JPS5968158A - 電子線装置 - Google Patents

電子線装置

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JPS5968158A
JPS5968158A JP57168178A JP16817882A JPS5968158A JP S5968158 A JPS5968158 A JP S5968158A JP 57168178 A JP57168178 A JP 57168178A JP 16817882 A JP16817882 A JP 16817882A JP S5968158 A JPS5968158 A JP S5968158A
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中川 清一
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Jeol Ltd
Nihon Denshi KK
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    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
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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】 本発明は、X線マイクロアナライザー及び、走査電子顕
微鏡等の電子線装置に用いられる試料への照射電流を制
御する装置に関する。
X線マイクロアナライザー及び走査電子顕微鏡等の装置
においては、使用する加速電圧と、試料を照射する照射
電流値の範囲は夫々数100vから数10kv、10−
5Aから10−12Aと大変広い範囲にわたっている。
更に、対物レンズと試料との間の距離(ワーキングディ
スタンス)や試料上における電子線の断面形状を決める
最終段の絞りの孔径も数段階に切り変えられるよう構成
されている。オペレーターは観察試料の種類例えば生物
,金属,半導体,セラミック等に応じて、或るいは試料
表面の状態に応じて、上記加速電圧,照射電流,ワーキ
ングディスタンス,絞り孔径を適切な値に設定してSN
比と像分解能の高い走査像が得られるように調整する必
要がある。このうち、加速電圧とワーキングディスタン
スは観察試料のみに着目して最適値を設定することが比
較的容易であるが、所望とする照射電流値を得るのにど
のような孔径の絞りを選択すれば試料上におけるプロ一
ブ径が最も小さくできるかについては試行錯誤を繰り返
して実験的に決めるか、理論計算によって求められた複
数のグラフから最適条件を見つけ出さねばならず、この
調整操作は熟練と経験を要し、又煩しく長時間を費す操
作であった。
本発明は、このような従来装置の問題点を解決するため
になされたもので、複雑な操作をせずに容易に最適な条
件で装置を使用することを可能にした電子線装置の照射
電流制御装置を提供することを目的とするものである。
第1図は本発明の一実施例装置を示す略図である。図中
1は真空に保持された電子線装置の鏡筒を示しており、
該鏡筒の上部には電子銃2が配置されている。電子銃2
はタングステンフィラメント3,グリッド電極4,アノ
ード電極5等から構成されており、この電子銃の高圧電
源6にはフィラメントとアノード電極間に印加する加速
電圧を発生する加速電圧電源の他にフィラメント3を加
熱するための電源やグリッド電極4の電位を制御する直
流電圧電源等が組み込まれている。高圧電源6の出力制
御は操作パネルに設けられた加速電圧可変ボタン8の操
作によって行なわれ、ボタン8によってオペレーターが
任意の加速雷圧を指定すると、その指定信号がマイクロ
コンピュータ(CPU)7に入力され、CPU7は該入
力信号に基づいて高圧電源6へ制御信号を供給する。高
圧電源6への制御信号には前述した加速電圧の制御だけ
でなく、各加速電圧に適したグリッド電極4の電圧を可
変する信号も含まれており、加速電圧を変化させると電
子銃の輝度が常に最適(最大)になるように制御される
電子銃2から射出された電子線は集束レンズ9と対物レ
ンズ(最終段集束レンズ)10によって順次集束され試
料ステージ12に載置される試料11上に電子銃2にお
ける仮想光源の縮小像を形成する。電子銃2と試料11
との間の電子線経路中には余分な電子線をカットするた
めの各種の絞りが挿入されているが、試料照射電子線の
開き角αを制御する最終段の絞り装置13が最も重要と
なる。絞り装置13はその真空側先端部に孔径の異なっ
た複数個の絞りが一列に取り付けられており、電子線の
光軸Z中にそれらのうちの任意の絞りを挿入でき構造と
なっている。又、試料ステージ12には光軸Z方向に試
料を移動させて対物レンズ10と試料11との間の距離
(ワーキングディスタンス)を可変する機構が設けられ
ている。
各レンズ9,10には夫々レンズ電源l4,15の出力
が供給され、その出力は操作パネルのボタン16,17
の操作によって手動による調整が可能である。更に絞り
装置13における絞り孔径の選択操作に関してはCPU
7からの信号が与えられる最適絞り表示手段18により
、予じめ設けられた複数個の絞りのどれに切り変えるべ
きかの表示が行われる。
第2図は第1図の装置における電子線の経路を表わすも
ので、電子銃2から出射された電子線は集束レンズ9及
び対物レンズ10によって順次縮小され試料11の面上
に微小なスポットを形成する。このスポットの径dpは
電子銃2における仮想光源の径をdoとし電子レンズ系
の有する球面収差に基づく像の径をdsとすると次の近
似式(1)が成り立つ。
この式は加速電圧をE(volt),試料照射電子線の
電流をIp(ampere),電子銃の輝度をβ,電子
レンズ系の球面収差係数をCs(mm),試料を照射す
る電子線の開き角をαとすると次のように表される。
この式においてdpを最小とするαの値αを求めると次
の(3)式が得られる。
このときの最小ビーム径dmは次のようになる。
一般に、(3),(4)式における球面収差係数Csは
個々の装置において一定であり、電子銃2の輝度βも加
速電圧Eを設定すれば略一定となる。
また、電子線の電流値Ipの増減は−般に集束レンズ9
の(励磁)強度を変えることによって制御でき、例えば
大電流を得るときにはレンズ強度を弱めて電子銃2から
出射される全電子線のうちに占める絞り13を通過する
電子線の割合を増加させる。試料上における電子線の集
束状態は対物レンズ10の強度を増減することによって
調整され、この調整は図には示されない走査画像表示装
置に表示される走査像の肉眼観察に基づいて行われ通常
フォーカシング操作と称される。所で第2図から明かな
ように、対物レンズ10と試料11の間の距離Wと電子
線の加速電圧Eが定まれば正しくフォーカスさせるため
に必要な対物レンズ10の強度も定まるので、逆に正し
いフォーカシング状態における対物レンズ10の強度を
測定することにより対物レンズ10と試料11との間の
距離Wを求めることができる。そのため対物レンズ強度
を可変する制御信号を発生するボタン17を位置信号発
生手段として用いることができる。又、電子線の開き角
α,距離W及び絞りの孔径Dとの間には一定の関係式が
成り立つので、開き角αをある値に設定するには通常孔
径Dが可変される。
本発明は開き角α,距離W及び絞り孔径Dの関係を表わ
す関係式と前記(3)式を予じめCPU7に読みこませ
ておき、オペレーターが所望の距離Wにおいて加速電圧
E及び電流値Ipを指定したときの最適開き角αopを
(3)式から求め、更にα得るに最も適した絞り孔径D
opを求めて表示するようにしたものである。
今、第1図の装置を用いて鋼材の破断面を観察するには
、走査パネルのボタン8を操作して電子線の加速電圧E
を例えば20kvに設定して走査像を図示外の表示装置
に表示させる。次に走査像のフォーカス調整をボタン8
の操作によって行いつつ試料11を上下させて距離Wを
調整する。距離Wが大きい程走査像の焦点深度は深くな
るが像の分解能は低下するので、一般には試料表面の凹
凸の激しさに応じてできるだけ距離Wを短く設定する。
次にボタン16を操作して、CPU7からの信号が供給
される電流値表示手段19に表示される電流値が所望の
値を表示するように調整する。
(但し電流値表示手段19に表示される値は後述する最
適絞り表示手段に表示される通りの絞りを用いた場合に
得られる理論値であり、実際に試料を照射する電子線を
測定した値ではない。)一般には試料を照射する電子線
の電流値を少くする程走査像の分解能を高めることがで
きるが、余り少くすると試料から検出される信号量が減
って走査像にザラツキを生じるようになるので、走査像
の観察に基づいて判断した適当な電流値が表示されるよ
うにボタン16を操作する。又試料から発生するX線を
定料分析する際に要求される一定の照射電流値があれば
その値が表示装置19に表示されるようにボタン16を
操作する。以上のようにして、オペレーターによる加速
電圧E,電流値■pが指定されると、CPU7は前記(
3)式に基づきαopの値を演算し、対物レンズ強度か
ら求まる距離Wを用いて最適絞り孔径Dopを演算する
更に実際に絞り装置13に装着された複数の絞りのなか
から最もDopの値に近い孔径を有する絞りを決定して
最適絞り表示手段18に表示させる。
この表示に基づいてオペレーターが絞り装置を操作して
最適絞り孔径を有する絞りに切り変えれば、試料面上に
おける照射電子線のスポット径を最も小さく設定するこ
とが可能となる。
第3図は本発明の他の実施例装置を示す略図であり、図
中第1図の構成要素と同じものには同一符号を付してそ
の説明を省略してある。第3図の装置は第1図の装置と
比較して、最適絞り表示手段の代わりに絞り装置13に
駆動モータ20が取り付けられており、CPU7からの
制御信号によって自動的に最適絞りが切り変えられるよ
うに構成されていると共に、試料装置12にも駆動モー
タ21が取り付けられCPU7を操作パネルのボタン2
2を操作することによって距離Wが調整される。従って
CPU7に入力されるボタン17からの制御信号から距
離Wを間接的に求めなくともボタン22の操作信号を試
料位置信号発生手段からの信号として用いて直接求める
ことが可能となる。更にCPU7において前記(4)式
における電子線の最小径が演算され、その値がビーム径
表示手段23に表示される構成となっている。このよう
に第3図の装置よりも進んだ自動化がなされているので
、走査電子顕微鏡の操作性をより高めることができる。
以上詳説した如く、本発明によれば走査電子顕微鏡にお
ける電子線加速電圧,試料照射電子線の電流値及び試料
位置を設定した場合に使用すべき校りの孔径を試料上に
おける電子線のスポット径が最小となるように選定する
ことが従来に比較して著るしく容易となるので、走査電
子顕微鏡の操作性向上に大きな効果が得られる。
なお、本発明は前述した実施例装置に限定されるもので
はなく、例えば絞り装置として予め定められた孔径を有
する複数の絞りを選択して使用する代わりに、連続的に
絞りの孔径を変えられる構造の装置を用いればよりきめ
こまかな制御が可能となることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例装置を示す略図、第2図は第
1図の装置における電子線経路を示す略図、第3図は本
発明の他の実施例装置を示す略図である。 1:鏡筒、2:電子銃、6:高圧電源、7:CPU、9
集束レンズ、10:対物レンズ、11:試料、12:試
料ステージ、13:絞り装置、18:最適絞り表示手段
、19:電流値表示手段、20,21:駆動モータ、2
3:ビーム径表示手段。 第1図 手続補正轡(自発) −315− −316− −317− −318−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.電子銃における電子線加速電圧を可変する加速電圧
    制御手段と、前記電子銃からの電子線を試料へ集束する
    集束レンズ及び対物レンズと、前記集束レンズの強度を
    制御して試料へ照射される電子線の電流値を可変する電
    流値可変手段と、対物レンズと試料との距離に対応した
    信号を発生する試料位置信号発生手段と、試料照射電子
    線の開き角を決める最終段の絞りを複数の異なった孔径
    のものに切り変える絞り孔径可変手段を備えた装置にお
    いて、前記電流値可変手段の操作つまみによってその表
    示値が変化する電流値表示手段と、前記加速電圧制御手
    段,電流値可変手段及び試料位置信号発生手段の出力に
    基づいて試料面上における電子線の断面径を最小とする
    ために必要な前記絞り孔径可変手段への最適操作条件を
    決定する手段と、該手段からの出力を表示する最適絞り
    表示手段を設けたことを特徴とする電子線装置。
  2. 2.電子銃における電子線加速電圧を可変する加速電圧
    制御手段と、前記電子銃からの電子線を試料へ集束する
    集束レンズ及び対物レンズと、前記集束レンズの強度を
    制御して試料へ照射される電子線の電流値を可変する電
    流値可変手段と、対物レンズと試料との距離に対応した
    信号を発生する試料位置信号発生手段と、試料照射電子
    線の開き角を決める最終段の絞りを複数の異なった孔径
    のものに切り変える絞り孔径可変手段を備えた装置にお
    いて、前記電流値可変手段の操作つまみによってその表
    示値が変化する電流値表示手段と、前記加速電圧制御手
    段,電流値可変手段及び試料位置信号発生手段の出力に
    基づいて試料面上における電子線の断面径を最小とする
    ために必要な前記絞り孔径可変手段への最適操作条件及
    びそのときの電子線断面径を求める手段と、該手段から
    の出力を表示する最適絞り表示手段及び電子線断面径表
    示手段を設けたことを特徴とする電子線装置。
  3. 3.電子銃における電子線加速電圧を可変する加速電圧
    制御手段と、前記電子銃からの電子線を試料へ集束する
    集束レンズ及び対物レンズと、前記集束レンズの強度を
    制御して試料へ照射される電子線の電流値を可変する電
    流値可変手段と、対物レンズと試料との距離に対応した
    信号を発生する試料位置信号発生手段と、試料照射電子
    線の開き角を決める最終段絞りを複数の異なった孔径の
    ものに切り変える絞り孔径可変手段を備えた装置におい
    て、前記電流値可変手段の操作つまみによってその表示
    値が変化する電流値表示手段と、前記加速電圧制御手段
    ,電流値可変手段及び試料位置信号発生手段の出力に基
    づいて試料面上における電子線の断面径を最小とするた
    めに必要な前記絞り孔径可変手段への最適操作条件を決
    定する手段と、該手段からの出力信号に基づいて前記絞
    り孔径可変手段を自動制御する手段を設けたことを特徴
    とする電子線装置。
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JPS5968158A true JPS5968158A (ja) 1984-04-18
JPS6359223B2 JPS6359223B2 (ja) 1988-11-18

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