(57)【要約】【課題】  簡単な構造でもって、高電圧発生装置より発生するノイズ信号の荷電粒子線への影響を抑えることができる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】  第２のフィルターカラム６の最終段から取り出された信号（ノイズ信号）は増幅器３３，３４，３５に給される。高周波数帯域増幅器３３は、高周波数のノイズ信号のみを選択して増幅し、その増幅した信号を反転して高周波数用電極１８に供給する。中間周波数帯域増幅器３４は、中間周波数のノイズ信号のみを選択して増幅し、その増幅した信号を反転して中間周波数用電極１９に供給する。低周波数帯域増幅器３５は、低周波数のノイズ信号のみを選択して増幅し、その増幅した信号を反転して低周波数用電極２０に供給する。このため、直流高電圧に重畳された変動成分による電子線のエネルギーの広がりは、電極１８から２０において抑えられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタから射出された荷電粒子を加速手段で加速して試料に照射するようにした荷電粒子線装置において、
次の（ａ）〜（ｆ）の構成要素を有し、前記エミッタに高電位を与えるための高電圧発生装置と、
（ａ）コッククロフトウォルトン回路
（ｂ）低圧側に配置され前記コッククロフトウォルトン回路に電力を供給するための交流電源
（ｃ）前記コッククロフトウォルトン回路より発生した直流高電圧を平滑化するためのフィルターカラム
（ｄ）平滑化された直流高電圧を検出するための検出カラム
（ｅ）前記検出カラムによって検出された信号の直流成分が基準値に一致するように、前記交流電源よりコッククロフトウォルトン回路に供給される電力を制御するための回路
（ｆ）前記平滑化された直流高電圧に重畳される変動成分を表す信号を取り出すため、前記フィルターカラムに備えられた端子
前記エミッタと試料間の荷電粒子線通路に配置された電極と、
前記変動成分による荷電粒子線のエネルギーの広がりが抑えられるように、前記端子よりの信号に基づいて前記電極に電位を与えるための変動成分除去手段と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
エミッタから射出された荷電粒子を加速手段で加速して試料に照射するようにした荷電粒子線装置において、
次の（ａ）〜（ｅ）の構成要素を有し、前記エミッタに高電位を与えるための高電圧発生装置と、
（ａ）コッククロフトウォルトン回路
（ｂ）低圧側に配置され前記コッククロフトウォルトン回路に電力を供給するための交流電源
（ｃ）前記コッククロフトウォルトン回路より発生した直流高電圧を平滑化するためのフィルターカラム
（ｄ）平滑化された直流高電圧を検出するための検出カラム
（ｅ）前記検出カラムによって検出された信号の直流成分が基準値に一致するように、前記交流電源よりコッククロフトウォルトン回路に供給される電力を制御するための回路
前記エミッタと試料間の荷電粒子線通路に配置された電極と、
前記平滑化された直流高電圧に重畳される変動成分による荷電粒子線のエネルギーの広がりが抑えられるように、前記検出カラムによって検出された信号に基づいて前記電極に電位を与えるための変動成分除去手段と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
集束レンズが前記加速手段の後段に配置されており、前記電極は加速手段と集束レンズの間に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記変動成分除去手段は、前記直流高電圧に重畳された高周波数または中間周波数または低周波数の帯域の変動成分による荷電粒子線のエネルギーの広がりが抑えられるように、前記電極に電位を与えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記電極は、前記変動成分の周波数帯域に応じて複数設けられていることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
エネルギースペクトルメータを更に備えていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
エミッタから射出された荷電粒子を加速手段で加速して試料に照射するようにした荷電粒子線装置であって、
次の（ａ）〜（ｆ）の構成要素を有し、前記エミッタに高電位を与えるための高電圧発生装置と、
（ａ）コッククロフトウォルトン回路
（ｂ）低圧側に配置され前記コッククロフトウォルトン回路に電力を供給するための交流電源
（ｃ）前記コッククロフトウォルトン回路より発生した直流高電圧を平滑化するためのフィルターカラム
（ｄ）平滑化された直流高電圧を検出するための検出カラム
（ｅ）前記検出カラムによって検出された信号の直流成分が基準値に一致するように、前記交流電源よりコッククロフトウォルトン回路に供給される電力を制御するための回路
（ｆ）前記平滑化された直流高電圧に重畳される変動成分を表す信号を取り出すため、前記フィルターカラムに備えられた端子
前記エミッタと試料間の荷電粒子線通路に配置された電極と、
前記変動成分による荷電粒子線のエネルギーの広がりが抑えられるように、前記端子よりの信号に基づいて前記電極に電位を与えるための変動成分除去手段と、
エネルギースペクトルメータとを備えた荷電粒子線装置において、
前記エネルギースペクトルメータで得られるエネルギースペクトルを参照して、前記変動成分除去手段より前記電極に与えられる電位を調整するようにしたことを特徴とする荷電粒子線のエネルギー補正方法。
【請求項８】
エミッタから射出された荷電粒子を加速手段で加速して試料に照射するようにした荷電粒子線装置であって、
次の（ａ）〜（ｅ）の構成要素を有し、前記エミッタに高電位を与えるための高電圧発生装置と、
（ａ）コッククロフトウォルトン回路
（ｂ）低圧側に配置され前記コッククロフトウォルトン回路に電力を供給するための交流電源
（ｃ）前記コッククロフトウォルトン回路より発生した直流高電圧を平滑化するためのフィルターカラム
（ｄ）平滑化された直流高電圧を検出するための検出カラム
（ｅ）前記検出カラムによって検出された信号の直流成分が基準値に一致するように、前記交流電源よりコッククロフトウォルトン回路に供給される電力を制御するための回路
前記エミッタと試料間の荷電粒子線通路に配置された電極と、
前記平滑化された直流高電圧に重畳される変動成分による荷電粒子線のエネルギーの広がりが抑えられるように、前記検出カラムによって検出された信号に基づいて前記電極に電位を与えるための変動成分除去手段と、
エネルギースペクトルメータとを備えた荷電粒子線装置において、
前記エネルギースペクトルメータで得られるエネルギースペクトルを参照して、前記変動成分除去手段より前記電極に与えられる電位を調整するようにしたことを特徴とする荷電粒子線のエネルギー補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡や電子ビーム露光装置やイオンビーム加工装置などの荷電粒子線装置に関し、エミッタに高電位を与えるための高電圧発生装置を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡においては、電子エミッタを高電圧発生装置によって高電位に維持し、エミッタから射出された電子を加速管で加速して試料に照射するようにしている。その高電圧発生装置としては、コッククロフトウォルトン回路を備えた装置が広く用いられている。
さて、高電圧発生装置からエミッタに与えられる電位の安定性は、電子顕微鏡像の分解能を左右する重要な因子のうちの一つである。なぜなら、エミッタの電位が変動すると、エミッタから射出される電子のエネルギーが変動してしまい、その電子のエネルギー変動に伴って電子線のフォーカス状態が変わり、電子顕微鏡像にボケが生じるからである。すなわち、エミッタの電位が変動すると、エミッタからの電子線にエネルギーの広がり（揺らぎ）が生じ、電子顕微鏡像にボケが生じてしまう。
そこで、従来の電子顕微鏡における高電圧発生装置においては、高電圧発生装置より発生する変動成分（ノイズ信号）を除去するための回路が備えられている。たとえば、特許第３３１０５０４号公報（特許文献１）に記載されている高電圧発生装置は、直流高電圧に重畳される低周波数から高周波数の帯域の変動成分（ノイズ信号）を除去するために、それらの変動成分の信号を検出してフィルターカラムに負帰還する回路を備えている。なお、このフィルターカラムは、前記コッククロフトウォルトン回路より発生した直流高電圧を平滑化するためのものである。
【０００３】
【特許文献１】特許第３３１０５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記フィルターカラムは高圧側に配置されており、特許文献１においては、上述した負帰還回路を高圧内に組み込まなければならない。そのため、特許文献１の高電圧発生装置の構造は複雑になってしまい、また装置が大型化してしまう。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、簡単な構造でもって、高電圧発生装置より発生するノイズ信号の荷電粒子線への影響を抑えることができる荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の荷電粒子線装置は、エミッタから射出された荷電粒子を加速手段で加速して試料に照射するようにした荷電粒子線装置において、
次の（ａ）〜（ｆ）の構成要素を有し、前記エミッタに高電位を与えるための高電圧発生装置と、
（ａ）コッククロフトウォルトン回路
（ｂ）低圧側に配置され前記コッククロフトウォルトン回路に電力を供給するための交流電源
（ｃ）前記コッククロフトウォルトン回路より発生した直流高電圧を平滑化するためのフィルターカラム
（ｄ）平滑化された直流高電圧を検出するための検出カラム
（ｅ）前記検出カラムによって検出された信号の直流成分が基準値に一致するように、前記交流電源よりコッククロフトウォルトン回路に供給される電力を制御するための回路
（ｆ）前記平滑化された直流高電圧に重畳される変動成分を表す信号を取り出すため、前記フィルターカラムに備えられた端子
前記エミッタと試料間の荷電粒子線通路に配置された電極と、前記変動成分による荷電粒子線のエネルギーの広がりが抑えられるように、前記端子よりの信号に基づいて前記電極に電位を与えるための変動成分除去手段とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
したがって本発明によれば、簡単な構造でもって、高電圧発生装置より発生するノイズ信号の荷電粒子線への影響を抑えることができる荷電粒子線装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一例を示した図であり、本発明が適用された透過電子顕微鏡を示した図である。
【００１０】
図１において、１は交流電源（たとえば２０ｋＨｚ）であり、交流電源１よりの交流電圧は昇圧トランス２により昇圧される。昇圧トランス２より得られた電圧は、多段の整流素子とコンデンサより成るバランス型コッククロフトウォルトン回路（以下、ＣＣＷ回路と称す）３により昇圧整流される。
【００１１】
ＣＣＷ回路３より発生する高電圧は第１のフィルターカラム４により平滑化される。この第１のフィルターカラム４は、コンデンサと抵抗との並列接続ユニットを多段に直列接続して構成されている。
そして、第１のフィルターカラム４はウェネルト電極５を介して第２のフィルターカラム６に接続されており、第１のフィルターカラム４によって平滑化された出力は第２のフィルターカラム６により更に平滑化される。この第２のフィルターカラム６も、コンデンサと抵抗とを並列接続したユニットを多段に直列接続して構成されている。
第２のフィルターカラム６はバイアス抵抗７を介してフィラメント（エミッタ）８に接続されている。このバイアス抵抗７はエミッション電流制御用の抵抗である。また、フィラメント８はフィラメントパワー回路９を介してフィラメント回路１０に接続されており、回路９，１０はフィラメント加熱電流制御用の回路である。
さらに、フィラメント８は検出カラム１１に接続されている。この検出カラム１１はフィラメント８とアース間に与えられる高電圧を検出するためのものであり、抵抗とコンデンサの並列接続ユニットを多段に直列接続して構成されている。この検出カラム１１の最終段ユニットより、フィラメント８とアース間に与えられる高電圧を表す信号が取り出される。
１２は、フィラメント８とアース間に与えられる高電圧の基準となる信号を作成する参照電源である。参照電源１２よりの信号と前記検出カラム１１よりの信号の偏差を表す信号は、誤差増幅器１３に供給されている。誤差増幅器１３よりの出力信号は振幅調整器１４に供給されている。振幅調整器１４は、前記偏差が０になるように交流電源１から昇圧トランス２に供給される電圧の波高値を調整するための回路である。なお、前記誤差増幅器１３は、発振を防ぐため、入力される信号中の直流乃至低周波成分のみ増幅するように周波数特性が選択されている。
また、１５は加速管（加速手段）であり、加速管１５は前記ウェネルト電極５の後段に配置されている。この加速管１５は複数の加速電極を備えた多段加速管であり、前記フィルターカラム４よりの出力電圧が抵抗で分圧されて各加速電極に印加されている。１６は絶縁タンクであり、この絶縁タンク１６には、上述した構成要素２〜９と検出カラム１１と加速管１５が収納されている。
そして、絶縁タンク１６には鏡筒１７が接続されている。この鏡筒１７内の電子線通路には上から順に（加速管１５側から順に）、高周波数用電極１８、中間周波数用電極１９、低周波数用電極２０、集束レンズ２１，２２、対物レンズ２３、中間レンズ２４、投影レンズ２５および蛍光板２６の電子光学素子が配置されており、試料観察時には試料２７は集束レンズ２２と対物レンズ２３間に配置される。なお、前記各電極１８，１９，２０は、その中央に電子線通過孔を有する円盤状の電極である。
さらに、鏡筒１７の下部にはポストカラム型エネルギースペクトルメータ２８が取り付けられている。このエネルギースペクトルメータ２８は、電子をそのエネルギーに応じて分光するアナライザ２９と、その分光された電子をエネルギー別に検出する２次元アレイ検出器（ＭＣＰなど）３０とを備えており、２次元アレイ検出器３０の出力信号はスペクトル表示回路３１に供給される。スペクトル表示回路３１はその出力信号に基づいてエネルギースペクトルをモニタ３２画面上に表示させる。
また、前記第２のフィルターカラム６には端子Ｔ１が備えられている。この端子Ｔ１は、第２のフィルターカラム６の最終段から信号を取り出すためのものであり、直流高電圧に重畳された変動成分を表す信号（ノイズ信号）を取り出すためのものである。なお、直流高電圧に重畳された低周波数から高周波数帯域の変動成分を表す信号（ノイズ信号）を端子Ｔ１から取り出せるように、フィルターカラム６の各抵抗値と各コンデンサ容量は適切に選択されている。
端子Ｔ１は高周波数帯域増幅器３３と中間周波数帯域増幅器３４と低周波数帯域増幅器３５に接続されており、端子Ｔ１より取り出された直流高電圧に重畳された変動成分を表す信号（ノイズ信号）は増幅器３３，３４，３５に供給される。高周波数帯域増幅器３３は１ｋＨｚから４０ｋＨｚまでの高周波数の信号を選択的に増幅できるようになっている。中間周波数帯域増幅器３４は４０Ｈｚから１ｋＨｚまでの中間周波数の信号を選択的に増幅できるようになっている。低周波数帯域増幅器３５は０．０４Ｈｚから４０Ｈｚまでの低周波数の信号を選択的に増幅できるようになっている。また、それらの増幅器３３，３４，３５は、ゲインおよび極性を調整できる回路をそれぞれ有している。
そして、高周波数帯域増幅器３３の出力信号は前記高周波数用電極１８に、中間周波数帯域増幅器３４の出力信号は前記中間周波数用電極１９に、低周波数帯域増幅器３５の出力信号は前記低周波数用電極２０に供給されるように構成されている。なお、図１の例では、本発明の変動成分除去手段は、高周波数帯域増幅器３３と中間周波数帯域増幅器３４と低周波数帯域増幅器３５で構成されている。
以上、図１の装置構成を説明した。以下、動作説明を行う。
図１において、交流電源１より発生した交流電圧は振幅調整器１４を介して昇圧トランス２に供給される。その結果、昇圧トランス２より昇圧された電圧が発生し、この交流電圧はＣＣＷ回路３により昇圧整流されて出力される。この出力は第１のフィルターカラム４および第２のフィルターカラム６により平滑化される。両フィルターカラム４，６によって平滑化された高電圧はバイアス抵抗７を経てフィラメント８に印加され、また、加速管１５の各加速電極とウェネルト電極５には所定の電圧が印加される。
フィラメント８とアース間に印加される高電圧は検出カラム１１で検出される。検出カラム１１よりの検出信号と参照電源１２よりの信号との差信号は誤差増幅器１３に送られており、誤差増幅器１３の出力信号に基づいて交流電源１より昇圧トランス２に送られる電圧の振幅が振幅調整器１４で調整される。そのため、フィラメント８とアース間には参照電源１２の出力信号に対応した直流高電圧が印加されることになる。その結果、フィラメント８より放出される電子の加速電圧は参照電源１２により指示されたものとなる。こうしてフィラメント８より放出された電子は、加速管１５で加速されて高周波数用電極１８の電子線通過孔に入射する。
さて、図１の装置においては、低周波数（たとえば１Ｈｚから４０Ｈｚ）の変動成分（ノイズ信号）と、中間周波数（たとえば４０Ｈｚから１ｋＨｚ）の変動成分と、高周波数（たとえば１ｋＨｚから４０ｋＨｚ）の変動成分が、前記フィラメント８に印加される直流高電圧に重畳されているものとする。このため、フィラメント８からの電子線にエネルギーの広がり（揺らぎ）が生じており、高周波数用電極１８に入射する電子線のエネルギー分布の幅はかなり広くなっている。この状態のままでは、上述したように高分解能の透過電子顕微鏡像は得られない。
そこで図１の装置においては、第２のフィルターカラム６の最終段から取り出された信号、すなわち直流高電圧に重畳された低周波数から高周波数帯域の変動成分を表す信号（ノイズ信号）は高周波数帯域増幅器３３に供給されている。高周波数帯域増幅器３３は、そのノイズ信号のうち高周波数のノイズ信号のみを選択して増幅し、その増幅した信号を反転して高周波数用電極１８に供給する。すなわち、高電圧発生装置で発生した高周波数の変動電圧分が、逆位相状態で高周波数用電極１８に印加される。このため、電子線に存在する高周波数のノイズ成分は高周波数用電極１８でキャンセルされ、直流高電圧に重畳された高周波数変動成分による電子線のエネルギーの広がりは高周波数用電極１８において抑えられる。
また、第２のフィルターカラム６の最終段から取り出されたノイズ信号は中間周波数帯域増幅器３４にも供給されている。中間周波数帯域増幅器３４は、そのノイズ信号のうち中間周波数のノイズ信号のみを選択して増幅し、その増幅した信号を反転して中間周波数用電極１９に供給する。すなわち、中間周波数の変動電圧分が逆位相状態で中間周波数用電極１９に印加される。このため、電子線に存在する中間周波数のノイズ成分は中間周波数用電極１９でキャンセルされ、直流高電圧に重畳された中間周波数変動成分による電子線のエネルギーの広がりは中間周波数用電極１９において縮小される。
また、第２のフィルターカラム６の最終段から取り出されたノイズ信号は低周波数帯域増幅器３５にも供給されている。低周波数帯域増幅器３５は、そのノイズ信号のうち低周波数のノイズ信号のみを選択して増幅し、その増幅した信号を反転して低周波数用電極２０に供給する。すなわち、低周波数の変動電圧分が逆位相状態で低周波数用電極２０に印加される。このため、電子線に存在する低周波数のノイズ成分は低周波数用電極２０でキャンセルされ、直流高電圧に重畳された低周波数変動成分による電子線のエネルギーの広がりは低周波数用電極２０において縮小される。
こうしてノイズ成分が除去された電子線は、集束レンズ２１，２２で集束されて試料２７を照射する。そして、試料２７を透過した電子線は結像レンズ系（２３，２４，２５）によって結像拡大され、試料２７の透過電子顕微鏡像が蛍光板２６上に投影される。この透過電子顕微鏡像の分解能は極めて高い。その理由は上記から明らかなように、電子線に存在するノイズ成分が電極１８，１９，２０において除去され、電子線のエネルギーの広がりがそれらの電極１８，１９，２０において縮小されたためである。
なお、図１の装置にはエネルギースペクトルメータ２８が備えられている。このため、試料２７と蛍光板２６を電子線通路から退避させ、フィラメント８からの電子線をエネルギースペクトルメータ２８に導けば、フィラメント８で発生する電子線のエネルギースペクトルをモニタ３２に表示させることができる（図１のモニタ画面参照）。そして、そのエネルギースペクトルのエネルギー幅Ｗが最小となるように、高周波数帯域増幅器３３，中間周波数帯域増幅器３４，低周波数帯域増幅器３５のそれぞれのゲインを調整すれば、電子線に存在するノイズ成分を電極１８，１９，２０において確実に除去することができる。また、場合によっては、エネルギースペクトルのエネルギー幅Ｗが最小となるように、各増幅器３３，３４，３５の極性の調整が行われる。すなわち、上記とは異なり、増幅器（３３，３４，３５）で増幅された信号が反転されずに電極（１８，１９，２０）に供給される。
以上、図１の透過電子顕微鏡について説明した。この透過電子顕微鏡によれば、低圧側の電子線通路に電極（１８，１９，２０）を設け、前記ノイズ成分が除去されるようにその電極に電位を与えるようにしているため、従来のように負帰還回路を高圧内に設けなくて済み、簡単な構造でもって、高電圧発生装置より発生するノイズ信号の荷電粒子線への影響を抑えることができる。
また、図２は本発明の他の例を示した図であり、本発明が適用された透過電子顕微鏡を示した図である。図２の装置が図１の装置と異なるのは以下の点である。検出カラム１１が直流高電圧に重畳した変動成分を検出する。検出カラム１１からの出力信号が増幅器３３，３４，３５に供給される。この図２の装置においても、図１の装置と同様な効果を達成することができる。
また、上記例では、加速管１５の後段に周波数別に３つの電極（１８，１９，２０）を配置したが、加速管１５と集束レンズ２１間に１つだけ電極を配置し、増幅器３３，３４，３５の出力信号をその１つの電極に集中して供給するようにしても良い。また、加速管１５と集束レンズ２１間に電極を配置せず、増幅器３３，３４，３５の出力信号を加速管１５の最終電極（アース電極）に供給するようにしても良い。
また、上記例では、鏡筒下にエネルギースペクトルメータを取り付けるようにしたが、結像レンズ系（２３，２４，２５）にオメガフィルタを組み込んだインカラム型エネルギースペクトルメータを用いるようにしても良い。
【００１２】
また、本発明は透過電子顕微鏡に限定されるものではなく、高電圧発生装置を備えた走査電子顕微鏡や電子ビーム露光装置、またはイオンビーム装置などに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一例を示した図であり、透過電子顕微鏡を示した図である。
【図２】本発明の他の例を示した図である。
【符号の説明】
【００１４】
１…交流電源、２…昇圧トランス、３…ＣＣＷ回路、４…第１のフィルターカラム、５…ウェネルト電極、６…第２のフィルターカラム、７…バイアス抵抗、８…フィラメント、９…フィラメントパワー回路、１０…フィラメント回路、１１…検出カラム、１２…参照電源、１３…誤差増幅器、１４…振幅調整器、１５…加速管、１６…絶縁タンク、１７…鏡筒、１８…高周波数用電極、１９…中間周波数用電極、２０…低周波数用電極、２１，２２…集束レンズ、２３…対物レンズ、２４…中間レンズ、２５…投影レンズ、２６…蛍光板、２７…試料、２８…ポストカラム型エネルギースペクトルメータ、２９…アナライザ、３０…２次元アレイ検出器、３１…スペクトル表示回路、３２…モニタ、３３…高周波数帯域増幅器、３４…中間周波数帯域増幅器、３５…低周波数帯域増幅器、Ｔ１…端子
【図１】
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【図２】
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