JPH0935678A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像データの積算処理を行っても、電子ビー
ムの焦点合わせ動作を正確に行うことができる荷電粒子
ビーム装置を実現する。 【解決手段】 演算回路２３は、演算係数指定回路２０
から演算係数ｎが供給されており、この係数ｎと定数Ｃ
とにより、Ｃ／ｎを演算する。焦点を増加する場合、こ
の演算回路２３の出力がデータレジスタ２６にセットさ
れている焦点変化データと加算され、加算結果は、デー
タレジスタ２６に再セットされる。加算された信号はＤ
Ａ変換器２２を介して対物レンズに供給される。このよ
うにして、対物レンズ３の励磁電流は変化させられ、電
子ビームの焦点は増加させられる。一方、焦点を減少さ
せる場合、インバータ２４によって反転された演算回路
２３の出力が、スイッチ２５のａ端子を介して加算器２
７に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡な
どの荷電粒子ビーム装置において、試料から得られた信
号を積算して記憶させるようにした荷電粒子ビーム装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、試料への電子ビー
ムの照射に基づいて発生した２次電子などを検出してい
るが、その検出信号をフレームメモリーに供給して記憶
させる際、信号の積算処理を行い、信号のＳＮ比を向上
させるようにしている。この積算処理は、検出信号を１
／ｎ倍し、この信号とメモリーの各画素に記憶された信
号を（ｎ−１）／ｎ倍した信号とを積算するようにして
いる。

【０００３】すなわち、この積算処理は、フレームメモ
リーに逐次新しい画像データを係数（１／ｎ）を掛けな
がら加えることで、統計的な画像信号の変動を少なくし
て、入力された画像データよりもＳＮ比の良い画像を得
ることができる。また、この積算係数ｎは、大きな値と
するほどＳＮ比の改善効果は大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した積算処理を行
っている場合、入力される画像の視野や観察条件を変え
ると、その変化はフレームメモリーの有している情報に
対して、１／ｎ、（１／ｎ）ｎ、……と、指数級数的に
減少しながら、画像に影響を与える。

【０００５】ところで、走査電子顕微鏡などでは、対物
レンズの励磁強度を変え、電子ビームの焦点を変化さ
せ、その結果の画像を観察しながら、電子ビームの焦点
合わせを行っている。しかしながら、この場合、対物レ
ンズの励磁強度を変えてから、完全な画像を得るまでに
積算回数ｎに相当する時間が必要となり、焦点の確認作
業に時間がかかる欠点を有する。また、画像が安定にな
る前に再び対物レンズの励磁強度を変えると、最適な条
件を見過ごすことも生じる。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、画像データの積算処理を行って
も、電子ビームの焦点合わせ動作を正確に行うことがで
きる荷電粒子ビーム装置を実現するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを試料上に集束
するための集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照
射位置を走査するための走査手段と、試料への荷電粒子
ビームの照射によって得られた信号を検出する検出器
と、検出器の検出信号が記憶されるメモリーと、メモリ
ーに記憶された映像信号を読み出して表示するための表
示手段とを備え、検出信号を１／ｎ倍し、この信号とメ
モリーの各画素に記憶された信号を（ｎ−１）／ｎ倍し
た信号とを積算するようにした荷電粒子ビーム装置にお
いて、Ｃを定数とした場合、Ｃ／ｎを演算する回路と、
この演算回路の出力信号により焦点の変化量を増加ある
いは減少させる回路と、この回路によって増加あるいは
減少された信号に基づいて対物レンズの励磁電流を設定
する手段とを備え、試料上の荷電粒子ビームの焦点を変
化させる場合、焦点を変化させるための対物レンズの励
磁電流変化量を、ｎの値に応じて変化させるようにした
ことを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置は、荷電粒子ビームを試料上に集束するための集束レ
ンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を走査する
ための走査手段と、試料への荷電粒子ビームの照射によ
って得られた信号を検出する検出器と、検出器の検出信
号が記憶されるメモリーと、メモリーに記憶された映像
信号を読み出して表示するための表示手段とを備え、検
出信号を１／ｎ倍し、この信号とメモリーの各画素に記
憶された信号を（ｎ−１）／ｎ倍した信号とを積算する
ようにした荷電粒子ビーム装置において、焦点粗さ設定
回路と、焦点粗さＫと定数Ｃとによりｎ＝Ｃ／Ｋを演算
して積算係数ｎを設定する回路と、焦点粗さ設定回路の
出力信号により焦点の変化量を増加あるいは減少させる
回路と、この回路によって増加あるいは減少された信号
に基づいて対物レンズの励磁電流を設定する手段とを備
え、試料上の荷電粒子ビームの焦点を変化させる場合、
焦点の変化量を焦点の粗さに応じて変化させると共に、
ｎの値を焦点の粗さに応じて変化させるように構成した
ことを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の一例を示しており、１は電子銃である。電
子銃１から発生した電子ビームＥＢは、集束レンズ２と
対物レンズ３によって試料４上に細く集束される。ま
た、電子ビームＥＢは、走査コイル５によって偏向さ
れ、試料４上の電子ビームの照射位置は走査される。走
査コイル５にはビーム走査制御器６から２次元的な走査
信号が供給される。また、試料４は試料ステージ制御器
７によって駆動されるモータ８により、Ｘ，Ｙの２次元
方向に移動させられる移動ステージ９上に載せられてい
る。

【００１０】試料４への電子ビームＥＢの照射によって
発生した２次電子は、２次電子検出器１０によって検出
される。検出器１０の検出信号は、ＡＤ変換器１１によ
ってディジタル信号に変換された後、乗加算回路１２に
供給される。乗加算回路１２は、乗算器１３，１４と加
算器１５とより構成されている。加算器１５によって加
算された信号はフレームメモリー１６に供給される。

【００１１】１７はフレームメリー１６の各画素に検出
信号を記憶させる際、記憶画素の座標の選択を行うため
のアドレス発生器であり、この発生器１７はビーム走査
制御器６から供給される電子ビームＥＢの走査信号に応
じた信号により、アドレス信号を作成する。フレームメ
モリー１６に記憶されている信号は読み出され、乗算器
１４に供給されると共に、ＤＡ変換器１８によってアナ
ログ信号に変換された後、陰極線管１９に供給される。
乗算器１４の乗算結果は加算器１５に供給される。

【００１２】なお、前記乗算器１３は、検出器１０から
の検出信号と係数１／ｎとを乗算し、乗算器１４は検出
信号を記憶すべきフレームメモリー１６の画素に記憶さ
れた信号と係数（１−ｎ）／ｎとを乗算する。２０は積
算係数ｎを指定する回路であり、指定回路２０からの係
数ｎは、乗算器１３と１４に供給される。

【００１３】また、指定回路２０からの係数ｎは、焦点
調整回路２１にも供給される。焦点調整回路２１は、焦
点調整時の対物レンズ３の励磁信号を作成し、ＤＡ変換
器２２にその信号を供給する。ＤＡ変換器２２は励磁電
流を対物レンズ３に供給する。図２は焦点調整回路の具
体例を示している。

【００１４】図２において、焦点調整回路２１は、積算
係数指定回路２０から積算係数ｎが供給される演算回路
２３、演算回路２３の出力が直接、あるいは、インバー
タ２４を介して供給されるスイッチ２５、スイッチ２５
の出力とデータレジスタ２６の出力を加算する加算器２
７とより構成されている。

【００１５】スイッチ２５は焦点調整器２８からの信号
によって、インバータ２４の出力が供給されるａ端子
と、演算回路２３の出力が供給されるｂ端子とを切り換
える。この焦点調整器２８は、焦点調整のためのスイッ
チあるいはロータリーエンコーダなどであり、この焦点
調整器２８からスイッチ２５には、焦点の増加および減
少信号が供給される。焦点調整器２８は、スイッチ２５
を切り換えると同時に加算器２７に加算トリガを送る。
このような構成の動作を次に説明する。

【００１６】２次電子像を観察する場合、試料４上で電
子ビームＥＢの２次元走査が行われる。試料４への電子
ビームＥＢの照射に基づいて発生した２次電子は、検出
器１０によって検出される。検出信号はＡＤ変換器１１
を介して乗算器１３に供給される。この乗算器１３にお
いて検出信号は係数１／ｎと乗算される。一方、フレー
ムメモリー１６に記憶されている各画素ごとの信号のう
ち、検出信号が得られたときの電子ビームＥＢの偏向位
置に対応したメモリー内のアドレスの画素の信号は読み
出される。

【００１７】この読み出しに当たっては、アドレス発生
器１７がビーム走査制御器６からの信号に基づいてアド
レス信号を発生し、そのアドレスの画像信号が読み出さ
れる。フレームメモリー１６から読み出された信号は、
乗加算回路１２内の乗算器１４に供給され、（１−ｎ）
／ｎとの乗算が実行される。乗算器１３と１４による乗
算結果は、加算器１５に供給されて加算される。加算器
１５の加算信号は、フレームメモリー１６内の電子ビー
ムＥＢの走査位置に応じたアドレスの画素に記憶され
る。

【００１８】このようなステップによってメモリー１６
の各画素には積算された映像信号が記憶されるが、この
記憶された映像信号は読み出され、ＤＡ変換器１８を介
して陰極線管１９に供給されることから、陰極線管１９
には試料の２次電子像が表示される。

【００１９】上記した走査電子顕微鏡では、フレームメ
モリー１６と加算器１５などを用いて画像信号の積算処
理が行われるが、試料からの検出信号の情報は、時間的
に不変であり、フレーム間の相関が極めて大きいのに対
して、信号検出の過程で生じるノイズは、ランダムに現
れ、フレーム間の相関がない。したがって、上記した式
による演算を繰り返すことにより、ノイズの情報は小さ
な値となり、像のＳＮ比は向上する。

【００２０】次に、焦点合わせ動作について説明する。
焦点合わせ時には、対物レンズ３の励磁電流が変化させ
られる。この焦点合わせのために焦点調整器２８が操作
され、その結果、焦点調整器２８からは焦点の増加信号
か減少信号がスイッチ２５に供給される。スイッチ２５
は、焦点の増加信号が供給されると、スイッチをｂ端子
に接続し、演算回路２３の出力を加算器２７に供給す
る。また、スイッチ２５は、焦点の減少信号が供給され
ると、スイッチをａ端子に接続し、演算回路２３の出力
がインバータ２４によって反転させられた信号を加算器
２７に供給する。

【００２１】ここで、演算回路２３は、演算係数指定回
路２０から演算係数ｎが供給されており、この係数ｎと
電子ビームの走査速度やビーム電流の調整内容などで決
められる定数Ｃとにより、Ｃ／ｎを演算する。焦点を増
加する場合、この演算回路２３の出力がスイッチ２５の
ｂ端子を介して加算器２７に供給され、データレジスタ
２６にセットされている焦点変化データと加算され、加
算結果は、データレジスタ２６に再セットされる。この
結果、焦点変化データの信号量は加算され、加算された
信号はＤＡ変換器２２によって電流信号に変換され対物
レンズ３に供給される。このようにして、対物レンズ３
の励磁電流は変化させられ、電子ビームの焦点は増加さ
せられる。

【００２２】一方、焦点を減少させる場合、インバータ
２４によって反転された演算回路２３の出力が、スイッ
チ２５のａ端子を介して加算器２７に供給され、データ
レジスタ２６にセットされている焦点変化データと減算
され、減算結果は、データレジスタ２６に再セットされ
る。この結果、焦点変化データの信号量は減算され、減
算された信号はＤＡ変換器２２によって電流信号に変換
され対物レンズ３に供給される。このようにして、対物
レンズ３の励磁電流は変化させられ、電子ビームの焦点
は減少させられる。

【００２３】さて、上記した焦点の変化量は、演算回路
２３でＣ／ｎの演算をされた結果に基づいて決められ
る。したがって、積算係数ｎが大きいときには、変化量
は小さくなり、焦点の変化ステップは少なくされる。こ
のため、積算回数が大きく、精密な焦点合わせが行える
条件下では、小さなステップで電子ビームの焦点が変え
られるため、焦点が合った点を見過ごすことがなく、よ
り精密な焦点合わせを行うことができる。

【００２４】一方、積算回数ｎが小さいときには、焦点
の変化量は大きくなり、焦点の変化ステップも大きくさ
れる。このため、積算回数が小さく、ラフな焦点あわせ
を行う条件下では、大きなステップで電子ビームの焦点
が変えられ、短時間に焦点合わせを行うことができる。

【００２５】図３は本発明の他の実施の形態を示すもの
で、図２の形態と同一部分には同一番号が付されてい
る。この形態で、焦点粗さ設定回路２９によって焦点の
粗さＫが設定される。この場合、焦点粗さ設定回路２９
は、直接焦点の粗さを設定できる機能のものでも良く、
焦点の粗さに直接的に関係する倍率を設定する回路であ
っても良い。

【００２６】この焦点粗さ設定回路２９からの焦点粗さ
Ｋの信号は、積算係数指定回路２０に供給される。積算
係数指定回路２０は、Ｋの値と定数Ｃにより、Ｃ／Ｋ＝
ｎの演算を行い、積算係数ｎを求め、乗算器１３と１４
にこの係数をセットする。

【００２７】一方、焦点粗さＫ（＝Ｃ／ｎ）の信号は、
インバータ２４を介してスイッチ２５のａ端子と、直接
スイッチ２５のｂ端子とに供給される。その結果、焦点
が粗い場合（例えば、倍率が低い場合）、焦点合わせの
時の焦点の変化量は大きくされる。逆に、焦点が密な場
合（例えば、倍率が高い場合）、焦点合わせの時の焦点
の変化量は小さくされる。なお、対物レンズの励磁電流
を増加させる場合と減少させる場合の動作は、図２と同
様に実施される。

【００２８】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、２次電子を検
出したが、反射電子を検出してもよい。また、走査電子
顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを用いた装置な
どにも本発明を適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、画像データの積算処理を行ってもビームの焦点合わ
せ動作を正確に行うことができる荷電粒子ビーム装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく走査電子顕微鏡を示す図であ
る。

【図２】図１の装置の焦点調整回路の一例を示す図であ
る。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 集束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 偏向コイル ６ ビーム走査制御器 ７ ステージ制御器 ８ モータ ９ 移動ステージ １０ 検出器 １１ ＡＤ変換器 １２ 乗加算器 １６ フレームメモリー １７ アドレス発生器 １８ ＤＡ変換器 １９ 陰極線管 ２０ 積算係数指定回路 ２１ 焦点調整回路 ２２ ＤＡ変換器 ２３ 演算回路 ２４ インバータ ２５ スイッチ ２６ データレジスタ ２７ 加算器 ２８ 焦点調整器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を
   走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビームの
   照射によって得られた信号を検出する検出器と、検出器
   の検出信号が記憶されるメモリーと、メモリーに記憶さ
   れた映像信号を読み出して表示するための表示手段とを
   備え、検出信号を１／ｎ倍し、この信号とメモリーの各
   画素に記憶された信号を（ｎ−１）／ｎ倍した信号とを
   積算するようにした荷電粒子ビーム装置において、試料
   上の荷電粒子ビームの焦点を変化させる場合、焦点の変
   化量をｎの値に応じて変化させるように構成した荷電粒
   子ビーム装置。
2. 【請求項２】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
   の集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を
   走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビームの
   照射によって得られた信号を検出する検出器と、検出器
   の検出信号が記憶されるメモリーと、メモリーに記憶さ
   れた映像信号を読み出して表示するための表示手段とを
   備え、検出信号を１／ｎ倍し、この信号とメモリーの各
   画素に記憶された信号を（ｎ−１）／ｎ倍した信号とを
   積算するようにした荷電粒子ビーム装置において、試料
   上の荷電粒子ビームの焦点を変化させる場合、焦点の変
   化量を焦点の粗さに応じて変化させると共に、ｎの値を
   焦点の粗さに応じて変化させるように構成した荷電粒子
   ビーム装置。