(57)【要約】【課題】走査電子顕微鏡において、高分解能での像観察を容易に実現する。【解決手段】電子線をアライメントするためのアライメント偏向器と当該アライメント偏向器の偏向量を制御するための制御手段を備え、アライメントのときと、試料を観察ときとで、異なる偏向量を設定するようにした。【効果】一次電子線が対物レンズに斜めに入射している場合でも対物レンズ電流を振動させた時の試料像の動きを最小になるようにアライメントを調整することで、その光学系条件での最高分解能状態のアライメントにすることが容易にできるという効果がある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する電子源と、前記電子線を細く絞って試料上に照射させるためのレンズ系と、前記電子線を前記試料上で二次元的に走査するための偏向器と、前記試料から前記電子線の照射により発生した信号を検出するための検出器と、前記検出器により検出された信号を試料像として表示するための表示手段を具備した走査電子顕微鏡において、
前記電子線をアライメントするために偏向させる手段と、前記偏向手段の偏向量を制御するための手段を具備し、アライメント時と試料像観察時において異なる偏向量を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
アライメント時と試料像観察時の偏向量の変化分を前記電子線や前記レンズ系の条件に対応して登録するために、偏向量を複数登録できる手段を具備し、前記電子線や前記レンズ系の条件が変更された場合、アライメント時と試料像観察時の切換えによる偏向量の変化分は前記登録手段に保存されている前記電子線や前記レンズ系の条件に対応した量を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記電子線を偏向させるための前記偏向手段とは別の偏向手段を具備し、アライメント時と試料像観察時とで前記偏向手段の偏向量を制御することによる視野移動を前記別の偏向手段により補正することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
電子線を発生する電子源と、前記電子線を細く絞って試料上に照射させるためのレンズ系と、前記電子線を前記試料上で二次元的に走査するための偏向器と、前記試料から前記電子線の照射により発生した信号を検出するための検出器と、前記検出器により検出された信号を試料像として表示するための表示手段を具備した走査電子顕微鏡において、
前記電子線の不要部分を遮断する絞り板と、前記絞り板を前記電子線に対して垂直な平面を移動させるための手段と、前記移動手段の移動量を制御するための手段を具備し、アライメント時と試料像観察時において前記絞り板の移動手段の移動量を変化させることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４において、
アライメント時と試料像観察時の前記絞り板の移動量を前記電子線や前記レンズ系の条件に対応して登録するために、前記絞り板の移動量を複数登録できる手段を具備し、前記電子線や前記レンズ系の条件が変更された場合、アライメント時と試料像観察時の切り替えによる移動量は前記登録手段に保存されている前記電子線や前記レンズ系の条件に対応した量を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記電子線の偏向させるための偏向手段を具備し、アライメント時と試料像観察時とで前記絞り板の移動量を制御することによる視野移動を前記偏向手段により補正することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線の照射によって試料から発生される信号を検出して試料の走査像を形成する走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡は、電子源から発生され集束レンズおよび対物レンズにより細く絞られた電子線を偏向器を用いて試料上で走査し、電子線照射によって試料から発生する信号を検出器により検出し、その検出信号を電子線の走査と同期して処理することで試料像を形成する装置である。
【０００３】
分解能良く試料像を観察するためには、電子線のアライメントは重要である。電子線のアライメントは、レンズが電磁レンズである場合、コイルを流れる電流をわずかに振動させたときに試料像が動かないようにアライメントするための偏向量を調整するのが一般的であり、これを電流中心と呼ぶ。特に対物レンズに対する電子線のアライメントは分解能に大きく影響するため、高分解能観察を行うためには性格にアライメントを行わなくてはならない。
【０００４】
しかしながら、上記のような方法にて電流中心を求めて電子線のアライメントを行っても、その調整されたところよりアライメントを少しずらしたところで最高分解能が得られる場合がある。これは、対物レンズに電子線が斜めに入射されたために起こるものであり、このズレ量を絞りずらし量と呼ぶこととする。
【０００５】
従来では上記の絞りずらし量を調整するために、試料像を観察しながら絞りの位置を微動させることで行われている。また別の方法として、対物レンズコイルの電流の変化量に対応して試料像が動く方向と反する方向に試料像を移動させる手段を備えて、その移動量の大きさを調整することで、最高分解能の状態にて対物レンズコイルの電流を振動させたときに試料像が動かなくなるように補正する方法が行われている。走査電子顕微鏡のアライメント方法は、例えば、特許文献に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１７３８４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、前述の方法であれば電流中心を求めた後に絞りを微調整しなければならず、調整を行うには時間や熟練度が必要となる。また後述の方法では、絞りずらし量が大きくなってしまうと、最高分解能の状態にて対物レンズコイルの電流を振動させた時の試料像の動きを止めるようとしても、試料像の動きが直線上の動きだけでなく回転も含まれてしまい、動きを止めることができなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、アライメント時に電流中心に調整することで、その光学条件での最高分解能を出すことができる状態を得る走査電子顕微鏡を提供する。
【０００９】
【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、絞りずらし量をあらかじめ登録し、電子線のアライメントを終了して試料観察を行う時に、登録しておいた絞りずらし量だけアライメント量をずらして設定することで、アライメント時に電流中心に調整すれば試料観察時に最高分解能を発揮できる状態に設定する。
【００１０】
または、絞りずらし量に相当する絞りの移動量をあらかじめ登録し、電子線のアライメントを終了して試料観察を行う時に、登録しておいた移動量だけ絞りをずらして設定することで、アライメント時に電流中心に調整すれば試料観察時に最高分解能を発揮できる状態に設定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の概略断面図である。陰極１と第一陽極２の間には、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）５０で制御される高電圧制御電源３０により電圧が印加され、所定のエミッション電流が陰極１から引き出される。陰極１と第二陽極３の間にはＣＰＵ５０で制御される高電圧制御電源３０により加速電圧が印加されるため、陰極１から放出された一次電子線４は加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線４は、レンズ制御電源３１で制御された集束レンズ５で集束され、絞り板６で一次電子線４の不要な領域が除去される。その後、対物レンズ制御電源３３で制御された対物レンズ７により試料８に微小スポットとして集束され、偏向コイル９で試料上を二次元的に走査される。偏向コイル９の走査信号は、観察倍率に応じて偏向コイル制御電源３４により制御される。一次電子線４の照射により試料８より発生した二次電子１０は検出器１１にて検出される。検出された信号は増幅器３５により増幅され、一次電子線４の走査と同期してＣＰＵ３０にて処理し、像表示装置２０に試料像として表示される。また、一次電子線４は、アライメント制御電源３６により制御されるアライメントコイル
１２により、対物レンズ７にアライメントされる。
【００１２】
対物レンズ７への一次電子線４のアライメントは、対物レンズ７のコイルに流れる電流を対物レンズ制御電源３３にてわずかに振動させ、その時の像表示装置２０に表示される試料像の動きが最小になるようにアライメントコイル１２に流れる電流（アライメント量）をアライメント制御電源３６により制御する。アライメントは、オペレータが試料像を観察しながら試料像の動きが最小になるようにアライメント量を調整しても良いし、試料像の動きを画像処理装置などにより検知し、アライメント量を制御しても良い。
【００１３】
一次電子線４はイオンポンプの永久磁石やその他の直流磁場の影響を受けてその軌道が途中で曲げられてしまう。そのため上記アライメントにより対物レンズ７の電流中心となるように調整しても対物レンズ７に垂直には入射されない。一次電子線４が対物レンズ７に斜めに入射されると、試料像の動きが最小になるように調整しても真の電流中心に調整されず、最高分解能の状態のアライメントとズレが生じる。これは、一次電子線４の斜め入射による像の回転と真の電流中心からのズレによる像の動きがキャンセルするところで試料像の動きが最小となるためである。このズレを絞りずらしと呼ぶ。
【００１４】
この真の電流中心（最高分解能の状態；４ａ）と見かけ上の電流中心（試料像の動きが最小な状態；４ｂ）とのズレ（絞りずらし量）１４をアライメントコイル１２の電流量に換算した量で記憶部５１に記憶させ、試料観察時からアライメント調整時に切り替えるときにアライメントコイル１２の電流量を予め記憶した量だけずらし、試料観察時に切り替えるときに上記でずらした量だけ元に戻すことにより、アライメント調整にて試料像の動きが最小となるように調整することで真の電流中心に調整できるようになり、最高分解能が引き出せる状態で試料像観察を行うことができる（図２参照）。
【００１５】
また、偏向コイル９のところに新たにイメージシフトコイル１３を配置することにより、試料観察時とアライメント調整時を切り替えたときにアライメントコイル１２の電流をずらすことで生じる像移動を抑えることができる。イメージシフトコイル１３はイメージシフト制御電源３７より制御される。また、上下２つのコイルからなり、上下のコイルに流される電流の比は、イメージシフトコイル１３に電流を流したときにアライメントのズレが最小になるように調整されている。試料観察時とアライメント調整時を切り替えたときにアライメントコイル１２のアライメント量をずらすことによって生じる像移動がなくなるようにイメージシフトコイル１３の電流を調整して補正し、そのときのイメージシフト量を電流量に換算した量で、上記のアライメントのズレ量とセットで記憶部５１に記憶させる。これにより、従来と同様に試料観察時とアライメント調整時とで試料移動することなくアライメント調整が行え、試料像の動きを最小となるようにアライメント調整することで、最高分解能の状態に設定することができる。
【００１６】
さらに、上記のアライメントのズレ量とそのときのイメージシフト補正量を光学系条件（一次電子線４６の加速電圧や集束レンズ５，対物レンズ７のコイル電流など）ごとにテーブルのように記憶部５１に記憶させ、ある光学系の条件に設定されたときにその条件に対応するアライメントのズレ量やイメージシフト補正量を試料観察時とアライメント調整時の切り替え時に使用することで、光学系条件が変わっても最高分解能の状態にアライメントすることが容易にできる。
【００１７】
図３は本発明の別の実施例の概略断面図である。絞り板６は、一次電子線４に対し垂直な平面を移動可能であり、その移動量は絞り移動量制御部３２により制御される。
【００１８】
一次電子線４の対物レンズ７への斜め入射による絞りずらしは絞り板６を動かすことでも調整できる。アライメント調整時に像の移動が最小になるように調整した後、絞り板６を動かすことで最高分解能の状態にすることができる。この絞り板６の移動量を予め記憶部５１に記憶し、アライメント調整に切り替えたときに記憶している量だけ逆方向に移動させ、アライメント終了後試料観察に切り替えたとき記憶している量を戻す。これにより、アライメント調整にて試料像の動きが最小となるように調整することで最高分解能が引き出せる状態での試料像観察を行うことができる。
【００１９】
また、アライメントコイル１２にて実施する場合と同様に、偏向コイル９のところに新たにイメージシフトコイル１３を配置することにより、試料観察時とアライメント調整時を切り替えたときに絞り板６を移動させることで生じる像移動を抑えることができる。試料観察時とアライメント調整時を切り替えたときに絞り板６を移動させることによって生じる像移動がなくなるようにイメージシフトコイル１３の電流を調整して補正し、そのときのイメージシフト量を電流量に換算した量で、上記の絞り板６の移動量とセットで記憶部５１に記憶させる。これにより、従来と同様に試料観察時とアライメント調整時とで試料移動することなくアライメント調整が行え、試料像の動きを最小となるようにアライメント調整することで、最高分解能の状態に設定することができる。
【００２０】
さらに、上記の絞り板６の移動量とそのときのイメージシフト補正量を光学系条件（一次電子線４６の加速電圧や集束レンズ５，対物レンズ７のコイル電流など）ごとにテーブルのように記憶部５１に記憶させ、ある光学系の条件に設定されたときにその条件に対応する絞り板６の移動量やイメージシフト補正量を試料観察時とアライメント調整時の切り替え時に使用することで、光学系条件が変わっても最高分解能の状態にアライメントすることが容易にできる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、一次電子線が対物レンズに斜めに入射している場合でも対物レンズ電流を振動させた時の試料像の動きを最小になるようにアライメントを調整することで、その光学系条件での最高分解能状態のアライメントにすることが容易にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略断面図。
【図２】絞りずらしの状態を示す概略図。
【図３】本発明の別の実施例を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…陰極、２…第一陽極、３…第二陽極、４，４ａ，４ｂ…一次電子線、５…集束レンズ、６…絞り板、７…対物レンズ、８…試料、９…偏向コイル、１０…二次電子、１１…検出器、１２…アライメントコイル、１３…イメージシフトコイル、１４…絞りずらし量、２０…像表示装置、３０…高電圧制御電源、３１…集束レンズ制御電源、３２…絞り移動量制御部、３３…対物レンズ制御電源、
３４…偏向コイル制御電源、３５…増幅器、３６…アライメント制御電源、３７…イメージシフト制御電源、５０…制御ＣＰＵ、５１…記憶部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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