようとすると、データテーブルに記
憶すべきデータ量が多くなり、テーブルを作製するのに
大きな労力を必要とする。そこで、加速電圧Ｖo と引出
電圧Ｖ1 を比較的大きな刻みで変化させた際のデータテ
ーブルを作製して使用するようにしている。そのため、
割算回路に供給するモニター信号のレベルを充分なだけ
一定にすることはできず、その結果、高速走査時等では
像質が不充分であった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題を解決し、
加速電圧や引出電圧を広範囲に変化させた場合にも、前
記割算回路へ供給される前記モニター信号のレベルを最
適な値に容易に設定することのできる電界放射型電子銃
を用いた走査電子顕微鏡を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく電界放射
型電子銃を用いた走査電子顕微鏡は、電界放射型電子銃
と、電子銃から発生した電子ビームを試料上に集束する
ための集束レンズと、試料上の電子ビーム照射位置を２
次元的に走査するための走査手段と、試料への電子ビー
ムの照射によって発生した信号を検出する検出器と、電
子銃から発生した電子ビームのビーム電流を検出するた
めのビーム電流検出器と、前記検出器よりのビデオ信号
と前記ビーム電流検出器よりの信号の比を求める割算回
路と、該割算回路の出力信号に基づいて像表示するため
の表示手段を備えた電界放出電子銃を用いた走査電子顕
微鏡において、前記ビーム電流検出器よりの出力信号値
を変換して前記割算回路に供給する変換器を備え、前記
変換器の出力信号を基準値と比較し該出力信号が基準値
に略一致するように自動的に前記変換器の変換比率をプ
リセットするための制御手段を備えることを特徴として
いる。

【０００６】

【作用】本発明に基づく電界放射型電子銃を用いた走査
電子顕微鏡では、電界放射型電子銃からのビーム電流を
示す信号を変換器に供給する。変換器の出力信号は制御
手段によって基準値と比較され、変換器の出力信号（モ
ニター信号）が基準値と一致するように変換器の変換率
は制御手段によって自動的にプリセットされる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明に基づく走査電子顕微鏡を
示しており、１は走査電子顕微鏡の電子銃で、電界放射
型電子銃が用いられている。電界放射型電子銃１から発
生した電子ビームは、コンデンサレンズ２，対物レンズ
３によって試料４上に細く集束される。試料４上に照射
される電子ビームは、偏向コイル５によって２次元的に
走査される。試料４への電子ビームの照射によって発生
した２次電子は、２次電子検出器６によって検出され、
その検出信号は入力セレクタ７に供給される。また、試
料４への電子ビームの照射によって発生した反射電子
は、反射電子検出器８によって検出され、その検出信号
は入力セレクタ７に供給される。入力セレクタ７には、
図示していないが、試料４の吸収電子の検出信号や試料
４から発生したＸ線の検出信号が供給されている。入力
セレクタ７でセレクトされた特定の検出信号は、スイッ
チ回路９に供給され、割算回路１０か増幅器１１のいず
れかに供給される。割算回路１０と増幅器１１の出力信
号は、増幅器１２を介して陰極線管１３に供給される。
上記した電界放射型電子銃１より発生した電子ビームの
通路上には、ビーム電流検出器としての絞り板１４が配
置され、絞り板１４によって電子ビームの一部が検出さ
れる。この検出信号は、前置増幅器１５を介して変換器
１６（ここでは増幅器を用いているので、以下増幅器１
６と呼ぶ）に供給される。１７はコンピュータであり、
コンピュータ１７は、増幅器１６のゲインのコントロー
ルを行う。増幅器１６の出力信号は、割算回路１０とコ
ンパレータ１８に供給されている。コンパレータ１８
は、増幅器１６の出力信号Ｘと基準値Ｕの比較を行って
いる。このような構成の動作は次の通りである。

【０００８】試料４には電界放射型電子銃１から発生し
た電子ビームが集束して照射され、また、その照射位置
は偏向コイル５によって２次元的に走査される。試料４
への電子ビームの照射によって各種の検出器から検出信
号が得られるが、その内の特定の検出信号が入力セレク
タ７によってセレクトされる。入力セレクタ７によって
セレクトされた、例えば、２次電子検出信号は、スイッ
チ回路９に供給される。このスイッチ回路９は、電子ビ
ームの走査速度に応じて切り換えられ、走査速度がＴＶ
走査のように極めて高速の場合のみ、信号は増幅器１１
に供給される。また、電子ビームの走査速度が低速の場
合には、信号は割算回路１０に供給される。増幅器１１
あるいは割算回路１０の出力信号は、増幅器１２によっ
て増幅された後、陰極線管１３に供給される。この陰極
線管１３は、電子ビームの走査と同期していることか
ら、陰極線管の画面には２次電子像が表示される。ここ
で、電界放射型電子銃１から発生する電子ビームのビー
ム電流は、絞り板１４によって検出され、この電子ビー
ムのビーム電流に応じた信号は増幅器１６を介して割算
回路１０にモニター信号として供給される。割算回路１
０においては２次電子検出信号Ｚと増幅器１６の出力信
号Ｘとの比が求められ、この比の信号が陰極線管１３に
輝度変調信号として供給されることから、陰極線管１３
には電子ビームのビーム電流の変動に影響されない像が
表示される。次に、図２のフロー図を参考にして本発明
の動作を更に詳細に説明する。

【０００９】まず、電界放射型電子銃１において加速電
圧を印加（ＯＮ）するとエミッションのリセットが自動
的に行われ、電界放射型電子銃における電子ビームの引
出電圧Ｖｅは初期状態に戻される。次に、引出電圧Ｖｅ
が上昇させられエミッション電流ＩｅがＩｏμＡの所定
値となったところで引出電圧の上昇が停止され、引出電
圧はこのときの電圧に設定される。次に、プリセットゲ
インコントロールが行われるが、この場合、コンピュー
タ１７の中に格納されたＲＯＭテーブルを参照して、設
定された、加速電圧Ｖａと引出電圧Ｖｅとの値に応じた
ゲインが読み出され、このゲインに増幅器１６が設定さ
れる。その後、オートゲインコントロールが行われる
が、このコントロールの際、増幅器１６の出力信号はコ
ンパレータ１８に供給され、基準値Ｕとの比較が行われ
る。このコンパレータ１８は、増幅器１６の出力信号Ｘ
と基準値Ｕの大小関係をコンピュータ１７にフィードバ
ックしており、コンピュータ１７はコンパレータ１８の
出力信号を参照し、オートゲインコントロールを行い、
増幅器１６のゲインの設定を行う。このオートゲインコ
ントロールにおいて、増幅器１６の出力信号Ｘが基準値
Ｕより小さい場合、増幅器１６のゲインは１段づつ増加
させられ、ＸがＵと等しいか大きくなった際、ゲインを
１段減少させ、そのゲインで増幅器１６のゲインを設定
する。次に、Ｘが基準値Ｕと等しいか大きい場合、増幅
器１６のゲインを１段づつ減少させ、ＸがＵより小さく
なったところで増幅器１６のゲインを固定する。

【００１０】次に電界放射型電子銃１における加速電圧
をＶａ１からＶａ２に切り換えた場合、増幅器１６のゲ
インコントロール動作を開始する時間を加速電圧が安定
となる時間Ｔだけ遅らせる。この時間は、加速電圧Ｖａ
１とＶａ２の値に応じて変える必要がある。加速電圧を
切り換えてからＴ時間後に上記した加速電圧ＯＮの際と
同じ動作が行われる。

【００１１】次にビーム電流が少なくなり、その結果、
電界放射型電子銃１におけるエミッションのリセットを
行う場合、ビーム電流ＩｅがＩｏになるまで引出電圧Ｖ
ｅを上昇させる。ビーム電流がＩｏとなったところでＶ
ｅの上昇をストップし、Ｖｅが設定されたらオートゲイ
ンコントロールを行い、増幅器１６のゲインを設定す
る。

【００１２】このように、オートゲインコントロールに
より電界放射型電子銃１における加速電圧や引出電圧を
変えた場合には、増幅器１６から割算回路１０に供給さ
れるモニター信号Ｘは、基準値Ｕとほぼ同じ値に設定さ
れるため、

【００１３】

【数１】

【００１４】が成り立つ。時間が経過すると、電界放射
型電子銃１からのエミッション電流の減少に伴って入力
セレクタ７からのビデオ信号Ｚとモニター信号Ｘとは、
比例の関係（Ｚ＝ｋＸ；ｋは比例定数）を保ちながら減
少していく。

【００１５】図３は本発明の他の実施例を示しており、
図１の実施例と同一構成要素には同一番号を付し、その
詳細な説明を省略する。この実施例で、コンパレータ１
８の比較信号Ｕは、加速電圧やコンデンサレンズの励磁
強度に応じてゲインがコントロールされる増幅器２０を
介して供給される。その結果、基準値Ｕの値、更には増
幅器１６のゲインＧは、加速電圧，コンデンサレンズの
励磁強度に応じて変えることができ、電子ビームの加速
電圧や照射電流の条件毎に適切なＸを選択してより良い
画像を得ることが可能となる。

【００１６】即ち、加速電圧やコンデンサレンズの励磁
強度が変化すると、試料から発生する二次電子の量が変
化する。そのため、ビーム電流モニター信号は最適な値
でも試料を走査した際に得られる二次電子検出信号量が
変化する。その結果、割算回路の出力信号の平均レベル
が好ましい回路特性を補償する範囲から外れてしまう
が、図３に示す実施例においては、コンデンサレンズの
励磁強度が変化してビーム電流が大きくなったり、加速
電圧の変化によって発生する二次電子放出率が大きくな
るように設定されると、基準値Ｕを適切な量だけ増大さ
せ、結果として割算回路の出力信号の平均レベルが略一
定に維持される。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく電
界放射型電子銃を用いた走査電子顕微鏡においては、電
界放射型電子銃からのビーム電流を変換して割算回路に
供給するようになすと共に、変換器の出力信号を基準値
と比較し該出力信号が基準値に一致するように自動的に
前記変換器の変換比率をプリセットするための制御手段
を備えようにしたため、加速電圧と引出電圧を広い範囲
にわたって変化させた場合に、膨大な量から成るデータ
テーブルを作製しなくとも、割算回路へ供給されるモニ
ター信号の平均レベルを一定に維持し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一実施例を示
す図である。

【図２】本発明の動作を説明するためのフロー図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…電界放射型電子銃 ２…コンデンサレンズ ３…対物レンズ ４…試料 ５…偏向コイル ６…２次電子検出器 ７…入力セレクタ ８…反射電子検出器 ９…スイッチ回路 １０…割算回路 １１，１２，１５，１６…増幅器 １３…陰極線管 １４…絞り板 １７…コンピュータ １８…コンパレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界放射型電子銃と、電子銃から発生し
   た電子ビームを試料上に集束するための集束レンズと、
   試料上の電子ビーム照射位置を２次元的に走査するため
   の走査手段と、試料への電子ビームの照射によって発生
   した信号を検出する検出器と、電子銃から発生した電子
   ビームのビーム電流を検出するためのビーム電流検出器
   と、前記検出器よりのビデオ信号と前記ビーム電流検出
   器よりの信号の比を求める割算回路と、該割算回路の出
   力信号に基づいて像表示するための表示手段を備えた電
   界放出電子銃を用いた走査電子顕微鏡において、前記ビ
   ーム電流検出器よりの出力信号値を変換して前記割算回
   路に供給する変換器を備え、前記変換器の出力信号を基
   準値と比較し該出力信号が基準値に略一致するように自
   動的に前記変換器の変換比率をプリセットするための制
   御手段を備える電界放射型電子銃を用いた走査電子顕微
   鏡。