JPH1012175A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作パネルを簡単化し、更に、ノイズの発生
を少なくすることができる荷電粒子ビーム装置を実現す
る。 【解決手段】 例えば、電子ビームの軸合わせを行う場
合、モード切換スイッチ４４を切り換え、アライメント
調整モードに対応した信号が、プライオリティーエンコ
ーダ５３により符号化され、並直列変換器５４に送ら
れ、更に、直列通信路５５を通って直並列変換器５６に
供給される。マイクロプロセッサ５７は、直並列変換器
５６から送られた符号化された信号を判断し、アライメ
ント調整モードであることを判断する。その後、ロータ
リーエンコーダ４１を回転させると、右回転か左回転か
の信号と回転数はプライオリティーエンコーダ５３によ
り符号化され、マイクロプロセッサ５７に供給される。
マイクロプロセッサ５７は、供給された信号に基づい
て、アライメント値レジスタ３５の値を変化させ、所望
のアライメント値がアライメントコイル６に供給され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡や
イオンビーム装置などにおいて、荷電粒子ビームを集束
し偏向するレンズやコイルなどの制御手段を簡単な構成
により調整するようにした荷電粒子ビーム装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の走査電子顕微鏡では、電子銃から
の一次電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズによ
り試料上に細く集束し、更に、一次電子ビームを走査コ
イルにより試料上で２次元的に走査している。そして試
料への電子ビームの照射によって発生した２次電子等を
検出し、検出信号を電子ビームの走査と同期した陰極線
管に供給して陰極線管上に２次電子像などを表示するよ
うにしている。

【０００３】このような走査電子顕微鏡において、電子
銃から発生した電子ビームはコンデンサレンズや対物レ
ンズで集束され、更に、走査コイルによって２次元的に
走査される。このような各種のレンズやコイルの制御
は、ロータリーエンコーダ、カウンタ、ＤＡ変換器、増
幅器によって行われる。図１にこのような走査電子顕微
鏡を示す。

【０００４】図において、１は電子銃であり、電子銃１
から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレ
ンズ２と対物レンズ３とによって試料４上に細く集束さ
れる。また、電子ビームＥＢは走査コイル５に供給され
る走査信号により、試料４上で２次元的に走査される。
更に、電子ビームの光軸に沿って、電子銃１からの電子
ビームの軸合わせを行うためのアライメントコイル６
や、電子ビームの非点を補正するためのスティグマコイ
ル７が配置されている。

【０００５】試料４への電子ビームＥＢの照射によって
発生した２次電子は、検出器８によって検出される。検
出器８の検出信号は、増幅器９によって増幅された後、
走査コイル５による電子ビームの２次元走査と同期した
陰極線管１０に供給され、陰極線管１０には試料４の走
査像が表示される。

【０００６】アライメントコイル６には、アライメント
用のロータリーエンコーダ１１、カウンタ１２、ＤＡ変
換器１３、増幅器１４によりアライメント信号が供給さ
れる。すなわち、アライメント用のロータリーエンコー
ダ１１を回転させることによりパルス信号が発生し、こ
の信号がアライメント値カウンタ１２に供給されてカウ
ントされる。このカウンタ１２のカウント値がＤＡ変換
器１３に供給されてアナログ信号に変換され、増幅器１
４によって増幅されてアライメント用信号としてアライ
メントコイル６に供給される。

【０００７】なお、カウンタ１２はアップダウンカウン
タであり、ロータリーエンコーダ１１を例えば右回転さ
せるとカウンタ１２はアップカウントし、左回転させる
とカウンタ１２はダウンカウントを行う。この結果、ロ
ータリーエンコーダー１１の左右への回転動作により、
アライメントコイル６への電流を変化させることがで
き、電子ビームの軸合わせを任意に行うことができる。

【０００８】コンデンサレンズ２には、プローブ電流調
整用ロータリーエンコーダ１５、カウンタ１６、ＤＡ変
換器１７、増幅器１８により励磁電流が供給される。す
なわち、プローブ電流調整用のロータリーエンコーダ１
５を回転させることによりパルス信号が発生し、この信
号がプローブ電流値カウンタ１６に供給されてカウント
される。このカウンタ１６のカウント値がＤＡ変換器１
７に供給されてアナログ信号に変換され、増幅器１８に
よって増幅されてコンデンサレンズ２の励磁電流とされ
る。

【０００９】なお、カウンタ１６はアップダウンカウン
タであり、ロータリーエンコーダ１５を例えば右回転さ
せるとカウンタ１６はアップカウントし、左回転させる
とカウンタ１６はダウンカウントを行う。この結果、ロ
ータリーエンコーダ１５の左右への回転動作により、コ
ンデンサレンズ２の励磁電流を変化させることができ、
電子ビームのビーム電流の調整を任意に行うことができ
る。

【００１０】対物レンズ３には、フォーカス調整用ロー
タリーエンコーダ１９、カウンタ２０、ＤＡ変換器２
１、増幅器２２により励磁電流が供給される。すなわ
ち、フォーカス電流調整用のロータリーエンコーダ１９
を回転させることによりパルス信号が発生し、この信号
がフォーカス値カウンタ２０に供給されてカウントされ
る。このカウンタ２０のカウント値がＤＡ変換器２１に
供給されてアナログ信号に変換され、増幅器２２によっ
て増幅されて対物レンズ３の励磁電流とされる。

【００１１】なお、カウンタ２０はアップダウンカウン
タであり、ロータリーエンコーダ１９を例えば右回転さ
せるとカウンタ２０はアップカウントし、左回転させる
とカウンタ２０はダウンカウントを行う。この結果、ロ
ータリーエンコーダ１９の左右への回転動作により、対
物レンズ３の励磁電流を変化させることができ、電子ビ
ームのフォーカスの調整を任意に行うことができる。

【００１２】スティグマコイル７には、非点補正用のロ
ータリーエンコーダ２３、カウンタ２４、ＤＡ変換器２
５、増幅器２６により非点補正信号が供給される。すな
わち、非点補正用のロータリーエンコーダ２３を回転さ
せることによりパルス信号が発生し、この信号がスティ
グマ値カウンタ２４に供給されてカウントされる。この
カウンタ２４のカウント値がＤＡ変換器２５に供給され
てアナログ信号に変換され、増幅器２６によって増幅さ
れて非点補正用信号としてスティグマコイル７に供給さ
れる。

【００１３】なお、カウンタ２４はアップダウンカウン
タであり、ロータリーエンコーダ２３を例えば右回転さ
せるとカウンタ２４はアップカウントし、左回転させる
とカウンタ２４はダウンカウントを行う。この結果、ロ
ータリーエンコーダ２３の左右への回転動作により、ス
ティグマコイル７への電流を変化させることができ、電
子ビームの非点補正を任意に行うことができる。

【００１４】走査コイル５には、ＤＡ変換器２７からア
ナログ信号に変換された走査信号が増幅器２８を介して
供給される。ＤＡ変換器２７には、走査信号発生器２９
からの鋸歯状の走査信号が供給され、更に、倍率値カウ
ンタ３０からの倍率に応じた信号が供給される。この結
果、走査信号発生器２９からの走査信号は、その振幅が
倍率値カウンタ３０からの信号に基づいて変えられる。

【００１５】走査信号発生器２９からの走査信号の走査
速度は、切換スイッチ３１により切り換えられ、また、
倍率値カウンタ３０のカウント値は、ロータリーエンコ
ーダ３２の回転動作により変えられる。カウンタ３０は
アップダウンカウンタであり、ロータリーエンコーダ３
２を例えば右回転させるとカウンタ３０はアップカウン
トし、左回転させるとカウンタ３０はダウンカウントを
行う。この結果、ロータリーエンコーダ３２の左右への
回転動作により、ＤＡ変換器２７により変換される走査
信号の倍率は任意に変えることができる。

【００１６】このように、図１に示した走査電子顕微鏡
では、ロータリーエンコーダ１５の操作により試料４に
照射される電子ビームの電流量を調整でき、また、ロー
タリーエンコーダ１９の操作により試料４に照射される
電子ビームのフォーカスを調整することができる。

【００１７】更に、ロータリーエンコーダ１１の操作に
より電子ビームの軸合わせを行うことができ、また、ロ
ータリーエンコーダ２３の操作により試料４に照射され
る電子ビームの非点の補正をすることができる。

【００１８】更にまた、試料上の電子ビームの走査速度
は、切換スイッチ３１を操作することによって行え、走
査倍率の設定は、ロータリーエンコーダ３２の操作によ
り任意に行うことができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記した走査電子顕微
鏡では、試料に照射される電子ビームのプローブ電流や
フォーカス、電子ビームの走査速度や倍率、電子ビーム
のアライメントや非点補正などの調整用のロータリーエ
ンコーダやスイッチの数が、電子光学系のレンズの数と
ほぼ等しくなり、操作パネルが複雑となってしまう。ま
た、信号線の数が多く、操作部を鏡筒から離すと、ノイ
ズにより各回路動作が不安定となる欠点も有している。

【００２０】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、操作パネルを簡単化し、更に、ノ
イズの発生を少なくすることができる荷電粒子ビーム装
置を実現するにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを集束しあるい
は偏向するための複数の制御手段と、各制御手段に対応
して設けられたレジスタと、レジスタの値をＤＡ変換し
て信号を供給する信号供給系と、調整モード切換スイッ
チと、レジスタ設定量可変手段とを備えており、調整モ
ード切換スイッチにより選択された特定の制御手段に対
応したレジスタの値をレジスタ設定量可変手段により変
えるように構成したことを特徴としている。

【００２２】請求項１の発明では、荷電粒子ビームを集
束しあるいは偏向するための複数の制御手段を、少ない
数の調整モード切換手段とレジスタ設定量可変手段とに
よって調整する。

【００２３】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置は、請求項１の発明に加えて、調整モード切換スイッ
チと、レジスタ設定量可変手段との出力信号は、プライ
オリティエンコーダを介して、並直列変換器に供給さ
れ、並直列変換器の出力信号は直列通信路を介して直並
列変換器に供給され、直並列変換器からの信号が所定の
レジスタに供給されてレジスタの値を設定するように構
成したことを特徴としている。

【００２４】請求項２の発明では、調整モード切換スイ
ッチと、レジスタ設定量可変手段との出力信号を直列通
信路を介してレジスタ側に供給する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図２は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の一例を示しており、図１の従来装置と同一
ないしは類似の構成要素には、同一番号を付しその詳細
な説明は省略する。

【００２６】アライメントコイル６用のＤＡ変換器１３
には、アライメント値レジスタ３５のレジスト値が供給
される。コンデンサレンズ２用のＤＡ変換器１７には、
コンデンサレンズ値レジスタ３６のレジスト値が供給さ
れる。対物レンズ３用のＤＡ変換器２１には、フォーカ
ス値レジスタ３７のレジスト値が供給される。

【００２７】スティグマコイル７用のＤＡ変換器２５に
は、スティグマ値レジスタ３８のレジスト値が供給され
る。更に、走査コイル５用のＤＡ変換器２７には、走査
信号発生器２９と倍率値レジスタ３９のレジスト値が供
給されるが、走査信号発生器２９からの走査信号の走査
速度は、レジスタ４０のレジスト値によって変えられ
る。

【００２８】走査電子顕微鏡の操作パネルには、ロータ
リーエンコーダ４１，４２，４３とモード切換スイッチ
４４，４５が設けられている。ロータリーエンコーダ４
１，４２，４３を１ノッチ回転させると、それぞれ回転
方向検出器４６，４７，４８が右または左回転検出信号
を発生する。

【００２９】モード切換スイッチ４４，４５は、ＯＮ／
ＯＦＦ検出器４９，５０でＯＮまたはＯＦＦ検出信号を
発生する。このスイッチ４４，４５は同時に押しても情
報が欠落しないように、待ちレジスタ５１，５２がそれ
ぞれ備えられている。

【００３０】回転方向検出器４６，４７，４８の検出信
号と、待ちレジスタ５１，５２を介してのＯＮ／ＯＦＦ
検出器４９，５０の検出信号とは、プライオリティーエ
ンコーダ５３に供給され、このエンコーダ５３により８
ビット程度の符号に変換される。この際、同時に複数の
検出信号が発生したとき、優先順位の低い方の信号は符
号化されず、予め設定した優先順位の高い信号から符号
化されるため、各ロータリーエンコーダや切換スイッチ
を同時に操作しても問題は生じない。

【００３１】プライオリティーエンコーダ５３では、８
ビットの符号で２５６の状態、つまり、ロータリーエン
コーダ４１，４２，４３とスイッチ４４，４５の組み合
わせの合計が１２８個まで符号化できる。

【００３２】プライオリティーエンコーダ５３からの符
号は、並直列変換器５４で直列信号に変換されて直列通
信路５５を通った後、直並列変換器５６で並列信号に戻
される。直並列変換器５６からの並列信号は、マイクロ
プロセッサ５７に供給される。マイクロプロセッサ５７
は供給された符号を解析して、予め定められたレジスタ
３５，３６，３７，３８，３９，４０の値を増減させ
る。

【００３３】マイクロプロセッサ５７は、現在どの調整
モードであるかの判断を行い、この判断に基づき、モー
ド切換スイッチ４４に対応した表示手段５８のランプの
点灯を制御する。図３は表示手段５８の一例を示してお
り、ランプ５９はアライメントの調整時に点灯し、ラン
プ６０はプローブ電流の調整時に点灯し、ランプ６１は
像倍率の調整時に点灯し、ランプ６２は走査速度の調整
時に点灯し、ランプ６３は電子ビームのフォーカス調整
時に点灯し、ランプ６４は非点補正の調整時に点灯す
る。また、マイクロプロセッサ５７は陰極線管６５にど
の調整を行っているかの表示を行う。このような構成の
動作を次に説明する。

【００３４】２次電子像を観察する場合、電子銃からの
電子ビームをコンデンサレンズ２１と対物レンズ３によ
って試料４上に細く絞って照射すると共に、走査コイル
５，６により試料上で電子ビームを２次元的に走査す
る。試料への電子ビームの照射によって発生した２次電
子は、この図２では図示していないが、２次電子検出器
によって検出され、検出器の検出信号は陰極線管に供給
されることから、陰極線管上に２次電子像が表示され
る。

【００３５】さて、アライメントコイル６により電子ビ
ームの軸合わせを行う場合、モード切換スイッチ４４を
切り換え、アライメント調整モードとする。この切換ス
イッチ４４によるアライメント調整モードに対応した信
号は、ＯＮ／ＯＦＦ検出器４９により待ちレジスタ５１
に送られる。この待ちレジスタ５１に記憶された信号
は、プライオリティーエンコーダ５３により符号化さ
れ、並直列変換器５４に送られ、更に、直列通信路５５
を通って直並列変換器５６に供給される。

【００３６】マイクロプロセッサ５７は、直並列変換器
５６から送られた符号化された信号を判断し、アライメ
ント調整モードであることを判断する。この時、マイク
ロプロセッサ５７は表示手段５８のランプ５９を点灯さ
せ、装置の調整モードが電子ビームのアライメントであ
ることをオペレータに認識させる。なお、マイクロプロ
セッサ５７は陰極線管６５にも調整モードがアライメン
トであることを表示させる。

【００３７】その後、ロータリーエンコーダ４１を回転
させると、回転方向検出器４６はその回転方向を判断
し、右回転か左回転かの信号と回転数をプライオリティ
ーエンコーダ５３に供給する。これらの信号は符号化さ
れ、マイクロプロセッサ５７に供給される。マイクロプ
ロセッサ５７は、アライメント調整モードであるので、
供給された信号に基づいて、アライメント値レジスタ３
５の値を変化させる。この結果、レジスタ３５の値は任
意に調整され、所望のアライメント値がアライメントコ
イル６に供給される。

【００３８】なお、ロータリーエンコーダ４１が右回転
の場合には、レジスタ３５の値が回転数に応じて加算さ
れ、逆に、ロータリーエンコーダ４１が左回転の場合に
は、レジスタ３５の値が回転数に応じて減算される。ま
た、このロータリーエンコーダの回転方向と各レジスタ
の加減算の関係は、後述するモードでも同様である。

【００３９】次に、コンデンサレンズ２の励磁強度を変
え、試料に照射される電子ビームの電流量を任意に変え
る場合、モード切換スイッチ４４を切り換え、プローブ
電流調整モードとする。この切換スイッチ４４によるプ
ローブ電流調整モードに対応した信号は、ＯＮ／ＯＦＦ
検出器４９により待ちレジスタ５１に送られる。この待
ちレジスタ５１に記憶された信号は、プライオリティー
エンコーダ５３により符号化され、並直列変換器５４に
送られ、更に、直列通信路５５を通って直並列変換器５
６に供給される。

【００４０】マイクロプロセッサ５７は、直並列変換器
５６から送られた符号化された信号を判断し、プローブ
電流調整モードであることを判断する。この時、マイク
ロプロセッサ５７は表示手段５８のランプ６０を点灯さ
せ、装置の調整モードが電子ビームのプローブ電流量で
あることをオペレータに認識させる。なお、マイクロプ
ロセッサ５７は陰極線管６５にも調整モードがプローブ
電流の調整であることを表示させる。

【００４１】その後、ロータリーエンコーダ４１を回転
させると、回転方向検出器４６はその回転方向を判断
し、右回転か左回転かの信号と回転数をプライオリティ
ーエンコーダ５３に供給する。これらの信号は符号化さ
れ、マイクロプロセッサ５７に供給される。マイクロプ
ロセッサ５７は、プローブ電流調整モードであるので、
供給された信号に基づいて、プローブ電流値レジスタ３
６の値を変化させる。この結果、レジスタ３６の値は任
意に調整され、所望のレンズ電流がコンデンサレンズ２
に供給される。

【００４２】走査コイル５に供給される走査信号の走査
速度を変える場合には、切換スイッチ４４を切り換えて
モードを走査速度の調整モードとし、前記したと同様な
動作により、レジスタ４０の値が所望の走査速度に対応
したものとされる。また、走査信号の振幅を変え倍率を
任意に調整する場合には、切換スイッチ４４を切り換え
てモードを倍率設定モードとし、前記したと同様な動作
により、レジスタ３９の値が所望の倍率に対応したもの
とされる。

【００４３】更に、電子ビームのフォーカスを調整する
場合には、モード切換スイッチ４４とロータリーエンコ
ーダ４１とによってレジスタ３７の値が変えられて、対
物レンズ３に供給される励磁電流量が変えられる。ま
た、電子ビームの非点を補正する場合には、モード切換
スイッチ４４とロータリーエンコーダ４１とによってレ
ジスタ３８の値が変えられて、スティグマコイル７に供
給される電流量が変えられる。

【００４４】なお、ロータリーエンコーダ４２，４３と
モード切換スイッチ４５とは、上記した調整モード以外
のモード用に設けられている。また、ロータリーエンコ
ーダとモード切換スイッチが各１個しか設けられない場
合も考えられるが、このような場合にも、プライオリテ
ィエンコーダ５３は必要である。その場合、ロータリー
エンコーダとモード切換スイッチが同時に操作されたと
きには、モード切換スイッチからの信号がプライオリテ
ィエンコーダにより優先的に送信される。

【００４５】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、走査電子顕微
鏡を例に説明したが、他の電子ビーム装置やイオンビー
ム装置など、多数のレンズやコイルを備えた荷電粒子ビ
ーム装置にも本発明を適用することができる。また、電
磁レンズやコイルへの電流の制御を例に説明したが、静
電レンズの制御にも本発明を適用することができる。更
に、ロータリーエンコーダとモード切換スイッチの数
は、実施の形態に限られず、任意に変更が可能である。
更にまた、調整モードの表示をランプと陰極線管の両者
で行うようにしたが、そのいずれかであっても良い。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明では、荷電粒子ビームを
集束しあるいは偏向するための複数の制御手段と、各制
御手段に対応して設けられたレジスタと、レジスタの値
をＤＡ変換して信号を供給する信号供給系と、調整モー
ド切換スイッチと、レジスタ設定量可変手段とを備えて
おり、調整モード切換スイッチにより選択された特定の
制御手段に対応したレジスタの値をレジスタ設定量可変
手段により変えるように構成したので、少ない数のレジ
スタ設定量可変手段（例えばロータリーエンコーダ）を
用いて数多くの調整操作が可能となる。その結果、操作
パネルを簡単化できる。

【００４７】請求項２の発明では、請求項１の発明に加
えて、調整モード切換スイッチと、レジスタ設定量可変
手段との出力信号は、プライオリティエンコーダを介し
て、並直列変換器に供給され、並直列変換器の出力信号
は直列通信路を介して直並列変換器に供給され、直並列
変換器からの信号が所定のレジスタに供給されてレジス
タの値を設定するように構成した。その結果、操作部と
被制御系である荷電粒子ビームの鏡筒間が直列通信路で
接続されるため、信号線の数が少なくなり、操作部を鏡
筒から離す構造が作りやすい。また、信号線の数が少な
いので、ノイズの混入を大幅に減らすことができ、回路
動作がノイズにより不安定となることは防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の走査電子顕微鏡を示す図である。

【図２】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図
である。

【図３】表示ランプの一例を示す図である。

【符号の説明】

２ コンデンサレンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 走査コイル ６ アライメントコイル ７ スティグマコイル １３，１７，２１，２５，２７ ＤＡ変換器 １４，１８，２２，２６，２８ 増幅器 ２９ 走査信号発生器 ３５，３６，３７，３８，３９，４０ レジスタ ４１，４２，４３ ロータリーエンコーダ ４４，４５ モード切換スイッチ ４６，４７，４８ 回転方向検出器 ４９，５０ ＯＮ／ＯＦＦ検出器 ５１，５２ 待ちレジスタ ５３ プライオリティエンコーダ ５４ 並直列変換器 ５５ 直列通信路 ５６ 直並列変換器 ５７ マイクロプロセッサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを集束しあるいは偏向す
   るための複数の制御手段と、各制御手段に対応して設け
   られたレジスタと、レジスタの値をＤＡ変換して信号を
   供給する信号供給系と、調整モード切換スイッチと、レ
   ジスタ設定量可変手段とを備えており、調整モード切換
   スイッチにより選択された特定の制御手段に対応したレ
   ジスタの値をレジスタ設定量可変手段により変えるよう
   に構成した荷電粒子ビーム装置。
2. 【請求項２】 調整モード切換スイッチと、レジスタ設
   定量可変手段との出力信号は、プライオリティエンコー
   ダを介して、並直列変換器に供給され、並直列変換器の
   出力信号は直列通信路を介して直並列変換器に供給さ
   れ、直並列変換器からの信号が所定のレジスタに供給さ
   れてレジスタの値を設定するように構成した請求項１記
   載の荷電粒子ビーム装置。