KR830002228B1 - 주사 전자 현미경 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주사 전자 현미경

제1(a)도 및 제1(b)도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면.

제2도는 본 발명의 한 실시예를 도시한 블럭도.

제3도는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 주사 전자현미경에 관한 것으로, 최종단 집속렌즈의 여자전류변화에 따라 발생하는 음극선관상에서 시료상의 회전을 자동적으로 보정하는 장치에 관한 것이다.

주사 현미경에 있어서는 고분해능의 시료상을 얻기 위하여, 시료표면을 가능한한 최종단 집속렌즈(이하 대물렌즈라 통칭함)의 주표면에 접근시키도록 해야 한다. 한편 시료표면을 대물렌즈 주표면으로부터 떨어지게 해서 분해능을 희생하더라도 대형의 시료를 큰 각도로 경사시켜서 관찰해야 할 때도 있다. 여기서 이와 같은 요구를 만족시키기 위해서는, 일반적으로는 대물렌즈의 하측자극하면 으로부터 시료표면까지의 거리(이하 이 거리를 동작거리(working distance라 칭함)를 여러 단계로 변화시키게 구성되어 있다.

그러한데 이와 같은 동작거리를 변화시키면 초점시료상에서 전자빔 직경이 커지기 때문에, 시료상이 흐려지고 만다. 따라서 동작거리를 변화시키기 위해서 대물렌즈의 여자전류를 변화시켜서 시료상에서의 전자빔의 직경이 최소가 되도록 초점을 일치키도록 한다.

또 일반으로는 대물렌즈에 의해 집속된 전자선을 시료위에서 2차원적으로 주사하기 위한 편향장치는 대물렌즈의 위쪽에 놓여져 있기 때문에 상기한 바와같이 대물렌즈의 여자전류를 변화시키면 전자선의 와류현상에 의해서 시료상에서의 최종방향이 여자전류의 변화전과 변화후가 서로 달라져, 그로 인해 음극선관상에서 시료상이 회전하는 현상이 생긴다.

본 발명은 이와 같은 단점을 해결하는 것을 그 목적으로 하는 것으로써, 이하 본 발명의 원리를 제1(a)도, 제1(b)도에 기준하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

지금, 전자선 통로상에 놓여진 편향장치의 X방향 편향코일에 X=I_OX의 편향전류를 인가하고, 또 Y방향 편향코일에 Y=I_OY의 편향전류를 인가했을 때의 시료상에 있어서 전자빔의 최종방향이 제1(a)도에서 도시한 바와 같은 방향이라고 한다면, 제1(b)도와 같이 최종방향을

ψ회전시키기 위해서는 X방향 편향코일에 X=I_OX·cosΔψ+I_OY·sinΔψ의 편향전류를 인가하고, 또 Y방향편향코일에 Y=I_OY·cosΔψ-I_OX·sinΔψ의 편향전류를 흐르게 할 필요가 있다. 여기에서 대물렌즈의 여자전류의 변화에 의해서 최종방향이 Δψ 회전했을 경우에는, 이것을 보상하기 위하여서는 X방향 편향코일에 XI_OX·cos(-Δψ)+I_OY·sin(-Δψ)의 편향전류를 인가하고, 또 Y방향 편향코일에 Y=I_OY·cos(-Δψ)-I_OY·sin(-Δψ)의 편향전류를 흐르게 하면 좋다. 즉 편향계에 의해서 최종방향을 미리 -Δψ회전시켜 놓으면, 대물렌즈에 의한 최종방향 +Δψ의 회전을 지워서, 항상 최종 방향을 동일방향으로 할 수가 있다.

따라서 본 발명에 있어서는 대물렌즈의 기준 여자전류로부터의 변화성분을 검출해서 여자전류의 변화성분에 의해서 생기는 최종방향의 회전각 Δψ을 산출하고 난 후, 편향장치에 의해서 최종방향을 대물렌즈에 의한 최종방향의 회전각 Δφ과 같은 각도만큼 역방향으로 회전시키도록 구성한 것에 특징이 있다.

제2도는 본 발명을 실시하기 위한 블록선도이며, (1)은 전자총이며, 상기한 전자총으로부터 발생한 전자선 EB는 집속렌즈(2)와 대물렌즈(3) 등에 의해서 가늘게 집속되어서 시료(4)상에 조사된다. 상기한 집속렌즈(2)와 대물렌즈(3)와의 사이에는 적어도 1단계 이상의 X 및 Y편향코일 5X, 5Y가 놓여져 있고, X 및 Y방향 주사신호 발생회로 6X, 6Y로 부터 X방향 주사신호(I_OX) 및 Y방향 주사신호(I_OY)가 가산, 감산 및 승산의 기능을 구비한 연산회로(7)를 경유하여 개별적으로 공급된다. 그 결과 전자선 EB는 시료(4)상에서 2차원적으로 주사되는 것으로 된다. 상기와 같이 전자 주사에 의해서 시료로부터 발생하는 2차전자 및 반사전자(투과 전자를 포함)는 검출기(8)에 의해서 검출되고, 영상증폭기(9)를 통해서 음극선관(10)의 휘도변조 그릿드에 공급된다. 상기한 음극선관(10)의 X 및 Y편향코일 11X, 11Y에는 X 및 Y방향주사신호발생회로 6X, 6Y로부터 상기의 편향코일 5X, 5Y 로의 신호와 동기주사신호가 공급되기 때문에, 음극선관(10)상에는 시료(4)의 주사상이 표시된다.

(12)는 상기의 대물렌즈(3)에 공급하는 여자전류를 제어하기 위한 것의 여자전류 제어회로로써, 시료(4)의 위치가 이 도면에 실선으로서 도시한 기준 위치로부터 점선으로 도시한 바와 같은 위치로 변화했을 경우, 여자전류제어회로를 제어하므로 인해 점선의 위치에 놓인 시료상에 전자선의 초점을 맞춘다. (13)은 대물렌즈(3)의 여자전류를 검출하기 위한 검출저항으로서, 검출된 여자전류에 일치하는 전압은 차동증폭기(14)에 공급되면 기준전원(15)의 전압과 비교된다. 각 기준전원(15)은 기준 시료위치에 있어서 대물렌즈에 정확히 초점이 일치되었을 경우, 검출저항(13)에서 발생하는 전압에 미리 선정된다. 따라서 상기한 차동증폭기(14)에서는 기준 시료위치에 있어서의 대물렌즈의 초점을 정확히 일치시키는 기준 여자전류치에 대한 변화성분의 여자전류치 ΔI를 도시한 신호가 취출된다.

여기에서 대물렌즈(3)의 여자전류가 ΔI 변화함에 따라 시료(4)상에서 회전하는 최종방향의 회전각 Δψ은 다음 식으로서 나타낸다.

여기에 있어서 m₀는 전자의 질량, θ는 전자의 부하, V^*는 전자선 가속전압의 상대론 보정치, n는 진공중의 투자율, n는 대물렌즈코일의 감긴수이다. 따라서 이 식으로부터 분명한 바와 같이

는 정수이기 때문에, 차동증폭기(14)의 이득을 작게 선정하면, 이 차동증폭기(14)로부터는 제3(a)도와 같이 회전각 Δψ에 해당하는 전압이 얻어진다.

전압-시간변환기(16)는 이 출력전압에 해당하는 펄스폭을 갖는 제3(b)도에 도시한 펄스신호를 발생시켜, 트리거 회로(17)로 공급한다. 이 트리거회로(17)로부터 발생한 상기의 펄스신호의 기립에 동기한 정극성 펄스(제3(c)도 참조)는 다이오드(18a)를 통해서 정현파(sin ωt)를 발생시키며, 상기한 sin파는 게이트회로(20a) 및 미분회로(21)로 보내진다. sin파가 미분회로(21)에 의해서 미분되므로 제3(e)도에 도시한바와같이 cos파(cos ωt)가 발생하고, 상기한 cos파는 게이트회로(20b)로 보내진다. 한편 제3(c)도에서 도시한 상기 트리거회로(17)로부터 발생한 제3(b)도 중의 펄스신호의 하강에 동기한 부극성펄스(b)는 다이오드(18b)를 경유해서 단안정 회로(22)로 공급된다. 상기한 단안정회로(22)로부터는 제3(f)도에 도시한 바와같은 부극성펄스(b)에 동기한 게이트펄스가 발생하며, 이는 게이트회로(20a, 20b)로 공급되며 그 펄스기간동안만 게이트회로(20a, 20b)를 개방한다.

그러한데 상기 전압-시간 변환기(16)는 sin파 발생회로(19) 및 미분회로(21)로부터 발생하는 sin파 및 cos 파의 각 주파수를 ω라 하면 Δψ/ω에 대응한 펄스폭을 갖고 있기 때문에, 이것의 하강시점에서 샘플홀드되어서 게이트회로(20a), (20b)로부터 취출되는 신호는 각각 제3(g)도 및 제3(h)도로서 도시한 바와 같이 sin Δψ 및 cos Δψ에 대응한 것으로 된다. 상기한 게이트회로(20a)로부터의 sin Δψ에 해당하는 신호는 반전회로(23)에 의해서 반전되어, 제3(i)도에서 도시한 바와 같이 sin(-Δψ)로 되어서 샘플홀드증폭기(24)에 홀드된다. 한편 게이트회로(20b)로부터의 cos Δψ는 상기한 홀드증폭기(24)에 cos(-Δψ)로써 전송되어서 홀드된다.

상기한 연산회로(7)에 있어서는 X 및 Y방향 주사신호 발생회로(6X), (6Y)로부터의 주사신호 I_OX및 I_OY와 홀드증폭기(24)에 홀드된 sin(-Δψ) 및 cos(-Δψ)의 신호와의 가산, 감산, 승산함에 의해서 X방향의 출력으로 하여 X=I_OX·cos(-Δψ)+I_OY·sin(-Δψ)의 의 주사신호를, 또 Y방향의 출력으로서 Y=I_OY·cos(-Δψ)-I_OX·sin(-Δψ)의 주사신호를 개별적으로 발생시켜서, X 및 Y 편향코일(5X) 및 (5Y)에 공급한다.

따라서 시료(4)의 위치 변화에 의해서 대물렌즈의 여자전류를 변화시킨 경우 편향코일 5X, 5Y가 대물렌즈의 여자전류 변화에 의한 최종 방향의 회전을 취소하는 방향으로 최종 방향이 회전하도록 전자선을 주사하기 때문에, 시료상에 있어서 최종방향은 대물렌즈의 여자전류가 변화되었다 하더라도 변화하지 않는다 그 결과 음극선관(10)상에서의 시료상의 회전이 발생하지 않기 때문에, 주목점상의 초점을 맞는 조작에 의해서 시료 상이 흐려지는 일이 없게 된다.

동작거리가 다른상의 비교를 용이하게 실시할 수 있다.

또한 제2도에서 도시한 실시회로에 있어서, 차동증폭기(14)와 전압-시간 변환기(16)와의 사이에 점선으로서 도시한 바와 같이 가산기(25)를 설치하고, 차동증폭기(14)로부터의 출력전압에 임의의 회전각에 해당하는 전압을 인가할 수 있도록 구성한다면, 수동조작에 의해서 시료(4)상의 최종방향을 임의로 변화시킬수가 있다.

Claims (1)

1. 전자총(1)으로부터 발생된 전자선(EB)을 접속하여 시료(4)상에 조사하기 위한 대물렌즈(3)와, 상기 시료(1)를 조사하는 전자선(EB)의 위치를 2차원적으로 주사하기 위하여 상기 대물렌즈(3)의 상방에 놓여진 편향장치(5X, 5Y)와, 상기 시료(4)로부터 발생하는 정보를 검출하는 수단(8)과, 이 검출수단(8)에서의 기호가 휘도변조 신호로서 도입되는 표시수단(10)과, 상기 편향장치 (5X, 5Y) 및 표시수단(10)의 편향장치계(11X, 11Y)에 동기한 주사신호를 공급하기 위한 주사신호 발생수단(6X, 6Y)과를 갖춘 장치에 있어서, 상기 대물렌즈(3)의 기준 여자전류치로부터의 변화성분을 검출하는 검출저항(13), 이 변화성분에 따라 시료(4)상의 래스터 방향의 회전각을 산출하는 차동증폭기(14), 이 산출된 래스터 방향의 회전각에 대응하는 정현치(正弦値) 및 여현치(餘弦値)를 산출하는 sin파 발생회로(19) 및 미분회로(21), 이 정현치, 여현치와 상기 주사신호 발생회로(6X, 6Y)으로부터의 주사신호와에 근거하여 상기 대물렌즈(3)의 여자전류변화에 의한 래스터방향의 회전을 취소하도록 래스터방향이 회전토록하는 주사신호를 발생시켜 상기 편향장치(5X, 5Y)에 공급하기 위한 연산회로(7)를 갖춘 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.

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