JPS5822854B2 - カデンリユウシソウサケンビキヨウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査型電子顕微鏡のような荷電粒子走査顕微鏡
、特に本発明は荷電粒子ビームに対する外界干渉を補償
する装置に関連する。

本発明によって解決される問題は、走査型電子顕微鏡の
ような荷電粒子走査装置を高培率で使用する時に遭遇す
る一種の可視波形歪である。

この歪は時間的に反復する電界又は磁界によって起こる
も。

ので、顕微鏡内に荷電粒子ビームの望ましくない歪を生
じる。

このような外界の影響は当然電界又は磁界の強さと方向
によって顕微鏡に種々の影響を与える。

例えば、走査型電子顕微鏡が使用されている研究室内で
６０Ｈｚの電力線に接続されたはんだごて又はコーヒー
沸かし等に通電するとこの附近ＶＣ６０Ｈｚ電磁界を生
じる。

これらの電磁界の影響に対するこの電子線の感度のだめ
、電子線は所定進路から変位される。

この例で′″コーヒー沸しの電磁界”と“はんだとての
電磁界″との組合せは合成電値界を生じる。

一時的に通電される研究室内の他の装置は同様に室内の
全電磁場に影響する。

６０Ｈｚ電力線によるこれらの装置の通電、及び室内の
人口の存在もビームの電磁界干渉に影響を与える。

電子線に対するこの電磁界の全影響は、外部電磁界の周
期的測定装置と、走査中のビーム偏向を制御する装置と
を組込んだ本発明の装置を使用することにより補償され
歪を除去することができる。

上記の歪問題を解決する従来技術は外部電磁界から電子
線を避蔽する方法であった。

この方法は高価な材料（例えばミューメタル）を多量に
必要とし又他の難点もある。

他の解決法は顕微鏡の周囲に広い無電磁界領域を設ける
方法であった。

この広い無電磁界領域は例えばヘルムホルツ・コイルで
得られ、これは研究室の作業地域を包囲する大型装置で
ある。

この大型コイルは寸法、価額、及び不完全な総合性能の
点で問題がある。

外部電磁界と歪の問題に対する本発明による解決は、外
部電磁界によって起こる電子線扁位を補償するだめビー
ム偏向走査制御装置に印加される負又は反対の信号を生
じる波形発生器を使用することで得られる。

これらの修正信号は外部電磁界と同期して発生され、こ
の修正信号出力を正常電子線偏向信号に加えることによ
って電子線の全電磁界同期回向をゼロにすることができ
る。

本発明の好適実施例の装置は、顕微鏡の６０へ。

ルツ電源と同期されるように（例えば走査型電子顕微鏡
の同期／走査制御装置で発生される６０ヘルツの垂直走
査同期パルスを介して）任意に選択された２個の波形関
数発生器を有する。

この一方の関数発生器は歪の一成分（垂直）を修正する
もので、他の関数発生器は他の直角成分（水平）を修正
するものである。

各関数発生器は外部干渉波形によって生じるビーム歪に
対し位相が逆で振幅が等しい波形を与えるように通常手
動でプログラム即ち調整することができる。

上記関数発生器は。２４個の電位差計からなり、それぞ
れ正及び負の電圧源に接続される。

従って各電位差計は各ワイパに電源電圧限界内で正又は
負の出力電圧を与えるように調整できる。

各ワイパは上記波形を同期して動作する多重スイッチの
入力端に接続される。

この電位差計の順次走査で得られる段付電圧波形はフィ
ルタを通して平滑化され、誤差を修正するためビーム偏
向コイル回路に供給される。

ビーム歪の修正は、先づ同期−走査制御装置の垂直掃引
部からビーム偏向装置の垂直偏向コイル７への入力を一
時停止することから始める。

この一時停止によりビームは連続的に固定水平方向に同
一線上を反覆走査するので、普通の陰極線管の可視出力
モニタ上には、外部電磁界による水平ビーム偏向が広い
垂直帯域内の揺れ又は波状曲線の歪として表示される。

又ビーム扁向即ち歪がなげれば直線状表示が現われる。

次いで個々の電位計を調整してこのビーム偏向回路に対
する入力電圧を変えることにより、総ての揺れがほぼ完
全に除去され、歪を修正することができる。

次に他の直角偏向装置に対しても（″水平方向゛′干渉
を補償するため）同一操作が行われる。

本発明装置では上記のように荷電粒子走査線に及ぼす外
部電磁界の影響を″相殺する″関数波形を発生する。

本発明の一特徴によれば、被検試料上に荷電粒子織が集
束ビームとして入射される荷電粒子線走査装置の改良が
行われる。

このビームは所定のパターン（即ちラスタ）で試料を走
査し、又走査された試料表面にある荷電粒子数を記録す
る装置が設けられる。

本発明の改良装置は、外部電磁界による所定位置のビー
ム偏向を測定する装置、外部電磁界によるビーム偏向に
対して相補的なビーム走査修正信号を発生する装置、及
びビーム走査装置にビーム修正信号を印加する装置を有
する。

従って本発明の一目的は荷電粒子走査型顕微鏡を提供す
ることＫある。

他の一目的は、顕微鏡に容易にプログラムされるビーム
偏向補償を特徴とする走査型顕微鏡を提供することにあ
る。

更に他の一目的は、電界又は磁界環境を変化するだめ容
易に調整でき、か２走査型顕微鏡に使用されるビーム偏
向補償装置を提供することにある。

本発明の他の目的と利点とは添付図面による下記の詳細
な説明から明らかであろう。

第１図の数字１０は、本出願人の有する米国特許第３６
７８３３３号に詳述されている電界放出走査型電子顕微
鏡を示す。

一般にこのような走査型顕微鏡は、試料１６上のスポラ
Ｉ・として検束される荷電粒子ビーム１４の発生源とな
る電界放出先端１２を有する。

図示の実施例では電界放出先端１２は、部分的高真空（
例えば１０−１０ｍｍＨｇ ）下に電圧装置１８で大き
な角電位が印加されて電子ビームを生じる。

この電子ビームは電圧装置２２から適当な加速電圧が印
加される陽極２０によって集束される。

集束ビーム１４は偏向−収差除去器（ｓｔｉｇｍ−ａｔ
ｏｒ ）２４によって走査される。

試料１６に関する情報は、試料から放射される荷電粒子
、例えば、透過電子、二次電子、反射電子、吸収電子、
光子Ｘ線、正イオン等、入射ビームによって発生されれ
る個々又は全部の粒子を検出することによって得られる
。

例えばシンチレーション型装置の検出器２６は上記粒子
の一つの存在を検出するのにしばしば使用される。

この検出器２６は粒子の衝撃を光信号に変換し更に（例
えば光電子倍管３０で電気的信号に変換する。

この電気的信号は次に同期的に走査される表示装置３２
（例えば陰極線管の輝度を変調するのに使用される。

表示装置３２と収差除去器２４は通常同期−走査制御装
置３４の掃引発振器によって駆動され、この制御装置３
４は試料１６上のビーム１４の運動と表示装置即ちモニ
タ３２上の表示とに同期を与える水平掃引部２４Ｈと垂
直掃引部３４Ｖとを有する。

収差除去器２４は一対の偏向コイル（公知のだめ図面省
略）を含み、この除去器２４の一方のコイルは垂直コイ
ルと呼ばれ垂直掃引部３４Ｖで駆動されるから試料表面
に沿いビーム１４を直角方向に制御できる。

他方のコイルは水平コイルと呼ばれ水平掃引部３４Ｈで
駆動される。

上記のように、通常の歪の問題は普通の電源装置によっ
て発生され、この電源装置は一定周波数であるから直接
修正できる。

図示の実施例は６０ヘルツの修正をするものであるから
米国で使用さ。

れる６０ヘルツ電源装置に用いられる。

上記一定周波数（例えば６０ヘルツ）の歪に対する直接
修正信号は関数発生器３６Ｖと３６Ｈとにより印加され
、これら関数発生器は同期−走査制御装置３４に同期さ
れる。

勿論、修正すべき固定周波数歪が主電源周波数と異なる
場合には、関数発生器３６に別の周波数源が必要である
。

第２図は、垂直部３６Ｖと水平部３６Ｈとを含む関数発
生器３６の詳細が示される。

この関数発生器の各部は独立に調整できる電圧源のバン
ク、即ち垂直部３６Ｖはｖ７．ｖ２→ｖＮ、又は水平部
３６ＨばＨｌ、Ｈ２→ＨＮを含む。

図示のよりに電圧源ｖＮとＨＮは電源３８．４０で駆動
される可変電位差計で、これらの両電圧源は共通の電源
を使用してもよく、各電圧源ｖＮとＨＮはそれぞれ独立
して切換装置４２Ｖと４２Ｈ及びフィルタ４４Ｖと４４
Ｈを経て収差除去器２４の垂直及び水平コイルに接続さ
れる。

切換装置４２Ｖ及び４２Ｈは集束ビーム１４とモニタ３
２との同期−走査制御装置２４に応動する装置４６Ｖと
４６Ｈで制御される。

この応動装置４６Ｖ及び４６Ｈによって切換装置４２Ｖ
及び４２Ｈは修正すべき歪の周波数に応じて再循環動作
される。

従って干渉電磁界周皮数の各サイクルに対して一定の修
正信号がビーム掃引部に印加され、各修正信号は歪周波
数の全サイクルのＩ／Ｈの期間だけ印加される。

図示の実施例では、電圧印加装置（切換装置４２）は同
期−走査制御装置３４で再循環動作されるので６０ヘル
ツの歪修正に対しては全修正信号は１／６０秒毎に印加
される（第２図）。

後述の実施例では２４個の独立した電圧調整装置として
電位差計（■８．ＨＮ）が使用されるので、２４個の区
分修正信号がビーム１４の水平及び垂直走査部に印加さ
れる。

歪修正を行うだめに選択された特定モードは下記に説明
する。

本発明の実施例を前記米国特許に記載されている型式の
走査型電子顕微鏡に組込んだものとして第３図に示す。

第３図の回路で印加される修正信号の効果は第４図に示
される。

第４図はモニタ３２の表示面を示しＸ線５０はテレビジ
ョン型陰極線管モニタの通常の水平走査線を示す。

動作中にビーム１４が受ける外界（電界又は磁界）の影
響のためこのビームは水平又は垂直方向（普通両方向同
時）に偏向される。

ビームが偏向されると、ビームの指示位置とモニタ３２
の掃引部で得られる画像はビーム１４の所望位置を反映
しない。

第４図は垂直走査中に外界の影響を受けた水平歪の性質
を示すい この例ではビームの垂直走査は一時停止される（例えば
垂直掃引部３４Ｖから垂直偏向コイルへの人力をオフに
して）。

水平走査によってビーム１４は試料の同一線上を水平方
向に反鏡走査し、モニタ３２はビーム１４の垂直走査が
一時停止されたまま全画像をつくる。

従ってこのモニタ表示はビーム１４の固定水平走査中に
検出された信号を表わす一本の垂直線５２になる。

水平歪がないと仮定すると、歪のないビーム１４は試料
を左から右へ一本の直線通路で走査するので線５２は直
線となり、又同じ相対水平位置に反覆信号を与え、この
信号はモニタ３２上に垂鶴≠−亡て表示される。

図示の波状線は、試料の被検査区域を左か・ら右に水平
方向に走査するビームに重畳した外部電磁界の影響によ
って、この区域の上部から下部までの表示間に、偏向を
生じた結果発生したものである。

本発明は、特定の偏向コイルに印加すべきビーム直線化
信号を発生することにより、外界の干渉。

による図示のようなビーム偏向を修正するものである。

全垂直ラホタ内のビームの各水平掃引に対する修正信号
を発生する必要がないことは確認できた。

その代りに上記走査型電子顕微鏡の約１２ｏＯ本のラス
タは、モニタ３２の掃引群はＳＧＩ ＝２４で示すよう
な２４区分に分割する。

従って正又は負（即ち左又は右）のビーム移動関数は、
外界の影響による望ましくない水平偏向を修正するため
、これらの２４の各掃引群に対して発生される。

ビームが各掃引群ＳＧを走査する時各ビーム移動関数が
発生してビーム１４に印加されるので、上記の波状線５
２は直線になる。

第３図の回路に関する下記の説明は、各掃引群ＳＧのビ
ーム関数がどのように決定されかつ印加されるかを示す
。

各掃引群ＳＧは関連するビーム位置修正器ＶＮｊ ＨＮ
。

を有しこれは運営電圧源６２から結電される電位差計６
０である。

掃引群に対する各ビーム歪修正関数は特定の電位差計の
電圧として発生され、切換装置４２Ｈと４２Ｖを経てビ
ーム掃引部に印加される。

図示の実施例では、例えばＦａｉｒｃｈｉｌｄ 。Ｓ
ｅｍ １ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ ｊＮａｔ １ｏｎａｌＳ ｅｍ １ｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ又は５ｉｌｉｃｏｘ社の
３７０Ｓ型のような半導体多重スイッチ６４が使用され
る。

選択されたスイッチは８チヤンネルの容量を有し、他の
２個のスイッチと接続され、各水平及び垂直関数発生器
３６Ｈと３６Ｖの２４個の電位差計の切換えを行う。

更に各スイッチ６４は８個の電位差計６０に接続される
。

公知の論理回路６６はこれらのスイッチを順次可能化（
ｅｎａ−ｂｌｅ）して作動させ、次に特定の偏向コイル
（収。

差除去器２４内の）に各ビーム歪修正関数を連続的に送
る。

従って各スイッチ５４の出力は特定の偏向コイルの、駆
動増幅器６８に供給される。

電位差計６０の出力は掃引群に対する階段関数で、又次
の順番の電位差計（例えばＶｌ からｖ２へ等）に急流
に移動するから、線５２の相補的波形に近似させるため
この移動を平滑にすることが望ましい。

従ってフィルタ４４が第３図の回路に設けられる。

又一方の副回路が他の副回路に電気的影響を与えないよ
うに種々の副回路（切換装置４２、フィルタ４４等）を
独立させるため分離用増幅器、例えばスイッチ分離器と
して増幅器７０Ｓ、又フィルタ分離器として増幅器７０
Ｆが設けられる。

切換装置４２は１／６０秒毎に（上記６０ヘルツの修正
装置では）１面々のプログラムによって連続動作される
ように同期−走査制御装置３４に同期される。

従って上記の各垂直及び水平関数発生器、即ち３６Ｖ及
び３６Ｈは試料１６とモニタ３２の掃引開始で始動され
る。

カウンタ即ち計数器ＡとＢは発生器３６Ｖと３６Ｈを制
御装置３４に接続し、又掃引群のビーム歪修正のだめ各
スイッチを連続作動させる。

計数器Ａは垂直及び水平同期制御装置（３４Ｖと３４Ｈ
）に接続され、掃引群ＳＧを１から２４まで計数し、又
適当に切換装置４２ｖ１−３及び４２ Ｈｌ−、を選択
し、これらの切換装置によって前記のように特定の偏向
コイルに独立したビーム歪修正関数が供給されろ。

計数器Ｂは水平同期制御装置３４Ｈと計数器Ａに接続さ
れ、水平掃引群を計数して各掃引群を識別し、この情報
を計数器Ａに供給して各掃引群を連続作動させる。

ビーム修正に関しては第３図に示される垂直関数発生器
３６Ｖについて上記に説明した。

第３図の回路の下部は水平関数発生器３６Ｈを示し、こ
れは実質的に上記の関数発生器３６Ｖと同一である。

垂直歪の影響を測定するだめ、ビーム１４は垂直走査が
一時停止され代りに水平走査信号で試料を垂直に走査す
る。

しかし垂直方向の掃引群の選択と修正の便宜上、垂直方
向は水平掃引速度で走査されモニタ３２上に水平表示（
前と同様）される。

又電位差計６０のＨに波状線５２を直線にするように調
整され、修正完了と同時に顕微鏡は正常動作に戻り、計
数器Ａ及びＢは各掃引群に対する個々の水平及び垂直ビ
ーム歪関数を連続的に送る。

ビーム歪の修正は一時に直角方向の一方向のみで達成さ
ｎるので、発生の恐れのある他軸に対する影響を除去し
、又は試料の表面効果を修正するため垂直又は水平関数
修正の測定を反覆する必要がある。

勿論、歪修正はモニタ３２のラスタを基準にして行われ
、水平線掃引線の各群に対して修正が行われる。

便宜上上記掃引はその持続時間も距離も短いから、水平
−向は掃引群ＳＧの全水平掃引に対して一元的に修正さ
れると仮定する。

もしこの仮定がある型式の歪に対して成立しないことが
判明した場合には、水平掃引は複数の走査群に分割され
、又修正信号はこの分割によって印加されよう。

しかし任意関数発生器（時間的又は空間的に発生される
）が、関数発生器（水平部）３６Ｈの計数器ＡとＢの機
能に代るだめには顕微鏡内に組込まれるべきであろう。

この修正用回路は垂直パターンの各水平掃引の同一性と
、これに伴う修正信号印加の容易性を利用することによ
り大幅に単純化される。

同様に、掃引群ＳＧの数は各線５０を一群にすることを
含み任意の数に設定できる。

勿論、計算機を利用すれば発生される個々の関数の記憶
と、個々のビーム歪修正信号の連続的印加は容易に行わ
れる。

本発明の実施の態様を列挙すれば下記の通りである。

■ ビーム走査装置が、はぼ直角方向に走査ビームを偏
向する装置を含み、ビーム走査修正信号発生装置がスプ
リアスビーム偏向とほぼＰＩ −及び反対方向の少くと
も一方に偏向修正を生じる装置と、上記走査ビーム偏向
装置に該修正信号を重畳する装置とを含むことを特徴と
する特許請求範囲の荷電粒子走査顕微鏡。

２ ビーム修正信号発生装置がビーム走査の区分識別装
置と、走査の各区分に対するビーム修正信号を発生する
装置とを含むことを特徴とする。

上記第１項記載の荷電粒子走査顕微鏡。

３ 修正信号印加装置が走査の各区分に対する修正信号
を記憶する装置を含むことを特徴とする上記第２項記載
の荷電粒子走査顕微鏡。

４ 修正信号印加装置が予め決められた順序に従って記
憶された修正信号を選択的に印加する装置を含むことを
特徴とする上記第３項記載の荷電粒子走査顕微鏡。

５ 記録装置が走査表示装置Ｃ１その走査がビーム偏向
と同期されることを特徴とする、上記第４項記載の荷電
粒子走査顕微鏡。

６ 走査表示装置が陰極線管であることを特徴とする上
記第５項記載の荷電粒子走査顕微鏡。

７ ビーム走査と陰極線管走査とが垂直配列で配置され
た複数の水平掃引線のラスクパターン内にあることを特
徴とする、上記第６項記載の荷電粒子走査顕微鏡。

８ 垂直配列を複数の走査群に分割する装置、本質的に
全ての走査群に対するビーム偏向の各直角方向のビーム
修正信号を発生する装置、及び上記ビームが該走査群に
よって走査される時上記ビーム偏向装置に選択的に修正
信号を印加する装置を含むことを特徴とする、上記第７
項記載の荷電粒子走査顕微鏡。

９ 修正信号印加装置がビーム走査装置及び表示装置走
査と同期されることを特徴とする、上記第８項記載の荷
電粒子走査顕微鏡。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される走査型電子顕微鏡のブロッ
ク形式の略示図、第２図は本発明による関数発生器のブ
ロック形式の略示図、第３図は第２図の関数発生器の好
適例の略示図で１、第４図は本発明によって行われる修
正を示す走査型電子顕微鏡モニタ表示を示す。 １０・・・・・・電界放出走査型電子顕微鏡、１２・・
・・・・電界放出先端、１４・・・・・・集束ビーム、
１６・・・・・・試料、２４・・・・・偏向−収差除去
器、２６・・・・・・検出器、３２・・・・・・モニタ
、３４・・・・・・同期−走査制御装置、４２・・・・
・・切換装置、４４・・・・・・フィルタ、４６・・・
・・・応動装置、Ｓ Ｇ１−２４・・・−・・掃引群、
６０・・・・・・電位差計、３６・・・・・・関数発生
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子源、荷電粒子をビームに集束する装置、該
   ビームで顕微鏡内の試料を所定ラスタパターンで走査さ
   せる装置、検出された荷電粒子に対応する信号を発生す
   る装置を含む検出装置、及びＬ記試料の表面から放出さ
   れる荷電粒子の検出を記録するため該検出装置に接続さ
   れた記録装置を含む荷電粒子走査顕微鏡において： 上記ビームの望ましくない偏向を生じる外部電磁界の影
   響を修正する波形関数発生器を有し、該波形関数発生器
   は、所定のビーム位置の外部電磁界によるビーム偏向を
   測定する装置；該ビーム幅向に対して相補的なビーム走
   査修正信号を発生する装置；及び該ビーム走査修正信号
   をビーム走査装置に印加する装置；を含み、このため上
   記外部電磁界によるビーム偏向歪が検出され、又この歪
   を除去する修正信号が発生されて上記走査装置に印加さ
   れ、所定ラスタパターンで試料をビームが外部電磁界に
   よるビーム偏向なしに走査することを特徴とする荷電粒
   子走査顕微鏡。