(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を１次元的又は２次元的に走査する走査コイルに周期的に変化する駆動電流を供給する荷電粒子線走査用電源装置において、
a)前記走査コイルに供給される駆動電流を検出してその電流波形を示す検出信号を出力する電流検出部と、
b)前記電流検出部による検出信号を所定のサンプリング時間間隔でデジタル値に変換するアナログデジタル変換部と、
c)前記駆動電流の１周期以上の期間中に前記アナログデジタル変換部により得られる前記デジタル値を監視して最大値及び最小値を検出する最大・最小検出部と、
d)前記最大・最小検出部で得られた最大値及び最小値に基づき、周期的に変化する前記駆動電流の振幅と直流的な変位とを算出する演算処理部と、
e)前記演算処理部により算出された振幅と直流的な変位を数値情報として表示する表示部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線走査用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線走査用電源装置であって、
前記走査コイルに供給される駆動電流の元となる周期的に変化する基準信号を生成する基準信号生成部をさらに備え、
前記最大・最小検出部は、前記基準信号生成部において生成される基準信号の周期又は周波数についての基準情報を取得し、最大値及び最小値を検出する時間範囲を前記基準情報に基づいて設定することを特徴とする荷電粒子線走査電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線やイオン線などの荷電粒子線を１次元的又は２次元的に走査するための荷電粒子線走査用電源装置に関し、さらに詳しくは、荷電粒子線の到達位置や到達範囲をユーザーが概略的に把握したり調整したりするために走査波形の情報が表示される表示機能を有する荷電粒子線走査用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小径に絞った電子線を互いに直交するＸ、Ｙの２次元方向に走査する電子線走査装置は、電子線描画装置（電子線露光装置）、電子線蒸着装置、走査型電子顕微鏡など様々な装置で使用されている。電子線走査装置において走査コイルに走査用の駆動電流を供給する電源装置では、通常、三角波、正弦波、或いは鋸波などの波形形状の交流電流を走査コイルに供給することで、電子線を偏向させる磁場を形成する（特許文献１など参照）。
こうした装置において走査コイルに供給する駆動電流の波形例を図５に示す。（ａ）は三角波、（ｂ）は正弦波、（ｃ）は三角波の立ち上がり及び立ち下がりの傾きを１周期内で可変とした波形の例である。
【０００３】
例えば小径に絞った電子線を試料に照射する走査電子顕微鏡では、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向の二つの走査コイルにそれぞれ供給される駆動電流の振幅によって試料上で電子線が走査される領域の大きさが決まり、該駆動電流のオフセット（ゼロからの直流的な変位）によって試料上で電子線が走査される領域の位置が決まる。蒸着材料から成るターゲットに電子線を照射して蒸着材料を気化させ、それを基板上に堆積させる電子線蒸着装置でも同様に、走査コイルに供給される駆動電流の振幅によってターゲット上で電子線が走査される領域の大きさが決まり、該駆動電流のオフセットによってターゲット上で電子線が走査される領域の位置が決まる。
【０００４】
そのため、電子線の照射時に走査コイルに供給されている駆動電流の振幅やオフセットが分かれば、試料上やターゲット上で電子線が走査されている領域の大きさや位置を概略的に把握することができる。こうした把握は、例えば装置が適切に動作しているかどうかを確認したり装置の大まかな調整を行ったりする際に便利である。そのため、走査コイルに供給されている駆動電流の波形をモニタし、そのモニタした信号波形の振幅とオフセットとを定量的に求め、それを表示する機能を有する電子線走査用電源装置が従来知られている。
【０００５】
図４は、こうした従来の電子線走査用電源装置において、駆動電流をモニタした信号波形の振幅及びオフセットを求める波形モニタ回路の概略構成図である。
図示しない電流センサ等により検出され電圧信号に変換された検出信号は、交流成分抽出部１０１と減算部１０２とに入力される。電流検出信号は例えば図５（ａ）に示したような三角波状の電圧信号である。交流成分抽出部１０１はこの検出信号のうち直流成分を遮断して交流成分のみを抽出する。その交流成分の出力は減算部１０２と平均化演算部１０３とに入力される。減算部１０２は電流検出信号から交流成分抽出部１０１の出力を差し引く演算を行う。電流検出信号の交流成分は両入力に共通するから、減算部１０２は電流検出信号の直流成分を出力する。図５（ａ）から分かるように、この直流成分は電流検出信号のオフセットに相当する。
【０００６】
平均化演算部１０３は例えば絶対値回路（全波整流回路）とフィルタ回路とから成り、電流検出信号の交流成分の波形を整流したうえで平均化し、その平均値から振幅を算出する。三角波であれば［平均値］×４、正弦波であれば［平均値］×π、の演算によって振幅が求まる。第１アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１０４は減算部１０２の出力をデジタル値に変換することでオフセット値を求め、第２アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１０５は平均化演算部１０３の出力をデジタル値に変換することで振幅値を求める。そして、表示部１０６はそれらオフセット値及び振幅値をそれぞれ所定の表示器に表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２９６３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来装置では次のような問題がある。
交流成分抽出部１０１には通常、所定のカットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタ回路が用いられ、駆動電流の周波数が低い場合にはカットオフ周波数を低くする必要がある。電子線蒸着装置等に使用される電子線走査装置では、走査コイルに供給する駆動電流の周波数を所定範囲で自由に設定可能であることが求められるが、装置の仕様によっては、その周波数の下限が１Hz以下である場合もある。このような低い周波数の交流成分を抽出するには、カットオフ周波数をそれよりもさらに低くする必要があるものの、実際上、そうした回路では交流成分と直流成分とを分離することができない。そのため、こうした低い周波数では駆動電流の振幅値及びオフセット値が求まらなくなり、それらの値を表示することができなくなる。
【０００９】
本発明はこうした課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、走査コイルに供給する駆動電流の周波数を幅広く、特に低い周波数まで変化させる必要がある場合であっても、その駆動電流の振幅値及びオフセット値を精度良く求めて表示することができる荷電粒子線走査用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明は、荷電粒子線を１次元的又は２次元的に走査する走査コイルに周期的に変化する駆動電流を供給する荷電粒子線走査用電源装置において、
a)前記走査コイルに供給される駆動電流を検出してその電流波形を示す検出信号を出力する電流検出部と、
b)前記電流検出部による検出信号を所定のサンプリング時間間隔でデジタル値に変換するアナログデジタル変換部と、
c)前記駆動電流の１周期以上の期間中に前記アナログデジタル変換部により得られる前記デジタル値を監視して最大値及び最小値を検出する最大・最小検出部と、
d)前記最大・最小検出部で得られた最大値及び最小値に基づき、周期的に変化する前記駆動電流の振幅と直流的な変位とを算出する演算処理部と、
e)前記演算処理部により算出された振幅と直流的な変位とを数値情報として表示する表示部と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る荷電粒子線走査用電源装置において、電流検出部は、実際に走査コイルに供給される駆動電流を検出し、その電流波形を示す検出信号を出力する。アナログデジタル変換部は、この検出信号を所定のサンプリング時間間隔でサンプリングし、各サンプルをデジタル値に変換する。電流波形の実際の最大値及び最小値にできるだけ近いデジタル値を取得するためには、サンプリング時間間隔が駆動電流の１周期の期間に比べて十分に短いことが望ましく、好ましくは１００以上のサンプルが得られるようにサンプリング時間間隔を定めるとよい。
【００１２】
最大・最小検出部は、駆動電流の１周期以上の期間中にアナログデジタル変換部により順次得られるデジタル値を監視し、その中で最大値と最小値とを検出する。駆動電流の周波数や周期が情報として与えられている場合には、その情報に基づいて、最大値及び最小値を検出するためにデジタル値を監視する期間を決めればよいが、そうした情報が与えられていない場合には、当該電源装置の仕様として定められている走査コイルに供給する駆動電流の周波数範囲に基づいて、少なくとも１周期以上の期間をカバーするようにデジタル値を監視する期間を決めればよい。それによって、実際には電流波形の極大又は極小でない値を最大値又は最小値と誤って判断してしまうことを回避することができる。
【００１３】
最大値及び最小値が得られたならば、演算処理部は、それら最大値及び最小値から駆動電流の振幅と直流的な変位（オフセット）を計算する。具体的には、上記最大値から最小値を差し引くことで、モニタした電流波形の振幅値を求めることができる。また、そうして求めた振幅値を２で除し、さらに最小値を加算することでオフセット値を求めることができる。そして、表示部は、こうして算出された振幅値とオフセット値とをそのまま、又は所定の規則に従って換算したうえで数値情報として表示しユーザーに提示する。
【００１４】
最大・最小検出部は連続的に又は所定時間毎に最大値及び最小値の検出を繰り返し、演算処理部は新たな最大値及び最小値が得られる毎に振幅値とオフセット値とを計算し直し、表示部はその再計算の結果を表示する。これによって、周囲環境の変化等によって、又は、人為的な操作や設定の変更等によって、走査コイルに供給される駆動電流が時間的に変動するときに、その変動に追従して振幅値やオフセット値の表示を更新することができる。
【００１５】
また本発明に係る荷電粒子線走査用電源装置では、
上記走査コイルに供給される駆動電流の元となる周期的に変化する基準信号を生成する基準信号生成部をさらに備え、
上記最大・最小検出部は、上記基準信号生成部において生成される基準信号の周期又は周波数についての基準情報を取得し、最大値及び最小値を検出する時間範囲を上記基準情報に基づいて設定する構成とするとよい。
【００１６】
この構成によれば、駆動電流の周波数が低く１周期の期間が長い場合であっても、そのときに走査コイルに供給される駆動電流の１周期以上の期間をカバーするようにデジタル値を監視する期間を確実に設定することができる。それによって、電流波形の極大及び極小を確実に見つけることができ、それによって振幅値及びオフセット値を正確に算出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る荷電粒子線走査用電源装置によれば、走査コイルに供給される駆動電流の周波数が例えば１Hz以下のような低い周波数であっても、その電流波形の振幅及びオフセットを示す数値情報を正確に求めてユーザーに提示することができる。それにより、本発明に係る荷電粒子線走査用電源装置を用いた走査電子顕微鏡や電子線蒸着装置では、試料上やターゲット上で電子線が走査される領域のサイズや位置をユーザーが把握し易くなり、例えば駆動電流の波形の元となる基準信号のパラメータ設定の変更等による走査位置の調整がより的確に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例である電子線走査用電源装置の全体構成図。
【図２】図１に示した本実施例の電子線走査用電源装置における波形情報取得部の構成図。
【図３】図２に示した波形情報取得部において振幅値及びオフセット値を算出する手順の説明図。
【図４】従来の電子線走査用電源装置において駆動電流の振幅値及びオフセット値を求める波形モニタ回路の概略構成図。
【図５】走査コイルに供給される駆動電流の一般的な波形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例である電子線走査用電源装置を、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例の電子線走査用電源装置の全体構成図、図２は本実施例の電子線走査用電源装置における波形情報取得部の構成図である。
【００２０】
図１において、基準信号生成部１は、図５に示したような例えば、三角波、正弦波、鋸波といった所定の波形形状である基準信号を生成する。この基準信号の波形が走査コイル１０に供給される駆動電流の電流波形の基準である。基準信号の波形形状（振幅、オフセットを含む）や周波数は、入力部８からユーザーが設定可能である。なお、本実施例の電子線走査用電源装置の仕様として、走査コイル１０に供給する駆動電流の周波数は１kHz〜０．０１Hzの範囲で可変であるものとする。
【００２１】
上記基準信号は比較演算部２の基準入力端に入力され、その比較演算部２の他方の入力端には電流センサ４による検出信号が増幅器５で増幅されて入力される。比較演算部２は両入力端に入力されている信号の誤差を求め、この誤差がゼロになるように基準信号を修正した信号を出力する。駆動部３はこの信号を電流増幅し、駆動電流として走査コイル１０に供給する。
【００２２】
電流センサ４は実際に走査コイル１０に供給される駆動電流をリアルタイムで検出し、その電流波形を示す検出信号を出力する。増幅器５で増幅された信号（電流波形）は比較演算部２にフィードバックされるだけでなく、波形情報取得部６にも入力される。波形情報取得部６は従来の装置において図４に示した波形モニタ回路に相当する機能ブロックであって、基準信号生成部１から受け取った最新の基準信号の周波数についての情報を利用して、入力された電流波形の振幅値及びオフセット値を算出する。
【００２３】
図２に示すように、波形情報取得部６は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）６１とマイクロコンピュータ（マイコン）６２とを含み、マイクロコンピュータ６２は、内蔵されたプログラムを実行することで具現化される機能ブロックとして、最大値検出部６３、最小値検出部６４、さらには本発明において演算処理部となる振幅計算部６５及びオフセット計算部６６、を備える。
【００２４】
図３は、この波形情報取得部６において振幅値及びオフセット値を算出する手順の説明図である。図２、図３を参照して、波形情報取得部６の動作を説明する。
【００２５】
いま、ここでは基準信号は図５（ａ）に示したような三角波であり、走査コイル１０に供給される駆動電流も同様の三角波であるとする（走査コイル１０のインピーダンス等のために駆動電流の波形は歪むこともあるが、ここではそうした歪みは無いものとする）。このとき、電流センサ４で検出された検出信号を増幅器５で増幅されることで得られた電流波形は、図３（ａ）に示すような三角波となる。アナログデジタル変換器６１は入力される電流波形を所定のサンプリング時間間隔Δｔでサンプリングし、サンプリング毎に得られたアナログのサンプル値を所定ビット数のデジタル値に変換する。図３（ｂ）はサンプリングによって得られたサンプルを示している。
【００２６】
ここでは、駆動電流の最大周波数が１kHzであることを考慮し、それよりも十分に高い周波数で電流波形をサンプリングするために、サンプリング周波数を１２８kHzとした。これにより、駆動電流の１周期の期間中に１２８個のサンプル、つまり１２８個のデジタル値が得られることが保証される。なお、駆動電流の１周期中のサンプル数はもっと少なくても構わないが、多くするほど電流波形の極大点、極小点又はそれに近い位置をサンプリングできる可能性が高くなるので、最大値及び最小値の精度が向上する。一般的に、高い精度で最大値及び最小値を求めるには、駆動電流の１周期中のサンプル数が１００個程度以上となるようにサンプリング周波数を決めることが望ましい。
【００２７】
最大値検出部６３及び最小値検出部６４は所定期間中に順次入力されるデジタル値を監視し、その期間中の最大値Ｄmax及び最小値Ｄminを検出する。ここで、最大値Ｄmax及び最小値Ｄminを検出する期間は、基準信号生成部１から得られる、その時点での基準信号の周波数に応じて設定される。本実施例では、基準信号の周波数から判明する周期の約２倍を最大値Ｄmax・最小値Ｄminの検出期間として設定している。したがって、基準信号や駆動電流の周波数に拘わらず、駆動電流の２周期分の個数のデジタル値から最大値Ｄmax及び最小値Ｄminを検出する。
【００２８】
例えば、基準信号（及び駆動電流）の周波数が１kHzであるとき、上述したように１周期分のサンプル数は１２８であるから、その２倍の２５６個のサンプルに対応するデジタル値から最大値Ｄmax及び最小値Ｄminを検出することになる。これによって、実際の信号波形の極大及び極小にきわめて近い値を最大値Ｄmax及び最小値Ｄminとして検出することができる。
【００２９】
電流波形の最大値Ｄmax及び最小値Ｄminが得られると、振幅計算部６５はそれらの値Ｄmax、Ｄminを用いて振幅値Ｐを計算する。具体的には、Ｐ＝Ｄmax−Ｄmin、の計算式により、振幅値Ｐを求めることができる。また、オフセット計算部６６は、先に計算された振幅値Ｐと最小値Ｄminとからオフセット値Ｑを計算する。具体的には、Ｑ＝（Ｐ／２）＋Ｄmin、の計算式により、オフセット値Ｑを求めることができる。
【００３０】
これによって、そのときに走査コイル１０に流れる駆動電流の振幅及びオフセットに対応した振幅値Ｐ及びオフセット値Ｑを求めることができる。表示部７は例えば、所定桁数の７セグメントＬＣＤ表示器と該表示器を点灯させる駆動部とを含み、波形情報取得部６で算出された振幅値Ｐ及びオフセット値Ｑを数値で表示する。なお、振幅値Ｐ及びオフセット値Ｑはあくまでも検出信号に基づく電流波形をアナログデジタル変換した値に基づくものであるから、駆動電流の振幅及びオフセットそのものの値ではない。そこで、表示部７では、それら数値情報に予め与えられている係数を乗じる等の換算を行うことによって、駆動電流の振幅及びオフセットを示す値を求め、この数値を７セグメントＬＣＤ表示器に表示するようにしてもよい。
【００３１】
マイクロコンピュータ６２は、所定時間間隔で上述した電流波形の最大値Ｄmax及び最小値Ｄminの検出とその結果に基づく振幅値Ｐ及びオフセット値Ｑの算出とを繰り返す。そして、新たな振幅値Ｐ及びオフセット値Ｑが得られたならば、表示部７は表示される数値を更新する。上記所定時間間隔は表示更新の所望の速度に応じて決めればよく、ユーザーが視認可能な速度を考慮すると、例えば１秒程度以上でよい。これにより、駆動電流の振幅やオフセットが時間的に変化している場合でも、その変化にほぼ追従して最新の振幅やオフセットをユーザーに知らせることができる。
【００３２】
例えば電子線走査装置では、周囲環境（温度や真空度など）等の変化によって走査コイル１０のインピーダンスが変化すると、それに伴い走査コイル１０に流れる駆動電流が変化する。また、ユーザーが意図的に駆動電流を変化させるように、入力部８にて基準信号の振幅等の設定値を変更することもある。こうした場合に、実際に走査コイル１０に供給されている最新の駆動電流の振幅及びオフセットが定量的に表示部７に表示されると、ユーザーはその変化をほぼリアルタイムで知ることができ、装置の状態の確認や調整の適否の判断に有用である。
【００３３】
なお、電子線等の荷電粒子線を互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に走査する場合には、通常、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに独立に走査コイルが設けられ、各走査コイルに対応して図１に示したような電子線走査用電源装置が使用される。その場合には、Ｘ軸、Ｙ軸方向のそれぞれについて、走査コイルに供給される駆動電流の振幅及びオフセットを示す数値が、それぞれの電子線走査用電源装置の表示部に表示される。
【００３４】
上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、又は追加を行っても、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
例えば上記実施例では、基準信号として三角波を用いる場合について述べたが、周期的な信号であれば他の波形形状でも同様である。
【符号の説明】
【００３５】
１…基準信号生成部
２…比較演算部
３…駆動部
４…電流センサ
５…増幅器
６…波形情報取得部
６１…アナログデジタル変換器
６２…マイクロコンピュータ
６３…最大値検出部
６４…最小値検出部
６５…振幅計算部
６６…オフセット計算部
７…表示部
８…入力部
１０…走査コイル
【図１】
0006387485.tif 000002
【図２】
0006387485.tif 000003
【図３】
0006387485.tif 000004
【図４】
0006387485.tif 000005
【図５】
0006387485.tif 000006