JPS608580B2 - 走査型電子線装置等の自動焦点調整装置 - 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試料面を電子ビーム
等で掃引して映像信号を得る型の装置における自動焦点
調整装置に関する。

自動焦点調節に当っては合篤状態の検出が必要であり、
そのために種々な方法が提案されている。

本発明はそのような合篤検出の方法を提案するものでは
なく、又特に何れかの方法に限定されるものではなく、
焦点調整の精度を上げることを目的としたものである。
本発明はしンズの焦点を変えながら合焦検出を行い、こ
の操作を繰返して平均を求めることにより焦点調整の精
度を上げるようにしたものである。

以下実施例により本発明を説明する。こ）に述べる実施
例は走査型電子顕微鏡を示し、図では電子顕微鏡の部分
は簡略化して書いてある。

この実施例は映像信号を解析して焦点検出を行う場合の
合焦評価信号として映像信号中の交流成分の整流平滑信
号を用いたものである。１は対物レンズ、２は偏向コイ
ル、３は試料で、Ｂは電子線を示す。

４は試料から出る２次電子等を検出する検出器であり、
５は同検出器の出力を増幅する増幅器で電子ビームで試
料３を掃引すると増幅器５から映像信号が出力される。

こ）で電子ビームの掃引をしながら対物レンズーの励磁
電流を０から最大値まで変えて行くと途中で合焦状態を
経過し、この場合の映像信号は第２図ａに示すようにな
る。この映像信号から交流成分のみを取出し整流して平
滑化すると第２図ｂに示す信号が得られる。映像信号の
交流成分は合焦状態で最大になるから第２図ｂのピーク
の中央が合篤状態を表わす。第２図ｂの波形は左右対称
的であるから、波形整形回路によって一定レベルで切っ
て第２図ｃのような信号に変換する。第２図の機軸は掃
引距離であり、掃引に伴い単調にレンズ１の励磁電流を
変えているので、機軸は励磁電流にも対応しており、第
２図ｃの矩形波の立上り点の励磁電流をｎａ、立下り点
の励磁電流を血とすると合篤状態を与えるレンズ１の励
磁電流は（服＋ｎｂ）ノ２である。或はｎａとｎｂとの
電流差をＮとするとｎａ十Ｎノ２と書くこともできる。
上式によって対物レンズ量の励磁電流が決定されるが〜
この決定の精度向上を計るため上述操作をｍ回線返し
「上式の平均によって励磁電流を決定する。本発明はこ
の平均を求める操作を自動的に行うものである。第１図
においてＰＱまパルス発振器でその出力パルスはゲート
Ｇ亀を通してディジタルアナログ変換器ＤＡに入力され
ｔＤＡからは段階状に変化する信号が得られこの信号に
よって対物レンズ母の励磁電源Ｓを制御して励磁電流を
０から最大値まで階段状に変化させて行く。

この間増幅器Ｓから出力される映像信号は波形成形回路
（レベル比較器）６に入力され〜 鯖からは第２図ｃの
波形が得られることになる。Ｇ２は通常開で６の出力の
立上り即ち第２図ｃにおけるＭの位置で閉じられるゲー
トであり「パルス発振器ＰＧの出力パルスはゲートＧ２
を通ってカウンタＣ川こ入力されて計数される。カウソ
タＣ…まｍ進カウン夕で計数がｍになるとキャリー信号
を出して自身は川と戻る。このキャリー信号がカウン夕
Ｃ盤もこ計数される。従ってＣ２は電子ビームの掃引の
開始から励磁電流がｎａになるまでの間のパルス数の１
ノｍ則ち励磁電流ｎａの１／ｍを与える。Ｇ３は波形整
形回路６の出力がハィの間貝０ち第２図ｃでｎａからｎ
ｂまでの間開いているゲートで〜同ゲートを通してパル
ス発振器ＰＧのパルスがカウンタＣ３に送られて計数さ
れる。Ｃ３は２ｈ進カウン夕で計数が２〜こなるとキャ
リー信号を出し０に戻る。このキヤＩＪ−信号もまたカ
ウンタＣ２に入力される。ゲートＧ２は励磁電流が０か
らｎａまで、Ｇ３はｎａからｎｂまで開いているので、
カウン夕Ｇ２には掃引の始めから励磁電流がｎｂ‘こな
るまでの間連続して計数を行い、その計数値は−回の掃
引の間に服／ｍ十Ｎノ２ｈ となる。

さてゲートＧＩはカウン夕Ｃ４の計数出力が０からｍま
での間開いているようになっており、Ｇ４は波形整形回
路６の出力の立下り（第２図ｃの血）によって計数を歩
進するようになっている。

またゲートＧＩを通ったパルスはカウンタＣ５で計数さ
れる。Ｃ５は計数ｎｏでキャリーするようになっており
、このキャリ−信号によって力ゥンタＣ亀，Ｃ３及びデ
ンジタルァナログ変換器口Ａをリセットする。偏向コイ
ル２の偏向入力は上記キャリー信号を同期信号として制
御される。ｎｏは計数ｎｏに相当するディジタルアナロ
グ変換出力が最大励磁電流になるように定めてある。こ
のような構成であるから「電子ビームＢの桶引はｍ回行
われ「 この間毎回カウン夕ＣＩ？ Ｃ３によってその
回におけるＭノ肌及びＮ／２ｈが求められ〜 これがカ
ウソ夕Ｃ２に入力されて加算積算されて行く。かくして
ｍ回目の橋引で波形整形回路６の出力が立下つたときカ
ウンタＣ４から信号が出てゲートＧ軍が閉じ〜縞引信号
は通常の走査型電子顕微鏡における掃引信号に切換えら
れる。他方ゲートＧ亀が閉じた後はカウン夕Ｃ２の計数
は２（ｎａノ靴十Ｎノ２ｈ）但し２はｍ回の和を保持し
ている。この保持されている値はｍ回の掃引の各回にお
ける合焦時のレンズ励磁電流ｎａ十Ｎノ２の平均であり
ト最も正確な合篤状態を与える励磁電流の値を示す。以
後この保持されている計数値をカゥン夕Ｃ亀の計数ｍの
出力によって開かれるゲートＧ亀を通して変換器ＤＡに
与えて対物レンズ貴の励磁電流を定める。ゲートＧ２は
一掃引の過程で掃引の始めから励磁電流がｎａに達する
までの間開いている。

このためＧ沙まカウン夕Ｃ５の０計数出力で開かれ「波
形整形回路６の出力の立上りで閉じられる。第８図の実
施例は上述構成を粗調整、糟調整の２段に用いるように
したもので、ディジタルアナログ変換器がＤＡ亀？ＤＡ
２の２個あり、スイッチＳｗによって選択切換えができ
るようになっている。ＤＡ量，ＤＡ２の出力は加算器Ａ
ｄで加算されて励磁電流電源Ｓに送られる。その第１図
の実施例と対応する部分には同じ符号がつけてある。ま
ずスイッチＳｗを粗調側にして装置を動作させると第１
図の回路と全く同様の動作で焦点が調整される。次にス
イッチＳｗを精調側に切換える。ＤＡ２は一個のパルス
が入る度に出力はＤＡもの１／ｎｏだけ増加する。従っ
て一掃引の間にＤＡ２はＤＡＩの出力の一段分だけ変化
する。このＤＡ２の出力が既に大体の合篤位置で固定さ
れているＤＡ亀の出力に加算されて励磁電流電源Ｓに送
られる。かくしてもう一度回路を動作させると、ＤＡ２
を用いて第亀図の回路と同じ動作が再び行われ、ｍ回の
掃引の後焦点の糟調整が完了する。しンズの励磁電流を
変化させる場合、レンズ磁界の確立にはおくれが伴うの
で掃引速度を余り速くできない。第３図の実施例では粗
調整、糟調整と２回線作するが、２回目の調整における
励磁電流の変化範囲はせまいので掃引速度を上げてもし
ンズの追従ができ、一回目は粗調整だから掃引速度が早
くてもよく、従って全体として調整所要時間は却って短
縮できる。本発明自動焦点調整装置は上述したような構
成で、合焦状態を与えるレンズ強度が何回かの合篤検出
動作の平均によって決められるので焦点決定の精度が高
く、第３図の実施例からも判るように一つの装置で粗調
整、精調整の多段調整が容易にできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−実施例装置の回路構成を示すブロッ
ク図「第２図は上記回路の動作を説明する信号波形図、
第３図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。 １・・…・対物レンズ、２…・・。偏向コイル、３…・
・・試料、Ｂ・…・・電子ビーム「ＰＧ…・・・パルス
発振器、ＧＩ〜Ｇ４・・・…ゲート、ＤＡ，ＤＡ１，Ｄ
Ａ２…・・・ディジタルアナログ変換器、ＣＩ〜Ｃ５…
…カウンタ、４・・・…電子線検出器、５・…・・増幅
器、６・・・・・・波形整形回路（レベル比較回路）。
次′図が２図 が３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子線ビーム等によって試料面を掃引し、掃引の過
   程で、パルス発振器の出力パルスを計数し、その計数信
   号をＤＡ変換してレンズ強度を変え、上記パルス発振器
   の出力パルスをｍ進カウンタで計数し、更に同カウンタ
   のキヤリー信号を計数するカウンタを設け、映像信号に
   対する合焦評価信号が基準レベルを超えるまで及び超え
   ている間の上記キヤリー信号を計数するカウンタの計数
   出力を夫々電子線ビーム等によるｍ回の掃引の間積算し
   、前者の積算出力に後者の積算出力の１／２を加算した
   信号をレンズ強度を示すデイジタル信号とすることによ
   り焦点調整を行うことを特徴とした走査型電子線装置等
   の自動焦点調整装置。