JPS595907A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り、特に、試料上の２点間の距離を正確に測定すること
ができる走査形電子顕微鏡に関するものである〕 走査形電子顕微鏡は、通常、数１０オングストロームの
分解能を有し、数十分の一μｍ１１度の大きさの物体を
観察することができるので、光学ｌｌｌｉ微鏡では不可
能な、１μｍ以下の大きさの試料の寸法を測定するため
の手段と゛しても用いられる。

走査形電子顕微鏡を用いて試料の寸法を測定するための
最も単純な方式としては、試料像を写真撮影し、撮影さ
れた試料のうちの目的物の大きさを物差で測って、倍率
で割る方式がある。

しかし、この方式は作業能率が悪いため、例えば、陰極
線管等上で儂を観察しながら簡単に測定を行なえるよう
な手段が求められていた。

その手段のうちのひとつとして用いられていゐ装置は、
陰極線管上に、位置および長さの可変な輝線を表示し、
その輝線の長さを被測定物の２点間の距離に一致させ、
さらに、像の倍率に基づいて試料上での前記被測定物体
の実寸法に換算して、これを表示器で数値表示するもの
である。

これを用いれば、測定したい２点間に輝線の両端を合致
させるだけで、物体の寸法を測定することができる。

しかしながら、この装置は、下記のような問題点を有し
ていた。

その問題点のひとつは、走査形電子顕微鏡の倍率そのも
のが、一般には１０Ｘ近い誤差を有するということであ
る。原因についてはここで詳述しないが、主に電子線偏
向電流を切換える倍率切換回路の精度（一般に偏向電流
の変化中は、−万倍程度必要である）に起因している。

もうひとつの問題点は、特に偏向速度が早い場合に、表
示器に歪が生じ、陰極線管上のどの場所に物体があるか
で、物体の大きさが異って表示されるということである
。

その原因は主に、電子線偏向用コイル周辺の鉄製の磁路
に、偏向用コイルからもれた磁界が入りこむことによ如
、渦電流損、鉄損が生じ、偏向磁界が歪むためである１
、これらの渦電流損や鉄損は偏向速度を遅くすることに
よって軽減することができる。

しかしながら、前述の輝線を被測定物体に精度よく合致
させる操作を容易に行なえる程度の速度−すなわち、１
フレーム当り数秒以下の偏向速度では、無視することが
できない程度の誤差を生ずる。

本発明の目的は、前記の欠点を除去して倍率誤差、像の
歪の重曹を受けろことなく、精度良く寸法測定を行なう
ことができる走査形電子顕微鏡を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、電子線偏向磁
界に１ｌＩｊ変直流磁界を重畳し、被測定物体の一端を
、陰極線管面上に形成された基準点に一致させ、その後
さら（Ｃ，前記呵責直流磁界を変化させることにより、
前記被測定物体の他端を前記基準点に一致するように移
動させ、その際の直流磁界の変化に基づいて前記被測定
物体の一端から他端までの寸法を演算するようにした点
に特徴がある０ 本発明の走査形電子顕微鏡は、その寸法測定の方式にお
いて光学顕微鏡に類似している。

光学顕微鏡を用いて物体の寸法測定を行なう場合には、
一般に、試料を精密微動台上に置き、測定したい物体の
一端を、まず視野内のクロスへアの交点に合致させ、次
に微動台を移動させて物体の他端を前記クロスへアの交
点に合致させる。

そして、その間の試料の移動量を、微動台の目盛から読
みとる。

本発明の走査形電子顕微鏡も前記光学顕微鏡の場合と同
様に、陰極線管面上に表示されている像を移動させ、そ
の移動量から寸法測定を行おうとするものでおる。

ただし、走査形電子顕微鏡の場合は、前述したように、
測定寸法が１μｍ以下であるため、試料を機械的に精密
に移動させること紘困難である。

この発明は、磁界の強度を変化させることにより、Ｗｓ
極線管面上の同じ位置（クロスマークの交点）に、物体
を移動させて、前記物体の一端と他端とをそれぞれ一致
させるものなので、ｐＨＦ極線管上での像の歪がいかに
大きくとも、その重畳を受けることはなく、また、倍率
切換回路も関係しないので、高精度の寸法測定が川能で
ある。

第１図に本発明の一実施例のブロック図を示す。

以下、これにもとすいて説明する。

第１図において、破線で囲んだ部分が本発明によって付
加される部分、それ以外は通常の走査形電子顕微鏡が偏
えている部分である。

区子締１は、偏向コイル４（紙面に対して直交方向に、
もう１組設けられているが、これは図示していない）Ｖ
Ｃ流れる偏向電流によって作られる偏向磁界で偏向され
、かつ集束レンズ３により細く収束されて試料２上を二
次元的に走査する。

試料２から発生した二次電子線は、検出器６により検出
され、増巾器７ｔ−経て陰極線管３５の輝度変調グリッ
ドに印加され、試料像を形成する。

前記偏向コイル４には、鋸歯状波発生回路８で作られた
水平、垂直走査用の鋸歯状波が、倍率切換回路９および
電流増巾器１０．１１を経て供給されている。

一方、手動のポテンショメータ１２および１３で作られ
た可変直流電圧は、電流増巾器１６および１７を経て補
助偏向コイル５（偏向コイルの場合と同様、直交方向の
１組は図示していない）を励磁Ｌ、偏向磁界に、直流磁
界を重畳する。

すなわち、ポテンシ「メータ１２および１３を操作する
ことにより、試料像を、陰極線管３５の画面上で、自由
に移動させることができる。この部分も、視野移動用と
して、一般の走査形電子顕微鏡に備わっているものであ
る。

本実施例では、これに副長用ポテンショメータ１９おＩ
び２０々スイツチ１８を付加する。原初にスイッチ１８
を開いておいて、ボテンシ蕾メータ１２および１３で、
測定しようとする物体像の１端を陰極線管３５面上の所
定の位置（基準点、クロスマーク交点）に合致させる。

次にスイッチ１８を閉じると、補助偏向コイル５は、ボ
テンシ薯メータ１２．１３と、測長用ポテンショメータ
１９．２０とで設定される電圧を加算器１４および１５
で加算した電圧に応じて励磁されるようになる。。

そこで、測長用ポテンショメータ１９および２０を操作
して前記被測定物体の像を移動させ、その他端を前記所
定の位置に合致させる。

このとき、副長用ボテンシ目メータ１９および２０で設
定された電圧Ｖｘ、　Ｖｙは、それぞれ物体全水平、垂
直方向に移動させた偏向磁界の強度に対応する。

それ故に、Ｌ＝に！＼δ２　なる演算を演算器２１で行
ない、表示器２２に数値として表示すれば、このＬは、
比例定数Ｋを適当な値に選ぶことにより、物体の大きさ
ｔ−ｉられすようになる。

この場合、比例定数には、あらかじめ大きさの知られて
いる物体を用いて、上述の操作を行なうことにより決定
することができる。

クロスマーク発生回路２３は、２組のウィンドコンパレ
ータより形成されている。

前記クロスマーク発生回路２３は前記鋸歯状波発生回路
８から出力される水平、垂直走査用鋸歯状波をそれぞれ
のコンパレータに供給され、その出力の論理和を、像信
号加算器２４により試料像信号に重畳して、陰極線管面
上にクロスマーク（十字ｍ）を表示するだめのもので、
その交点を上述の物体の位置合せの基準点として用いる
。

以上述べたように、本発明は、直流磁界の強度を変える
ことにより、物体の偉の移動を行なうようにしたので、
前述のよう彦、偏向速度に関連する歪の影１ｗは皆無で
ある。

また、倍率切換回路９を経由することもなく、測長用ポ
テンショメータ１９．２０で設定した電圧と偏向磁界強
度は正確に対応するから、極めて精度の良い測定が可能
である。

第２図は本発明の他の実施例のブロック図である。図に
おいて、第１図と同一の符号は、同一または同等部分を
あられしている。

デジタル／アナログ変換器２５お↓び２６は、補助偏向
コイル５を励磁ｒるための直流電圧を発生するものであ
り、ｊ８１図に示したボテフシ旨メータ１２．１３に相
当するものである。

制御装置２７は、マイクロコンピュータ等で構成され、
像移動用操作スイッチ２８．２９Ｊ？よびリセットスイ
ッチ３０の接点（ｉｔ号の検知、表示器２２′ｓ？よび
デジタル／アナログ変換器２５　、２６の駆動を行なう
ものである。

最初に、像移動用操作スイッチ２Ｂおよび２９を操作す
ると、制御装置２７は、デジタル／アナログ変換器２５
および２６に与えるデータを変化させ、像を移動させる
。被測定物体の一端を陰極線管３５面上のクロスマーク
交点（すなわち、基準点）に一致させたら、リセットス
イッチ３０を操作する。

これにより、制御装置２７は、このときにデジタル／ア
ナログ変換器２５，２６Ｖｒ、与えているデータ版。＋
　Ｄｙｏを基準値として配憶する。

続いて、被測定物体の＃！端を前記クロスマーク交点に
一致させるように、像移動用操作スイッチ２８および２
θを操作する。被測定物体の他端がクロスマークに一致
したら、前述と同様に、リセットスイッチ３０を操作す
る。

このときに、デジタル／アナログ変換器２５゜２６Ｖｃ
与えているデータをＤｘ、取とすると、制御装置２７は
、 なり演算を行ない、物体の大きさＬを、宍示器２２１Ｃ
数値表示する。

前記第１図の実施例では、二乗、開平および比例定数の
乗算等をアナログ演算器で行なう必要があるのに対し、
第２図の実施例では、すべての計算を数値演算で行なう
ことができるので、より高い測定ｌ１ＩＦＩＬを得るこ
とが内観である。

尚、以上の実施例についての説明では触れなかったが、
同一磁界強度に対する電子線の偏向量は、電子線の加速
電圧の平方根に逆比例し、また、電子線偏向支点（通常
集束レンズの中心に一致させである）から試料までの距
離に比例するので、第２図の実施例において、加速電圧
、試料の＾さ方向位置（作動距離）を、制御装置２７に
入力すれば、比例定数Ｋに対して補正演算を行なうこと
ができる。

このようにすることにより、これらの牽件を変化させた
場合でも、正確な物体の大きさＬを測定することかでき
る。この補正は、既に、走査形電子顕微鏡の倍率値の補
正に一般に用いられている手法と同一であるので、ここ
では詳述しない。

第３図は、試料表面を電子線に対して垂直でなく、角度
０だけ傾斜させた場合の試料面上での偏向距離の変化を
示した説明図である。

図において、２は試料、ｔｏは前記試料２上における電
子線偏向幅、ｌθは前記試料２が角度θだけ傾斜した場
合の電子線偏向幅でおる。図から明らかなように、試料
面上での偏向距離は、傾斜させない場合に比べ１１０ｏ
ｓθ倍に大きくなる。

したがって、第２図の実施例で、試料傾斜方向を、垂直
偏向軸に一致させた場合には、制御装置２７に傾斜角度
Ｏを入力し、演算式を、とすることにより、試料を傾斜
した場合でも、ＩＪ２図の実施例と同様に正確な物体の
大きさを測定することができる。

以上に述べたように、本発明においては、電子線偏向磁
界に可変直流磁界を重畳し、被測定物体の像の一端を、
陰極線管面上に形成された基準点に一致させ、その後、
さらに前記可変直流磁界を変化きせることにより、前記
被測定物体の像の他端を前記基準点に一致するように移
動させ、その際の直流磁界の変化に基ついて前記被測定
物体の一端から他端までの寸法を演算するようにした。

したがって、本発明には、従来、形態観察および元素分
析が主体であった走査形電子顕ｇＬ鏡に寸法計測の機能
を付加するだけで、光学顕微鏡では不可能でめった１μ
ｍ以下の微少寸法を、簡単かつ正確に測定することがで
きるようになるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は本発
明の他の実施例のブロック図、第３図ね、電子線に対し
て、試料面を角度θだけ傾斜させたときの試料面上での
偏向距離の変化を説明するだめの図である。 １５− １・・・電子線、２・・・試料、３・・・集束レンズ、
４・・・偏向コイル、５・・・補助偏向コイル、９・・
・倍率切換回路、１２．１３・・・ボテンシジメータ、
１４゜１５・・・加算器、１９．２０・・・測長用ポテ
ンショメータ、２１・・・演算器、２２・・・表示器、
２３・・・クロスマーク発生回路、２４・・・像信号加
算器、２５．２６・・・デジタル／アナログ変換器、２
７・・・制御装置、２８．２９・・・像移動用操作スイ
ッチ、３０・・・リセットスイッチ、３５・・・陰極線
管代理人弁理士　　平　木　道　人 １６− ２１図 才３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子線を偏向する磁界を発生する手段と、前記電
   子線偏向磁界に重畳きれる直流磁界を発生する手段と、
   前記電子線を試料上に集束さする手段と試料の像を光示
   する陰極線管とを有する走査形電子顕微鏡において、前
   記直流磁界発生手段に供給される電流を制御する手段と
   、前記電流制御手段によって変化する直流磁界の変化に
   対応する量を演算する演算器と、前記演算器ｙｃより得
   られた数値を表示する表示器と、前記陰極線管の面上に
   基準点を表示する手段とを具備し、直流磁界発生手段に
   供給する電流の制御により、陰極線管面上の試料像の一
   端を前記基準点に一致させ、その後さらに、前記直流磁
   界発生手段に供給する電流を制御することにより、試料
   像の他端を前記基準点に一致させ、その際の電流の変化
   量に基づいて前記試料像の一端から他端までの寸法を演
   算することを［ＩＩとする走査形電子Ｓ微鏡。