JPH0831364A

JPH0831364A - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH0831364A
Application number: JP15872594A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamada; 篤山田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1994-07-11
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】オートフォーカスなどの動作を観察条件や試
料の種類に左右されず、常に精度高く行うことができる
走査電子顕微鏡を実現する。【構成】走査速度設定ユニット３０は信号強度分布メ
モリー１９に記憶された信号から、補正された走査速度
を求める。この処理により求められた走査速度は走査速
度設定データメモリー３１に設定される。このデータメ
モリー３１に設定された走査速度は走査速度切換部３３
に供給され、切換部３３は供給された信号に応じて垂直
走査信号発生回路７と垂直走査信号発生回路９を制御
し、電子ビームの走査速度を変化させる。この結果、電
子ビームはより走査速度が遅くされ、検出信号のＳＮ比
は向上することになる。このＳＮ比が向上した状態でオ
ートフォーカス動作が実行されることから、精度の高い
フォーカス合わせが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動的にフォーカス合
わせを行うためのオートフォーカス機能を有した走査電
子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、オートフォーカス機能を有した
従来の走査電子顕微鏡の一例を示している。１は電子銃
（図示せず）から発生し加速された電子ビームである。
２，３は２段偏向コイルであり、２段偏向コイル２，３
の夫々には、水平と垂直方向の偏向コイルが含まれてい
る。４は対物レンズであり、対物レンズ４によって細く
集束された電子ビームは試料５に照射される。６は試料
５への電子ビームの照射によって発生した、例えば、２
次電子を検出するための検出器である。

【０００３】２段偏向コイル２，３の水平方向の偏向コ
イルには、水平走査信号発生回路７から駆動回路８を介
して水平走査信号が供給され、垂直方向偏向コイルに
は、垂直走査信号発生回路９から駆動回路１０を介して
垂直走査信号が供給される。水平走査信号発生回路７と
垂直走査信号発生回路９からの走査信号の速度（周期）
は、コンピュータの如き制御回路１１によって制御され
る。前記検出器６によって検出された信号は、増幅器１
２を介して水平，垂直走査信号が供給されている陰極線
管１３とフィルター回路１４に供給される。フィルター
回路１４の出力信号は絶対値回路１５を介して積分回路
１６に供給され、積分回路１６によって積分される。積
分回路１６の積分値は、ＡＤ変換器１７によってデジタ
ル信号に変換され、制御回路１１内の信号強度分布メモ
リー１９に記憶される。

【０００４】制御回路１１内には信号強度分布メモリー
１９に記憶された多数の積分値の最大値を検出する最大
値検出ユニット２０を有している。更に、制御回路１１
は対物レンズ値設定データメモリー２１，補助コイル値
設定データメモリー２２を有している。対物レンズ値設
定データメモリー２１の値は、ＤＡ変換器２３を介して
対物レンズ駆動回路２４に供給される。また、補助コイ
ル値設定データメモリー２２の値はＤＡ変換器２５を介
して補助コイル２６の駆動回路２７に供給される。な
お、２８は対物レンズ値変換ユニット，２９はオートフ
ォーカスユニットである。このような構成の動作は次の
通りである。

【０００５】通常の２次電子像を観察する場合、所望の
走査速度となるよう制御回路１１は水平走査信号発生回
路７と垂直走査信号発生回路９を制御し、その結果、所
望の偏向信号が偏向コイル２，３に供給され、電子ビー
ム１は、偏向コイル２，３により偏向を受け、試料５の
所望領域を走査する。電子ビームの試料５への照射に伴
って発生した２次電子は、検出器６によって検出され、
その検出信号は、増幅器１２によって増幅された後、走
査信号が供給されている陰極線管１３に供給されること
から、陰極線管１３には試料の２次電子像が表示され
る。

【０００６】次にオートフォーカス動作について図２
（ａ）の補助コイル２６の動作曲線、図２（ｂ）の対物
レンズ４の動作曲線を参照しながら説明する。なお、図
２（ａ），（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は励磁強度
（試料表面とレンズとの間の距離に等しい）である。ま
ず、対物レンズ値設定データメモリー２１に図２（ｂ）
に示す初期値ΔＺを設定し、この初期値に基づいて対物
レンズ駆動回路２４を動作させ、対物レンズ４を励磁す
る。次にオートフォーカススタートユニット２９を動作
させ、補助コイル値設定データメモリー２２の値を図２
（ａ）に示すように変化させる。図２（ａ）では設定値
の変化を便宜上直線状に示したが、具体的には図３
（ａ）に示すようにステップ状に変化させる。

【０００７】このステップ状の変化の都度、偏向コイル
２，３には試料５上の所望領域を１回走査するための走
査信号が供給される。試料５への電子ビームの照射に基
づいて発生した２次電子は検出器６によって検出され
る。検出信号は増幅器１２によって増幅され、フィルタ
ー回路１４によって特定の周波数成分をカットした後、
絶対値回路１５において負信号が反転される。

【０００８】絶対値回路１５の出力は積分回路１６に供
給されて信号の積分が行われる。この積分は試料上の所
望領域の１回の２次元走査の期間実行され、その走査が
終了した後、積分値はＡＤ変換器１７を介して制御回路
１１内の信号強度分布メモリー１９に送られて記憶され
る。このような積分動作を補助コイル２６のステップ状
の励磁変化ごとに、そして、＋Ａから−Ａまで行うと、
図３（ｂ）に示す分布がメモリー１９に記憶されること
になる。

【０００９】制御回路１１内の最大値検出ユニット２０
は、図３（ｂ）の分布の最大値を検出し、その時の補助
コイル２６への励磁強度を対物レンズ値変換ユニット２
８に供給する。なお、この最大値の励磁の時に電子ビー
ムのフォーカスが合っている。この結果、対物レンズ値
設定データメモリー２１の値は初期設定値ΔＺにフォー
カスが合っているときの補助コイルの励磁強度分（初期
値ΔＺと合焦点位置とのずれ量）ΔＺ１が加算された値
となる。対物レンズ４の励磁をΔＺ＋ΔＺ１に設定した
後、再度上記したオートフォーカス動作を実行し、その
時のΔＺ＋ΔＺ１と合焦点値とのずれ量ΔＺ２について
は、補助コイル値設定データメモリー２９にセットされ
る。このセットされる対物レンズの励磁値ΔＺ１と補助
コイルの励磁値ΔＺ２とは、図２（ａ），（ｂ）に示さ
れている。このΔＺ１とΔＺ２との設定完了によってオ
ートフォーカス動作は終了する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したオートフォー
カスにおいては、試料に電子ビームを照射した結果発生
した２次電子を検出している。この検出された２次電子
のＳＮ比は、観察条件、試料の種類などによって変化す
る。このため、ＳＮ比の良い条件下では図４（ａ）に示
すような信号が得られ。逆にＳＮ比の悪い条件下では図
４（ｂ）に示す信号が得られる。図４（ａ）のＳＮ比の
良い場合には、フォーカスステップ変化時の信号強度変
化が明瞭に現れ、正確な合焦点位置検出を行うことがで
きる。しかし、図４（ｂ）のＳＮ比の悪い場合にはフォ
ーカスステップ変化時の信号強度変化が現れにくく、正
確な合焦点位置検出が困難となる。

【００１１】従来のオートフォーカス動作時のスキャン
スピードは、信号のＳＮ比に関係なく一定の走査速度で
試料上を電子ビームで走査している。従って、オートフ
ォーカス動作の精度は、検出信号のＳＮ比によって大き
く左右されることになる。

【００１２】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、オートフォーカスなどの動作を観
察条件や試料の種類に左右されず、常に精度高く行うこ
とができる走査電子顕微鏡を実現するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく走査電子
顕微鏡は、電子ビームを試料上に細く集束するとともに
試料上で電子ビームを２次元的に走査し、試料から得ら
れた信号を検出し、検出信号に基づいて試料の走査像を
得るようにした走査電子顕微鏡において、ステップ状に
電子ビームの焦点を変化させる手段と、ステップ状の焦
点の変化に応じて試料から得られた信号を記憶する手段
とを備えており、該記憶手段に記憶された信号に基づい
て得られたＳＮ比に応じた信号により、試料上の電子ビ
ームの走査速度を制御するように構成したことを特徴と
している。

【００１４】

【作用】本発明に基づく走査電子顕微鏡は、対物レンズ
などの励磁をステップ状に変化させ、そのステップ状の
変化の都度試料から得られた信号を検出し、その信号に
基づいてＳＮ比を求め、このＳＮ比が向上するように試
料上の電子ビームの走査速度を制御する。

【００１５】

【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５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１の従来装置と同一ないしは類
似部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略す
る。制御回路１１には信号強度分布メモリー１９に記憶
された信号に基づいて、電子ビームの走査速度を設定す
る走査速度設定ユニット３０が設けられている。この走
査速度設定ユニット３０で得られた走査速度に応じた信
号は、制御回路１１内の走査速度設定データメモリー３
１とコンデンサレンズ設定データメモリー３２に供給さ
れる。

【００１６】走査速度設定データメモリー３１の値は走
査速度切換部３３に供給される。走査速度切換部３３は
垂直走査信号発生回路７と水平走査信号発生回路９とを
制御し、各走査信号の走査速度を切り換える。コンデン
サレンズ設定データメモリー３２の値はＤＡ変換器３４
を介してコンデンサレンズ駆動回路３５に供給される。
コンデンサレンズ駆動回路３５は、コンデンサレンズ３
６，３７に励磁電流を供給する。このような構成の動作
は次の通りである。

【００１７】通常の２次電子像を観察する場合も、対物
レンズ４のフォーカス合わせを行う場合も図１の従来装
置と同様にして行われる。ここで、信号強度分布メモリ
ー１９に記憶された信号に基づいて、走査速度設定ユニ
ット３０は電子ビームの走査速度の演算を行う。図６は
信号強度分布メモリー１９に記憶された信号分布を示し
ており、横軸がフォーカスの変化、縦軸が信号強度であ
る。

【００１８】この信号強度分布の内、斜線を施した信号
変化曲線のベース部分Ｎがノイズ成分であり、検出器と
してのフォトマルチプライアーのショットノイズ、検出
系のノイズなどである。そしてこのノイズ成分Ｎに乗っ
ている部分が信号成分Ｓで、試料の凹凸情報である。こ
の信号強度分布は、ＳＮ比の良い場合にはノイズ成分Ｎ
が小さく、信号部分Ｓの占める割合が高い。逆に、ＳＮ
比の悪い場合は信号部分Ｓが小さく、ノイズ部分Ｎの占
める割合が高くなる。

【００１９】この時、信号強度分布の信号部分Ｓに対し
てノイズ部分Ｎの割合が大きい場合、走査速度設定ユニ
ット３０は信号強度分布メモリー１９に記憶された信号
から、信号部分Ｓとノイズ部分Ｎを求め、この信号から
走査速度変更係数Ａ（＝Ｎ／Ｓ）を求める。更に、ユニ
ット３０は係数Ａと最初の信号強度分布取得時の走査速
度Ｖ１と、走査速度補正係数Ｈｓ（走査速度の変化量の
補正）から、補正された走査速度Ｖ２（＝Ｖ１×Ａ×Ｈ
ｓ）を求める。

【００２０】上記した処理により求められた走査速度Ｖ
２は走査速度設定データメモリー３１に設定される。こ
のデータメモリー３１に設定された走査速度Ｖ２は走査
速度切換部３３に供給され、切換部３３は供給された信
号に応じて垂直走査信号発生回路７と水平走査信号発生
回路９を制御し、電子ビームの走査速度をＶ２とする。
この結果、電子ビームはより走査速度が遅くされ、検出
信号のＳＮ比は向上することになる。このＳＮ比が向上
した状態で２回目のオートフォーカス動作が実行される
ことから、精度の高いフォーカス合わせが行われる。

【００２１】なお、ＳＮ比が極めて悪く、信号部分の変
化がないような場合には、まず、自動的に走査速度をＭ
倍遅くする処理が実行され、その後、前記したＳＮ比を
向上させる走査速度の切り換え処理が実行される。この
ように、ＳＮ比の悪い場合には、電子ビームの走査速度
を遅くしたので、再度オートフォーカス動作を行って得
られた信号強度分布は、信号部分に対してノイズ部分が
小さくなり、合焦点位置検出がしやすい分布となる。

【００２２】更に、図５の実施例では、最初のオートフ
ォーカス動作によって信号強度分布メモリー１９に記憶
された図６に示した信号強度分布より、信号部分とノイ
ズ部分の割合から、オートフォーカスと同時に、照射電
流調整による画像のＳＮ比を向上させ、よりノイズ成分
の少ない観察条件とすることができる。すなわち、走査
速度設定ユニット３０は信号強度分布メモリー１９に記
憶された信号から、信号部分Ｓとノイズ部分Ｎを求め、
この信号からコンデンサレンズ変更係数Ｋ（＝Ｎ／Ｓ）
を求める。更に、ユニット３０は係数Ｃと最初の信号強
度分布取得時のコンデンサレンズ値Ｃ１と、コンデンサ
レンズ補正係数Ｈｃ（コンデンサレンズの変化量の補
正）から、補正されたコンデンサレンズ値Ｃ２（＝Ｃ１
×Ｋ×Ｈｃ）を求める。

【００２３】上記した処理により求められたコンデンサ
レンズ値Ｃ２はコンデンサレンズ設定データメモリー３
２に設定される。このデータメモリー３２に設定された
コンデンサレンズ値Ｃ２は、ＤＡ変換器３４を介して駆
動回路３５に供給される。駆動回路３５からコンデンサ
レンズ３６，３７には、ＳＮ比を向上させるように、照
射電流調整がなされた励磁電流が供給される。

【００２４】以上本発明の一実施例を詳述したが、本発
明はこの実施例に限定されない。例えば、２次電子を検
出したが、反射電子を検出してもよい。また、オートフ
ォーカス動作を例に説明したが、本発明はオートフォー
カス動作だけでなく、オート非点動作やオートコントラ
スト動作，オートブライトネス動作の時にも用いること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく走
査電子顕微鏡は、対物レンズなどの励磁をステップ状に
変化させ、そのステップ状の変化の都度試料から得られ
た信号を検出し、その信号に基づいてＳＮ比を求め、こ
のＳＮ比が向上するように試料上の電子ビームの走査速
度を制御するように構成したので、オートフォーカスな
どの動作を観察条件や試料の種類に左右されず、常に精
度高く行うことができる。また、ＳＮ比が極端に悪く画
面上で像が観察できないような試料でも、フォーカス合
わせを行うことができる。更に、第１回目の走査速度を
試料がチャージアップしにくい速度から始め、その後、
フォーカス合わせできる走査速度とすることができるた
め、試料のダメージを最小限にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オートフォーカス機能を有した従来の走査電子
顕微鏡を示す図である。

【図２】図１の走査電子顕微鏡によるオートフォーカス
動作を説明するために用いた信号波系図である。

【図３】図１の走査電子顕微鏡によるオートフォーカス
動作を説明するために用いた信号波系図である。

【図４】ＳＮ比の良い時の信号変化とＳＮ比の悪い時の
信号変化を示す図である。

【図５】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６】検出信号の内の信号部分とノイズ部分を示す図
である。

【符号の説明】

１電子ビーム２，３偏向コイル４対物レンズ５試料６検出器７水平走査信号発生回路８，１０，２４，２７，３５駆動回路９垂直走査信号発生回路１１制御回路１４フィルタ回路１５絶対値回路１６積分回路１７ＡＤ変換器２０最大値検出ユニット２１対物レンズ値設定データメモリー２２補助コイル値設定データメモリー２３，２５，３４ＤＡ変換器２６補助コイル２８対物レンズ値変換ユニット２９オートフォーカスユニット３０走査速度設定ユニット３１走査速度設定データメモリー３２コンデンサレンズ設定データメモリー３３走査速度切換部３６，３７コンデンサレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを試料上に細く集束するとと
もに試料上で電子ビームを２次元的に走査し、試料から
得られた信号を検出し、検出信号に基づいて試料の走査
像を得るようにした走査電子顕微鏡において、ステップ
状に電子ビームの焦点を変化させる手段と、ステップ状
の焦点の変化に応じて試料から得られた信号を記憶する
手段とを備えており、該記憶手段に記憶された信号に基
づいて得られたＳＮ比に応じた信号により、試料上の電
子ビームの走査速度を制御するように構成した走査電子
顕微鏡。
【請求項２】該記憶手段に記憶された信号に基づいて
得られたＳＮ比に応じた信号により、電子ビームを集束
するコンデンサレンズの励磁強度を制御するように構成
した請求項１記載の走査電子顕微鏡。