JPH0255900B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査電子顕微鏡及びその類似装置に用
いられる自動焦点合わせ装置の改良に関する。

走査電子顕微鏡においては第１図の示すように
電子銃１から発生する電子線２を集束レンズ３，
４によつて試料５の表面上で微小な断面径を形成
するように集束し、それと同時に該電子線２を偏
向コイル６Ｘ，６Ｙに供給される走差信号によつ
て試料面上で走査し、該走査と同期したブラウン
管７に試料から検出器８によつて検出され、増幅
器９で増幅された映像信号を輝度変調信号として
供給することによつて試料走査像を表示してい
る。この試料走査像の像倍率は前記偏向コイル６
Ｘ，６Ｙとブラウン管の偏向コイル１０Ｘ，１０
Ｙに水平走差信号Ｈと垂直走査信号Ｖを供給する
走査電源１１の出力端子と前記偏向コイル６Ｘ，
６Ｙとの間に挿入された可変増幅器１２の増幅度
を変化させることによつて切り換えられる。即
ち、試料面上における電子線走査領域と該領域に
相似なブラウン管面上の面積比を変えることによ
つて像倍率が調整される。ブラウン管画面に表示
される走査像の焦点合わせは集束レンズの特に最
終段集束レンズ（対物レンズ）４の励磁電源１３
の出力を調整して試料面上における電子線の断面
径を最小になることを確認することによつて行わ
れるが、この調整は試料走査像の肉眼観察に基づ
くものであるため、最近この調整を自動化するた
めの自動焦点合わせ装置が実用化されている。第
１図中、１４で示すブロツクはこのような自動焦
点合わせを行うための自動焦点合わせ回路であ
り、走査電源１１からのトリガー信号に基づいて
励磁電源１３の出力を順次変化させると共に、増
幅器９の出力をモニターした結果に基づいて励磁
電源１３の適正な出力信号を決定する。

第２図及び第３図は自動焦点合わせ回路１４の
原理を説明するためのもので、第２図ａは光軸方
向から眺めた試料面上にある幅を持つた構造１５
と該構造を横切る矢印１６の方向へ図に示す断面
形状の電子線１７を水平走査する様子を表わして
おり、このような電子線走査によつて試料から検
出される信号波形を示すものが第２図ｂである。
第３図ａは第２図ａと同じ試料走査を異なつた断
面径を有する電子線１８で行うもので、この走査
によつて得られる信号波形を示したものが第３図
ｂである。これらの図から、試料を走査する電子
線断面が小さい程、信号波形の高さが高く、ピー
ク波形の幅も狭い鋭い波形になることが分る。従
来の自動焦点合わせ装置はこのような現像を利用
するもので、電子線の試料走査によつて検出され
る信号を微分回路やフイルター回路を用いて高周
波成分のみを取り出し、高周波成分のピーク値又
は積算値を電子線の断面径に対応する信号とみな
し、これらのピーク値又は積算値が最大となるよ
うに対物レンズの励磁を設定するものが大部分で
ある。

以上のような従来装置を用いることによつて走
査電子顕微鏡の焦点合わせを完全に自動化するこ
とが可能になつたかというと必ずしもそうではな
く、表面に凹凸の少ない試料や、焦点合わせを行
うときの走査速度や観察倍率が適切でない等の原
因によつて自動焦点合わせが機能しない場合もし
ばしばあるため、自動焦点合わせ装置の信頼性は
かなり低いものであつた。

本発明はこのような従来装置における信頼性を
向上させることを目的とするもので、集束レンズ
によつて細く集束された電子線で試料面上を２次
元的に走査し、該走査によつて試料から発生する
信号を検出器と低周波成分をカツトするフイルタ
ーによつて検出し、該検出された信号を試料面上
における電子線の断面径とみなして前記集束レン
ズの励磁を自動調整する装置において、前記電子
線による試料面上の走査領域を増減させる操作と
連動して前記フイルターのカツト周波数を増減さ
せる手段を設けたことを特徴とするものである。

第４図は本発明の一実施例装置を示す略図であ
り、第１図と同一符号を付したものは同一構成要
素を表わしている。第４図の装置が第１図の装置
と大きく異なるのは、自動焦点合わせ回路として
１９が用いられ、その内部に可変フイルター２０
が設けられている点であり、回路２１は第１図に
おける自動焦点合わせ回路１４と殆んど同じ機能
を有する。前記可変フイルターは像倍率制御用の
可変増幅器１２の操作と連動しており、その特性
は第５図に示すとおりである。第５図から分るよ
うに像倍率が×30000→×3000→×300と低くなる
につれてカツトする周波数が低くズラされてい
る。従つて、自動焦点合わせの動作を開始すると
きにおける像倍率が異なつていても、自動焦点合
わせ回路に入力される信号は以下の理由から常に
電子線の断面径をモニターする信号に適したもの
になる。

一般に、正しい焦点合わせから対物レンズの励
磁（焦点）を一定量ズラせていくと試料からの検
出信号に含まれている高周波成分が減少し、第６
図に示すような傾向がみられる。第６図中、横軸
は対物レンズの励磁強度を縦軸はフイルター回路
を経て取り出される検出信号を表わしている。第
６図中に示す３つの曲線は夫々像倍率が30000倍、
3000倍、300倍の場合も示すもので、低倍率像の
方が検出信号の減少する割合が少くなる。又、僅
かな励磁変化によつて検出信号の変化を大きくし
ようとすればフイルターの検出下限周波数を低く
すればよいが、余り下限値を低くすると検出信号
に含まれるノイズの影響を受ける割合も多くな
る。本発明者はこの様な現象を確認すると共に、
像倍率の増加に応じて取り出すべき高周波成分の
下限値を増加させれば好ましい結果が得られるの
ではないかと想定し、この想定が正しいことを実
験により確認した。従つて、第４図の実施例装置
のように、像倍率に応じてフイルターの検出下限
周波数を変化させれば、従来装置に比較して像倍
率の変化による影響が低く抑えられるので、自動
焦点合わせ装置の信頼性をより高めることができ
る。

尚、焦点合わせを正確に行うには、走査電子顕
微鏡に通常組み込まれている非点収差補正装置が
正しく調整されていて、集束レンズ系における非
点収差が補正されていることが必要であるので、
厳密な自動焦点合わせを行うには非点収差補正装
置の調整も自動化する必要がある。この非点収差
補正装置が正しく調整されているかどうかを確認
する情報として試料から検出される信号の高周波
成分のピーク値又は積算値が用いられるので、上
述した様にフイルター回路のカツト周波数を像倍
率可変操作と連動させて増減させることが極めて
有効となる。

以上のように本発明によれば、電子線装置に組
み込まれる自動焦点合わせ装置の信頼性を高める
ことが可能となり、電子線装置の操作性向上に大
きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な自動焦点合わせ装置の構成を
示す略図、第２図及び第３図は第１図の装置の原
理を説明するための略図、第４図のは本発明の一
実施例装置を示す略図、第５図及び第６図は第４
図の装置の動作を説明するための略図である。 １：電子銃、２：電子線、３，４：集束レン
ズ、５：試料、７：ブラウン管、８：検出器、１
１：走査電源、１２：可変増幅器、１：励磁電
源、１４：自動焦点合わせ回路、１７，１８：電
子線、１９：自動焦点合わせ回路、２０：可変フ
イルター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 集束レンズによつて細く集束された電子線で
   試料面上を２次元的に走査し、該走査によつて試
   料から発生する信号を検出器と低周波成分をカツ
   トするフイルターによつて検出し、該検出された
   信号を試料面上における電子線の断面径とみなし
   て前記集束レンズの励磁を自動調整する装置にお
   いて、前記電子線による試料面上の走査領域を増
   減させる操作と連動して前記フイルターのカツト
   周波数を変化させる手段を設けたことを特徴とす
   る走査電子顕微鏡における自動焦点合わせ装置。