(57)【要約】【課題】交流磁場検出部で検出した外部交流磁場信号の周波数成分が多岐に亘っていても，外部交流磁場信号を各周波数成分に分離し，それぞれの周波数に応じて位相調整を行うことで確実な位相調整を実施し，外部交流磁場の影響を相殺することにあり，更に調整の容易化を図る。【解決手段】上記課題を達成するために本発明では，少なくとも二組以上の交流磁場の検出手段と，周波数帯域増幅手段と，位相調整手段と，振幅調整手段及び合成手段を有した補正機構と，モニタ画像の走査方向を切換える手段を有し，走査形電子顕微鏡の一偏向手段であるイメージシフトコイルに前記補正機構で生成した補正信号重畳し，外部交流磁場による電子線の走査の乱れを補正する。【選択図】        図１
2004171846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から放射された電子線を電子レンズによって収束し，かつ，偏向手段により試料表面上を走査し，試料表面から二次的に発生する電子を検出して，前記試料表面の像を形成する走査形電子顕微鏡において，少なくとも二組以上の交流磁場の検出手段と，周波数帯域増幅手段と，位相調整手段と，振幅調整手段及び合成手段からなる外部交流磁場キャンセル機構を有し，前記交流磁場検出手段で検知した外乱磁界成分を各周波数毎に分離し，それぞれの周波数において外乱磁界の影響をキャンセルするように位相調整及び振幅調整を行い，前記位相調整及び振幅調整したそれぞれの信号を合成し，偏向手段に重畳して，外部交流磁場キャンセルする走査形電子顕微鏡で，前記位相調整及び振幅調整時に試料表面の像を形成する信号検出した画像メモリのモニタ画像の走査方向を任意に切り換える手段を有し，前記外部交流磁場の影響で生じるモニタ画像の揺れが連続した波状になるようにし，位相調整及び振幅調整を容易にすることを特徴とした外部交流磁場キャンセル機構を有した走査形電子顕微鏡。
【請求項２】
前記位相調整及び振幅調整時の手順として，前記モニタ画像の走査方向を任意に切り換える手段を第一の方向（Ｘ軸方向）にセットし，▲１▼位相調整で外部交流磁場による画像の揺れが最小になるように粗調整を行い，▲２▼振幅調整で外部交流磁場による画像の揺れが更に最小になるように粗調整を行い，▲３▼位相調整で外部交流磁場による画像の揺れが更に最小になるように微調整を行い，▲４▼振幅調整で外部交流磁場による画像の揺れが更に最小になるように微調整を行う（Ｘ軸方向の調整）。更に続いて，前記モニタ画像の走査方向を任意に切り換える手段を第二の方向（Ｙ軸方向）にセットし，前記Ｘ軸方向で調整した▲１▼〜▲４▼の手順と同様の調整を実施し，外乱交流磁界の影響を補正することを特徴とする請求項１に記載の外部交流磁場キャンセル機構を有した走査形電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は走査形電子顕微鏡に係り，特に，外部交流磁場により生じる像障害を低減する補正機構を有する走査形電子顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査形電子顕微鏡は，一般に，電子銃から放射された電子線を電子レンズで収束し，偏向器によりこの収束電子線で試料表面を走査し，電子線照射により試料から発生する二次電子あるいは反射電子などの二次的電子を検出して映像信号とし，試料表面の拡大像を観察する装置である。
【０００３】
しかし，その装置が外部環境の悪い場所に据付けられた場合には，外部擾乱の影響を受けて電子線の偏向が乱され，走査像に像障害が発生する。この像障害を招く外部擾乱としては，その代表的なものとして，機械的な振動や，外部からの交流磁場が挙げられる。したがって，これに対処するために走査形電子顕微鏡の鏡体自身には，除振構造や磁気シールドが設けられている。しかし，これには限界があり，特に最近は装置の高性能（高倍率）化と利用分野の拡大により，装置の据付け環境による像障害の問題が発生するケースが増加してきている。
【０００４】
従来の対策例として，まず機械的な振動に対しては，設置部屋の床に大きな除振台を設け，その上に走査形電子顕微鏡全体を据付けることで機械的な振動を軽減している。また外部交流磁場に対しては，磁気シールドとして装置全体を大きな鉄製の箱の中に据付けたり，装置全体を取り囲む空間にＸ，Ｙ方向の大きなコイルを張り巡らし，これに電流を流し，外部交流磁場に同期した磁場を発生させ，外部交流磁場をキャンセルしている。
【０００５】
しかし，このような像障害の低減手段では，走査形電子顕微鏡を特別に工事を施した部屋に据付ける必要がある。したがって，装置を使用する場所が制限されること，装置全体を取り囲んでいるため操作性が悪くなる等の不具合がある。
【０００６】
以上の課題を解決するための一例として，既製の装置をそのまま使用しながら像障害を低減するユニットを有する走査形電子顕微鏡について，特開平１０−９７８３６に開示されている。本公知例の概要は以下の通りである。走査形電子顕微鏡の電子線偏向器に電流波形の周波数，振幅，位相を任意に可変できる補正手段を接続し，この補正手段により上記の電子線偏向器に交流磁場を重畳させ，これによって外部擾乱による電子線の走査の乱れを補正して，像障害を低減するものである。
【０００７】
図２は前記した従来例の概要図で，図中２２Ｘ・２２Ｙは交流磁場検出部，２３Ｘ・２３Ｙは信号増幅回路，２４Ｘ・２４Ｙは位相調整器，２５Ｘ・２５Ｙは反転増幅器及び２６Ｘ・２６Ｙはイメージシフトコイルをそれぞれ示し，これらでＸ軸補正部とＹ軸補正部を構成している。例えば，Ｘ軸補正部においては交流磁場検出部２２Ｘで検出された外部交流磁場は信号増幅回路２３Ｘで増幅され，位相調整器２４Ｘで位相調整及び反転増幅器２５Ｘで逆相に反転された補正信号をイメージシフトコイル２６Ｘに印加することで，外部交流磁場の影響による像障害を低減できるとされている。
【０００８】
図３は交流磁場検出部で検出した外部交流磁場の一例を示したもので，商用周波数を基本周波数として高調波周波数成分が重畳された波形を示している。図中２７は外部交流磁場の波形を，２８は商用周波数の波形（関東地区では５０Ｈｚ，関西地区では６０Ｈｚ）を示す。図中２７で示した外部交流磁場の波形は，商用周波数２８の波形と比べると，商用周波数の他に高調波成分が含まれており波形歪がある。図４は図３に示した外部交流磁場の周波数スペクトルを示したもので，基本周波数２９の他に図中２９〜３１で示すように高調波成分が含まれていることがわかる。２９は商用周波数の基本周波数５０Ｈｚを３０は基本周波数の３倍の高調波１５０Ｈｚを３１は基本周波数の５倍の高調波２５０Ｈｚ帯のスペクトルをそれぞれ示している。以上説明した波形は外部交流磁場を測定した一例であり，外部交流磁場の周波数スペクトルは走査形電子顕微鏡の設置環境によりそれぞれ異なった波形を呈する。
【０００９】
図３に示した外部交流磁場の環境下に走査形電子顕微鏡が設置された場合，図２に示した外部交流磁場補正装置装置を用いて，外部交流磁場の影響をキャンセルする場合について，以下に概略を説明する。交流磁場検出部２２Ｘ・２２Ｙで検出した交流磁場信号を，位相調整器２４Ｘ・２４Ｙと反転増幅器２５Ｘ・２５Ｙを用いて外部交流磁場の影響をキャンセルするように位相及び振幅を調整する。本例では交流磁場信号が単一周波数（図３の２８で示す波形）の場合は補正が可能であるが，図３の２７で示す波形（基本周波数の外に高調は成分が混じっている場合）の場合は，位相調整回路２４Ｘ・２４Ｙは周波数に応じてそれぞれ移相量が異なるので，図３に示した高調波成分を含んだ波形の場合は，１種類の位相調整回路では各周波数成分毎の位相調整が難しくなる。この結果，良好な補正を行うことが出来なくなる不具合を生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの課題を解決するためになされたもので，交流磁場検出部で検出した外部交流磁場信号の周波数成分が多岐に亘っていても，外部交流磁場信号を各周波数成分に分離し，それぞれの周波数に応じて確実な位相調整と振幅調整を実施し，外部交流磁場の影響を相殺することにある。以上のように，本発明ではそれぞれの周波数に応じて位相調整と振幅調整を複数回繰り返す必要があるため調整の容易化を図るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では，少なくとも二組以上の交流磁場の検出手段と，周波数帯域増幅手段と，位相調整手段と，振幅調整手段及び合成手段を有した補正機構を有し，走査形電子顕微鏡の一偏向手段であるイメージシフトコイルに前記補正機構で生成した補正信号重畳し，外部交流磁場による電子線の走査の乱れを補正する。また，調整の容易化のために画像モニタの走査方向を任意に切り換える手段を有す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は走査形電子顕微鏡の概略図を示す。１は陰極，２は陽極，３は収束レンズ，４は偏向器，５は対物レンズ，６はイメージシフトコイル，７は信号検出器，８は試料，９は試料ステージ，１０は高電圧制御電源，１１は制御ＣＰＵ，１２は収束レンズ制御電源，１３は偏向制御電源，１４は対物レンズ制御電源，１５はイメージシフト制御電源，１６は画像メモリ，１７は走査方向切換部，１８は画像モニタ，１９はステージ制御部，２０は交流磁場センサ，２１は外部交流磁場補正装置をそれぞれ示す。
【００１３】
以下，図１を用いて概要を説明する。陰極１から放出された一次電子（電子線）は，制御ＣＰＵ１１により制御された高電圧制御電源１０により加速され，更に収束レンズ制御電源１２で制御された収束レンズ３で収束される。その後，一次電子（電子線）は対物レンズ制御電源１４で制御された対物レンズ５で細く絞られ，試料８上に照射される。収束レンズ３と対物レンズ５との中間に設けられた，二段の偏向器４は偏向制御電源１３により制御されて，観察倍率に応じた一次電子（電子線）の走査を行う。細く絞られた一次電子（電子線）の照射によって試料８から発生する二次電子・反射電子等の信号は，信号検出器７によって検出され，画像メモリ１６に取り込まれ，走査方向切換部１７を介して画像モニタ１８で表示される。走査方向切換部１７は画像メモリ１６の内容をモニタ画像として表示する時の走査方向を切換る回路で，画像モニタ上に表示される画像のＸ軸方向とＹ軸方向を切り換える。
【００１４】
試料８は移動可能な試料ステージ９に固定されており，ステージ制御部１９による制御により移動・傾斜等により観察部位の選択ができる。また観察部位の微細な視野移動をおこなうために，イメージシフトコイル６による偏向位置の調整をイメージシフト制御電源１５で制御することができる。上記の制御部は相互に関連を持って制御ＣＰＵ１１によって統括制御されている。
【００１５】
従来例の説明で記載したように，走査形電子顕微鏡では，装置の据付け場所によっては，外部からの機械的な振動や交流磁場などの外部擾乱によって，試料８を走査中の電子線が変動し，像にボケや歪みが生じる。本発明は交流磁場の影響で生じる像障害を低減するものである。
【００１６】
その実施の形態として，像障害低減用偏向器としてイメージシフトコイルを用いた場合について説明する。なお，イメージシフトコイルとは，通常像視野の移動は試料８を保持する試料移動台９を機械的に移動させて行なうのに対して，高倍率の像を微細に移動させる場合には，電子線の通路に設置されているイメージシフトコイル６に直流電流を流して，電子線を僅かに偏向させて行なうものである。したがって，補正の原理はイメージシフトコイル６に外乱の要因に応じた補正電流を流すことで達成できる。また，前記の補正電流は交流磁場センサ２０で外部磁界を検出し，以下に記載する外部交流磁場補正装置２１で交流磁場の影響をキャンセルするように位相調整及び振幅調整を行うことで生成できる。
【００１７】
図５は本発明の一実施例を示す外部交流磁場補正装置の説明図である。図中３２Ｘは交流磁場検出部を，３３Ｘは周波数帯域増幅器を，３４Ｘは位相調整器を，３５Ｘは振幅調整器を，３６Ｘは合成部を，３７Ｘは振幅調整器を，３８Ｘはイメージシフトコイルを示し，以上の組合せでＸ軸補正部を構成する。同様に３２Ｙは交流磁場検出部を，３３Ｙは周波数帯域増幅器を，３４Ｙは位相調整器を，３５Ｙは振幅調整器を，３６Ｙは合成部を，３７Ｙは振幅調整器を，３８Ｙはイメージシフトコイルを示し，以上の組合せでＹ軸補正部を構成する。本装置で生成した補正電流をイメージシフトコイル３８に流すことで，外部交流磁場の影響を補正することができる。図中，Ｘ，Ｙで示した外部交流磁場補正装置は，それぞれイメージシフトコイル３８のＸ軸及びＹ軸に独立して補正電流を流し，２次元の補正を行うことができる。
【００１８】
更に周波数帯域増幅器３３，位相調整器３４及び振幅調整器３５は，外部交流磁場の周波数スペクトルに応じて各周波数毎に構成する。本実施例では，図４に示したように交流磁場の周波数スペクトルが３種類（５０，１５０，２５０Ｈｚ）である場合について説明する。図５において３３−１，３３−２及び３３−３で表現した周波数帯域増幅器は通過帯域の中心周波数がそれぞれ５０Ｈｚ，１５０Ｈｚ，２５０Ｈｚに対応してる。したがって，周波数帯域増幅器３３−１が５０Ｈｚ，３３−２が１５０Ｈｚ，３３−３が２５０Ｈｚ帯の周波数のみを通過させる機能を有している。同様に３４−１，３４−２及び３４−３で表現した位相調整器及び３５−１，３５−２及び３５−３で表現した振幅調整器は，それぞれ５０Ｈｚ，１５０Ｈｚ，２５０Ｈｚに対応してる。外部交流磁場は，一般に電源周波数が５０Ｈｚ地区では５０Ｈｚを基本とした高調波成分が，電源周波数が６０Ｈｚ地区では６０Ｈｚを基本とした高調波成分がそれぞれ存在する。
【００１９】
図５を用いてＸ軸補正について以下説明を行う。外部交流磁場検出部３２Ｘで検出された交流磁場は，周波数帯域増幅器３２Ｘ−１を通過し，５０Ｈｚ帯の周波数のみの交流磁場信号に制限される。位相調整器３４Ｘ−１及び振幅調整器３５Ｘ−１では５０Ｈｚ帯の周波数成分に起因する補正を，同様に周波数帯域増幅器３３Ｘ−２を通過した交流磁場信号は，位相調整器３４−２Ｘ及び振幅調整器３５Ｘ−２で１５０Ｈｚ帯の周波数成分に起因する補正を，周波数帯域増幅器３３Ｘ−３を通過した交流磁場信号は，位相調整器３４Ｘ−３及び振幅調整器３５Ｘ−３で２５０Ｈｚ帯の周波数成分に起因する補正をそれぞれ行い，合成部３６でそれぞれ合成し，振幅調整器３７で必要に応じて振幅調整を実施しイメージシフトコイル３８Ｘ補正電流を流し，Ｘ軸方向の交流磁場の影響をキャンセルする。Ｙ軸方向の交流磁場の影響をキャンセルする手順もＸ軸と同様である。なお，以上に述べた本実施の形態では，像障害低減の交流磁場をイメージシフトコイル３８で発生させたが，これは，通常の走査線を形成する電子線の偏向器に導入しても，その効果は同様である。なお，周波数帯域増幅器の一例として，バターワースバンドパスフィルタで構成し，位相調節器はＣＲ移相器で構成し，簡単な調整で補正が可能であることを確認している。
【００２０】
以上，電子顕微鏡で試料の観察において，外部交流磁場の影響を補正することで，外部交流磁場の影響がない観察像を得ることが出来た。  図６は画像モニタに表示される試料の画像を示したもので，３９は外部交流磁場の影響がない場合の試料観察像を示す。４０は外部交流磁場のＸ軸方向成分（矢印４１で示す）の影響を受けた時の試料観察像を示し，４２で示すように試料観察像が外部交流磁場の周波数と同期して変動していることがわかる。一方４３は外部交流磁場のＹ軸方向成分（矢印４４で示す）の影響を受けた時の試料観察像を示し，４５，４６で示すように試料観察像が外部交流磁場の影響を受けて変動する。図中４５，４６で示したように試料観察像は周波数と同期して上下に変動している。４７は外部交流磁場のＸ軸，Ｙ軸方向成分の影響を受けた試料観察像を示している。  図中４２で示した試料観察像と４５，４６で示した試料観察像を比較すると，試料観察像４２は試料の輪郭が連続した波形を示しているために，外部交流磁場の影響量が一目でわかる。試料観察像４５，４６では試料の輪郭が上下に変動しているために，変化量の連続性が見えづらく変動幅の最小点を探しにくい。
【００２１】
図７は外部交流磁場のＸ軸方向成分の影響を受けた場合について，補正回路の調整手順の説明図である。図７（ａ）は試料の輪郭が連続した波形を示すように走査方向切換部１７で切り換えた時のモニタ画像を表示しており，ここではＸ軸方向に走査した場合の外部交流磁場の補正前の状態を示す。図７（ｂ）は外部交流磁場補正回路の位相（Ｐ）調整において粗調整後のモニタ画像を示しており，図７（ａ）に比べ外部交流磁場の影響が軽減されている。図７（ｃ）は外部交流磁場補正回路の振幅（Ａ）調整において粗調整後のモニタ画像を示しており，図７（ｂ）に比べ外部交流磁場の影響が更に軽減されている。，図７（ｄ）は外部交流磁場補正回路の位相（Ｐ）調整で微調整後のモニタ画像を示しており外部交流磁場の影響がかなり軽減されている，図７（ｅ）は外部交流磁場補正回路の振幅（Ａ）調整で微調整後のモニタ画像を示しているが外部交流磁場の影響を殆ど軽減した状態を示す。以上のように外部交流磁場補正回路の調整手順は，▲１▼位相（Ｐ）調整粗調整，▲２▼振幅（Ａ）調整粗調整，▲３▼位相（Ｐ）調整微粗調整，▲４▼振幅（Ａ）調整微調整の順に実施すると容易に外部交流磁場補正回路の調整を行うことが可能である。また，外部交流磁場補正回路の調整時には外部磁界の補正を行う磁界の方向がモニタ画像で輪郭が連続した波形を示すように走査方向切換部１７を切り換えて実施すると容易に調整ができる。
【００２２】
図８は図６で示したＹ軸方向の磁界の影響を，Ｘ軸方向の調整と同様に実施するために，画像モニタ１８の走査方向を切り換えた場合の試料のモニタ画像を示している。図８（ａ）は外部交流磁場の影響が無い場合の試料観察像，図８（ｂ）は外部交流磁場Ｙ軸方向成分の影響を受けた場合の走査切換前試料観察像を，図８（ｃ）は走査方向切換部１７でＸ軸とＹ軸の走査方向を切り換えた時の外部交流磁場Ｙ軸方向成分の影響を受けた場合の走査切換後の試料観察像をそれぞれ示す。図８（ｂ）では外部交流磁場（矢印４４）の影響で試料観察像が上下に変動しているが，図８（ｃ）では外部交流磁場（矢印４４）の影響で試料の輪郭が連続した波形になるため，図７で説明したように，外部交流磁場補正回路の調整が容易になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る走査形電子顕微鏡の外部交流磁場キャンセル機構においては，電子線の偏向器に交流電流を重畳して，外部交流磁場によって生じる電子線の変動を相殺することにより，走査形電子顕微鏡の据付け場所に特別の工事や装置を設けることなく，像障害を安価に，かつ，容易に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す外部交流磁場キャンセル機構を有した走査形電子顕微鏡の説明図である。
【図２】従来の外部擾乱補正装置を有した走査電子顕微鏡の説明図である。
【図３】センサで検出した外部交流磁場の波形の一例を示す。
【図４】センサで検出した外部交流磁場の周波数スペクトルの一例を示す。
【図５】本発明の一実施例を示す外部交流磁場補正装置の説明図である。
【図６】本発明の外部交流磁場の影響を受けたモニタ画像例の説明図である。
【図７】本発明の外部交流磁場補正装置の調整手順説明図である。
【図８】本発明の外部交流磁場補正装置の調整手順説明図である。
【符号の説明】
１・・・陰極
２・・・アノード
３・・・収束レンズ
４・・・偏向器
５・・・対物レンズ
６・・・イメージシフトコイル
７・・・信号検出器
８・・・試料
９・・・試料ステージ
１０・・・高圧制御電源
１１・・・制御ＣＰＵ
１２・・・収束レンズ制御電源
１３・・・偏向制御電源
１４・・・対物レンズ制御電源
１５・・・イメージシフト制御電源
１６・・・画像メモリ
１７・・・走査切換部
１８・・・画像モニタ
１９・・・ステージ制御部
２０・・・交流磁場センサ
２１・・・外部交流磁場補正装置
２７・・・外部交流磁場信号波形
２９・・・外部交流磁場信号のスペクトル
３２・・・外部交流磁場検出部
３３・・・周波数帯域増幅器
３４・・・位相調整器
３５・・・振幅調整器
３６・・・合成部
３７・・・振幅調整器
３８・・・イメージシフトコイル
３９・・・試料観察像
４０・・・外部交流磁場のＸ軸方向成分の影響を受けた時の試料観察像
４３・・・外部交流磁場のＹ軸方向成分の影響を受けた時の試料観察像
４７・・・外部交流磁場のＸ軸，Ｙ軸方向成分の影響を受けた試料観察像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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