JPS5820099B2 - デンシセンソウサガタエイゾウソウチ ノ シヨウテンケンシユツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査型電子顕微鏡のような試料面を電子線ビー
ムで照射して試料の像を作成する装置における焦点検出
装置に関する。

走査型電子顕微鏡等における自動焦点検出の原理は画像
信号における交流成分或は信号の立上りが最大になる焦
点位置を検出するものであるが、画像信号は不規則な波
形でありノイズも含まれるので交流成分とか信号の立上
りの最大を正確に検出することは困難であり誤検出も多
い。

本発明はこの点の改善を目的としたものである。

まず本発明の原理を第１，２図によって説明する。

電子線ビームで試料面を走査しながら電子レンズの焦点
位置を周期的に変えると、変化の途中のどこかで焦点が
合う。

電子レンズの焦点変化の一周期の間の画像信号の交流成
分の強度の変化を画くと第１図のようになる。

この図で横軸は時間であるが、焦点位置が時間の関数で
変化しているから、焦点位置を表わしているものである
。

図でｔｌの時点で焦点が合っている。

第２図は横軸に時間縦軸に焦点位置を示したもので、試
料面がｈｌの高さの所にあるとし、焦点が実線に沿って
変化するとすると１１時点で焦点が合っている。

第１図に戻って交流成分の強度を時間的に積分してみる
。

この積分に当って焦点位置変格の周期Ｔの半分子／２の
時点を境に０−Ｔ／２の間では正の積分をし、Ｔ／２〜
Ｔの間では負の積分をする。

そうすると第１図のようにピークがＴ／２より左にある
ときは積分値は正であり、Ｔ／２より右にあるときは負
となり、ピークがＴ／２の両側にまたがっているときは
ピークの中心がＴ／２のどちら側にあるかによって積分
値の正負が決り、ピークの中心が丁度Ｔ／２の所にある
とき積分値は０となる。

そこで電子レンズの焦点位置を周期的に変えながら全体
として移動できるようにし、上記積分が正のときは焦点
位置を下げ、負のときは上げるようにする。

そうすると積分値はＯに近づいて来るから、積分値がＯ
になった所で電子レンズの焦点位置を固定させれば焦点
が合っている。

これを第２図について説明すると、焦点位置が実線に沿
って周期的変化しているときは合焦位置が時間的にＴ／
２より以前（左側）にあり第１図のピークの積分は正で
あるから、焦点位置を下げて行き、点線に沿って周期的
変化をするようにすると合焦状態がＴ／２の時点におい
て実現されるようになり、このとき上記積分は０になっ
ているから、こ５で焦点位置の変化を停止させればよい
のである。

次に本発明を実施例によって詳述する。

第３図でＢは電子線ビーム、Ｓは試料、Ｄは電子線偏向
コイル、Ｆは対物レンズ、Ｃは補助レンズである。

補助レンズＣにより電子線ビームの焦点位置が周期的′
こ上下せしめられ、対物レンズＦの励磁電流の加減によ
り焦点位置が全体的に上下せしめられる。

Ｅは電子検出器で電子線ビームＢにより照射された試料
面から出る２次電子、反射電子等を捕捉検出し、その出
力によってブラウン管の輝度変調を行って試料面の画像
を得る。

検出器Ｅから得られる画像信号はプリアンプＡで増幅さ
れ、フィルタｆを通して高周波成分が抽出され整流器ｄ
を経て第１図に示すような交流成分の強度を表わす信号
となる。

この信号はレベル検出器りに印加される。

レベル検出器りからは入力が第１図にｅで示すレベルを
超すと信号が出され、この信号が積分回路Ｉで積分され
る。

レベル検出器りと積分回路Ｉとの間に極性切換えゲート
ＧＣが挿入してあり、積分回路■に送られる信号の極性
が第１，２図におけるＴ／２の時点を境に反転せしめら
れる。

第４図は横軸に時間を採った各点の信号波形でイは整流
器ｄの出力、口はレベル検出器の出力、ハは極性切換ゲ
ートＧＣを通ったレベル検出器の出力信号で二は積分回
路■の出力を示し、この図のようにイのカーブがＴ／２
の両側にまたがっているときはその中心の位置によって
積分の値は正、負或は０となる。

時刻Ｔ／２を起点として極めて短い積分値極性判定時間
が採ってあり（第４図ホ）、この時間の終りに積分回路
■はリセットされる。

従って積分回路■の出力は第４図二のようになるのであ
る。

即ちＴ／２以後の積分値は次の焦点位置変化の周期の前
半まで護持されており、その上に次回の周期の前半の積
分が重畳されるのである。

かくしてＴ／２の時点において積分回路■の出力の正負
が判定される。

この判定は第４図ホの信号によって開くゲートｇと並列
で互に逆向きのダイオードｄ１．ｄ２との接続によって
なされ、積分値の正負に従って信号ラインの１或は２に
第４図ホのタイミングで信号が出る。

この信号ラインの一方は可逆カウンタにの加算入力側に
、他方は減算入力側に接続され、積分値の正負の判定信
号は正が加算、負が減算信号としてカウンタＫに印加さ
れる。

カウンタにの計数出力はＤ−ＡコンバータＤＡによって
アナログ信号に変換され、この信号によってレンズＦの
励磁電流電源Ｚが制御されてレンズＦの電流が調節され
、焦点の位置が上下せしめられる。

レンズＦのパワーの変化とは独立に補助レンズＣには鋸
歯状波電流が流されていて、焦点位置は鋸歯状波形で上
下を繰返しながらカウンタにの計数出力によって全体的
に上昇或は下降する。

補助レンズＣに流す鋸歯状波電流は偏向コイルＤに与え
る掃引信号を利用しこれを増幅したものを用いる。

上記掃引信号は正負均等に振分けた鋸歯状波形であるか
ら、レベル検出器ｌにおいて掃引信号の正の範囲を検出
し、この検出器の出力によって極性切換えゲートＧＣを
操作して正の範囲ではレベル検出器りの出力を反転して
積分回路に送るようにする。

また検出器ｌの検出出力の立上りによって単安定マルチ
バイブレークＭをトリガーして第４図ホの波形の信号を
得、これをゲートｇに送る。

またこのホの波形信号の立下りで積分回路■をリセット
する。

またこのホの信号の存在期間中に積分回路Ｉの出力が０
（０に近い微小範囲を含む）のとき、補助コイルＣの電
流の変化を停止させるため、積分回路■の正負側れの出
力によっても閉じられるゲートｇ′を通して単安定マル
チバイブレークＭから出される信号（第４図ホ）をゲー
トＧ１．Ｇ２に送ってこれを閉じる。

このタイミングにおいて補助コイルＣの電流は丁度Ｏで
あるから、ゲー）Ｇ２が開かれてもそのために電子線ビ
ームの焦点位置は変化せず、ゲー１−０１が閉じられる
ので以後カウンタにの計数も変化せず焦点位置が固定さ
れる。

上述装置を動作させるためには対物レンズＦは予め成る
程度合焦に近い状態にしておく必要がある。

即ち補助コイルＣによる焦点移動の範囲内に合焦位置が
ないと、第１図に示す信号が出ず、積分回路の出力は０
のま＼であるから、あたかも焦点が合っているかのよう
に誤認される。

対物レンズＦを合焦状態に粗調整するのは電源Ｚを手動
調整して画像を見ながら行ってもよいが時間がかＸる。

電子線ビームを掃引しながら数本の走査線を引く間に合
焦状態に粗調整する技術が本願出願人によって本願と同
町こ特許出願された発明の名称「走査型電子線装置の焦
点検出装置」によって開示されている。

それは第３図に点線で概略が示されている。

制御装置によってレンズＦの励磁電流電源を操作して一
定周期で０から成る値（充分短焦点距離になる）まで繰
返し変化させ、この操返しと同期させて規準レベルを段
階的に次第に低下させる比較器において整流器ｄの出力
を規準電圧と比較し、整流器ｄの出力が最初に段階的に
低下して来る規準レベルの何れかを超えたとき、比較器
から出される信号によって制御装置の動作を停止させそ
のときのレンズＦの電流を保持させる。

その後上述本発明装置によるレンズＦの電流の加減を重
畳する。

上述した実施例では対物レンズＦと補助レンズＣとは別
体であるが、対物レンズＦに補助レンズＣに流す鋸歯状
波電流を重畳してもよい。

また本発明に示された方法は非点収差の自動補正にも利
用できる。

非点収差の補正は非点収差を持った補正レンズの強度と
方向とを適当に設定するので、補正レンズの非点強度を
周期Ｔで変化させまた非点収差の方向を周期Ｔ′で回転
させ画像信号が上述構成と同じ構成によって各周期の１
／２の時点に来るように調整し、そこで非点強度の変調
、非点方向の回転を停止させればよい。

画像信号の交流成分が最大になる点を検出するに当って
、最大値の点は必ずしも鮮鋭なピークとなって現れてい
るのではなく、ノイズによって真の最大値でない点を最
大値の点と誤認することが多いのであるが、本発明によ
れば直接最大値の点を検出するのでなく、交流成分の変
化の山の両側の裾の立上りを検出してその中間点として
、或はこの山を前後二つに分けて積分し、両方の積分が
等しくなる分割点として最大値を求めるので最大値の付
近で山の頂上がなだらかであるとか、ノイズ等の影響は
殆んど受けない。

【図面の簡単な説明】

第１図は焦点位置を動かしたときの画像信号の交流成分
の振幅の変化を示すグラフ、第２図は本発明の詳細な説
明する図、第３図は本発明の一実施例の回路構成を示す
ブロック図、第４図は上記における信号のタイムチャー
トである。 Ｂ・・・・・・電子線ビーム、Ｆ・・・・・・対物レン
ズ、Ｓ・・。 ・・・試料、Ｃ・・・・・・補助レンズ、Ｄ・・・・・
・偏向コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子線ビームの走査を受けている試料から得られる
   画像信号から交流成分の振幅変化を取出す手段と、この
   手段から得られる信号を直接或はこの信号をレベル検出
   器を通じて得られる矩形波信号を積分する回路と、この
   積分回路への上記被積分入力信号の符号を切換える手段
   と、電子線ビームの焦点を一定周期で上下させる手段と
   、その−周期の間の上記積分回路の出力の正負を判別す
   る手段と、この判別の正負に従って電子レンズの焦点を
   一方向又は反対方向に変化させる手段と、上。 記正負判別手段によって正負例れの判別信号も出ないと
   き上記電子レンズの焦点位置を周期的に変える手段及び
   一方向或は反対方向に変化させる手段の動作を停止させ
   る手段とよりなり、上記被積分入力信号の符号を切換え
   る手段が電子線ビーム。 の焦点位置を周期的に変化させる手段と同期して焦点位
   置変化の範囲の中央に対応する時点を境として符号の切
   換えをするようになっていることを特徴とする電子線走
   査型影像装置の焦点検出装置。