JPH0756786B2

JPH0756786B2 - 電子顕微鏡の焦点合わせ装置

Info

Publication number: JPH0756786B2
Application number: JP63053823A
Authority: JP
Inventors: 淳一郎富澤; 進小笹
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-03-09
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: EP0332140B1; EP0332140A2; EP0332140A3; DE68927065T2; DE68927065D1; US4933553A; JPH01231251A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子顕微鏡の焦点合わせ装置に係り、特に、
非点収差の補正を自動的に行う電子顕微鏡の焦点合わせ
装置に関する。

（従来の技術）従来の、非点収差の補正を自動的に行う電子顕微鏡にお
ける非点収差の補正の前段階としての焦点合わせ、すな
わち最大錯乱円の求め方に関しては、特公昭61−34221
号公報に記載されており、以下の手順によって最小錯乱
円が求められる。

電子ビームを試料上でＸ方向に走査し、その走査ご
とに該電子ビームの径に対応する信号を求め、その信号
が最大となるように集束レンズの励磁電流I1を求める。

電子ビームを試料上でＹ方向に走査し、上記と同様
にして電子ビームの径に対応する信号を求め、その信号
が最大となるような集束レンズの励磁電流I2を求める。

上記集束レンズの励磁電流I1,I2より、その平均値
（I1＋I2）/2を算出し、集束レンズの励磁電流を、この
平均値（I1＋I2）/2にセットする。

以上のようにして、試料上に集束された電子ビームの円
が最小錯乱円となる。また、この最小錯乱円の位置は、
非点収差が補正されたときの焦点位置に相当する。

（発明が解決しようとする課題）上記したように、従来の技術においては、Ｘ方向、Ｙ方
向のそれぞれ電子ビームを走査し、そのときに試料から
出力される２次電子等の信号の変化分が最大となる集束
レンズの励磁電流をそれぞれ求め、その平均値から最小
錯乱円が形成されるときの集束レンズの励磁電流を求め
ていた。

ところが、このような方法では試料の形状が非等方的で
ある場合、最小錯乱円に対応した集束レンズの励磁電流
を正確に求められないという問題点があった。

第３図は、集束レンズ励磁電流を変化させながら電子ビ
ームを試料上でＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに走査したと
きの集束レンズ励磁電流と、そのときの電子ビームの径
に対応した信号との関係を示した図である。

ここでは、特に、Ｘ方向に走査したときは極大点となる
最大値I1が得られる［同図（ａ）］ものの、Ｙ方向に走
査したときには、試料の形状が非等方性であるために極
大点となる最大値が得られない場合［同図（ｂ）］を示
している。

このように、従来技術においては、試料の形状が非等方
的であり、極大点とな最大値が明確に表れない場合は、
前記励磁電流I1、I2が正確には求められず、その結果、
最小錯乱円に対応した集束レンズの励磁電流を正確に求
めることが非常に難しかった。

上記した例においては、電子ビームをＸ方向およびＹ方
向に別々に走査させる走査方法について説明したが、電
子ビームを円形走査する場合でも、試料の形状が等方性
であれば、第５図（ａ）に示されるように２つの極大点
が得られるので、その平均値をとれば最小錯乱円に対応
した集束レンズの励磁電流を正確に求めることができる
ものの、試料の形状が非等方性であると、同図（ｂ）に
示されるように２つの極大点が得られないので最大錯乱
円に対応した集束レンズの励磁電流を正確に求めること
はできなかった。

本発明の目的は、上記した問題点を解決し、最小錯乱円
に対応した集束レンズの励磁電流を正確かつ簡単に求め
ることが可能な、電子顕微鏡の焦点合わせ装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的は、非点収差の補正を自動的に行う走査電
子顕微鏡において、円形走査された電子ビームの照射に
よって試料より発生させる情報を検知し、試料上におけ
る電子ビーム径に対応する信号を発生する検知手段と、
検知手段からの出力信号より、集束レンズの励磁電流を
求める集束レンズ最適励磁電流決定手段とを具備し、前
記集束レンズ最適励磁電流決定手段が、集束レンズの励
磁電流と電子ビーム径対応信号との関係を示す電子ビー
ム径対応信号曲線と、所定のスライスレベルとによって
囲まれる面積の重心位置より集束レンズの励磁電流を求
めることによって達成される。

（作用）前記の手段を採用したことにより、試料に形状が非等方
的であり、集束レンズの励磁電流を変化させながら電子
ビームを走査したときに得られる該励磁電流に対応した
前記電子ビーム径対応信号曲線が、極大点となる最大値
を有しない場合においても、最小錯乱円に対応した集束
レンズの励磁電流を、正確かつ簡単に求めることができ
るという作用効果を生じさせることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明を適用した走査電子顕微鏡の主要構成部
を示す簡略ブロック図である。

同図において、１は電子ビームであり、該電子ビーム１
は集束レンズ２によって試料３上に細く集束される。14
は集束レンズ２を駆動するための集束レンズ駆動回路で
あり、後述する制御回路７に接続されている。

4,5は前記電子ビームをそれぞれＸ方向、Ｙ方向へ走査
するための偏向コイルであり、10,11はそれぞれ該偏向
コイル4,5を駆動するための偏向コイル励磁回路であ
る。

該偏向コイル励磁回路10,11は、共に制御回路７に接続
されている。

8,9はそれぞれＸ方向、Ｙ方向非点収差補正コイルであ
り、12,13はそれぞれ該非点収差補正コイル8,9を駆動す
るための非点収差補正コイル励磁回路である。

該非点収差補正コイル励磁回路12,13は、共に制御回路
７に接続されている。

６は前記電子ビームが照射されることによって試料３か
ら出力される２次電子等の信号を検出する検出器であ
り、集束レンズ最適励磁電流決定回路15に接続されてい
る。

集束レンズ最適励磁電流決定回路15は、前記検出器６か
らの出力信号より、最小錯乱円に対応した集束レンズの
励磁電流を設定し、その設定値を制御回路７に出力す
る。

制御回路７は、前記集束レンズ駆動回路14、偏向コイル
励磁回路10,11および非点収差補正コイル励磁回路12,13
を制御する。

上記した構成を有する本発明を適用した走査電子顕微鏡
において、偏向コイル4,5の励磁電流を変化させること
によって前記電子ビーム１を試料３上で円形に走査す
る。検出器６では試料３から発生した２次電子、熱電
子、吸収電子等の映像信号を検出し、その映像信号を集
束レンズ最適励磁電流決定回路15に出力する。

該集束レンズ最適励磁電流決定回路15では、前記映像信
号を電子ビーム１のスポット径に対応する信号に変換す
る。

ここでは、前記電子ビーム１のスポット径に対応する信
号として、検出器６より出力される映像信号の高周波成
分の積分値が用いられている。

すなわち、前記検出器６から送られてくる映像信号は、
試料３上での電子ビーム１の走査方向（円形走査の場合
は接線方向）における太さが小さくなるほど鋭い変化を
示すため、そのときの映像信号には高周波成分が多く含
まれる。したがって、前記映像信号の高周波成分を電子
ビーム１のスポット径に対応する信号として取り出し、
該高周波成分の変化分のみを一走査ごとに積分すれば、
この積分値（以下、電子ビーム径対応信号）が大きくな
るほど電子ビーム１のスポット径の走査方向における太
さが小さくなることを意味する。

該集束レンズ最適励磁電流決定回路15では、所定の期間
にわたって集束レンズ駆動回路14に供給する電流強度
と、そのときの電子ビーム対応信号との関係を求め、そ
の関係から最小錯乱円に対応した集束レンズの励磁電流
を求め制御回路７に出力する。

制御回路７では、前記最小錯乱円に対応した集束レンズ
の励磁電流を集束レンズ駆動回路14に出力すると共に、
偏向コイル励磁回路10,11および非点収差補正コイル励
磁回路12,13を制御する。

以下に、本発明の走査電子顕微鏡による最小錯乱円に対
応した集束レンズの励磁電流の求めかたを、第２図を用
いて詳細に説明する。

同図は、電子ビームを試料上で円形走査したときの、電
子ビーム径対応信号の積分値と集束レンズ駆動回路14の
励磁電流との関係を示した図であり、特に、試料の形状
が非等方性であるために２つの極大点が明確に表れない
場合を示している。

このように、２つの極大点が明確に表れない場合、従来
技術においては最小錯乱円に対応した集束レンズの励磁
電流を正確に求めることは非常に難しかった。

同図（ａ）は本発明の一実施例による焦点合わせを説明
するための図である。

はじめに、電子ビームを試料上で円形に走査し、その走
査ごとに該電子ビームの径に対応して試料から出力され
る電子ビーム径対応信号と、そのときの集束レンズの励
磁電流との関係を求める。

ここでは、説明を簡単にするために上記した関係を曲線
Ｙ＝ｆ（Ix）として表す。

つづいて、該曲線Ｙ＝ｆ（Ix）の極大点となる最大値V1
に対応した集束レンズの励磁電流Isを求め、さらに、該
励磁電流Isを中心値としてΔＩだけ増減させたときの電
子ビーム径対応信号V2＝ｆ（Is＋ΔＩ）およびV3＝ｆ
（Is−ΔＩ）とを求め、このうちの最小値を、電子ビー
ム径対応信号に関するスライスレベルV0とする。本実施
例においてはV2＞V3であるので、V0＝V3となる。

なお、上記においては、電子ビーム径対応信号V2,V3
を、最大値V1に対応した集束レンズの励磁電流Isを中心
値として、等量ΔＩだけ増減させることによって求める
ものとして説明したが、増減させる値は等量である必要
はなく、その増減させた範囲に該励磁電流Isが存在する
ようにすれば、それぞれが任意の値であっても良い。

つづいて、スライスレベル直線Ｙ＝V0と前記曲線Ｙ＝ｆ
（Ix）とによって囲まれた領域（斜線部分）の重心G1を
求めると、該重心位置G1に対応した集束レンズの励磁電
流Ig1が最小錯乱円に対応した励磁電流となる。

なお、上記した重心G1は、適当な公知の方法によって求
めることができる（以下の実施例においても同様）。

以下に、本発明のその他の実施例を同図（ｂ）を用いて
説明する。

上記した同図（ａ）の場合と同様にして最小値V0を求め
た後、前記極大点V1と最小値V0より Vs＝（V1−V0）α＋V0 となるスライスレベルVsを求め、直線Ｙ＝Vsと前記曲線
Ｙ＝ｆ（Ix）とによって囲まれた領域（斜線部分）の重
心G2を求める。このとき、αは0.1〜0.5の範囲に設定す
ることが望ましい。

この重心位置G2に対応した集束レンズの励磁電流Ig2が
最小錯乱円に対応した励磁電流となる。

以下に、本発明のさらにその他の実施例を同図（ｃ）を
用いて説明する。

上記した同図（ｂ）の場合と同様にして直線Vs＝（V1−
V0）α＋V0を求めた後、直線Ｙ＝Vsと前記曲線Ｙ＝ｆ
（Ix）との交点を、それぞれ集束レンズ励磁電流に関す
るスライスレベル13,14とし、前記曲線Ｙ＝ｆ（Ix）
と、直線Ｘ＝I3と、直線Ｘ＝14と、Ｘ軸に平行で、Ｏ＜
Vt＜Vsである直線Ｙ＝Vtとによって囲まれた領域（斜線
部分）の重心をG3とし、この重心位置G3に対応した集束
レンズの励磁電流Ig3を最小錯乱円に対応した励磁電流
としてもよい。

なお、同図（ｃ）の本実施例は、Vt＝０と設定した場合
を示している。

上記した説明においては、電子ビームの走査方法を円形
走査とした場合を例にとって説明したが、本発明はこれ
らのみに限定されるものではなく、閉ループを描くよう
に走査し、そのときに得られる電子ビーム径対応信号の
平均値から前記電子ビーム径対応信号曲線を求め、その
後、上記した実施例と同様にして最小錯乱円に対応した
集束レンズの励磁電流を求めるようにしても良い。

すなわち、集束レンズの励磁電流を変化させながら電子
ビームを走査したときに得られる該励磁電流に対応した
電子ビーム径対応信号曲線と、所定のスライスレベルに
よって囲まれる面積の重心位置、あるいはその交点より
集束レンズの励磁電流を求める電子顕微鏡の焦点合わせ
装置であれば、どのような走査方法であってもかまわな
い。

以上のようにして最小錯乱円に対応した集束レンズの励
磁電流が求められると、制御回路７は、集束レンズ駆動
回路14に供給する電流強度をその励磁電流に固定し、そ
の後、いわゆる非点収差補正を行って、前記最小錯乱円
の径をさらに小さくする。

このとき、前記した本発明を非点収差補正に適用すれ
ば、従来の場合と比較して正確かつ簡単に非点収差補正
を行うことができることは明らかである。

さらに、前記集束レンズの焦点合わせと非点収差補正と
を繰り返し行えば、より正確なな焦点合わせが可能とな
る。

また、上記した説明においては、本発明を走査電子顕微
鏡に適用した場合についてのみ説明したが、本発明はこ
れのみに限定されるものではなく、電子ビームを少なく
とも一方向に走査するための手段を付加すれば、通常の
電子顕微鏡装置にも適用できる。

（発明の効果）上記したように、本発明によれば、非点収差の補正操作
の前に行われる焦点合わせ操作の段階において、試料の
形状が非等方的であり、電子ビーム対応信号曲線の極大
値となる最大値が明確に表れない場合であっても、正確
かつ簡単に最小錯乱円に対応した集束レンズの励磁電流
を求めることができる電子顕微鏡の焦点合わせ装置を提
供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した走査電子顕微鏡の主要構成部
を示す簡略ブロック図である。第２図は本発明を適用した走査電子顕微鏡において焦点
合わせの原理を説明するための図である。第３図および第５図は、集束レンズ励磁電流と電子ビー
ム径対応信号との関係を示した図である。第４図は任意の方向に電子ビームを走査した場合の走査
軌跡を示した模式図である。１…電子ビーム、２…集束レンズ、３…試料、4,5…偏
向コイル、６…検出器、７…制御回路、8,9…非点収差
補正コイル、10,11…偏向コイル励磁回路、12,13…非点
収差補正コイル励磁回路、14…集束レンズ駆動回路、15
…集束レンズ最適励磁電流決定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−46745（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−214258（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−146332（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上に照射される電子ビームを細く集束
するための集束レンズと、電子ビームを試料上で円形走査するための偏向手段と、電子ビーム通路近傍に配置された非点収差補正手段と、電子ビームの照射によって試料より発生される情報を検
知し、試料上における電子ビーム径に対応する信号を発
生する検知手段と、検知手段からの出力信号に基づいて、前記集束レンズの
最適励磁電流を求める集束レンズ最適励磁電流決定手段
とを具備し、前記集束レンズ最適励磁電流決定手段は、集束レンズの
励磁電流と電子ビーム径対応信号との関係を示す電子ビ
ーム径対応信号曲線と、電子ビーム径対応信号に関する
予定のスライスレベルとによって囲まれる面積の重心位
置に対応する励磁電流を、集束レンズの最適励磁電流と
して決定することを特徴とする電子顕微鏡の焦点合わせ
装置。
【請求項２】前記スライスレベルは、前記電子ビーム径
対応信号曲線ｆ（Ｉ）の最大値Ymaxに対応した集束レン
ズの励磁電流をIsとしたときに、Yp＝ｆ（Is＋ΔIp）と
Ym＝ｆ（Is−ΔIm）との大きさを比較し、大きくない方
をYminとした場合、直線Ｙ＝Yminであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の電子顕微鏡の焦点合わせ
装置。
【請求項３】前記スライスレベルは、前記電子ビーム径
対応信号曲線ｆ（Ｉ）の最大値Ymaxに対応した集束レン
ズの励磁電流をIsとし、Yp＝ｆ（Is＋ΔIp）とYm＝ｆ
（Is−ΔIm）との大きさを比較し、大きくない方をYmin
とした場合、Ｙ＝（Ymax−Ymin）α＋Yminであらわされ
る直線であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の電子顕微鏡の焦点合わせ装置。
【請求項４】前記αは、0.1≦α≦0.5であることを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の電子顕微鏡の焦点合
わせ装置。
【請求項５】ΔIpとΔImとが等しいことを特徴とする特
許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれかに記載の電
子顕微鏡の焦点合わせ装置。
【請求項６】前記集束レンズの最適励磁電流決定手段
は、電子ビーム径対応信号曲線と、電子ビーム径対応信
号に関する予定のスライスレベルＹ＝Ｃと、集束レンズ
励磁電流に関する予定のスライスレベルとによって囲ま
れる面積の重心位置に対応する励磁電流を、集束レンズ
の最適励磁電流として決定することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の電子顕微鏡の焦点合わせ装置。
【請求項７】前記集束レンズ励磁電流に関する予定のス
ライスレベルは、前記電子ビーム径対応信号曲線Ｙ＝ｆ
（Ｉ）の最大値Ymaxに対応した集束レンズの励磁電流を
Isとし、Yp＝ｆ（Is＋ΔIp）とYm＝ｆ（Is−ΔIm）との
大きさを比較し、大きくない方をYminとし、電子ビーム
径対応信号曲線Ｙ＝ｆ（Ｉ）と直線Ｙ＝（Ymax−Ymin）
α＋Yminとの２カ所の交点に対応した集束レンズ励磁電
流をそれぞれIn、Imとしたときに、直線Ｘ＝Inおよび直
線Ｘ＝Imであることを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の電子顕微鏡の焦点合わせ装置。
【請求項８】前記Ｃは、０≦Ｃ＜（Ymax−Ymin）α＋Ym
inであることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
電子顕微鏡の焦点合わせ装置。
【請求項９】前記αは、0.1≦α≦0.5であることを特徴
とする特許請求の範囲第７項または第８項記載の電子顕
微鏡の焦点合わせ装置。