JP2005327676A - 半導体検出装置および電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易にコントラストの調整およびオフセット成分の補正を行える半導体検出装置および電子顕微鏡を実現すること。
【解決手段】 半導体検出部１７で検出される電子線のアナログ情報を、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタル情報とし、表示部の定格入力電圧がオーバーしたのを検知して、デジタル情報をオフセット情報としてラッチし、このラッチ情報を逐次差分して検出電子線強度の試料上の位置による変化分を抽出し画像情報のみとしたものをＤ／Ａ変換器３６でアナログ情報として出力し、表示部に出力することとしているので、簡易にオフセット情報を除去することができると同時に、Ｄ／Ａ変換器３６のビット数をＡ／Ｄ変換器３４より少なくすることにより、画像情報のコントラストを高いものとすることを実現させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子線検出信号に含まれるオフセット情報を除去する半導体検出装置およびこれを用いた電子顕微鏡に関する。

近年、走査型電子顕微鏡の普及に伴い、さらなる操作性の向上が求められている。この走査型電子顕微鏡では、電子線を試料表面に照射し、この試料表面からの電子線を検出し、試料表面の形状および組成物質が、画像情報として描出される。また、この走査型電子顕微鏡では、検出器部分にＸ線検出器を取り付けての元素分析あるいは電子線回折等も行われる。

これらの描出では、描出ごとに試料表面に照射される電子線の照射電流が大きく異なり、検出される信号の絶対的な大きさであるオフセット成分が大きく異なる。例えば、電子線の照射電流は、概ね１０^−１１Ａから１０^−６Ａ程度の変化を行い、これらに比例して検出信号のオフセット成分も変化する。

また、描出の際に抽出されるのは、これら検出信号の変化情報であり、この変化情報は、オフセット成分と比較して小さなものとなる。例えば、反射電子を検出し、試料表面の描出を行う場合には、検出信号の数パーセントに必要とされる変化情報が含まれ、残りの９０パーセントを越える部分がオフセット成分となる。

以上のことから、電子線を検出し所定の画像情報として出力する際には、中間的な増幅器と共に、オフセット成分を除去する回路が必要とされる。そして、これらはアナログ回路を用いて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６―６８８３０号公報、（第１頁、図３）

しかしながら、上記背景技術によれば、コントラストの調整およびオフセット成分の補正は、煩わしいものである。すなわち、オフセット成分の変化は、桁違いの大きさのものとなる一方で、必要とされる変化情報は、オフセット成分の１０パーセントにも満たないものであり、的確な変化情報の抽出には、コントラストを付けるための増幅度およびオフセット成分の両方を同時に勘案し、各々の調整を行う必要がある。

特に、電子線の検出に半導体素子を用いた走査型電子顕微鏡では、電子線発生量とコントラストの直線性が必要である為、半導体素子と増幅器とは直流結合されるので、オフセット成分には半導体素子の温度特性も含まれる。また、走査型電子顕微鏡の増幅器には、周波数応答の高いものが要求される一方で、周波数応答の良い増幅器は温度特性が悪い、言い換えれば大きな温度依存性を有するものとなる。従って、的確な変化情報の抽出には、照射電流の変化による増幅度およびオフセット成分の調整に加えさらに温度変化の効果をも考慮する必要が生じる。

これらのことから、簡易にコントラストの調整およびオフセット成分の補正を行える半導体検出装置および電子顕微鏡をいかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、簡易にオフセット成分の補正を行える半導体検出装置および電子顕微鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる半導体検出装置は、電子線を電気的なアナログ信号として検出する半導体検出部と、前記アナログ信号を逐次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタル信号を設定されるタイミングで収集し、前記アナログ信号のオフセット情報とする取得手段と、前記オフセット情報に基づいて、前記タイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去する除去手段を備えることを特徴とする。

この請求項１に記載の発明では、半導体検出部により、電子線を電気的なアナログ信号として検出し、Ａ／Ｄ変換部により、アナログ信号を逐次デジタル信号に変換し、取得手段により、デジタル信号を設定されるタイミングで収集し、アナログ信号のオフセット情報とし、このオフセット情報に基づいて、除去手段により、このタイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去する。

また、請求項２に記載の発明にかかる半導体検出装置は、前記取得手段が、前記オフセット情報として、１つのタイミングで収集される前記デジタル信号の瞬時値を用いることを特徴とする。

この請求項２に記載の発明では、取得手段は、オフセット情報として、１つのタイミングで収集されるデジタル信号の瞬時値を用いる。
また、請求項３に記載の発明にかかる半導体検出装置は、前記取得手段が、前記オフセット情報として、連続する複数の前記タイミングで収集される前記複数のデジタル信号の平均値を用いることを特徴とする。

この請求項３に記載の発明では、取得手段は、オフセット情報として、連続する複数のタイミングで収集される複数のデジタル信号の平均値を用いる。
また、請求項４に記載の発明にかかる半導体検出装置は、前記除去手段が、前記瞬時値あるいは前記平均値を、前記デジタル信号から減算する減算手段を備えることを特徴とする。

この請求項４に記載の発明では、除去手段は、瞬時値あるいは平均値を、減算手段により、デジタル信号から減算する。
また、請求項５に記載の発明にかかる半導体検出装置は、さらに前記除去された除去デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部を有し、前記Ｄ／Ａ変換部は、前記Ａ／Ｄ変換部で変換されるデジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数のデジタル入力を備えることを特徴とする。

この請求項５に記載の発明では、Ｄ／Ａ変換部は、デジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数を有する。
また、請求項６に記載の発明にかかる半導体検出装置は、前記除去手段が、前記除去デジタル信号を、前記ビット数から前記縮小ビット数に変換するビット縮小手段を備えることを特徴とする。

この請求項６に記載の発明では、除去手段は、ビット縮小手段により、デジタル信号のビット数を、縮小ビット数に変換する。
また、請求項７に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを加速および集束させつつ試料上に照射し、かつ前記照射の位置を前記試料上で２次元的に走査を行う走査手段と、前記照射により、前記試料から反射あるいは発生される電子線を検出する半導体検出装置と、前記走査に同期して前記検出の情報を入力し、前記試料の照射面の２次元的な情報を画像化して表示する表示手段と、を備える電子顕微鏡であって、前記半導体検出装置は、電子線を電気的なアナログ信号として検出する半導体検出部を有し、前記アナログ信号を逐次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有し、前記デジタル信号を設定されるタイミングで収集し、前記アナログ信号のオフセット情報を取得する取得手段を有し、前記オフセット情報に基づいて、前記タイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去する除去手段を有することを特徴とする。

この請求項７に記載の発明では、半導体検出装置は、半導体検出部により、電子線を電気的なアナログ信号として検出し、アナログ信号を逐次デジタル信号に変換し、取得手段により、このデジタル信号を設定されるタイミングで収集してアナログ信号のオフセット情報を取得し、このオフセット情報に基づいて、除去手段により、収集のタイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去する。

また、請求項８に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、さらに前記表示手段の入力信号と、前記表示手段の許容最大入力値とを比較する比較手段を有し、前記収集のタイミングを、前記比較で前記入力信号が前記許容最大入力値を越えるタイミングに設定することを特徴とする。

この請求項８に記載の発明では、比較手段の入力信号が許容最大入力値を越えるタイミングに設定する。
また、請求項９に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、前記取得手段が、前記オフセット情報として、１つの前記タイミングで収集される前記デジタル信号の瞬時値を用いることを特徴とする。

この請求項９に記載の発明では、取得手段は、オフセット情報として、１つのタイミングで収集されるデジタル信号の瞬時値を用いる。
また、請求項１０に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、前記取得手段が、前記オフセット情報として、連続する複数の前記タイミングで収集される前記複数のデジタル信号の平均値を用いることを特徴とする。

この請求項１０に記載の発明では、取得手段は、オフセット情報として、連続する複数のタイミングで収集される複数のデジタル信号の平均値を用いる。
また、請求項１１に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、前記除去手段が、前記瞬時値あるいは前記平均値を、前記デジタル信号から減算する減算手段を備えることを特徴とする。

この請求項１１に記載の発明では、除去手段は、瞬時値あるいは平均値を、デジタル信号から減算する。
また、請求項１２に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、前記半導体検出装置が、さらに前記除去された除去デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部を有し、前記Ｄ／Ａ変換部は、前記Ａ／Ｄ変換部で変換されるデジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数のデジタル入力を備えることを特徴とする。

この請求項１２に記載の発明では、Ｄ／Ａ変換部は、デジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数を備える。
また、請求項１３に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、前記除去手段が、前記除去デジタル信号を、前記ビット数から前記縮小ビット数に変換するビット縮小手段を備えることを特徴とする。

この請求項１３に記載の発明では、除去手段は、ビット縮小手段により、除去デジタル信号を、ビット数から縮小ビット数に変換する。

以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、半導体検出部により、電子線を電気的なアナログ信号として検出し、Ａ／Ｄ変換部により、アナログ信号を逐次デジタル信号に変換し、取得手段により、デジタル信号を設定されるタイミングで収集し、アナログ信号のオフセット情報とし、このオフセット情報に基づいて、除去手段により、このタイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去することとしているので、アナログ信号に含まれるオフセット情報を、予め好適なタイミングでデジタル情報として収集および保存し、その後、このオフセット情報が除去されたデジタル情報を出力し、オフセット情報の収集、保存および除去をデジタル的に簡便に行い、調整時間の短縮等により操作性の向上を計ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、取得手段は、オフセット情報として、１つのタイミングで収集されるデジタル信号の瞬時値を用いることとしているので、正確なタイミングで持ってオフセット情報の収集を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、取得手段は、オフセット情報として、連続する複数のタイミングで収集される複数のデジタル信号の平均値を用いることとしているので、瞬時的なノイズに影響されない安定した値をオフセット情報とすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、除去手段は、瞬時値あるいは平均値を、減算手段により、デジタル信号から減算することとしているので、オフセット情報をデジタル信号から除去することができる。

請求項５に記載の発明によれば、Ｄ／Ａ変換部は、オフセット情報が除去されたアナログ情報を出力し、またデジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数を有することとしているので、オフセット情報が除去されたアナログ信号のコントラストを高いものとすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、除去手段は、ビット縮小手段により、デジタル信号のビット数を、縮小ビット数に変換することとしているので、デジタル信号をＤ／Ａ変換部の入力に適した縮小ビット数とすることができる。

請求項７に記載の発明によれば、半導体検出装置は、半導体検出部により、電子線を電気的なアナログ信号として検出し、Ａ／Ｄ変換部により、アナログ信号を逐次デジタル信号に変換し、取得手段により、このデジタル信号を設定されるタイミングで収集してアナログ信号のオフセット情報を取得し、このオフセット情報に基づいて、除去手段により、収集のタイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去することとしているので、アナログ信号に含まれるオフセット情報を、予め好適なタイミングでデジタル情報として収集および保存し、その後、このオフセット情報が除去されたデジタル情報を出力し、オフセット情報の収集、保存および除去をデジタル的に簡便に行い、調整時間の短縮等により操作性の向上を計ることができる。

請求項８に記載の発明によれば、設定手段は、比較手段の入力信号が許容最大入力値を越えるタイミングに設定することとしているので、表示手段の入力が許容最大入力値を越える時点に収集のタイミングを設定することができる。

請求項９に記載の発明によれば、取得手段は、オフセット情報として、１つのタイミングで収集されるデジタル信号の瞬時値を用いることとしているので、正確なタイミングで持ってオフセット情報の収集を行うことができる。

請求項１０に記載の発明によれば、取得手段は、オフセット情報として、連続する複数のタイミングで収集される複数のデジタル信号の平均値を用いることとしているので、瞬時的なノイズに影響されない安定した値をオフセット情報とすることができる。

請求項１１に記載の発明によれば、除去手段は、瞬時値あるいは平均値を、デジタル信号から減算することとしているので、オフセット情報をデジタル信号から除去することができる。

請求項１２に記載の発明によれば、Ｄ／Ａ変換部のデジタル入力は、デジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数を備えることとしているので、オフセット情報が除去されたアナログ信号のコントラストを高いものとすることができる。

請求項１３に記載の発明によれば、除去手段は、ビット縮小手段により、デジタル信号のビット数を縮小ビット数に変換することとしているので、デジタル信号をＤ／Ａ変換部の入力に適した縮小ビット数とすることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体検出装置およびこれを用いた電子顕微鏡を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる電子顕微鏡１０の全体構成について、図２を用いて説明する。図２は、電子顕微鏡１０の全体構成を示すブロック図である。電子顕微鏡１０は、電子銃１１、集束レンズ１２、偏向コイル１３、対物レンズ１４、試料１５、駆動回路２２〜２４、半導体検出装置１６、表示部１９および制御部２５を含む。

電子銃１１は、加熱されたフィラメントから放出される電子を陽極と電子銃間にかかる電圧で加速し、試料１５に照射する電子ビーム１を生成する。集束レンズ１２および対物レンズ１４は、拡がりを持って電子銃１１から射出される電子ビーム１を集束させるコイルで、対物レンズ１４と併せて図２の電子ビーム１上の、例えば試料１５上に焦点位置を有する。

偏向コイル１３は、電子ビーム１を試料１５表面上の垂直および水平方向に２次元的に走査する偏向磁場を形成する。ここで、この偏向磁場は、試料１５上の電子ビーム１が照射される位置を、垂直および水平方向に移動させる。偏向コイル１３は、この２次元的な移動を、磁場方向が直交する２つのコイルを用いて行う。また、駆動回路２２〜２４は、集束レンズ１２、偏向コイル１３および対物レンズ１４の各コイルに磁場を発生させる駆動電流を発生する。

半導体検出装置１６は、半導体検出部１７およびオフセット補正手段１８よりなり、試料１５に照射された電子ビーム１により試料１５の表面から射出される電子線を検出する。この電子線には、電子ビーム１が試料表面で反射された反射電子、電子ビーム１が試料表面の物質と相互作用しこの物質から発生される２次電子および試料表面で発生されるオージェ電子が存在する。

これらの電子線は、検査目的により異なるものが用いられる。例えば、試料１５の表面形状を観察する場合には２次電子が用いられ、試料１５の組成物質の差を観察する場合には反射電子が用いられる。２次電子を測定する場合は、２次電子のエネルギーは極めて小さい為、半導体検出部１７の半導体素子に正のバイアス電圧を印加し電子を加速する。そして、オペレータは、検査ごとに適宜最適な動作モードを選択して用いる。

表示部１９は、半導体検出装置１６で検出された電子線のアナログ情報に基づいて、電子ビーム１による試料１５表面の走査に同期した画像情報を、ＣＲＴあるいはＬＣＤ等に表示する。ここで、このアナログ情報は、検出された電子線の走査位置ごとの変化分に比例した画像情報と、走査位置ごとに変化しないオフセット情報を含む。そして、この画像情報部分のみが表示部１９に表示される。なお、画像情報は、概ねアナログ情報の１０％程度を下回るものであり、また、オフセット情報は、電子ビーム１の照射電流に概ね比例して変化し、検査目的に応じて照射電流が１０^−１１〜１０^−５程度変化するので、同程度のオフセット情報の値の変化が生じる。このオフセット電圧を除去し変化分のみを抽出する。

制御部２５は、電子銃１１、集束レンズ１２、偏向コイル１３、対物レンズ１４、半導体検出装置１６および表示部１９を制御し、試料１５の描画を円滑に行う。なお、電子ビーム１の走行方向に並ぶ電子銃１１、集束レンズ１２、偏向コイル１３、対物レンズ１４、半導体検出装置１６の検出部分は真空装置内に配設される。そして、電子顕微鏡１０は、真空状態で電子ビーム１を照射することにより、真空装置内の残留ガスによる電子の散乱を防止している。

図１は、半導体検出装置１６のの詳細な構成を示すブロック図である。半導体検出装置１６は、上述したように半導体検出部１７およびオフセット補正手段１８からなる。ここで、半導体検出部１７は、半導体素子３０、演算増幅器３１、抵抗３２、増幅器３３を含む。

半導体素子３０は、電子線を検出する場合には、ＰＩＮダイオードが用いられる。ＰＩＮダイオードは、高比抵抗素子を使用して、有感部である空乏層が厚くなる様にしたダイオードで、接合部とその近傍の有感層に入射した電子線は、電荷のキャリアを生成し、接合部に電流を流す。なお、この電流には、上述した画像情報およびオフセット情報が含まれ、画像情報はオフセット情報と比較して小さく、またオフセット情報は、検査目的に応じて大きく変化する。

演算増幅器３１は、半導体素子３０で発生される電流信号を、電圧信号に変換する。半導体素子３０で発生される電流をＩ_Ｓとすると、演算増幅器３１の入力端子は入力インピーダンス無限大、端子間電圧が零の性質を有するので、電流Ｉ_Ｓはすべて抵抗３２に流れ込み、結果として演算増幅器３１の出力端子には、Ｖ_Ｏ＝−Ｒ＊Ｉ_Ｓの電圧が出力される。また、出力インピーダンスは概ね演算増幅器３１の出力インピーダンスと一致し低いものとなる。

増幅器３３は、演算増幅器３１の出力を１００倍程度増幅する。なお、この増幅度は、オフセット補正手段１８が無い場合と比較して、１／２５６程度に小さくなっており、増幅器３３の負担が軽減されている。これは、後述するオフセット補正手段１８が、オフセット情報の除去とともに、画像情報部分の増幅機能、すなわち画像情報部分のコントラストを強める効果も合わせ持っていることによる。

オフセット補正手段１８は、Ａ／Ｄ（アナログ トゥ デジタル）変換器３４、ＤＢＬＲ（デジタル ベースライン レストアラ）３５、Ｄ／Ａ（デジタル トゥ アナログ）変換器３６、増幅器４０、ラッチトリガ発生回路３９およびゲイン設定手段３７を含み、さらにラッチトリガ発生回路３９は、比較器５０および許容最大入力値情報５１を含む。Ａ／Ｄ変換器３４は、１６ビットのＡ／Ｄ変換器で、増幅器３３のアナログ出力を、画像情報およびオフセット情報を含めてデジタル情報に変換する。ＤＢＬＲ３５は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル情報に含まれるオフセット情報を、ラッチトリガ発生回路３９からのラッチトリガパルスにより除去し、画像情報のみとする。また、ゲイン設定手段３７は、制御部２５からの指示により増幅器４０の増幅度を設定する。

図３は、ＤＢＬＲ３５の構成を示すブロック図である。ＤＢＬＲ３５は、取得手段４１および除去手段４４からなり、除去手段４４はさらに減算手段４２およびビット縮小手段４３を含む。取得手段４１は、ラッチトリガ発生回路３９からの指示により、Ａ／Ｄ変換器３４の出力バスライン上のデジタル情報をラッチする。ここで、ラッチトリガ発生回路３９は、表示部１９の許容最大入力電圧を越えた時にラッチトリガパルスを発生する。

減算手段４２は、Ａ／Ｄ変換器３４のデジタル情報から、取得手段４１にラッチされたデジタル情報を減算する。ここで、ラッチされたデジタル情報は、電子線のアナログ情報に含まれるオフセット情報であり、この減算により、アナログ情報に含まれる画像情報のみを取り出す。

ビット縮小手段４３は、減算された１６ビットのデジタル情報を、６〜８ビットのデジタル情報に縮小する。上述したように、デジタル情報は、オフセット情報が多くを占め、減算された除去デジタル情報すなわち画像情報は、情報量の小さなものとなる。ここで、画像情報の情報量としては、表示部１９の描出特性から６４階調、すなわち６ビット程度が必要とされるので、不要となる減算された１６ビットの画像情報の上位９〜１０ビットを除去し、６ビットを越えるビット数に縮小される。そして、縮小されたビット数の画像情報は、Ｄ／Ａ変換器３６に出力される。また、画像のコントラストが極めて小さい場合等、必要に応じてデータは上位へビットシフトしてから出力しても良い。

図１に戻り、Ｄ／Ａ変換器３６は、縮小されたビット数の画像情報をＤ／Ａ変換する。ここで、Ｄ／Ａ変換器３６の出力電圧は、表示部１９の設定される許容電圧範囲内に納められ、必要が有れば極性を反転して描画部へ出力される。なお、画像情報は、Ｄ／Ａ変換器３６に入力される際に総ビット数が縮小されるので、最下位桁の１ビット当たりの電圧変化は、Ａ／Ｄ変換器３４に入力されるアナログ情報の最下位桁の１ビット当たりの電圧変化よりも大きなものとなり、画像情報部分のビット数は同一ながら、コントラストが強いものとなる。ただし、Ａ／Ｄ変換器３４およびＤ／Ａ変換器３６の入出力電圧を決める参照電圧は、同一電圧とする。

つづいて、図４を用いて本実施の形態にかかる電子顕微鏡１０の動作を説明する。図４は、電子顕微鏡１０の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、試料１５の撮像条件を設定する（ステップＳ４０１）。ここでは、試料１５が生体物質である場合には水分除去等の試料作成および試料台への配設、電子ビーム１の走行系を真空状態とする排気、電子銃１１のフィラメントの加熱等の準備が行われ、撮像準備終了と同時に、オペレータは、加速電圧、増幅器４０の増幅度すなわち画像のコントラスト、照射電流、試料位置および倍率等の撮像条件を設定する。これにより、電子ビーム１の走査に同期した画像情報が、表示部１９に表示される。ここで、画像情報は、ラッチトリガ発生回路３９により、逐次表示部１９の入力レベルが許容最大入力値情報５１の値以内で適正かどうかの判定が行われる（ステップＳ４０２）。そして、適正でない場合には（ステップＳ４０２否定）、オフセット補正手段１８によりオフセット成分が除去され、ステップＳ４０２の判定を繰り返す。

他方、オペレータは、表示部１９の画像情報が適正かどうかを判定し（ステップＳ４０４）、適正でない場合には（ステップＳ４０４否定）、ステップＳ４０１に移行し撮像条件を新たに設定し、ステップＳ４０２、４０３を繰り返す。そして、ステップＳ４０２および４０３が共に適正である場合には（ステップＳ４０２および４０４肯定）、測定を行い（ステップＳ４０５）、本処理を終了する。

ここで、ステップＳ４０１の撮像条件の設定およびステップＳ４０４の画像情報が適切かどうかの判定について、図５の具体例を用いて説明する。図５は、半導体検出装置１６の動作を示す図である。図５（１）は、半導体検出部１７からの入力信号の時間変化を示す図である。図５（２）は、この入力信号に応じたトリガ信号の発生を示す図である。図５（３）は、この入力信号に応じた半導体検出装置１６の出力信号である。なお、図５（１）〜（３）は、共通の時間軸を横軸に有し、縦軸は信号電圧を現す。また、図５（４）は、図５（１）〜（３）の時間に後続する時間における半導体検出装置１６の出力信号である。

撮像条件の設定の結果として、表示部１９へ出力される電圧が表示部１９の定格電圧以内の場合、ラッチトリガパルスは発生しないので像は正常に表示される。この像を見て、オペレータがコントラストを増強したいと考えた場合は、照射電流を大きくする、増幅器４０の増幅度を大きくする、電子線の加速電圧を大きくする等のいずれかの設定条件を変更する。

この操作が過大で、増幅器４０の出力電圧が表示部１９の定格入力電圧をオーバーする場合（図５（１）ａの時点）、定格入力電圧より若干低く設定された許容最大入力値情報５１と比較器５０によって比較され、増幅器４０の出力電圧が許容最大入力値情報５１より大きい場合にラッチトリガパルスを発生する（図５（２）ａの時点）。そして、このラッチトリガパルスによって、その時点でＡ／Ｄ変換されたデジタル情報が取得手段４１にラッチされる。

ＤＢＬＲ３５の出力は常にＡ／Ｄ変換されたデジタル情報と取得手段４１の値の差分となるので、オフセット成分が除去される。オフセット成分が除去されたデジタル情報がＤ／Ａ変換器３６によって、相当するアナログ情報に変換され増幅器４０への入力され、増幅の後に出力される（図５（３）ａの時点）。なお、増幅器４０は、ゲイン設定手段３７により増幅度を変えることができる。

サンプリング時点のデータが、１画面走査する領域の最低値でない場合（図５（１）ｂの期間）、差分データは負の値となる。負の値の場合、Ａ／Ｄ変換器３４の出力値よりも大きな値となるように設計されているため、再びラッチトリガパルスが発生する。１画面走査する間に、Ａ／Ｄ変換値の最も小さい値がラッチされるまでラッチトリガパルスが出されることになる（図５（２）ｂの期間）。

また、ゲインが適正であれば１画面の走査が完了すると条件を変えない限りラッチトリガパルスが出力されないので通常の観察が行われる（図５（４））。
設定されたゲインが過大な場合、１画面の走査が終わってもラッチトリガパルスが発生し、表示部１９の画面上には白い線が表示される。オペレータは、表示部１９を見て画面上に水平な白い線が現れる場合、増幅度を下げて適切なコントラストとする。

上述してきたように、本実施の形態１では、オフセット補正手段２１は、Ｄ／Ａ変換器３６の出力に比較器５０を設け、許容最大入力値を越える画像情報が出力される際に、オフセット情報の収集を行い、電子線２のアナログ情報から減算することとしているので、アナログ情報に含まれるオフセット情報を収集するタイミングを、表示部１９の入力情報から自動的に判断し、オフセット情報の除去を行うことができる。

上述してきたように、本実施の形態１では、半導体検出部１７で検出される電子線のアナログ情報を、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタル情報とし、表示部の定格入力電圧がオーバーしたのを検知して、デジタル情報をオフセット情報としてラッチし、このラッチ情報を逐次差分して検出電子線強度の試料上の位置による変化分を抽出し画像情報のみとしたものをＤ／Ａ変換器３６でアナログ情報として出力し、表示部に出力することとしているので、簡易にオフセット情報を除去することができると同時に、Ｄ／Ａ変換器３６のビット数をＡ／Ｄ変換器３４より少なくすることにより、画像情報のコントラストを高いものとすることができる。

また、本実施の形態１では、取得手段４１は、制御部２５からのラッチ信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器３４の出力バスライン上のデジタル情報の瞬時値をラッチしオフセット情報とすることとしたが、連続する複数のタイミングでラッチを繰り返し、これら複数のデジタル情報の平均値をオフセット情報とすることもできる。この場合には、取得手段４１は、さらに複数のデジタル情報を記憶する記憶手段およびこれらデジタル情報の平均値を算出する算出手段を有する。この場合、平均値は白レベルと黒レベルの中間値となるため、その分オフセットして出力される。

また、本実施の形態１では、表示部１９は、アナログ信号入力であるとしたが、デジタル信号入力の表示部を用いる場合には、オフセット補正手段１８のＤ／Ａ変換器３６を省き、デジタル信号を直接表示部に入力することもできる。この場合、ラッチトリガパルスは、デジタル比較器によって発生されるかあるいは表示部からのトリガが用いられる。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１では、ラッチトリガ発生回路３９は、増幅器４０の出力と許容最大入力値情報５１との比較からラッチトリガパルスを自動的に生成する様にしたが、このラッチトリガパルスを制御部２５からの指示により生成することもできる。そこで本実施の形態２では、制御部２５からの指示に基づいて、ラッチトリガパルスを発する場合を示すことにする。

図５は、本実施の形態２にかかる半導体検出装置２０を示すブロック図である。半導体検出装置２０は、半導体検出部１７およびオフセット補正手段２１を有する。なお、電子顕微鏡１０のその他の構成は、図１および２に示すものと全く同様であるので詳しい説明を省略する。なお、図５では、図１と全く同様である半導体検出部１７の図示を省略した。

オフセット補正手段２１は、オフセット補正手段１８と同様のＡ／Ｄ変換器３４、ＤＢＬＲ３５、Ｄ／Ａ変換器３６、増幅器４０およびゲイン設定手段３７に加えて、新たなラッチトリガ発生回路６０を有する。このラッチトリガ発生回路６０は、ラッチトリガ発生回路３９に対応するものである。

ラッチトリガ発生回路６０は、制御部２５からの指示によりラッチトリガパルスを生成し、ＤＢＬＲ３５の取得手段４１に入力する。従って、例えば、オペレータにより制御部２５に入力される情報の１つとして、ラッチ信号を設定することにより、オペレータの好みのタイミングで、画像情報に含まれるオフセット成分を除去することができる。

上述してきたように、本実施の形態２では、ラッチトリガパルスを制御部２５からの指示により生成することとしているので、オペレータの好みのタイミングでオフセット成分の除去を確実に行うことができる。

半導体検出装置の構成を示すブロック図である。 電子顕微鏡の全体構成を示すブロック図である。 オフセット除去手段のＤＢＬＲ部分を示すブロック図である。 実施の形態１の電子顕微鏡の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１の半導体検出装置の動作を示す図である。 実施の形態２の半導体検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電子ビーム
２ 電子線
１０ 電子顕微鏡
１１ 電子銃
１２ 集束レンズ
１３ 偏向コイル
１４ 対物レンズ
１５ 試料
１６、２０ 半導体検出装置
１７ 半導体検出部
１８、２１ オフセット補正手段
１９ 表示部
２２ 駆動回路
２５ 制御部
３０ 半導体素子
３１ 演算増幅器
３２ 抵抗
３３、４０ 増幅器
３４ Ａ／Ｄ変換器
３６ Ｄ／Ａ変換器
３７ ゲイン設定手段
３９、６０ ラッチトリガ発生回路
４１ 取得手段
４２ 減算手段
４３ ビット縮小手段
４４ 除去手段
５０ 比較器
５１ 許容最大入力値情報

Claims (13)

1. 電子を電気的なアナログ信号として検出する半導体検出部と、
   前記アナログ信号を逐次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記デジタル信号を設定されるタイミングで収集し、前記アナログ信号のオフセット情報とする取得手段と、
   前記オフセット情報に基づいて、前記タイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去する除去手段を備えることを特徴とする半導体検出装置。
2. 前記取得手段は、前記オフセット情報として、１つのタイミングで収集される前記デジタル信号の瞬時値を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体検出装置。
3. 前記取得手段は、前記オフセット情報として、連続する複数のタイミングで収集される前記複数のデジタル信号の平均値を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体検出装置。
4. 前記除去手段は、前記瞬時値あるいは前記平均値を、前記デジタル信号から減算する減算手段を備えることを特徴とする請求項２あるいは３のいずれか１つに記載の半導体検出装置。
5. 前記半導体検出装置は、さらに前記除去された除去デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部を有し、前記Ｄ／Ａ変換部は、前記Ａ／Ｄ変換部で変換されるデジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数のデジタル入力を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体検出装置。
6. 前記除去手段は、前記除去デジタル信号を、前記ビット数から前記縮小ビット数に変換するビット縮小手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体検出装置。
7. 電子ビームを発生する電子銃と、
   前記電子ビームを加速および集束させつつ試料上に照射し、かつ前記照射の位置を前記試料上で２次元的に走査を行う走査手段と、
   前記照射により、前記試料から反射あるいは発生される電子線を検出する半導体検出装置と、
   前記走査に同期して前記検出の情報を入力し、前記試料の照射面の２次元的な情報を画像化して表示する表示手段と、
   を備える電子顕微鏡であって、
   前記半導体検出装置は、電子線を電気的なアナログ信号として検出する半導体検出部を有し、前記アナログ信号を逐次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有し、前記デジタル信号を設定されるタイミングで収集し、前記アナログ信号のオフセット情報を取得する取得手段を有し、前記オフセット情報に基づいて、前記タイミングに後続するデジタル信号からオフセット情報を除去する除去手段を有することを特徴とする電子顕微鏡。
8. 前記電子顕微鏡は、さらに前記表示手段の入力信号と、前記表示手段の許容最大入力値とを比較する比較手段を有し、前記収集のタイミングを、前記比較で前記入力信号が前記許容最大入力値を越えるタイミングに設定することを特徴とする請求項７に記載の電子顕微鏡。
9. 前記取得手段は、前記オフセット情報として、１つのタイミングで収集される前記デジタル信号の瞬時値を用いることを特徴とする請求項７ないし８のいずれか１つに記載の電子顕微鏡。
10. 前記取得手段は、前記オフセット情報として、連続する複数の前記タイミングで収集される前記複数のデジタル信号の平均値を用いることを特徴とする請求項７ないし８のいずれか１つに記載の電子顕微鏡。
11. 前記除去手段は、前記瞬時値あるいは前記平均値を、前記デジタル信号から減算する減算手段を備えることを特徴とする請求項９あるいは１０のいずれか１つに記載の電子顕微鏡。
12. 前記半導体検出装置は、さらに前記除去された除去デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部を有し、前記Ｄ／Ａ変換部は、前記Ａ／Ｄ変換部で変換されるデジタル信号のビット数より少ない縮小ビット数のデジタル入力を備えることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の電子顕微鏡。
13. 前記除去手段は、前記除去デジタル信号を、前記ビット数から前記縮小ビット数に変換するビット縮小手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の電子顕微鏡。

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