JP2007194072A - Control device and control method for electron gun used for scanning electron microscope or the like - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method capable of optimally setting bias voltage of an electron gun without requiring complicated operation. <P>SOLUTION: On the method of controlling emission current from a filament of the electron gun provided with a plurality of resistors arranged between the filament and a Wehnelt electrode having resistance values different from each other, a setting, for dividing a range of acceleration voltage into the same number of areas as that of the resistors, is accepted, and the resistors are switched so that one having a resistance value corresponding to the size of the area of acceleration voltage can be used to the area of the acceleration voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法に関し、特に、電子銃のバイアス電圧の自動切り替えを行う制御装置及び制御方法に関するものである。   The present invention relates to a control device and control method for an electron gun used in a scanning electron microscope and the like, and more particularly to a control device and control method for automatically switching the bias voltage of an electron gun.

走査電子顕微鏡等において電子線を発生させる電子銃としては、タングステンフィラメント等を用いた熱電子放出型のものが低コストで超高真空が必要ないなどの利便性から広く用いられている。走査電子顕微鏡による像観察や微少部分析では、試料や目的に応じて電子銃から出力される電子線のエネルギーを調整する必要があるが、その設定範囲は通常数百eVから30keV程度までと広範囲にわたる。電子銃の制御部では電子線のエネルギーを決定する加速電圧として高電圧を電子銃に印加している。フィラメントから放出される電流、すなわちエミッション電流はこれら加速電圧の高低により変化し、加速電圧が低くなるに従ってエミッション電流は低下する。すなわち、低加速電圧であるほどエミッション電流は低下し、試料への照射電流も少なくなるので、検出信号量低下による像質劣化や分析感度低下といった問題が生じてくる。   As an electron gun for generating an electron beam in a scanning electron microscope or the like, a thermionic emission type using a tungsten filament or the like is widely used because of its low cost and no need for an ultra-high vacuum. In image observation and microscopic analysis with a scanning electron microscope, it is necessary to adjust the energy of the electron beam output from the electron gun according to the sample and purpose, but the setting range is usually a wide range from several hundred eV to about 30 keV. Over. In the control unit of the electron gun, a high voltage is applied to the electron gun as an acceleration voltage that determines the energy of the electron beam. The current emitted from the filament, that is, the emission current changes depending on the level of the acceleration voltage, and the emission current decreases as the acceleration voltage decreases. That is, the lower the acceleration voltage, the lower the emission current and the smaller the irradiation current to the sample. This causes problems such as image quality deterioration and analysis sensitivity reduction due to a decrease in the amount of detection signal.

このような問題に対して、従来、機械的に電子銃のウェネルト電極とアノード電極間の距離を狭くすることでエミッション電流を増やすなどといった対処方法が提案されている。しかしながら、この対処方法は、加速電圧の高低に応じてウェネルトまたはアノード電極を付け替える作業が煩雑であるため、一般には普及していない。   To cope with such a problem, conventionally, a countermeasure has been proposed in which the emission current is increased by mechanically reducing the distance between the Wehnelt electrode and the anode electrode of the electron gun. However, this coping method is generally not widespread because the work of changing the Wehnelt or anode electrode depending on the level of the acceleration voltage is complicated.

一方で、フィラメントとウェネルト電極の間にバイアス電圧を印加することにより、エミッション電流を抑制する方法が提案されている（特許文献１参照）。フィラメントとウェネルト電極の間にバイアス電圧を印加するには、これらの間に抵抗を配置するのが一般的な方法である。この抵抗に流れる電流による電圧降下分がバイアス電圧となってエミッション電流を抑制する仕組みとなっている。このようにフィラメントとウェネルト電極の間に抵抗Rbを配置した場合における加速電圧Vaccとエミッション電流Ieとの関係を図７に示す。図示するように、抵抗Rbの値の大小によって、加速電圧Vaccとエミッション電流Ieとの関係が変わってくる。   On the other hand, a method has been proposed in which an emission current is suppressed by applying a bias voltage between a filament and a Wehnelt electrode (see Patent Document 1). In order to apply a bias voltage between the filament and the Wehnelt electrode, it is a common method to place a resistor between them. The voltage drop due to the current flowing through this resistor becomes a bias voltage to suppress the emission current. FIG. 7 shows the relationship between the acceleration voltage Vacc and the emission current Ie when the resistor Rb is arranged between the filament and the Wehnelt electrode. As shown in the figure, the relationship between the acceleration voltage Vacc and the emission current Ie varies depending on the value of the resistance Rb.

図７に示すように、フィラメントとウェネルト電極との間に配置する抵抗値を小さくしバイアス電圧は低く抑えることにより、低加速電圧であってもエミッション電流を大きくすることができる。特許文献２には、電子銃の加速電圧の値に応じて、フィラメントとウェネルト電極との間に配置した複数の抵抗をリレーで切り替える制御方式が記載されている。   As shown in FIG. 7, by reducing the resistance value disposed between the filament and the Wehnelt electrode and keeping the bias voltage low, the emission current can be increased even at a low acceleration voltage. Patent Document 2 describes a control method in which a plurality of resistors arranged between a filament and a Wehnelt electrode are switched by a relay according to the value of the acceleration voltage of the electron gun.

特許第３５５３３５９号公報Japanese Patent No. 3553359 特開平５−３２５８６５号公報JP-A-5-325865

特許文献２に提案されているバイアス電圧を電気的に切り替える方式では、観察条件に応じて抵抗切り替えリレーのON/OFFを手動で制御するか、あるいは加速電圧の設定に応じて一義的にリレーをON/OFFするといった制御が行わることが想定される。後者であれば、例えば、６ｋV以下の低加速電圧の印加時には、エミッション電流が増大するようリレーをONにして抵抗値を小さくする一方で、６ｋVを超える高加速電圧の印加時には、エミッション電流が抑制されるようリレーをOFFして抵抗値を大きくするといった制御回路を構成することが想定される。このときのリレーON/OFFの切り替え点となる加速電圧値は、一般的に経験や実験に基づいて決められる固定値であるが、フィラメントの設定や観察条件によって最適なリレーON/OFFの切り替え点が変わり得るため、結局、リレーON/OFFの手動操作が必要になるといった煩わしさがあった。   In the method of electrically switching the bias voltage proposed in Patent Document 2, ON / OFF of the resistance switching relay is manually controlled according to the observation conditions, or the relay is uniquely set according to the acceleration voltage setting. It is assumed that control such as ON / OFF is performed. In the latter case, for example, when a low acceleration voltage of 6 kV or less is applied, the relay is turned on to reduce the resistance value so that the emission current increases. On the other hand, the emission current is suppressed when a high acceleration voltage exceeding 6 kV is applied. It is assumed that the control circuit is configured to increase the resistance value by turning off the relay. The acceleration voltage value that becomes the relay ON / OFF switching point at this time is a fixed value that is generally determined based on experience and experiment, but the optimal relay ON / OFF switching point depends on the filament settings and observation conditions. As a result, the manual operation of relay ON / OFF becomes necessary.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、煩雑な操作を必要とすることなく電子銃のバイアス電圧が最適に設定されるように制御することができる装置及び方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an apparatus and method capable of controlling the bias voltage of the electron gun to be optimally set without requiring a complicated operation. It is what.

上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者は、以下のような電子銃の制御装置及び制御方法を提案する。   As a result of diligent research in view of the above problems, the present inventor proposes the following electron gun control device and control method.

（１）電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御するための装置であって、フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を切り替える手段と、加速電圧範囲を前記抵抗の数と同数の領域に分割する設定を受け付ける手段とを備えており、前記加速電圧領域の大小に応じた抵抗値を有する抵抗が当該加速電圧領域に対して用いられるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御装置。   (1) An apparatus for controlling an emission current from a filament in an electron gun, a plurality of means arranged between a filament and a Wehnelt electrode for switching resistances having different resistance values; Means for accepting a setting to divide into the same number of regions as the number of regions, and switching the resistance so that a resistor having a resistance value corresponding to the size of the acceleration voltage region is used for the acceleration voltage region. An electron gun control device.

（２）電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御するための装置であって、フィラメントとウェネルト電極の間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を切り替える手段と、エミッション電流値を検出する手段と、エミッション電流の最大値の設定を受け付ける手段とを備えており、エミッション電流が前記設定された最大値を超えない範囲で最大となるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御装置。   (2) An apparatus for controlling an emission current from a filament in an electron gun, a means for switching a plurality of resistances having different resistance values arranged between the filament and a Wehnelt electrode, and a means for detecting an emission current value And a means for receiving a setting of the maximum value of the emission current, and the resistance is switched so that the emission current becomes maximum within a range not exceeding the set maximum value.

（３）電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御するための装置であって、フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を切り替える手段と、前記複数の抵抗とウェネルト電極との間に配置され、エミッション電流を抑制するよう作動する可変電圧源と、エミッション電流値を検出する手段と、エミッション電流の最大値の設定を受け付ける手段とを備えており、エミッション電流が前記設定最大値を超えない範囲で最大となるように、抵抗の切り替え及び前記可変電圧源の作動を行うことを特徴とする電子銃制御装置。   (3) An apparatus for controlling an emission current from a filament in an electron gun, the unit being arranged between a filament and a Wehnelt electrode and switching a plurality of resistances having different resistance values, and the plurality of resistances and the Wehnelt A variable voltage source disposed between the electrodes and operating to suppress the emission current, a means for detecting an emission current value, and a means for receiving a setting of a maximum value of the emission current, wherein the emission current is An electron gun control device that performs resistance switching and operation of the variable voltage source so as to be maximized within a range not exceeding a set maximum value.

（４）フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を備えた電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御する方法であって、加速電圧範囲を前記抵抗の数と同数の領域に分割する設定を受け付け、前記加速電圧領域の大小に応じた抵抗値を有する抵抗が当該加速電圧領域に対して用いられるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御方法。   (4) A method for controlling an emission current from a filament in an electron gun having a plurality of resistances having different resistance values arranged between the filament and the Wehnelt electrode, wherein the acceleration voltage range is the same as the number of the resistors. An electron gun control method comprising: accepting a setting to divide into two regions, and switching the resistance so that a resistor having a resistance value corresponding to the magnitude of the acceleration voltage region is used for the acceleration voltage region.

（５）フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗と、エミッション電流値を検出する手段とを備えた電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御する方法であって、エミッション電流の最大値の設定を受け付け、エミッション電流が前記設定された最大値を超えない範囲で最大となるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御方法。   (5) A method of controlling an emission current from a filament in an electron gun including a plurality of resistances having different resistance values arranged between the filament and the Wehnelt electrode and means for detecting an emission current value, An electron gun control method characterized by receiving a setting of a maximum value of an emission current and switching a resistance so that the emission current becomes a maximum within a range not exceeding the set maximum value.

（６）フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗と、エミッション電流値を検出する手段と、前記複数の抵抗とウェネルト電極との間に配置され、エミッション電流を抑制するよう作動する可変電圧源とを備えた電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御する方法であって、エミッション電流の最大値の設定を受け付け、エミッション電流が前記設定された最大値を超えない範囲で最大となるように、抵抗の切り替え及び前記可変電圧源の作動を行うことを特徴とする電子銃制御方法。   (6) Resistors having different resistance values arranged between the filament and the Wehnelt electrode, means for detecting the emission current value, and arranged between the plurality of resistors and the Wehnelt electrode to suppress the emission current A method for controlling an emission current from a filament in an electron gun including a variable voltage source that operates to accept a setting of a maximum value of the emission current, and a range in which the emission current does not exceed the set maximum value The electron gun control method is characterized in that the resistance is switched and the variable voltage source is actuated so as to maximize the resistance.

以上、説明したように、本発明によれば、走査電子顕微鏡等に用いる電子銃において、煩雑な操作を必要とすることなく電子銃のバイアス電圧が最適に設定されるように制御することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the electron gun used in the scanning electron microscope or the like can be controlled so that the bias voltage of the electron gun is optimally set without requiring a complicated operation. It becomes.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１〜図６は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。   The best mode for carrying out an electron gun control apparatus and control method used in a scanning electron microscope or the like of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 6 are diagrams illustrating embodiments of the present invention. In these drawings, the same reference numerals denote the same components, and the basic configuration and operation are the same. To do.

[第１実施形態]
本発明の走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態における電子銃及びその制御装置の構成を概略的に示す図である。図１において、電子銃は、フィラメント１、ウェネルト電極２、アノード３、フィラメント加熱電源４、抵抗値が異なる複数の抵抗５、加速電圧発生用高圧電源６、高圧電源に含まれるエミッション電流検出手段７、リレーなどから構成される抵抗切り替え手段８を含んでいる。この電子銃のフィラメント加熱電源４、加速電圧発生用高圧電源６、エミッション電流検出手段７、抵抗切り替え手段８は、マイクロコンピュータなどから構成される電子銃制御手段９によって制御される。電子銃制御手段９には、ユーザインタフェースとしてオペレーションコンソール１０が接続されている。操作者は、オペレーションコンソール１０により、加速電圧値やフィラメント加熱量などを任意に設定することができる。 [First embodiment]
A first embodiment of a control device and control method for an electron gun used in a scanning electron microscope or the like of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an electron gun and its control device in the present embodiment. In FIG. 1, an electron gun includes a filament 1, a Wehnelt electrode 2, an anode 3, a filament heating power source 4, a plurality of resistors 5 having different resistance values, a high voltage power source 6 for generating acceleration voltage, and an emission current detecting means 7 included in the high voltage power source. And a resistance switching means 8 constituted by a relay or the like. The electron gun filament heating power source 4, the acceleration voltage generating high voltage power source 6, the emission current detecting means 7, and the resistance switching means 8 are controlled by an electron gun control means 9 comprising a microcomputer or the like. An operation console 10 is connected to the electron gun control means 9 as a user interface. An operator can arbitrarily set an acceleration voltage value, a filament heating amount, and the like by using the operation console 10.

以上のように構成された電子銃及びその制御装置の動作について説明する。フィラメント１はフィラメント加熱電源４により加熱されて熱電子を発生する。発生した熱電子は、加速電圧発生用高圧電源６により陰極であるフィラメント１と接地されたアノード３との間に印加される加速電圧によって加速され、アノード３に向けて放出される。一方、フィラメント１とウェネルト電極２との間にはバイアス電圧Vbが印加されており、このバイアス電圧によってエミッション電流Ieは抑制されるようになっている。抵抗切り替え手段８によってそれぞれ抵抗値が異なる３つの抵抗５を切り替えるが、その抵抗値Rbが大きいほどバイアス電圧は高くなるので、抵抗５Rbを切り替えることによりエミッション電流Ieの値を制御することができる。オペレーションコンソール１０によって、エミッション電流検出手段９により検出されたエミッション電流量がモニタ表示される。   The operation of the electron gun configured as described above and its control device will be described. The filament 1 is heated by a filament heating power source 4 to generate thermoelectrons. The generated thermoelectrons are accelerated by an acceleration voltage applied between the filament 1 serving as the cathode and the grounded anode 3 by the high-voltage power supply 6 for generating an acceleration voltage, and emitted toward the anode 3. On the other hand, a bias voltage Vb is applied between the filament 1 and the Wehnelt electrode 2, and the emission current Ie is suppressed by this bias voltage. Three resistors 5 each having a different resistance value are switched by the resistance switching means 8, and the bias voltage becomes higher as the resistance value Rb is larger. Therefore, the value of the emission current Ie can be controlled by switching the resistor 5Rb. The operation console 10 monitors and displays the amount of emission current detected by the emission current detection means 9.

低加速電圧のときには、エミッション電流が低下しプローブ電流低下による検出信号の劣化が生じるため、電子銃制御部９はこの劣化を低減すべく、抵抗値Rbが小さい抵抗に切り替えてバイアス電圧を下げるように制御する。一般的に、エミッション電流を増大させるためにバイアス電圧を低くすると、光源のスポット径が大きくなり高倍率での分解能劣化要因となるが、一方で、低加速電圧のときにはエミッション電流低下によってS/N比が低下する。このため、バイアス電圧はスポット径とS/N比とのバランスを考慮して設定する必要がある。具体的には、低倍率観察ではスポット径を多少犠牲にしてもS/N比を重視するのでバイアス電圧を低く設定し、高倍率観察ではS/N比よりもスポット径を重視するのでバイアス電圧を高く設定するのが好ましい。   When the acceleration voltage is low, the emission current is reduced and the detection signal is deteriorated due to a decrease in the probe current. Therefore, the electron gun control unit 9 switches to a resistor having a small resistance value Rb and reduces the bias voltage in order to reduce this deterioration. To control. In general, lowering the bias voltage to increase the emission current increases the spot diameter of the light source and causes degradation of resolution at high magnification. On the other hand, at low acceleration voltages, the S / N The ratio decreases. For this reason, it is necessary to set the bias voltage in consideration of the balance between the spot diameter and the S / N ratio. Specifically, in low magnification observation, the bias voltage is set low because the S / N ratio is emphasized even if the spot diameter is somewhat sacrificed. In high magnification observation, the bias voltage is emphasized because the spot diameter is more important than the S / N ratio. Is preferably set high.

次に、本実施形態におけるバイアス電圧の制御方法について、図２を参照しながら説明する。オペレーションコンソール１０には、図２（Ａ）に示すようなバイアス設定画面が表示される。この設定画面において、操作者は抵抗切り替え手段８による抵抗切り替えポイントとなる加速電圧値を設定することができる。図示する例では、加速電圧Vaccの値６ｋV及び１４ｋVを境として抵抗切り替えを行うよう指定している。これにより、加速電圧Vaccの値によって、抵抗値Rbが異なる３つの抵抗が切り替えて使用されることになる。操作者は、加速電圧ゲージ上で抵抗切り替えポイントを示す２つの三角マークをスライドさせて任意の設定を行うことができる。   Next, a bias voltage control method in this embodiment will be described with reference to FIG. On the operation console 10, a bias setting screen as shown in FIG. On this setting screen, the operator can set an acceleration voltage value that becomes a resistance switching point by the resistance switching means 8. In the example shown in the figure, it is specified that resistance switching is performed with the acceleration voltages Vacc of 6 kV and 14 kV as boundaries. Thus, three resistors having different resistance values Rb are switched and used depending on the value of the acceleration voltage Vacc. The operator can make an arbitrary setting by sliding two triangular marks indicating resistance switching points on the acceleration voltage gauge.

図２（ａ）に示すバイアス設定により電子銃制御を行った場合における加速電圧とエミッション電流との関係を図２（ｂ）に示す。図中、実線で示す部分が実際に観測される値である。加速電圧が６ｋV未満の領域ではエミッション電流が大きく得られるよう抵抗値Rbが最も小さい抵抗を用い、加速電圧が６ｋV以上１４ｋV未満の領域では抵抗値Rbが中程度の抵抗を用い、加速電圧が１４ｋV以上の領域ではエミッション電流を抑え目にするために抵抗値Rbが最も大きい抵抗を用いている。   FIG. 2B shows the relationship between the acceleration voltage and the emission current when the electron gun control is performed with the bias setting shown in FIG. In the figure, the portion indicated by the solid line is the actually observed value. In the region where the acceleration voltage is less than 6 kV, a resistor having the smallest resistance value Rb is used so that a large emission current can be obtained. In the region where the acceleration voltage is 6 kV or more and less than 14 kV, a resistance having a medium resistance value Rb is used, and the acceleration voltage is 14 kV. In the above region, the resistor having the largest resistance value Rb is used in order to suppress the emission current.

このように、本実施形態の電子銃及びその制御装置では、抵抗切り替えポイントとなる加速電圧値の指定によるバイアス設定という簡単な操作によって、加速電圧及びエミッション電流が最適な値となるよう自動的に制御を行うことができる。   As described above, in the electron gun and the control device thereof according to the present embodiment, the acceleration voltage and the emission current are automatically set to the optimum values by a simple operation of bias setting by designating the acceleration voltage value as the resistance switching point. Control can be performed.

[第２実施形態]
本発明の走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法の第２実施形態について説明する。本実施形態の電子銃及びその制御装置は、図１に示す第１実施形態のものとほぼ同様の構成となっているが、バイアス電圧の制御方法に関して第１実施形態とは異なる特徴を有している。 [Second Embodiment]
A second embodiment of the control device and control method for the electron gun used in the scanning electron microscope of the present invention will be described. The electron gun and its control device of the present embodiment have substantially the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but have a different feature from the first embodiment with respect to the bias voltage control method. ing.

以下、本実施形態におけるバイアス電圧の制御方法について、図３を参照しながら説明する。オペレーションコンソール１０には、図３（ａ）に示すようなバイアス設定画面が表示される。この設定画面において、操作者は抵抗切り替え手段８による抵抗切り替えポイントとなる最大エミッション電流値を設定することができる。図示する例では、最大エミッション電流値を１２０μAとしており、エミッション電流がこの値を超えないように抵抗切り替えを行うよう指定している。操作者は、エミッション電流ゲージ上で最大値を示す三角マークをスライドさせるか、あるいは最大値を直接数値入力するなどして、任意の設定を行うことができる。   Hereinafter, a bias voltage control method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. On the operation console 10, a bias setting screen as shown in FIG. On this setting screen, the operator can set the maximum emission current value that becomes a resistance switching point by the resistance switching means 8. In the example shown in the figure, the maximum emission current value is 120 μA, and it is specified that resistance switching is performed so that the emission current does not exceed this value. The operator can make an arbitrary setting by sliding a triangle mark indicating the maximum value on the emission current gauge or directly inputting a numerical value of the maximum value.

図３（ａ）に示すバイアス設定により電子銃制御を行った場合における加速電圧とエミッション電流との関係を図３（ｂ）に示す。図中、実線で示す部分が実際に観測される値である。第１実施形態における制御方法と同様に、低加速電圧領域では抵抗値Rbが最も小さい抵抗を用いているが、加速電圧の増大に伴ってエミッション電流が１２０μAに達すると、抵抗値Rbが中程度の抵抗を用いるように切り替え、さらに加速電圧の増大に伴って再度エミッション電流が１２０μAに達すると、抵抗値Rbが最も大きい抵抗を用いるように切り替えるように制御する。   FIG. 3B shows the relationship between the acceleration voltage and the emission current when the electron gun control is performed with the bias setting shown in FIG. In the figure, the portion indicated by the solid line is the actually observed value. Similar to the control method in the first embodiment, the resistance having the smallest resistance value Rb is used in the low acceleration voltage region. When the emission current reaches 120 μA as the acceleration voltage increases, the resistance value Rb becomes medium. When the emission current reaches 120 μA again as the acceleration voltage increases, control is performed so that the resistor having the largest resistance value Rb is used.

尚、本実施形態では、図３（ａ）に示す最大エミッション電流値の設定方法に代えて、図３（ｃ）に示すような直感的なバイアスモードを設定する方法をとることもできる。図３（ｃ）に示す例では、S/N重視、標準、高分解能の３つの電子銃バイアスモードが用意されており、S/N重視の設定では最大エミッション電流値を高めに設定し、高分解能の設定では最大エミッション電流値を小さめに設定することとなる。これら３つの電子銃バイアスモードに対応する最大エミッション電流値は予め決めておくものとする。電子銃バイアスモードは、例えば、低倍率重視、高倍率重視といった表現を用いてもよい。   In this embodiment, an intuitive bias mode setting method as shown in FIG. 3C can be used instead of the maximum emission current value setting method shown in FIG. In the example shown in FIG. 3C, three electron gun bias modes of S / N priority, standard, and high resolution are prepared, and in the setting of S / N priority, the maximum emission current value is set to a high value. In setting the resolution, the maximum emission current value is set to a smaller value. Assume that the maximum emission current values corresponding to these three electron gun bias modes are determined in advance. For the electron gun bias mode, for example, expressions such as low magnification and high magnification may be used.

図４は、本実施形態におけるバイアス制御において、指定された最大エミッション電流値に基づいてバイアス切り替えポイントとなる加速電圧値を決定する手順を示すフローチャートである。この処理は、操作者がオペレーションコンソール１０により最大エミッション電流値の設定変更を行った時や、フィラメント交換時、電源投入時などに、電子銃制御部９によって適宜実行されるものである。図４において、まず、最大エミッション電流値の設定を受け付けるとともに、初期処理として加速電圧およびバイアス設定（抵抗）を最小値に設定する（S401）。次に、エミッション電流検出手段７により検出されたエミッション電流値を取得し、設定された最大エミッション電流値（例として１２０μA）との大小を比較する（S402）。検出されたエミッション電流値が最大エミッション電流値より小さい場合には、加速電圧値を１ステップ増加する（S403）。加速電圧値が設定可能範囲の最大値かどうかを判定し（S404）、最大値に達するまでS402〜S403の処理を繰り返す。このとき、ステップS402において、検出されたエミッション電流値が最大エミッション電流値に達することなく、加速電圧値が設定可能範囲の最大値となった場合には、バイアス切り替えポイントとなる加速電圧値はなしとして、処理を終了する。   FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining an acceleration voltage value serving as a bias switching point based on a designated maximum emission current value in bias control according to the present embodiment. This process is appropriately executed by the electron gun control unit 9 when the operator changes the setting of the maximum emission current value with the operation console 10, when the filament is changed, or when the power is turned on. In FIG. 4, first, the setting of the maximum emission current value is accepted, and the acceleration voltage and the bias setting (resistance) are set to the minimum values as an initial process (S401). Next, the emission current value detected by the emission current detection means 7 is acquired, and the magnitude is compared with a set maximum emission current value (for example, 120 μA) (S402). If the detected emission current value is smaller than the maximum emission current value, the acceleration voltage value is increased by one step (S403). It is determined whether or not the acceleration voltage value is the maximum value within the settable range (S404), and the processes of S402 to S403 are repeated until the acceleration voltage value reaches the maximum value. At this time, in step S402, if the detected emission current value does not reach the maximum emission current value and the acceleration voltage value reaches the maximum value within the settable range, the acceleration voltage value serving as the bias switching point is assumed to be none. The process is terminated.

一方、ステップS402において、検出されたエミッション電流値が最大エミッション電流値以上となった場合には、現在の加速電圧値（あるいはその１ステップ前の値でもよい）をバイアス切り替えポイントとなる加速電圧値として記録する（S405）。その後、エミッション電流を抑制する（抵抗値を増大する）方向にバイアス設定を１ステップ増加（S406）する。このとき、バイアス設定が最大値に達していれば（S407）、そのまま処理を終了する。バイアス設定が最大値に達していない場合には（S407）、ステップS402に戻って、上記同様の処理を繰り返す。   On the other hand, if the detected emission current value is greater than or equal to the maximum emission current value in step S402, the current acceleration voltage value (or the value one step before that) may be used as a bias switching point. (S405). Thereafter, the bias setting is increased by one step in a direction to suppress the emission current (increase the resistance value) (S406). At this time, if the bias setting has reached the maximum value (S407), the process is terminated as it is. If the bias setting has not reached the maximum value (S407), the process returns to step S402 and the same processing is repeated.

このように、本実施形態の電子銃及びその制御装置では、設定された最大エミッション電流値に応じて、最適な抵抗切り替えポイントとなる加速電圧値を自動的に決定して、抵抗切り替えによるエミッション電流の制御を行うことができる。また、異なる抵抗値の設定毎に全加速電圧範囲にわたってエミッション電流を測定する必要は無いため、フィラメントの消耗が抑えられ、処理時間も短縮されるという利点がある。   As described above, in the electron gun and the control device thereof according to the present embodiment, the acceleration voltage value that is the optimum resistance switching point is automatically determined according to the set maximum emission current value, and the emission current by resistance switching is determined. Can be controlled. Moreover, since it is not necessary to measure the emission current over the entire acceleration voltage range for each setting of different resistance values, there is an advantage that filament consumption is suppressed and processing time is shortened.

一方で、最大エミッション電流値を指定せずとも、操作者による直感的な条件設定に従って、最適な抵抗切り替えポイントとなる加速電圧値を自動的に決定することができる。例えば、走査電子顕微鏡等では、高倍率観察時には集束レンズ条件を強励磁になるように設定し、縮小率を増すことで試料に照射するスポット径を小さくするのが一般的であることを考慮して、集束レンズ条件が強励磁に設定された場合には高倍率観察であるとみなし、バイアス設定を高分解能モード（または高倍率重視モード）に自動的に切り替えることで、操作者による条件設定を簡略化することも可能である。   On the other hand, without specifying the maximum emission current value, the acceleration voltage value that is the optimum resistance switching point can be automatically determined according to the intuitive condition setting by the operator. For example, in scanning electron microscopes and the like, it is common to set the focusing lens condition to be strong excitation during high magnification observation, and to reduce the spot diameter irradiated to the sample by increasing the reduction ratio. When the focusing lens condition is set to strong excitation, it is regarded as high-magnification observation, and the bias setting is automatically switched to the high-resolution mode (or high-magnification mode), so that the operator can set the condition. Simplification is also possible.

[第３実施形態]
本発明の走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法の第３実施形態について説明する。図５は、本実施形態における電子銃及びその制御装置の構成を概略的に示す図である。図５において、本実施形態の電子銃及びその制御装置は、図１に示す第１実施形態のものとほぼ同様の構成となっているが、複数の抵抗５とウェネルト電極２との間に可変電圧源１１を備えていることを特徴としている。 [Third embodiment]
A third embodiment of the control device and control method for the electron gun used in the scanning electron microscope and the like of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the electron gun and its control device in the present embodiment. In FIG. 5, the electron gun and its control device of the present embodiment have substantially the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but are variable between a plurality of resistors 5 and Wehnelt electrodes 2. A voltage source 11 is provided.

以下、本実施形態におけるバイアス電圧の制御方法について、図６を参照しながら説明する。本実施形態では、図３（ａ）に示すような最大エミッション電流値を指定するバイアス設定が行われており、また、図４に示すような抵抗切り替えポイントの自動決定が行われているものとする。本実施形態において電子銃制御を行った場合における加速電圧とエミッション電流との関係を図６に示している。図中、実線で示す部分が実際に観測される値である。   Hereinafter, a bias voltage control method according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the bias setting for designating the maximum emission current value as shown in FIG. 3A is performed, and the resistance switching point is automatically determined as shown in FIG. To do. FIG. 6 shows the relationship between the acceleration voltage and the emission current when the electron gun control is performed in this embodiment. In the figure, the portion indicated by the solid line is the actually observed value.

図６に示すように、最も加速電圧が低い領域では、可変電圧源１１はOFFとし、抵抗値Rbが最も小さい抵抗を用いる。加速電圧の増大に伴ってエミッション電流が最大値に達すると、可変電圧源１１をONにして、可変電圧源１１による電圧印加によってバイアス電圧を増大させることにより、加速電圧がさらに増大してもエミッション電流が最大値を超えないように制御する。加速電圧がさらに増大して、抵抗の切り替えポイント付近に達すると、可変電圧源１１をOFFにするとともに抵抗値Rbが中程度の抵抗に切り替える。その後、加速電圧の増大に伴って再度エミッション電流が最大値に達すると、また可変電圧源１１をONにして、可変電圧源１１による電圧印加によってバイアス電圧を増大させることにより、加速電圧がさらに増大してもエミッション電流が最大値を超えないように制御する。加速電圧がさらに増大して、抵抗の切り替えポイント付近に達すると、可変電圧源１１をOFFにするとともに抵抗値Rbが最も大きな抵抗に切り替える。その後、加速電圧の増大に伴って再度エミッション電流が最大値に達すると、また可変電圧源１１をONにして、可変電圧源１１による電圧印加によってバイアス電圧を増大させることにより、加速電圧がさらに増大してもエミッション電流が最大値を超えないように制御する。   As shown in FIG. 6, in the region where the acceleration voltage is lowest, the variable voltage source 11 is turned off and a resistor having the smallest resistance value Rb is used. When the emission current reaches the maximum value as the acceleration voltage increases, the variable voltage source 11 is turned on, and the bias voltage is increased by applying the voltage from the variable voltage source 11, so that even if the acceleration voltage further increases, the emission Control so that the current does not exceed the maximum value. When the acceleration voltage further increases and reaches the vicinity of the resistance switching point, the variable voltage source 11 is turned OFF and the resistance value Rb is switched to a medium resistance. Thereafter, when the emission current reaches the maximum value again as the acceleration voltage increases, the variable voltage source 11 is turned on and the bias voltage is increased by applying the voltage from the variable voltage source 11, thereby further increasing the acceleration voltage. Even so, control is performed so that the emission current does not exceed the maximum value. When the acceleration voltage further increases and reaches the vicinity of the resistance switching point, the variable voltage source 11 is turned OFF and the resistance value Rb is switched to the largest resistance. Thereafter, when the emission current reaches the maximum value again as the acceleration voltage increases, the variable voltage source 11 is turned on and the bias voltage is increased by applying the voltage from the variable voltage source 11, thereby further increasing the acceleration voltage. Even so, control is performed so that the emission current does not exceed the maximum value.

このように、本実施形態の電子銃及びその制御装置では、バイアス設定の切り替えによるエミッション電流の変動を低減し、広い加速電圧領域にわたってなるべく大きなエミッション電流が得られるように制御することができる。   As described above, in the electron gun and the control device thereof according to the present embodiment, it is possible to reduce the fluctuation of the emission current due to the switching of the bias setting and to control the emission current as large as possible over a wide acceleration voltage range.

以上、本発明の走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態又は他の実施形態にかかる発明の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。   As mentioned above, although the specific embodiment was shown and demonstrated about the control apparatus and control method of the electron gun used for the scanning electron microscope etc. of this invention, this invention is not limited to these. A person skilled in the art can make various changes and improvements to the configurations and functions of the invention according to the above-described embodiments or other embodiments without departing from the gist of the present invention.

本発明は、走査電子顕微鏡等に用いる電子銃の制御装置及び制御方法として産業上利用することができるものである。   The present invention can be used industrially as a control device and control method for an electron gun used in a scanning electron microscope or the like.

本発明の第１実施形態に係る電子銃及びその制御装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the electron gun which concerns on 1st Embodiment of this invention, and its control apparatus. 第１実施形態におけるバイアス電圧の制御方法について説明する図である。It is a figure explaining the control method of the bias voltage in 1st Embodiment. 第２実施形態におけるバイアス電圧の制御方法について説明する図である。It is a figure explaining the control method of the bias voltage in 2nd Embodiment. 第２実施形態におけるバイアス制御において、指定された最大エミッション電流値に基づいてバイアス切り替えポイントとなる加速電圧値を決定する手順を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a procedure for determining an acceleration voltage value that serves as a bias switching point based on a designated maximum emission current value in bias control according to the second embodiment. 本発明の第３実施形態に係る電子銃及びその制御装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the electron gun which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and its control apparatus. 第３実施形態におけるバイアス電圧の制御方法について説明する図である。It is a figure explaining the control method of the bias voltage in 3rd Embodiment. 電子銃のフィラメントとウェネルト電極の間に抵抗Rbを配置した場合における加速電圧Vaccとエミッション電流Ieとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the acceleration voltage Vacc and the emission current Ie at the time of arrange | positioning resistance Rb between the filament of an electron gun, and a Wehnelt electrode.

符号の説明Explanation of symbols

１ フィラメント
２ ウェネルト電極
３ アノード
４ フィラメント加熱電源
５ バイアス電圧切り替え用の抵抗（Rb）
６ 加速電圧発生用高圧電源
７ エミッション電流検出手段
８ 抵抗切り替え手段
９ 電子銃制御手段
１０ オペレーションコンソール
１１ 可変電圧源 1 Filament 2 Wehnelt electrode 3 Anode 4 Filament heating power supply 5 Resistance for switching bias voltage (Rb)
6 High-voltage power supply for generating acceleration voltage 7 Emission current detection means 8 Resistance switching means 9 Electron gun control means 10 Operation console 11 Variable voltage source

Claims (6)

電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御するための装置であって、
フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を切り替える手段と、
加速電圧範囲を前記抵抗の数と同数の領域に分割する設定を受け付ける手段とを備えており、
前記加速電圧領域の大小に応じた抵抗値を有する抵抗が当該加速電圧領域に対して用いられるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御装置。 A device for controlling emission current from a filament in an electron gun,
Means for switching a plurality of resistances having different resistance values arranged between the filament and the Wehnelt electrode;
Means for receiving a setting for dividing the acceleration voltage range into the same number of regions as the number of resistors,
An electron gun control device that switches resistance so that a resistor having a resistance value corresponding to the magnitude of the acceleration voltage region is used for the acceleration voltage region. 電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御するための装置であって、
フィラメントとウェネルト電極の間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を切り替える手段と、
エミッション電流値を検出する手段と、
エミッション電流の最大値の設定を受け付ける手段とを備えており、
エミッション電流が前記設定された最大値を超えない範囲で最大となるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御装置。 A device for controlling emission current from a filament in an electron gun,
Means for switching a plurality of resistances having different resistance values arranged between the filament and the Wehnelt electrode;
Means for detecting the emission current value;
Means for receiving the setting of the maximum value of the emission current,
An electron gun control device, wherein the resistance is switched so that the emission current becomes maximum within a range not exceeding the set maximum value. 電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御するための装置であって、
フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を切り替える手段と、
前記複数の抵抗とウェネルト電極との間に配置され、エミッション電流を抑制するよう作動する可変電圧源と、
エミッション電流値を検出する手段と、
エミッション電流の最大値の設定を受け付ける手段とを備えており、
エミッション電流が前記設定最大値を超えない範囲で最大となるように、抵抗の切り替え及び前記可変電圧源の作動を行うことを特徴とする電子銃制御装置。 A device for controlling emission current from a filament in an electron gun,
Means for switching a plurality of resistances having different resistance values arranged between the filament and the Wehnelt electrode;
A variable voltage source disposed between the plurality of resistors and the Wehnelt electrode and operative to suppress emission current;
Means for detecting the emission current value;
Means for receiving the setting of the maximum value of the emission current,
An electron gun control device, wherein resistance switching and operation of the variable voltage source are performed so that an emission current becomes maximum within a range not exceeding the set maximum value. フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗を備えた電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御する方法であって、
加速電圧範囲を前記抵抗の数と同数の領域に分割する設定を受け付け、
前記加速電圧領域の大小に応じた抵抗値を有する抵抗が当該加速電圧領域に対して用いられるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御方法。 A method of controlling an emission current from a filament in an electron gun having a plurality of resistances with different resistance values arranged between the filament and a Wehnelt electrode,
Accept setting to divide the acceleration voltage range into the same number of regions as the number of resistors,
An electron gun control method, wherein the resistance is switched so that a resistor having a resistance value corresponding to the magnitude of the acceleration voltage region is used for the acceleration voltage region. フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗と、エミッション電流値を検出する手段とを備えた電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御する方法であって、
エミッション電流の最大値の設定を受け付け、
エミッション電流が前記設定された最大値を超えない範囲で最大となるように抵抗を切り替えることを特徴とする電子銃制御方法。 A method of controlling an emission current from a filament in an electron gun comprising a plurality of resistances having different resistance values arranged between a filament and a Wehnelt electrode and means for detecting an emission current value,
Accept setting of maximum emission current,
An electron gun control method, wherein the resistance is switched so that the emission current becomes maximum in a range not exceeding the set maximum value. フィラメントとウェネルト電極との間に配置された複数の抵抗値が異なる抵抗と、エミッション電流値を検出する手段と、前記複数の抵抗とウェネルト電極との間に配置され、エミッション電流を抑制するよう作動する可変電圧源とを備えた電子銃においてフィラメントからのエミッション電流を制御する方法であって、
エミッション電流の最大値の設定を受け付け、
エミッション電流が前記設定された最大値を超えない範囲で最大となるように、抵抗の切り替え及び前記可変電圧源の作動を行うことを特徴とする電子銃制御方法。 A plurality of resistors having different resistance values disposed between the filament and the Wehnelt electrode, a means for detecting an emission current value, and disposed between the plurality of resistors and the Wehnelt electrode and operated to suppress the emission current. A method of controlling emission current from a filament in an electron gun with a variable voltage source
Accept setting of maximum emission current,
A method of controlling an electron gun, comprising switching resistance and operating the variable voltage source so that an emission current is maximized within a range not exceeding the set maximum value.
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