JPS61220258A - 走査形電子顕微鏡の自動焦点合わせ方法 - Google Patents
走査形電子顕微鏡の自動焦点合わせ方法Info
- Publication number
- JPS61220258A JPS61220258A JP6066985A JP6066985A JPS61220258A JP S61220258 A JPS61220258 A JP S61220258A JP 6066985 A JP6066985 A JP 6066985A JP 6066985 A JP6066985 A JP 6066985A JP S61220258 A JPS61220258 A JP S61220258A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- voltage
- electrostatic lens
- anode
- electron
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- Pending
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は走査形電子顕微鏡に係り、特に、電界放射電子
銃及び、三１極静電レンズを使用した走査形電子顕微鏡
の自動焦点合わせに関する。
銃及び、三１極静電レンズを使用した走査形電子顕微鏡
の自動焦点合わせに関する。
電界放射電子銃及び、三電極静電レンズを使用した走査
形電子顕微鏡（ＳＥＭ）は加速電圧を広範囲に変化して
も静電レンズの収束条件を制御することができるため、
低加速電圧領域（＜ＩＫＶ）において、高い空間分解能
を得ることができる。
形電子顕微鏡（ＳＥＭ）は加速電圧を広範囲に変化して
も静電レンズの収束条件を制御することができるため、
低加速電圧領域（＜ＩＫＶ）において、高い空間分解能
を得ることができる。
このため、半導体等のダメージに弱い試料でも安定に１
１６することができ、ＩＣやＬＳＩの検査及び、観察装
置として使われている。
１６することができ、ＩＣやＬＳＩの検査及び、観察装
置として使われている。
三電極静電レンズを使ったＳＥＭの構成を第１図に示す
、電界放射陰極１と、第１陽極２との間に約５ＫＶの引
出電圧Ｖ、を印加することにより。
、電界放射陰極１と、第１陽極２との間に約５ＫＶの引
出電圧Ｖ、を印加することにより。
陰極１から電子が放射される。放射された電子線は加速
電圧ｖｌｌで加速されると同時に、第１陽極２、第２陽
極３と第３陽極４間の静電レンズ作用。
電圧ｖｌｌで加速されると同時に、第１陽極２、第２陽
極３と第３陽極４間の静電レンズ作用。
により収束される。対物電磁レンズ５の直上Ａ点に焦点
を結ぶ（焦点を結ばさないで、平行で用いる場合もある
が、ここでは簡単のため焦点を結ぶ例で説明する。）。
を結ぶ（焦点を結ばさないで、平行で用いる場合もある
が、ここでは簡単のため焦点を結ぶ例で説明する。）。
更に、この焦点の像を対物電磁レンズ５によりＢ点であ
る試料６に収束照射し、試料６から発生した２次電子で
ＳＥＭ像を得る。
る試料６に収束照射し、試料６から発生した２次電子で
ＳＥＭ像を得る。
以上の２段階のレンズ作用により、所望の放射電子流と
、最適な電子ビーム径を得ることができる。この最適電
子ビーム径を得るための電子光学的条件は三電極静電レ
ンズにおいて結ぶ焦点の位置がＡ点に依存することが重
要となる。
、最適な電子ビーム径を得ることができる。この最適電
子ビーム径を得るための電子光学的条件は三電極静電レ
ンズにおいて結ぶ焦点の位置がＡ点に依存することが重
要となる。
ところが、特公昭５５−３１９８６号に記載されている
ように、加速電圧Ｖ、と引出電圧ｖ１との電圧比ｖ ｏ
／ ｖ ｓ によってＡ点の位置は大きく変化する。
ように、加速電圧Ｖ、と引出電圧ｖ１との電圧比ｖ ｏ
／ ｖ ｓ によってＡ点の位置は大きく変化する。
そこで変化量を補正するために第２陽極に供給する制御
電圧Ｖ、を変化させＡ点の位置を固定化する手段をとる
。この電圧比の変化は加速電圧Ｖ。
電圧Ｖ、を変化させＡ点の位置を固定化する手段をとる
。この電圧比の変化は加速電圧Ｖ。
を変えたときにも起るが、実際的には加速電圧Ｖ、は試
料によって観察条件が定まると固定されるべきもので、
動作中に変更することはまれである。むしろ、引出電圧
ｖ１の変化が問題となってくる。引出電圧ｖ１は放射電
子流を変化させる毎に増減する。また、電界放射陰極の
曲率半径によっても変るため陰極を交換する毎に、ある
いは動作中におけるフラッシング動作毎に増減すること
となる。動作中にこれらｖｌの変化は概略３０００ Ｖ
〜７０００ Ｖ位である。今、加速電圧Ｖ、 ＝１００
０Ｖとすると、Ｖ、／Ｖ１は０．１４〜０．３３ （７
）範囲の変化となる。前記特公昭５５−３１９８６号で
はこの小さい範囲の変化の補正を目的とした焦点位置の
検出方法及び、制御方式に関しては何ら記載されていな
い。
料によって観察条件が定まると固定されるべきもので、
動作中に変更することはまれである。むしろ、引出電圧
ｖ１の変化が問題となってくる。引出電圧ｖ１は放射電
子流を変化させる毎に増減する。また、電界放射陰極の
曲率半径によっても変るため陰極を交換する毎に、ある
いは動作中におけるフラッシング動作毎に増減すること
となる。動作中にこれらｖｌの変化は概略３０００ Ｖ
〜７０００ Ｖ位である。今、加速電圧Ｖ、 ＝１００
０Ｖとすると、Ｖ、／Ｖ１は０．１４〜０．３３ （７
）範囲の変化となる。前記特公昭５５−３１９８６号で
はこの小さい範囲の変化の補正を目的とした焦点位置の
検出方法及び、制御方式に関しては何ら記載されていな
い。
第１図に示したような２段階の収束レンズにより最適電
子ビーム径を得るような電子光学系では三電極静電レン
ズの焦点Ａの位置変化（Ａ’に移動）が点線で示すよう
な、試料面上での電子ビーム径の拡大となって現われる
。このために、従来は対物電磁レンズ５の焦点距離を調
整して試料上の電子ビーム径を最小化している。しかし
ながら。
子ビーム径を得るような電子光学系では三電極静電レン
ズの焦点Ａの位置変化（Ａ’に移動）が点線で示すよう
な、試料面上での電子ビーム径の拡大となって現われる
。このために、従来は対物電磁レンズ５の焦点距離を調
整して試料上の電子ビーム径を最小化している。しかし
ながら。
この方法では最適電子ビーム径を得ることができない、
第１図に示すように、最適絞り６によって制限される電
子ビームの量は電界放射陰極１上で影響すると開き角α
（ｒａｄ） 、及びα’ （ｒａｄ）の差となって表
われる。試料上に到達する電子線量ｉ〜１０πｄ”
（ｉｓ ：電界放射陰極から放射される立体角当りの
放射電子量）で表わされることから、開き角αの減少は
電子線量の減少となる。
第１図に示すように、最適絞り６によって制限される電
子ビームの量は電界放射陰極１上で影響すると開き角α
（ｒａｄ） 、及びα’ （ｒａｄ）の差となって表
われる。試料上に到達する電子線量ｉ〜１０πｄ”
（ｉｓ ：電界放射陰極から放射される立体角当りの
放射電子量）で表わされることから、開き角αの減少は
電子線量の減少となる。
さらに、点線で示すように電子光学系の総合縮小率を変
化させることから空間分解能の低下を招くことになる。
化させることから空間分解能の低下を招くことになる。
この結果、Ｓ／Ｎの良い高い空間分解能のＳＥＭ像を観
察できないこととなる。
察できないこととなる。
本発明の目的は三電極静電レンズの収束条件の変化によ
って生じた試料上の電子ビーム径の増大を、自動的に補
正する焦点合わせ方法、及び装置を提供することにある
。
って生じた試料上の電子ビーム径の増大を、自動的に補
正する焦点合わせ方法、及び装置を提供することにある
。
本発明は電子ビームを試料上で偏向する手段。
試料から発生した２次電子信号から電子ビーム径の大小
を判定する手段、及び、その判定信号に基づいて第２陽
極の制御電圧を制御する手段とから構成し、自動的に電
子ビームの焦点のずれを補正する方法である。
を判定する手段、及び、その判定信号に基づいて第２陽
極の制御電圧を制御する手段とから構成し、自動的に電
子ビームの焦点のずれを補正する方法である。
以下、本発明の一実施例を第２図により説明する。試料
の観察条件によって加速電圧Ｖ、を任意に決定し、引出
電圧Ｖ、を印加し所望の放射電子流を得る。電圧比Ｖ、
／Ｖ、の値における制御電圧ｖ３の値をスイッチＳｑ
ｌ側に倒し、調整印加しＡ点に焦点を結ぶ０次に、対物
電磁レンズを手動あるいは自動調整して試料上に最適電
子ビーム径を得ることができる。
の観察条件によって加速電圧Ｖ、を任意に決定し、引出
電圧Ｖ、を印加し所望の放射電子流を得る。電圧比Ｖ、
／Ｖ、の値における制御電圧ｖ３の値をスイッチＳｑ
ｌ側に倒し、調整印加しＡ点に焦点を結ぶ０次に、対物
電磁レンズを手動あるいは自動調整して試料上に最適電
子ビーム径を得ることができる。
しかしながら、電圧比Ｖ、／Ｖ１は前述した理由により
動作中に変化し、Ａ点の位置ずれ、そして試料上の電子
ビーム径の拡大となって現われる。
動作中に変化し、Ａ点の位置ずれ、そして試料上の電子
ビーム径の拡大となって現われる。
本発明はかかる状態において以下の手順にしたがって実
施する。
施する。
対物電磁レンズの焦点距離は前述の最適電子ビーム径が
得られている値を保持する。次に、第２陽極に供給する
制御電圧ｖ２はスイッチＳを２側に倒し制御電圧発生回
路９より行なう、制御電圧発生回路９は制御電圧制御回
路１０の信号によって出力電圧を変化するもので、正負
の両極性プログラマブル電圧発生器で構成されている。
得られている値を保持する。次に、第２陽極に供給する
制御電圧ｖ２はスイッチＳを２側に倒し制御電圧発生回
路９より行なう、制御電圧発生回路９は制御電圧制御回
路１０の信号によって出力電圧を変化するもので、正負
の両極性プログラマブル電圧発生器で構成されている。
この制御電圧ｖ２ を任意の電圧範囲（−Ｖ−〜＋ｖ２
．）、任意のステップ電圧（Δｖ３．）で変化させる。
．）、任意のステップ電圧（Δｖ３．）で変化させる。
まず、制御電圧を−ｖ！ｌｌに固定し、電子ビームを偏
向発生回路１１の偏向信号によって、試料上で任意時間
円形走査あるいは線形走査を行なう、そして、試料から
発生した２次電子信号を検出し、増幅器１４を経て電子
ビーム径判定回路１５に入力する。電子ビーム程判定回
路１５は試料上を走査している電子ビーム径の大小を判
定する回路で微分値比較法を採用している。この方式は
、試料上から発生する２次電子信号の周波数成分が、電
子ビーム径が小さくなるにしたがって高周波成分が増加
することを利用したもので、微分回路を用いて高周波成
分を強調して検出する回路である。したがって、電子ビ
ーム径が最小化したときに、電子ビーム径判定回路１５
の出力は増大となる。
向発生回路１１の偏向信号によって、試料上で任意時間
円形走査あるいは線形走査を行なう、そして、試料から
発生した２次電子信号を検出し、増幅器１４を経て電子
ビーム径判定回路１５に入力する。電子ビーム程判定回
路１５は試料上を走査している電子ビーム径の大小を判
定する回路で微分値比較法を採用している。この方式は
、試料上から発生する２次電子信号の周波数成分が、電
子ビーム径が小さくなるにしたがって高周波成分が増加
することを利用したもので、微分回路を用いて高周波成
分を強調して検出する回路である。したがって、電子ビ
ーム径が最小化したときに、電子ビーム径判定回路１５
の出力は増大となる。
制御電圧−７１，１時における電子ビーム径判定回路の
出力電圧値をマイクロコンピュータ１７に記憶し、次に
制御電圧−■□＋ＡＶＩＭを供給し同様の経路で電子ビ
ーム径判定回路１７の出力電圧値を記憶する。そして、
２つの電圧値を比較し大きい方を記憶する。以上の一連
の動作を順次−Ｖ□から＋Ｖ□までΔＶ ｘ ａずつ加
算しながら実行し最大値を与える制御電圧ｖ２の値（Ｖ
！、、、）を求める。これら全ての動作はＣ−Ｐ−Ｕバ
ス１６を経由してマイクロコンピュータ１７によって管
理されている。
出力電圧値をマイクロコンピュータ１７に記憶し、次に
制御電圧−■□＋ＡＶＩＭを供給し同様の経路で電子ビ
ーム径判定回路１７の出力電圧値を記憶する。そして、
２つの電圧値を比較し大きい方を記憶する。以上の一連
の動作を順次−Ｖ□から＋Ｖ□までΔＶ ｘ ａずつ加
算しながら実行し最大値を与える制御電圧ｖ２の値（Ｖ
！、、、）を求める。これら全ての動作はＣ−Ｐ−Ｕバ
ス１６を経由してマイクロコンピュータ１７によって管
理されている。
対物電磁レンズの焦点距離が先に求めた最適電子ビーム
径時と同一値であることから、最大値を与えた制御電圧
ｖ８の値Ｖ Ｒｍ ａ ｍは三電極静電レンズの最適収
束条件であるＡ点に焦点を結ぶこととなる。
径時と同一値であることから、最大値を与えた制御電圧
ｖ８の値Ｖ Ｒｍ ａ ｍは三電極静電レンズの最適収
束条件であるＡ点に焦点を結ぶこととなる。
以上、記述したように、電圧比Ｖ、／Ｖ、の変化によっ
ても、電子光学条件を変化することなしに、最適電子ビ
ーム径を自動的に求めることが可能となる。
ても、電子光学条件を変化することなしに、最適電子ビ
ーム径を自動的に求めることが可能となる。
さらに、従来の自動焦点合おせ方式である対物電磁レン
ズを電子ビーム径判定回路の出力信号で制御する方法を
併用することも可能な構成となっている。
ズを電子ビーム径判定回路の出力信号で制御する方法を
併用することも可能な構成となっている。
なお、本説明では三電極静電レンズにおいて、Ａ点に焦
点を結ばせる例について記述したが、かならずしも焦点
を結ばせる必要性はない、三電極収束条件のあらゆる収
束条件においても本発明は適用できることはいうまでも
ない。
点を結ばせる例について記述したが、かならずしも焦点
を結ばせる必要性はない、三電極収束条件のあらゆる収
束条件においても本発明は適用できることはいうまでも
ない。
本発明によれば、電圧比Ｖ、 ／Ｖ、によって変化した
電子光学系を、制御電圧ｖ２ を自動制御することによ
り光の最適な電子光学系に戻し、最適な電子ビーム径を
得ることができるので、従来高度の知識と技術を要した
三電極静電レンズを用いたＳＥＭの操作性が向上し、飛
躍的な汎用化が期待できる。更に、従来の対物電磁レン
ズを制御する自動焦点合わせ法に比較すると、電磁コイ
ルのインダクタンスによる遅れ時間が無くなり、高速の
自動焦点合わせが可能となる。
電子光学系を、制御電圧ｖ２ を自動制御することによ
り光の最適な電子光学系に戻し、最適な電子ビーム径を
得ることができるので、従来高度の知識と技術を要した
三電極静電レンズを用いたＳＥＭの操作性が向上し、飛
躍的な汎用化が期待できる。更に、従来の対物電磁レン
ズを制御する自動焦点合わせ法に比較すると、電磁コイ
ルのインダクタンスによる遅れ時間が無くなり、高速の
自動焦点合わせが可能となる。
第１１ｉ１は三電極静電レンズを使った従来のＳＥＨの
構成図。第２図は本発明の一実施例を示す構成図である
。 １・・・電界放射形陰極、２・・・第１陽極、３・・・
第２陽極、４−・・第３陽極、５・・・対物電磁レンズ
、６・・・最適ビーム絞り、７・・・試料、■、・・・
加速電源、ｖｌ・・・引出電源、ｖｌ・・・制御電源、
８・・・偏向コイルＸ・Ｙ、９・・・二次電子検出器、
１０・・・制御電圧発生回路、１１・・・制御電圧制御
回路、１２・・・偏向信号発生回路、１３・・・対物レ
ンズ電流発生回路、１４・・・対物レンズ電流制御回路
、１５・・・増幅器、１６・・・電子ビーム判定回路、
１７・・・Ｃ−Ｐ−Ｕパス、１８・・・マイクロコンピ
ュータ。
構成図。第２図は本発明の一実施例を示す構成図である
。 １・・・電界放射形陰極、２・・・第１陽極、３・・・
第２陽極、４−・・第３陽極、５・・・対物電磁レンズ
、６・・・最適ビーム絞り、７・・・試料、■、・・・
加速電源、ｖｌ・・・引出電源、ｖｌ・・・制御電源、
８・・・偏向コイルＸ・Ｙ、９・・・二次電子検出器、
１０・・・制御電圧発生回路、１１・・・制御電圧制御
回路、１２・・・偏向信号発生回路、１３・・・対物レ
ンズ電流発生回路、１４・・・対物レンズ電流制御回路
、１５・・・増幅器、１６・・・電子ビーム判定回路、
１７・・・Ｃ−Ｐ−Ｕパス、１８・・・マイクロコンピ
ュータ。
Claims (1)
- 電界放射陰極と、電界放射を誘起する第１陽極と、静電
レンズの収束作用を制御する第２陽極と、放射した電子
の加速、あるいは減速を行なう第３陽極とから成る三電
極静電レンズと、その静電レンズの下方に位置した電磁
レンズと偏向コイルによつて収束した電子ビームを試料
に走査する走査形電子顕微鏡において、三電極静電レン
ズの収束条件の変化に伴う焦点のずれを検出して、第２
陽極に印加する制御電圧を補正して、上記焦点のずれを
自動的に補正することを特徴とする走査形電子顕微鏡の
自動焦点合わせ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066985A JPS61220258A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 走査形電子顕微鏡の自動焦点合わせ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066985A JPS61220258A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 走査形電子顕微鏡の自動焦点合わせ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220258A true JPS61220258A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13148961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066985A Pending JPS61220258A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 走査形電子顕微鏡の自動焦点合わせ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61220258A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274048A (ja) * | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Canon Inc | 電子放出素子およびその製造方法 |
-
1985
- 1985-03-27 JP JP6066985A patent/JPS61220258A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274048A (ja) * | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Canon Inc | 電子放出素子およびその製造方法 |
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