JP2787299B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は走査型電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、走査型電子顕微鏡等の装置は試料像信号のS/N
を上げるため0.5〜数秒／フレームのスロースキャンで
試料に荷電粒子を照射し、この荷電粒子線の走査に同期
して試料像を表示器（以降CRTと称する）に表示する方
式が多かった。しかしこの方式は長残光性のCRTを使用
しても明るい所では試料像を観察しづらく、またスキャ
ン速度が遅いため顕微鏡の倍率を変更する時等の操作性
が悪く、その改善が要求されていた。

最近では荷電粒子線を高速でスキャンして，試料から
得られる２次電子または反射電子等の試料像信号をデジ
タル変換してフレームメモリに取り込み、その取込まれ
た試料像信号を荷電粒子線のスキャンする速度とは同期
させず、通常のテレビ放送と同等のスキャン速度でCRT
に表示する装置が開発されている。このように改良され
た装置は、明るい所でも通常のテレビと同様に試料像を
観察することができ、また、画像処理装置内での積算機
能によりS/Nの向上がはかれるため、試料取込みのスキ
ャン速度を高速化する事によって操作性が向上すると共
に、一度画像処理装置内のフレームメモリに試料像を取
込んだ後は、荷電粒子線の照射を止めてもフレームメモ
リ内に蓄えられた試料像をCRTに表示し続けることが出
来る。

ここで言う画像処理装置の積算機能とは、試料像信号
を連続的に取込み、既に取込んである試料像と新たに取
込んだ試料像をメモリ内で積算して連続的に複数枚の試
料像を平均化して表示する方法であり積算回数を多くす
る事によって試料像の質を大幅に向上させることが出来
るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種の装置を使用して試料像を観察
する際、試料から得られる試料像信号のS/Nが悪い場
合、画像処理装置のフレームメモリの積算回数を増やす
ことが必要となる。ところが、この状態でステージを移
動させたり倍率を変更したりしてCRTの試料像が変化す
ると、積算回数が多いため、今迄観察していた試料像の
残像が消えず、著しく見にくくなるという欠点があっ
た。

また、試料像の変化がない場合、試料への荷電粒子照
射を停止しても、フレームメモリに記憶された試料像を
表示することが出来るにもかかわらずオペレータは通
常、静止像の状態で試料像観察をしているので、照明停
止への切換えを忘れてしまう事が多く、その結果、不要
に試料を汚したり損傷を与えてしまうと言う欠点もあっ
た。

本発明の目的は、試料像の変化時に試料像の残像効果
による乱れがなく且つ、試料像の静止時は不要な荷電粒
子の照射を停止する荷電粒子線装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決する為の手段〕

上記課題解決のために、本発明では荷電粒子光学系
（１、２、３、４、５、６、７）と検出部材（８、17）
と画像処理装置（18）と該画像処理装置（18）内のフレ
ームメモリに蓄えられた試料像を表示するCRT（19）と
ステージ（10）とを制御する制御装置（11、12、13、1
4、15、16、20、22）と、該制御装置に試料像の移動や
観察倍率の変更、及び画像回転等の指示を入力する入力
装置（21）と、を備えた荷電粒子装置において、 入力装置（21）に指示された試料像の移動、観察倍率
の変更、画像回転等による試料像の変化速度から画像処
理装置（18）の積算回数を演算する手段と、該演算手段
の出力を受けて画像処理装置（18）のフレームメモリの
積算回数を自動的に設定する手段とを有する画像処理装
置（18）のフレームメモリ積算回数設定手段と、試料像
の停止時、画像処理装置（18）のフレームメモリが予め
設定された積算回数又は積算回数の所定倍数に達したこ
とを検出する手段と該検出手段からの積算完了の出力を
受けて、その後試料移動、倍率変更、試料回転等の試料
像変化をともなう指示がくるまで、試料（９）への荷電
粒子照射を停止させる手段とを有する荷電粒子の照射制
限手段と、を具備したことを課題解決の手段とするもの
である。

〔作 用〕

オペレータが入力装置を操作すると、試料像の移動速
度、又はステージの移動速度等の試料像の変化速度に対
応して、制御装置の中央制御回路は試料像が変化してい
る間、残像により見にくくならない程度にフレームメモ
リの積算回数を減らし、試料像の変化が終了すると積算
回数を先に設定してあった値に戻す。

その結果、試料像信号のS/Nが悪い場合でも操作性を
そこなうことなく積算回数を多く設定することが出来る
のでより良い試料像が得られると共に、視界移動等の操
作を行なっても残像により試料像が見にくくなることは
ない。また試料像変化が終了すると積算回数が自動的に
元に復帰するので、必要なS/Nで試料を観察することが
出来る。

通常、人間の目は静止試料像に比較して動いている試
料像の方が像の劣化を感じにくい性質があるので、この
ように一時的に積算回数を変更しても殆ど試料像の劣化
を感じることはない。また、試料像変化の速度に対応し
てフレームメモリの積算回数を設定するので、低速の試
料像移動の場合は積算回数をあまり減らす事がなく、そ
の結果、試料像の劣化も少なく常に最適の試料像の観察
ができる。

また、試料像が停止した場合、所定回数の積算がなさ
れると自動的に試料への荷電粒子の照射が停止するので
試料が不要なダメージを受けることがなく、オペレータ
はこれらの操作をまったく意識する必要がない。

〔実施例〕

走査型電子顕微鏡を例にして第１図に本発明の実施例
を示す。

第１図に於いて（１）は電子銃、（２）、（４）は電
子ビーム制限用アパーチャ、（３）はブランカー、
（５）はＸ方向用偏向器、（６）はＹ方向用偏向器、
（７）は対物レンズ、（８）はディテクター、（９）は
観察試料、（10）はステージ、（11）は電子銃制御回
路、（12）はブランキング制御回路、（13）はXY走査信
号発生回路、（14）はＸ方向走査信号増幅回路、（15）
はＹ方向走査信号増幅回路、（16）は対物レンズ制御回
路、（17）は画像信号制御回路、（18）は画像処理装
置、（19）はCRT、（20）はステージ駆動回路、（21）
はステージ移動、観察倍率、ローテーション、チルト等
の入力装置、（22）は中央制御回路である。

電子銃（１）から射出され、アパーチャ（２）、
（４）を通り抜けた電子ビームは偏向器（５）、（６）
でＸ、Ｙ方向に偏向された後、対物レンズ（７）で収束
されて観察試料（９）に照射される。この時、観察試料
（９）から発生する２次電子あるいは反射電子はディテ
クタ（８）に入り電気信号に変換され、画像信号制御回
路（17）で所定のレベルまで増幅された後、画像処理装
置（18）に入りディジタル値に変換され、装置内のフレ
ームメモリに記録される。試料像信号が連続して入って
くる場合に画像処理装置（18）は、中央制御回路（22）
からの指示により過去に取込まれた複数回の試料像信号
を積算し平均化して画像処理装置（18）内のフレームメ
モリに記憶する。フレームメモリに記録された試料像デ
ータは、CRT（19）の同期速度に対応した速さで読み出
され、画像処理装置（18）内のD/Aコンバータでアナロ
グ信号に変換されてCRT（19）に送られ試料像として表
示される。一方、XY走査信号発生回路（13）は電子顕微
鏡のＸ、Ｙ方向偏向器（５）、（６）をドライブする走
査信号Ｘ、Ｙを発生しこれらの信号を、Ｘ方向走査信号
増幅回路（14）、Ｙ方向走査信号増幅回路（15）に送
る。走査信号Ｘ、Ｙは、増幅器（14）、（15）で、中央
制御回路（22）の指示により電子顕微鏡の観察倍率に応
じた振幅に増幅され、偏向器（５）、（６）に駆動す
る。この一連の動作により走査型電子顕微鏡を操作する
オペレータは、希望する倍率で試料像をCRT（19）で観
察することができる。

本発明の作用を、ステージを移動しながら試料上の必
要な位置を捜す場合を例にとってフローチャートで示す
と、第２図のようになる。以降、第１図、第２図に従っ
て本発明の説明をする。

オペレータが試料（９）上の観察したい位置を探す
為、入力装置（21）を操作すると（第２図のステップ10
1）、中央制御回路（22）は入力装置（21）からの視野
移動の方向と速さと観察倍率を読み込み（ステップ10
2）、それに応じたステージ移動速度を設定し（ステッ
プ103）、ステージ駆動回路（20）に信号を送ってステ
ージ（10）を移動する。また、同時に観察倍率と設定さ
れたステージ移動速度とから、CRT（19）での試料像の
移動、あるいは倍率変更にともなう試料像の拡大、縮小
やローテーションによる試料像の回転などの速度（Ｖ）
を計算し（ステップ104）、その速度に対して積算に拠
る残像効果の影響をあまり受けない適正な画像処理装置
（18）の積算回数（Nv）を決定する。もしその時、設定
されている積算回数（No）がさきに割出した積算回数
（Nv）よりも多ければ（No）＞（Nv）、試料像を変化さ
せている間だけ画像処理装置（18）の積算回数を計算か
ら割出した値（Nv）に変更する（ステップ105）。

試料像の変化が終了した時点で積算回数を予め設定さ
れていた値（No）に戻して積算を開始し（ステップ10
6）、取込んだ試料像の回数が積算値（No）、または（N
o）の何倍か（Ｋ×No）になった所で（ステップ107）、
ブランキング制御回路（12）にブランキング信号を送っ
て電子ビームの照射を停止させる（ステップ108）。こ
れは試料に不要なダメージを与えないようにする為で、
Ｋは１以上の適正な値に予め設定しておく。Ｋの値が小
さいとステージ停止直前の試料（９）の残像が残るし、
逆にＫの値が大きすぎると試料（９）への電子ビームの
照射量が増えてしまうことになるので、試料（９）のダ
メージの受け具合を配慮してＫの値を決定すると良い。

試料像の変化が終了した時点で残像の残っている画像
処理装置（18）内のフレームメモリを、一旦完全に消却
した後に改めて積算を開始するようにしても良く、その
場合にはＫは常に１で良い。

電子ビームの試料（９）への照射停止後、試料像の移
動指示が有った場合（ステップ110）、試料（９）への
照射を開始する（ステップ111）。

また試料観察を終了する時は終了スイッチをONにすれ
ばよい（ステップ109）。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、オペレータは試料像を
移動する度に、残像を考慮して画像処理装置の積算回数
の変更をする必要がなくなる。

また、大きな観察試料の特定の一部を探す場合のよう
な頻繁に試料を移動する場合においても、操作性が格段
に向上するのみならず、試料像の移動を考慮する必要が
なく、静止像で観察する時に最適なS/Nが得られるよう
に、画像処理装置の積算回数を設定することが出来る。

その結果、試料像の静止、変動にかかわらず、良質の
試料像を得ることが出来る。

さらに、荷電粒子線の連続照射でダメージを受けやす
い試料に対しても、不要な荷電粒子線の照射を制限する
ことにより、荷電粒子線照射の影響を最小限にすること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を電子顕微鏡に適用した一実施例のブロ
ック図、 第２図は本発明の作用を示すフローチャートである。 〔主要部分の符号の説明〕 12……ブランキング制御回路 17……画像信号制御回路 18……画像処理装置 19……CRT 20……ステージ駆動回路 21……入力装置 22……中央制御回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子線で観察試料を２次元的に走査す
   る荷電粒子光学系と、前記荷電粒子線の走査により前記
   試料から得られる情報を検出する検出部材と、該検出部
   材の出力値を蓄積するフレームメモリを有する画像処理
   装置と、該画像処理装置のフレームメモリに蓄えられた
   試料像を表示する表示器と、前記試料を載置しXY方向に
   移動可能なステージを有する試料移動装置と、前記荷電
   粒子光学系と前記検出部材と前記画像処理装置と前記試
   料移動装置とを制御する制御装置と、該制御装置に前記
   試料像の移動や、観察倍率の変更、画像回転等の指示を
   する入力装置とを備えた荷電粒子線装置において、 前記制御装置は、前記表示器に表示される試料像の変化
   に対応させて、前記画像処理装置のフレームメモリの積
   算回数を自動的に設定する手段と、前記試料への荷電粒
   子の照射を自動的に制御する手段とを有することを特徴
   とする荷電粒子線装置。
2. 【請求項２】前記画像処理装置のフレームメモリの積算
   回数設定手段は、前記入力装置に指示された前記試料像
   の変化の速度、又は前記ステージの移動速度から前記フ
   レームメモリの積算回数を自動的に設定する手段を有す
   ることを特徴とする請求項（１）記載の荷電粒子線装
   置。
3. 【請求項３】前記荷電粒子の照射制御手段は、前記試料
   像の停止時、前記フレームメモリが予め設定された積算
   回数又は該積算回数の所定倍数に達したことを検出する
   手段と、該検出手段よりの積算完了の出力を受けて前記
   試料への荷電粒子照射を停止させる手段と、前記入力装
   置からの試料像の移動指示により自動的に荷電粒子の照
   射を開始する手段と、を有することを特徴とする請求項
   （１）記載の荷電粒子線装置。