JPH08180826A

JPH08180826A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH08180826A
Application number: JP6318251A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fukazawa; 和彦深澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】走査型電子顕微鏡において、移動距離が長い
場合でもトラックボールを用いた簡単な操作で所望の位
置に観察視野を移動する。【構成】位置モード／速度モード選択スイッチ部３６
を操作することにより、ステージ制御手段１９に位置モ
ードか、又は速度モードかを指示する。位置モードの場
合、トラックボール６２の回転体６３を回転することに
より、その回転方向と回転角とに応じた位置に試料上の
観察視野が移動する。速度モードの場合、回転体６３を
回転することにより、回転方向と回転角とに応じた移動
速度で観察視野が移動する。観察視野を移動したい位置
が遠く離れているときには、速度モードにしてトラック
ボール６２を操作して観察視野を移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の試料の
微細構造を観察するために使用される走査型電子顕微鏡
に関し、特にオペレータがトラックボール等を操作する
ことにより試料上の観察視野を移動できる走査型電子顕
微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡においては、電子銃か
ら射出され収束レンズにより収束された電子ビームが偏
向コイルにより偏向され、偏向された電子ビームが対物
レンズを介して試料の表面を２次元的に走査する。そし
て、試料の表面から発生する２次電子が２次電子検出器
等を介して画像信号に変換され、この画像信号に基づい
てその試料の拡大像が画像表示装置（ＣＲＴディスプレ
イ等）の画面上に表示される。

【０００３】このとき、観察倍率はオペレータが所定の
範囲内で所望の値に設定することができ、その設定され
た観察倍率に応じて試料上での電子ビームの走査範囲、
及び走査速度等が調整される。また、試料上での電子ビ
ームの走査範囲中でオペレータにより観察対象として指
定される範囲が観察視野であり、この観察視野内の設定
された観察倍率での拡大像が画像表示装置の画面上に表
示される。

【０００４】その試料上での観察視野を移動させて、そ
の画像表示装置の画面上で試料の観察画像を移動させる
方式としては、機械的視野移動方式と電気的視野移動方
式との２つがある。機械的視野移動方式とは、試料が載
置されたステージを移動するもので、電気的視野移動方
式とは、電子ビームの試料上での走査領域を電子光学系
制御回路により移動させるか、又はその走査領域内での
画像データの選択領域を移動させることにより、観察視
野を移動させるものである。

【０００５】電気的視野移動方式では、観察倍率が高倍
率のときに画像を定速に移動できる利点があった。その
一方で、電子ビームの振り幅に制限があり、この制限幅
はステージの移動量よりはるかに狭いものであった。こ
のため、オペレータは通常、必要に応じて機械的視野移
動方式と電気的視野移動方式とを切り換えて使用してい
た。それ以外に、観察倍率に応じて自動的に両方式を切
り換える装置も使用されていた。

【０００６】また、機械的視野移動方式として従来は、
トラックボールの回転量に応じて観察視野の移動距離を
算出し、そのトラックボールの回転方向に応じた方向に
その移動距離分だけ試料上で観察視野を移動させる位置
制御方式が主に使用されていた。そのトラックボール
は、操作卓に埋め込まれた回転体を２次元的に回転させ
ることにより、２つのロータリエンコーダからパルス信
号を発生させるツールである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、観察視野の移動距離が短いときには、トラッ
クボールの回転体の回転量が少なくて済むため、操作性
は良好であった。しかしながら、試料上で観察したい位
置が現在の観察視野から遠く離れ、その観察視野の移動
距離が長い場合には、トラックボールの回転量を多くし
なければならず、操作性が悪くなるという不都合があっ
た。

【０００８】また、トラックボールの場合には、回転体
の回転角に制限がなく、更に回転体は等方的であるた
め、所定の方向にのみ回転体を正確に連続して回転する
ことは困難であった。本発明は斯かる点に鑑み、トラッ
クボールのような入力手段を用いた場合に、試料上の観
察視野を近くの位置、又は遠く離れた位置の何れに対し
ても容易に移動することができる走査型電子顕微鏡を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型電子
顕微鏡は、例えば図１に示すように、試料（９）上で電
子線を走査し、その試料から発生する２次電子を検出し
て得られる画像信号を用いて画像表示手段（２５）上に
試料（９）上の所定の観察視野内の画像を表示する走査
型電子顕微鏡において、試料（９）をその電子線の走査
面上で２次元的に移動させる試料ステージ（１２Ｘ，１
２Ｙ）と、それぞれ変位量を電気信号に変換する２軸の
エンコーダを介してその試料ステージの互いに交差する
第１方向、及び第２方向への変位情報をそれぞれ設定す
る変位情報設定手段（２９）と、その試料ステージの移
動モードを位置制御モード、又は速度制御モードの何れ
かに設定する移動モード設定手段（３６）と、この移動
モード設定手段により位置制御モードが設定されたとき
は変位情報設定手段（２９）により設定された変位情報
の変化量に応じた位置にその試料ステージを移動させる
と共に、移動モード設定手段（３６）により速度制御モ
ードが設定されたときは変位情報設定手段（２９）によ
り設定された変位情報の変化量に応じた速度でその試料
ステージを移動させるステージ制御手段（１９）とを有
するものである。

【００１０】この場合、変位情報設定手段（２９）の一
例は、例えば図２に示すように、回転体（６３）と、こ
の回転体の異なる面の回転角をそれぞれ電気信号に変換
する２つのロータリエンコーダ（６５Ｘ，６５Ｙ）とを
有するトラックボール（６２）を備えたものである。

【００１１】

【作用】斯かる本発明の走査型電子顕微鏡によれば、例
えば試料（９）上で観察視野を近くの位置に移動させた
いときには、移動モード設定手段（３６）により位置制
御モードを設定する。その後、例えばトラックボールを
備えたような変位情報設定手段（２９）で変位情報を発
生すると、その変位情報の変化分に応じた位置に試料ス
テージ（１２Ｘ，１２Ｙ）が移動して、観察視野が移動
する。次に、試料（９）上で遠く離れた位置に観察視野
を移動させたいときには、移動モード設定手段（３６）
により速度制御モードを設定する。その後、変位情報設
定手段（２９）で変位情報を発生すると、その変位情報
の変化分に応じた速度で試料ステージ（１２Ｘ，１２
Ｙ）が移動して、観察視野が設定したい位置の方向に移
動する。

【００１２】そして、観察視野が所望の位置の近傍に達
したら、変位情報設定手段（２９）での変位情報を元の
状態に戻すと、その試料ステージが停止する。又は、観
察視野が設定したい位置の近傍に近付いた時点で位置制
御モードに切り換えるようにしてもよい。このような操
作により、変位情報設定手段（２９）での操作量を多く
することなく容易に観察視野を所望の種々の位置に移動
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による走査型電子顕微鏡の一実
施例につき図面を参照して説明する。図１は本実施例の
走査型電子顕微鏡の機構部、及び制御系を示し、この図
１において、上部の電子銃２から射出された電子ビーム
３は、アパーチャ４を通過して収束レンズ５で収束され
た後、Ｘ偏向コイル６及びＹ偏向コイル７によりそれぞ
れＸ方向、及びＹ方向に偏向される。なお、ここでは電
子光学系の光軸に垂直な平面上の直交する２方向をＸ方
向、及びＹ方向としている。

【００１４】２方向に偏向された電子ビーム３は、更に
対物レンズ８を介して、不図示の試料室内の試料９の表
面に収束され、その表面の所定の領域を走査する。試料
９は、試料台１１を介してＹステージ１２Ｙ上に載置さ
れ、Ｙステージ１２ＹはＸステージ１２Ｘ上で、Ｙ方向
に伸びた送りねじ１３Ｙに螺合し、パルスモータ（即
ち、ステッピングモータ）１４Ｙで送りねじ１３Ｙを正
逆方向に回転させることにより、Ｙステージ１２ＹをＹ
方向に駆動できる。更に、Ｘステージ１２Ｘはベース１
５上で、Ｘ方向に伸びた送りねじ１３Ｘに螺合し、パル
スモータ１４Ｘで送りねじ１３Ｘを正逆方向に回転させ
ることにより、Ｘステージ１２ＸをＸ方向に駆動できる
ようになっている。本例では、マイクロステップ駆動用
の移動制御装置２０Ｘ及び２０Ｙが、それぞれパルスモ
ータ１４Ｘ及び１４Ｙを駆動する。即ち、パルスモータ
１４Ｘ及び１４Ｙは、それぞれマイクロステップ駆動方
式（詳細後述）で駆動される。

【００１５】また、Ｙステージ１２Ｙ上にＸ軸に垂直な
反射面を有する移動鏡１６Ｘ、及びＹ軸に垂直な反射面
を有する移動鏡１６Ｙが固定され、レーザ干渉計１７Ｘ
及び移動鏡１６Ｘにより試料台１１のＸ座標が計測さ
れ、レーザ干渉計１７Ｙ及び移動鏡１６Ｙにより試料台
１１のＹ座標が計測されている。レーザ干渉計１７Ｘ及
び１７Ｙにより計測された座標（Ｘ，Ｙ）は、装置全体
の動作を統轄制御する中央制御系１８内のステージ制御
手段１９に供給されている。

【００１６】なお、本実施例ではマイクロステップ駆動
方式により、ステージ１４Ｘ，１４Ｙはレーザ干渉計の
計測分解能に近い移動ステップで駆動されるため、必ず
しもレーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙを設ける必要はない。
そこで、本実施例では、レーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙの
計測値は、主にパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙが脱調して
ステージ１４Ｘ，１４Ｙの移動速度や位置が指定された
状態から外れたときの監視用に使用している。

【００１７】但し、パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙの代わ
りにＤＣモータを使用し、これらＤＣモータとレーザ干
渉計１７Ｘ，１７Ｙとにより閉ループを構成して、試料
台１１をレーザ干渉計の計測分解能に近い移動ステップ
で駆動してもよい。また、試料９の斜め上方には２次電
子検出器２２が配設され、電子ビーム３の照射により試
料９の表面から発生する２次電子２１が２次電子検出器
２２により検出される。２次電子検出器２２からの検出
信号Ｓ１は、増幅器２３及び不図示のアナログ／デジタ
ル変換器を介して画像データとして画像処理回路２４中
のフレームメモリに格納される。画像処理回路２４に
は、後述の電子光学系制御回路２８から、観察視野を示
す情報、及び電子ビームの走査に対応する同期信号も供
給され、画像処理回路２４は、そのフレームメモリから
観察視野に対応する画像データを読み出して、走査を示
す同期信号と共にＣＲＴディスプレイ２５に供給する。
ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面には、試料９上のそ
の観察視野内の画像が所定の拡大倍率で表示される。ま
た、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面には、拡大倍率
や、観察視野の移動方向の指定等を行うための表示もな
されている。

【００１８】さて、走査型電子顕微鏡を使用するには、
オペレータが拡大倍率、及び観察視野等を設定する必要
がある。そこで、本例の中央制御系１８には、拡大倍
率、観察視野の回転角、及び観察視野を設定するための
画像倍率回転視野設定部２６、ステージ１２Ｘ，１２Ｙ
の移動速度、又は移動位置の情報（移動情報）を設定す
るための視野移動情報設定部２９、オペレータが位置モ
ード又は速度モードの何れかを選択してステージ制御手
段１９に指示するための位置モード／速度モード選択ス
イッチ部３６、観察視野の移動方向を所定の方向に制限
する視野移動方向制限部３４、観察視野の移動を停止さ
せるための停止スイッチ部３５、及びステージ１２Ｘ，
１２Ｙのバックラッシュ量等を入力するためのデータ入
力部３１が接続されている。

【００１９】具体的に、画像倍率回転視野設定部２６
は、キーボード、及びマウスより構成され、オペレータ
はＣＲＴディスプレイ２５上の観察倍率の数値をキーボ
ードからのキー入力によって設定し、キー入力によって
観察視野の回転角を設定し、ＣＲＴディスプレイ２５の
表示画面に表示されている試料の拡大画像中からマウス
操作によって所望の部分を切り出して観察視野を設定す
る。それらキーボード及びマウスからの信号は中央制御
系１８内の倍率設定記憶手段２７に供給される。倍率設
定記憶手段２７は、指定された拡大倍率、回転角、及び
観察視野の輪郭の位置情報を内部のメモリに記憶すると
共に、拡大倍率、回転角、及び観察視野の情報を電子光
学系制御回路２８に供給する。

【００２０】電子光学系制御回路２８からＸ偏向コイル
６、及びＹ偏向コイル７等より構成される電子光学系に
対して、指定された拡大倍率、及び観察視野の回転角に
対応した制御信号が出力される。また、電子光学系制御
回路２８は、Ｘ偏向コイル６、Ｙ偏向コイル７で電子ビ
ームを走査するための制御信号に同期した同期信号、及
び観察視野の情報を画像処理回路２４に出力する。試料
９上で電子ビームは拡大倍率に応じた走査範囲を走査
し、且つ指定された回転角でその電子ビームの走査方向
は回転している。これにより、ＣＲＴディスプレイ２５
上の拡大画像としては、オペレータに指定された倍率
で、且つ指定された回転角だけ回転された状態の試料の
像が表示される。

【００２１】このとき、最初にＣＲＴディスプレイ２５
の表示画面に表示されるのは、例えば試料９上の電子ビ
ームによる走査領域のほぼ全部の拡大像であり、マウス
操作によって切り出されるのは、その走査領域から選択
された部分領域の拡大像である。本例では、ＣＲＴディ
スプレイ２５の表示画面に表示されている拡大像に対応
する試料９上の領域を「観察視野」と呼ぶ。従って、マ
ウス操作によって、全体の拡大像中から所定の部分を切
り出したときには、この切り出された部分に対応する試
料９上の可変の部分領域が観察視野となる。その画像の
切り出しは、画像処理回路２４中のフレームメモリから
指定された観察視野に対応する範囲の画像データを読み
出すことによって行われる。

【００２２】また、視野移動情報設定部２９は、所謂ト
ラックボールを有する入力手段であり、オペレータがそ
のトラックボールを操作することより、試料９上での観
察視野の移動情報がステージ制御手段１９に供給され
る。位置モード／速度モード選択スイッチ部３６により
位置モードが選択されたときには、ステージ制御手段１
９はその移動情報を観察視野が移動すべき位置までの方
向及び距離の情報とみなし、位置モード／速度モード選
択スイッチ部３６により速度モードが選択されたときに
は、ステージ制御手段１９はその移動情報を観察視野の
移動速度（移動方向を含む）の情報とみなす。

【００２３】また、視野移動方向制限部３４は、速度モ
ードが選択されている際に、その観察視野の移動方向を
所定の方向に制限するための信号をステージ制御手段１
９に供給し、ステージ制御手段１９は、試料９上で観察
視野を指定された方向に設定された速度で移動させるた
めに、移動制御装置２０Ｘ、及び２０Ｙを介してステー
ジ１２Ｘ，１２Ｙを駆動する。このようなステージの移
動は、例えばＣＲＴディスプレイ２５上で試料の拡大像
を観察している際に、オペレータが望む方向に観察視野
を移動させたい場合等に行われる。

【００２４】更に、本例ではオペレータが不図示のキー
ボードを介して観察視野の移動位置を指定できるように
なっている。例えばキーボードからＸ方向に１０ｍｍだ
けステージを移動するようにコマンドを入力すると、そ
れに応じてステージ制御手段１９は、移動制御装置２０
Ｘを介してパルスモータ１４Ｘを、その１０ｍｍ分の回
転角だけ回転させるようになっている。

【００２５】次に、データ入力部３１は、キーボードよ
りなり、オペレータは計測により求められたステージ１
２Ｘ，１３Ｘのバックラッシュ量、及び送りねじ１３
Ｘ，１３Ｙのピッチ誤差を、データ入力部３１を介して
中央制御系１８内のパラメータ設定手段３２に入力す
る。これに応じて、パラメータ設定手段３２はバックラ
ッシュ量及びピッチ誤差をそれぞれメモリ３３内のバッ
クラッシュ量記憶部３３ａ及びピッチ誤差記憶部３３ｄ
に記憶させる。その後、ステージ１２Ｘ，１２Ｙを駆動
する際に、ステージ制御手段１９はメモリ３３からバッ
クラッシュ量及びピッチ誤差を読み出して補正を行う。
その他に、ステージ制御手段１９は、それまでのステー
ジ１２Ｘ，１２Ｙの進行方向、観察倍率、及び観察視野
の回転角等をパラメータ設定手段３２を介してメモリ３
３に書き込む。

【００２６】なお、本例における中央制御系１８内の倍
率設定記憶手段２７、ステージ制御手段１９、及びパラ
メータ設定手段３２は、コンピュータのソフトウェア上
で実行される機能である。次に、本例の視野移動情報設
定部２９、視野移動方向制限部３４、停止スイッチ部３
５、及び位置モード／速度モード選択スイッチ部３６の
構成につき図２を参照して詳細に説明する。

【００２７】図２は本例の操作卓６１の要部を示し、こ
の図２において、操作卓６１の表面に位置モード／速度
モード選択スイッチ部３６が固定され、このスイッチ部
３６からオペレータが手を離しているとハイレベル
“１”となり、スイッチ部３６を押しているとローレベ
ル“０”となる識別信号Ｄ１がステージ制御手段１９に
供給される。ステージ制御手段１９では、識別信号Ｄ１
がハイレベル“１”のときに位置モードが選択されたと
認識し、識別信号Ｄ１がローレベル“０”のときに速度
モードが選択されたと認識するようになっている。ま
た、識別信号Ｄ１がハイレベル“１”のときには、スイ
ッチ部３６に付設された位置モードを示す表示素子３６
ａが点灯し、識別信号Ｄ１がローレベル“０”のときに
は、スイッチ部３６に付設された速度モードを示す表示
素子３６ｂが点灯するようになっている。これによりオ
ペレータは現在選択されているモードを確認できる。

【００２８】次に、操作卓６１の表面の開口部に回転体
６３が埋め込まれ、操作卓６１の内部で回転体６３の右
側面に回転軸６４Ｘが摺接し、回転体６３の上側面に回
転軸６４Ｙが摺接し、これらの回転軸６４Ｘ及び６４Ｙ
にそれぞれロータリエンコーダ６５Ｘ及び６５Ｙが連結
されている。それら回転体６３、回転軸６４Ｘ，６４
Ｙ、及びロータリエンコーダ６５Ｘ，６５Ｙよりトラッ
クボール６２が構成されており、回転体６３を矢印７０
Ｘで示す右方向（又は逆方向）に回転することにより、
ロータリエンコーダ６５Ｘから回転方向を示すアップダ
ウンのパルス信号が出力され、このパルス信号が可逆カ
ウンタ６６Ｘの計数パルス入力端子に供給される。同様
に、回転体６３を矢印７０Ｙで示す上方向（又は逆方
向）に回転することにより、ロータリエンコーダ６５Ｙ
からアップダウンのパルス信号が出力され、このパルス
信号が可逆カウンタ６６Ｙの計数パルス入力端子に供給
される。更に、回転体６３を矢印７０Ｃで示す斜め方向
に回転すると、２つの可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙに同
時にパルス信号が供給される。

【００２９】可逆カウンタ６６Ｘ及び６６Ｙはそれぞれ
供給されたパルス信号を正負の符号付きで積算して得ら
れた積算値ＴＸ及びＴＹをステージ制御手段１９に供給
する。積算値ＴＸは、回転体６３の右方向（負の値のと
きは左方向）への回転角に対応し、積算値ＴＹは、回転
体６３の上方向（負の値のときは下方向）への回転角に
対応する。ステージ制御手段１９は随時、可逆カウンタ
６６Ｘ及び６６Ｙのクリア端子を介して積算値ＴＸ及び
ＴＹをそれぞれ０にリセットできるようになっている。
トラックボール６２、及び可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙ
より視野移動情報設定部２９が構成されている。

【００３０】本例において、位置モードが設定されてい
る場合、後述の視野移動方向制限部３４による移動方向
の制限がなく、且つ観察視野の回転がないものとする
と、ステージ制御手段１９は供給される積算値ＴＸ及び
ＴＹをそれぞれ観察視野を設定すべき位置までのＸ方向
及びＹ方向の変位量を示す情報とみなす。具体的に、ス
テージ制御手段１９は移動制御装置２０Ｘ、及び２０Ｙ
を介して、予め観察倍率βに応じて定められる定数ｑ
（β）と積算値ＴＸ，ＴＹとを用いて、ｑ（β）・Ｔ
Ｘ、及びｑ（β）・ＴＹで定められる距離だけそれぞれ
図１のＸステージ１２Ｘ、及びＹステージ１２Ｙを駆動
する。従って、トラックボール６２の回転体６３の回転
方向に対して、回転体６３の回転角に応じた距離だけ、
機械的視野移動方式で試料９上での観察視野が移動す
る。

【００３１】図８は、そのように位置モードで観察視野
を移動する際のステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動速度の絶
対値Ｖ_STの変化特性を示し、この図８に示すように、移
動速度の絶対値Ｖ_STは所定の一定のピーク速度Ｖ_Pを上
辺とする台形状に変化する。但し、移動する距離にほぼ
比例するようにそのピーク速度Ｖ_Pを変化させるように
してもよい。これにより、移動時間がほぼ一定となる。

【００３２】図２に戻り、速度モードが設定されている
ときには、ステージ制御手段１９は積算値ＴＸ及びＴＹ
をそれぞれ観察視野のＸ方向及びＹ方向への移動速度を
示す情報とみなす。そして、後述の視野移動方向制限部
３４による移動方向の制限が無く、且つ観察視野の回転
が無い場合、ステージ制御手段１９は移動制御装置２０
Ｘ、及び２０Ｙを介して、予め観察倍率βに応じて定め
られる定数ｋ（β）と積算値ＴＸ，ＴＹとを用いて、ｋ
（β）・ＴＸ、及びｋ（β）・ＴＹで定められる移動速
度でそれぞれ図１のＸステージ１２Ｘ、及びＹステージ
１２Ｙを駆動する。従って、トラックボール６２の回転
体６３の回転方向、及び回転角に応じた移動速度で、機
械的視野移動方式で試料９上での観察視野が移動する。

【００３３】また、操作卓６１上には停止スイッチ部３
５が固定され、停止スイッチ部３５を操作すると、ステ
ージ制御手段１９に対して所定期間だけハイレベル
“１”となるパルス信号Ｄ２が供給され、ステージ制御
手段１９はそれに応じて可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙの
積算値を０にリセットするようになっている。例えば速
度モードが選択されているとき、オペレータがトラック
ボール６２の回転体６３を回転して試料９上で観察視野
を所望の方向に所望の速度で移動させた後、その観察視
野を停止させたい場合、第１の方法はその回転体６３を
元の回転位置に戻して可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙの積
算値ＴＸ，ＴＹを０に戻すことである。しかしながら、
このように回転体６３を元の回転位置に完全に戻すのは
困難である。そこで、観察視野を停止させる第２の方法
は、オペレータがトラックボール６２の回転体６３から
手を離して、停止スイッチ部３５を操作することであ
る。これにより、ステージ制御手段１９に供給されるパ
ルス信号Ｄ２がハイレベル“１”となり、ステージ制御
手段１９が可逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙの積算値ＴＸ，
ＴＹを０にリセットするため、移動速度の指令値が０と
なって観察視野は停止する。その後、回転体６３を再び
回転すると、先に停止した回転位置からの回転角に応じ
た速度で観察視野が移動することになる。

【００３４】次に、視野移動方向制限部３４は、操作卓
６１上に取り付けられ、操作する毎に１つのパルス信号
を発生するスイッチ部６７と、そのパルス信号を積算す
る３進のカウンタ６８とから構成され、カウンタ６８の
２ビットの積算値ＴＳがステージ制御手段１９に供給さ
れている。電源投入時ではカウンタ６８の積算値ＴＳは
０であり、その後スイッチ部６７を１度操作する毎にカ
ウンタ６８の積算値ＴＳは１０進数表示で１，２，０，
１，…と周期的に変化する。そして、積算値ＴＳの値が
０のときには、観察視野の移動方向は２次元平面上の任
意の方向であり、積算値ＴＳの値が１、又は２のときに
はそれぞれ観察視野の移動方向はＸ方向、又はＹ方向と
定められている。この場合のＸ方向、及びＹ方向は通常
は図１のＸ方向、及びＹ方向に平行な方向である。しか
しながら、例えば電子ビームの走査方向を変えることに
より試料９上での観察視野を回転したような場合には、
図１のＸ方向及びＹ方向をその回転角の分だけ回転した
方向を新たにＸ’方向、及びＹ’方向とみなし、トラッ
クボール６３の回転体６３を例えば右方向に回転する
と、観察視野がそのＸ’方向に移動できるようになって
いる。

【００３５】そのため、ステージ制御手段１９では、観
察視野の回転が無い場合、積算値ＴＳの値が１（移動方
向がＸ方向に制限）のときには、可逆カウンタ６６Ｙの
積算値ＴＹを０とみなし、積算値ＴＳの値が２（移動方
向がＹ方向に制限）のときには、可逆カウンタ６６Ｘの
積算値ＴＸを０とみなし、積算値ＴＳの値が０であると
きには２つの積算値ＴＸ，ＴＹを共に有効であるとみな
して、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動位置、又は移動速
度を制御する。これにより、移動方向がＸ方向に制限さ
れているときには、トラックボール６２の回転体６３を
任意の方向に回転しても、その回転角の右方向（又は左
方向）への回転成分のみが有効とされて、その回転成分
に応じた距離、又は移動速度で観察視野がＸ方向に移動
する。

【００３６】一方、移動方向がＹ方向に制限されている
ときには、トラックボール６２の回転体６３を任意の方
向に回転しても、その回転角の上方向（又は下方向）へ
の回転成分のみが有効とされて、その回転成分に応じた
距離、又は移動速度で観察視野がＹ方向に移動する。ま
た、観察視野が回転されているときには、回転された座
標軸上での新たなＸ’方向及びＹ’方向に、それぞれ可
逆カウンタ６６Ｘ，６６Ｙの積算値ＴＸ及びＴＹが対応
付けられる。

【００３７】また、カウンタ６８の積算値ＴＳを示す２
ビットの信号が、操作卓６１上に固定された発光素子６
９Ｘ、及び６９Ｙの駆動回路に供給され、積算値ＴＳの
値が１（観察視野の移動方向がＸ方向）のときには発光
素子６９Ｘが点灯し、積算値ＴＳの値が２（観察視野の
移動方向がＹ方向）のときには発光素子６９Ｙが点灯す
るようになっている。観察視野の移動方向が任意（２次
元方向）であるときには、発光素子６９Ｘ，６９Ｙは共
に消灯している。従って、発光素子６９Ｘ，６９Ｙの点
灯状態よりオペレータは、視野移動方向制限部３４で現
在制限されている観察視野の移動可能方向を認識するこ
とができる。

【００３８】次に、本実施例では移動制御装置２０Ｘ，
２０Ｙがそれぞれパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙをマイク
ロステップ駆動方式で制御しているが、そのマイクロス
テップ駆動制御について説明する。一般に、パルスモー
タ（ステッピングモータ）はロータとステータとの突極
構造で決まるステップ角毎に回転、停止するため、ＤＣ
モータ、又はＡＣモータに比べて位置決め制御が高精度
に、且つ容易にできるという特徴を持っている。しかし
ながら、その反面でパルスモータは、ステップ角毎に回
転するためにロータに速度変化が生じ、ある回転数で共
振したり、振動が大きくなるという特性も併せ持ってい
る。

【００３９】これに対して、マイクロステップ駆動と
は、パルスモータの基本ステップ角をモータコイルに流
す電流を制御することで細分化し、超低速駆動、低振動
駆動、及び低騒音運転を実現すると共に、位置決め分解
能を高めて位置決め精度を更に高精度化できる技術であ
る。具体的に、図３（ａ）は２相で基本ステップ角が９
０°のパルスモータを示し、この図３（ａ）において、
４個の凸部が９０°間隔で形成された磁性体よりなるス
テータ５１中に、回転自在に対向するように反対の磁極
が形成されたマグネットよりなるロータ５３が配置され
ている。そして、ステータ５１の１つの凸部５１ａにコ
イル５２Ａが巻回され、それに隣接する凸部５１ｂにも
コイル５２Ｂが巻回されている。

【００４０】そして、図３（ａ）のパルスモータを例え
ばフルステップ駆動する際には、先ず一方のコイル５２
Ａの電流ＩＡを正の最大値Ｉ₀に設定し、他方のコイル
５２Ｂの電流ＩＢを０にする。これにより、実線で示す
ようにロータ５３は凸部５１ａに対向する位置に静止す
る。次に、電流ＩＡを０にして、他方の電流ＩＢを正の
最大値Ｉ₀に設定すると、点線で示すようにロータ５３
は９０°回転して凸部５１ｂに対向する位置で静止す
る。このように電流ＩＡとＩＢとを交互に励起すること
により、ロータ５３は９０°の基本ステップ角で回転す
る。

【００４１】次に、図３（ａ）のパルスモータをマイク
ロステップ駆動する際には、電流ＩＡと電流ＩＢとの比
を次第に変えて行く。例えば、図３（ｂ）に示すよう
に、電流ＩＡが（１／４）Ｉ₀、電流ＩＢが（３／４）
Ｉ₀になると、ロータ５３は凸部５１ａから凸部５１ｂ
側にほぼ（３／４）×９０°回転した位置で静止する。
従って、原理的には電流ＩＡと電流ＩＢとの比を細かに
設定することにより、基本ステップ角に対して最小ステ
ップ角をいくらでも小さくできる。これがマイクロステ
ップ駆動である。本実施例では、パルスモータ１４Ｘ，
１４Ｙとして、一例として５相で基本ステップ角φが
０．７２°のパルスモータを使用する。そして、マイク
ロステップ駆動により、その基本ステップ角を更に１０
０分割に分割するものとする。

【００４２】図１に戻り、本例では、送りねじ１３Ｘ，
１３Ｙを５ｍｍリード（５ｍｍピッチ）のボールねじで
あるとする。また、上述のようにパルスモータ１４Ｘ，
１４Ｙとしてはそれぞれ５相で基本ステップ角φが０．
７２°のパルスモータが使用され、マイクロステップ駆
動によりその基本ステップ角φが１００分割に分割して
駆動される。従って、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの送りの
分解能ｐは、次のように０．１μｍとなる。

【００４３】ｐ＝５／（１００・３６０／０．７２）＝１×１０^-4［ｍｍ］（１）このとき、試料９の観察倍率を例えば１０万倍とする
と、電子ビームの走査領域とその観察倍率との関係より
その試料９上での観察視野の幅は例えば１．８μｍとな
る。これに対して、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの送りの分
解能ｐは０．１μｍであるため、その観察視野の移動を
円滑に行うことができる。

【００４４】次に、本実施例で試料９上の観察視野を移
動させる場合の動作の一例につき図１〜図７を参照して
説明する。先ず、図１において、試料９を試料台１１上
に載置し、その観察画像をＣＲＴディスプレイ２５に映
し出す。図４（ａ）はその際の試料９上の観察視野４２
を示し、図４（ａ）において試料９上のパターン４１上
に矩形の観察視野４２が設定されている。また、図４
（ｂ）は図１のＣＲＴディスプレイ２５の表示画面２５
ａを示し、この表示画面２５ａにその観察視野４２内の
パターンの拡大像が表示されている。従って、拡大倍率
をβとすると、図４（ａ）の観察視野４２は実際には図
４（ｂ）の表示画面２５ａの１／βの大きさである。

【００４５】この状態で、図２の表示素子６９Ｘ，６９
Ｙは消灯して観察視野の移動方向は任意の方向になって
いるものとする。先ず、観察視野４２を試料９上で斜め
上方の近くの位置４９Ｃ付近に移動したいときには、オ
ペレータは図２の位置モード／速度モード選択スイッチ
部３６を開放状態として位置モードを設定する。その
後、オペレータは図２のトラックボール６２の回転体６
３を矢印７０Ｃで示す右斜め上方向に回転すると、観察
視野４２はその回転角に応じた右斜め上方向の位置に移
動する。その位置が図４（ａ）の位置４９Ｃからずれて
いるときには、更にそのずれ量に対応する角度だけ回転
体６３を回転すればよい。

【００４６】これに対して、図４（ａ）において観察視
野４２を正確に＋Ｘ方向に離れた位置４９Ｘに迅速に移
動したい場合、オペレータは先ず図２の視野移動方向制
限部３４のスイッチ部６７を操作して表示素子６９Ｘの
みを点灯させて、観察視野の移動方向をＸ方向に制限す
る。その後、オペレータが回転体６３を矢印７０Ｘ’で
示すように右方向から僅かにずれた方向に回転しても、
ステージ制御手段１９は積算値ＴＸのみを有効とみなす
ため、観察視野４２は正確に＋Ｘ方向にほぼその回転角
に応じた距離だけ離れた位置に移動する。同様に、観察
視野４２を正確に＋Ｙ方向に離れた位置４９Ｙに移動し
たいときには、図２のスイッチ部６７を操作して表示素
子６９Ｙのみを点灯して、移動方向をＹ方向に制限した
後、トラックボール６２の回転体６３をほぼ上方向に回
転すればよい。

【００４７】次に、図４（ａ）において、観察視野４２
を矢印４８Ｃで示す右斜め上方向に遠く離れた位置に移
動する場合には、オペレータは図２の位置モード／速度
モード選択スイッチ部３６を左手で押し続けて速度モー
ドを設定した後、視野移動方向制限部３４で移動方向の
制限を解除する。また、位置モードと速度モードとが切
り換えられたときには、ステージ制御手段１９は可逆カ
ウンタ６６Ｘ，６６Ｙのクリア端子にパルスを供給する
ことにより、積算値ＴＸ，ＴＹを共に０にリセットす
る。

【００４８】その後、オペレータは右手で図２のトラッ
クボール６２の回転体６３を矢印７０Ｃで示す右斜め上
方向に回転する。その回転角に応じた速度で観察視野４
２は右斜め上方向に移動する。そして、観察視野４２の
その方向での移動の速さ（移動速度の絶対値）を変えた
いときには、その回転体６３の回転角を調整すればよ
い。また、観察視野４２を所望の位置で停止させたいと
きには、回転体６３から手を離して停止スイッチ部３５
を操作すればよい。

【００４９】これに対して、図４（ａ）において観察視
野４２を正確に矢印４８Ｘで示すように＋Ｘ方向に移動
したい場合、オペレータは先ず図２の視野移動方向制限
部３４のスイッチ部６７を操作して表示素子６９Ｘのみ
を点灯させて、観察視野の移動方向をＸ方向に制限す
る。その後、オペレータが回転体６３を矢印７０Ｘ’で
示すように右方向から僅かにずれた方向に回転しても、
ステージ制御手段１９は積算値ＴＸのみを有効とみなす
ため、ほぼその回転角に応じた速度で観察視野４２は正
確に＋Ｘ方向に移動する。同様に、観察視野４２を矢印
４８Ｙで示すように正確に＋Ｙ方向に移動したいときに
は、図２のスイッチ部６７を操作して表示素子６９Ｙの
みを点灯して、移動方向をＹ方向に制限した後、トラッ
クボール６２の回転体６３をほぼ上方向に回転すればよ
い。

【００５０】このように、本例によれば、観察視野４２
を近くに移動するときには位置モードを選択し、観察視
野４２を遠くに移動するときには速度モードを選択する
ことにより、トラックボール６２の回転体６３を回すだ
けて容易に観察視野４２を所望の位置に移動できる。次
に、観察視野を電気的に回転させる場合につき説明す
る。この場合、オペレータは図１の画像倍率回転視野設
定部２６を介して、試料上の観察視野４２を、Ｘ方向よ
り反時計方向に角度θ（ここでは、θ＝４５°とする）
だけ回転させる。この結果、倍率設定記憶手段２７の作
用により試料９上での電子ビームの走査方向が４５°回
転し、図５（ａ）に示すように、試料９のパターン４１
上でＸ方向に対して反時計方向に４５°傾いた方向に平
行に矩形の観察視野４３が設定される。また、その角度
θが、図１のステージ制御手段１９を介してメモリ３３
内の回転角記憶部３３ｂに記憶される。そして、観察視
野４３内のパターンの拡大像が、図５（ｂ）に示すよう
に表示画面２５ａ内に表示される。その拡大像は、矩形
の辺が表示画面２５ａの辺に平行又は垂直になるように
表示されている。

【００５１】次に、図５（ｂ）において、表示画面２５
ａの拡大像の正確に右辺方向の領域を観察したい場合に
は、オペレータは、位置モード／速度モード選択スイッ
チ部３６を押して速度モードに設定した状態で、図２の
視野移動方向制限部３４で移動方向をＸ方向に制限した
後、トラックボール６２の回転体６３をほぼ右方向に回
転する。これにより、Ｘ方向への移動速度に対応する積
算値ＴＸのみがステージ制御手段１９により有効とさ
れ、ステージ制御手段１９は、メモリ３３の回転角記憶
部３３ｂの角度θを読み出して、ステージ１２Ｘ，１２
Ｙを＋Ｘ方向に対して時計方向に角度（１８０°−θ）
だけ回転した方向に、積算値ＴＸに対応した速度で移動
させる。これには、例えばＸステージ１２Ｘが−Ｘ方向
にΔＸだけ移動する際に、Ｙステージ１２Ｙを−Ｙ方向
にΔＸ・tan θだけ移動させればよい。

【００５２】この結果、図６（ａ）に示すように、試料
９のパターン４１上で観察視野は、＋Ｘ方向に対して反
時計方向に正確に角度θだけ傾斜した方向４４に沿って
領域４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，…と移動する。観察視野
がそれらの領域４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに移動すると、
ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面２５ａにはそれぞれ
図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような拡大像が表示
される。従って、本例によれば、観察視野を電子的に回
転させた場合でも、その回転量に依存することなく機械
駆動方式で、観察視野を表示画面２５ａ上の拡大像に基
づいて設定する方向に移動することができる。

【００５３】次に、本例において、観察倍率を切り換え
てから、速度モードで観察視野を移動させる場合の動作
の一例につき説明する。このとき、オペレータは例えば
図１のデータ入力部３１を介して、ＣＲＴディスプレイ
２５の表示画面中の有効視野範囲内を移動する試料観察
画像の速度を決定する。例えば、有効視野範囲内を時間
Ｔ（ここでは、Ｔは例えば３秒である）で試料観察画像
が移動するように速度を設定する。試料９上の観察視野
が図７に示すＸ方向の幅ＤＸの観察視野４２であるとし
て、この観察視野４２を時間Ｔで＋Ｘ方向に隣接する領
域４７の方向に移動させるものとすると、Ｘステージ１
２Ｘの移動速度は−Ｘ方向に速度ＤＸ／Ｔに設定され
る。このときの観察倍率をβ₀（β₀は例えば１万倍）
とする。この観察倍率β₀はメモリ３３内の倍率記憶部
３３ｃに記憶されている。

【００５４】また、そのようなステージの移動速度ＤＸ
／Ｔを得るために必要な、図２のトラックボール６２の
回転体６３の回転角は、オペレータが１回で容易に回転
できる程度の所定の回転角（以下、「基準回転角」と呼
ぶ）に設定されている。従って、オペレータが回転体６
３を右方向にほぼその基準回転角だけ回転すると、観察
視野４２は表示画面２５ａの有効視野範囲をほぼ時間Ｔ
で横切る速度で移動する。

【００５５】次に、オペレータが画像倍率回転視野設定
部２６を介して観察倍率をβ（βは例えば２万倍）に変
更すると、変更後の観察倍率βがメモリ３３内の倍率記
憶部３３ｃに記憶される。倍率記憶部３３ｃには、それ
までの観察倍率β₀も記憶されている。その後、オペレ
ータが移動方向をＸ方向に制限した後、図２のトラック
ボール６２の回転体６３を右方向にほぼその基準回転角
だけ回転すると、ステージ制御手段１９は、ＣＲＴディ
スプレイ２５の表示画面２５ａでの画像の移動速度がそ
れまでの観察倍率での移動速度となるように、ステージ
１２Ｘを駆動する。

【００５６】具体的に、図７において、観察視野４２を
＋Ｘ方向に移動させるため、ステージ制御手段１９は、
Ｘステージ１２Ｘを−Ｘ方向に次式で定まる速度Ｖ
（β）で駆動する。Ｖ（β）＝（ＤＸ／Ｔ）β₀／β （２）これによって、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面上の
有効視野範囲内を試料観察画像がほぼ時間Ｔで移動する
ようになる。従って、本例では観察倍率に依存すること
なく、トラックボール６３の回転体６３の回転角が同じ
場合には、表示画面上での試料の拡大像の移動速度が一
定となり、操作性が向上する。同様に位置モードで観察
視野を移動する際の移動速度も、観察倍率βに応じて調
整される。

【００５７】なお、上述実施例では視野移動情報設定部
２９としてトラックボール６２が使用されているが、そ
の代わりに例えばジョイスティックのような入力装置を
使用する場合にも本発明は適用される。本例では観察視
野を遠い位置に移動する場合でも、速度モードを使用す
ることにより、エンコーダの変位量をそれ程大きくする
必要がないため、ジョイスティックのような操作用の軸
の変位範囲が制限されている入力装置でも使用すること
ができる。

【００５８】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、変位情報設定手段で設
定された変位情報を、位置制御モードのときには移動方
向及び移動距離の情報とみなし、速度制御モードのとき
には移動速度（移動方向も含む）とみなしている。従っ
て、観察視野を近くに移動させるときには、位置制御モ
ードを選択し、観察視野を遠くに移動させるときには速
度制御モードを選択することにより、変位情報設定手段
で少ない変位情報を設定するのみで容易に観察視野を所
望の位置に設定できる利点がある。

【００６０】また、その変位情報設定手段が、トラック
ボールであるときには、特に回転体の回転量を大きくす
ることなく容易に観察視野を所望の位置に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型電子顕微鏡の一実施例を示
す一部斜視図を含む構成図である。

【図２】実施例の位置モード／速度モード選択スイッチ
部３６、及びトラックボール６２等の構成を示す図であ
る。

【図３】（ａ）はパルスモータをフルステップ駆動方式
で駆動する際の説明図、（ｂ）はパルスモータをマイク
ロステップ駆動方式で駆動する際の説明図である。

【図４】試料上の観察視野とその観察像とを示す図であ
る。

【図５】回転された観察視野とその観察像とを示す図で
ある。

【図６】回転された観察視野を横方向に移動させる際の
動作説明図である。

【図７】観察視野を表示画面上で一定速度で移動させる
際の説明図である。

【図８】位置モードで観察視野を移動する際のステージ
の移動速度の絶対値の変化特性を示す図である。

【符号の説明】

２電子銃４アパーチャ５収束レンズ６Ｘ偏向コイル７Ｙ偏向コイル８対物レンズ９試料１１試料台１２ＸＸステージ１２ＹＹステージ１７Ｘ，１７Ｙレーザ干渉計１８中央制御系１９ステージ制御手段２２２次電子検出器２４画像処理回路２５ＣＲＴディスプレイ２６画像倍率回転視野設定部２７倍率設定記憶手段２９視野移動情報設定部３１データ入力部３４視野移動方向制限部３５停止スイッチ部３６位置モード／速度モード選択スイッチ部４２，４３，４３Ａ，４３Ｂ観察視野６２トラックボール６７スイッチ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上で電子線を走査し、前記試料から
発生する２次電子を検出して得られる画像信号を用いて
画像表示手段上に前記試料上の所定の観察視野内の画像
を表示する走査型電子顕微鏡において、前記試料を前記電子線の走査面上で２次元的に移動させ
る試料ステージと、それぞれ変位量を電気信号に変換する２軸のエンコーダ
を介して前記試料ステージの互いに交差する第１方向、
及び第２方向への変位情報をそれぞれ設定する変位情報
設定手段と、前記試料ステージの移動モードを位置制御モード、又は
速度制御モードの何れかに設定する移動モード設定手段
と、該移動モード設定手段により前記位置制御モードが設定
されたときは前記変位情報設定手段により設定された変
位情報の変化量に応じた位置に前記試料ステージを移動
させると共に、前記移動モード設定手段により前記速度
制御モードが設定されたときは前記変位情報設定手段に
より設定された変位情報の変化量に応じた速度で前記試
料ステージを移動させるステージ制御手段と、を有する
ことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】請求項１記載の走査型電子顕微鏡であっ
て、前記変位情報設定手段は、回転体と、該回転体の異
なる面に摺接してそれぞれ前記回転体の回転角を電気信
号に変換する２つのロータリエンコーダとを有するトラ
ックボールであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。