JPS6324617Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、走査型電子顕微鏡およびその類似装
置において、その焦点合わせを行なうための装置
に関する。

一般に、走査型電子顕微鏡等では、試料上に電
子線やイオン線のごとき荷電粒子線を極めて細く
して照射することが必要であるが、このように荷
電粒子線を極めて細くして照射するためには、主
として焦点合わせ操作が行なわれる。

このように走査型電子顕微鏡等において、焦点
合わせを行なうということは必須不可欠のことで
あり、この焦点合わせ操作をいかに速く且つ正確
に行なうかということは、走査型電子顕微鏡等の
性能評価のバロメータともなる。

ところで、従来よりこの種の焦点合わせを行な
うに際しては、焦点合わせ用レンズ（対物レン
ズ）への電流値をステツプ状に変化させ、各ステ
ツプごとに得られる検出信号について微分等の信
号処理を行ない、最終的にこれらのうち最大とな
つたステツプに対応する電流値を対物レンズへ再
度供給することが行なわれている。

そして、従来はこのステツプ状に変化する電流
を対物レンズへ供給するに際し、電子線を試料上
の走査範囲全面に亘つて走査しながらこれにつれ
て電流値をステツプ状に変化させてゆく手段や、
試料像投映用ブラウン管をブランキング状態にし
て電子線を試料面の同一線上で繰り返し走査しな
がら電流値をステツプ状に変化させてゆく手段が
とられている。

しかしながら、これらの従来手段では、次のよ
うな問題点がある。まず前者の手段では、ステツ
プごとに電子ビームが試料面の異なつた線上を走
査してゆくので、試料面上の粗密状態が急激に変
化すると、正しい焦点合わせを行なえないという
問題点があり、次に後者の手段では、焦点位置を
捜している間、ブラウン管をブランキング状態に
しておくので、その間試料像を観察できないとい
う問題点がある。

本考案は、これらの問題点を解決しようとする
もので、ブラウン管上で試料像を観察しながら、
迅速にしかも正確に焦点合わせを行なえるように
した走査型電子顕微鏡およびその類似装置におけ
る焦点合わせ装置を提供することを目的とする。

このため、本考案は走査型電子顕微鏡およびそ
の類似装置において、荷電粒子線を焦点合わせ用
レンズおよび荷電粒子線偏向器を介して試料面に
照射した際に、上記試料面から得られる映像信号
を検出するための検出機構と、同検出機構からの
信号を受けて試料像を映し出すブラウン管とをそ
なえるとともに、上記検出機構からの信号に基づ
いて焦点正合度を検出する焦点正合度検出回路
と、上記ブラウン管上でブランキングをかけられ
た水平帰線を上記試料面の同一線上で走査せしめ
るべく荷電粒子線走査信号を制御する荷電粒子線
走査制御装置と、上記試料面の同一走査線上にお
いて、上記焦点正合度検出回路からの信号に基づ
いて上記焦点合わせ用レンズを制御する焦点合わ
せ用制御装置とが設けられたことを特徴としてい
る。

以下、図面により本考案の一実施例としての走
査型電子顕微鏡およびその類似装置における焦点
合わせ装置について説明すると、第１図はその全
体構成図、第２図はその電子線走査制御装置を示
す電気回路図、第３図ａ〜ｅはいずれもその作用
を説明するための波形図、第４図はその焦点合わ
せ用レンズによる焦点合わせ操作を説明するため
の模式図、第５図はその焦点合わせ用レンズへ供
給される制御用電流の特性を示すグラフである。

第１図に示すごとく、走査型電子顕微鏡の鏡体
上部には、電子銃１が配設されており、この電子
銃１の下方には、集束レンズ２、荷電粒子線偏向
器としてのＸ方向（水平方向）、Ｙ方向（垂直方
向）用電子線偏向器３Ｘ，３Ｙおよび焦点合わせ
用レンズ４が配設されている。

また、この焦点合わせ用レンズ４の下方には、
試料挿入部が形成されており、この試料挿入部に
は試料５が載置されるようになつている。

なお、集束レンズ２、電子線偏向器３Ｘ，３Ｙ
および焦点合わせ用レンズ４は、いずれもコイル
への電流供給を制御することによりそれぞれに適
した作用を行なう電磁レンズとして構成されてお
り、特に焦点合わせ用レンズ４は、このレンズ４
に第５図で示すようなステツプ状の電流を供給す
れば、第４図に示すごとく、荷電粒子線としての
電子線Ｂの結ぶ焦点位置を変えることができる。

すなわち、その供給電流（レンズの強度）が第
５図に示すIaのときは、焦点位置ａが試料５より
もずつと上方にあるモアオーバーフオーカスな状
態となり、その供給電流が第５図に示すIb，Icの
ときは、焦点位置ｂ，ｃが試料５よりも上方に位
置するオーバーフオーカスな状態となつて、その
供給電流を第５図に示すId，Ie，…，Inのように
段々小さくしてゆくと、電流Idで焦点位置ｄがち
ようど試料５の面上に位置するジヤストフオーカ
スな状態となり、電流Ie，…，Inでは焦点位置
ｅ，…，ｎが試料５の下方に位置するアンダーフ
オーカスな状態となる。

また、集束レンズ２、電子線偏向器３Ｘ，３Ｙ
および焦点合わせ用レンズ４を、対向極板への供
給電圧を制御してそれぞれに適した作用を行なわ
せる静電レンズとして構成してもよく、この場合
特に焦点合わせ用レンズ４には、階段状に変化す
る電圧が供給される。

したがつて、電子線Ｂは、第１図に示すごと
く、電子銃１から発射されると、集束レンズ２で
集束せしめられたのち、電子線偏向器３Ｘ，３Ｙ
でＸ−Ｙ方向に適宜偏向せしめられてから、焦点
合わせ用レンズ４にて焦点合わせがなされ、その
後試料５上に照射されるようになつている。

このように電子線Ｂを焦点合わせ用レンズ４や
電子線偏向器３を介して試料５上に照射すると、
試料５から得られる映像信号すなわち試料５上か
ら反射する電子、試料５を透過する電子、試料５
中を流れ大地に去る電子や２次電子が発生する
が、これらの電子を検出するために、検出機構６
が試料５の近くに配設されている。

そして、この検出機構６からの信号は、増幅器
７で増幅され、その後ブラウン管８のカソードあ
るいはグリツドへ供給され、このブラウン管８の
スクリーン上に輝度変調によつて試料像が映し出
されるようになつている。

ところで、水平方向用鋸歯状波発生器９および
垂直方向用鋸歯状波発生器１０が設けられてい
る。そして、この発生器９からの鋸歯状波は、偏
向回路１１を介してブラウン管８の偏向コイル８
Ｘへ第３図ａに符号SXで示すような波形で供給
されるとともに、倍率切換回路１４を介して電子
線偏向器３Ｘへ第３図ｄに符号SX′で示すような
波形で供給されるようになつている。

また、発生器１０からの鋸歯状波は、偏向回路
１２を介してブラウン管８の偏向コイル８Ｙへ第
３図ｂに符号SYで示すような波形で供給される
とともに、荷電粒子線走査制御装置としての電子
線走査制御装置１３および倍率切換回路１５を介
して電子線偏向器３Ｘへ第３図ｅに符号SY′で示
すように変形されて供給されるようになつてい
る。

ところで、垂直方向用鋸歯状波発生器１０から
の鋸歯状波を第３図ｅに符号SY′で示すような波
形に変形するのは、電子線走査制御装置１３によ
つて行なわれる。

この電子線走査制御装置１３は、第２図に示す
ごとく、所定レベル（アースレベルを含む。）の
信号を出力する一定値信号発生器１６と、この発
生器１６からの所定レベル信号E₁および入力端
子１３ａを介して入力される発生器１０からの鋸
歯状波信号をそれぞれ受けてこれらの信号を交互
に所定のタイミングで出力する切換スイツチ１７
とをそなえて構成されている。

そして、この切換スイツチ１７は発生器１６に
接続される第２スイツチ部１７ｂと、入力端１３
ａを介して発生器１０に接続される第１スイツチ
部１７ａとをそなえており、この第１スイツチ部
１７ａは第３図ｃに示すようなブラウン管ブラン
キング制御信号SBを制御端１３ｂから受けてこ
の信号SBがハイレベルのときに閉じそれ以外で
開くもので、スイツチ部１７は制御信号SBをイ
ンバータ１７ｃで反転した信号を受けてこの反転
信号がハイレベルのときに閉じそれ以外で開くも
のである。

このように切換スイツチ１７の各スイツチ部１
７ａ，１７ｂがブラウン管ブランキング制御信号
SBおよびその反転信号を受けて第３図ｃに示す
ようなタイミングで交互に切換えられるので、こ
の装置１３の出力端１３ｃからは、発生器１０か
らの鋸歯状波と発生器１６からの一定値信号E₁
とをミキシングした信号SY′〔第３図ｅ参照〕が
出力されるのである。

したがつて第３図ｅに示す信号波形からも明ら
かなように、電子線Ｂの水平帰線は、ブラウン管
８上でブランキングをかけられるので、ブラウン
管８の走査信号ブランキング時〔第３図ｃにおい
て信号SBがローレベルの時〕において、水平帰
線は試料５の面の同一線上を走査せしめられるの
である。

さらに、この同一走査線の位置は、発生器１６
からの一定値信号E₁の値を変えることにより適
宜設定できる。

このように、電子線Ｂの水平帰線はブラウン管
ブランキング時において、試料５の面の同一線上
を走査せしめられるので、ブラウン管８のスクリ
ーン上には、上記のごとき走査態様にかかわら
ず、試料像が投映されている。

ところで、検出機構５からの信号は、第１図に
示すごとく、焦点正合度検出回路１８で焦点正合
度が検出され、その後この焦点正合度検出回路１
８からの信号は焦点合わせ用制御装置１９へ供給
されるようになつている。

ここで、焦点正合度検出回路１８としては、例
えば検出機構５からの信号を微分処理して、この
微分信号の絶対値をとり、この絶対値信号に基づ
いて面積信号を出力するものが用いられている。

また、この検出回路１８として、その他検出機
構５からの検出信号を微分してこの微分信号を出
力するもの等が考えられる。

さらに、焦点合わせ用制御回路１９は焦点合わ
せ用レンズ４へ第５図に示すようなステツプ状に
変化する電流を供給して、オーバーフオーカスな
状態からアンダーフオーカスな状態まで焦点の具
合を変えることにより、焦点正合度検出回路１８
からの信号を判断情報として受けて、この信号が
最大値をとるステツプの電流値を焦点合わせ用レ
ンズ４へ再度供給し、レンズ４をジヤストフオー
カスな状態に制御するものである。

上述の構成により、電子線偏光器３Ｘ，３Ｙに
よつて電子線Ｂを走査すると、第３図ｄ，ｅに示
す波形SX′，SY′からも明らかなように、電子線
Ｂは、ブラウン管８のブランキング時には試料５
面の異なつた線上を順次走査せしめられるが、ブ
ラウン管８のブランキング時には、水平帰線は、
試料５の面の同一線上を繰返し走査せしめられ
る。

このようにブラウン管ブランキング時に試料５
の面における同一線上を繰返し電子線Ｂの水平帰
線が走査せしめられるので、この繰返し走査の間
に試料面の同じ線上で焦点合わせ作用が行なわれ
るようになり、これにより焦点合わせが正確に行
なえるほか、ブラウン管ブランキング時は試料５
の観察すべき面を電子線Ｂが順次走査せしめられ
ているので、ブラウン管８のスクリーン上に資料
像をも投映することができる。

なお、電子線Ｂの水平帰線をブラウン管ブラン
キング時に試料５の面の同一線上で走査させるた
めに設定される所定のレベルは、アースレベルで
もそれ以外のレベルでもよい。

また、本装置は電子顕微鏡に類似の装置にも適
用できることはいうまでもない。

以上詳述したように、本考案の走査型電子顕微
鏡およびその類似装置における焦点合わせ装置に
よれば、ブラウン管の走査信号ブランキング時に
おいて荷電粒子線の水平帰線が試料面の同一線上
を走査するように制御されるので、ブラウン管ス
クリーン上で試料像を観察しながら迅速且つ正確
に焦点合わせを行なえる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例としての走査型電子顕微
鏡およびその類似装置における焦点合わせ装置を
示すもので、第１図はその全体構成図、第２図は
その電子線走査制御装置を示す電気回路図、第３
図ａ〜ｅはいずれもその作用を説明するための波
形図、第４図はその焦点合わせ用レンズによる焦
点合わせ操作を説明するための模式図、第５図は
その焦点合わせ用レンズへ供給される制御用電流
の特性を示すグラフである。 １…電子銃、２…集束レンズ、３Ｘ，３Ｙ…電
子線偏光器、４…焦点合わせ用レンズ、５…試
料、６…検出機構、７…増幅器、８…ブラウン
管、８Ｘ，８Ｙ…偏向コイル、９…水平方向用鋸
歯状波発生器、１０…垂直方向用鋸歯状波発生
器、１１，１２…偏向回路、１３…荷電粒子線走
査制御装置としての電子線走査制御装置、１３ａ
…入力端、１３ｂ…制御端、１３ｃ…出力端、１
４，１５…倍率切換回路、１６…一定値信号発生
器、１７…切換スイツチ、１７ａ，１７ｂ…第
１，第２スイツチ部、１７ｃ…インバータ、１８
…焦点正合度検出回路、１９…焦点合わせ用制御
装置、Ｂ…荷電粒子線としての電子線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 走査型電子顕微鏡およびその類似装置におい
   て、荷電粒子線を焦点合わせ用レンズおよび荷電
   粒子線偏向器を介して試料面に照射した際に、上
   記試料面から得られる映像信号を検出するための
   検出機構と、同検出機構からの信号を受けて試料
   像を映し出すブラウン管とをそなえるとともに、
   上記検出機構からの信号に基づいて焦点正合度を
   検出する焦点正合度検出回路と、上記ブラウン管
   上でブランキングをかけられた水平帰線を上記試
   料面の同一線上で走査せしめるべく荷電粒子線走
   査信号を制御する荷電粒子線走査制御装置と、上
   記試料面の同一走査線上において、上記焦点正合
   度検出回路からの信号に基づいて上記焦点合わせ
   用レンズを制御する焦点合わせ用制御装置とが設
   けられたことを特徴とする、走査型電子顕微鏡お
   よびその類似装置における焦点合わせ装置。