JPH053013A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料面を走査して２次元像を形成する装置、
例えばＥＰＭＡ，走査型電子顕微鏡等で凹凸試料を調べ
る場合、その凹凸に従って焦点合わせを行う。 【構成】 試料面の複数点で合焦検出を行い、その点の
焦点距離のデータを記憶しておき、試料面の各点の焦点
距離を上記データから補間計算により算出し、この算出
データにより焦点調節をしながら試料面の走査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＥＰＭＡとか走査型電子
顕微鏡のような試料面を走査して、試料面の２次元的な
分析結果を画像として表現する装置における自動焦点調
節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＰＭＡ等で試料面が電子光学系の光軸
と直交する平坦面である場合の電子光学系の自動焦点調
節機構に関しては既に色々な提案がなされている。しか
し、試料面が電子光学系の光軸に対して傾いている場合
とか、比較的緩やかな凹凸を有する場合、試料面の高さ
に追随して自動的に焦点調節をしながら、試料面を走査
できるような自動焦点調節機構は提案されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はＥＰＭＡ等で
試料面を走査しながら分析を行う場合において、試料面
の凹凸，傾斜に追随して自動的に焦点合わせを行いなが
ら走査を行うための自動焦点調節装置を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】試料面の指定された複数
点において焦点検出を行う手段と、同手段により検出さ
れた上記各点の焦点距離のデータをその位置のデータと
共に記憶する手段と、同じ試料面の分析時に、試料面走
査に従い試料面の各点の焦点距離のデータを上記記憶す
る手段内のデータから補間的に算出する手段と、この算
出された焦点距離データに基づいて焦点調節を行う手段
とにより、自動焦点調節装置を構成した。

【０００５】

【作用】試料面の凹凸が比較的ゆるやかな場合、試料面
の或る領域の分析結果を画像として表現するときの各画
素毎に焦点距離を測らなくても、複数点の焦点距離のデ
ータから補間計算によって焦点距離を求めることができ
る。従って同じ試料について、予め複数の点で焦点調節
を行い、それらの点の焦点距離のデータを記憶しておけ
ば、試料面の任意の点の焦点距離を算出することがで
き、その結果を用いれば、その点について焦点検出動作
を行わなくても焦点合わせをすることができる。焦点検
出動作は、電子光学系の焦点距離を変えてみて一番焦点
の合っている所を検出する動作であるから、これを試料
面の全部の画素について行っていると大へん時間がかゝ
り非能率である。本発明ではこのような焦点検出動作は
予め指定した複数の点だけで行っておけばよく、後は計
算だけで各画素毎の焦点調節ができるので、凹凸試料で
も全面的に焦点の合った分析結果を自動的に得ることが
できる。

【０００６】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図で１は電
子銃、２はコンデンサレンズ、３は対物レンズで４が試
料である。５はｘ，ｙ方向走査コイルで、適当な信号を
印加することにより、電子ビームを試料面の任意の位置
に照射させる。このとき走査コイルに印加する信号が試
料面上の位置のデータとなる。走査コイル５に鋸歯状に
変化する信号を与えることにより試料面を２次元的に走
査することができる。６は２次電子検出器で電子照射を
受けた試料面から放出される２次電子を検出する。２次
電子検出器６の出力はＣＲＴ７に送られて画像表示され
る。８は制御装置であって、電子ビームによる試料面の
走査および２次電子検出器６の出力のＣＲＴによる画像
表示の制御を行うと共に電子ビームの焦点調節動作を行
う。制御装置８の焦点調節動作は準備動作と試料面の画
像表示の際の実際の焦点調節動作の二段階の動作よりな
っている。

【０００７】制御装置８の焦点調節の準備動作は次のよ
うに行われる。観察対象の試料を分析装置にセットし、
分析領域に複数の焦点確認のための点を指定する。これ
は分析装置を操作する者が手動的に指定することも、制
御装置に自動的に指定させることもできる。自動的に指
定させる場合、分析領域の方形の４隅の座標と、分割数
を制御装置に入力すると、制御装置が４隅の座標から、
分析領域の横辺および縦辺を分割数で等分した基盤目の
交点座標を算出し、これを焦点確認点とするプログラム
を予め制御装置８に備えておけばよい。制御装置は指定
された確認点に順次電子ビームを照射させ、各確認点毎
に対物レンズ３の焦点距離を変えながら、その確認点を
通る一本のｘ方向走査線に沿って適当距離（これは両側
夫々に隣の確認点までの中間辺たりまででよい）範囲を
走査し、一走査毎の２次電子検出器６の出力を取込み、
データ処理を行う。この一走査における２次電子検出器
６の出力はこの走査範囲の試料面の一走査線に沿う映像
信号で、対物レンズ３の焦点距離を変えると図２に示す
ように変化する。映像信号のデータ処理によって、映像
信号中の高周波成分が最も多い対物レンズ焦点距離を索
出すれば、これが一つの確認点における焦点距離のデー
タとなる。このようにして指定された確認点全部につい
て焦点距離のデータを求め、これを確認点の座標データ
と共にメモリ９に格納する。これが焦点調節の準備動作
である。

【０００８】準備動作が終ると、制御装置８は実際の試
料面観察動作を行い、これと共に焦点調節動作を行う。
焦点調節動作は電子ビームで試料面を走査すると共に、
電子ビームが試料面の一つの画素点を通過中に次の画素
点の座標を決め、その座標データを、焦点距離の補間演
算における座標値として、次の画素点における対物レン
ズの焦点距離を算出し、電子ビームがその画素点を照射
するとき、対物レンズの焦点距離を上記算出された焦点
距離に合わせる動作である。

【０００９】補間演算は、焦点距離を算出しようとする
画素点を囲む４個の確認点の座標とそれらの点の焦点距
離データとから、試料面をこれら４個の確認点を含む２
次曲面で近似して、目的とする画素点の焦点距離を算出
するものである。もっとも、この補間演算自体は任意で
あり、また第７段落の準備動作における焦点距離検出の
ための合焦検出方法も任意である。

【００１０】

【発明の効果】電子ビームはきわめて細く、従って焦点
深度が深いから顕微鏡的スケールの凹凸に対しては充分
焦点が合って立体感の秀れた画像を得ることができる
が、試料が傾いているとか大きなスケールの凹凸がある
場合は全面的に焦点深度の中に納めることは困難であ
る。しかし本発明によれば、そのような場合でも観察領
域の全域にわたり、合焦状態が得られ、鮮鋭な画像を得
ることができる。また事前に焦点調節のデータを求めて
おくので、試料観察時に各画素点毎に合焦検出を行うよ
り焦点調節動作が簡単で試料面走査の所要時間も長くな
らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例分析装置の構成を示すブロ
ック図

【図２】 映像信号の焦点距離による変化を示すグラフ

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ コンデンサレンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 走査コイル ６ ２次電子検出器 ７ ＣＲＴ ８ 制御装置 ９ メモリ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料面を荷電粒子ビームで走査する型の試料分析装置に
   おいて、試料面の指定された複数の点において焦点検出
   を行う手段と、同手段により検出された上記各点の焦点
   距離を記憶しておく手段と、同じ試料面の分析時に、試
   料面走査に従い試料面の各点の焦点距離のデータを上記
   記憶する手段内のデータから補間的に算出する手段と、
   この算出されたデータに基づいて焦点調節を行う手段と
   よりなる自動焦点調節装置。