JPH01183045A

JPH01183045A - 電子ビームの最適化自動設定装置

Info

Publication number: JPH01183045A
Application number: JP63002277A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Matsutani; 幸松谷
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1988-01-08
Publication date: 1989-07-20

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子顕微鏡等において電子銃から放出される
電子ビームを最適化する電子ビームの最適化自動設定装
置に関する。

〔従来の技術〕

マイクロコンピュータ等の発達により、各種装置におけ
る可変抵抗などのつまみの調整は、キーボード等の端末
から遠隔操作できるようになった。

電子顕微鏡等では、電子銃の傾斜軸の設定やカソード加
熱の設定を行い電子ビームを最適化することが必要とな
るが、電子顕微鏡等における電子銃の仮想光源の位置を
一定に保ったまま、電子銃から放出されるビームの光軸
に対する傾斜角を調整する機能（傾斜軸設定）に於いて
もキーホード化の例外ではなく、これらの調整は、設定
値の増減を行う特殊キーや、ジョイ・スティック、ロー
ラーボール等で行われるようになった。

また、熱電子銃の陰極加熱は、空間電荷制電領域、つま
りカソードの加熱を変えても放出電流が変化しない領域
で動作するように制御しているが、その場合にも、従来
は、 ■　電子銃の放出電流や試料に照射されるプローブ電流
の変化或いは電子銃の仮想光源の像の変化や放出電子の
角度分布の変化をたよりに、手動により最適な加熱に設
定するか、 ■　予め設定された一定の加熱量を印加するという方法
を採用していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、電子顕微鏡等における操作に関してみる
と、分析作業での操作を煩雑にしている側面もある。例
えばこれまで採用されている傾斜軸設定では、調整を行
う場合、現在実施しているキーボードの操作から調整の
為のキー操作に移り、そこでまた表示装置を見ながら人
間の判断によって最適値に設定している。そのため、操
作性の向上を図ることが難しいという問題がある。また
、自動的に電子銃の傾斜軸を設定する装置においても、
その設定手順が電子銃の特性を十分に把握したものでな
い場合には、不必要な時間がかかり、また設定値も正し
いものにならないという問題がある。

さらには、操作の自動化が進む中で電子プローブの発生
やその調整に関する操作に手動の部分が残されていると
、 ■　装置使用者に不必要な負担と熟練度を要求すること
になる ■　装置の連続運転中に時間と共に消耗してゆくカソー
ドに最適な加熱電力を与えることができない ■　装置を長時間使用する場合、最も安定なプローブ電
流を得るような加熱電力を自動設定できない ■　プローブ電流が安定になった時、分析開始するよう
なソフトウェアがつくれないというような問題もある。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、簡便
且つ短時間に高精度で電子銃の傾斜軸を設定することが
できる電子ビームの最適化自動設定装置を提供すること
を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明の電子ビームの最適化自動設定装置は
、電子銃のカソード加熱及び軸合わせコイルによる電子
ビームの傾斜角の補正角を設定する電子ビームの最適化
自動設定装置であって、カソードの加熱電力を制御する
カソード加熱手段、軸合わせコイルの電流を制御するコ
イル励磁手段、プローブ電流を検出する検出手段、及び
該検出手段によるプローブ電流の検出信号に応じてカソ
ード加熱手段やコイル励磁手段を制御する制御手段を備
え、該制御手段は、コイル励磁手段を制御してサンプリ
ング領域を段階的に縮小しながらプローブ電流のピーク
をサーチして傾斜軸を設定し、カソード加熱手段を制御
して空間電荷制限領域から加熱電力を下げて一定の割合
のプローブ電流になるカソード加熱レベルに設定するよ
うに構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の電子ビームの最適化自動設定装置では、コイル
励磁手段を制御してサンプリング領域を段階的に縮小し
ながらプローブ電流のピークをサーチするので、同じ分
割精度でも全域同精度法に比べ少ないサンプリング数で
傾斜軸を設定することができ、短い時間で傾斜軸を自動
設定することができる。また、カソード加熱手段を制御
して空間電荷制限領域から加熱電力を下げて一定の割合
のプローブ電流になるカソード加熱レベルに設定するの
で、レヘル設定が容易になり、操作性を向上させること
ができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る電子ビームの最適化自動設定装置
の１実施例を示す図、第２図は電子銃傾斜軸の自動設定
処理の流れを示す図、第３図はピークサーチを説明する
ための図である。図中、１はカソード、２はグリッド、
３はアノード′、４は電子銃軸合わせコイル、５は収束
レンズに入射する電子ビーム、６は収束レンズと電源、
７は対物絞り、８はファラデイカツブ、９は電子プロー
ブ、１０は対物レンズ、１１は試料面、１２は試料面上
のファラデイカツブ、１３は二次電子検出器、１４は増
幅器とＡＤ変換器、１５は軸合わせコイル電源、１６は
カソード加熱電源、１７は制御部、１８は操作表示部を
示す。

第１図において、カソード１はカソード加熱電源１６に
接続され、グリッド２とアノード３との間には図示しな
いが加速電圧が印加される。カソード加熱電源１６は、
加速電圧やグリッド２とカソード１との間の電圧（バイ
アス電圧）または、これを制御するためのバイアス抵抗
を参照しながら制御部１７により制御されて動作する。

電子銃軸合わせコイル４は、軸合わせコイル電源１５に
接続され、上下段のコイルに加算される電流の比を適当
にすることによって、電子ビーム５の傾斜軸調整が行え
るものである。ファラデイカツブ８は、電子プローブ９
の電流を測定するための検出器で、対物絞り７の下部に
置かれ、電子プローブ９の通路に対し出し入れが可能に
なっている。増幅器とＡＤ変換器１４ば、ファラデイカ
ツブ８で検出した電流を増幅しディジタル値に変換する
ものであって、その出力信号が制御部１７に送られる。

制御部１７は、操作表示部１８から発行される指令やプ
ログラムの動作に基づいて収束レンズと電源６、軸合わ
せコイル電源１５、カソード加熱電源１６を制御するも
のである。

次に第２図及び第３図により動作を説明する。

■　操作表示部１８またはプログラム上で傾斜軸の自動
設定が指示されると、制御部１７は、加速電圧や電子銃
バイアスの状態を参照して、電子銃が空間電荷制限領域
（カソードの加熱に対し放出電流が飽和する領域）で動
作するようにカソード加熱電源１６に信号を送る。これ
により電子銃の電子放出角度分布の中央部に唯一のピー
クが形成される。

■　次に集束レンズと電源６に信号を送り、電子銃の仮
想光源の位置の多少のずれがプローブ電流値に影響せず
かつノイズの影響が大きくなる程にはプローブ電流値を
小さくしないように、集束Ｌ・ンズをやや強励磁にする
。

前記■、■により、この条件下でプローブ電流Ｉｐが最
大値１ｐ、になるような、電子銃軸合わせコイル４によ
る電子ビームのＸ、Ｙ方向への傾斜角の補正角（ｘ、　
　ｙ）を見つければ、他の影響を受けずに傾斜軸設定が
可能になる。

■　補正角（ｘ、　　ｙ）を見つけるには、Ｉｐに対し
次のようなピークサーチにより行われる。制御部１７の
指令で設定された補正角（’Ｘ、、’Ｙ）に対し、プロ
ーブ電流Ｉｐが測定され、ファラデイカツブ８による測
定値は、増幅器とＡＤ変換器１４で増幅されディジタル
値に変換されて制御部１７に転送される。この時のプロ
ーブ電流Ｉｐは１１ｐとして補正角（２Ｘ、”Ｙ）と共
に制御部１７に記憶される。次に制御部１７は、別の補
正角ＭＸ、２　ｙ　）を軸合わせコイル電源１５に指令
してプローブ電流１ｐを測定し、２１ｐとして制御部１
７に転送される。ここで、制御部１７は、１１ｐとＪｐ
を比較して大きい方のｒｐとこれに対応する補正角のみ
を記憶し、次の補正角（３Ｘ、３Ｙ）に対するプローブ
電流１ｐの測定を行う。以下、同様の手順を繰り返しな
がら最大のプローブ電流１ｐを見つける。このプローブ
電流Ｉｐを測定することをサンプリングと呼び、一定回
数のサンプリングの中で最大のプローブ電流１ｐとこれ
に対応する補正角を見つけることをサーチと呼ぶ。

■　先ず、第１回目のサーチでは、第３図（ａ）に示す
ようにサーチする補正角領域の中心を補正なしの状態に
設定し、サーチする補正角の領域を全域に相当する〔Ｘ
ＩＡ、Ｘ１Ｂ〕、（ＹＩＡ、Ｙｌｌ＋）に設定する。

次にＩｐ≠０となるサンプリング点が少なくとも１点以
上存在するようにサンプリングの分割を設定する。通常
の装置では、補正角の全域に対し、少なくとも約２０％
以上の領域でＩｐ≠０となるので、この場合は５分割以
上を行えば良い。実施例では、Ｘ方向を８分割し、Ｙ方
向を６分割することにより、サンプリングの点数を（８
−１）ｘ（６−１）−３５点としている。

第３図（ａｌの例では第１番目のサンプリング点が番号
１であり、補正角は（ＸＩＡ、ＹＩＩ＋）、第１８番目
のサンプリング点の補正角がゼロである。また、Ｉ’ｐ
≠０となる点は第２６番目と第３３番目である。この第
２６番目と第３３番目のサンプリング点のうち第２６番
目のｒｐ値（＝Ｉｐ＋’）が大きかったとすると、この
Ｉｐ＋に対応する補正角（Ｘ＋、）’＋　）が第２回目
のサーチの中心に設定される。もし複数のサンプリング
点で等しい最大のＩｐを与えたならば、これらの点にお
ける補正角の算術平均を次回のサーチの中心に設定すれ
ばよい。第３図（ａｌの右図には、第２６番目とピーク
点Ｐを通る方向の連続的な補正角の変化に対するプロー
ブ電流を示しである。

■　第２回目以降のｎ回目の′サーチでは、第３図（ｂ
）、ｆｃｌに示すように第ｎ−１回目のサーチにおける
最大のＩ　ｐ　　（−１ｐ、、−＋）を与える補正角（
ｘｎ−＋　、ｙ、、−＋　）をサーチの中心に設定する
。次に一辺のサーチ領域は、ｎ−Ｌ回目のサーチ領域の
１／ｋ　（ｋ＞１）に設定される。ｋが小さければサー
チの回数を増やさなければならないし、ｋが大きければ
ピーク位置をのがしてしまう可能性があ１する。第３図に示した実施例ではに＝２としている。

サーチ域の分割点数は必要に応じて変えられるが、実施
例ではｎ−１回目とｎ回目を常に同しに設定している。

このような分割のもとて第ｎ回目のＩｐ、、と（ｘｎ　
、ｙｎ　）を前記■と同し方法でサーチする。

■　第ｎ回目に所定の精度での又は所定の回数でのビー
クサーチが完了したら、補正角が（ｘ、ｌ、ｙ、、）と
なるように制御部１７は軸合わせコイル電源１５に信号
を送り、自動的な電子銃傾斜軸の設定が完了したことに
なる。

本発明では、電子銃傾斜軸を同し精度で全域について調
べる方法（全域同精度法）と比較し、サンプリングの数
を極めて少なくできるため、従来よりも高精度かつ高速
で電子銃傾斜軸の設定を行うことができる。例えばｎを
３にすると、分割精度は２４ｘ３２となり、全域同精度
法によると７１３のサンプリング数になるが、本発明の
方法の場合には１０５のサンプリング数になるので、サ
ーチ時間が１／６．８に短縮されることになる。

同様にｎを６にすると、分割精度は１９２Ｘ２５６とな
り、全域同精度法によると４８７０５のサンプリング数
になるが、本発明の方法の□場合には２１０のサンプリ
ング数になるので、サーチ時間が１／２３０に短縮され
るごとになる。また、カソードの加熱や集束レンズの励
磁をこの目的のために適切に定めることによって、他の
要因によるビークサーチの誤りをなくすことができる。

さらに、カソード加熱の最適化は、上記のような傾斜軸
の設定を行った後になされる。まず、上記のように、制
御部１７は、適切な加熱またはそれ以上で充分に空間電
荷制限領域（飽和状態）に入るようにカソード加熱電源
１６を制御し、傾斜軸の自動設定の制御を行う。そして
、ファラデイカツブ８を電子ビーム９の通路に挿入して
プローブ電流１ｐｏを検出し、これを制御部１７に記憶
する。このときのカソード加熱電力が第４図に示ずＰ。

であったとする。次に制御部１７は、段階的に加熱電力
Ｐｋを下げるようにカソード加熱電ｔＡ１６を制御し、
加熱電力Ｐｋが１段下がる毎に一定時間（数秒以内）の
後、ファラデイカツブ８からプローブ電流Ｉｐを測定し
て取り込む。そして、予め設定されたｋに対しＩｐ≦ｋ
ＩｐｏとなるＩｐが検出されるまで加熱電力Ｐｋを低下
させる。第４図に示す例では、カソード加熱電力Ｐｋが
Ｐｌでプローブ電流１ｐがＩｐ、になったときに加熱電
力Ｐｋの低下を停止する。このようにすることによって
、カソードの加熱は、過不足なく設定され、また、カソ
ード加熱最適化を開始してから最適値に設定されるまで
の時間を極めて短くすることができ、カソードの寿命へ
の影響を少なくすることができる。また、必要に応じて
分析実行中でもこのカソード加熱最適化を実行すること
ができる。

上記の構成では、分析を行わないときにプローブ電流１
ｐの変化を定期的に制御部１７に取り込み、最もプロー
ブ電流Ｉｐの経時変化の少ないカソード加熱電力Ｐｋに
なるようにカソード加熱電源１６を制御するごともでき
る。また、プローブ電流１ｐの経時変化が所定の範囲内
に入った後に分析を開始することもできる。

第５図及び第６図は本発明の変形例を示す図である。

一般にカソード加熱電源２１は、第５図に示すように加
速電圧電源２２と接続されている。そして、カソードか
らの放出電流■８の一部ハ、アノ−Ｆに吸収され、それ
以外の電流も鏡筒内部や試料によって吸収され、抵抗２
３を流れる電流となる。そこで、電圧１．ＸＲを放出電
流検出回路２４によって検出し、制御部２５に送ること
により電子銃を飽和状態にするためのより適切なカソー
ド加熱電力を決定することケできる。すなわち、電圧１
．ＸＲが標準値よりも大きい場合には大きなカソード加
熱電力を印加でき、逆に小さい場合には小さいカソード
加熱電力を印加できる。また、電圧ＩｅＸＲが過大又は
過小である場合には、カッ−］−の位置や電子銃バイア
スの再設定を操作表示部に指示するようにもできる。

また、例えば第６図に示すように電子銃軸合わせコイル
と集束レンズとの間にビーム電流検出器２６を配置し、
放出電流Ｉ８の一部又は集束レンズに入射するビームの
一部を検出して電流電圧変換器２７から制御部２５に送
り、上記と同様に用いることもできる。なお、放出電流
■８の全部を検出する場合には、図示のように一時的に
電子銃軸合わせコイルによる通常の偏向状態を停止して
ビームがビーム電流検出器２６のみに照射されるように
すればよい。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例では
、ファラデイカツブ８で測定されるプローブ電流値のピ
ーク値を求めることにより傾斜軸設定を行なったが、こ
れは第１図に示す２次電子検出器１３の出力や、試料上
の一部に設けられたファラデイカツブ１２によるプロー
ブ電流の測定でも、ＡＤ変換された測定値を制御部１７
に転送することにより、同様のピークサーチが可能であ
る。

上記実施例では、ｎ回目（ｎ≧１）のサーチ領域とｎ＋
１回目のサーチ領域の一辺の長さの比ｌ／ｋを常に一定
に保つ方法としたが、ｒｐ≠０となる領域の大きさや電
子放出角度分布の形状に応じてｎの値ごとに１／ｋを変
更しても良い。また、１回のサンプリングごとにプロー
ブ電流値の大小を比較したが、サンプリングした値を制
御部に全部記憶させ、ｎ回目のサーチが終了する毎に最
大のＩｐ（−１ｐ、）を記憶内容から捜し出し、これに
対応する補正角（ｘ、、、ｙ、、）を設定するようにし
てもよい。

さらに上記実施例は、プローブ電流を安定化させるため
に電子銃傾斜軸の経時変化を補正する安定化装置（例え
ば特開昭５６−３０２４２号）と矛盾しないので、本装
置による傾斜軸設定の後にこの安定化装置を動作させる
ことができる。

特に、プローブ電流値や２次電子検出器の出力のピーク
値が予めわかるような装置では、より高速にサンプリン
グにおけるＡＤ変換を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、加速
電圧及びバイアス状態を参照し、電子銃が空間電荷制限
領域で動作するようなカソード加熱方式にしたため、電
子放出角度分布は単純になって傾斜軸の設定に誤りがな
くなった。

また、集束レンズは電子銃仮想光源の位置が多少ずれて
もプローブ電流値にあまり影響しないような強励磁域に
設定されるため、傾斜軸の設定に誤りがなくなった。

さらに、信号のピークサーチにおけるサンプリングは離
散的で、ｎ回目のサーチではサーチすべき一辺の領域を
（１／ｋ）”−’　　（但しｋ〉１）に縮小させる方式
を採用したので、ｎ回目のサーチにおける一辺の分割精
度はに−１に比例して増加する一方、サンプリング数は
ｎに比例するだけであり、全域を同じ分割精度ｋｆｉ−
＋でサーチする場合のサンプリング数（これはほぼに２
　（ｎ−１１に比例する）に比べて著しく少なくでき、
高性度かつ高速の傾斜軸設定ができる。

カソード加熱では、電子銃を充分な飽和状態に設定した
後、カソード加熱電力を低下させて所定のプローブ電流
に設定するので、操作性の向上を図ることができる。し
かも、装置の連続運転中にもこの設定方式を採用するこ
と力でできるので、カソードの寿命を延ばすことができ
る。また、プローブ電流の経時変化をカソードの加熱電
源にフィードハックでき翼ので、プローブ電流の経時変
化を少なくするようにカソード加熱を自動調整できる。

さらには、カソード放出電流の一部又は全部を検出して
標準状態の放出電流と比較し、カソード加熱をより正確
な飽和状態ｃｉ段設定ることができるので、自動カソー
ド加熱の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子銃傾斜軸の自動設定装置の１
実施例を示す図、第２図は電子銃傾斜軸”の自動設定処
理の流れを示す図、第３図はピークサーチを説明するた
めの図、第４図はカソード加熱電力の設定例を説明する
ための図、第５図及び第６図は本発明の変形例を示す図
である。１・・・カソード、２・・・グリッド、３・・・アノー
ド、４・・・電子銃軸合わせコイル、５・・・収束レン
ズに入射する電子ビーム、６・・・収束レンズと電源、
７・・・対物絞り、８・・・ファラデイカツブ、９・・
・電子プローブ、１０・・・対物レンズ、ＩＩ・・・試
料面、１２・・・試料面上のファラデイカツブ、１３・
・・二次電子検出器、１４・・・増幅器とＡＤ変換器、
１５・・・軸合わせコイル電源、１６・・・カソード加
熱電源、１７・・・制御部、１８・・・操作表示部。出　願　人　　日本電子株式会社代理人　弁理士　阿　部　龍　吉（外３名）第３図（Ｉ））第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃のカソード加熱及び軸合わせコイルによる
電子ビームの傾斜角の補正角を設定する電子ビームの最
適化自動設定装置であって、カソードの加熱電力を制御
するカソード加熱手段、軸合わせコイルの電流を制御す
るコイル励磁手段、プローブ電流を検出する検出手段、
及び該検出手段によるプローブ電流の検出信号に応じて
カソード加熱手段やコイル励磁手段を制御する制御手段
を備え、該制御手段は、コイル励磁手段を制御してサン
プリング領域を段階的に縮小しながらプローブ電流のピ
ークをサーチして傾斜軸を設定し、カソード加熱手段を
制御して空間電荷制限領域から加熱電力を下げて一定の
割合のプローブ電流になるカソード加熱レベルに設定す
るように構成したことを特徴とする電子ビームの最適化
自動設定装置。