JPH0234420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、走査電子顕微鏡の自動焦点合わせ方
法に関する。

走査電子顕微鏡における従来の自動焦点合わせ
方法は、１水平走査で得られる映像信号（第１図
のｂ）の変化分の加算値（第１図のVT₁〜VT₃）
に着目し、その加算値を最大にする（プローブ径
ａを最小にする）対物レンズ電流を求め、この電
流をジヤストフオーカスを与える対物レンズ電流
とするものである。

しかし、この方法による焦点合わせは、１水平
走査に限つてはジヤストフオーカスが得られる
が、２次元平面に対しての着目でないために、各
種の試料を対象とした場合必ずしも観察平面像が
ジヤストフオーカスとなつていなかつた。

本発明は、この問題に鑑みてなされたもので、
その目的は、観察平面像が確実にジヤストフオー
カスとなるような走査電子顕微鏡の自動焦点合わ
せ方法を提供することにある。

本発明方法は、観察面の特定領域をウインド
（window）指定し、そのウインド内の対象物が
バツクグランドから明瞭に区別できる状態即ち対
象物のエツジが明確にはつきりと判別できる状態
であるときをジヤストフオーカスとみなして、こ
のときの電流をジヤストフオーカスを与える対物
レンズ電流とするようにしたもので、更に詳しく
述べれば、観察面の特定領域をウインド指定して
おき、観察面の特定領域をウインド指定してお
き、対物レンズ電流値を一定の範囲内で変化さ
せ、各対物レンズ電流値毎に前記特定領域を２次
元的に走査して、各対物レンズ電流値に対応した
映像信号を求め、ベースラインレベルよりやや上
のスレツシヨルドレベルと該スレツシヨルドレベ
ルより上のスレツシヨルドレベルを用いて、該映
像信号を、前記２つのスレツシヨルドレベルで挟
まれた輝度を持つ映像信号を「１」とするような
２値信号に変換し、各対物レンズ電流の該２値信
号で与えられる２値像の「１」の部分の面積を相
互に比較して、該面積が最小となるような対物レ
ンズ電流値を求め、該対物レンズをジヤストフオ
ーカスを与える対物レンズ電流値とする 以下、本発明方法を詳細に説明する。

本発明方法は次のような方式を採用したもので
ある。

(1) ウインド中の映像信号を２つのスレツシヨル
ドレベルで切り、この２つのレベルに挾まれた
輝度をもつ映像信号を「１」に、それ以外の輝
度をもつ映像信号を「０」に弁別した２値信号
を得る。

尚、２つのスレツシヨルドレベルは観察面に
応じて変えられるところで、これらのスレツシ
ヨルドレベルの設定は一度行えばよく、その設
定は、例えば、映像信号波形をCRTにモニタ
できるようにしておき、この波形を観察しなが
ら以下のように手動により行う。即ち、下のレ
ベルのスレツシヨルドレベルはベースラインレ
ベルよりやや上のレベルに設定する。又、上の
スレツシヨルドレベルは、合焦点の程度を判定
するのに充分な信号量が得られるように、比較
的多数の映像信号波形がこのレベルを越えて存
在し、且つ上記の下のスレツシヨルドレベルか
らある程度離れるように設定する。

(2) ２値信号は一定間隔のクロツクによつてサン
プリングされ、このときの「１」の個数の総和
をΣAとして記憶装置等に貯えておく。

(3) ２値信号によつて与えられる２値像と映像信
号との対応は第２図のようになる。ぼやけた像
（第２図のイ）の映像信号はなだらかに変化し、
フオーカスが合つた像（第２図のロ）の映像信
号は、シヤープに変化する。

従つて、ぼやけた像の２値像のΣAは、フオ
ーカスが合つた像の２値像のΣAに比べて大き
な値をとる。

これを画面上の２値像として観察すると第３
図のようになる。

(4) ΣAを最小にするとき、即ち、２値信号で与
えられる２値像の「１」の部分の面積を最小と
するときの対物レンズ電流をジヤストフオーカ
スを与える電流とする。尚、対物レンズ電流値
を変化させる範囲は合焦点状態の近傍の比較的
狭い範囲に設定する。なぜなら、この範囲をあ
まり広げると、ある対物レンズ電流値では２つ
のスレツシヨルドレベルを横切つていた映像信
号波形の凸部が、の対物レンズ電流値では下の
スレツシヨルドレベルさえも横切らない映像信
号波形に変化してしまい、焦点が合わない方向
に対物レンズ電流値が変化したにもかかわら
ず、上記「１」の面積が減少する事態が生じる
からである。換言すれば、ある対物レンズ電流
値においてスレツシヨルドレベルを横切つてい
る映像信号波形の凸部の数と、他の対物レンズ
電流値においてスレツシヨルドレベルを横切つ
ていた映像信号波形の凸部の数とが略等しくな
るようにな範囲内に、対物レンズ電流値を変化
させる範囲を設定する必要がある。

第４図は本発明方法を実現するための自動焦点
合わせ装置の一実施例を示す構成図である。この
装置において、対物レンズ１０のレンズ電流は、
１観察画面走査ごとにステツプ状にスイープす
る。このようなステツプ状電流は、対物レンズ電
流値変化装置８０によつて発生する。対物レンズ
電流値変化装置８０はデイジタル信号で出力する
ので、DA変換器９０でアナログ信号に変換した
後の信号が対物レンズ１０に与えられる。ウイン
ド回路３０は観察面上の目的とする領域を特定す
るもので、その位置や大きさは外部より指定でき
るようになつている。ウインド回路３０には、ビ
ーム走査によつて試料（図示せず）より発生した
２次電子等（映像信号に相当する）を検出する検
出器２０の出力が与えられるが、ウインド回路３
０は特定の領域の信号のみを通過させて弁別器４
０に与える。弁別器４０は外部よりあらかじめ指
定した互いに異なる２つのスレツシヨルドレベル
（VH、VL、ただしVH＞VL）で入力信号の大き
さを判別し、入力信号を２値化する。即ち、第２
図に示すように、映像信号ＶがVH≧Ｖ≧VLの
ときは「１」、それ以外のときは「０」となる２
値信号（２値像）に変換する。総和測定器５０
は、この２値信号を一定周期のクロツクによつて
サンプリングし、サンプリング値が「１」であつ
たときの個数即ち総和ΣA（２値像の「１」の部分
の面積に対応）を求める。求められた総和ΣAは、
このときのレンズ電流値と関連させて記憶装置６
０に記憶しておく。

次のステツプでは対物レンズ電流値を少し変化
させた状態で上述と同様の動作を行い総和ΣAを
求める。

以下同様の動作を繰り返し、２次元走査（１観
察面走査）が完了するごとに最小値判定回路７０
で各走査ごとの総和ΣAの大小比較を行いΣAが最
小になつたときを検出し、このときの対物レンズ
電流値をジヤストフオーカス対物レンズ電流値と
して出力する。このようにして２次元平面に対し
てのジヤストフオーカスを与える対物レンズ電流
を得る。

尚、制御装置１００は各部に必要な制御信号を
発生するためのものである。

以上のように、本発明方法によれば、２次元平
面を走査して得られる２値信号を適宜に処理する
ことにより、２次元画像に対してジヤストフオー
カスを与えるレンズ電流を求め、これを対物レン
ズ電流として用いるため、正確な焦点合わせを行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点合わせの原理を説明す
るための、第２図及び第３図は本発明の自動焦点
合わせの方法の説明図、第４図は本発明方法を実
現する自動焦点合わせ装置の構成図である。 １０…対物レンズ、２０…検出器、３０…ウイ
ンド回路、４０…弁別器、５０…総和測定器、６
０…記憶装置、７０…最小値判定回路、８０…対
物レンズ電流値変化装置、９０…DA変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 観察面の特定領域をウインド指定しておき、
   対物レンズ電流値を一定の範囲内で変化させ、各
   対物レンズ電流値毎に前記特定領域を２次元的に
   走査して、各対物レンズ電流値に対応した映像信
   号を求め、ベースラインレベルよりやや上のスレ
   ツシヨルドレベルと該スレツシヨルドレベルより
   上のスレツシヨルドレベルを用いて、該映像信号
   を、前記２つのスレツシヨルドレベルで挟まれた
   輝度を持つ映像信号を「１」とするような２値信
   号に変換し、各対物レンズ電流の該２値信号で与
   えられる２値像の「１」の部分の面積を相互に比
   較して、該面積が最小となるような対物レンズ電
   流値を求め、該対物レンズ電流値をジヤストフオ
   ーカスを与える対物レンズ電流値とすることを特
   徴とする走査電子顕微鏡の自動焦点合わせ方法。