JPS5854784Y2

JPS5854784Y2 - 立体走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JPS5854784Y2
Application number: JP13030278U
Authority: JP
Inventors: 靖夫加藤; 勝広黒田
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1983-12-14
Also published as: JPS5548610U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、電子あるいはイオンなどの粒子線を集束して
試料を走査し、このとき得られる二次電子、反射電子、
透過電子、試料電流などの信号を試料の走査に同期して
表示し、画像を観察する装置、たとえば走査形電子顕微
鏡に係わり、かかる装置による立体像の観察に関するも
のである。

走査形電子顕微鏡によって試料の立体像を観察するには
、試料に電子線が入射する角度が５〜２０度異なる、同
じ視野の、二組の画像が必要である。

従来、これらの画像を実時間で得るには、走査形電子顕
微鏡の鏡筒内に偏向系を設けて、電子線の試料への入射
角を、二種に切換えることが行われている。

電子線の試料への入射角を切換える方式としては、第１
図に示すごとく、対物レンズ１０４の下に、２段の偏向
系１０２，１０３を設け、交互に二種の軌道１０６，１
０７をへて、前記の角度で入射して試料１０５を走査す
るように電子線１０１を偏向する方式が公知である。

この方式では、対物レンズ１０４と試料１０５の間に２
段の偏向系１０２，１０３が介在するために、試料１０
５を対物レンズ１０４に、偏向系の寸法以内に近ずける
ことかできない、いいかえればワーキングテ゛イスタン
スを、偏向系の寸法以下にできないために、分解能を高
めるには困難がある。

偏向系の寸法は、電子線の偏向角を大きくとろうとする
と、いきおい大形になる傾向があり、試料への電子線の
入射角を±３〜４度としたとき、分解能は、はぼ１００
０Ａ程度が限界である。

また、この従来例で、通常の走査形電子顕微鏡としての
観察を共に行う場合を考えると、立体像の観察のために
新しい偏向系を付加することは、好ましいものではなく
、シたがって、通常の走査形電子顕微鏡と立体像観察の
機能の共存性は、良いとは言えない。

さらに、立体像をブラウン管に表示して観察する場合に
は、電子線が試料に対して入射する軌道と法線が作る面
は、水平走査方向と一致していることが必要であるが、
従来では、偏向系が対物レンズの下部に設けられるため
に、加速電圧、ワーキングディスタンス等を変化すると
、一致しなくなり、そのつど調整が必要になるなど、種
々なる欠点を有するものである。

本考案の目的は上記の点に着目してなされたものであり
、通常の二次元の画像を観察する走査型電子顕微鏡の機
能には、影響を与えずに、それらと両立して、立体像を
実時間で観察する新しい手段を提供することにある。

本考案では、電子銃から放射された電子線を、一度集束
するコンデンサレンズと、電子線の焦点を試料上に結ぶ
対物レンズの中間に、電子線を二方向に走査するための
主偏向系に併置して、そのうちの一方向に電子線を偏向
する副偏向系が設けられる。

電子線を二方向に偏向する主偏向系は、通常電磁偏向、
すなわち偏向磁場を発生するコイルが多いので、この場
合、併置される副偏向系は、上記コイルの一方に重ねて
巻かれたコイル、あるいは、上記二方向の適切な一方向
に偏向方向を一致させた静電偏向板で構成される。

ここで、適切な一方向とは、像を表示するブラウン管の
水平走査方向に対する鏡体内の偏向方向を意味する。

本考案によれば、併置された偏向系には、電子線が試料
を少くとも一画面走査する期間は継続し、しがも画面毎
に変化する二種の電気信号が印加されて、電子線はあた
かもコンデンサレンズの集束点から放射される如き二種
の軌道を描いて対物レンズの軸外に入射し、対物レンズ
の集束作用によって軸に対し傾斜した二つの角度から試
料に入射して、試料上を走査する。

この二つの角度の差が、立体感を生ずるための両眼の視
角の差に相当し、通常６〜８°以上にすることが必要で
ある。

このように、本考案では、電子線を対物レンズの軸外に
入射させて、対物レンズの集束作用によって、上記の試
料への入射角を決めている。

このために、本考案による装置の分解能は、最終的には
、対物レンズの軸外を通ることによる収差に支配される
。

ところで、本考案による装置では、対物レンズと試料と
の距離を接近できるために、対物レンズの軸と電子線の
軌道との距りを小さくできる。

たとえば、対物レンズの中心と試料との距離が１０ｍｍ
である場合、試料へ電子線が入射する角度が軸と±３°
となるためには、電子線は、軸がら±０．５ｍｍの位置
に入射することになり、軸がらのずれは比較的小さく対
物レンズの形状によっては、２００〜３００Ａの高い分
解能が得られる。

以下、本考案を実施例を参照して詳しく説明する。

第２図は、本考案を走査型電子顕微鏡に実施した一例に
おける電子線の軌道を示す図である。

同図において、２０１は電子銃、２０２は、電子線を集
束するコンデンサレンズ、２０３は電子線の開き角を制
限する絞り、２０４および２０５は、ＸおよびＹ方向に
電子線を走査するための主偏向コイル（主偏向器）、２
０６および２０７は、本考案に直接係わる、電子線が対
物レンズ軸外の２種の軌道を交互にとるための副偏向コ
イル（副偏向器）、２０８は、対物レンズ、２０９は、
観察する試料である。

同図において、電子銃２０１から放出された電子線はコ
ンデンサレンズ２０２によって集束され、絞り２０３を
通過して、主偏向コイル２０４および２０５によって、
ＸおよびＹ方向に走査される。

通常、主偏向コイル２０４および２０５は、各々Ｘおよ
びＹ方向の偏向コイルからなり、上段の偏向コイル２０
４によって、ＸおよびＹ方向の軸の外に向かって偏向さ
れ、下段の偏向コイル２０５によって軸に向がって逆に
偏向されて対物レンズ２０８の中心を通る軌道２１０を
描いて試料２０９の上をＸおよびＹ方向に走査する。

しかるに、本考案のこの実施例では、上段のＸおよびＹ
方向の主偏向コイル２０４には、上段のＸ方向の副偏向
コイル２０６が重ねて巻かれ、下段のＸおよびＹ方向の
主偏向コイル２０５には、下段のＸ方向の副偏向コイル
２０７が重ねて巻かれている。

重ねて巻かれた副偏向コイル２０６゜２０７には、−フ
ィールドを走査する期間は継続し、二種の異なる極性の
電気信号が交互に印加されて、図に示す二種の軌道２１
１，２１２を通って対物レンズ２０８に入射し、対物レ
ンズの結像作用によって、二種の異なる角度から試料に
入射して、焦点を結び、試料を走査して、立体視に必要
な二種の画像を交互に発生する。

ここで、主偏向コイルに併置された副偏向コイルに印加
される電気信号の間には、対物レンズに入射する電子線
が、あたかも、コンデンサレンズ２０２の結像点２１３
から発した如き軌道を描いて対物レンズに入射する関係
を満足する。

第３図は、本考案の他の実施例である。

この実施例では、主および副偏向器３０４．３０６が、
コンデンサレンズ３０２による電子線の焦束点３１３の
近傍に設けられている。

このために、その構成はさらに単純になる。

同図において、電子銃３０１から放射された電子線は、
コンデンサレンズ３０２によって焦束点３１３に集束さ
れる。

３０３は、コンデンサレンズ３０２の中心付近に設置さ
れた絞りで電子線の開き角を決定する。

電子線の集束点に設置された主偏向器３０４により、電
子線は、ＸおよびＹ方向に偏向され、立体視を行わぬ場
合には、第二の主偏向器３０５により、対物レンズ３０
８の中心を通過して、試料３０９上に焦点を結び、試料
上を走査する。

本考案による立体視を行う場合には、電子線の集束点に
設置された副偏向器には、一画面を走査する期間、一定
の電気信号が印加されて、電子線は対物レンズの軸外の
軌道３１１を通過して、試料上に、異なる角度から入射
し、焦点を結び、視野を走査して、立体像の一画面を形
成する。

次の一画面を走査する期間は、副偏向手段には、前と異
なる極性の電気信号が印加され、軌道３１２を通過して
、試料上に、第二の角度から入射し、焦点を結び、視野
を走査して立体像の他の一画面を形成する。

これら、交互に形成される二画面は、１本のブラウン管
に交互に表示され、これに同期して交互に開閉する二組
一対の電気光学シャッタを通して、立体像として観察さ
れる。

本実施例においては、第一の副偏向器３０６がコンデン
サレンズ３０２の集束点３１３に設置されるために、副
偏向器によって偏向される電子線は集束点３１３から放
射される如き軌道を通るという条件か上動的に満足され
ることになり、第二の副偏向器が省略されて、構成は極
めて単純になる。

第４図は、本考案の実施例におけるブロック図である。

鏡体内において、電子銃４０１から放射された電子線は
、主偏向器４０４，４０５、副偏向器４０６，４０７に
よって、偏向され、交互に、二種の軌道４１１，４１２
を径で、試料４０９に異なる角度で入射し、立体像を構
成する左眼および右眼画像の信号を発生する。

発生した信号は、検出器４１８で検出し、映像増幅器４
１９で増幅し、左眼および、右眼の画像が、ブラウン管
４２０に、交互に、時分割で表示される。

表示される左眼および右眼の画像は、画像に同期して開
閉する一対の電気光学シャッタ４２２，４２３を通して
立体像として観察される。

ここで、４１６は、制御信号発生回路、４１４は主偏向
器の駆動回路、４１５は副偏向器の駆動回路、４１７は
ブラウン管の偏向電源、４２１は電気光学シャッタの駆
動回路である。

これまでにのべた実施例によって明らかにした通り、走
査形電子顕微鏡の主偏向手段に併置して副偏向手段を設
け、副偏向手段には、本考案による信号を印加すること
により、高い分解能の立体像を実時間で観察することが
、通常の走査形電子顕微鏡としての機能には障害となら
ずに、それと両立して、可能となる。

さらに、立体像をブラウン管に表示するためには、鏡体
内における水平偏向方向に、電子線を傾けることが必要
であるが、本考案においては、副偏向手段が主偏向手段
に、前者の偏向方向が後者の水平偏向方向に一致するよ
うに併置されるために、常に、いかなる条件のもとでも
、調整せずに成立するという大なる利点を有するもので
ある。

以上、本考案を電子線を対象としてのべたが、本考案は
、電子線に限られるものではなく、電気的な集束、偏向
を受ける荷電粒子線に対しても、その主旨を変更せずに
実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の立体走査電子顕微鏡の電子線の軌道を
示す図、第２図は、本考案の一案施例における電子線の
軌道を示す図、第３図は、本考案の他の実施例における
電子線の軌道を示す図、および第４図は、本考案の実施
例のブロック図である。図において、２０１、３０１・・・・・・電子銃、２
０２、３０２・・・・・・コンデンサレンズ、２０３
、３０３・・・・・・絞り、２０４，２０５，３０４
゜３０５・・・・・・主偏向コイル、２０６．２０７．
３０６・・・・・・副偏向コイル、２０８．３０８・・
・・・・対物レンズ、２０９，３０９・・・・・・試料
。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

電子線を放射する電子銃と、放射された電子線を集束す
るコンデンサレンズと、集束された電子線を二方向に偏
向する主偏向器と、該主偏向器に併置され上記二方向の
うちの一方向へ電子線を偏向する副偏向器と、電子線の
焦点を試料上に結ぶ対物レンズと、電子線で走査された
試料から発生する二次電子、反射電子、試料電流等を検
出して、これを画像として表示する手段を具備し、上記
併置された副偏向器には、少くとも一画面を走査する時
間は継続する、二種の異なる電気信号が交互に印加され
、上記放出された電子線が集束した点から放射されるよ
うに二種の軌道を通って、対物レンズを経由し、異なる
二種の角度で試料に入射し、走査した画像を交互に表示
して立体像を観察することを特徴とする立体走査電子顕
微鏡。