JP2000077018A - 走査電子顕微鏡の焦点合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は走査電子顕微鏡の焦点合わせ装置に
関し、対物絞りの軸合わせを精度よく行なうことができ
る走査電子顕微鏡の焦点合わせ装置を提供することを目
的としている。 【解決手段】 対物絞りの位置合わせのため、加速電源
の電圧を周期的に変化させるウォブラ信号発生装置と、
各加速電圧での記憶されている指定倍率と、実際に設定
された倍率とを比較する比較手段と、比較の結果、設定
された倍率が指定倍率以下の場合には、対物レンズの電
流を制御する手段と、比較の結果、設定された倍率が指
定倍率以上の場合には加速電源の電圧を制御する手段と
により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査電子顕微鏡の焦
点合わせ機構に関し、更に詳しくは高圧電源にウォブラ
をかけ、対物絞りの位置合わせをした時のフォーカス合
わせの方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の鏡筒は、電
子線（電子ビーム）を発生する電子源、及び電子線を走
査するスキャン系、電子線を細いプローブにするレンズ
系で構成されている。更に、試料に照射する電子線の開
き角を制限するための対物絞りが設けられている。この
対物絞りの軸合わせをするために、対物レンズ電源にウ
ォブラ機能が設けられている。

【０００３】このウォブラ機能は、図２に示すように、
コイルに流す電流を周期的に変化させて、この時発生す
る観察像の動きをモニタし、この動きが最小となるよう
に対物絞り位置を合わせるようにしている。図２におい
て、縦軸は対物レンズ電流、横軸は時間である。ウォブ
ラがオンされると、対物レンズ電流に周期０．５秒程度
の微少な交流が重畳される。

【０００４】但し、高分解能画像観察時には、電子線を
加速する高圧電源にウォブラをかけて対物絞りを合わせ
た方が性能がよい場合がある。この理由として、高圧の
ウォブラでは、対物レンズ単体ではなく、鏡筒を構成す
る集束レンズ等を含めた総合としての軸を合わせるた
め、加速電源に微少なリップルが乗ったり、放出される
電子にエネルギーの広がりがあっても、試料上でフォー
カスされる電子の広がりは小さく抑えられるからである
と考えられる。

【０００５】図３は対物絞りの軸合わせの説明図であ
る。電子線が対物レンズの主面で光軸Ｌ外を通ると、
（ａ）のｆ１に示すように試料２の対物レンズ光軸Ｌと
の交点にフォーカスされていた電子線はｆ２に示すよう
にデフォーカスにより試料２の対物レンズ光軸からずれ
た位置に照射する。このため、ウォブラをかけると像が
シフトして見える。

【０００６】ここで、対物絞りの軸合わせを行なうと、
（ｂ）のｆ１に示すように試料２の対物レンズ光軸との
交点にフォーカスされていた電子線はｆ２に示すように
デフォーカスを行っても試料２の対物レンズ光軸を中心
とする領域に照射する。このため、ウォブラをかけても
像はシフトしないように見える。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した高圧ウォブラ
方法は、対物レンズを調整してフォーカスすると、像シ
フトが発生し、使用しずらく、実用化されていなかっ
た。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、対物絞りの軸合わせを精度よく行なうこ
とができる走査電子顕微鏡の焦点合わせ機構を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、対物絞りの位置合わせのため、加速電源の電
圧を周期的に変化させるウォブラ信号発生装置と、各加
速電圧での記憶されている指定倍率と、実際に設定され
た倍率とを比較する比較手段と、比較の結果、設定され
た倍率が指定倍率以下の場合には、対物レンズの電流を
制御する手段と、比較の結果、設定された倍率が指定倍
率以上の場合には加速電源の電圧を制御する手段とによ
り構成されることを特徴としている。

【００１０】この発明の構成によれば、対物レンズの絞
りの位置合わせに従来の対物レンズ電流を周期的に変化
させるウォブラの代わりに、加速電圧を周期的に変化さ
せるウォブラ方式に変更した。これに伴い、各加速電圧
で指定倍率以上で像観察する時、フォーカスの微調整を
対物レンズ電流の制御から加速電圧の微調整に切り替え
る。これにより、走査電子顕微鏡の焦点合わせを正確に
行なうことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の
形態例を示すブロック図である。図において、１は電子
ビームを試料２上に結像させる対物レンズ、２は試料、
３は電子ビームの開き角を制限するための対物絞りであ
る。４は電子ビームを集束させる集束レンズ、５は電子
ビームを発生させる電子銃である。

【００１２】６は試料２からの反射電子又は２次電子を
検出する検出器、７は加速電源に低周波交流信号を印加
するためのウォブラ信号発生装置、８は該ウォブラ信号
発生装置７の出力若しくは対物レンズ系からの制御微調
整信号を受けて、加速電源への重畳信号を出力する制御
系である。９は該制御系８からの信号を発生電圧に重畳
させる加速電源である。

【００１３】１１は対物レンズ１を駆動する対物レンズ
電源、１２は該対物レンズ電源１１を制御する制御信号
を与える制御系である。１０はフォーカス信号を発生す
るフォーカス信号発生回路、１３は該フォーカス信号発
生回路１０の出力を受けて、ａ接点又はｂ接点側の何れ
かに切り替える切り替え器である。指定倍率以下の時に
はａ接点側が選択されて制御系１２に入り、指定倍率以
上の場合にはｂ接点側が選択されて制御系８に入る。こ
のように構成されたシステムの動作を説明すれば、以下
の通りである。

【００１４】従来、電子ビームを試料にフォーカスさせ
る時、対物レンズの励磁を調整している。この調整に
は、つまみ等を利用するが、観察倍率に応じて変化量を
調整している。即ち、つまみの１ステップでの変化量を
低倍率では大きく、高倍率では小さく設定している。

【００１５】本発明では、各加速電圧で分解能の限界に
近い倍率で像を観察する時に、高圧電圧を微調整してフ
ォーカス合わせをするものである。先ず、ウォブラ信号
発生装置７からウォブラ信号を発生し、加速電源９に重
畳させる。この時の、加速電圧の振幅は数１０ｅＶ程度
とする。この電圧は、加速電圧や観察倍率に応じて振幅
が設定される。そして、対物絞り３の位置を微調整し、
像の動きが最小になるように調整する。

【００１６】一方、試料２の拡大像は、フォーカスされ
た電子ビームを試料上で走査し、検出器６で検出された
信号をＣＲＴ等の表示装置（図示せず）に表示し、観察
する。このフォーカス合わせのため、現在設定されてい
る倍率と各加速電圧での指定倍率との比較をする。

【００１７】現在設定されている倍率が指定倍率以下の
時には、制御系１２に制御信号を与え、対物レンズ電源
１１を制御する。一方、倍率が指定倍率以上になると、
対物レンズ電源１１でフォーカス合わせすると像シフト
が発生する。これは、対物絞り３を高圧ウォブラで合わ
せたため、対物ウォブラでは、軸が合っていないからで
ある。

【００１８】このため、指定倍率以上では、加速電圧を
微調整しフォーカスを合わせる。このため、切り替え器
１３はｂ接点側を選択している。従って、フォーカス信
号は制御系８を介して加速電源９から電子銃５に与えら
れる。これにより、フォーカスを変化させても、像シフ
トが発生することなく、像観察が可能となる。

【００１９】本発明では、フォーカス合わせの方法とし
て、マニュアルによるフォーカス合わせについて説明し
たが、自動フォーカス合わせを使用することもできる。
自動のフォーカス合わせは、従来より対物レンズの励磁
をステップ状に変化させ、試料から得られたビデオ信号
を微分し、その絶対値を積分し、この積分値が最大とな
るように対物レンズ励磁を調整している。

【００２０】この場合も、対物絞り３が高圧ウォブラで
合わされていると、対物レンズ１の励磁を変化させる
と、多少の像シフトが発生するが、これに関してはフォ
ーカスの可変範囲が広い方がよいので、対物レンズ１で
フォーカス合わせを行なうこととする。

【００２１】上述の実施の形態例では、加速電圧による
ウォブラに限定して説明したが、本発明はこれに限るも
のではなく、従来より使用されている対物レンズ電源を
ウォブラする方式と組み合わせて使用する方法も考えら
れる。

【００２２】その場合、対物レンズ電源１１のウォブラ
各々で合わせた対物絞り位置をメモリに記憶し、用途に
応じ対物絞りをモータで駆動することにより切り替える
方法も考えられる。また、対物絞りの位置合わせを電磁
アライメントコイルで行ない、その各々の値をメモリに
記憶する方法も考えられる。

【００２３】上述の実施の形態例では、指定倍率以上で
は加速電圧を微調整し、フォーカスを合わせる場合を例
にとったが、加速電源の微調整の制御範囲を設ける方法
も考えられる。制御範囲をオーバする時は、対物レンズ
制御系にこのオーバ分をフィードバックし、再度加速電
源が制御可能な範囲に入るように再設定する。

【００２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、対物絞りの位置合わせのため、加速電源の電圧
を周期的に変化させるウォブラ信号発生装置と、各加速
電圧での記憶されている指定倍率と、実際に設定された
倍率とを比較する比較手段と、比較の結果、設定された
倍率が指定倍率以下の場合には、対物レンズの電流を制
御する手段と、比較の結果、設定された倍率が指定倍率
以上の場合には加速電源の電圧を制御する手段とにより
構成されることにより、対物レンズの絞りの位置合わせ
に従来の対物レンズ電流を周期的に変化させるウォブラ
の代わりに、加速電圧を周期的に変化させるウォブラ方
式に変更し、これにより、各加速電圧で指定倍率以上で
像観察する時、フォーカスの微調整を対物レンズ電流の
制御から加速電圧の微調整に切り替えることができ、対
物絞りの軸合わせを精度よく行なうことができる走査電
子顕微鏡の軸合わせ機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態例を示すブロック図であ
る。

【図２】ウォブラの説明図である。

【図３】軸合わせの説明図である。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 試料 ３ 対物絞り ４ 集束レンズ ５ 電子銃 ６ 検出器 ７ ウォブラ信号発生装置 ８ 制御系 ９ 加速電源 １０ フォーカス信号発生回路 １１ 対物レンズ電源 １２ 制御系 １３ 切り替え器

フロントページの続き (72)発明者 松下 光英 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号 日本 電子株式会社内 Ｆターム(参考） 5C033 MM01 MM05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物絞りの位置合わせのため、加速電源
   の電圧を周期的に変化させるウォブラ信号発生装置と、 各加速電圧での記憶されている指定倍率と、実際に設定
   された倍率とを比較する比較手段と、 比較の結果、設定された倍率が指定倍率以下の場合に
   は、対物レンズの電流を制御する手段と、 比較の結果、設定された倍率が指定倍率以上の場合には
   加速電源の電圧を制御する手段とにより構成される走査
   電子顕微鏡の焦点合わせ装置。