JPS60140641A - 電子顕微鏡の像補正制御変数を光学的に調整する方法 - Google Patents

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】 電子光学レンズ系及び電子検出装置を具え、電子顕微鏡
の像補正制御変数を光学的に調整する方法及びこの方法
を実施するように配設された電子顕微鏡に関するもので
ある。

この種方法及び電子顕微鏡はパプロシーディングス　ユ
アロップ　コンクルレス　オン　イーエム′。

ハーグ　１９８０年　ボリューム１１第４０　−４　１
頁に記載されているエッチ・クープス及びシー・ツルク
の論文から既知である。この論文に記載されている方法
では種々の方向から電子ビームにより照射すべき小さな
中心開口を有する絞りの形状の試料と、偏向しない電子
ビームが通過する小さな中心開口を有する入力絞り支持
体を設けた検出器とを用いるようにしている。この配置
では、電子ビームが検出器の中心開口を再び通るように
試料を超えて配設−した第２ビーム偏向装置に供給ずべ
き電流の強女を決めることにより、照射方向を変化させ
て像の偏位を測定するようにしている。従って離焦点作
用は、ビーム角を種々の値にして測定を行うことにより
測定することができる。又、非点収差は、ビーム角の種
々の方位角値に対し測定を行うことにより測定すること
ができる。かくして測定した値を用いて焦点を再調整し
例えばスチグメータを付勢して非点収差を最小にし得る
ようにする。

絞りの中心開口の形状の特定の試料及び小さなな中心開
口の絞りを有する適応検出器を用いることによってこの
方法は実際の場合の焦点調整に不適切となる。その理由
は焦点調整後又は非点収差補償後開口を検査すべき試料
に代えろ必要があると共に検出器を試料上で行うべき測
定に適合させる必要があるからである。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、焦点合わせを自
動的に最適化し得るとともに所望に応じ測定を試料に対
して行っている間中も電子顕微鏡の調整を更に最適化し
得るようにした電子顕微鏡の像補正制御変数を光学的に
調整する方法を提供せんとするにある。

本発明の他の目的は、かかる方法を実施する電子顕微鏡
を提供せんとするにある。

本発明は電子ビーム源、照射ビーム、傾斜ビーム、電子
光学レンズ系及び電子検出装置を具え、電子顕微鏡の像
補正制御変数を光学的に調整するに当り、照射ビーム傾
斜装置を用いて種々の異なる予定照射角から順次試料を
照射し、形成された像情報を画素の形態で検出すると共
に記録して最適な補正状態を決め、アルゴリズム ＦＣｓｌ＝Σｌ　（Ｘｔ　Ｙ　ｔ−）　ｌ　”　ヲ用い
て関数Ｆ　ｆｓ，が最小となる像偏位の値Ｓ（以下Ｓ−
値と称する）を決め、ここに×１及びＹ、は関連する順
次の傾斜角から発生ずる像からの比較画素の強度値であ
り、ｌは強度Ｘ、及びＹ、を比較する像点の位置を特定
する２次元ベクトル指標であり、これにより関連する像
補正制御変数をかくして決めたＳ−値に従って再調整す
るようにしたことを特徴とする。

本発明は、アルゴリスム ７ｉ＋　−’　ｌ　（Ｘ７　Ｙ　Ｔ−）　ビを用い、関
数Ｆ　［ｓｌ　が最小となる置換ベクトル百に対する値
（以下Ｓ−値と称する）を決め、ここにＸＴ及び７丁は
関連する像から比較した２つの画素の強度値であり、〒
は比較した強度をＸＴ及びＹＴにより表わす像点即ち画
素の位置を決める２次元ベクトルであり、これにより関
連する種々の照射角から電子ビームにより照射された物
体の種々の各像間の像偏位、従って関連する焦点収差即
ち像偏位の大きさ、従って所望の補正を関連する画素状
像から迅速且つ正確に決めることができると云う事実を
基として成したものである。

かようにして焦点、非点収差、ビーム傾斜、像の中心合
わせのような電子−光学条件の変化を補正することがで
き、且つ球面収差及び色収差の補正をも調整することが
できる。補正すべき収差に依存して、照射ビーム角及び
像置換の適当な数の組合せを測定して例えば像の中心合
わせを行うに要するＳ−値を得るかとができ、この場合
にはビーム幅及び像偏位の影響の種々の組合せを測定す
る必要がある。一般に、初期Ｓ−値を決めた後これを制
御変数として直接用いて収差を補正し得るようにするか
又は所望に応じ微調整／測定ステップを用いることがで
きる。ＴＥＭに対する電子光学結像理論から既知のよう
に照射ビームの傾斜変化によって１次の像偏位を発生す
るだけでなく２次の周波数依存像偏位も発生する。測定
精度を増大させるためには置換ベクトルの計算を行う前
に画素像において周波数依存する像偏位を補償又は補正
することができる。この補正はソフトウェアで行うか又
はビデオ人力チャンネルのアナログ回路によって行うこ
とができる。又、比較すべき２つの像に対する補正及び
ビーム傾斜の効果が吟しくなるように補正を行う必要が
ある。２つの像に対するビーム傾斜角が逆となる場合に
はこれら画像の一方の上記効果が２倍となる。

本発明方法は任意の試料及びこの試料の測定に好適で焦
点状態を最適とする検出器を用いるため測定中焦点を最
適化するに特に有利である。ここに゛測定中″とは電子
顕微鏡を何等設定することなく測定前に現在の測定と次
の測定との間で焦点を直接変化させることを意味するも
のとする。

自動合焦を行う従来の方法と比較するに本発明方法によ
れば合焦を極めて迅速に行うこきができる。これがため
順次２つの像のみを用い所望の焦点を１つの補正ステッ
プで設定せしめ得るようにした簡単な焦点制御変数の場
合には正確な離焦点値を測定することができる。大部分
の方法では、多数の像を発生し、焦点制御変数の種々の
関連する値で評価を行って最適値を決めるようにした最
適像状態の探索を含む処理を用いている。球面収差の補
正についても上述した所と同様である。。

本発明方法により調整を極めて迅速に行うことは次の２
つの理由、即ち試料の保護及び操作の簡便性の点で重要
である。アルゴリズムを実行してＳ−値を決めるに要す
る計算時間は並列処理技術を好適に利用した専用処理装
置を用いることによって短縮することができる。

好適な例では調整を最適化する電子顕微鏡の電子光学素
子の自動再調整手段を具えるコンピュータを用いる。こ
の種のコンピュータは像情報の人力と同期してビーム振
動装置（ビームウォブラ）を制御するに好適である。又
、例えば結像処理中の雑音、異常な試料又は異常拡大の
ための倍率設定等により最適合焦状態が害なわれるのを
防止するために好適な例では両側の数個の測定点からの
外挿によって関数Ｆ　＋ｓｌ　の最小値を決めるように
コンピュータを配設する。かかる極端な状態の場合には
正確なＳ−値が決まらず、従って再調整ができないか或
いは不正確となることがある。これを防止するためには
順次のステップで最適化を行うのが好適である。この場
合には実際に必要な調整方法の高速化に対する成る種々
のものが失われるが、この多重ステップ法は上記極端な
状態の場合にのみ用いる必要がある。例えば第１ステツ
プ中焦点を粗く再調整し、その結果の僅かな離焦点状態
を第２の測定で調整する。次のステップに対するＳ−値
を決めるた約には他の規準を用いるのが有利である。各
測定点を平均値でなく次の値で比較する場合でも例えば
゛′プロシーデインクス　ワールド　コンクレス　オン
　イー・エム″′ハンブルク１９８２年　ボリューム１
、第５２９頁にニス・ジェー・エラスムスが発表した論
文に記載されているアルゴリズムを用いることができる
。

関数Ｆ　ｆｓｌ　の符号９は所望によりＸ、−Ｙ、。５
の偶関数をも用い得ることを示す。

本発明の他の好適な例では例えばウォフラー装置に関連
する種々の異なる方位角に対するＳ−値を決めることに
より非点収差を最小とするに好適な規準をＳ−値によっ
て表わすようにする。かくして決めたＳ−値を基にして
スチクメータ　＜　ｓｉｔ非点収差装置）を好適に付勢
（することかできる。同様に測定処理中に試料偏位のよ
うな電子光学系の他の欠点も補正することができる。こ
れがため各補正に対するＳ−値は、ビーム方向に関し、
且つ補正すべき収差、偏位又は離焦点に対する関連の像
情報に関するデータから決めるようにする。試料偏位の
場合には固定位置に関する像情報を記録（マスク）して
これを順次の補正に対し使用し、他の補正の場合のよう
に各補正に刻し像データの順次の項目を用いないように
するのが好適である。

上述したように本発明方法を実施する検出器には特定の
要求を課す必要はない。従って像を走査し得る唯１個の
検出器を用いることができる。又多数の検出器を像の走
査と共に用いることもでき、この場合−回に用い得る検
出器の数を多くずればするほど、各々の新たな走査ライ
ンに対する開始点を一層良好とすることができる。モザ
イク検出器を用いる場合各検出器の差による誤差が生ず
るのを防止するために測定信号を補正するコンピュータ
にこれらの差を含むルックアップテーブルを記憶させる
のが好適である。また、ビデオシステムの形態の検出装
置を用いることもできる。この場合には機械的な像走査
を行う必要はない。

図面につき本発明の好適実施例を詳細に説明する。単一
図面には、電子顕微鏡１の各部分、即ち電子ビーム＃２
、集光系４、ビーム振動装置６、試料１０を載置する試
料ホルダ８、ビーム偏向装置１２、結像レンズ系１４、
検出器１６及び観察スクＩＪ−ン１８を示している。本
発明による方法を行う為に、この電子顕微鏡にはモニタ
２２を有する演算装置２０と、例えばΔ−Ｄ変換器及び
Ｄ−Ａ変換器を有する信号処理装置２４と、信号読出し
前制御装置２６とをさらに配設する。

本発明による方法を行う為、主軸に対し角度×及び−Ｘ
に囲まれる２個の反対方向間でビームを傾斜するように
する。変数 Ｆ　（ｓｌ−Σ１（Ｘｉ−Ｙｉ　−ｓ）　１″を使用し
て、Ｆ　Ｃ８１が最小となるようにこの値の関数である
像偏位値を検出器から画素に関する形態で読採られた像
情報から言１算する。Ｓ値を用いて該当する焦点レンス
の励磁を訓算し、ｉｌｉ！Ｉ御装置２６で最適の値とな
るように調整する。Ｆ　ｆｓｌ　の最小値を正確に決定
するには、角度ａ及び−ａの種々の値に対し測定を行う
必要がある。従って雑音のような像の収差がないように
Ｆ　ｉｓｌ　の最小値を斯かる測定から直接見出すよう
にする。雑音又は像の収差がある場合には、例えば既知
のサビッキイ・コレイの６点外挿法のような多点外挿法
により正確な最小値即ち適当なＳ値を見つけ出すことが
できる。モザイク検出器を利用する場合の検出素子の差
による誤りを避けるため、これら差情報を含むルック・
アップ・テーブルをコンピュータに記憶して測定信号を
補正するようにする。同様の方法を例えば非点収差の補
正に使用できるが、電子ビームの角度ａ、−ａを使用す
るか或いは電子ビームを主軸に対し回転させてビームを
頂角の半角がａの円錐表面上を通過するようにして連続
な最小値決定を行うには一連の４乃至８度の方位角方向
を使用する。これにより得たＳ値を方位角と独立なステ
イグメーク素子に供給して、非点収差を袖ｆ賞するよう
にする。電子光学系の球面収差を補正する為、すでに行
った測定により傾斜角の関数である像偏位から変数を取
り出して、角度ａ及び−ａに関する数個の値より最適焦
点状態に調整できるようにする。同様にして、斯かる測
定から変数を得ることができ、この変数により測定処理
中の試料偏位に対する補正を行うことができる。この試
料偏位に対する補正は例えば所定の温度に調整する必要
がある試料及び同様の物に刻し特に重要である。

この方法の好適な応用例として、走査型電子顕微鏡にお
ける焦点及び非点収差の自動補正がある。

斯かる測定装置において本発明により達成できる現実の
時間の節約は非包に重要である。また調整の為に対物規
準を、斯かる装置による測定結果を相互に比較する際に
使用することは重要である。

この種の装置における他の形態の誤差は大して重要でな
い。このことは例えば一般にビーム振動装置を有する透
過型電子顕微鏡には大して問題とならない。この型の装
置を高品質とするには、電子光学系の自動調整及び補正
が最適結像のため重要である。これは高解像度を達成す
るためには８１４整を高精度で行う必要があり、また、
電子光学素子が多数個存在する場合には斯かる装置を手
動調整することは時間がかなりかかるからである。この
ように時間がかかってもかまわない場合でも、全調整期
間中に試料を照射し続けなければならない欠点がある。

この照射による結果として試料の焼きつき及び不純物添
加が簡単に生し、像形成にも影響するようになる。これ
らの欠点全部を本発明による電子顕微鏡において回避す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による電子顕微鏡の構成を示すブロック図
である。 １・・・電子顕微鏡　２・・電子ビーム源４・・・集光
系　６・・・ビーム振動装置８・・試料ホルダ　１０・
・・試料 １２・・・ビーム偏向装置　１４・・・結像レンズ系１
６・・・検出器　１８・・・観察スクリーン２０・演算
装置　２２・・・モータ ２４・・・信号処理装置 ２６・・・信号読出し前制御装置 ３０・・・電子ビーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　電子ヒーム源、照射ビーム、傾斜装置、電子光学
   レンズ系及び電子検出装置を具え、電子顕微鏡の像補正
   制御変数を光学的に調整するに当り、照射ビーム傾斜装
   置を用いて種々の異なる予定照射角から順次試料を照則
   し、形成された像情報を画素の形態で検出すると共に記
   録して最適な補正状態を決め、アルコリスムＦ、３］　
   −Σ１（Ｘｉ−Ｙｉ。Ｓ）１゛を用いて関数Ｆ　ｆｓｌ
   　が最小となる像偏位の値Ｓ（以下Ｓ−値と称する）を
   決め、ここに×１及び）′１　は関連する順次の傾斜角
   から発生する像からの比較画素の強度値であり、１は強
   度×１及びＹｌ　を比較する像点の位置を特定する２次
   元ベクトル指標であり、これにより関連する像補正制御
   変数をかくして決めたＳ−値に従っ−Ｃ再調整するよう
   にしたことを特徴とする電子顕微鏡の像補正制御変数を
   光学的とて調整する方法。 ２かくして決めたＳ−値を用いて電子−光学レンズ系の
   焦点収差を補正するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電子顕微鏡の像補正制御変数を光
   学的に調整する方法。 ３、　かくして決めたＳ−値を用いて検査時の物体の不
   所望な偏位を補正するようにしたことを特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の電子顕微鏡の像補正制御変数を
   光学的に調整する方法。 ４　像情報の’ａｌＵ定と同期して照射ビーム傾斜装置
   を制御する制御装置を設けるようにしたことを特許請求
   の範囲第１項、第２項又は第２項記載の電子顕微鏡の像
   補正制御変数を光学的に調整する方法。 ５、Ｓ−値を計算する前に２つの像の少なくとも１つを
   周波数に依存する像偏位に対し補正するようにしたこと
   を特徴とする′１−４１許請求の範囲第１項乃至第４項
   の何れかに記載の電子顕微鏡の像補正制御変数を光学的
   に調整する方法。 ６８　補正を自動的に行うようにしたことを特許請求の
   範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の電子顕微鏡の像
   補正制御変数を光学的に調整する方法。 ７、　物体の偏位がＳ−値の決定に及ばず影響を減少す
   るために、零値に対して対称的に位置させる２つの傾斜
   値間で毎回ビームを直接傾斜させるようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記
   載の電子顕微鏡の像補正制御変数を光学的に調整する方
   法。 ８、　多点外挿法を用いて関数Ｆ　＋ｓ＋　の最小値を
   決めるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第７項の何れかに記載の電子顕微鏡の像補正制御
   変数を光学的に調整する方法。 ９、　特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載
   の方法を実施するように配設され、自動焦点調整及び／
   又は非点収差補正を行うように構成したことを特徴とす
   る走査型電子顕微鏡。 １０、特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載
   の方法を実施するように配設され、自動焦点調整、電子
   光学レンズ系の収差補正及び／又は試料偏位補正を行う
   ように構成したことを特徴とする透過型電子顕微鏡。