JPS5842938B2 - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、走査形電子顕微鏡に関するもので、特に像の
表示方式に関するものである。

走査形電子顕微鏡の走査速度は一般には、極めて遅く、
１画面を形成するに、１０〜８０秒を必要とする。

これは通常使われている電子源が熱電子源であり、目的
とする分解能（〜１００Ａ）を得ようとすると、電子ビ
ームの電流が１（ｉ−１２Ａ台になってしまい、必然的
に上記のように走査速度を遅くせざるをえない。

この方法では、残光性の高い螢光体を塗布したブラウン
管を用い、残光像において、試料位置の確認、焦点合せ
、非点補正を行なう。

このため、上記操作に要する時間は走査速度（１０〜８
０秒）により決定されるため、操作に長時間を要する。

また上記残光像の明るさは１秒程度で低下して非常に見
づらくなり操作に熟練を要する。

ところで電子源に電界放射形陰極を用いると、１００人
の分解能としても、電子ビームが１０−’Ａ台となる。

この条件では、１画面の形成を１１５０秒等のいわゆる
ＴＶ周波数にすることが可能となる。

このような高速走査では、試料像全体を同時に観察する
ことができ、焦点合わせや、非点補正、視野の選択を極
めて迅速かつ容易に行なうことが出来、操作性がきわめ
てよい。

しかしながら、走査像を写真にした場合には、低速走査
で得た写真に比較して劣る。

これはたとえば高速走査の場合走査線数が、低速走査の
約２０００本に対して、約５００本と少いことに起因す
る。

そこで電界放射形陰極を用いて、高速走査を行ない、試
料像全体を同時に観察し、かつ走査線数を２０００本程
度にして、写真の質をよくしようとすれば、技術的に非
常に困難であり、またコスト高となり、いまだ実現され
ていない。

本発明の目的は、操作性がよく、かつ良質の写真を得る
走査形電子顕微鏡を提供することにある。

本発明の別の目的は、上記補正の基準となる補正信号の
時間的変動を極力少なくした装置を提供することにある
。

そのために、高速で試料上の特定の範囲を走査し、該走
査範囲から発生する二次電子量に相当する信号を積分し
、その積分値を補正信号として、低速走査像内の変動を
消去することを特徴とじている。

さらに、上記高速走査範囲と低速走査範囲とを一致させ
かつ高速走査用表示ブラウン管を設は低速走査と、高速
走査を交互に時分割で行い、高速走査で試料を観察し、
低速走査で良質の写真を同時に得ることを特徴としてい
る。

ここで述べている、低速走査と高速走査は、下記のよう
な理由により、毎秒１０フレ一ム程度以上のものを高速
走査、それ以下のものを低速走査として区別する。

人間の目の残光時間は、０．１秒前後である。

すなわち、これ以上速い走査であれば、走査しているこ
とを認識できず、かつ、残光性ブラウン管を用いる必要
もない。

このような点から毎秒１０フレ一ム程度以上を高速走査
と呼んで区別した。

以下本発明を実施例を示して詳細に説明する。

分解能（１００人）を維持して、この方式を行なえるの
は、電界放射陰極をもった走査型電子顕微鏡の場合非常
に有効であることから、以下の説明は、電界放射走査電
子顕微鏡に実施した例について説明を行う。

本発明は、電界放射陰極を用いた走査電子顕微鏡に用い
ることにより、著しい効果を発揮するが、説明は、偏向
コイル、像表示系を中心に行う。

第１図は本発明を実施した走査型電子顕微鏡の概略構成
を示したものである。

電界放射形電子銃（図示せず。

）から放出する電子ビーム２０はＸ方向偏向コイル、Ｚ
、Ｙ方向偏向コイル３により偏向をうけ試料■の表面を
矩形状に走査する。

電子ビームが試料１を衝撃したことにより発生した２次
信号、たとえば２次電子、反射電子等、は検出器４によ
り検出され、増幅器５により増幅される。

通常の走査電子顕微鏡では、発振器は、低速あるいは高
速走査発振器のどちらか一方を保有しているのみである
が、本発明では、両方の発振器を保有している。

すなわち、低速Ｘ走査発振器１０低速Ｙ走査発振器１１
、高速Ｘ走査発振器１２、高速Ｙ走査発振器１３を保有
している。

上記発振器出力はスイッチ８、振幅調整器９を通って偏
向コイル２，３に供給される。

スイッチ８はたとえば２０ ｍ５ｅｃごとの切換え動作
を行う。

最初の２０１１１ｓｅｃでは低速Ｘ走査発振器１０と低
速Ｙ走査発振器１１が、振幅調整器９に接続される。

次の２０ｍ５ｅＣにおいて高速Ｘ走査発振器１２と高速
Ｙ走査発振器１３とが振幅調整器９に接続される。

第２図は偏向コイルに供給される偏向電流の波形の一例
を示したものである。

低速Ｘ走査発振器１０は、くりかえし周波数５０Ｈｚの
鋸歯状波、低速Ｙ走査発振器１１はくりかえし周波数０
．０２５Ｈｚの鋸歯状波、高速Ｘ走査発振器１２は１５
．７５ＫＨｚの鋸状波、高速Ｙ走査発振器１３は５０Ｈ
ｚの鋸歯状波である。

低速走査発振器１０と高速Ｙ走査発振器１３は共用する
ことも可能である。

上記４つの発振器出力又、低速表示ブラウン管１８のＸ
偏向コイル１４、Ｙ偏向コイル１５、高速表示ブラウン
管１９のＸ偏向コイル１７、Ｙ偏向コイル１６にそれぞ
れ接続されている。

スイッチ８は、スイッチングパルス発生回路７のトリガ
ー信号により、２０ｍ５ｅＣごとのスイッチ動作をして
いる。

一方、試料１からの信号は、スイッチングパルス発生回
路γのトリガーで動作するスイッチ６により、増幅器２
３を通して低速表示ブラウン管１８、あるいは増幅器２
４を通して高速表示ブラウン管１９の輝度変調入力に、
交互に入力する。

すなわち、低速走査が行なわれている期間は低速表示ブ
ラウン管へ、高速走査が行なわれている期間は高速表示
ブラウン管へ入力される。

増幅器２３，２４は増幅利得の調整バイアスの加減を行
うことが出来るように作られている。

この構成では、２０ｍ５ｅＣの間に高速の走査像が１フ
レーム高速表示ブラウン管１９上に表示され、次の２０
ｍ５ｅＣ間に低速走査の１ラインが低速表示ブラウン管
１９に表示される。

すなわち、高速表示ブラウン管１８では常に試料像が観
察でき、焦点合わせ非点補正を容易に行うことができ、
焦点合せ等の終った時点で、４０秒間の低速表示ブラウ
ン管１９の像を写真にすれば、極めて良質の像を得るこ
とができる。

電界放射陰極を用いた走査電子顕微鏡は、従来の熱陰極
を用いた走査電子顕微鏡に比してすでに説明したように
分解能が良い等の数多くの利点を有しているが、圧力を
約１０”Ｔｏｒｒになるまで排気を行なわない場合には
陰極から放出される電子ビームに電流雑音があり、得ら
れた写真に電子ビームの電流雑音に対応した多数の水平
のすしが発生してしまう。

特に、電界放射走査電子顕微鏡の利点である高倍率にお
いては、一般に検査する視野のコントラストが低いため
、写真に電子ビ−ムの電流雑音による水平のすじが目立
つようになる。

電子ビームの電流雑音の原因は一般的には、ガス分子が
陰極の先端に吸着し、その部分の仕事関数が高くなり、
その部分の電子放出を低め、しかもガス分子の吸着が、
時間的に位置的に変化するために生じる。

このような電子ビームの電流雑音を消去する手段として
、電子ビームの電流雑音に対応した信号を検出しこれを
補正信号とし、検査する試料から得られた情報信号を前
記の補正信号で割算する装置により、電子ビームの電流
雑音に対応した写真上の水平のすしを消去する方法があ
る。

上述の消去手段を数式的に示すと下記のように表現する
ことができる。

ここでＲは補正後の信号、Ｓ（ｔ、ｘ、ｙ）は電子ビー
ムを試料上に走査することによって得られる情報信号で
、Ｍ（ｔ）は補正信号である。

１ｓ（ｔ）は試料を走査している電子ビーム量、Ｇ ｓ
（ｘ ｔ ｙ ）は試料からの位置的情報（たとえば
２次電子の強度等）、ｉＭ（ｔ）は補正信号となる補正
電子ビーム量、ＧＭは補正電子ビーム量を補正信号に変
換するときの係数（一定値）である。

上式から明らかなように１ｓ（ｔ）とｉ Ｍ（ｔ）が時
間的に同一の関数であれば、補正装置の出力Ｒは電子ビ
ームの変動に依存しない試料の位置のみの関数とするこ
とができる。

補正信号の増幅器と情報信号の増幅器とが連動され、す
なわち補正信号の増幅器の利得を上げると情報信号の増
幅器の利得が上がるような装置構成とし、補正信号の出
力を常に一定値になるような、自動利得調整回路として
も、上記、割算と同様な性能を得ることができる。

現在実用化されている補正装置の補正信号は、試料を走
査している電子ビーム１ｓ（ｔ）の近傍をとりまく、電
子ビームを検出して得ている。

１ｓ（ｔ）の近傍の電子ビームを検出し、これを補正信
号とし、高速走査像、低速走査像中に含まれる、電流雑
音を補正することにより、像中のスジを消去することが
可能である。

しかしこの方式では特別な検出器を備える必要がある上
に１ｓ（ｔ）とｉ Ｍ（ｔ）の相関性が十分でなく補正
装置による電流雑音の減衰効果は１／２〜１１５である
。

この減衰効果をさらに上げるためには、ｉ Ｍ（ｔ）：
として１ｓ（ｔ）そのものを利用することが必須の条件
である。

この点を考慮したさらに別の方法として、試料面以外に
基準反射点を設けＸ軸走査の一線毎に一次電子線を基準
反射点に照射し、上記基準反射点からの二次電子を補正
信号とする方法（％開閉５Ｏ−１２８９７４）があるが
、この方法だと、常に一次電子が同一の基準反射点を照
射するとは限らない。

したがって基準反射点からの補正信号となる二次電子自
体に変動を生じ、十分な電流雑音消去の効果を上げるこ
とはできない。

第３図は、本発明の他の一実施例を示す概略構成図で高
速走査の信号を補正信号とした電界放射形走査電子顕微
鏡を示したものである。

第１図における低速走査増幅器２３とスイッチ６との間
に割算増幅器２１を設ける。

割算増幅器２１の割算の分母信号は、補正信号発生装置
２２の出力である。

補正信号発生装置２２は第４図に示すような構成となっ
ており、第５図に示したような動作を行う。

第４図中、２５は積分器、２６は、ピーク値ホールド回
路である。

ピーク値ホールド回路２６はスイッチングパルス発生回
路７のトリガー信号により、０Ｎ−ＯＦＦ動作を行って
いる。

第５図におけるＡは補正信号発生装置２２の入力、すな
わち、高速走査増幅器２４の入力信号である。

補正信号発生装置２２では、最初の２０ｍ５ｅＣ（高速
走査像の一画面形成時間）は、この信号を積分し、その
後の２０ｍ５ｅＣ１すなわち低速走査を行っている間は
積分のピーク値を保持する。

次の２０ｍ５ｅｃ（は、新たに、信号を積分する。

このピーク値が割算増幅器２１の分母信号となる。

Ｂはこの補正出力、すなわち補正信号発生装置２２の出
力を示したものである。

なお、積分値の代わりに、２０ｍ５ｅＣ内の平均値を用
いることもできる。

また、高速走査の一画面分の信号を積分する代りに、高
速走査の一部である特定位置からの信号のみを積分ある
いは平均を取ることによっても本発明の目的を遠戚する
ことができる。

以上の説明では、高速走査像をブラウン管に表示して観
察しながらその信号を低速走査の補正信号にも利用する
例を示したが、高速走査像を表示せず低速走査の補正信
号としてのみ利用することも、本発明の一実施例となる
。

以上、説明したように、本発明によれば、補正信号を得
るための特別な検出器を必要とせず、かつ高速走査像（
ＴＶ像）を観察しながら、分解能の高い低速走査像から
写真を撮影することができ、しかも電子放射の変動のな
い美しい写真を得ることができる。

本発明では、信号は２次電子であったが、これは透過電
子、反射電子、オージェ電子、吸収電子、Ｘ線等の信号
であってもよいことは言うまでもない。

また、切換の時間、あるいは、時間比等をも必要により
変化可能なことも容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
第１図示実施例の走査信号波形図、第３図は本発明の他
の一実施例を示す概略構成図、第４図は第３図示実施例
の補正信号発生装置の一回路例、第５図は第４図示回路
の補正信号の時間変化を図示した波形図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子ビームの走査を高速走査と低速走査の時分割走
   査とし、かつ試料からの情報信号をも、上記時分割と同
   期して分割し、高速走査像と低速走査像とをそれぞれの
   ブラウン管に選択して表示する走査形電子顕微鏡におい
   て、前記高速走査時に試料に照射して得られる電子ビー
   ムの積分のピーク値を保持する補正信号発生装置を具備
   し、該補正信号発生装置の出力により前記低速走査像を
   描く電子ビームの輝度変調系の補正を行うことを特徴と
   する走査形電子顕微銭