JPH07130321A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】画面が見易く、かつ視野選択や焦点合わせなど
における操作性のよい電子顕微鏡を提供すること。 【構成】広い視野と狭い視野の画像を同時に表示する異
種倍率像同時表示機能を備えた電子顕微鏡において、広
い視野の像は視野移動か倍率切替えで視野が変わるとき
のみ走査領域を走査し画像メモリに画像を取り込んで画
像データを更新し出力表示して、それ以外のときは画像
メモリに取り込んだ画像データを記憶保持して固定画像
を表示し、狭い視野の画像は、上記広い視野の画像を取
り込むとき以外、常時走査を行い表示する手段を持たせ
る。 【効果】広い視野と狭い視野の走査領域を交互に走査す
る必要がなくなるため、走査画面が切替わるまでの時間
待ちや画面のちらつき、断続的な画像の更新による画面
の見ずらさが解消できて、操作性を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査形電子顕微鏡（以
下ＳＥＭと記す）に係り、特に、試料上の観察視野を選
択するのに低倍率の画像中の任意の場所を選択しなが
ら、その高倍率像を同時に得る異種倍率像同時表示機能
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＥＭは、細く収束した電子ビームを試
料上で二次元走査し、試料から発生する二次電子などの
信号を検出，増幅し、この信号を輝度変調信号として、
陰極線管など（以下ＣＲＴと記す）の上に拡大された試
料像を表示するものである。

【０００３】電子線の通路に設けた偏向系を制御して、
試料上での電子ビームの走査幅を設定することで、試料
像を任意の倍率に拡大して観察することが出来る。試料
上の観察したい視野を選択するには、あらかじめ、観察
しようとする倍率よりも低い倍率で試料像を観察しなが
ら、試料を付けた試料台を機械的に細かく移動させる試
料移動機構を操作して目的とする試料位置を表示領域の
中心に移動し、このあとで、観察したい倍率に倍率を上
げて観察を行う。また、視野移動は、前記した試料移動
機構で試料を移動させて行う方法のほかに、電子線の通
路に設けた上記二次元偏向系とは別な偏向系により試料
に照射する電子線の位置を電気的に移動して行う方法も
ある。視野選択を効率よく行う方法の一つとして、特許
公告46−24459 号に記述されているものがある。それ
は、試料上の複数の走査領域を図３のように複数の観察
領域に同時に表示するもので、表示領域の一つに基準と
なる低倍率像を表示し、もう一方の表示領域に低倍率像
における任意の位置を拡大して表示観察するものであ
る。低倍率画像中の拡大する任意の位置を示すために低
倍率像には矩形の枠等を重ねて表示している。低倍率に
おいて広い視野を観察しながら高倍率の視野を選択でき
るため効率良く視野選択が行える。複数の走査領域を同
時に表示するためには図４に示すような偏向信号が用い
られる。まず、低倍率側の走査領域を走査し１画面の表
示を終了したところで高倍率側の走査領域に切り換え
る。偏向信号は走査幅を切り替えると同時に任意の位置
を拡大するためバイアス成分も加算する。一般にＳＥＭ
の観察モニタは試料上の走査と同期して画面走査する比
較的長い残光特性を持つＣＲＴが使われる。本例では複
数の表示領域を２台のＣＲＴとしており、その場合それ
ぞれの偏向信号は図４に示すようになる。これによれば
低倍率側もしくは高倍率側の片方の走査領域を走査し表
示している間もう片方の表示ＣＲＴの偏向は休止してい
る。以上は１画面ごとに低倍率と高倍率を切り換える方
法であるが、走査線一本ごとに走査領域を切り換える方
法もある。

【０００４】また近年では、画像信号を半導体メモリ等
で構成される画像メモリに一度蓄えテレビモニタの画像
信号として出力をすることにより遅い走査速度で取り込
んだ画像をテレビモニタによりちらつきのない静止画像
として観察する装置が多くなっている。

【０００５】画像メモリにより複数の表示領域を得るに
は１画面の画像メモリの記憶領域を複数に分割したり複
数枚の画像メモリを持つことにより、１台または複数台
の表示モニタに複数の画像を表示することにより行う。

【０００６】この場合でも試料上の走査信号は図４と同
様に１画面を走査するごとに低倍率と高倍率を切り替え
なければならない。ただしＣＲＴの偏向信号は前記のよ
うに表示領域ごとに休止する必要は無く、そのかわり片
方の表示領域に相当する画像メモリはもう一方の表示領
域を走査している間は画像メモリへの書き込みを停止し
前画面を保持し表示するようメモリへの書き込みを制御
しなければならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
方法は、常に倍率と位置制御を交互に切替て走査するた
め、片方の走査領域を走査している間、もう一方の画面
は表示を停止するか前画面を保持した固定画像を表示し
なければならない。

【０００８】そのため、高倍率像側で試料上に照射され
る電子線の焦点合わせや非点補正等の調整作業を行う場
合、低倍率像側の走査が終了し高倍率像側の走査が始ま
るまで待たなくてはならない。また高倍率像側の走査が
終了してしまうと再び低倍率像側の走査が始まるため、
またしても低倍率像側の走査が終了するまで待たされて
しまう。

【０００９】以上の繰り返しのため操作性は非常に悪い
という問題があった。

【００１０】また、走査速度を高速にし前記待ち時間を
短縮することも可能だが、同じ走査速度で連続走査を行
う場合に比べると画像がちらついてしまう。また、より
高速走査にすると試料から発生する画像信号のＳ／Ｎが
低下し高倍率像の観察は不可能となってしまう。

【００１１】またさらに、走査線ごとに走査領域を切り
換える手段においても同様に、他の走査領域を走査して
いる間は、待ち時間となり、そのためそれぞれの画像に
ついて１画面を表示するのに二倍の時間が必要となり、
やはり操作性は悪いという問題があった。

【００１２】また、前記したような画像メモリを搭載し
たＳＥＭにおいても同様に、試料上の電子線の走査は交
互に行われるために、画像データの更新は片方ずつ行わ
れる。片方の走査領域を走査している間、もう一方は画
像の取り込みが行われないので前画面の画像データを保
持して固定表示しなければならない。前記ＣＲＴ表示の
ように画面を消さずに表示できるが、画像データの更新
が断続的となるためやはり焦点合わせ等の調整では操作
性が低下するという問題がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
には、視野を選択する低倍率像は画像メモリを用いるこ
とにより画像信号を画像データとして記憶して一旦取り
込んだ画像データを保持して出力表示しておき、もう一
方の観察したい高倍率像側の走査領域のみを連続走査し
て表示出力すれば良い。そして視野を選択する画像はこ
の画像自身に対応する走査領域の大きさや位置が変わる
とき、すなわち、試料移動機構もしくは電気的視野移動
が作動して走査領域が移動したときか、視野を選択する
画像の倍率を切替えたときのみ画像信号を取り込んで画
像データの更新をすれば良い。また、観察を行う高倍率
像の画像表示にも画像メモリを用いても良く、その場合
は高倍率像側の走査に同期して画像データを常時更新し
て表示出力するようにし、低倍率像側を更新する期間の
み画像データの更新を停止すれば良い。

【００１４】

【作用】視野を選択するための低倍率像を表示するため
の画像メモリは１画面を構成する期間のみ画像信号を取
り込み、その後は前画面を保持した固定画像を表示し続
ける。

【００１５】また、上記画像には拡大表示する位置を示
すために任意の位置に矩形の枠もしくは＋マーク等のポ
イントを重ねて表示する。

【００１６】上記任意の位置の拡大像を得るためには表
示モニタ上の拡大位置を示す枠またはポイントの位置を
試料上の位置に換算し二次元偏向系に流す電流のバイア
ス成分を制御するようにする。偏向電流の大きさは低倍
率像の偏向電流に拡大比率の逆数だけ乗じた値とする。

【００１７】低倍率側の走査領域が変化または移動する
のは、上記二次元偏向系とは別に設けた電気的視野移動
のための偏向系、または試料自身が移動する試料移動機
構が作動したとき、及び低倍率像自身の倍率を変化させ
たときである。

【００１８】ゆえに、これらが作動したことを認識した
とき、上記低倍率像を表示するための画像メモリは１画
面を構成する期間のみ画像信号を取り込み画像データを
更新するようにする。昨今の画像メモリでは１画面を構
成する期間とは走査領域を一回走査するだけとは限ら
ず、同じ走査領域を数回走査し発生した画像信号を画像
メモリ上で積算して１画面を構成することもある。

【００１９】以上のようにすれば、低倍率像側の走査領
域と高倍率側の走査領域を交互に走査する必要はなくな
り、観察したい高倍率画像のみを連続して走査，表示す
ることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１により説明す
る。走査型電子顕微鏡は電子銃１より発生した電子線２
を収束レンズ３及び対物レンズ６により細く絞り試料上
に照射する。同時に走査信号発生回路１８と定電流増幅
回路１９で駆動される偏向コイル５により電子線２が試
料上を二次元的に走査するように偏向し、試料７より発
生した二次電子等の像信号を検出器１０により検出し増
幅器１１で増幅することで試料の表面形状等に依存した
像信号を輝度信号に変換して、陰極線管等を用いた表示
モニタ２９に試料像を出力表示するものである。

【００２１】像信号はＡ／Ｄコンバータ２４によりディ
ジタル信号に変換し、半導体メモリ等で構成される画像
メモリ２６に取り込み記憶される。その後、画像メモリ
からの像信号は、テレビジョン信号に変換して表示モニ
タ２９に画像表示される。

【００２２】また、電子光学系をはじめ以下説明する回
路の制御はマイクロコンピュータ１２により制御されて
おり、ＣＰＵバス１３を介し制御データが与えられてい
る。

【００２３】表示モニタに表示する試料像の倍率は、上
記偏向コイル５に流す電流の大きさを設定し試料上での
電子ビームの走査幅を制御することで任意に選択可能で
ある。

【００２４】視野の移動は、マイクロコンピュータ１２
からの視野移動制御データを電気的視野移動制御回路１
６と定電流増幅回路１７によって駆動される電気的視野
移動コイル４に電流を流し電子線を偏向するか、試料７
が取り付けられた試料台８を試料移動機構制御回路２２
とパルスモータ２３などで駆動される試料移動機構９に
よって移動することで、試料上に照射する電子線の位置
を移動させることにより行う。本実施例ではパルスモー
タを採用したが直流モータと座標位置を読み取るエンコ
ーダを組み合わせてもよい。

【００２５】異なる倍率の試料像を同時に表示するため
に、本実施例では画像メモリと表示モニタをそれぞれ２
つずつ設ける。視野を選択する低倍率像は一旦画像メモ
リ２６に取り込んで記憶した画像データを保持出力した
固定画像と、矩形の枠を表示するためにマーカ表示回路
２８で発生したマーカ表示信号を加算器３１で加算して
表示モニタ２９に出力し、画像上に任意の大きさの矩形
の枠を重ねて表示する。観察を行う高倍率像は、この枠
で囲まれた試料像を拡大して表示するため、視野を選択
する画像の上に表示した枠の大きさと位置をマイクロコ
ンピュータ１２で試料上の走査領域の大きさと位置に換
算し、偏向コイル５に流す電流の大きさを変えて倍率を
制御し、さらに、枠で指示した位置を画面の中心に移動
するために偏向コイル５または電気的視野移動コイル４
に流す電流のバイアス成分を変えて走査領域の位置を制
御して画像メモリ２７に画像信号を取込み表示モニタ３
０に出力表示する。以上によって、異なる倍率の試料像
を同時に表示することが出来る。

【００２６】さらに、画像モニタ２９に表示された視野
を選択する低倍率像は、この画像自身の視野が変わると
き、すなわち基準となる画像の倍率を切替えたときか、
試料移動機構９もしくは電気的視野移動コイル４が作動
して走査領域の移動が行われたときのみ画像信号を取り
込み画像メモリ２６の画像データを更新して出力表示
し、視野移動または倍率の切替が行われないときは前画
面を保持した固定画像を表示する。これに対して画像モ
ニタ３０に表示された観察を行う高倍率像は、上記によ
り視野を選択する低倍率像の方で画像信号を取り込んで
いる間は画像信号を取り込むことができないため画像デ
ータの更新をせずに前画面を保持した固定画像を表示す
るが、それ以外のときは常時画像メモリ２７に画像信号
を取り込んで画像データを更新して出力表示する。以上
により、各々の走査および画像データの更新を１画面を
構成する期間ごとまた１フレームごとまたは１ラインご
とに交互に行う必要がなくなり、双方の画像でちらつき
や断続的な画像の更新がなくなり問題としていた画面の
見ずらさ，焦点合わせや非点補正などの調整操作におけ
る操作性の悪さが解消できる。

【００２７】また、拡大する範囲を指定する矩形の枠
は、＋マークなどのポイントでもよい。

【００２８】前記実施例は２種類の異なる倍率像すなわ
ち視野を選択する低倍率像と観察を行う高倍率像を同時
に表示するために、２つの表示モニタを使用して各々の
画像を表示する方式であったが、１つの表示モニタの表
示領域の任意の異なる位置に配置した画像領域に各々の
画像を表示する場合を図２により説明する。

【００２９】この場合、画像表示制御部３２を設けて、
マーカ表示回路２８で発生したマーカ表示信号と画像メ
モリ２６，２７から出力される画像信号を合成して出力
することで、表示モニタ２９の表示領域内の任意の異な
る位置に各々の画像を配置し、さらに視野を選択する低
倍率像の上に矩形の枠などを重ねて表示できるものとす
れば良い。

【００３０】以下、前記実施例と同様に、視野を選択す
る低倍率像はこの画像自身の視野が変わるとき、すなわ
ち基準となる画像の倍率を切替たときか、試料移動機構
９もしくは電気的視野移動コイル４が作動して走査領域
の移動が行われたときのみ画像信号を取り込み画像メモ
リ２６の画像データを更新して出力表示し、視野移動ま
たは倍率の切替が行われないときは前画面を保持した固
定画像を表示する。これに対して、もう一方の観察を行
う高倍率像は、視野を選択する低倍率像が上記によって
画像データの更新をしていない間は常時画像メモリ２７
に画像信号を取り込んで画像データを更新して出力表示
する。以上により、前実施例と同様に各々の走査および
画像データの更新を１画面を構成する期間ごとまた１フ
レームごとまたは１ラインごとに交互に行う必要がなく
なり、双方の画像でちらつきや断続的な画像の更新がな
くなり問題としていた画面の見ずらさ，焦点合わせや非
点補正などの調整操作における操作性の悪さが解消でき
る。

【００３１】以上の２つの実施例では、２つの画像メモ
リに視野を選択する低倍率像と観察を行う高倍率像を各
々取り込んで、１つの表示モニタの中の別の位置に配置
した画面または２つ以上の表示モニタに各々の画像を表
示する方法を示したが、１つの画像メモリの中を分割し
て２種類の倍率像を記憶しても良く、表示モニタは、１
つのモニタの中を分割して各々の倍率像を表示しても良
い。また、これらの画像メモリと観察モニタの表示はそ
れぞれを組み合わせた方式で実現可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、効率良く視野選択を行
うために複数の走査領域の画像を同時に表示する像観察
方式において、視野を選択するための低倍率像の走査領
域を連続走査せずに固定画像を表示することで複数の走
査領域を交互に走査する必要がなくなり、観察を行う高
倍率像のみ連続して走査することができるので、通常観
察時、または焦点合わせなどの調整操作時に問題となっ
ていた画面走査の時間待ちや画面のちらつき，断続的な
画面の更新による画面の見ずらさが解消でき、操作性を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】異種倍率同時表示のＣＲＴ表示例を示す図であ
る。

【図２】異種倍率同時表示の偏向信号を示すタイミング
チャートである。

【図３】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】 １…電子銃、２…電子線、３…集束レンズ、４…電気的
視野移動コイル、５…偏向コイル、６…対物レンズ、７
…試料、８…試料台、９…試料移動機構、１０…検出
器、１１…増幅器、１２…ＭＰＵ、１３…データバス、
１４…集束レンズ制御回路、１５，１７，１９，２１…
定電流増幅回路、１６…電気的視野移動制御回路、１８
…走査信号発生回路、２０…対物レンズ制御回路、２２
…試料移動機構制御回路、２３…パルスモータ、２４，
２５…Ａ／Ｄコンバータ、２６，２７…画像メモリ、２
８…マーカ表示回路、２９，３０…表示モニタ、３１…
加算器、３２…画像表示制御部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料上に電子線を二次元的に走査するため
   に電子線通路に設けた偏向系と、前記走査領域の中の任
   意の場所をさらに拡大するため該偏向系に流す電流を複
   数段に可変すると共に走査領域の位置を可変する機能
   と、前記拡大位置を選択するための画像を表示するため
   試料から発生する二次電子等の像信号を半導体メモリ等
   で構成される記憶部に記憶すると同時に像信号を表示信
   号として出力することが可能な画像メモリと、前記視野
   選択するための像と任意の場所の拡大像とを同時に表示
   するための複数の表示領域もしくは表示部と、試料に照
   射される電子線の位置を移動するため試料を直接移動す
   る試料移動機能かまたは該二次元偏向系とは別に設けた
   偏向系の一方または両方とそれらを制御する機能とを備
   えた電子顕微鏡において、 試料移動機能等の視野移動機能が動作した時または倍率
   が変化する等により試料上の走査領域の位置または大き
   さが変化したとき、自動的に画像メモリに１画面を構成
   する期間だけ前記視野選択のための画像の走査領域を走
   査し、同時に像信号を取り込み記憶データを更新し、上
   記以外のときは記憶した前画像データを保持した固定画
   像を表示するように画像メモリと二次元偏向系とを制御
   したことを特徴とする走査形電子顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１の走査形電子顕微鏡において、視
   野選択のための像は任意の時に１画面を構成する期間だ
   け前記視野選択のための像の走査領域を走査すると同時
   に画像メモリに像信号を取り込み記憶するようにし、そ
   の後は前画像データを保持した固定画像を表示するよう
   にしたことを特徴とする走査形電子顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１の走査形電子顕微鏡において、視
   野選択するための像上に拡大像の位置または位置と視野
   に対応する矩形の枠または＋マークなどのポイントを表
   示することを特徴とする走査形電子顕微鏡。