JPS6362142A - 表面分析装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）やＥ　Ｐ　ＭＡ
等の表面分析装置に関する。

（ロ）従来技術とその問題点 従来のＳＥＭやＥＰＭＡ等の表面分析装置においては、
電子ビームを試料表面上で二次元走査することにより得
られる特性Ｘ線や二次電子などの各種の情報信号を輝度
変調信号として利用し、ＴＶモニタにＸ線像や二次電子
像などの各種の画像を表示するようにしたものがある。

ところで、このような画像表示を行なうには、従来、電
子ビームの走査をＴＶ走査に同期さ仕るために、電子ビ
ーム走査用のスイープコイルに対して、第２図（ａ）に
示すような鋸歯状波のスイープ信号を与えている。この
スイープ信号により、電子ビームは、第３図（ａ）に示
すように、試料表面上を往復走査される。すなわち、同
図（ａ）中、実線と破線で示すように交互に走査される
。この場合、画像表示の情報として利用されるのは、往
復走査の内の一方の走査たとえば実線の往動走査だけて
あり、破線の復動走査は電子ビームを図中右位置に復帰
させるためにのみ必要とされる。したがって、かかる走
査において、電子ビームを短時間の内に左位置に復帰さ
せるには、鋸歯状波の立ち下がり時間（第２図（ａ）の
符号ｔで示される時間）を短くすることにより、スイー
プ信号の変化に追従してスイープコイルの磁界を急峻に
変化させる必要がある。ところが、実際には電磁誘導や
渦電流等の影響によってスイープ信号に対する磁界変化
の十分な応答性を得ることは難しく、その結果、電子ビ
ームの走査幅が変動する。電子ビームの走査とＣＲＴモ
ニタのラスク走査との走査振幅の比が拡大倍率となるが
、上記のように、電子ビームの走査幅が変動すると、縦
横の拡大倍率が異なってきて画像に歪みを生じる。しが
も、スイープコイルの磁界を短時間に変化させるには、
スイープコイルに高い電圧を加える必要があり、回路装
置が複雑になるなどの不具合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、低電圧で、しかも時間変化の比較的緩やかなスイー
プ信号によって電子ビームを走査できるようにして、画
像の歪みが少なくかつ装置構造を簡略化した表面分析装
置を提供することを目的とする。

（ハ）問題点を解決するための手段 本発明の表面分析装置は、上記の目的を達成するために
、電子ビーム走査用のスイープコイルに対して極大値を
中心に左右対象波形を有するスイープ信号を与えるスイ
ープ信号発生器と、上記のスイープ信号に基づく電子ビ
ームの往復走査により試料表面から得られる情報信号を
すべて画像データとして記憶する画像メモリと、この画
像メモリへの画像データの書き込みアドレスを電子ビー
ムの律動走査と復動走査のたびに交互にアップ／ダウン
反転させて指定する書き込みアドレス措定手段と、画像
メモリに記憶された画像データをＴＶ走査に同期して読
み出して画像表示する表示手段と、を備えた構成とした
。

（ニ）作用 本発明の表面分析装置では、スイープ信号発生器からス
イープコイルに対して極大値を中心に左右対象波形を有
するスイープ信号を与えて電子ビームを試料表面上で往
復走査する。この走査では、往動走査と復動走査のいず
れら同じ走査速度となる。そして、電子ビームの走査に
より、試料表面から情報信号が得られるので、この情報
信号を画像メモリに画像データとして記憶する。その際
、゛書き込みアドレス指定手段によって画像メモリへの
書き込みアドレスが電子ビームの走査方向に沿って、往
動と復動のたびに交互にアップ／ダウン反転して指定さ
れる。すなわち、たとえば、電子ビームが往動走査して
いる場合にはアドレスアップされ、復動走査している場
合にはアドレスダウンされる。したがって、画像メモリ
には、電子ビームの往動、復動の各走査ごとに得られる
画像データがすべて記憶されるので、電子ビームの平均
走査速度は従来の１／２でよいことになる。そして、画
像メモリに記憶された画像データは、表示手段によって
、ＴＶ走査に同期して読み出されて画像表示される。

（ホ）実施例 第１図は、本発明の実施例に係る表面分析装置の構成図
である。なお、この実施例では表面分析装置としてＳＥ
Ｍに適用した場合について説明する。

同図において、符号１は分析対象となる試料、２はこの
試料１に対して電子ビームを照射する電子銃、４はこの
電子銃２から放出された電子ビームを試料表面上で走査
するためのスイープコイル、６はスイープコイル４に対
して電子ビーム走査用のスイープ信号を与えるスイープ
信号発生器である。このスイープ信号発生器６から出力
されるスイープ信号は、本例の場合、第２図（ｂ）に示
すように、低電圧で、しかも極大値を中心に左右対象波
形を有する三角波であるが、その他、電子ビームの走査
条件によってはｓｉｎ波を用いる場合もある。

８はスイープ信号発生器６からのスイープ信号出力を増
幅する低電流増幅器、ｌＯは試料ｌの表面から電子ビー
ムにより励起されて放出される二次電子を検出する検出
器、Ｉ２は検出器１ｏからの検出信号を増幅する増幅器
、１４は増幅器１２で増幅された検出信号をデジタル化
するＡ／Ｄ変換器、１６は上記の検出信号を画像データ
として記憶する画像メモリである。

また、１８は一定周波数のクロックパルスを発生するク
ロック発生器、２０はクロックパルスを電子ビームの往
動走査あるいは復動走査の各−走査分の時間に分周する
分周器である。

２２は上記の画像メモリ１６への画像データの書き込み
アドレスを電子ビームの走査方向に沿って往動と復動の
たびに交互にアップ／ダウン反転させて指定する書き込
みアドレス指定手段である。

すなわち、この書き込みアドレス指定手段２２は、電子
ビームの走査方向に沿う図中Ｘ方向の書き込みアドレス
を指定するアップダウンカウンタで構成されたＸアドレ
スカウンタ２４と、これに直交するＹ方向の書き込みア
ドレスを指定するアップカウンタで構成されたＹアドレ
スカウンタ２６と、分周器２０で分周されたグロックパ
ルスが入力されるたびに出力レベルを反転させるＴフリ
ップフロップ２８と、Ｔフリップフロップ２８によりＸ
アドレスカウンタ２４のアップ端子、ダウン端子へのク
ロックパルスの入力を切り替える切り換え回路３０とか
らなる。

３２は画像メモリ１６に記憶された画像データを、ＴＶ
走査に同期して読み出して画像表示する表示手段である
。すなわち、この表示手段３２は、ＴＶ走査に同期しつ
つ、書き込みアドレス指定手段２２でアドレス指定され
るアドレスアップの向きに沿って読み出しアドレスを順
次指定する読み出しアドレス発生器３４と、画像メモリ
１６から読み出された画像データをＴＶ表示用の輝度信
号に変換するＴＶ信号変換回路３６と、ＴＶモニタ３８
とからなる。

次に、上記の構成を有する表面分析装置の動作について
説明する。

本発明の表面分析装置では、クロック発生器１８からの
クロックパルスと、分周器２０からこのクロックパルス
を分周した出力とがスイープ信号発生器６に与えられる
ので、スイープ信号発生器６はこれらの信号人力に同期
して、第２図（ｂ）に示すようなスイープ信号を発生す
る。このスイープ信号は、低電圧の極大値を中心に左右
対象波形を有する三角波である。そして、このスイープ
信号が低電流増幅器８で増幅された後、スイープコイル
４に加えられる。これにより、第３図（ｂ）に゛示すよ
うに、電子ビームが試料１の表面上を往復走査される。

この走査では、往動走査と復動走査のいずれの場合も同
じ走査速度となる。そして、電子ビームが試料ｌに照射
されると、試料表面から二次電子が放出されるので、こ
の二次電子か検出器ＩＯで検出され、この検出信号が増
幅器１２、Ａ／Ｄ変換器１４を介して画像メモリ１６に
画像データとして記憶される。

その際、従来では、電子ビームの往動走査と復動走査の
内の一方の走査で得られる検出信号だけを画像表示の情
報として利用しているが、本発明では電子ビームの往動
走査と復動走査で得られる双方の検出信号を画像表示の
情報として利用する。

そのために、たとえば、電子ビームが第３図（ｂ）に示
すように、符号ＡからＢ、ＣからＤというように、左か
ら右に往動走査される場合には、クロックパルス発生器
１８からのクロックパルスが、切り換え回路３０を介し
てＸアドレスカウンタ２４のアップ端子ｕｐに入力され
て、Ｘ方向の書き込みアドレスが順次アドレスアップし
て指定される。

次に、電子ビームが第３図（ｂ）の符号ＢからＣ１Ｄか
らＥというように、右から左に復動走査される場合には
、その走査の切り換えタイミングに応じて分周器２０か
らのクロックパルスがＴフリップフロップ２８に入力さ
れるので、その出力レベルが反転する。これに応答して
、切り換え回路３０がＸアドレスカウンタ２１１のダウ
ン端子ｄｏｗｎに接続を切り換えるので、クロックパル
ス発生器１８からのクロックパルスが、切り換え回路３
０を介してＸアドレスカウンタ２４のダウン端子ｄｏｗ
ｎに入力されて、Ｘ方向の書き込みアドレスが順次アド
レスダウンして指定される。したがって、電子ビームが
符号ＡからＢに向けて走査されると、第４図（ａ）に示
すように、画像メモリ１６の書き込みアドレスもこれに
追従してＡからＢの向きにアドレスアップして指定され
る。次に、電子ビームかＢからＣに向けむて走査される
と、画像メモリ１６の書き込みアドレスもこれに追従し
てＢからＣの向きにアドレスダウンして指定される。こ
のように、電子ビームが往動走査と復動走査のたびに交
互にアップ／ダウン反転して指定される。

なお、Ｙアドレスカウンタ２６は、電子ビームが往動、
復動の各走査のたびにＹ方向の書き込みアドレスを順次
アドレスアップする。このようにして、画像メモリ１６
には、電子ビームの往動、復動の各走査ごとに得られる
画像データがすべて記憶されるので、電子ビームの平均
走査速度は従来の１／２でよいことになる。

こうして、画像メモリ１６に記憶された画像データを読
み出す場合には、ＴＶ信号変換回路３６から第２図（ｃ
）に示す波形の水平同期信号が読み出しアドレス指定手
段２２に与えられるので、読み出しアドレス発生器３４
は、この水平同期信号に同期しつつ、書き込みアドレス
指定手段２２でアドレス指定されるアドレスアップの向
きに沿って読み出しアドレスを順次指定する。すなわち
、第４図（ｂ）に示すように、ＴＶの一水平走査期間に
画像メモリ１６の読み出しアドレスを符号ＡからＢの向
きにアドレスアップして指定すると、次の水平走査でも
同じように、読み出しアドレスをＣからＤの向きに順次
アドレスアップして指定する。こうして、画像メモリ１
６からＴＶ走査に同期して読み出された画像データは、
ＴＶ信号発生器３６で輝度信号に変換され、これがＴＶ
モニタに出力されるので、電子ビームの走査に基づく画
像がＴＶモニタ３８に表示される。

なお、この実施例ではＳＥＭの場合について説明したが
、これに限定されるものではなく、その他電子ビームの
走査に基づく画像を表示できるようにした表面分析装置
に本発明を適用できるのは勿論である。

（へ）効果 以上のように本発明によれば、従来のようにスイープコ
イルに与えるスイープ信号を鋸歯状波にしなくても、低
電圧で、時間変化の比較的緩やかなスイープ信号で電子
ビームを走査できるので、画像の歪みが少なくなり、し
かも、装置構造が簡略化される等の優れた効果が発揮さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の表面分析装置の要部構成図、
第２図は信号波形図で、同図（ａ）は従来のスイープ信
号、同図（ｂ）は本発明にかかるスイープ信号、同図（
Ｃ）はＴＶ走査の水平同期信号をそれぞれ示す。また、
第３図は電子ビームの走査状態の説明図で、同図（ａ）
は従来走査を、同図（ｂ）は本発明にかかる走査をそれ
ぞれ示し、また、第４図は画像メモリに対する画像デー
タの書き込み、読み出し方法の説明図である。 ｌ・・・試料、４・・・スイープコイル、６・・スイー
プ信号発生器、１６・・・画像メモリ、２２・・・書き
込みアドレス指定手段、３２・・・表示手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビーム走査用のスイープコイルに対して極大
   値を中心に左右対象波形を有するスイープ信号を与える
   スイープ信号発生器と、 前記スイープ信号に基づく電子ビームの往復走査により
   試料表面から得られる情報信号をすべて画像データとし
   て記憶する画像メモリと、 この画像メモリへの画像データの書き込みアドレスを電
   子ビームの往動走査と復動走査のたびに交互にアップ／
   ダウン反転させて指定する書き込みアドレス指定手段と
   、 前記画像メモリに記憶された画像データをＴＶ走査に同
   期して読み出して画像表示する表示手段と、 を備えることを特徴とする表面分析装置。