JPH0240849A - 荷電粒子ビーム装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、リターディング方式の荷電粒子ビーム装置に
関し、特に、加速電圧の設定とターゲット印加電圧の設
定を容易にし、且つ、該各電圧設定中にターゲットにダ
メージを与えるようなエネルギーのビームが照射される
のを防止した荷電粒子ビーム装置に関する。

［従来の技術］ 最近、電子ビーム描画装置、走査型電子顕微鏡。

及び集束イオンビーム装置等の荷電粒子ビーム装置にお
いて、ターゲットにダメージを与えないで、分解能を高
いままに保つ事が出来るビーム照射方式が使用されてい
る。即ち、加速電圧を高くするとビームを細く絞れるの
で、該ビームでターゲットを照射すれば、分解能を高く
する事が出来るが、ターゲットのダメージが大きい。然
りとて、加速電圧を低くすると、ターゲットのダメージ
は小さくなるが、ビームを細く絞れないので、分解能が
低下する。

そこで、加速電圧は高いままにし、ターゲットに加速電
圧と同極性で、該加速電圧より小さい電圧（ターゲット
印加電圧）を印加する事により、ビームは高い加速電圧
で加速されるが、ターゲットには加速電圧とターゲット
印加電圧の差に対応した電圧に基づくエネルギーでビー
ムが照射されるようにし、これにより、ターゲットにダ
メージを与えないで、分解能を高いままに保つ事が出来
るようにしたのである。この方式をリターディング方式
と呼んでいる。

第４図は、この様なりターディング方式を採用した荷電
粒子ビーム装置の一例として示した走査電子顕微鏡の概
略図である。

図中、１は電子発生源、２は集束レンズ、３Ｘ。

３Ｙは各々Ｘ方向、Ｙ方向偏向コイル、４は対物レンズ
、５は試料（ターゲット）、６は２次電子検出器、７は
アンプ、８は陰極線管の如き表示装置、９は走査信号発
生回路、１０は加速電圧発生回路、１１は試料印加電圧
発生回路、１２は直流電源である。

この様な装置において、加速電圧発生回路１０で加速電
圧Ｖａ（例えば、３０ＫＶ）を発生し、電子発生源１に
印加する。この時、同時に、試料印加電圧発生回路１１
で試料印加電圧Ｖｓ（例えば、２９ＫＶ）を発生し、試
料５に印加する。すると、電子発生源１から発生した電
子は、加速電圧Ｖａで加速されて試料方向に向かう。該
電子ビームは集束レンズ２及び対物レンズ４により試料
上に集束されると同時に、Ｘ方向、Ｙ方向偏向コイルに
より試料上を走査する。この際、上記試料５には加速電
圧Ｖａ　（３０ＫＶ）と試料印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ
）　の差（Ｖａ−Ｖｓ）（ＩＫＶ）に対応したエネルギ
ーで付勢された電子が照射される。該走査により該試料
から発生した２次電子は゛２次電子検出器６により検出
され、アンプ７を介して陰極線管に８に送られる。該陰
極線管８には上記Ｘ方向、Ｙ方向偏向コイル３Ｘ、３Ｙ
への供給と同期してＸ、Ｙ走査信号が送られているので
、該陰極線管の画面上には試料像が表示される。

さて、この様な装置における加速電圧発生回路１０及び
試料印加電圧発生回路１１は、第５図に示す様に構成さ
れている。

図中、１３．１４は発振ドライブ回路、１５゜１６は昇
圧トランス、１７．１８は整流及びリップル除去回路、
１９．２０は電圧検出抵抗、２１゜２２は各々加速電圧
設定器、試料電圧設定器、２３．２４は誤差アンプであ
る。

この様な回路において、加速電圧設定器２１で加速電圧
を設定すると、該設定電圧に対応した電流が誤差アンプ
２３に入るので、該誤差アンプは直流電源１２からの直
流電圧を数１０ＫＨ２で発振させている発振ドライブ１
３を制御し、該発振ドライブから設定すべき加速電圧の
１／Ｎの電圧を発生させる。該電圧は昇圧トランス１５
により８倍昇圧され整流及びリップル除去回路１７に送
られるので、該回路から所定の加速電圧が発生する。こ
の際、該整流及びリップル除去回路１７からの加速電圧
に対応した電圧は電圧検出抵抗１９により検出され、該
電圧に対応した電流が上記誤差アンプ２３に入るので、
該誤差アンプは該検出した加速電圧に対応した電流と上
記加速電圧設定器２１で設定した加速電圧に対応した電
流の差を上記発振ドライブ１３にフィードバックし、上
記整流及びリップル除去回路１７から所定の加速電圧が
発生する様にする。

試料印加電圧も、試料印加電圧設定器２２で設定され、
該設定電圧に対応した電流が誤差アンプ２４に入る。該
誤差アンプは直流電源１２からの直流電圧を数１０ＫＨ
２で発振させている発振ドライブ１４を制御し、該発振
ドライブから設定すべき試料印加電圧の１／Ｎの電圧を
発生させる。

該電圧は昇圧トランス１６により８倍昇圧され整流及び
リップル除去回路１８に送られるので、該回路から所定
の試料印加電圧が発生する。この際、該整流及びリップ
ル除去回路１８からの試料印加電圧に対応した電圧は電
圧検出抵抗２０により検出され、該電圧に対応した電流
が上記誤差アンプ２４に入るので、該誤差アンプは該検
出した試料印加電圧に対応した電流と上記試料印加電圧
設定器２２で設定した試料印加電圧に対応した電流の差
を上記発振ドライブ１４にフィードバックし、上記整流
及びリップル除去回路１８から所定の試料印加電圧が発
生する様にする。

と ［発明が解決しよう２する課題］ さて、上記した様に、加速電圧の設定と試料印加電圧の
設定は別々に行われる様に構成されている。その為に、
オペレータは加速電圧と試料印加電圧を設定する場合、
その差電圧が試料にダメージを与えるような大きさにな
らない様に、上記加速電圧設定器２１と試料印加電圧設
定器２２とを細心の注意を払って操作している。この操
作が極めて厄介である。又、該操作が厄介なだけに、該
操作中、瞬間若しくは短い時間において差電圧が大きく
なってしまい、試料にダメージを与えてしまう事が間々
あった。

本発明はこの様な問題を解決することを目的としたもの
で、新規な荷電粒子ビーム装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ その為に、本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子発
生源、該荷電粒子発生源からの荷電粒子を集束してター
ゲット上に照射するレンズ系、該荷電粒子発生源からの
荷電粒子を加速する為の電圧を発生する加速電圧発生回
路、上記ターゲットに該加速電圧より小さいが該加速電
圧と同極の電圧を印加する為の電圧を発生するターゲッ
ト印加電圧発生回路を備えた荷電粒子ビーム装置におい
て、上記加速電圧発生回路とターゲット印加電圧発生回
路の何れかの回路においてターゲットにダメージを与え
ない程度のエネルギーを荷電粒子に与える電圧（付勢電
圧）値に対応した電圧値を設定し、前者の回路に付勢電
圧に対応した電圧値を設定した場合には後者の回路にタ
ーゲット印加電圧値に対応した電圧値を設定してターゲ
ット印加電圧値を発生させ、上記前者の回路で上記付勢
電圧に対応した電圧値と該ターゲット印加電圧値に対応
した電圧値を加算した電圧値から加速電圧値を発生させ
る様に成し、後者の回路に付勢電圧に対応した電圧値を
設定した場合には前者の回路に加速電圧値に対応した電
圧値を設定して加速電圧値を発生させ、上記後者の回路
で上記加速電圧値に対応した電圧値と付勢電圧に対応し
た電圧値との差に対応した電圧値からターゲット印加電
圧値を発生させる様に成した。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例として示した走査電子顕微鏡
の要部である加速電圧発生回路１ｏ及び試料印加電圧発
生回路１１の概略図である。

図中、上記第５図にて使用された番号と同様な番号の付
されたものは同一構成要素である。

図中、２５は加算器で、加速電圧設定器２１がらの電圧
に対応した電流と、試料電圧設定器２２からの電圧に対
応した電流とを加算し、誤差アンプ２３に入れるもので
ある。

次に、この様な加速電圧発生回路１０及び試料印加電圧
発生回路１１を上記第４図で示した走査電子顕微鏡に応
用した場合についてその動作を説明する。

試料を照射する電子を、該試料にダメージを与えない程
度のエネルギーを電子に与える電圧（以後、付勢電圧と
称す）、例えば、ＩＫＶのエネルギーで付勢する場合に
ついて述べる。

先ず、最初だけ、加速電圧設定器２１に該付勢電圧Ｖｏ
　（ＩＫＶ）を設定する。以後、付勢電圧の大きさを変
える場合の最初の設定時を除き、該加速電圧設定器２１
は操作されない。

この状態で、加速電圧の大きさを考慮し、試料電圧設定
器２２に試料印加電圧Ｖｓ（例えば、２９ＫＶ）を設定
する。すると、加算器２５は、上記付勢電圧Ｖｏ　（Ｉ
ＫＶ）と試料印加電圧Ｖｓ（２９ＫＶ）　を加算したち
＋７）（ＶＯ＋ＶＳ）（３０ＫＶ）に対応した電流を誤
差アンプ２３に入れる。以後、第５図での説明と同様に
動作し、該加算した電圧、即ち、（Ｖｏ＋Ｖｓ）（３０
ＫＶ）が所定の加速電圧Ｖａとして加速電圧発生回路１
０から発生する。この時、試料電圧設定器２２で設定さ
れた試料印加電圧Ｖｓ（例えば、２９ＫＶ）は誤差アン
プ２４にも入れられているので、以後、第５図での説明
と同様に動作し、試料印加電圧発生回路１１から所定の
試料印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ）が発生する。

この様に、加速電圧発生回路１０で加速電圧Ｖａ、即ｔ
）、（Ｖｏ＋Ｖｓ）（３０ＫＶ）を発生し、電子発生源
１に印加する。そして、同時に、試料印加電圧発生回路
１１で試料印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ）を発生し、試料
５に印加する。すると、電子発生源１から発生した電子
は、加速電圧Ｖａで加速されて試料方向に向かう。該電
子ビームは集束レンズ２及び対物レンズ４により試料上
に集束されると同時に、Ｘ方向、Ｙ方向偏向コイルによ
り試料上を走査する。この際、上記試料５には加速電圧
（Ｖｏ＋Ｖｓ）（３０ＫＶ）と試料印加電圧Ｖｓ　（２
９ＫＶ）の差Ｖｏ　（ＩＫＶ）に対応したエネルギーで
付勢された電子が照射される。該走査により該試料から
発生した２次電子は２次電子検出器６により検出され、
アンプ７を介して陰極線管８に送られる。該陰極線管８
には上記Ｘ方向、Ｙ方向偏向コイル３Ｘ、３Ｙへの供給
と同期してＸ、Ｙ走査信号が送られているので、該陰極
線管の画面上には試料像が表示される。

次に、加速電圧Ｖａを変える時には以下の様に、上記試
料電圧設定器２２のみ操作し、該設定器での試料印加電
圧の設定値を変える。即ち、試料印加電圧Ｖｓは加速電
圧Ｖａと付勢電圧Ｖｏの差であり、該付勢電圧ＶｏはＩ
ＫＶに固定されているので、例えば、加速電圧Ｖａを、
３２ＫＶに上げるには、上記試料電圧設定器２２に試料
印加電圧として３１ＫＶを設定する。又、例えば、加速
電圧Ｖａを、２８ＫＶに下げるには、上記試料電圧設定
器２２に試料印加電圧として２７ＫＶを設定する。

この様に加速電圧Ｖａを変える時には、試料電圧設定器
２２のみ操作し、該設定器での試料印加電圧の設定値を
変えればよく、何れの場合にも、Ｖｏ　（ＩＫＶ）に対
応したエネルギーで付勢された電子が照射される。

更に、上記付勢電圧Ｖｏの大きさを変える場合には、最
初だけ上記加速電圧設定器２１に設定したい付勢電圧を
設定し、該設定電圧を固定の状態で、加速電圧の大きさ
をどの程度にするかに応じて、適宜な大きさの試料印加
電圧を試料電圧・設定器２２に設定する。

第２図は、加速電圧発生回路及び試料印加電圧発生回路
の他の実施例を示したもので、各々１０１１′で示され
ている。図中、上記第１図にて使用した番号と同一番号
の付されたものは同一構成要素を表わす。この実施例は
、加速電圧設定系と試料印加電圧設定系をデジタル化し
たものである。

図中、２６．２７はロータリーエンコーダー２８．２９
はアップダウンカウンター　３ｏは加算回路、３１．３
２はデータ変換回路、３３．３４はＤＡ変換器である。

上記ロータリーエンコーダーは、例えば、右に回すと回
した量に応じた数のアップパルスをアップダウンカウン
ターに送り、左に回すと回した量に応じた数のダウンパ
ルスをアップダウンカウンターに送り、該アップダウン
カウンターは、該ロータリーエンコーダーからのアップ
パルス、ダウンパルスでカウント値を増減する。

先ず、最初だけ、ロータリーエンコーダー２６で付勢電
圧Ｖｏ（例えば、ＩＫＶ）をアップダウンカウンター２
８に設定する。以後、付勢電圧の大きさを変える場合の
最初の設定時を除き、該ロータリーエンコーダー２６は
操作しない。この状態で、加速電圧の大きさを考慮し、
ロータリーエンコーダー２７で試料印加電圧Ｖｓ（例え
ば、２９ＫＶ）をアップダウンカウンター２９に設定す
る。上記アップダウンカウンター２８の出力は加算回路
３０に、上記アップダウンカウンター２９の出力は該加
算回路３０とデータ変換回路３２に夫々送られる。該加
算回路３０は、付勢電圧Ｖ。

に対応した電圧値と試料印加電圧Ｖｓに対応した電圧値
を加算し、該加算した電圧値、即ち、加速電圧に対応し
た電圧値をデータ変換回路３１に送る。上記各データ変
換回路は、１パルス当たり、何ボルトずつ変化させるか
を制御するものである。

該各データ変換回路３１．３２の出力（夫々、加速電圧
ＶＡ　（３０ＫＶ）、試料印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ）
に対応している）はＤＡ変換器３２，３４を介して、誤
差アンプ２３．２４に入力される。

以後の動作は、第１図にて説明した動作と同じ様に行わ
れ、加速電圧発生回路１０−から加速電圧Ｖａ、即ち、
（Ｖｏ＋Ｖｓ）（３０ＫＶ）が発生され、試料印加電圧
発生回路１１−から試料印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ）が
発生される。そして、試料５には加速電圧（Ｖｏ＋Ｖｓ
）（３０ＫＶ）と試料印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ）の差
Ｖｏ　（ＩＫＶ）に対応したエネルギーで付勢された電
子が照射される。

第３図は加速電圧設定系と試料印加電圧設定系をデジタ
ル化した加速電圧発生回路及び試料印加電圧発生回路の
他の実施例である。図中、上記第２図にて使用した番号
と同一番号の付されたものは同一構成要素を表わす。

上記第２図の実施例と異なる所は、第２図での加算回路
３０がアップダウンカウンター２８とデータ変換回路３
１との間に設けられていてのに対し、第３図ではアップ
ダウンカウンター２９とデータ変換回路３２との間に減
算回路３５が設けられている。そして、先ず、最初だけ
、ロータリーエンコーダー２７で付勢電圧Ｖｏ（例えば
、ＩＫＶ）をアップダウンカウンター２９に設定する。

以後、付勢電圧の大きさを変える場合の最初の設定時を
除き、該ロータリーエンコーダー２７は操作しない。こ
の状態で、所望の加速電圧Ｖａ（例えば、３０ＫＶ）を
ロータリーエンコーダー２６でアップダウンカウンター
２８に設定する。上記アップダウンカウンター２９の出
力は減算回路３５に、上記アップダウンカウンター２８
の出力は該減算回路３５とデータ変換回路３１に夫々送
られる。該減算回路３５．は、加速電圧Ｖａに対応した
電圧と付勢電圧Ｖｏに対応した電圧値との減算を行ない
、該差電圧値、即ち、試料印加電圧に対応した電圧値を
データ変換回路３２に送る。該各データ変換回路３１．
３２の出力（夫々、加速電圧ＶＡ　（３０ＫＶ）、試料
印加電圧Ｖｓ　（２９ＫＶ）に対応している）はＤＡ変
換器３２．３４を介して、誤差アンプ２３．２４に人力
される。以後の動作は、第２図にて説明した動作と同じ
様に行われ、加速電圧発生回路１０−から加速電圧Ｖａ
１即ち、（Ｖｏ＋Ｖｓ）（３０ＫＶ）　が発生され、試
料印加電圧発生回路１１′から試料印加電圧Ｖｓ　（２
９ＫＶ）が発生される。そして、試料５には加速電圧（
Ｖｏ＋Ｖｓ）（３０ＫＶ）と試料印加電圧Ｖｓ　（２９
ＫＶ）（７）差Ｖｏ　（ＩＫＶ）に対応したエネルギー
で付勢された電子が照射される。

尚、上記各実施例では、走査電子顕微鏡を例に上げて説
明したが、これに限定されず、加速電圧発生回路及びタ
ーゲット印加電圧発生回路を有する装置に応用可能であ
る。

［発明の効果］ 本発明は、最初の１回だけ加速電圧発生回路とターゲッ
ト印加電圧発生回路の何れか一方の回路においてターゲ
ットにダメージを与えない程度のエネルギーを荷電粒子
に与える電圧（付勢電圧値）に対応した電圧値を設定す
るが、後は、他方の回路でターゲット印加電圧又は加速
電圧値に対応した電圧値を色々と設定する様に成してお
り、従来の様に加速電圧の設定と試料印加電圧の設定を
別々に行われる様に構成していない。その為、操作が極
めて簡単になるばかりか、特に付勢電圧を変えるとき以
外は、該付勢電圧が固定化されているので、オペレータ
ーによる操作中、ターゲットにダメージを与えてしまう
事は全く無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として示した走査電子顕微鏡
の要部である加速電圧発生回路及び試料印加電圧発生回
路の概略図、第２図は加速電圧発生回路及び試料印加電
圧発生回路の他の実施例を示したもの、第３図は加速電
圧設定系と試料印加電圧設定系をデジタル化した加速電
圧発生回路及び試料印加電圧発生回路の他の実施例を示
したもの、第４図はりターディング方式を採用した荷電
粒子ビーム装置の一例として示した走査電子顕微鏡の概
略図、第５図は従来の加速電圧発生回路及び試料印加電
圧発生回路の概略図である。 １：電子発生源　　２：集束レンズ　　３Ｘ。 ３Ｙ：Ｘ方向、Ｙ方向偏向コイル　　４：対物レンズ　
　５：試料（ターゲット）　　６：２次電子検出器　　
７：アンプ　　８二表示装置　　９：走査信号発生回路
　　１０：加速電圧発生回路１１：試料印加電圧発生回
路　　１２：直流電源　　１３．１４：発振ドライブ回
路　　１５゜１６：昇圧トランス　　１７．１８：整流
及びリップル除去回路　　１９．２０：電圧検出抵抗２
１．２２：加速電圧設定器　　試料電圧設定器　　２３
．２４：誤差アンプ　　２５：加算器２６．２７：ロー
タリーエンコーダー　　２８．２９７アツプダウンカウ
ンター３０：加算回路　　３１．３２：データ変換回路
　　３３，３４：ＤＡ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷電粒子発生源、該荷電粒子発生源からの荷電粒子を集
   束してターゲット上に照射するレンズ系、該荷電粒子発
   生源からの荷電粒子を加速する為の電圧を発生する加速
   電圧発生回路、上記ターゲットに該加速電圧より小さい
   が該加速電圧と同極の電圧を印加する為の電圧を発生す
   るターゲット印加電圧発生回路を備えた荷電粒子ビーム
   装置において、上記加速電圧発生回路とターゲット印加
   電圧発生回路の何れかの回路においてターゲットにダメ
   ージを与えない程度のエネルギーを荷電粒子に与える電
   圧（付勢電圧）値に対応した電圧値を設定し、前者の回
   路に付勢電圧に対応した電圧値を設定した場合には後者
   の回路にターゲット印加電圧値に対応した電圧値を設定
   してターゲット印加電圧値を発生させ、上記前者の回路
   で上記付勢電圧に対応した電圧値と該ターゲット印加電
   圧値に対応した電圧値を加算した電圧値から加速電圧値
   を発生させる様に成し、後者の回路に付勢電圧に対応し
   た電圧値を設定した場合には前者の回路に加速電圧値に
   対応した電圧値を設定して加速電圧値を発生させ、上記
   後者の回路で上記加速電圧値に対応した電圧値と付勢電
   圧に対応した電圧値との差に対応した電圧値からターゲ
   ット印加電圧値を発生させる様に成した荷電粒子ビーム
   装置。