JPH08129986A

JPH08129986A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH08129986A
Application number: JP6264793A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Mori; 太森; Hiroshi Hirose; 寛広瀬; Kazuhiko Fukazawa; 和彦深澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】高速に、且つ正確に現在の観察視野に隣接す
る試料上の領域に観察視野を移動させる。【構成】試料９上を電子ビーム３で走査し、試料９上
の観察視野内の拡大像をＣＲＴディスプレイ２５に表示
する。試料９は、マイクロステップ駆動方式で制御され
ているパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙにより駆動されるＸ
ステージ１２Ｘ、及びＹステージ１２Ｙ上に載置されて
いる。視野サイズ移動信号発生部３１からの指示で観察
視野を隣接する領域に移動させる際に、視野サイズ移動
量設定手段１９は現在の観察視野の幅を算出し、移動制
御装置２０Ｘ，２０Ｙを介して、マイクロステップ駆動
方式でＸステージ、Ｙステージをその観察視野の幅分だ
け移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の微細構
造を観察するために使用される走査型電子顕微鏡に関
し、特に観察視野を自動的に移動する機能を有する走査
型電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡においては、電子銃か
ら射出され収束レンズにより収束された電子ビームが偏
向コイルにより偏向され、偏向された電子ビームが対物
レンズを介して試料の表面を２次元的に走査する。そし
て、試料の表面から発生する２次電子が２次電子検出器
等を介して画像信号に変換され、この画像信号に基づい
てその試料の拡大像が画像表示装置（ＣＲＴディスプレ
イ等）の画面上に表示される。

【０００３】このとき、観察倍率はオペレータが所定の
範囲内で所望の値に設定することができ、その設定され
た観察倍率に応じて試料上での電子線の走査範囲、及び
走査速度等が調整される。また、試料上での電子ビーム
の走査範囲中でオペレータにより観察対象として指定さ
れる範囲が観察視野であり、この観察視野内の設定され
た観察倍率での拡大像が画像表示装置の画面上に表示さ
れる。この場合、その電子ビームの走査範囲を移動させ
るか、又はその走査範囲内からの画像データの選択領域
を移動させることにより、観察視野の位置及び大きさは
電気的に切り換えることができる。

【０００４】このような電気的な切り換えの他に、簡単
に例えば画像表示装置の画面に表示されている画像（そ
の時点での観察視野の拡大像）の周辺の試料の像を観察
する方法として、従来より試料が載置されているステー
ジをオペレータがマニュアルで機械的に移動させる方法
が使用されている。このようにステージを機械的に移動
させる方法では、例えば或る時点に試料上で電子ビーム
が走査されている領域から離れた領域に対しても連続的
に観察視野を移動させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにマニュア
ルでステージを介して試料を移動させる方法を使用すれ
ば、電気的に観察視野を切り換える方法に比べて広い範
囲で観察視野を容易に移動させることができる。しかし
ながら、マニュアルでステージを移動させる方法では、
画像が連続的に移動するため、目的とする画像をサーチ
するのに時間がかかるという不都合がある。また、例え
ば現在の画像に隣接する像を画面上に表示したい場合で
も、その隣接する像が画面に表示された時点で正確にス
テージを静止させることが困難であるため、目的とする
画像を通り越したり見失ったりすることがあった。

【０００６】特に、走査電子顕微鏡での観察倍率が高倍
の場合は、ステージの駆動により画像が高速で移動する
ため、観察視野を所望の位置で静止させるのは非常に困
難であった。本発明は斯かる点に鑑み、試料側を移動さ
せて観察視野を移動させる際に、観察倍率が高倍であっ
ても、高速に、且つ正確に現在の観察視野に隣接する試
料上の領域に観察視野を移動させることができる走査型
電子顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型電子
顕微鏡は、例えば図１及び図５に示すように、試料
（９）上で電子線を収束させて走査する電子線走査手段
（２，４〜８）と、試料（９）から発生する２次電子を
検出して画像信号に変換する２次電子検出手段（２２）
と、試料（９）の観察倍率、及びその試料上の観察視野
を設定する倍率視野設定手段（２６）と、この倍率視野
設定手段により設定される観察倍率、及び観察視野（４
１）に基づいて、その電子線走査手段による電子線の走
査状態を制御すると共に、その画像信号中から観察視野
（４１）に対応する部分の信号を選択する観察制御手段
（２４，２８）と、この観察制御手段により選択された
画像信号を用いて試料（９）上の観察視野（４１）内の
画像を表示する画像表示手段（２５）と、を有する走査
型電子顕微鏡において、試料（９）をその電子線の走査
面上で２次元的に移動させる試料位置決め手段と、観察
視野（４１）の移動方向を設定する視野移動方向指示手
段（３１）と、この視野移動方向指示手段により設定さ
れた移動方向に、その試料位置決め手段を観察視野（４
１）の幅と同じ間隔だけ移動させる視野移動制御手段
（１９）と、を有するものである。

【０００８】この場合、その試料位置決め手段の一例
は、試料（９）が載置された状態で２次元的に移動自在
に配置されたステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）と、このステ
ージに連結された２本の送りねじ（１３Ｘ，１３Ｙ）
と、これら２本の送りねじのそれぞれを回動駆動するパ
ルスモータ（１４Ｘ，１４Ｙ）と、これら２つのパルス
モータをマイクロステップ駆動するマイクロステップ駆
動制御手段（２０Ｘ，２０Ｙ）と、を有するものであ
る。

【０００９】また、その倍率視野設定手段（２６）によ
り設定される観察視野（４１）の一例は、試料（９）上
でその電子線が走査される範囲内から任意に選択される
形状可変の領域である。

【００１０】

【作用】斯かる本発明によれば、視野移動方向指示手段
（３１）により観察視野（４１）を移動する方向が指示
されると、視野移動制御手段（１９）は、倍率視野設定
手段（２６）により設定された観察倍率、及び試料
（９）上の観察視野（４１）に基づいて、観察視野（４
１）の試料（９）上での実際の幅を求める。そして、例
えば図２に示すように、観察視野（４１）がＸ方向の幅
ＤＸでＹ方向の幅ＤＹの矩形であり、観察視野の移動方
向が＋Ｘ方向に隣接する領域（４２Ｈ）の方向であると
すると、視野移動制御手段（１９）は、その試料位置決
め手段を動作させて試料（９）を−Ｘ方向に幅ＤＸだけ
移動させる。これにより、領域（４２Ｈ）が観察視野
（４１）内に移動する。

【００１１】また、観察視野の移動方向が斜め方向の領
域（４２Ｅ）である場合には、試料（９）を＋方向に幅
ＤＸ、且つ＋Ｙ方向に幅ＤＹだけ斜めに移動させる。こ
れにより、領域（４２Ｅ）が斜めに観察視野（４１）内
に移動する。従って、観察倍率に依らずに、高速且つ正
確に観察視野（４１）を隣接する領域に移動させること
ができる。

【００１２】次に、その試料位置決め手段が、マイクロ
ステップ駆動されたパルスモータにより駆動される送り
ねじ方式のステージである場合、マイクロステップ駆動
によりパルスモータを極めて細かな角度分解能で回動さ
せて静止させることができる。従って、ステージの送り
の分解能も、走査電子顕微鏡の微細な観察視野の幅より
かなり小さくで、観察視野の隣接する領域への移動を正
確に行うことができる。

【００１３】また、観察視野（４１）が、試料（９）上
で電子線が走査される範囲内から任意に選択される形状
可変の領域であるときには、電気的に観察視野の形状及
び大きさが調整できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による走査型電子顕微鏡の一実
施例につき図面を参照して説明する。図１は本実施例の
走査型電子顕微鏡の機構部、及び制御系を示し、この図
１において、上部の電子銃２から射出された電子ビーム
３は、アパーチャ４を通過して収束レンズ５で収束され
た後、Ｘ偏向コイル６及びＹ偏向コイル７によりそれぞ
れＸ方向、及びＹ方向に偏向される。なお、ここでは電
子光学系の光軸に垂直な平面上の直交する２方向をＸ方
向、及びＹ方向としている。

【００１５】２方向に偏向された電子ビーム３は、更に
対物レンズ８を介して、不図示の試料室内の試料９の表
面に収束され、その表面の所定の領域を走査する。試料
９は、試料台１１を介してＹステージ１２Ｙ上に載置さ
れ、Ｙステージ１２ＹはＸステージ１２Ｘ上で、Ｙ方向
に伸びた送りねじ１３Ｙに螺合し、パルスモータ（即
ち、ステッピングモータ）１４Ｙで送りねじ１３Ｙを正
逆方向に回転させることにより、Ｙステージ１２ＹをＹ
方向に駆動できる。更に、Ｘステージ１２Ｘはベース１
５上で、Ｘ方向に伸びた送りねじ１３Ｘに螺合し、パル
スモータ１４Ｘで送りねじ１３Ｘを正逆方向に回転させ
ることにより、Ｘステージ１２ＸをＸ方向に駆動できる
ようになっている。本例では、マイクロステップ駆動用
の移動制御装置２０Ｘ及び２０Ｙが、それぞれパルスモ
ータ１４Ｘ及び１４Ｙを駆動する。即ち、パルスモータ
１４Ｘ及び１４Ｙは、それぞれマイクロステップ駆動方
式（詳細後述）で駆動される。

【００１６】また、Ｙステージ１２Ｙ上にＸ軸に垂直な
反射面を有する移動鏡１６Ｘ、及びＹ軸に垂直な反射面
を有する移動鏡１６Ｙが固定され、レーザ干渉計１７Ｘ
及び移動鏡１６Ｘにより試料台１１のＹ座標が計測さ
れ、レーザ干渉計１７Ｙ及び移動鏡１６Ｙにより試料台
１１のＸ座標が計測されている。レーザ干渉計１７Ｘ及
び１７Ｙにより計測された座標（Ｘ，Ｙ）は、装置全体
の動作を統轄制御する中央制御系１８内の視野サイズ移
動量決定手段１９に供給されている。

【００１７】なお、本実施例ではマイクロステップ駆動
方式により、ステージ１４Ｘ，１４Ｙはレーザ干渉計の
計測分解能に近い移動ステップで駆動されるため、必ず
しもレーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙを設ける必要はない。
そこで、本実施例では、レーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙの
計測値は、主にパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙが脱調して
ステージ１４Ｘ，１４Ｙの移動速度や位置が指定された
状態から外れたときの監視用に使用している。

【００１８】また、試料９の斜め上方には２次電子検出
器２２が配設され、電子ビーム３の照射により試料９の
表面から発生する２次電子２１が２次電子検出器２２に
より検出される。２次電子検出器２２からの検出信号Ｓ
１は、増幅器２３及び不図示のアナログ／デジタル変換
器を介して画像データとして画像処理回路２４中のフレ
ームメモリに格納される。画像処理回路２４には、後述
の電子光学系制御回路２８から、観察視野を示す情報、
及び電子ビームの走査に対応する同期信号も供給され、
画像処理回路２４は、そのフレームメモリから観察視野
に対応する画像データを読み出して、走査を示す同期信
号と共にＣＲＴディスプレイ２５に供給する。ＣＲＴデ
ィスプレイ２５の表示画面には、試料９上のその観察視
野内の画像が所定の拡大倍率で表示される。また、ＣＲ
Ｔディスプレイ２５の表示画面には、拡大倍率や、観察
視野の移動方向の指定等を行うための表示もなされてい
る。

【００１９】さて、走査型電子顕微鏡を使用するには、
オペレータが拡大倍率、及び観察視野等を設定する必要
がある。そこで、本例の中央制御系１８には、拡大倍
率、観察視野の回転角、及び観察視野を設定するための
画像倍率回転視野設定部２６、ステージ１２Ｘ，１２Ｙ
の移動速度及び移動方向を設定するためのステージ速度
設定部２９、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動方向及び移
動距離を設定するためのステージ位置設定部３０、及び
試料９上の観察視野の移動方向を指定するための視野サ
イズ移動信号発生部３１が接続されている。

【００２０】具体的に、画像倍率回転視野設定部２６
は、キーボード、及びマウスより構成され、オペレータ
はＣＲＴディスプレイ２５上の観察倍率の数値をキーボ
ードからのキー入力によって設定し、キー入力によって
観察視野の回転角を設定し、ＣＲＴディスプレイ２５の
表示画面に表示されている試料の拡大画像中からマウス
操作によって所望の部分を切り出して観察視野を設定す
る。それらキーボード及びマウスからの信号は中央制御
系１８内の倍率設定記憶手段２７に供給される。倍率設
定記憶手段２７は、指定された拡大倍率、回転角、及び
観察視野の輪郭の位置情報を内部のメモリに記憶すると
共に、拡大倍率、回転角、及び観察視野の情報を電子光
学系制御回路２８に供給する。

【００２１】電子光学系制御回路２８からＸ偏向コイル
６、及びＹ偏向コイル７等より構成される電子光学系に
対して、指定された拡大倍率、及び観察視野の回転角に
対応した制御信号が出力される。また、電子光学系制御
回路２８は、Ｘ偏向コイル６、Ｙ偏向コイル７で電子ビ
ームを走査するための制御信号に同期した同期信号、及
び観察視野の情報を画像処理回路２４に出力する。試料
９上で電子ビームは拡大倍率に応じた走査範囲を走査
し、且つ指定された回転角でその電子ビームの走査方向
を回転させる。これにより、ＣＲＴディスプレイ２５上
の拡大画像は、オペレータに指定された倍率で、且つ指
定された回転角だけ回転した状態で表示される。

【００２２】このとき、最初にＣＲＴディスプレイ２５
の表示画面に表示されるのは、例えば試料９上の電子ビ
ームによる走査領域のほぼ全部の拡大像であり、マウス
操作によって切り出されるのは、その走査領域から選択
された部分領域の拡大像である。本例では、ＣＲＴディ
スプレイ２５の表示画面に表示されている拡大像に対応
する試料９上の領域を「観察視野」と呼ぶ。従って、マ
ウス操作によって、全体の拡大像中から所定の部分を切
り出したときには、この切り出された部分に対応する試
料９上の可変の部分領域が観察視野となる。その画像の
切り出しは、画像処理回路２４中のフレームメモリから
指定された観察視野に対応する範囲の画像データを読み
出すことによって行われる。

【００２３】なお、中央制御系１８内の倍率設定記憶手
段２７、及び視野サイズ移動量設定手段１９はコンピュ
ータのソフトウェア上で実行される機能である。また、
ステージ速度設定部２９は、所謂ジョイスティックであ
り、オペレータがステージ速度設定部２９を操作するこ
とより、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動方向、及び移動
速度を示す信号が視野サイズ移動量設定手段１９に供給
される。視野サイズ移動量設定手段１９は、移動制御装
置２０Ｘ、及び２０Ｙを介してステージ１２Ｘ，１２Ｙ
を指定された速度で駆動する。このようなステージの定
速移動は、例えばＣＲＴディスプレイ２５上で試料の拡
大像を観察している際に、オペレータが望む方向に観察
視野を移動させたい場合等に行われる。なお、そのジョ
イスティックの代わりに、例えば所謂トラックボールの
ような入力装置を使用してもよい。

【００２４】一方、ステージ位置設定部３０は、マウス
よりなり、例えばオペレータがマウス操作によりＣＲＴ
ディスプレイ２５上で現在表示されている拡大像から離
れた位置の点（移動点）を指定する。その移動点の情
報、及び倍率設定記憶手段２７からの現在の観察倍率と
観察視野の位置情報とが視野サイズ移動量設定手段１９
に供給され、視野サイズ移動量設定手段１９では現在の
観察視野の中心からその移動点までの方向、及び距離を
算出する。そして、視野サイズ移動量設定手段１９は、
移動制御装置２０Ｘ、及び２０Ｙを介してステージ１２
Ｘ，１２Ｙをその算出された方向に算出された距離だけ
駆動する。これにより、観察視野の中心がオペレータに
指定された位置に移動する。

【００２５】次に、視野サイズ移動信号発生部３１は、
１つの押しボタンと２次元のジョイスティック（トラッ
クボール等も可）とよりなり、オペレータは観察視野を
隣接する領域に移動させる（これを観察視野の「ステッ
プ移動」と呼ぶ）場合には、先ずその押しボタンを１回
押した後、そのジョイスティックで視野の移動方向を指
定する。その押しボタンからの信号、及びそのジョイス
ティックからの方向を示す信号が視野サイズ移動量設定
手段１９に供給され、視野サイズ移動量設定手段１９で
は、ステージの移動量に対応する制御信号ＳＸ及びＳＹ
をそれぞれ移動制御装置２０Ｘ及び２０Ｙに供給する。
これに応じて、移動制御装置２０Ｘ，２０Ｙがパルスモ
ータ１４Ｘ，１４Ｙを介してステージ１２Ｘ，１２Ｙを
そのステップ移動に必要な距離だけ駆動する。これによ
り、観察視野の中心がオペレータに指定された隣接する
領域に移動する。その押しボタンを連続して操作するこ
とによりそのステップ移動を連続して行うことができ、
更に観察視野を回転した場合には、回転した状態での隣
接する領域にステップ移動が行われる。このステップ移
動については、後に詳細に説明する。

【００２６】ここで、本実施例におけるパルスモータ１
４Ｘ，１４Ｙのマイクロステップ駆動制御について詳細
に説明する。一般に、パルスモータ（ステッピングモー
タ）はロータとステータとの突極構造で決まるステップ
角毎に回転、停止するため、ＤＣモータ、又はＡＣモー
タに比べて位置決め制御が高精度に、且つ容易にできる
という特徴を持っている。しかしながら、その反面でパ
ルスモータは、ステップ角毎に回転するためにロータに
速度変化が生じ、ある回転数で共振したり、振動が大き
くなるという特性も併せ持っている。

【００２７】これに対して、マイクロステップ駆動と
は、パルスモータの基本ステップ角をモータコイルに流
す電流を制御することで細分化し、超低速駆動、低振動
駆動、及び低騒音運転を実現すると共に、位置決め分解
能を高めて位置決め精度を更に高精度化できる技術であ
る。具体的に、図２（ａ）は２相で基本ステップ角が９
０°のパルスモータを示し、この図２（ａ）において、
４個の凸部が９０°間隔で形成された磁性体よりなるス
テータ５１中に、回転自在に対向するように反対の磁極
が形成されたマグネットよりなるロータ５３が配置され
ている。そして、ステータ５１の１つの凸部５１ａにコ
イル５２Ａが巻回され、それに隣接する凸部５１ｂにも
コイル５２Ｂが巻回されている。

【００２８】そして、図２（ａ）のパルスモータを例え
ばフルステップ駆動する際には、先ず一方のコイル５２
Ａの電流ＩＡを正の最大値Ｉ₀に設定し、他方のコイル
５２Ｂの電流ＩＢを０にする。これにより、実線で示す
ようにロータ５３は凸部５１ａに対向する位置に静止す
る。次に、電流ＩＡを０にして、他方の電流ＩＢを正の
最大値Ｉ₀に設定すると、点線で示すようにロータ５３
は９０°回転して凸部５１ｂに対向する位置で静止す
る。このように電流ＩＡとＩＢとを交互に励起すること
により、ロータ５３は９０°の基本ステップ角で回転す
る。

【００２９】次に、図２（ａ）のパルスモータをマイク
ロステップ駆動する際には、電流ＩＡと電流ＩＢとの比
を次第に変えて行く。例えば、図２（ｂ）に示すよう
に、電流ＩＡが（１／４）Ｉ₀、電流ＩＢが（３／４）
Ｉ₀になると、ロータ５３は凸部５１ａから凸部５１ｂ
側にほぼ（３／４）×９０°回転した位置で静止する。
従って、原理的には電流ＩＡと電流ＩＢとの比を細かに
設定することにより、基本ステップ角に対して最小ステ
ップ角をいくらでも小さくできる。これがマイクロステ
ップ駆動である。

【００３０】また、本実施例では、パルスモータ１４
Ｘ，１４Ｙとして、一例として５相で基本ステップ角φ
が０．７２°のパルスモータを使用する。そして、マイ
クロステップ駆動により、その基本ステップ角を更に１
００分割程度に分割する。この際に使用されるマイクロ
ステップ駆動用の移動制御装置２０Ｘ，２０Ｙの構成例
につき説明する。

【００３１】図３は、Ｘ軸用のパルスモータ１４Ｘの５
相のコイル５２Ａ〜５２Ｅ、及びこれらのコイルに流す
電流を制御するための移動制御装置２０Ｘを示し、この
図３において、コイル５２Ａ〜５２Ｅに対してそれぞれ
独立に電流を供給するための同一構成の電流制御回路５
４Ａ〜５４Ｅが接続されている。例えばＡ相用の電流制
御回路５４Ａにおいて、直流電圧Ｖ_CCが印加される電源
端子にｐｎｐ形のトランジスタ５６Ａ及び５８Ａのエミ
ッタが接続され、トランジスタ５６Ａ及び５８Ａのコレ
クタの間にコイル５２Ａが接続されると共に、それらコ
レクタにそれぞれｎｐｎ形のトランジスタ５７Ａ及び５
９Ａのコレクタが接続されている。また、トランジスタ
５７Ａ及び５９Ａのエミッタが共通に抵抗器６０Ａの一
端に接続され、抵抗器６０Ａの他端が接地されている。
そして、トランジスト５６Ａ，５７Ａ，５８Ａ，５９Ａ
のベース、及び抵抗器６０Ａの一端がＡ相制御スイッチ
ング回路５５Ａに接続され、Ａ相制御スイッチング回路
５５Ａはそれらトランジスト５６Ａ，５７Ａ，５８Ａ，
５９Ａのそれぞれに流れる電流を調整する。

【００３２】不図示であるが、他のコイル５２Ｂ〜５２
Ｅ用の電流制御回路５４Ｂ〜５４Ｅ内にもそれぞれＡ相
制御スイッチング回路５５Ａと同じ制御スイッチング回
路が含まれている。また、図１の視野サイズ移動量設定
手段１９からの制御信号ＳＸが図３の相別スイッチング
回路６１に供給され、送別スイッチング回路６１では、
制御信号ＳＸで指示される距離に対応する回転角だけパ
ルスモータ１４Ｘが回転するように、電流制御回路５４
Ａ〜５４Ｅ内の各制御スイッチング回路（５５Ａ等）の
スイッチング、及び電流制御動作を制御する。これによ
り、パルスモータ１４Ｘは、最小ステップ角が０．７２
°／１００で指示された回転角だけ指示された方向に回
転する。また、Ｙ軸用のパルスモータ１４Ｙ用の移動制
御装置２０Ｙも、Ｘ軸用の移動制御装置２０Ｘと同一構
成である。

【００３３】なお、パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙ用の移
動制御装置としては、図３の構成例の他に図４のような
構成例もある。図４は、そのパルスモータ１４Ｘの５相
のコイル５２Ａ〜５２Ｅ、及びこれらのコイルに流す電
流を制御するための移動制御装置２０Ｘの他の構成例を
示し、この図４において、コイル５２Ａ〜５２Ｅが閉ル
ープを形成するようにシリアルに接続されている。ま
た、直流電圧Ｖ_CCが印加される電源端子にｐｎｐ形のト
ランジスタ５６Ａ〜５６Ｅのエミッタが共通に接続さ
れ、トランジスタ５６Ａ〜５６Ｅのコレクタにそれぞれ
コイル５２Ａ〜５２Ｅの一端が接続されると共に、それ
らコレクタにそれぞれｎｐｎ形のトランジスタ５７Ａ〜
５７Ｅのコレクタが接続されている。また、トランジス
タ５７Ａ〜５７Ｅのエミッタが共通に抵抗器６２の一端
に接続され、抵抗器６２の他端が接地されている。そし
て、トランジスト５６Ａ〜５６Ｅ、及び５７Ａ〜５７Ｅ
のベース、及び抵抗器６２の一端が制御スイッチング回
路６３に接続され、制御スイッチング回路６３はそれら
トランジスト５６Ａ〜５６Ｅ，５７Ａ〜５７Ｅのそれぞ
れに流れる電流を調整する。

【００３４】この場合、図１の視野サイズ移動量設定手
段１９からの制御信号ＳＸが図４の制御スイッチング回
路６３に供給され、制御スイッチング回路６３では、制
御信号ＳＸで指示される距離に対応する回転角だけパル
スモータ１４Ｘが回転するように、コイル５２Ａ〜５２
Ｅのそれぞれに流れる電流を制御する。これにより、パ
ルスモータ１４Ｘは、最小ステップ角が０．７２°／１
００で指示された回転角だけ指示された方向に回転す
る。

【００３５】次に、図１に戻り、本例では、送りねじ１
３Ｘ，１３Ｙを５ｍｍリード（５ｍｍピッチ）のボール
ねじであるとする。また、上述のようにパルスモータ１
４Ｘ，１４Ｙは、基本ステップ角φが０．７２°の５相
のパルスモータであり、マイクロステップ駆動によりそ
の基本ステップ角φが１００分割に分割して駆動され
る。従って、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの送りの分解能ｐ
は、次のように０．１μｍとなる。

【００３６】ｐ＝５／（１００・３６０／０．７２）＝１×１０^-4［ｍｍ］（１）また、試料９の観察倍率を例えば１０万倍とすると、電
子ビームの走査領域とその観察倍率との関係でその試料
９上での観察視野の幅は例えば１．８μｍとなる。これ
に対して、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの送りの分解能ｐは
０．１μｍであるため、その観察視野のステップ移動を
問題なく行うことができる。

【００３７】これに対して、従来のようにパルスモータ
１４Ｘ，１４Ｙを４−５相励磁でハーフステップ駆動す
ると、最小ステップ角は０．３６°となるため、ステー
ジ１２Ｘ，１２Ｙの送りの分解能は、５μｍとなる。従
って、この従来方式では幅が１．８μｍの観察視野をス
テップ移動することはできないことになる。次に、本実
施例において、試料９上の観察視野をステップ移動する
場合の動作につき詳細に説明する。

【００３８】図５は、試料９上の観察視野４１を示し、
この図５において、観察視野４１はＸ方向の幅ＤＸでＹ
方向の幅ＤＹの矩形の領域（正方形を含む）であるとす
る。但し、図５は観察視野の回転角θが０の場合を示
し、回転角θが０でないときには観察視野４１の１辺は
Ｘ軸に対して角度θで傾斜している。図５において、観
察視野４１に隣接し、且つ観察視野４１と同じ大きさの
矩形の領域としては、その周辺の８個の領域４２Ａ〜４
２Ｈがあり、本例では観察視野４１をそれら８個の領域
４２Ａ〜４２Ｈの何れかにステップ移動させることがで
きる。なお、観察視野４１を例えば＋Ｘ方向に隣接する
領域４２Ｈに移動させるときには、実際にはステージを
介して試料９側が−Ｘ方向に幅ＤＸだけ移動させられ
る。同様に、観察視野４１を例えば右斜め上方の領域４
２Ａに移動させるときには、実際にはステージを介して
試料９側が−Ｘ方向に幅ＤＸ、且つ−Ｙ方向に幅ＤＹだ
け移動させられる。

【００３９】図６（ａ）は試料９上の回路パターン４３
上に観察視野４１が設定されている状態を示し、その図
６（ａ）の観察視野４１内のパターンの拡大像が、図６
（ｂ）に示すようにＣＲＴディスプレイ２５（図１参
照）の画面２５ａ上に表示されている。この状態で、観
察視野４１を左斜め下方の隣接する領域４２Ｅにステッ
プ移動させるには、オペレータは図１において、視野サ
イズ移動信号発生部３１中の押しボタンを一度操作した
後、ジョイスティックで観察視野４１の移動方向を左斜
め下方に設定する。これにより、１回のステップ移動を
行うことを示す信号、及びステップ移動の方向を示す信
号が中央制御系１８中の視野サイズ移動量設定手段１９
に供給される。

【００４０】視野サイズ移動量設定手段１９では、倍率
設定記憶手段２７からの観察倍率、及び観察視野の情報
に基づいて、試料９上の観察視野４１のＸ方向の幅Ｄ
Ｘ、及びＹ方向の幅ＤＹを算出する。そして、視野サイ
ズ移動量設定手段１９は、マイクロステップ駆動用の移
動制御装置２０Ｘ及び２０Ｙに対してそれぞれ＋Ｘ方向
に幅ＤＸ、及び＋Ｙ方向に幅ＤＹだけ対応するステージ
を移動させるように制御信号ＳＸ及びＳＹを供給する。
本実施例ではパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙの最小ステッ
プ角に対応するステージの送りの分解能は０．１μｍで
ある。そこで、観察倍率が１０万倍として、観察視野４
１の幅ＤＸ，ＤＹが例えば１．８μｍであるとすると、
パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙをそれぞれ最小ステップ角
の１８倍だけ回転させればよい。これにより、図６
（ａ）において、試料９が＋Ｘ方向に幅ＤＸ、＋Ｙ方向
に幅ＤＹだけ移動して、観察視野４１は領域４２Ｅに移
動し、ＣＲＴディスプレイ２５の画面２５ａ上には、図
６（ｃ）に示すように領域４２Ｅ内のパターンの拡大像
が表示される。

【００４１】また、本例では、視野サイズ移動信号発生
部３１中の押しボタンを操作した状態で、ジョイスティ
ックを操作して方向を指定すると、その方向に対して連
続して観察視野のステップ移動が行われるようになって
いる。更に、図６（ａ）において観察視野４１の下辺が
回転角θだけＸ軸に対して回転しているときで、且つ観
察視野を右辺の方向にステップ移動する際には、Ｘステ
ージ１２Ｘ及びＹステージ１２Ｙを同時に駆動して試料
９がＸ軸に対して角度θで交差する方向に移動するよう
にする。これにより、観察視野４１が回転していても、
正確に隣接する領域へのステップ移動が行われる。

【００４２】上述のように本実施例によれば、パルスモ
ータ１４Ｘ，１４Ｙをマイクロステップ駆動方式で駆動
しているため、試料９の位置決めの分解能を走査型電子
顕微鏡の観察視野の幅より１桁程度以上小さくすること
ができる。従って、観察視野を隣接する領域に正確にス
テップ移動できるため、試料の表面の所望の領域を高速
且つ正確に観察できる。

【００４３】なお、上述実施例では、パルスモータ１４
Ｘ，１４Ｙをマイクロステップ駆動方式で駆動している
が、送りねじ１３Ｘ，１３Ｙでステージを駆動する際に
はねじのバックラッシュ、及び送りねじのピッチ誤差が
問題となる。そこで、予めステージの移動方向を反転し
た場合のバックラッシュ量、及び送りねじ１３Ｘ，１３
Ｙの位置によるピッチ誤差を求めておき、実際にステー
ジ１２Ｘ，１２Ｙを駆動する際にはそれらバックラッシ
ュ量、及びピッチ誤差の補正を行うことが望ましい。

【００４４】また、上述実施例ではレーザ干渉計１７
Ｘ，１７Ｙによる座標（Ｘ，Ｙ）の計測値はパルスモー
タ１４Ｘ，１４Ｙの脱調の検出用に使用されているが、
例えばパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙの代わりにＤＣモー
タを使用して、レーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙの計測値に
基づいて閉ループ（クローズド・ループ）方式でＤＣモ
ータを駆動してもよい。この閉ループ方式でも、ほぼレ
ーザ干渉計の計測分解能程度の位置決め分解能が得られ
るため、観察視野のステップ移動を正確に行うことがで
きる。但し、閉ループ方式では、制御系が複雑化すると
共に、ハンチングのようなステージの振動が生じ易くな
る。これに対して、上述実施例のようにパルスモータを
マイクロステップ駆動する方式では、開ループ（オープ
ン・ループ）方式でよいため、制御系が簡単且つ安定で
ある。また、パルスモータの動作が安定であれば、レー
ザ干渉計を設ける必要がなくなると共に、脱調検出用に
はもっと簡単な検出器（光学式リニアエンコーダ等）を
使用するようにしてもよい。

【００４５】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、試料位置決め手段を介
して、観察視野の幅と同じ間隔だけ試料を視野移動方向
指示手段により指示された方向に移動させているため、
観察倍率が高倍であっても、高速に、且つ正確に現在の
観察視野に隣接する試料上の領域に観察視野を移動させ
ることができる利点がある。

【００４７】また、その試料位置決め手段が、マイクロ
ステップ駆動方式で制御されるパルスモータにより送り
ねじ方式で駆動されるステージである場合には、試料の
位置決め分解能を走査型電子顕微鏡の観察視野の幅より
１桁程度以上小さくできるため、例えばレーザ干渉計の
ような高分解能の計測装置でフィードバックを行うこと
なく、正確に観察視野を隣接する領域に移動できる。

【００４８】更に、観察視野が試料上の電子線の走査領
域から任意に選択される形状可変の領域である場合、そ
の観察視野が如何なる形状であっても、本発明によりそ
の観察視野を隣接する領域に正確に移動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型電子顕微鏡の一実施例を示
す一部斜視図を含む構成図である。

【図２】（ａ）はパルスモータをフルステップ駆動方式
で駆動する際の説明図、（ｂ）はパルスモータをマイク
ロステップ駆動方式で駆動する際の説明図である。

【図３】図１のパルスモータ１４Ｘのコイルの結線、及
びマイクロステップ駆動制御用の移動制御装置２０Ｘの
一例を示す構成図である。

【図４】図１のパルスモータ１４Ｘのコイルの結線、及
びマイクロステップ駆動用の移動制御装置２０Ｘの考え
られる別の例を示す構成図である。

【図５】実施例における試料上の観察視野４１に隣接す
る８個の領域を示す図である。

【図６】観察視野のステップ移動の説明に供する図であ
る。

【符号の説明】

２電子銃４アパーチャ５収束レンズ６Ｘ偏向コイル７Ｙ偏向コイル８対物レンズ９試料１１試料台１２ＸＸステージ１２ＹＹステージ１３Ｘ，１３Ｙ送りねじ１４Ｘ，１４Ｙパルスモータ１７Ｘ，１７Ｙレーザ干渉計１８中央制御系１９視野サイズ移動量設定手段２０Ｘ，２０Ｙマイクロステップ駆動制御用の移動制
御装置２２２次電子検出器２４画像処理回路２５ＣＲＴディスプレイ２６画像倍率回転視野設定部２７倍率設定記憶手段２９ステージ速度設定部３０ステージ位置設定部３１視野サイズ移動信号発生部４１観察視野

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上で電子線を収束させて走査する電
子線走査手段と、前記試料から発生する２次電子を検出
して画像信号に変換する２次電子検出手段と、前記試料の観察倍率、及び前記試料上の観察視野を設定
する倍率視野設定手段と、該倍率視野設定手段により設定される観察倍率、及び観
察視野に基づいて、前記電子線走査手段による電子線の
走査状態を制御すると共に、前記画像信号中から前記観
察視野に対応する部分の信号を選択する観察制御手段
と、該観察制御手段により選択された画像信号を用いて前記
試料上の前記観察視野内の画像を表示する画像表示手段
と、を有する走査型電子顕微鏡において、前記試料を前記電子線の走査面上で２次元的に移動させ
る試料位置決め手段と、前記観察視野の移動方向を設定する視野移動方向指示手
段と、該視野移動方向指示手段により設定された移動方向に、
前記試料位置決め手段を前記観察視野の幅と同じ間隔だ
け移動させる視野移動制御手段と、を有することを特徴
とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】前記試料位置決め手段は、前記試料が載
置された状態で２次元的に移動自在に配置されたステー
ジと、該ステージに連結された２本の送りねじと、該２
本の送りねじのそれぞれを回動駆動するパルスモータ
と、該２つのパルスモータをマイクロステップ駆動する
マイクロステップ駆動制御手段と、を有することを特徴
とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項３】前記倍率視野設定手段により設定される
観察視野は、前記試料上で前記電子線が走査される範囲
内から任意に選択される形状可変の領域であることを特
徴とする請求項１又は２記載の走査型電子顕微鏡。