JPH0778585A - 荷電粒子ビーム顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 より低い倍率を簡単な構成で観察できる荷電
粒子ビーム顕微鏡を実現する。 【構成】 ｃｐｕから倍率制御回路内のデータ変換回路
１９には、倍率設定信号と電子ビームの加速電圧に応じ
た加速電圧連動信号とが供給される。この２つの信号か
らデータ変換回路１９は、倍率に応じた信号出力が偏向
増幅器１７，１８から偏向器５，６に供給されるよう
に、偏向増幅器１７，１８の増幅度を制御し、また、Ｄ
Ａ変換器１５，１６のディジタル入力信号を出力する。
例えば、加速電圧３０ｋＶ、倍率１００倍まで偏向増幅
器１７，１８の出力が飽和しない装置を仮定すると、加
速電圧３０ｋＶで倍率１００倍以上では加速電圧が一定
とされるが、倍率が１００倍未満となると、その倍率に
応じた加速電圧となるように加速電圧発生回路が制御さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査電子顕微鏡や走査
イオンビーム顕微鏡などの荷電粒子ビームを試料上で走
査するようにして試料の走査像を得るようにした荷電粒
子ビーム顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、試料上で細く集束
された電子ビームを走査し、この試料への電子ビームの
照射によって発生した２次電子や反射電子を検出し、検
出信号を走査と同期した陰極線管に供給して、試料の走
査像を表示している。

【０００３】ところで、このような走査像の倍率を変え
る場合には、電子ビームを走査するための静電型や電磁
型の偏向器に供給する走査信号の強度を調整する。例え
ば、走査像の倍率を上げる場合には、試料上の走査領域
を狭くするために走査信号の強度が小さくされ、逆に、
走査像の倍率を小さくする場合には、試料上の走査領域
を広くするために走査信号の強度が大きくされる。

【０００４】また、走査電子顕微鏡では、適宜電子ビー
ムの加速電圧も変えながら像の観察を行っているが、加
速電圧を変えると、像の倍率が変化しないように、偏向
器に供給する走査信号の強度を加速電圧に連動して変化
させている。例えば、静電型の偏向器を用いている場合
には、加速電圧に正比例して走査信号の強度を調整して
いる。また、電磁型の偏向器では、加速電圧の平方根に
比例して走査信号の強度を調整している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に走査電子顕微鏡
においては、試料の顕微鏡観察において、観察したい試
料位置を短時間に捜すために、より低倍率の２次電子像
を表示することが要求されている。又、その本来の目的
である高倍率観察において高い解像度を得るために、偏
向増幅器の出力は、その出力が非常に小さなレベルにあ
るときに高いＳ／Ｎ比を要求される。

【０００６】上記した走査電子顕微鏡では、加速電圧の
最大値で決まるある倍率以下になると、偏向器に供給す
る走査信号を増幅する偏向増幅器の出力は、その最大値
で飽和するため、この倍率が最低倍率となっていた。最
低倍率をより低い倍率にするためには、偏向増幅器の出
力を更に増加させれば良いが、その場合、上記の要求か
らダイナミックレンジの極めて広い偏向増幅器を用いね
ばならず、装置が高価となり、また、大型化するという
問題が生じる。そのため、より低い倍率での観察と高い
解像度の高倍率観察を両立させることは困難な状態にな
っている。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、高倍率での性能向上を図り、且つ
より低い倍率を簡単な構成で観察できる荷電粒子ビーム
顕微鏡を実現するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく荷電粒子
ビーム顕微鏡は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム
源からの荷電粒子ビームを試料上に細く集束するための
集束レンズと、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走
査するための偏向器と、試料への荷電粒子ビームの照射
によって得られた信号を検出するための検出器と、検出
器の出力信号に基づいて試料の走査領域の像を表示する
表示手段と、荷電粒子ビームを加速するための加速電圧
を発生する加速電源と、偏向器への走査信号強度を調整
する倍率調整回路と、設定倍率が所定倍率以上の場合に
は、倍率調整回路で倍率の調整を行い、設定倍率が所定
倍率以下の場合には、加速電源からの加速電圧を変化さ
せて倍率の調整を行う制御手段とを備えたことを特徴と
する。

【０００９】

【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム顕微鏡は、低い
倍率の時には、偏向器に供給される信号強度を一定値以
上にすることなく、加速電圧を変えることによって所定
の倍率を実現する。

【００１０】

【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は本発明の一実施例である走査電子顕
微鏡を示しており、図中１は電子銃である。電子銃１か
ら発生した電子ビームＥＢは、集束レンズ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ＥＢは、Ｘ偏向器５、Ｙ偏向器６に
よって偏向されるが、この偏向器５，６には、走査信号
発生回路７からの走査信号が倍率制御回路８を介して供
給される。この結果、試料４上で電子ビームＥＢは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９によって検出
される。検出された信号は、増幅器１０によって増幅さ
れた後、陰極線管１１に供給される。この陰極線管１１
には、走査信号発生回路７からの走査信号が供給されて
おり、その結果陰極線管１１の画面上には試料の２次電
子像が表示される。

【００１１】前記倍率制御回路８は、インターフェース
１２を介して中央制御装置（ｃｐｕ）１３によって制御
される。ｃｐｕ１３は、電子銃１の加速電圧発生回路１
４も制御している。

【００１２】図２は前記倍率制御回路８の具体例を示し
ており、１５，１６はＤＡ変換器、１７，１８はＤＡ変
換器１５，１６の出力がそれぞれ供給される偏向増幅器
であり、偏向増幅器１７，１８によって増幅された信号
がＸ偏向器５，Ｙ偏向器６にそれぞれ供給される。１９
は、ｃｐｕ１３からインターフェイス１２を介して倍率
設定信号と加速電圧連動信号が供給されるデータ変換回
路である。ＤＡ変換器１５のリファレンス入力には走査
信号発生回路７からＸ方向走査信号が供給され、ＤＡ変
換器１６のリファレンス入力には走査信号発生回路７か
らＹ方向走査信号が供給される。このような構成の動作
を次に説明する。

【００１３】図１において、電子銃１から発生し加速さ
れた電子ビームＥＢは、集束レンズ２，対物レンズ３に
よって試料４上に細く集束されると共に、偏向器５，６
によって偏向され、試料４上の所定領域を２次元的に走
査する。試料４への電子ビームの照射にともなって発生
した２次電子は、検出器９によって検出され、その検出
信号は増幅器１０によって増幅された後、陰極線管１１
に輝度変調信号として供給される。陰極線管１１には走
査信号発生回路７から電子ビームの走査信号と同期した
信号が供給されることから、陰極線管１１には試料の２
次電子像が表示される。

【００１４】さて、陰極線管１１上に表示された像の倍
率を変える場合、外部からインターフェース１２を介し
てｃｐｕ１３に所定の倍率が設定される。ｃｐｕ１３か
ら倍率制御回路８内のデータ変換回路１９には、倍率設
定信号と電子ビームの加速電圧に応じた加速電圧連動信
号とが供給される。この２つの信号からデータ変換回路
１９は、倍率に応じた信号出力が偏向増幅器１７，１８
から偏向器５，６に供給されるように、偏向増幅器１
７，１８の増幅度を制御して倍率のレンジを切換え、ま
た、倍率の細かい設定のためＤＡ変換器１５，１６のデ
ィジタル入力信号を出力する。この結果、偏向増幅器１
７，１８からは次の出力Ｄｓが得られる。

【００１５】Ｄｓ＝ｋ×Ｅ×（１／Ｍ） 上式で、ｋは比例定数、Ｅは加速電圧、Ｍは倍率であ
る。この出力Ｄｓは、偏向増幅器１７，１８の最大出力
値Ｄｓｍａｘを越えない範囲で制御される。

【００１６】図３は本発明における設定倍率と加速電圧
との関係の一例を示している。この図で、左側縦軸が加
速電圧Ｅ、右側縦軸が偏向増幅器１７，１８の出力Ｄ
ｓ、横軸が倍率Ｍである。この例では、加速電圧３０ｋ
Ｖ、倍率１００倍まで偏向増幅器１７，１８の出力が飽
和しない装置を仮定している。図３の実線で示す例で
は、加速電圧３０ｋＶで倍率１００倍以上では加速電圧
が一定とされるが、倍率が１００倍未満となると、その
倍率に応じた加速電圧となるように加速電圧発生回路１
４が制御される。

【００１７】すなわち、倍率が１００倍以上では、倍率
の設定はＤＡ変換器１５，１６のディジタルデータ信号
の大きさや偏向増幅器１７，１８の増幅度を調整して行
うが、倍率が１００倍以下においては、ＤＡ変換器１
５，１６のディジタルデータ信号や偏向増幅器１７，１
８の増幅度は一定とし、加速電圧を変化させることによ
って倍率の設定を行う。図３の実線の例では、例えば、
倍率５０倍で加速電圧１５ｋＶ、倍率２０倍で加速電圧
６ｋＶのように加速電圧は変化させられる。

【００１８】また、図３の点線で示した例は、加速電圧
１５ｋＶで使用する場合で、倍率５０倍以上では加速電
圧が一定であるが、５０倍未満になると倍率に応じて加
速電圧が変化させられる。

【００１９】上記した図２の実施例では、倍率制御回路
８のデータ変換回路１９において、与えられた倍率と加
速電圧に応じた演算を行い、偏向増幅器１７，１８、Ｄ
Ａ変換器１５，１６の増幅度や入力信号を変化させると
共に、加速電圧発生回路１４の出力電圧を制御するよう
に構成した。図４は他の実施例で、ｃｐｕ１３において
設定された倍率と加速電圧に応じて必要な演算を行い、
倍率制御回路８と加速電圧発生回路１４とをｃｐｕ１３
によって制御するようにした場合の倍率設定回路８の具
体例を示している。この実施例では、ｃｐｕ１３からの
倍率設定信号は、データ変換回路１９に供給され、倍率
に応じて偏向増幅器１７，１８の増幅度を制御し、ま
た、ＤＡ変換器１５，１６のディジタルデータ入力信号
を出力する。

【００２０】ｃｐｕ１３からの加速電圧連動信号は、Ｘ
走査信号が供給される加速電圧連動回路２０と、Ｙ走査
信号が供給される加速電圧連動回路２１とに供給され
る。各走査信号は、それぞれ加速電圧連動回路２０，２
１において加速電圧に応じて適正な振幅とされ、ＤＡ変
換器１５，１６のリファレンス入力端子に供給される。
このように構成することによって、偏向増幅器１７，１
８から偏向器５，６には次の出力Ｄｓが得られる。

【００２１】Ｄｓ＝ｋ×Ｅ×（１／Ｍ） ところで、既に説明したように、従来の走査電子顕微鏡
の偏向増幅器は、広い加速電圧範囲と倍率範囲を達成す
るために、非常に広いダイナミックレンジが要求されて
いた。そのため、高倍率時には、小出力となり、最も高
いＳＮ比が要求される一方、低倍率時のためには高出力
を要するという相反する要求があった。このため、本発
明に基づき、例えば、図５に示したように、１０００倍
の倍率で偏向増幅器が最大出力とし、１０００倍以下の
倍率では加速電圧を制御することは有効である。

【００２２】すなわち、通常、走査電子顕微鏡では、１
０００倍以下の倍率は単なる視野探しに使用されること
から、視野探しの倍率では若干分解能を犠牲にして加速
電圧を変えて倍率の設定を行い、それによって、偏向増
幅器のダイナミックレンジを狭くし、偏向器の偏向感度
を１／１０に低下させると高倍率時の小出力時のＳＮ比
を１０倍改善することができ、高倍率の際の像の分解能
を向上させることができる。

【００２３】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、静電偏向器を例
に説明したが、電磁型の偏向器にも本発明を適用するこ
とができる。電磁型の場合、偏向増幅器の出力Ｄｍは次
のように変えられる。

【００２４】Ｄｍ＝ｋ×√（Ｅ）×（１／Ｍ） Ｄｍが最大値Ｄｍｍａｘに達すると倍率が加速電圧制御
領域に入り、上式から加速電圧Ｅは倍率Ｍの２乗に比例
して下げられることになる。

【００２５】この電磁型の場合の倍率に応じた偏向増幅
器の出力と加速電圧の関係を図６に示す。また、２次電
子像を表示する場合について説明したが、反射電子像な
どを表示する場合にも本発明を適用することができる。
更に、走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビーム
を試料に照射し、試料からの２次電子や２次イオンなど
を検出する装置にも本発明を使用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム顕微鏡は、低い倍率の時には、偏向器に供
給される信号強度を一定値以上にすることなく、加速電
圧を変えることによって所定の倍率を実現するように構
成したので、より低い倍率の像を簡単な構成で観察する
ことができる。また、偏向増幅器のダイナミックレンジ
を狭くし、高倍率時の小出力時のＳＮ比を改善し、高倍
率の際の像の分解能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である走査電子顕微鏡を示す
図である。

【図２】図１の実施例における倍率制御回路８の一具体
例を示す図である。

【図３】設定倍率と加速電圧との関係の一例を示す図で
ある。

【図４】図１の実施例における倍率制御回路８の他の具
体例を示す図である。

【図５】設定倍率と加速電圧との関係の一例を示す図で
ある。

【図６】電磁型の偏向器を用いた場合の設定倍率と加速
電圧との関係の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 集束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ Ｘ偏向器 ６ Ｙ偏向器 ７ 走査信号発生回路 ８ 倍率制御回路 ９ ２次電子検出器 １０ 増幅器 １１ 陰極線管 １２ インターフェース １３ 中央制御装置（ｃｐｕ） １４ 加速電圧発生回路 １５，１６ ＤＡ変換器 １７，１８ 偏向増幅器 １９ データ変換回路 ２０，２１ 加速電圧連動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源
   からの荷電粒子ビームを試料上に細く集束するための集
   束レンズと、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査
   するための偏向器と、試料への荷電粒子ビームの照射に
   よって得られた信号を検出するための検出器と、検出器
   の出力信号に基づいて試料の走査領域の像を表示する表
   示手段と、荷電粒子ビームを加速するための加速電圧を
   発生する加速電源と、偏向器への走査信号強度を調整す
   る倍率調整回路と、設定倍率が所定倍率以上の場合に
   は、倍率調整回路で倍率の調整を行い、設定倍率が所定
   倍率以下の場合には、加速電源からの加速電圧を変化さ
   せて倍率の調整を行う制御手段とを備えた荷電粒子ビー
   ム顕微鏡。