JPH08180825A

JPH08180825A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH08180825A
Application number: JP6318250A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Kohama; 禎晃小濱; Kazuhiko Fukazawa; 和彦深澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】走査型電子顕微鏡において、トラックボール
を用いて所望の方向に正確に観察視野を移動する。【構成】スイッチ部６７を操作することにより、ステ
ージ制御手段１９に移動方向がＸ方向のみか、Ｙ方向の
みか、又は通常の２次元方向かを指示する。回転体６３
と、この回転体６３の回転角をパルス信号に変換するロ
ータリエンコーダ６５Ｘ，６５Ｙとを有するトラックボ
ール６２を用いて、試料が載置される試料ステージの２
次元的な移動方向及び移動速度をステージ制御手段１９
に指示する。トラックボール６２による移動方向が方向
７０Ｘ’であっても、スイッチ部６７より移動方向がＸ
方向に制限されているときには、試料ステージをＸ方向
のみに移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の試料の
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、特に試料上の観察視野をオペレータがマニュア
ル操作で移動でき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ビームの走査範囲、
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。

【０００４】その試料上での観察視野を移動させて、そ
の画像表示装置の画面上で試料の観察画像を移動させる
方式としては、機械的視野移動方式と電気的視野移動方
式との２つがある。機械的視野移動方式とは、試料が載
置されたステージを移動するもので、電気的視野移動方
式とは、電子ビームの試料上での走査領域を電子光学系
制御回路により移動させるか、又はその走査領域内での
画像データの選択領域を移動させることにより、観察視
野を移動させるものである。

【０００５】電気的視野移動方式では、観察倍率が高倍
率のときに画像を定速に移動できる利点があった。その
一方で、電子ビームの振り幅に制限があり、この制限幅
はステージの移動量よりはるかに狭いものであった。こ
のため、オペレータは通常、必要に応じて機械的視野移
動方式と電気的視野移動方式とを切り換えて使用してい
た。それ以外に、観察倍率に応じて自動的に両方式を切
り換える装置も使用されていた。これらの場合に、オペ
レータが観察視野の移動方向及び移動速度、又は移動位
置を入力する手段として、例えば所謂ジョイスティッ
ク、又は所謂トラックボール等が使用されていた。

【０００６】これらの内でジョイスティックは、操作用
の軸を２次元的に回転させることにより２つのポテンシ
ョメータの出力値を変化させて、２次元平面内での移動
方向及び移動速度を設定するツールである。一方、トラ
ックボールは、操作卓に埋め込まれた回転体を２次元的
に回転させることにより、２つのロータリエンコーダか
らパルス信号を発生させて、２次元平面内での移動方向
及び移動速度を設定するツールである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、観察対象の試料が例えば半導体メモリのよう
な規則的な素子であるときには、試料上の観察視野の移
動方向を例えば所定の方向に固定したいことがある。し
かしながら、ジョイスティックやトラックボールを使用
して移動方向を入力するときには、操作用の軸、又は回
転体を所定の方向にのみ正確に回転させることが困難で
あるため、マニュアルで観察視野を所定の方向にのみ移
動させることは困難であるという不都合があった。

【０００８】特にトラックボールの場合には、ジョイス
ティックと異なり回転体の回転角に制限がなく、更に回
転体は等方的であるため、所定の方向にのみ回転体を正
確に回転させることは極めて困難であった。本発明は斯
かる点に鑑み、トラックボールのような入力手段を用い
た場合でも、所定の方向に正確に観察視野を移動するこ
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。

【０００９】

【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に示すように、試料（９）上で電
子線を走査し、その試料から発生する２次電子を検出し
て得られる画像信号を用いて画像表示手段（２５）上に
試料（９）上の所定の観察視野内の画像を表示する走査
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ステージ（１２Ｘ，１
２Ｙ）と、それぞれ変位量を電気信号に変換する２軸の
エンコーダを介してその試料ステージの２次元的な移動
方向を設定する移動方向入力手段（２９）と、その試料
ステージの移動方向を所定の第１方向（Ｘ方向）、この
第１方向に交差する第２方向（Ｙ方向）、又は２次元方
向の何れかに設定する移動方向制限手段（３４）と、移
動方向入力手段（２９）で設定された移動方向に関して
移動方向制限手段（３４）により選択された成分の方向
にその試料ステージを駆動するステージ制御手段（１
９）と、を有するものである。

【００１０】この場合、移動方向入力手段（２９）は、
更に試料ステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）のそれら第１方向
及び第２方向への２次元的な移動速度を設定し、ステー
ジ制御手段（１９）は、移動方向入力手段（２９）によ
り設定された移動速度の内で移動方向制限手段（３４）
により選択された方向への速度成分でその試料ステージ
を駆動することが望ましい。

【００１１】また、移動方向入力手段（２９）の一例
は、例えば図２に示すように、回転体（６３）と、この
回転体の異なる面の回転角をそれぞれ電気信号に変換す
る２つのロータリエンコーダ（６５Ｘ，６５Ｙ）とを有
するトラックボール（６２）である。

【００１２】

【作用】斯かる本発明の走査型電子顕微鏡によれば、例
えば試料（９）上での観察視野を第１方向（Ｘ方向）に
移動させたいときには、移動方向制限手段（３４）によ
り移動方向をその第１方向に制限する。その後、移動方
向入力手段（２９）により移動方向を設定する際に、例
えばその第１方向から僅かにずれた方向を設定しても、
観察視野はその第１方向に移動する。

【００１３】また、移動方向入力手段（２９）が移動速
度をも設定する場合に、移動方向制限手段（３４）によ
り移動方向をその第１方向に制限するときには、移動方
向入力手段（２９）により設定した移動速度のその第１
方向への速度成分で試料（９）上での観察視野がその第
１方向に移動する。

【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Ｘ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Ｙ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内のステージ制御
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】但し、パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙの代わ
りにＤＣモータを使用し、これらＤＣモータとレーザ干
渉計１７Ｘ，１７Ｙとにより閉ループを構成して、試料
台１１をレーザ干渉計の計測分解能に近い移動ステップ
で駆動してもよい。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Ｓ１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、ＣＲＴ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（移動方向を含む）を設定するための視野移
動速度設定部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視野移動位置設定部３
０、観察視野の移動方向を所定の方向に制限する視野移
動方向制限部３４、観察視野の移動を停止させるための
停止スイッチ部３５、及び後述のようにステージ１２
Ｘ，１２Ｙのバックラッシュ量等を入力するためのデー
タ入力部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
は回転している。これにより、ＣＲＴディスプレイ２５
上の拡大画像としては、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された状態の試料の
像が表示される。

【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】また、視野移動速度設定部２９は、所謂ト
ラックボールを有する入力手段であり、オペレータがそ
のトラックボールを操作することより、試料９上での観
察視野のＸ方向及びＹ方向への移動速度を示す信号がス
テージ制御手段１９に供給される。また、視野移動方向
制限部３４は、その観察視野の移動方向を所定の方向に
制限するための信号をステージ制御手段１９に供給し、
ステージ制御手段１９は、試料９上で観察視野を指定さ
れた方向に指定された速度で移動させるために、移動制
御装置２０Ｘ、及び２０Ｙを介してステージ１２Ｘ，１
２Ｙを駆動する。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。

【００２４】一方、視野移動位置設定部３０は、マウス
及びキーボードよりなり、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ステージ制御手段
１９に供給され、ステージ制御手段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、ステージ制御手段１９は、移動制御装置
２０Ｘ、及び２０Ｙを介してステージ１２Ｘ，１２Ｙを
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】更に、本例ではオペレータが視野移動位置
設定部３０としてのキーボードから、例えばＸ方向に１
０ｍｍだけステージを移動するようにコマンドを入力す
ると、それに応じてステージ制御手段１９は、移動制御
装置２０Ｘを介してパルスモータ１４Ｘを、その１０ｍ
ｍ分の回転角だけ回転させるようになっている。

【００２６】次に、データ入力部３１は、キーボードよ
りなり、オペレータは計測により求められたステージ１
２Ｘ，１３Ｘのバックラッシュ量、及び送りねじ１３
Ｘ，１３Ｙのピッチ誤差を、データ入力部３１を介して
中央制御系１８内のパラメータ設定手段３２に入力す
る。これに応じて、パラメータ設定手段３２はバックラ
ッシュ量及びピッチ誤差をそれぞれメモリ３３内のバッ
クラッシュ量記憶部３３ａ及びピッチ誤差記憶部３３ｄ
に記憶させる。その後、ステージ１２Ｘ，１２Ｙを駆動
する際に、ステージ制御手段１９はメモリ３３からバッ
クラッシュ量及びピッチ誤差を読み出して補正を行う。
その他に、ステージ制御手段１９は、それまでのステー
ジ１２Ｘ，１２Ｙの進行方向、観察倍率、及び観察視野
の回転角等をパラメータ設定手段３２を介してメモリ３
３に書き込む。

【００２７】なお、本例における中央制御系１８内の倍
率設定記憶手段２７、ステージ制御手段１９、及びパラ
メータ設定手段３２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。次に、本例の視野移動速度設
定部２９、視野移動方向制限部３４、及び停止スイッチ
部３５の構成につき図２を参照して詳細に説明する。

【００２８】図２は本例の操作卓６１の要部を示し、こ
の図２において、操作卓６１の表面の開口部に回転体６
３が埋め込まれ、操作卓６１の内部で回転体６３の右側
面に回転軸６４Ｘが摺接し、回転体６３の上側面に回転
軸６４Ｙが摺接し、これらの回転軸６４Ｘ及び６４Ｙに
それぞれロータリエンコーダ６５Ｘ及び６５Ｙが連結さ
れている。それら回転体６３、回転軸６４Ｘ，６４Ｙ、
及びロータリエンコーダ６５Ｘ，６５Ｙよりトラックボ
ール６２が構成されており、回転体６３を矢印７０Ｘで
示す右方向（又は逆方向）に回転することにより、ロー
タリエンコーダ６５Ｘから回転方向を示すアップダウン
のパルス信号が出力され、このパルス信号が可逆カウン
タ６６Ｘの計数パルス入力端子に供給される。同様に、
回転体６３を矢印７０Ｙで示す上方向（又は逆方向）に
回転することにより、ロータリエンコーダ６５Ｙからア
ップダウンのパルス信号が出力され、このパルス信号が
可逆カウンタ６６Ｙの計数パルス入力端子に供給され
る。更に、回転体６３を矢印７０Ｃで示す斜め方向に回
転すると、２つの可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙに同時に
パルス信号が供給される。

【００２９】可逆カウンタ６６Ｘ及び６６Ｙはそれぞれ
供給されたパルス信号を正負の符号付きで積算して得ら
れた積算値ＴＸ及びＴＹをステージ制御手段１９に供給
する。積算値ＴＸは、回転体６３の右方向（負の値のと
きは左方向）への回転角に対応し、積算値ＴＹは、回転
体６３の上方向（負の値のときは下方向）への回転角に
対応し、積算値ＴＸ及びＴＹよりステージ制御手段１９
はトラックボール６２の回転体６２の２次元的な回転角
を認識できるようになっている。また、ステージ制御手
段１９は随時、可逆カウンタ６６Ｘ及び６６Ｙのクリア
端子を介して積算値ＴＸ及びＴＹをそれぞれ０にリセッ
トできるようになっている。トラックボール６２、及び
可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙより視野移動速度設定部２
９が構成されている。

【００３０】後述の視野移動方向制限部３４による移動
方向の制限が無く、且つ観察視野の回転が無い場合、ス
テージ制御手段１９は移動制御装置２０Ｘ、及び２０Ｙ
を介して、予め観察倍率βに応じて定められる定数ｋ
（β）と積算値ＴＸ，ＴＹとを用いて、ｋ（β）・Ｔ
Ｘ、及びｋ（β）・ＴＹで定められる移動速度でそれぞ
れ図１のＸステージ１２Ｘ、及びＹステージ１２Ｙを駆
動する。従って、トラックボール６２の回転体６３の回
転方向、及び回転角に応じた移動速度で、機械的視野移
動方式で試料９上での観察視野が移動する。

【００３１】また、操作卓６１上には停止スイッチ部３
５が固定され、停止スイッチ部３５を操作すると、ステ
ージ制御手段１９に対して１つのパルス信号が供給さ
れ、ステージ制御手段１９はそれに応じて可逆カウンタ
６６Ｘ，６６Ｙの積算値を０にリセットするようになっ
ている。例えばオペレータがトラックボール６２の回転
体６３を回転して試料９上で観察視野を所望の方向に所
望の速度で移動させた後、その観察視野を停止させたい
場合、第１の方法はその回転体６３を元の回転位置に戻
して可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙの積算値ＴＸ，ＴＹを
０に戻すことである。しかしながら、このように回転体
６３を元の回転位置に完全に戻すのは困難である。そこ
で、観察視野を停止させる第２の方法は、オペレータが
トラックボール６２の回転体６３から手を離して、停止
スイッチ部３５を操作することである。これにより、ス
テージ制御手段１９に対してパルス信号が供給され、ス
テージ制御手段１９が可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙの積
算値ＴＸ，ＴＹを０にリセットするため、移動速度の指
令値が０となって観察視野は停止する。その後、回転体
６３を再び回転すると、先に停止した回転位置からの回
転角に応じた速度で観察視野が移動することになる。

【００３２】次に、視野移動方向制限部３４は、操作卓
６１上に取り付けられ、操作する毎に１つのパルス信号
を発生するスイッチ部６７と、そのパルス信号を積算す
る３進のカウンタ６８とから構成され、カウンタ６８の
２ビットの積算値ＴＳがステージ制御手段１９に供給さ
れている。電源投入時ではカウンタ６８の積算値ＴＳは
０であり、その後スイッチ部６７を１度操作する毎にカ
ウンタ６８の積算値ＴＳは１０進数表示で１，２，０，
１，…と周期的に変化する。そして、積算値ＴＳの値が
０のときには、観察視野の移動方向は２次元平面上の任
意の方向であり、積算値ＴＳの値が１、又は２のときに
はそれぞれ観察視野の移動方向はＸ方向、又はＹ方向と
定められている。この場合のＸ方向、及びＹ方向は通常
は図１のＸ方向、及びＹ方向に平行な方向である。しか
しながら、例えば電子ビームの走査方向を変えることに
より試料９上での観察視野を回転したような場合には、
図１のＸ方向及びＹ方向をその回転角の分だけ回転した
方向を新たにＸ’方向、及びＹ’方向とみなし、トラッ
クボール６３の回転体６３を例えば右方向に回転する
と、観察視野がそのＸ’方向に移動できるようになって
いる。

【００３３】そのため、ステージ制御手段１９では、観
察視野の回転が無い場合、積算値ＴＳの値が１（移動方
向がＸ方向に制限）のときには、可逆カウンタ６６Ｙの
積算値ＴＹを０とみなし、積算値ＴＳの値が２（移動方
向がＹ方向に制限）のときには、可逆カウンタ６６Ｘの
積算値ＴＸを０とみなし、積算値ＴＳの値が０であると
きには２つの積算値ＴＸ，ＴＹを共に有効であるとみな
して、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動速度を制御する。
これにより、移動方向がＸ方向に制限されているときに
は、トラックボール６２の回転体６３を任意の方向に回
転しても、その回転角の右方向（又は左方向）への回転
成分のみが有効とされて、その回転成分に応じた移動速
度で観察視野がＸ方向に移動する。

【００３４】一方、移動方向がＹ方向に制限されている
ときには、トラックボール６２の回転体６３を任意の方
向に回転しても、その回転角の上方向（又は下方向）へ
の回転成分のみが有効とされて、その回転成分に応じた
移動速度で観察視野がＹ方向に移動する。また、観察視
野が回転されているときには、回転された座標軸上での
新たなＸ’方向及びＹ’方向に、それぞれ可逆カウンタ
６６Ｘ，６６Ｙの積算値ＴＸ及びＴＹが対応付けられ
る。

【００３５】また、カウンタ６８の積算値ＴＳを示す２
ビットの信号が、操作卓６１上に固定された発光素子６
９Ｘ、及び６９Ｙの駆動回路に供給され、積算値ＴＳの
値が１（観察視野の移動方向がＸ方向）のときには発光
素子６９Ｘが点灯し、積算値ＴＳの値が２（観察視野の
移動方向がＹ方向）のときには発光素子６９Ｙが点灯す
るようになっている。観察視野の移動方向が任意（２次
元方向）であるときには、発光素子６９Ｘ，６９Ｙは共
に消灯している。従って、発光素子６９Ｘ，６９Ｙの点
灯状態よりオペレータは、視野移動方向制限部３４で現
在制限されている観察視野の移動可能方向を認識するこ
とができる。

【００３６】次に、本実施例では移動制御装置２０Ｘ，
２０Ｙがそれぞれパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙをマイク
ロステップ駆動方式で制御しているが、そのマイクロス
テップ駆動制御について説明する。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。

【００３７】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３（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３（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。

【００３８】そして、図３（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。

【００３９】次に、図３（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３（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。本実施例では、パルスモータ１４Ｘ，
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１０
０分割に分割するものとする。

【００４０】図１に戻り、本例では、送りねじ１３Ｘ，
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１４Ｘ，
１４Ｙとしてはそれぞれ５相で基本ステップ角φが０．
７２°のパルスモータが使用され、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。

【００４１】ｐ＝５／（１００・３６０／０．７２）＝１×１０^-4［ｍｍ］（１）このとき、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より
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、その観察視野の移動を
円滑に行うことができる。

【００４２】次に、本実施例で試料９上の観察視野を移
動させる場合の動作の一例につき図１〜図７を参照して
説明する。先ず、図１において、試料９を試料台１１上
に載置し、その観察画像をＣＲＴディスプレイ２５に映
し出す。図４（ａ）はその際の試料９上の観察視野４２
を示し、図４（ａ）において試料９上のパターン４１上
に矩形の観察視野４２が設定されている。また、図４
（ｂ）は図１のＣＲＴディスプレイ２５の表示画面２５
ａを示し、この表示画面２５ａにその観察視野４２内の
パターンの拡大像が表示されている。従って、拡大倍率
をβとすると、図４（ａ）の観察視野４２は実際には図
４（ｂ）の表示画面２５ａの１／βの大きさである。

【００４３】この状態で、図２の表示素子６９Ｘ，６９
Ｙは消灯して観察視野の移動方向は任意の方向になって
いるものとする。その後、図４（ａ）において観察視野
４２を大まかに矢印４８Ｃで示す右斜め上方向に移動さ
せたい場合、オペレータは図２のトラックボール６２の
回転体６３を矢印７０Ｃで示す右斜め上方向に回転す
る。その回転角に応じた速度で観察視野４２は右斜め上
方向に移動する。そして、観察視野４２のその方向での
移動の速さ（移動速度の絶対値）を変えたいときには、
その回転体６３の回転角を調整すればよい。また、観察
視野４２を所望の位置で停止させたいときには、回転体
６３から手を離して停止スイッチ部３５を操作すればよ
い。

【００４４】これに対して、図４（ａ）において観察視
野４２を正確に矢印４８Ｘで示すように＋Ｘ方向に移動
したい場合、オペレータは先ず図２の視野移動方向制限
部３４のスイッチ部６７を操作して表示素子６９Ｘのみ
を点灯させて、観察視野の移動方向をＸ方向に制限す
る。その後、オペレータが回転体６３を矢印７０Ｘ’で
示すように右方向から僅かにずれた方向に回転しても、
ステージ制御手段１９は積算値ＴＸのみを有効とみなす
ため、ほぼその回転角に応じた速度で観察視野４２は正
確に＋Ｘ方向に移動する。同様に、観察視野４２を矢印
４８Ｙで示すように正確に＋Ｙ方向に移動したいときに
は、図２のスイッチ部６７を操作して表示素子６９Ｙの
みを点灯して、移動方向をＹ方向に制限した後、トラッ
クボール６２の回転体６３をほぼ上方向に回転すればよ
い。

【００４５】このように、本例によれば、観察視野４２
を正確にＸ方向又はＹ方向に移動したいときには、視野
移動方向制限部３４で移動方向を制限できるため、トラ
ックボール６２の回転体６３を正確にＸ方向又はＹ方向
に応じた方向に回転する必要がない。次に、観察視野を
電子的に回転させる場合につき説明する。この場合、オ
ペレータは図１の画像倍率回転視野設定部２６を介し
て、試料上の観察視野４２を、Ｘ方向より反時計方向に
角度θ（ここでは、θ＝４５°とする）だけ回転させ
る。この結果、倍率設定記憶手段２７の作用により試料
９上での電子ビームの走査方向が４５°回転し、図５
（ａ）に示すように、試料９のパターン４１上でＸ方向
に対して反時計方向に４５°傾いた方向に平行に矩形の
観察視野４３が設定される。また、その角度θが、図１
のステージ制御手段１９を介してメモリ３３内の回転角
記憶部３３ｂに記憶される。そして、観察視野４３内の
パターンの拡大像が、図５（ｂ）に示すように表示画面
２５ａ内に表示される。その拡大像は、矩形の辺が表示
画面２５ａの辺に平行又は垂直になるように表示されて
いる。

【００４６】次に、図５（ｂ）において、表示画面２５
ａの拡大像の正確に右辺方向の領域を観察したい場合に
は、オペレータは、図２の視野移動方向制限部３４で移
動方向をＸ方向に制限した後、トラックボール６２の回
転体６３をほぼ右方向に回転する。これにより、Ｘ方向
への移動速度に対応する積算値ＴＸのみがステージ制御
手段１９により有効とされ、ステージ制御手段１９は、
メモリ３３の回転角記憶部３３ｂの角度θを読み出し
て、ステージ１２Ｘ，１２Ｙを＋Ｘ方向に対して時計方
向に角度（１８０°−θ）だけ回転した方向に、積算値
ＴＸに対応した速度で移動させる。これには、例えばＸ
ステージ１２Ｘが−Ｘ方向にΔＸだけ移動する際に、Ｙ
ステージ１２Ｙを−Ｙ方向にΔＸ・tan θだけ移動させ
ればよい。

【００４７】この結果、図６（ａ）に示すように、試料
９のパターン４１上で観察視野は、＋Ｘ方向に対して反
時計方向に正確に角度θだけ傾斜した方向４４に沿って
領域４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，…と移動する。観察視野
がそれらの領域４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに移動すると、
ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面２５ａにはそれぞれ
図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような拡大像が表示
される。従って、本例によれば、観察視野を電子的に回
転させた場合でも、その回転量に依存することなく機械
駆動方式で、観察視野を表示画面２５ａ上の拡大像に基
づいて設定する方向に移動することができる。

【００４８】次に、本例において、観察倍率を切り換え
てから、観察視野を移動させる場合の動作の一例につき
説明する。このとき、オペレータは例えば図１のデータ
入力部３１を介して、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画
面中の有効視野範囲内を移動する試料観察画像の速度を
決定する。例えば、有効視野範囲内を時間Ｔ（ここで
は、Ｔは例えば３秒である）で試料観察画像が移動する
ように速度を設定する。試料９上の観察視野が図７に示
すＸ方向の幅ＤＸの観察視野４２であるとして、この観
察視野４２を時間Ｔで＋Ｘ方向に隣接する領域４７の方
向に移動させるものとすると、Ｘステージ１２Ｘの移動
速度は−Ｘ方向に速度ＤＸ／Ｔに設定される。このとき
の観察倍率をβ₀（β₀は例えば１万倍）とする。この
観察倍率β ₀はメモリ３３内の倍率記憶部３３ｃに記憶
されている。

【００４９】また、そのようなステージの移動速度ＤＸ
／Ｔを得るために必要な、図２のトラックボール６２の
回転体６３の回転角は、オペレータが１回で容易に回転
できる程度の所定の回転角（以下、「基準回転角」と呼
ぶ）に設定されている。従って、オペレータが回転体６
３を右方向にほぼその基準回転角だけ回転すると、観察
視野４２は表示画面２５ａの有効視野範囲をほぼ時間Ｔ
で横切る速度で移動する。

【００５０】次に、オペレータが画像倍率回転視野設定
部２６を介して観察倍率をβ（βは例えば２万倍）に変
更すると、変更後の観察倍率βがメモリ３３内の倍率記
憶部３３ｃに記憶される。倍率記憶部３３ｃには、それ
までの観察倍率β₀も記憶されている。その後、オペレ
ータが移動方向をＸ方向に制限した後、図２のトラック
ボール６２の回転体６３を右方向にほぼその基準回転角
だけ回転すると、ステージ制御手段１９は、ＣＲＴディ
スプレイ２５の表示画面２５ａでの画像の移動速度がそ
れまでの観察倍率での移動速度となるように、ステージ
１２Ｘを駆動する。

【００５１】具体的に、図７において、観察視野４２を
＋Ｘ方向に移動させるため、ステージ制御手段１９は、
Ｘステージ１２Ｘを−Ｘ方向に次式で定まる速度Ｖ
（β）で駆動する。Ｖ（β）＝（ＤＸ／Ｔ）β₀／β （２）これによって、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面上の
有効視野範囲内を試料観察画像がほぼ時間Ｔで移動する
ようになる。従って、本例では観察倍率に依存すること
なく、トラックボール６３の回転体６３の回転角が同じ
場合には、表示画面上での試料の拡大像の移動速度が一
定となり、操作性が向上する。

【００５２】なお、上述実施例では視野移動速度設定部
２９としてトラックボール６２が使用されているが、そ
の代わりに例えばジョイスティックのような入力装置を
使用する場合にも本発明は適用される。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。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、試料ステージの移動方
向を第１方向、第２方向、又は任意の方向に設定できる
移動方向制限手段が設けられているため、例えば試料ス
テージの移動方向をその第１方向に制限した後、移動方
向入力手段によりほぼその第１方向に近い移動方向を入
力するだけで、観察視野をその第１方向に平行な方向に
正確に移動できる利点がある。

【００５４】また、移動方向入力手段が、試料ステージ
の第１方向及び第２方向への２次元的な移動速度を設定
し、ステージ制御手段が、その移動方向入力手段により
設定された移動速度の内でその移動方向制限手段により
制限された方向への速度成分で試料ステージを駆動する
ときには、その移動方向入力手段で大まかに移動方向及
び移動速度を入力するだけて、その移動方向制限手段で
制限された方向に正確に観察視野を指定した移動速度で
移動できる利点がある。

【００５５】また、その移動方向入力手段が、トラック
ボールであるときには、特に回転体を正確に所定の移動
方向に対応する方向に回転するのが困難であるため、本
発明のように移動方向制限手段との併用により操作性
と、正確さとの両方を満足させることができる。

【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】実施例の視野移動方向制限部３４、及びトラッ
クボール６２等の構成を示す図である。

【図３】（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４】試料上の観察視野とその観察像とを示す図であ
る。

【図５】回転された観察視野とその観察像とを示す図で
ある。

【図６】回転された観察視野を横方向に移動させる際の
動作説明図である。

【図７】観察視野を表示画面上で一定速度で移動させる
際の説明図である。

【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１７Ｘ，１７Ｙレーザ干渉計１８中央制御系１９ステージ制御手段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視野移動速度設定部３０視野移動位置設定部３１データ入力部３４視野移動方向制限部３５停止スイッチ部４２，４３，４３Ａ，４３Ｂ観察視野６２トラックボール６７スイッチ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上で電子線を走査し、前記試料から
発生する２次電子を検出して得られる画像信号を用いて
画像表示手段上に前記試料上の所定の観察視野内の画像
を表示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
る試料ステージと、それぞれ変位量を電気信号に変換する２軸のエンコーダ
を介して前記試料ステージの２次元的な移動方向を設定
する移動方向入力手段と、前記試料ステージの移動方向を所定の第１方向、該第１
方向に交差する第２方向、又は２次元方向の何れかに設
定する移動方向制限手段と、前記移動方向入力手段で設定された移動方向に関して前
記移動方向制限手段により選択された成分の方向に前記
試料ステージを駆動するステージ制御手段と、を有する
ことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】請求項１記載の走査型電子顕微鏡であっ
て、前記移動方向入力手段は、前記試料ステージの前記第１
方向及び第２方向への２次元的な移動速度を設定し、前記ステージ制御手段は、前記移動方向入力手段により
設定された移動速度の内で前記移動方向制限手段により
制限された方向への速度成分で前記試料ステージを駆動
することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】請求項１又は２記載の走査型電子顕微鏡
であって、前記移動方向入力手段は、回転体と、該回転体の異なる
面の回転角をそれぞれ電気信号に変換する２つのロータ
リエンコーダとを有するトラックボールであることを特
徴とする走査型電子顕微鏡。