JPH0254852A - 複合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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、１つの鏡筒にイオンビーム装置と電子ビーム
装置の両方の機能を備えた複合荷電粒子ビーム装置に関
し、特に、この様な装置で得られた試料からの荷電粒子
に基づく像が電子ビーム装置のモードにした時のものか
、イオンビーム装置のモードにした時のものか容易に判
別出来る様にした複合荷電粒子ビーム装置に関する。

［従来の技術］ 最近、例えば電子顕微鏡の如き電子ビーム装置の機能と
、例えば集束イオンビーム装置の如きイオンビーム装置
の機能を１つの鏡筒に備えた複合荷電粒子ビーム装置が
開発されている。この様な装置では、イオン源と電子Ｒ
（電子銃）を隣接して配置し、イオンビーム装置モード
の時はイオン源だけ作動させ、電子ビーム装置モードの
時は、電子原文を作動させるか、イオンビーム装置モー
ドの時は、鏡筒長分頂部中央にイオン源を取り付けて作
動させ、電子ビーム装置モードの時は電子源を同部分に
取り付けて一作動させている。そして、各モード時にお
いて、イオン源若しくは電子源からのイオンビーム若し
くは電子ビームを共通対物レンズでターゲット上に集束
させ、共通偏向系で該ビームを該ターゲットの所定位置
にショットさせている。そして、必要に応じて、ターゲ
ットから発生した荷電粒子を荷電粒子検出器により検出
し、該荷電粒子に基づく像を表示装置に表示したり、写
真撮影している。

〔発明が解決しようしする課題］ さて、この様に、複合荷電粒子ビーム装置においてモー
ドを切換えを時々行ない、その都度必要に応して撮影さ
れた荷電粒子の像写真ｐ（、後になって、どちらのモー
ドの写真なのか判別が付かない事かある。

又、表示装置で荷電粒子像を見ている時においても、ど
ちらのモードなのか直ぐに分からない事が多々ある。

本発明はこの様な問題を解決する事を目的としたもので
、新規な複合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、本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、イオ
ン発生源と電子発生源の何れかに切換える事が出来る様
に成し、該切換えられた発生源に該発生源からの荷電粒
子ビームをターゲット方向に加速する電圧を印加する加
速電圧発生手段、該荷電粒子ビームを集束してターゲッ
ト上に照射するレンズ系、該荷電粒子ビームでターゲッ
ト上を走査する手段、該走査により該ターゲットから発
生する荷電粒子を検出する手段、該ターゲットがらの荷
電粒子ビームに基づくターゲット像を表示する手段を育
する複合荷電粒子ビーム装置において、上記イオン発生
源と電子発生源の切換えに応じて上記加速電圧発生手段
から発生される加速電圧の極性を切換える手段、及び該
極性の切換えられた加速電圧値を上記表示装置の表示部
の一部に極性と共にデジタル表示させる機構を備えた。

［実施例〕 第１図は本発明の一実施例として示した複合荷電粒子ビ
ーム発生装置の概略図である。

尚、該実施例では、ターゲットにダメージを与えないで
、装置分解能を高い侭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、加速電圧は高い侭にし、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、分解能を高い侭に保つ
事が出来る様にしたのである。この方式をリターディン
グ方式と呼んでいる。

図中、１はイオン源、２は電子源（電子銃）、３．４は
各々集束レンズ、５は偏向器、６はアパチャー板、７Ｘ
、７Ｙは各々Ｘ方向、Ｙ方向偏向器、８は対物レンズ、
９は試料（ターゲット）、１０は荷電粒子検出器、１１
はアンプ、１２は陰極線管の如き表示装置、１３は走査
信号発生回路、１４は加速電圧発生回路、１５は試料印
加電圧発生回路、１６は直流電源である。該加速電圧発
生回路１４．試料印加電圧発生回路１５において、１７
．１８は発振ドライブ回路、１９．２０は昇圧トランス
、２１．２２は整流及びリップル除去回路、２３．２４
は電圧検出抵抗、２５．２６は各々加速電圧設定器、試
料電圧設定器、２７，２８は誤差アンプ、２９．３０は
極性切換回路、３１は加算回路である。又、３２．３３
．３４はＡＤ変換器、３５は文字信号発生回路、３６は
極性切換指令回路、３７はソース切換回路である。

この様な装置において、例えば、装置がイオンビーム装
置として作動する様に、イオンビームモードにする場合
には、極性切換指令回路３６からソース切換回路３７、
各極性切換回路２９，３０、整流及びリップル除去回路
２１．２２及び文字信号発生回路３５に極性切換指令が
送られる。すると、ソース切換回路３７はイオン源１に
だけ加速電圧が印加され整流及びリップル除去回路２１
゜２２は正極性の電圧が発生するように内蔵されたダイ
オード（図示せず）を切換え、極性切換回路２９．３０
は電圧検出抵抗２３．２４で検出した信号を正極性とな
るようにして、加速電圧発生回路１４と試料印加電圧発
生回路１５各々の電圧の極性が共に正極になる様に極性
切換を行う。

以下、試料を照射するイオンを、該試料にダメージを与
えない程度のエネルギーをイオンに与える電圧（以後、
付勢電圧と称す）、例えば、Ｖ。

（ＫＶ）のエネルギーで付勢する場合について述べる。

先ず、加速電圧設定器２５に該付勢電圧Ｖｏを設定する
。そして、加速電圧の大きさを考慮し、試料電圧設定器
２６に試料印加電圧Ｖｓを設定する。すると、加算器３
１は、上記付勢電圧Ｖｏと試料印加電圧Ｖｓを加算した
もの（Ｖｏ＋Ｖｓ）に対応した電流を誤差アンプ２７に
入れる。該誤差アンプ２７は直流電源１６からの直流電
圧を数１０ＫＨ２で発振させている発振ドライブ１７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１９によ
りＮ倍昇圧され整流及びリップル除去回路２１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２１からの加速電圧に対
応した電圧は電圧検出抵抗２３により検出され、該電圧
に対応した電流が極性切換回路２９を通して上記誤差ア
ンプ２７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算回路３１の出力（加速電圧
に対応した電流）との差を上記発振ドライブ１７にフィ
ードバックし、上記整流及びリップル除去回路２１から
正極性の所定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２６で設定され、
該設定電圧に対応した電流が誤差アンプ２８に入る。該
誤差アンプは直流電源１６がらの直流電圧を数１０ＫＨ
２で発振させている発振ドライブ１８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２０によりＮ倍昇圧され整流及び
リップル除去回路２２に送られるので、該回路から正極
性の所定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２２からの試料印
加電圧に対応した電圧は電圧検出抵抗２４により検出さ
れ、該電圧に対応した電流が極性切換回路３０を通して
上記誤差アンプ２８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２６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１８にフィードバックし、上記整流及
びリップル除去回路２２から所定の試料印加電圧が発生
する様にする。この結果、加速電圧発生回路１４で正極
性の加速電圧Ｖａを発生し、イオン源１に印加する。こ
の時、同時に、試料印加電圧発生回路１５で正極性の試
料印加電圧Ｖｓを発生し、試料９に印加する。すると、
イオン源１から発生したイオンは、加速電圧Ｖａで加速
されて試料方向に向かう。この時、偏向器５はオフの状
態、即ち、無偏向の状態にされているので、アパチャー
板６の孔をイオンビームが通過できる。該イオンビーム
は集束レンズ３及び対物レンズ８により試料上に集束さ
れると同時に、Ｘ方向、Ｙ方向偏向器７Ｘ、７Ｙにより
試料上を走査する。この際、上記試料９には加速電圧Ｖ
ａと試料印加電圧Ｖｓの差（Ｖａ−Ｖｓ）に対応したエ
ネルギーで付勢されたイオンが照射される。該走査によ
り該試料から発生した２次電子及び２次イオン等の荷電
粒子は荷電粒子検出器１０により検出され、アンプ１１
を介して陰極線管１２に送られる。該陰極線管１２には
上記Ｘ方向、Ｙ方向偏向器７Ｘ、７Ｙへの供給と同期し
て上記走査信号発生回路１３から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、上記加速電圧設定器２５で設定された付勢電圧Ｖ
ｏに対応した電圧、上記加算回路３１からの加速電圧Ｖ
ａに対応した電圧、及び試料印加電圧設定回路２６で設
定された試料印加電圧Ｖｓに対応した電圧は夫々ＡＤ変
換器３３，３２．３４でデジタル信号に変換されて文字
信号発生回路３５に送られる。該文字信号発生回路３５
には上記走査信号発生回路１３から上記Ｘ方向、Ｙ方向
偏向器７Ｘ、７Ｙへの供給と同期してＸ、Ｙ走査信号が
送られて来ており、該文字信号発生回路は上記表示装置
の表示画面の一部（例えば、表示部のエツジ部）に各電
圧値が表示される様に表示箇所指定信号を作成し、該表
示箇所指定信号と上記各付勢電圧■０、加速電圧Ｖａ、
試料印加電圧ＶＳに対応した電圧のデジタル値を上記表
示装置に送る。その為、該表示装置の表示画面には試料
の荷電粒子像と共に、付勢電圧ＶＯ，加速電圧Ｖａ。

試料印加電圧Ｖｓに対応Ｉまた電圧がその極性（この場
合＋で極性切換指令回路３６からの極性指令による）と
共に数字で表示される。従って、該画面から写真撮影し
た場合、該写真に試料の荷電粒子像と共に、端部に付勢
電圧Ｖｏ、加速電圧Ｖａ。

試料印加電圧Ｖｓに対応した電圧がその極性（この場合
＋）と共に数字で写される。

尚、加速電圧を変える時には、上記試料電圧設定器２６
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、試料印加電圧は加速電圧と付勢電圧の差であ
り、該付勢電圧は最初に固定されているので、例えば、
加速電圧を、ＡＫＶ上げるには、上記試料電圧設定器２
６で設定される試料印加電圧もＡＫＶ上げる。又、例え
ば、加速電圧ＢＫＶ下げるには、上記試料電圧設定器２
６にて設定される試料印加電圧もＢＫＶ下げる。

又、上記付勢電圧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２５に設定しだ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２６に設定する。

次に、この様な装置において、装置が電子ビーム装置と
して作動する様に、電子ビームモードにする場合には、
極性切換指令回路３６からソース切換回路３７、各極性
切換回路２９，３０、整流及びリップル除去回路２１．
２２及び文字信号発生回路３５に極性切換指令が送られ
る。すると、ソース切換回路３７は電子源２にだけ加速
電圧が印加される様にスイッチングする。整流及びリッ
プル除去回路２１．２２は負極性の電圧が発生するよう
にダイオードを切換え、極性切換回路２９゜３０は電圧
検出抵抗２３．２４で検出した信号を正極性に切換えて
加速電圧発生回路１４と試料印加電圧発生回路１５各々
の電圧の極性が共に負極になる様に極性切換を行う。

以下、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、Ｖｏ″のエネルギーで付勢する
場合について述べる。

先ず、加速電圧設定器２５に該付勢電圧Ｖ。

を設定する。そして、加速電圧の大きさを考慮し、試料
電圧設定器２６に試料印加電圧Ｖｓ−を設定する。する
と、加算器３１は、上記付勢電圧Ｖ。

′と試料印加電圧Ｖｓ−を加算したもの（Ｖ。

＋Ｖｓ−）に対応した電流を誤差アンプ２７に人れる。

以後はイオンビーム装置モードの時と同じ様に動作して
、加速電圧発生回路１４から負極性の所定加速電圧が発
生する。

試料印加電圧もイオンビーム装置モードの時と同様にし
て、試料印加電圧発生回路１５がら負極性の所定の試料
印加電圧が発生する。この結果、加速電圧発生回路１４
で負極性の加速電圧Ｖａを発生し、電子源２に印加する
。この時、同時に、試料印加電圧発生回路１５で負極性
の試料印加電圧Ｖｓ＝を発生し、試料９に印加する。す
ると、電子源２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。この時、偏向器５はオン
の状態、即ち、アパチャー板６の孔を電子ビームが通過
できる様な偏向の状態にされている。

該電子ビームは集束レンズ４及び対物レンズ８により試
料上に集束されると同時に、Ｘ方向、Ｙ方向偏向器７Ｘ
、７Ｙにより試料上を走査する。この際、上記試料９に
は加速電圧Ｖａ−と試料印加電圧Ｖｓ−の差（Ｖａ　−
−Ｖｓ−）に対応したエネルギーで付勢されたイオンが
照射される。該走査により該試料から発生した２次電子
及び反射電子等の荷電粒子は荷電粒子検出器１０により
検出され、アンプ１１を介して陰極線管１２に送られる
。該陰極線管１２には上記Ｘ方向、Ｙ方向偏向器７Ｘ、
７Ｙへの供給と同期して上記走査信号発生回路１３から
Ｘ、Ｙ走査信号が送られているので、該陰極線管の画面
上には試料の荷電粒子像が表示される。

さて、上記加速電圧設定器２５で設定された付勢電圧Ｖ
ｏ−に対応した電圧、上記加算回路３１からの加速電圧
Ｖａ−に対応した電圧、及び試料印加電圧設定回路°２
６で設定された試料印加電圧Ｖｓ−に対応した電圧は夫
々ＡＤ変換器３３，３２．３４でデジタル信号に変換さ
れて文字信号発生回路３５に送られる。上記イオンビー
ム装置モードの時と同じ様に、該表示装置の表示画面に
は試料の荷電粒子像と共に、付勢電圧Ｖｏ　＋、加速電
圧Ｖａ−、試料印加電圧Ｖｓ−に対応した電圧がその極
性（この場合−で極性切換指令回路３６からの極性指令
による）と共に数字で表示される。

従って、該画面から写真撮影した場合、該写真に試料の
荷電粒子像と共に、端部に付勢電圧Ｖ。

加速電圧Ｖａ　”、試料印加電圧Ｖｓ−に対応した電圧
がその極性（この場合−）と共に数字で写される。

第２図は、他の実施例を示したもので、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、１４−．１５−は各々加速電圧発生回路、試料印
加電圧発生回路、３８．３９はロータリーエンコーダー
　４０．４１はアップダウンカウンター　４２．４３は
ＤＡ変換器、４４，４５．４６は各々付勢電圧表示器、
加速電圧表示器、試料印加電圧表示器である。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がらのアップパルス、
ダウンパルスでカウント値を増減する。

以下、イオンビーム装置モード時についてその動作を説
明する。

先ず、最初だけ、ロータリーエンコーダー３８で付勢電
圧Ｖｏをアップダウンカウンター４ｏ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３８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３９で試料印加電圧Ｖｓをアップダウンカウンター
４１に設定する。上記アップダウンカウンター４ｏの出
力は加算回路３１に、上記アップダウンカウンター４１
の出力は該加算回路３１とＤＡ変換器４３に送られる。

該加算回路３１は、付勢電圧Ｖｏ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ＤＡ変換器
４２に送る。該各ＤＡ変換器４２．４３の出力は、誤差
アンプ２７．２８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
１４′から正極性の加速電圧Ｖａ、即ち、（Ｖｏ十Ｖｓ
）が発生され、試料印加電圧発生回路１５′から正極性
の試料印加電圧Ｖｓか発生される。そして、試料９には
加速電圧（Ｖｏ＋Ｖｓ）と試料印加電圧Ｖｓの差Ｖｏに
対応したエネルギーで付勢されたイオンが照射される。

さて、上記ロータリーエンコーダー３８で設定された付
勢電圧ｖＯに対応した電圧、上記加算回路３１からの加
速電圧Ｖａに対応した電圧、及びロータリーエンコーダ
ー３９で設定された試料印加電圧Ｖｓに対応した電圧は
夫々付勢電圧表示器４４、加速電圧表示器４５．試料印
加電圧表示器４６と文字信号発生回路３５に送られる。

従って、各付勢電圧表示器４４．加速電圧表示器４５．
試料印加電圧表示器４６には夫々付勢電圧、加速電圧、
試料印加電圧に対応した電圧値がその極性（この場合子
で極性切換指令回路３６からの極性指令による）と共に
数字で表示され、更に、表示装置１２の表示画面には試
料の中央部に荷電粒子像が、エツジ部には加速電圧Ｖａ
、試料印加電圧Ｖｓに対応した電圧値がその極性（この
場合＋）と共に数字で表示される。そして、該画面から
写真撮影した場合、該写真に試料の荷電粒子像と共に、
端部に付勢電圧■０、加速電圧Ｖａ、試料印加電圧Ｖｓ
に対応した電圧がその極性（この場合＋）と共に数字で
写される。

尚、上記第２図では加算回路３１をアップダウンカウン
ター４０とＤＡ変換器４２との間に設けているが、そう
せずに、アップダウンカウンター４１とＤＡ変換器４３
との間に減算回路を設け、ロータリーエンコーダー３９
で付勢電圧ＶＯをアップダウンカウンター４１に設定し
、所望の加速電圧Ｖａをロータリーエンコーダー３８で
アップダウンカウンター４０に設定し、上記アップダウ
ンカウンター４０の出力を該減算回路とＤＡ変換器４２
に、上記アップダウンカウンター４１の出力を該減算回
路に夫々送られるように成しても良い。そうすれば、該
減算回路は、加速電圧Ｖａに対応した電圧と付勢電圧Ｖ
ｏ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ＤＡ変換器４３に
送る事となり、該各ＤＡ変換器４２．４３の出力（夫々
、加速電圧ＶＡ、試料印加電圧Ｖｓに対応している）が
誤差アンプ２７．２８に入力される。

次に、電子ビーム装置モードにする場合には、上記第１
図で説明したと同じ様に行われるので特に説明しない。

［発明の効果］ 本発明は、イオン発生源と電子発生源の切換えに応じて
上記加速電圧発生手段から発生される加速電圧の極性を
切換える手段、及び該極性の切換えられた加速電圧値を
上記表示装置の表示部の一部にデジタル表示させる機構
を備えているので、複合荷電粒子ビーム装置においてモ
ードを切換えを時々行ない、その都度必要に応じて荷電
粒子の像写真を撮った場合、該写真に加速電圧値の値が
極性付きの数字で写されているので、後でも、どちらの
モードの写真なのか判別が付く。

又、表示装置で荷電粒子像を見ている時においても、ど
ちらのモードなのか直ぐに解かる。

【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複合荷電粒子ビ
ーム装置の概略図、第２図は本発明の他の実施例として
示した複合荷電粒子ビーム装置の概略図である。 １：イオン源　　２：電子源（電子銃）３．４；集束レ
ンズ　　５：偏向器　　６ニアバチヤー板　　７Ｘ、７
Ｙ：Ｘ方向、Ｙ方向偏向器８：対物レンズ　　９：試料
（ターゲットフ１０：荷電粒子検出器　　１１：アンブ
１２：表示装置　　１３：走査信号発生回路１４．１４
−：加速電圧発生回路　　１５．１５：試料印加電圧発
生回路　　１６：直流電源１７．１８：発振ドライブ回
路　　　１９．２０：昇圧トランス　　２１．２２：整
流及びリップル除去回路　　２３，２４：電圧検出抵抗
２５：加速電圧設定器　　２６：試料電圧設定器　　２
７．２８：誤差アンプ　　２９，３０：極性切換回路　
　３１：加算回路　　３２．３３，３４二ＡＤ変換器　
　３５：文字信号発生回路　　３６：極性切換指令回路
　　３７：ソース切換回路３８．３９：ロータリーエン
コーダ−４０゜４１ニアツブダウンカウンタ−４２，４
３：ＤＡ変換器　　４４：付勢電圧表示器　　４５：加
速電圧表示器　　４６：試料印加電圧表示器特許出願人
　　日本電子株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオン発生源と電子発生源の何れかに切換える事が出来
   る様に成し、該切換えられた発生源に該発生源からの荷
   電粒子ビームをターゲット方向に加速する電圧を印加す
   る加速電圧発生手段、該荷電粒子ビームを集束してター
   ゲット上に照射するレンズ系、該荷電粒子ビームでター
   ゲット上を走査する手段、該走査により該ターゲットか
   ら発生する荷電粒子を検出する手段、該ターゲットから
   の荷電粒子ビームに基づくターゲット像を表示する手段
   を有する複合荷電粒子ビーム装置において、上記イオン
   発生源と電子発生源の切換えに応じて上記加速電圧発生
   手段から発生される加速電圧の極性を切換える手段、及
   び該極性の切換えられた加速電圧値を上記表示装置の表
   示部の一部に極性と共にデジタル表示させる機構を備え
   た複合荷電粒子ビーム装置。