JPS5942416B2

JPS5942416B2 - 電子ビ−ム焦点検出装置

Info

Publication number: JPS5942416B2
Application number: JP54044151A
Authority: JP
Inventors: 靖夫加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-04-13
Filing date: 1979-04-13
Publication date: 1984-10-15
Also published as: JPS55137653A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、走査形電子顕微鏡等の電子線装置において用
いられる電子ビーム焦点検出装置の改良に関するもので
ある。

第１図は、電子線装置の一例として従来の走査形電子顕
微鏡の構成を示すブロック図である。

同図において、電子銃１から放出された電子は、偏向コ
イル２によって偏向され、試料５上を走査する。

試料５から放出される二次電子あるいは反射電子は、検
出器６に捕えられ、増巾器７で増巾されて、ブラウン管
１１に表示される。

偏向制御回路１２からブラウン管１１へ供給される信号
は、鏡体内の電子ビームとブラウン管の偏向を同期させ
る偏向信号である。

ここで、４は対物レンズ、１４は対物レンズ駆動電源、
３はスチグマコイル、１３はスチグマコイル駆動電源で
ある。

従来は、このような構成において、ブラウン管１１に表
示される像を見ながら、対物レンズ４およびスチグマコ
イル３に流す電流の最適値をさがして、焦点合せおよび
非点収差補正が行われていた。

このように、従来の電子線装置における焦点合せ等には
、人為的誤差を免れず、またマニュアル操作のため調節
に長い時間を要するなど種々の欠点を有していた。

本発明は、上記の点に着目してなされたものであり、試
料を走査する電子ビームの形状を客観的に最適に調節し
得るように構成した電子ビーム焦点検出装置を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、電子線で試料
を走査した際に該試料から放出される二次電子、反射電
子、吸収電流、透過電流などの映像信号を検出し、該映
像信号に処理を施して電子線の焦点の正合塵を表示する
出力を得るための信号の処理回路の途中に、非線形素子
を含むように構成したものである。

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

第２図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

同図において、電子銃１０１から放出された電子は、偏
向コイル１０２によって偏向され、試料１０５上を走査
する。

試料１０５から放出される二次電子、反射電子等は、検
出器１０６で検出され、増幅器１０７で増幅された信号
は、微分回路１０８で微分され、非線形素子１０９を経
由して、二乗器１１０で二乗され、積分器１１１で積分
した後、その値が表示素子（例えば、直流電圧計等）１
１５に表示される。

ここで、信号を微分するのは、周波数に比例した重み函
数を乗することに相当し、そして二乗して積分するのは
、重み函数をかけた周波数スペクトルの電力の和を求め
ることに相当する。

れのようにして得られる出力を表示素子１１５に表示し
て、その指数値が最大になるように対物レンズ１０４お
よびスチグマコイル１０３に流れる電流を調節すれば、
焦点合わせおよび非点収差補正を行うことができる。

このことは、信号に含まれる周波数スペクトルを最も高
い周波数域へ移動する、いいかえれば最もこまかい像が
みえるように、焦点合わせおよび非点収差補正を行うこ
とに相当する。

なお、図において、１１２は偏向制御回路、１１３はス
チグマコイル駆動電源、および１１４は対物レンズ駆動
電源である。

非線形素子１０９は、印加される電圧が高いほどインピ
ーダンスが低くなる特性をもち、原点に対して点対称な
特性であることが好ましい。

また、非線形素子の特性は、信号に含まれる雑音の尖頭
値の付近で、曲がりが大きいものが効果的である。

したがって、図に例示したごとく、映像信号に含まれる
雑音電圧の尖頭値がほぼ順方向電圧降下に等しいダイオ
ードを互いに逆向きに並列に組合わせたものを使用する
と効果的である。

なお、この場合、この組合せは図示のものに限らない。

設定条件等によっては複数のダイオードによる同様な組
合せの場合も考えられる。

このような非線形素子を加えることによって、雑音に対
する感度が著るしく低下する。

いいかえれば、零電圧の付近に分布する雑音に対して、
非線形素子１０９のインピーダンスが高いために、非線
形素子１０９を経て二乗器１１０へ流入する雑音電流は
大巾に減少し、雑音の電カスベクトルによるオフセット
がいちじるしく減少する。

しかるに、信号の振巾は、通常雑音のそれに比べて、か
なり大きいために、非線形素子の信号への影響は比較的
少ない。

また、通常焦点が合った状態では、映像信号の振巾のピ
ークは極大に達するので、非線形素子の特性に助長され
て、最適条件の検出感度が増大することになる。

因みに、本実施例において、非線形素子を含まない場合
には、２０００倍の像の焦点合せが限界であるが、非線
形素子１０９を加えた本発明によれば、１ｏｏｏｏ倍以
上でも像の焦点を合わせることが可能である。

また、積分器１１１は、電子ビームの一走査期間の積分
を行うために、かかる構成をとる。

電子ビームが走査を開始する前にスイッチａは開き、ス
イッチｂおよびＣを閉じて、積分器１１１の出力は、零
にリセットされる。

走査の開始に同期してスイッチａを閉じ、スイッチｂお
よびＣを開く。

走査の終了と同時にスイッチａを開けば、−走査期間の
積分値がその出力に保持される。

このようにして一走査毎に、その積分値を前回の積分値
と比較すれば、焦点の正合度が増しているか減っている
か、一走査毎に、判別が可能になる。

なお、非点収差補正の場合には、電子ビームスポットの
二次元の形状を検出することが必要となる。

したがってＸおよびＹの二方向に電子ビームを走査して
、二方向の焦点正合度を最適値に設定することになる。

第３図は、本発明の電子ビーム焦点検出装置を用いて、
焦点調節および非点収差補正の自動化をはかった例を示
すブロック図である。

この例では、検出器２０６で検出され、増巾器２０７で
増巾された信号は、本発明による電子ビーム焦点検出装
置２１６によって処理され、マイクロコンピュータ２１
７に読み取られる。

マイクロコンピュータはその値を記憶し、内蔵するプロ
グラムに従って、対物レンズ駆動電源２１４、あるいは
マチグマコイル駆動電源２１３に送るデータを変え、偏
向制御回路２１２に走査の指令を送如、その結果をふた
たび電子ビーム焦点検出装置２１６から読み取る。

これと前回の値を比較し、電子ビーム焦点検出装置の出
力の指示値が最大になるように、各駆動電源に送るデー
タの設定を繰返す。

このようにして、自動的に焦点調節および非点収差補正
を行うことが可能である。

なお、図において、２０１乃至２０５は、第２図に示し
た１０１乃至１０５の示すものと同様である。

ただし、非点収差補正は、通常、直角な二方向に対して
行うので、電子ビームを上記二方向に走査する必要があ
シ、このとき検出器からは、同じ駆動条件のもとでも異
なった値が出力される。

この場合は、検出器の出力を、走査する方向に応じて二
つの基準値で正規化することによって解決される。

ここで、二つの基準値はまず焦点を最適値に設定し、所
定のＸおよびＹ方向の走査線上を走査した場合の焦点検
出器のおのおのの値である。

第３図の場合、マイクロコンピュータ２１７から電子線
焦点検出装置２１６へ向かう信号線２１８は、この基準
値のデータを送るものである。

この例では、自動焦点調節を開始してから、わずか０．
４秒程度で、最適条件に設定されることが確かめられた
。

以上説明したごとく、本発明によれば、電子ビームの焦
点の工合度を、雑音の影響を大巾に軽減して、精度良く
、短時間に、定量的に検出することが可能になる。

従って、本発明になる電子ビーム焦点検出装置によって
、電子ビームの形状を検知し、対物レンズおよびマチグ
マコイルの電流を制御すれば、従来にもまして、高い倍
率において、よい精度で、焦点が合いかつ非点収差が補
正された画像が得られる。

なお、上述した例では、映像信号を微分し、二乗し、積
分する回路に、非線形素子が組合わせられているが、非
線形素子の効果は、この回路に限られるものではない。

また、本発明は、上述の実施例に用いたダイオードから
なる非線形素子に限られるものではなく、適宜選択適用
可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の走査形電子顕微鏡の構成を示すブロッ
ク図、第２図は、本発明の一実施例を示すブロック図、
および第３図は、本発明を用いて焦点調節および非点収
差補正の自動化をはかった例を示すブロック図である。図において、１０１・・・電子銃、１０２・・・偏向コ
イル、１０３・・・スチグマコイル、１０４・・・対物
レンズ、１０５・・・試料、１０６・・・検出器、１０
７・・・増幅器、１０８・・・微分回路、１０９・・・
非線形素子、１１０・・・二乗器、１１１・・・積分器
、１１２・・・偏向制御回路、１１３・・・スチグマコ
イル駆動電源、１１４・・・対物レンズ駆動電源、１１
５・・・表示素子。

Claims

【特許請求の範囲】１電子線で試料上を走査して該試料から放出される二
次電子、反射電子等の映像信号を検出する検出手段と、
該映像信号を微分する微分回路と、該微分回路の映像信
号出力をその映像信号に含まれる雑音電圧の尖頭値付近
に非線形を有する非線形素子を通した後自乗する自乗回
路と、該自乗回路の出力を積分する積分回路とを具備し
て、電子線の焦点の正合塵を検出する如く構成したこと
を特徴とする電子ビーム焦点検出装置。２前記非線形素子を、前記映像信号に含まれる雑音電
圧の尖頭値がほぼ順方向電圧降下に等しいダイオードを
互いに逆向きに並列に組合わせて構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム焦点検出装
置。