JPS62254350A - Improving method for sn ratio of digital scanning image in scanning type electron microscope - Google Patents
Improving method for sn ratio of digital scanning image in scanning type electron microscopeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は電子顕微鏡特に走査電子顕微鏡に関し、更に詳
しくは、走査をディジタルスキャンで行って得る像のS
/N比を改善する方法に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to an electron microscope, particularly a scanning electron microscope, and more particularly to an S
The present invention relates to a method for improving the /N ratio.
(従来の技術)
走査電子顕微鏡は透過電子顕微鏡と同様に電子ビームを
試料に照射し、電子ビームの波長が短いことを利用して
極微小の物質、特に原子、分子領域までも観察する装置
である。第3図において、1は電子銃、2は集束レンズ
、3はX輪偏向器、4はY軸の偏向器、5.6はX軸、
Y軸の走査信号発生器である。電子銃1から出た電子ビ
ームは集束レンズ2で集束され、走査信号発生器5.6
からの走査信号によって偏向器3.4は電子ビームを偏
向させる。電子ビームは更に対物レンズ7によって集束
されて試料8上に像を結ぶ。この電子ビームはX軸偏向
器3及びY軸偏向器4によって試料8上を走査する。試
料8を照射した電子ビームは試料8から2次電子1反射
電子等を放出させ、例えば2次電子であれば2次電子検
出器9で検出され、表示装@10で表示される。前記走
査信号発生器5及び6の出力信号は鋸歯状波で通常アナ
ログ信号であって、ディジタル信号は用いられていなか
った。ディジタルスキャンの利点は次の通りである。(Prior technology) A scanning electron microscope is a device that, like a transmission electron microscope, irradiates a sample with an electron beam and uses the short wavelength of the electron beam to observe extremely small substances, especially in the atomic and molecular regions. be. In Fig. 3, 1 is an electron gun, 2 is a focusing lens, 3 is an X-wheel deflector, 4 is a Y-axis deflector, 5.6 is an X-axis,
This is a Y-axis scanning signal generator. The electron beam emitted from the electron gun 1 is focused by a focusing lens 2, and then sent to a scanning signal generator 5.6.
The deflector 3.4 deflects the electron beam according to the scanning signal from the electron beam. The electron beam is further focused by an objective lens 7 to form an image on a sample 8. This electron beam is scanned over the sample 8 by an X-axis deflector 3 and a Y-axis deflector 4. The electron beam irradiating the sample 8 causes the sample 8 to emit secondary electrons 1 reflected electrons, etc. For example, if they are secondary electrons, they are detected by a secondary electron detector 9 and displayed on a display device @10. The output signals of the scanning signal generators 5 and 6 are sawtooth waves and are usually analog signals, and no digital signals are used. The advantages of digital scanning are as follows.
(イ)スキャンレートが自由に変えられる。(b) Scan rate can be changed freely.
(ロ)走査を部分的にすることが容易にできる。(b) Partial scanning can be easily performed.
(ハ)ビームを一点に止めることが容易であり、止める
位置を正確に定めることができる。(c) It is easy to stop the beam at one point, and the stopping position can be determined accurately.
以上の利点のためにディジタルスキャンを用いる場合も
生じてきた。ところでディジタルスキャンの場合、像の
SN比の改善は各フレーム(画面の像)の走査毎に外部
記憶装置(フレームメモリ)に像を積算させる方法で行
っていた。走査回数をNとすれば同期加算によるSN比
の改善として知られているようにSN比の改善はff倍
となる。Due to the above advantages, digital scanning has been used in some cases. By the way, in the case of digital scanning, the improvement of the SN ratio of an image has been carried out by a method of integrating images in an external storage device (frame memory) every time each frame (image of the screen) is scanned. If the number of scans is N, the improvement in the SN ratio is multiplied by ff, as is known as the improvement of the SN ratio by synchronous addition.
(発明が解決しようとする問題点)
ディジタルスキャンの場合、走査時間はX方向のスキャ
ン信号用のD/Aコンバータのセットリングタイム及び
x、X方向の分解能(画素数)によって決まってくる。(Problems to be Solved by the Invention) In the case of digital scanning, the scanning time is determined by the settling time of the D/A converter for the scan signal in the X direction and the resolution (number of pixels) in the x and X directions.
そのため短くするには限度がある。走査時間をT1走査
回数をNとすれば、SN比を1倍改善するために要する
時間はTNとなる。つまりSN比を改善するためには所
望改善率の自乗に比例する走査時間を必要とし、像のW
AMに長時間を要する結果となる。Therefore, there is a limit to how short it can be. If the scanning time is T1 and the number of scanning is N, then the time required to improve the SN ratio by 1 is TN. In other words, in order to improve the S/N ratio, a scanning time proportional to the square of the desired improvement rate is required, and the image W
This results in a long AM time.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、1回の走査でSN比の改善をなし得る方法を提供する
ことである。The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to provide a method that can improve the S/N ratio with one scan.
(問題点を解決するための手段)
前記の問題点を解決する本発明は、ディジタルスキャン
を行って画像信号を得ている走査電子顕微鏡のSN比の
改善方法において、タイミング発生回路と、その出力パ
ルスによって走査信号を発生するX方向及びY方向スキ
ャンジェネレータと、それぞれのD/Aコンバータから
成る走査信号発生手段と、偏向器にスキャン信号を与え
る増幅手段と、走査電子顕微鏡からの像信号を取り入れ
て、ディジタル変換をするA/Dコンバータと、タイミ
ンク発生回路からトリガ−パルスによりX方向スキャン
と同期し且つ1Xスキャンステップ間、に複数の積算タ
イミングパルスを発生して前記像信号の同期加算を行い
SN比を改善する積算手段とそれを格納する記録手段を
備えたことを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The present invention solves the above-mentioned problems in a method for improving the S/N ratio of a scanning electron microscope that obtains image signals by performing digital scanning. An X-direction and Y-direction scan generator that generates a scanning signal using pulses, a scanning signal generating means consisting of each D/A converter, an amplification means that supplies a scanning signal to a deflector, and an image signal from a scanning electron microscope. Then, an A/D converter for digital conversion and a timing generation circuit generate a plurality of integration timing pulses in synchronization with the X-direction scan and between 1X scan steps to perform synchronous addition of the image signals. The present invention is characterized by comprising an integrating means for improving the SN ratio and a recording means for storing it.
(作用)
本発明は、タイミング発生回路で発振したパルスにより
生ずるディジタルスキャン信号に同期して発生し、ディ
ジタルスキャン1ステツプに対し多くのパルスを発生す
るMA算タイミングパルスにより、ディジタルスキャン
の1ステツプに対して、多数回信号を取込み同期加算し
て走査回数1回で良好なSN比の改善を行うと共にディ
ジタル画像に特有の縦縞障碍も除去する。(Function) The present invention generates one digital scan step by using an MA calculation timing pulse that is generated in synchronization with a digital scan signal generated by a pulse oscillated by a timing generation circuit, and generates many pulses for one digital scan step. On the other hand, signals are taken in multiple times and synchronously added to achieve a good signal-to-noise ratio improvement with only one scan, and also remove the vertical stripe problem peculiar to digital images.
(実施例)
以下に図面を参照して本発明の実施例につき詳細に説明
する。(Example) Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図は本発明の実施例を示すブロック図である。図中
11はタイミング発生回路でタイミングパルスを発振し
、X方向スキャンジェネレータ12及びY方向スキャン
ジェネレータ13に信号を供給する。X方向スキャンジ
ェネレータ12の出力信号はディジタルによるランプ信
号であって、D/Aコンバータ14においてアナログ信
号に変えられ階段状の鋸歯状波(ランプ波形)となる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a timing generation circuit that oscillates timing pulses and supplies signals to the X-direction scan generator 12 and the Y-direction scan generator 13. The output signal of the X-direction scan generator 12 is a digital ramp signal, which is converted into an analog signal by the D/A converter 14 and becomes a stepped sawtooth wave (ramp waveform).
Y方向スキャンジェネレータ13も同様であって、周波
数が異なるだけである。以上の信号のタイミングは第2
図に示す通りである。同図(イ)はタイミング発生回路
°11の出力であるタイミングパルスで、(ロ)はそれ
に基づいて発生したD/Aコンバータ14の出力である
X方向スキャン信号の波形、(ハ)は同じ<D/Aコン
バータ15の出力であるY方向スキャン信号の波形であ
る。このスキャン信号は増幅器16.17で増幅されて
、走査電子顕微鏡18のX軸偏向器3及びY軸偏向器4
に入り、電子ビームをX軸、Y軸方向に偏向させて試料
8上を走査させる。試料8から出た例えば2次電子によ
る像信号は2次電子検出器9で検出される。この像信号
はA/Dコンバータ19に送られる。タイミング発生回
路11では既述のX方向及びY方向スキャン信号のため
のタイミングパルスに同期したトリガ−パルスを発生し
てA/Dコンバータ19に送っていて、前記の像信号は
このトリガ−パルスによって取込まれている。The Y-direction scan generator 13 is similar, and only has a different frequency. The timing of the above signals is the second
As shown in the figure. In the same figure, (A) shows the timing pulse that is the output of the timing generation circuit °11, (B) shows the waveform of the X-direction scan signal that is the output of the D/A converter 14 generated based on the timing pulse, and (C) shows the same waveform. This is the waveform of the Y-direction scan signal that is the output of the D/A converter 15. This scan signal is amplified by amplifiers 16 and 17, and is then amplified by the X-axis deflector 3 and Y-axis deflector 4 of the scanning electron microscope 18.
The sample 8 is scanned by deflecting the electron beam in the X-axis and Y-axis directions. An image signal caused by, for example, secondary electrons emitted from the sample 8 is detected by a secondary electron detector 9. This image signal is sent to the A/D converter 19. The timing generation circuit 11 generates trigger pulses synchronized with the timing pulses for the X-direction and Y-direction scan signals described above and sends them to the A/D converter 19, and the image signal is generated by the trigger pulses. It has been taken in.
A/Dコンバータ19でディジタル信号に変換された像
信号は像信号積算回路20に入る。像信号積算回路20
ではタイミング発生回路11からのトリガ−パルスを同
時に受けていて、このトリガ−パルスに基づき、A/D
コンバータ19のセットリングタイムに応じた時間間隔
例えば80nsの間隔で積算タイミングパルスを発生し
ており、A/Dコンバータ19の出力である像信号はこ
の積算タイミングパルスによって像H4算回路20に取
込まれている。このタイミングの関係は第2図に示して
あり、図の(ニ)においてX方向スキャン信号の1ステ
ツプ(Dwell T ime )に像信号タイミン
グパルスが数多く発生していることが分る。X方向スキ
ャン信号のり、Tの間は走査電子顕微11118の電子
ビームは止っていて試料8の一点のみを照射しており、
その間に像信号積算回路20では第2図(ニ)のように
多くのパルスにより、像信号を取込んでいるので、像H
4算回路20ではその回数だけ像を積算し、その結果を
積算回数で除し、その値をフレームメモリ21に格納す
る。この状態を第2図(ホ)及び(へ)に示しである。The image signal converted into a digital signal by the A/D converter 19 enters an image signal integration circuit 20. Image signal integration circuit 20
, the trigger pulse from the timing generation circuit 11 is simultaneously received, and based on this trigger pulse, the A/D
Integral timing pulses are generated at time intervals of, for example, 80 ns, depending on the settling time of the converter 19, and the image signal output from the A/D converter 19 is taken into the image H4 calculation circuit 20 by the integrated timing pulses. It is rare. This timing relationship is shown in FIG. 2, and it can be seen in (d) of the figure that many image signal timing pulses are generated in one step (Dwell Time) of the X-direction scan signal. During the X direction scan signal, the electron beam of the scanning electron microscope 11118 is stopped and only one point on the sample 8 is irradiated.
During that time, the image signal integration circuit 20 captures the image signal with many pulses as shown in FIG. 2(d), so the image H
The quadrupling circuit 20 integrates the images by the number of times, divides the result by the number of times of integration, and stores the resulting value in the frame memory 21. This state is shown in FIGS. 2(e) and 2(f).
(ホ)では積算タイミングパルスに応じた回数だけ像信
号を取込んでその結果をフレームメモリ21のメモリ1
区画に格納する状態を示しである。以上の結果X方向ス
キャンの1DTの間に多数回の信号をhA口することが
できて、SN比改善のための同期加算を1回のスキャン
で行うことでができSN比の改善のための所要走査時間
は1走査時間の王となり、SN比の改善をしながら所要
時間を短縮することができる。このSN比の改善率はX
方向スキャン信号のIDTにおける積算タイミングパル
スの数によって決まる。X方向スキャンの走査速度はD
/Aコンバータ14のセットリングタイムで決まり、又
像の取込みはA/Dコンバータ19のセットリングタイ
ムで決まるので、タイミング発生回路11からのトリガ
−パルスをA/Dコンバータ19のセットリングタイム
を見込んだ最小の時間間隔でA/Dコンバータ19のゲ
ートを開くように送り込んでやればS/N比を最大に向
上させることができ、又X方向スキャンD/Aコンバー
タ14のセットリングタイムを見込んだ速度で走査する
ようにすれば走査時間を短くすることができる。但し、
走査時間の短縮とSN比の改善率とは相反する関係にあ
るので適当に定めることが必要である。尚、ディジタル
スキャンの欠点として、第4図に示すようにディジタル
スキャン像に縦縞が現われる。これは次のような理由に
基づくものである。D/Aコンバータ14においてディ
ジタル信号をアナログ信号に変換する過程を1例によっ
て第5図に示す。例えば図に示すように7ピツトのディ
ジタル信号によって、(イ)の1000000 (64
)から(ロ)の0111111 <63>に2進数が変
化する場合、瞬間的に一番上のビットがOにならないう
ちに下位のビットが全部1に変った場合、(ハ)のよう
に一時的に1111111 (127>になり、急に電
圧が上がることになる。この状態は第6図に示1ように
、立上がり又は立下り時間にグリッジと称せられるピー
クが出現する。これは例に示した7ビツトの場合はその
1/2の63〜64の点で電圧上昇は最も大きいが、3
1〜32.15〜16の場合でも同様に生じている。こ
れが第4図の縦縞となって現われるのである。このため
像信号積算回路20においてタイミング発生回路11か
らのトリガにより積算タイミングパルスを発振するので
あるが、その発振パルスの初めの部分の幾つかのパルス
を捨てて、像信号を取込まないようにすればこのディジ
タルスキャン特有の縦縞ができな(で見易い画面を1q
ることができる。In (E), image signals are captured the number of times corresponding to the integrated timing pulse, and the results are stored in the memory 1 of the frame memory 21.
This shows the state stored in the partition. As a result of the above, it is possible to input the signal many times during 1DT of the X-direction scan, and synchronous addition to improve the S/N ratio can be performed in one scan. The required scanning time is equal to one scanning time, and the required time can be shortened while improving the S/N ratio. The improvement rate of this SN ratio is
It is determined by the number of integrated timing pulses in the IDT of the directional scan signal. The scanning speed of the X direction scan is D
The setting time of the A/D converter 14 determines the settling time of the A/D converter 14, and image capture is determined by the settling time of the A/D converter 19. The S/N ratio can be maximized by sending the signal to open the gate of the A/D converter 19 at minimum time intervals, and the settling time of the X-direction scan D/A converter 14 is also taken into account. By scanning at a high speed, the scanning time can be shortened. however,
Since the reduction in scanning time and the rate of improvement in the SN ratio are in a contradictory relationship, it is necessary to set them appropriately. Incidentally, a drawback of digital scanning is that vertical stripes appear in the digital scanning image as shown in FIG. This is based on the following reasons. An example of the process of converting a digital signal into an analog signal in the D/A converter 14 is shown in FIG. For example, as shown in the figure, 1000000 (64
) to 0111111 <63> in (b), and if all the lower bits change to 1 before the top bit momentarily becomes 0, it will temporarily change as shown in (c). As a result, the voltage becomes 1111111 (127>), and the voltage suddenly increases. In this state, as shown in Figure 6 (1), a peak called a glitch appears at the rise or fall time. This is shown in the example. In the case of 7 bits, the voltage increase is greatest at 1/2 of that point, 63 to 64, but at 3
1 to 32, and the same occurs in the case of 15 to 16. This appears as vertical stripes in Figure 4. For this reason, the image signal integration circuit 20 oscillates an integration timing pulse in response to a trigger from the timing generation circuit 11, but some pulses at the beginning of the oscillation pulse are discarded so as not to capture the image signal. If you do this, you won't get the vertical stripes that are typical of this digital scan.
can be done.
像8!I算タイミングパルスの数と像信号との関係にお
いて得られる回数の信号をVi算してその回数で除すこ
とはコンピュータにより計算する必要があって大変なの
で、その回数は2の箒の数に選びその数を越えて半端な
数は捨てるようにして2進レジスタに入れてゆけば、そ
の回数で割るときはレジスタを2の零敗だけずらせばよ
いので特別な計n器は不要となる。例えば16回(24
)だけ積算し、19回積t>mがあれば3回分捨てて1
6回分とし、4回右へずらせば16で除したことになる
。この状況を第7図に示す。Statue 8! Calculating the number of signals obtained from the relationship between the number of I calculation timing pulses and the image signal by Vi and dividing by the number of times requires calculation by a computer and is difficult, so the number of times is equal to the number of brooms in 2. If you select a number that exceeds that number and store it in a binary register, discarding any odd numbers, when dividing by that number, you only need to shift the register by 2 zeros, so you don't need a special counter. For example, 16 times (24
), and if the 19 times product t>m, discard 3 times and get 1
If you take it as 6 times and shift it 4 times to the right, you have divided it by 16. This situation is shown in FIG.
このように本発明によればSN比の改善はX方向スキャ
ン波形の1DT中に積算タイミングパルスを多く作るこ
とによって走査時間を増すことなく行うことができる。As described above, according to the present invention, the SN ratio can be improved without increasing the scanning time by creating a large number of integrated timing pulses during 1DT of the X-direction scanning waveform.
又積算タイミングパルスの幾つかを捨てることによって
グリッジをなくして像画血中より縦縞をなくすことがで
きる。Also, by discarding some of the integrated timing pulses, glitches can be eliminated and vertical stripes can be eliminated from the image.
(発明の効果)
以上詳細に説明したように、SN比改善のために走査を
繰返して行うことなく、1回の走査でSN比の改善がで
きる。(Effects of the Invention) As described in detail above, the SN ratio can be improved with one scan without repeating scanning to improve the SN ratio.
第1図は本発明の実施例を示すブロック図、第2図は本
発明の実施例における信号のタイミング図、第3図は本
発明が用いられる走査電子顕微鏡の図、第4図はディジ
タルスキャン像に現われる縦縞の説明図、第5図はグリ
ッジ発生の原理説明図、第6図はグリッジの説明図で第
7図は信号積算と平均計算の説明図である。
1・・・電子銃 2・・・集束レンズ3・・
・X軸偏向器 4・・・Y軸偏向器5.6・・・
走査信号発生器
7・・・対物レンズ 8・・・試料9・・・2次
電子検出器 10・・・表示器11・・・タイミング
発生回路
12・・・X方向スキャンジェネレータ13・・・Y方
向スキャンジェネレータ14.15・・・D/Aコンバ
ータ
16.17・・・アンプ
18・・・走査電子顕微鏡
19・・・A/Dコンバータ
20・・・像信号積棹回路
20・・・フレームメモリ
特n出願人 大阪大学長 熊谷信昭
外1名
代 理 人 弁 理 士 井島藤冶第3
図
];電子銃
2;集束レンズ
3iXIk僕向器
4jY軸偏向器
5.6;ffi畳信号発生墨
7;対物レンズ
]0;表示器
第4 図
ディジタルスキャン像
縦縞
第5図
(イ)(ロ)(ハ)
] 0 ]
第6図
■丁m]■■「
一第7図
1 ン 3 4FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a signal timing diagram in an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram of a scanning electron microscope in which the present invention is used, and FIG. 4 is a digital scan. 5 is an explanatory diagram of the principle of glitch generation, FIG. 6 is an explanatory diagram of glitches, and FIG. 7 is an explanatory diagram of signal integration and average calculation. 1... Electron gun 2... Focusing lens 3...
・X-axis deflector 4...Y-axis deflector 5.6...
Scanning signal generator 7... Objective lens 8... Sample 9... Secondary electron detector 10... Display 11... Timing generation circuit 12... X direction scan generator 13... Y Directional scan generator 14.15...D/A converter 16.17...Amplifier 18...Scanning electron microscope 19...A/D converter 20...Image signal stack circuit 20...Frame memory Special applicant Nobuaki Kumagai, president of Osaka University, and one other person Patent attorney Fujiji Ijima No. 3
Electron gun 2; Focusing lens 3iXIk polarizer 4j Y-axis deflector 5.6; ) (c) ] 0 ] Figure 6 ■ d m ] ■■ " 1 Figure 7 1 N 3 4
Claims (1)
子顕微鏡のSN比の改善方法において、タイミング発生
回路と、その出力パルスによって走査信号を発生するX
方向及びY方向スキャンジェネレータと、それぞれのD
/Aコンバータから成る走査信号発生手段と、偏向器に
スキャン信号を与える増幅手段と、走査電子顕微鏡から
の像信号を取り入れて、ディジタル変換をするA/Dコ
ンバータと、タイミング発生回路からトリガ−パルスに
よりX方向スキャンと同期し且つ1Xスキャンステップ
間に複数の積算タイミングパルスを発生して前記像信号
の同期加算を行いSN比を改善する積算手段とそれを格
納する記録手段を備えた走査電子顕微鏡におけるディジ
タルスキャン像のSN比の改善方法。In a method for improving the signal-to-noise ratio of a scanning electron microscope that obtains image signals by performing digital scanning, an X
direction and Y direction scan generators and respective D
A scanning signal generating means consisting of a /A converter, an amplifying means for supplying a scanning signal to a deflector, an A/D converter that takes in an image signal from a scanning electron microscope and converts it into a digital signal, and a trigger pulse from a timing generating circuit. A scanning electron microscope comprising an integrating means that synchronizes with the X-direction scan and generates a plurality of integrating timing pulses between 1X scan steps to improve the signal-to-noise ratio by synchronously adding the image signals, and a recording means for storing the integrating means. A method for improving the SN ratio of a digital scan image.
Priority Applications (1)
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JP7704086A JPS62254350A (en) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | Improving method for sn ratio of digital scanning image in scanning type electron microscope |
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JPH0528465B2 JPH0528465B2 (en) | 1993-04-26 |
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JP7704086A Granted JPS62254350A (en) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | Improving method for sn ratio of digital scanning image in scanning type electron microscope |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5676153A (en) * | 1979-11-26 | 1981-06-23 | Hitachi Ltd | Image signal processor for scanning electron microscope |
JPS59154733A (en) * | 1983-02-24 | 1984-09-03 | Fujitsu Ltd | Electron beam apparatus |
-
1986
- 1986-04-03 JP JP7704086A patent/JPS62254350A/en active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5676153A (en) * | 1979-11-26 | 1981-06-23 | Hitachi Ltd | Image signal processor for scanning electron microscope |
JPS59154733A (en) * | 1983-02-24 | 1984-09-03 | Fujitsu Ltd | Electron beam apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0528465B2 (en) | 1993-04-26 |
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