JPH1083782A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料像を観察しながらのステージ移動をスム
ーズに行えるようにする。 【解決手段】 ステージの移動方向を表す矢印１６を像
表示装置１２に表示する。ステージの移動方向を表す矢
印１６の回転角θは、偏向器の機械的な回転角を
θ_coil、ステージの座標の機械的な回転をθ_stage、偏
向制御電源による試料上での一次電子線の走査方向の回
転をθ_rotとし、対物レンズの励磁の変化による試料像
の回転をθ_objとするとき、次のように計算され、表示
される。 θ＝θ_obj＋θ_coil＋θ_stage＋θ_rot

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一次電子線照射に
よって試料から発生される二次電子を検出して試料の走
査像を得る走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡は、電子銃から発生され
細く絞られた電子線を偏向器を用いて試料上で走査し、
電子線照射によって試料から発生する２次電子を２次電
子検出器で検出し、その検出信号を電子線の走査と同期
して処理することで試料像を形成する装置である。

【０００３】この走査電子顕微鏡において、偏向器によ
り走査された一次電子線は偏向器よりも試料側に配置さ
れた対物レンズ内を通過するとき、対物レンズによって
発生された磁界の作用により回転する。したがって、偏
向器による走査方向と試料上に照射される電子線の走査
方向とは異なってしまう。これはそのまま試料像の回転
につながり、画面上で見ている試料像の縦横の方向はス
テージ座標に対応しなくなる。このため、対物レンズの
励磁により一次電子線が回転する角度をあらかじめ計算
し、偏向器を対物レンズの励磁により回転する方向と逆
方向に計算した角度分だけ回転させて配置することが行
われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、電
子線の加速電圧などの条件を変化させた場合に、試料に
フォーカスさせるための対物レンズの磁界も変化するた
め、一次電子線の回転角は一定ではなくなり、試料像が
回転してしまう。また、試料の高さが変化した場合に
も、試料にフォーカスさせるための対物レンズの磁界は
変化するために、試料ごとに回転角が変化してしまう。
したがって通常、ＣＲＴ等の表示装置に表示された試料
像の縦横方向はステージの座標（ステージの移動方向）
と対応しておらず、試料像を観察しながら即座にステー
ジを移動して、視野の隅に位置する目的の部分を視野中
心に移動するといった操作をスムーズに行うことが困難
であった。

【０００５】また、試料像上の大きさを知るために試料
像の近傍にスケールなどを表示しているが、試料が傾斜
した場合には実際の大きさとスケールが対応しなくなっ
ていた。本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、ステージの移動を伴う試料の観察や
分析を行う際に使い勝手の良い走査電子顕微鏡を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、ステージの移動方向（移動軸）を示す矢
印を試料像を表示するための像表示装置に表示すること
を特徴とする。ステージの移動方向を表す矢印は、電子
線の加速電圧などの条件や対物レンズの励磁電流などか
ら試料像の回転角を計算し、その回転角の分だけ矢印を
回転して表示することにより実現することができる。θ
ステージを回転することでその上のＸＹステージが回転
した場合や偏向器を機械的に回転した場合、あるいは偏
向制御手段により偏向器の電子線走査方向を回転させて
試料像を回転させた場合にも、それぞれに対応して矢印
を回転させることにより、正確なステージの移動方向を
表示することが可能である。

【０００７】また、ステージの移動方向を示す矢印を試
料像の倍率に対応した長さのスケールとして表示するこ
とで、この矢印を試料像の特徴部分の大きさを知るため
の指標として使用することができる。しかも、その矢印
を任意の位置へ移動させたり、任意の長さの設定を可能
にすることで、矢印を試料像の特徴部分の大きさを直接
知るために使用することができる。矢印が試料像の観察
の上で障害となる場合には非表示とするように、表示／
非表示の切り替えを可能としてもよい。

【０００８】すなわち、本発明は、電子線を発生する電
子銃と、電子線を細く絞って試料上に照射させるための
電子レンズと、電子線を試料上で二次元的に走査するた
めの偏向器と、電子線の照射により試料から発生する二
次信号を検出するための検出器と、検出器により検出さ
れた二次信号を試料像として表示するための表示手段
と、試料を電子線に対して移動、回転、傾斜させるため
のステージとを具備した走査電子顕微鏡において、表示
手段にステージの移動方向を表す矢印を表示することを
特徴とする。

【０００９】ステージの移動方向を表す矢印は、光軸と
交差する方向へのステージの二次元的な移動方向（移動
軸）、例えばＸ，Ｙ方向に対応した二つの矢印とするこ
とができる。偏向器を光軸を中心として機械的に回転さ
せる回転手段を備える場合には、ステージの移動方向を
表す矢印を、回転手段による偏向器の回転と連動してそ
の回転角に対応して回転するようにする。

【００１０】偏向器による電子線の走査方向を回転させ
る偏向制御手段を備える場合には、ステージの移動方向
を表す矢印を、偏向制御手段による走査方向の回転と連
動してその回転角に対応して回転させる。また、ステー
ジの移動方向を表す矢印は、電子レンズの磁界による試
料像の回転に対応して回転させる。

【００１１】試料を回転させるθステージ上に試料を
Ｘ，Ｙ方向に移動させるＸＹステージが載置されている
場合には、θステージの回転に対応して、すなわちステ
ージの移動方向の回転に対応して、ステージの移動方向
を表す矢印を回転させる。ステージの移動方向を表す矢
印は、その長さを試料像の倍率に対応して変化させるこ
とができるし、矢印の近傍に試料像の倍率に応じて矢印
の長さに対応する数値を表示することができる。矢印の
長さはステージの傾斜に対応して変化させることができ
る。また、矢印の近傍に、ステージの傾斜に応じて矢印
の長さに対応した数値を表示することができる。

【００１２】ステージの移動方向を表す矢印を画面内の
任意の位置に移動できるようにすると、試料の特徴部分
にその矢印を移動してその部分の大きさを知る指標とす
ることができる。また、ステージの移動方向を表す矢印
を任意の長さにすることができるようにすると、矢印を
試料の特徴部分の大きさと同じ長さにし、そのとき矢印
の近傍に表示される矢印の長さに対応した数値を読み取
ることで、試料の特徴部分の大きさを簡便に知ることが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一つの実
施の形態による走査電子顕微鏡の概略図である。陰極１
と引出し電極３の間に印加される電圧Ｖ１により陰極１
から放出された一次電子線２は、陰極１と加速電極４の
間に印加される印加電圧Ｖ_acc で加速される。印加電圧
Ｖ_acc やＶ１は制御ＣＰＵ２１により制御される高圧制
御電源１９により印加される。一次電子線２は、収束レ
ンズ制御電源１３で制御された集束レンズ５で収束さ
れ、絞り１０により不要な領域が除去される。その後、
対物レンズ制御電源２０で制御された対物レンズ６によ
り細く絞られて試料８上に照射され、２段の偏向器７に
よって試料８上を二次元的に走査される。収束レンズ制
御電源１３および対物レンズ制御電源２０は制御ＣＰＵ
２１により制御されている。また、偏向器７の偏向信号
は、観察倍率に応じて偏向制御電源１１により制御され
る。

【００１４】一次電子線２の照射によって試料８から発
生する二次電子等の二次信号１４は、二次信号検出器９
によって検出され、画像メモリ２４に保存される。ＣＲ
Ｔ等の像表示装置１２には、保存された画像メモリ２４
のデータを表示することにより拡大された試料像１５が
表示される。さらに、像表示装置１２には試料像１５に
対するステージの移動方向を表す矢印１６が表示されて
いる。試料８は、移動、回転及び傾斜可能なステージ１
７上に固定されている。ステージ１７は、ステージ制御
部１８により移動、回転及び傾斜の制御をされる。

【００１５】ステージ１７の移動方向を表す矢印１６
は、試料像１５上でのステージ１７のＸ，Ｙ座標軸、す
なわちステージ１７の移動軸に対応している。また、矢
印１６は、偏向器７やステージ１７の座標系を光軸を中
心として機械的に回転した場合、あるいは偏向制御電源
１１により試料８上での一次電子線２の走査方向を回転
するように偏向器７を制御した場合の回転角に対応して
回転する。さらに、矢印１６は、高圧制御電源１９から
の加速電圧Ｖ_acc や対物レンズ制御電源２０からの対物
レンズ６の励磁条件から計算された試料像１５上の回転
角に対応して回転する。それぞれに対応して矢印１６を
回転することにより、像表示装置１２にステージ１７の
座標に対応したステージ１７の移動方向が表示される。

【００１６】いま、図２に示されているように、試料像
１５中の注目部分１５ａが試料像１５中で右上隅に表示
されているとして、この注目部分１５ａを視野中心に移
動する操作を考える。従来は、ステージ１７をどの方向
に移動したら像がどのように移動するかその対応関係が
全く不明であったため、試行錯誤でステージ移動を行わ
ざるを得なかった。そのため、試料像１５中の注目部分
１５を視野中心に持ってくるためのステージ移動によっ
て逆に注目部分１５ａを視野の外に追い出してしまうよ
うなことも起こった。しかし、本発明によると、ステー
ジ移動方向を表す矢印１６を参照することで、図２の場
合にはステージ１７を−Ｘ方向に移動すれば注目部分１
５ａが視野の中心方向に移動することが一目瞭然であ
り、操作性が大幅に改善される。

【００１７】ここで、図２に示すように、矢印１６の近
くに、試料像１５の倍率に対応して試料像１５上での矢
印１６の長さに対応する数値２２を表示することによ
り、矢印の大きさは試料像１５上の任意の部分の大きさ
を知る上での指標となる。あるいは、倍率に対応して試
料像１５上での矢印１６の長さを変化させても良い。こ
のときは、数値２２は矢印１６の長さに応じた値を表示
する。また、矢印１６は任意の位置に移動可能とするこ
ともでき、矢印１６を試料像１５の注目部分の上に重な
るように移動することで、試料像１５上においてその注
目部分の大きさを容易に知ることができる。ここで、矢
印１６の長さは任意に変更することが可能のため、試料
像１５上の任意の２点間の距離を測定することが可能で
ある。さらに、表示や非表示の切り替えを可能とする
と、矢印が不要の場合や像観察の邪魔になる場合には表
示しないようにすることができる。

【００１８】また、ステージ１７の傾斜軸がステージ１
７のＸ軸方向と平行であれば、Ｙ軸を表す矢印１６にそ
の長さに対応する数値２２を、傾斜軸がステージ１７の
Ｙ軸方向と平行であれば、Ｘ軸を表す矢印１６にその長
さに対応する数値２２を、上記以外であれば両方の矢印
の長さに対応する数値２２を、各々ステージ１７の傾斜
角に対応して変化させることができ、このようにするこ
とによりステージ１７を傾斜させたときにも試料像１５
上の任意の大きさを知ることができる。ここで、ステー
ジ１７の傾斜角に対応して矢印１６の長さを変化させて
も良い。

【００１９】図３は、ステージ１７の傾斜軸がステージ
１７のＸ軸方向と平行である場合にステージ１７を３０
度傾斜させたときに、矢印１６の長さに対応する数値２
２を変化させたときの矢印を表したものである。図示す
るように、Ｘ軸方向を表すヤジスリの長さに対応する数
値は図２の場合と同一であるが、Ｙ軸方向を表す矢印の
長さに対応する数値が変化している。

【００２０】図４は、ステージ１７の移動方向を示す矢
印１６を像表示装置１２に表示させる手順を示すフロー
チャートである。図示するように、制御ＣＰＵ２１はス
テップ１０において偏向器７の機械的な回転角θ_coilを
受け取り、ステップ１１においてステージ１７の座標の
機械的な回転角θ_stage を受け取る。ステップ１２で
は、対物レンズ６の磁界による一次電子線２の走査方向
の回転角θ_obj を計算する。

【００２１】回転角θ_obj は、光軸ｚ上における対物レ
ンズ６の磁界分布をＢ（ｚ）とすると、次の〔数１〕に
より計算することができる。ここで、ｅ及びｍはそれぞ
れ電子の電荷と質量を、Ｖ_acc は加速電圧を、ｚ_O とｚ
_I はそれぞれ物点と像点の光軸ｚ上の座標を表してい
る。

【００２２】

【数１】

【００２３】ステップ１３では、偏向制御電源１１によ
り一次電子線２の走査方向が回転しているかどうかを判
定し、回転している場合にはステップ１４においてその
回転角θ_rot を受け取る。ステップ１５では、試料８上
を走査する一次電子線２の走査方向とステージ１７の座
標軸との角度θを計算する。ステージ１７の移動方向を
示す矢印１６の回転角θは、試料像１５が反時計方向に
回るような方向を正として、次の〔数２〕のように計算
することができる。

【００２４】

【数２】θ＝θ_obj＋θ_coil＋θ_stage＋θ_rot ステップ１６では、試料像１５の像倍率における矢印１
６の長さを計算する。さらにステップ１７において、ス
テージ１７が傾斜しているかどうかを判定し、傾斜して
いる場合には、ステップ１８でその傾斜角による矢印１
６の長さを再計算した上で、ステップ１９において矢印
１６を像表示装置１２へ表示させる。

【００２５】ステージ１７の移動方向を表す矢印１６を
像表示装置１２へ表示させるには、図５に示すように、
試料像１５が表示されているウィンドウ１（２３ａ）と
は別のウィンドウ２（２３ｂ）内に表示しても良いし、
マウスが使用可能であるならばそのポインタを矢印１６
として表示しても良い。このようにすることで、像表示
装置１２の任意の位置へ矢印１６を移動させることがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、試料像を表示する画面
にステージの移動方向が表示されるので、試料像を観察
しながら所望の位置に試料を移動する操作をスムーズに
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査電子顕微鏡の概略図。

【図２】ステージの移動方向を表す矢印の一例を示す概
略図。

【図３】ステージの移動方向を表す矢印の他の例を示す
概略図。

【図４】ステージの移動方向を表す矢印を表示する手順
を示すフローチャート。

【図５】ステージの移動方向を表す矢印を表示するため
の例を示す概略図。

【符号の説明】

１…陰極、２…一次電子線、３…引出し電極、４…加速
電極、５…集束レンズ、６…対物レンズ、７…偏向器、
８…試料、９…二次信号検出器、１０…絞り、１１…偏
向制御電源、１２…像表示装置、１３…収束レンズ制御
電源、１４…二次信号、１５…試料像、１６…矢印、１
７…ステージ、１８…ステージ制御部、１９…高圧制御
電源、２０…対物レンズ制御電源、２１…制御ＣＰＵ、
２２…数値、２３ａ…ウィンドウ１、２３ｂ…ウィンド
ウ２、２４…画像メモリ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線を発生する電子銃と、前記電子線
   を細く絞って試料上に照射させるための電子レンズと、
   前記電子線を試料上で二次元的に走査するための偏向器
   と、前記電子線の照射により前記試料から発生する二次
   信号を検出するための検出器と、前記検出器により検出
   された二次信号を試料像として表示するための表示手段
   と、前記試料を前記電子線に対して移動、回転、傾斜さ
   せるためのステージとを具備した走査電子顕微鏡におい
   て、 前記表示手段に前記ステージの移動方向を表す矢印を表
   示することを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１記載の走査電子顕微鏡におい
   て、 前記ステージの移動方向を表す矢印は、光軸と交差する
   方向への前記ステージの二次元的な移動方向に対応した
   二つの矢印であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡に
   おいて、 前記偏向器を光軸を中心として機械的に回転させる回転
   手段を備え、前記ステージの移動方向を表す矢印は、前
   記回転手段による前記偏向器の回転と連動してその回転
   角に対応して回転することを特徴とする走査電子顕微
   鏡。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の走査電子顕微
   鏡において、 前記偏向器による電子線の走査方向を回転させる偏向制
   御手段を備え、前記ステージの移動方向を表す矢印は、
   前記偏向制御手段による前記走査方向の回転と連動して
   その回転角に対応して回転することを特徴とする走査電
   子顕微鏡。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載の走査
   電子顕微鏡において、 前記ステージの移動方向を表す矢印は、前記電子レンズ
   の磁界による試料像の回転に対応して回転することを特
   徴とする走査電子顕微鏡。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載の走査
   電子顕微鏡において、 前記ステージの移動方向を表す矢印は、前記ステージの
   移動方向の回転に対応して回転することを特徴とする走
   査電子顕微鏡。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の走査
   電子顕微鏡において、 前記ステージの移動方向を表す矢印は、その長さが試料
   像の倍率に対応して変化することを特徴とする走査電子
   顕微鏡。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項記載の走査
   電子顕微鏡において、 前記ステージの移動方向を表す矢印の近傍に、試料像の
   倍率に応じて矢印の長さに対応する数値を表示すること
   を特徴とする走査電子顕微鏡。
9. 【請求項９】 請求項１〜７のいずれか１項記載の走査
   電子顕微鏡において、 前記ステージの移動方向を表す矢印は、その長さが前記
   ステージの傾斜に対応して変化することを特徴とする走
   査電子顕微鏡。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項記載の走
    査電子顕微鏡において、 前記ステージの移動方向を表す矢印の近傍に、前記ステ
    ージの傾斜に応じて矢印の長さに対応した数値を表示す
    ることを特徴とする走査電子顕微鏡。