JPH07262950A - 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
い視野の像は任意に画像を更新したいときのみ走査領域
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、走査画面が切り換わるまでの時
間待ちや画面のちらつき，断続的な画像の更新による画
面の見づらさが解消できて、操作性を向上することがで
きる。

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、特公
昭46−24459 号公報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、表示領域の一つに拡大位
置を選択するための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表
示して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。低倍率像において広い視野を観察しなが
ら高倍率像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
換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ＣＲ
Ｔ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の偏向は休止しまた輝度も落している。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換え
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り換えて走査す
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。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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】

【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、拡大位置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。そして拡大位置を選択する
ための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などの任意のときに、操作者により
前記画像メモリへの画像の取り込み開始を指示するため
の操作入力手段を介して画像の取り込み指示が行われた
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。

【００１３】

【作用】拡大位置を選択する低倍率像を表示するための
画像メモリは前記操作入力手段を介し画像の取り込み指
示が行われたときに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し、その後は前画面を保持
した固定画像を表示し続ける。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。ゆえに、操作者がこれらが作動したこと
を認識したときは、画像取り込みの開始を指示するため
操作入力を行い、これにより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。

【００１７】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。

【００１８】低倍率像側の画像メモリの更新が行われた
あとは、前記試料上の拡大位置のみ電子線を走査し、拡
大像を表示するための表示モニタには、試料上の電子線
走査と同期した画像表示を連続的に行うことができる。

【００１９】以上のようにすれば、低倍率像側の走査領
域と高倍率像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（以下、ＭＰＵとい
う）１２により制御されており、ＣＰＵデータバス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。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１６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。

【００２４】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二
つずつ設ける。拡大位置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、拡大位
置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に画像信号を取り込み表
示モニタ３０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。

【００２５】さらに、表示モニタ２９に表示された拡大
位置を選択する低倍率像は、操作者が任意に低倍率像取
り込みスイッチ３３を操作し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、それ以外のときは前画面を保持した固定画像を表示
する。これに対して表示モニタ３０に表示された観察を
行う高倍率像は、上記により拡大位置を選択する低倍率
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。

【００２６】操作者が低倍率像の取り込みスイッチ３３
を操作するのは拡大位置を選択するための低倍率像の操
作領域が変化したことを認識したときで、低倍率像の倍
率変更，試料移動機構や電気的視野移動が動作したこと
がこれにあたる。

【００２７】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づらさ，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。

【００２８】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。

【００２９】前記実施例は２種類の異なる倍率像すなわ
ち拡大位置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、二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、一つの表示モニタ
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。

【００３０】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、さらに拡大位置を選択す
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。

【００３１】以下、前記実施例と同様に、拡大位置を選
択する低倍率像は、操作者が任意に低倍率像取り込みス
イッチ３３を操作し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、それ以
外の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、拡大位置
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
た画面の見づらさ，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。

【００３２】以上の二つの実施例では、二つの画像メモ
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、一つの表示モニタの中の別の位置に配置
した画面または二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、一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、一
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。また、拡
大位置を選択するための低倍率像の取り込み開始を指示
するための低倍率像取り込みスイッチ３３は、本実施例
では、操作することにより１画面を構成する期間だけ低
倍率像の取り込みを行うものであるが、この他に、画像
信号の取り込みを高倍率像側のみ行うか低倍率像側のみ
行うかを切り換える方式としても良い。この場合、低倍
率像側を取り込む方に切り換えたときは低倍率像のみ連
続取り込み更新し高倍率像は前画面を保持した固定画像
を表示し、高倍率像側を取り込む方に切り換えたときは
高倍率像のみ連続取り込み更新し低倍率像は前画面を保
持した固定画像を表示するようにすれば良い。

【００３３】

【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、拡大位置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づらさが解消でき、操作
性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】同じくブロック図である。

【図３】異種倍率同時表示のＣＲＴ表示例を示す図であ
る。

【図４】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。

【符号の説明】

１…電子銃、２…電子線、３，１４…収束レンズ、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…収束レンズ制御回路、１５…定電流増幅回
路、１６…電気的視野移動制御回路、１７…定電流増幅
回路、１８…走査信号発生回路、１９…定電流増幅回
路、２０…対物レンズ制御回路、２１…定電流増幅回
路、２４，２５…Ａ／Ｄコンバータ、２６，２７…画像
メモリ、２８…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、３３…低倍
率像取り込みスイッチ。

Claims (2)

【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
   数段に可変すると同時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静止画像とし
   て表示するため、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、
   前記拡大位置を選択するためのもとの像と選択された場
   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、前記画像メモリへの画像の取り込みの
   開始を指示するための操作入力手段とを備えた走査形電
   子顕微鏡において、 前記操作入力手段を介し画像の取り込み指示が行われた
   とき、該画像メモリに画像データを構成するための任意
   の期間だけ前記拡大位置を選択するためのもとの走査領
   域に電子線を走査し、また同時に画像メモリへ像信号を
   取り込み記憶データを更新し、それ以外のときは前記拡
   大位置の走査領域に電子線を走査し、該複数の表示部に
   は時々刻々と更新される拡大像と、拡大位置を選択する
   ために記憶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、更
   に、拡大位置を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機能を有することを特徴とする走査
   形電子顕微鏡。