JPS6314811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査電子顕微鏡における非点収差の補
正操作を容易にするための非点収差検知方法に関
するものである。

走査電子顕微鏡における走査画像の分解能は一
義的に電子プローブの大きさにより決定されるた
め、高分解能観察にあたつては、プローブ径をで
きるだけ小さくすることが要求される。プローブ
径を決定する要素としては種々あるが、球面収差
や色収差等は装置に個有のものであるから、実際
には与えられた装置における最小のプローブ径を
得るには、最適な対物レンズのフオーカス合せ
と、非点収差補正が必要となる。このうち、フオ
ーカス合せについては従来から充分に研究され、
既に自動焦点合せ装置も実用化され、操作上特別
な問題は生じていない。しかし乍ら、非点収差に
ついてはその検知が困難で専ら、熟練したオペレ
ータの勘に頼るしかなく、素人には大変厄介な操
作である。

最近一つのアイデアとして、例えば特開昭55−
19798号公開公報明細書に示されるような非点収
差補正方法が提案された。これは、二つの４極子
レンズからなるＸ、Ｙ型非点収差補正装置の夫々
の４極子レンズに水平走査信号及び垂直走査信号
を与えて電子線の試料面走査に同期して非点収差
補正装置を変調せしめ、これによつて得られた試
料からの情報信号を前記電子線走査と同期した陰
極線管に輝度変調信号として導入してマツプ状の
Ｘ−Ｙ像を表示せしめ、該像中の最もフオーカス
の合つたＸ及びＹの座標位置にＸ及びＹ方向の輝
線を合わせ、この輝線の位置に対応する直流電流
を前記両４極子レンズに供給するように構成した
ものである。

この様な方法を用いれば、非点収差の程度を画
像上のＸ、Ｙ座標位置で表わすので、素人にも補
正操作が容易に行えそうである。所が、実際に
は、フオーカスの合つている座標位置、つまり殆
んど点を選択しなければならないので、大きな模
様の中に最適位置が重なつた場合には補正操作が
できなくなる。従つて、観察試料に制限があると
共に観察倍率が数千倍止りであり、高分解能観察
の行われる数万倍では全く使用不可能である。

而して本発明は上記欠点を解決することを目的
とするもので、補正操作を極めて容易にする新規
な非点収差検知方法を提供するものである。

第１図は本発明の方法を実施した一装置例を示
すブロツク線図で、１は走査電子顕微鏡カラムを
示す。該カラム内の上端には電子銃２が設けら
れ、この電子銃より出た電子線（プローブ）は集
束レンズ３及び対物レンズ４により集束され、試
料５上に投射される。集束レンズ３と対物レンズ
４との間には、一段又は二段のＸ、Ｙ偏向コイル
６Ｘ及び６Ｙが置かれ、水平走査電源７Ｘ及び垂
直走査電源７Ｙから倍率調整回路８を介して走査
用鋸歯状波信号が供給される。これにより電子線
は試料５上の一定領域を二次元的に走査すること
になる。この電子線走査により試料各部から散乱
する反射電子或いは二次電子は検出器９により検
出され、増幅器１０、加算器１１を介して陰極線
管１２に輝度変調信号として供給される。該陰極
線管の偏向コイル１３Ｘ，１３Ｙには前記水平、
垂直走査電源７Ｘ及び７Ｙから走査信号が供給さ
れ、前記試料の電子線走査と同期したラスター走
査がなされているので、その画面上には、輝度変
調された試料走査画像が表示される。１４Ｘ，１
４Ｙは非点収差補正用４極子レンズで、実際には
対物レンズ４の中に組み込まれ、又、互いに各磁
極（又は電極）が45度ずつずれるように配置され
る。前記４極レンズの内Ｘ方向の１４Ｘにはクリ
ツプ回路１５ａ，１５ｂ、可変直流電源１６及び
加算回路１７からなる電源より電流が供給され
る。又、１４Ｙにはクリツプ回路１８ａ，１８
ｂ、可変直流電源１９及び加算回路２０からなる
電源より電流が供給される。前記クリツプ回路１
５ａ，１５ｂにはスイツチ２１を介して水平走査
電源７Ｘより第２図ａに示す如き水平走査鋸歯状
信号が供給される。又、Ｙ方向クリツプ回路１８
ａ，１８ｂには、前記スイツチ２１と連動したス
イツチ２２を介して垂直走査電源７Ｙからの第２
図には示さないがａよりも周期のはるかに長い鋸
歯状信号が供給される。前記スイツチは夫々三個
の切換端子を有しており、スイツチ２１において
はａ端子が水平走査電源７Ｘに接続され、他のｂ
及びｃ端子は非接続である。又、スイツチ２２は
端子ｂが垂直走査電源７Ｙに接続され、他のａと
ｃは非接続である。

前記スイツチ２１からの水平走査信号は比較回
路２３ａ，２３ｂにも送られ、基準電源２４ａ，
２４ｂからの基準電圧と比較され、両信号が一致
したとき、第２図ｅ，ｆの如き巾の狭いパルス信
号を発生する。又、スイツチ２２からの垂直走査
信号を比較回路２５ａ，２５ｂに送られ、基準電
源２６ａ，２６ｂの基準電圧と比較され、両信号
強度が一致したとき、前記と同様のパルスを発生
する。各比較回路２３ａ，２３ｂ，２５ａ及び２
５ｂからの出力パルス信号はオア回路２７を介し
て加算回路１１に送られ、試料情報を含む映像信
号に加算して陰極線管１２に供給される。

斯様な構成において、先ず直流電源１６及び１
９の出力を零に調整しておき、又、スイツチ２１
及び２２をａ端子に接続した状態で陰極線管１２
上に試料像を表示する。この状態ではスイツチ２
２は非接続で、スイツチ２１を通して水平走査信
号（第２図ａ）のみがクリツプ回路１５ａ，１５
ｂ及び比較回路２３ａ，２３ｂに供給される。ク
リツプ回路１５ａにおいては−V₁以上の水平走
査信号をクリツプし、第２図ｂに示すような信号
を出力する。この信号は、一水平走査信号の負側
の1/3の期間のみ時間的に強度が変化する走査信
号となし、他の期間は一定の強度をなしている。
一方クリツプ回路１５ｂは、＋V₁以下の水平走査
信号をクリツプし、第２図ｃに示す如く、一水平
走査信号の正側の1/3の期間のみ時間的に強度が
変化する走査信号を出力する。クリツプ回路１５
ａ及び１５ｂの出賄信号は加算回路１７に送ら
れ、可変直流電源１６からの出力と加算される。
最初の状態では、該電源は零にセツトしてあるの
で、加算回路の出力信号は、第２図ｄの如く中央
の期間は零となつている。この信号が非点収差補
正用Ｘ方向４極レンズ１４Ｘに供給されるので、
各水平走査に関連して、４極レンズは最初の1/3
の期間では連続的に変化する負の強度に励起さ
れ、次の中央の1/3の期間では強度が零になり、
（非励起）更に最後の1/3の期間は連続的に変化す
る正の強度に励起される。その結果陰極線管１２
の画面上には第３図ａに示す如く、画面を横に３
等分した中央部領域Ｂに４極レンズ１４Ｘを非励
起（一定強度）にしたときの画像が、又、左側の
領域Ａには、連続的に変化する負の強度に励起し
たときの画像が、更に右側の領域Ｃには連続的に
変化する正の強度に励磁したときの画像が表示さ
れる。従つて、この画像は、中央領域Ｂは全てフ
オーカス状態の等しい画像となるが、Ａ及びＣの
領域では、横方向で連続してフオーカスの異つた
画像となる。図では表示を簡略化する為、縦線の
粗密でフオーカス状態を表わし、密になる程フオ
ーカスが合つている、つまり非点収差がない状態
を表わしている。

所で、前記スイツチ２１からの水平走査信号は
比較回路２３ａ，２３ｂにも送られ、基準電圧と
比較されているので、該基準電圧を、クリツプ電
圧と同一の−V₁，＋V₁に設定すると、第２図ｅ、
ｆの如きパルス信号が得られ、オア回路２７を通
して、ｇの信号が輝度変調信号として陰極線管１
２に導入される。その結果、Ｘ１，Ｘ２で示す様
に、領域ＡとＢ及びＢとＣの間に各領域を区分け
する輝線（又は暗線）が表示される。第３図ａに
おいて、中央部の領域Ｂの画像は全体に同様にぼ
けており、Ａ領域では、更にぼけが激しく且つ左
にいくに従つて、ぼけは大きくなる。これに対
し、Ｃ領域は縦線がＡ領域に比べ極めて密であ
り、Ｐに沿う線上にフオーカスが合つていること
がわかる。即ち、第２図ｄのP′で示す強度の電流
（又は電圧）が４極レンズに供給されたとき、非
点収差は最適に補正されることがわかる。そこ
で、第１図の可変直流電源１６を操作して、中央
部の一定値信号のレベルを正の方向にP′まで持ち
上げると、第３図ｂに示す如く、中央領域Ｂに表
示された画像は最適フオーカス状態となり、Ａ、
Ｃ領域は、Ｂ領域から遠ざかるにつれてぼけの多
い且つ、ＡとＣとで略対称的なぼけになるような
画像が得られる。Ｘ方向の補正が終了したら、可
変直流電源をその値に固定した状態でスイツチ２
１及び２２をｂ端子に切換える。これにより、水
平走査信号は供給されなくなり、垂直走査信号が
スイツチ２２を介してクリツプ回路１８ａ，１８
ｂ及び比較回路２５ａ，２５ｂに供給される。そ
の結果、Ｙ方向４極レンズには第２図ｄに類似の
信号が供給され、陰極線管１２画面には第３図ｃ
に示す如き、画像が表示される。同図中Ｄ、Ｅ、
Ｆは第３図ａ、ｂにおけるＡ、Ｂ、Ｃに夫々対応
する領域であり、Ｙ１及びＹ２は比較回路２５
ａ，２５ｂからの出力に基づく各領域を区分する
輝線である。該Ｙ方向についても、前述のＸ方向
と同じで、画像中のＤ、Ｅ及びＦの領域のフオー
カス状態を観察することにより、非点収差の大き
さを検知できる。そして、可変直流電源１９を調
整することにより、中央領域Ｅに最適フオーカス
の画像を得ることができる。この状態が得られた
なら電源１９をその値に固定し、スイツチ２１及
び２２をＣに切換えると、クリツプ回路及び比較
回路には水平、垂直走査信号のいずれも供給され
なくなるので、陰極線管１２上には第３図ｄに示
す如き、非点収差の補正された鮮明な画像が表示
される。

以上の様な方法となせば、各領域Ａ、Ｂ、Ｃ又
はＤ、Ｅ、Ｆ内に生じている画像のフオーカス状
態を観察することにより、非点収差の状態（大き
さ、方向又は補正の程度）を知ることができ、
又、中央領域Ｂ及びＥの画像が最良にフオーカス
されるように各４極レンズの励磁を調整すれば良
いので、非点補正操作は素人にも極めて容易に行
うことができる。更に、補正は広い面積をもつ中
央領域内の画像のフオーカスを最良にすることに
よりなされるので、画像の模様の大、小には無関
係で、試料の制限もなく、且つ、倍率も非常に高
く５万倍以上でも充分に利用できる。

尚、以上は本発明の例示であり、種々な変更が
可能である。例えば、前述の例では画面を３つに
区画したが、これに限らず５つ或いはそれ以上の
奇数個であつても良い。又、Ｘ方向の表示とＹ方
向の表示を時間的に分離して行つたが、垂直走査
の途中でスイツチ２１，２２を切り換えて一画面
中でＸとＹ両方向の表示を行うようにしても良
い。更に水平走査信号のみを用い、垂直走査の途
中で該水平走査信号をクリツプ回路１５ａ，１５
ｂへ供給していたのを１８ａ，１８ｂに切換えて
供給するようにすると、第４図に示す如くＸ方向
とＹ方向とで同様な画像が得られ、補正操作が容
易になる。更に又、クリツプ回路１５ａ，１５ｂ
及び１８ａ，１８ｂに水平、垂直走査信号を同時
に供給し、４極レンズ１４Ｘ及び１４Ｙを同時に
働かせるようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する一装置例を示す
図、第２図及び第３図はその動作を説明するため
の図、第４図は本発明の他の例を示す図である。 ２…電子銃、３…集束レンズ、４…対物レン
ズ、５…試料、６Ｘ及び６Ｙ…偏向コイル、７Ｘ
…水平走査電源、７Ｙ…垂直走査電源、９…検出
器、１１…加算回路、１２…陰極線管、１４Ｘ及
び１４Ｙ…４極子レンズ、１５ａ，１５ｂ及び１
８ａ，１８ｂ…クリツプ回路、１６及び１９…可
変直流電源、１７及び２０…加算回路、２１及び
２２…切換スイツチ、２３ａ，２３ｂ及び２５
ａ，２５ｂ…比較回路、２４ａ，２４ｂ及び２６
ａ，２６ｂ…基準電源、２７…オア回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子線を二次元的に走査する装置における該
   電子線の非点収差を独立して調整される２組の４
   極レンズを用いて補正するにあたり、一方の組
   （Ｘ方向）の４極レンズに供給する信号を水平走
   査の一周期を３つ以上の奇数個に時間的に分割し
   て、所定幅を有したその中央部領域を一定値信号
   となし、両周辺領域は前記水平走査に関連して時
   間的に変化する信号となし、又、他方の組（Ｙ方
   向）の４極レンズに供給する信号を垂直走査の一
   周期を３つ以上の奇数個に分割して、所定幅を有
   したその中央部領域は一定値信号となし、両周辺
   領域は前記垂直走査に関連して時間的に変化する
   信号となし、各４極レンズに供給する夫々の領域
   の信号に対応する試料像を陰極線管画面上に区画
   して表示することを特徴とする非点収差を検知す
   る方法。 ２ 前記一方の組（Ｘ方向）の４極レンズに供給
   する信号と前記他方の組（Ｙ方向）の４極レンズ
   に供給する信号とを同時に供給する特許請求の範
   囲第１項に記載の非点収差を検知する方法。 ３ 前記一方の組（Ｘ方向）の４極レンズへの信
   号の供給と前記他方の組（Ｙ方向）の４極レンズ
   への信号の供給とは、時間的に分けて行う特許請
   求の範囲第１項に記載の非点収差を検知する方
   法。