JPS63307652A - 電子顕微鏡の焦点位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の焦点位置検出装置に関するもので
ある。

（従来の技術〕 入来、電子顕微鏡における焦点合せは、操作者が試料像
を観察用ディスプレイにて観察しながら、まず粗調整用
のつまみにより、おおむね合焦点の近傍に合せた後、微
調整用のつまみを調整することにより、正確な焦点合せ
を行なっていた。

この場合、観察対象の試料像は２次元の画像をそのまま
使用する場合もあれば、走査範囲内の成る１ラインの画
像の濃度値を表わすラインプロファイル表示の信号を使
用する場合もある。また、両方の画像を併用する場合も
ある。すなわち、２次元の画像により焦点合せを行なう
場合は、電橋全体が最もシャープに表示されるように調
整を行ない、ラインプロファイルを使用する場合は、表
示されるエツジの立ち上がり或いは立ち下がりの形状が
最もシャープになるように調整していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如き従来の技術に於ては、焦点合せを行なうため
に、２つのつまみを調整する必要があるため煩雑なもの
となっており、また、観察用ディスプレィには・ある焦
点位置に対応した画像が表示されるのみで、焦点位置の
微妙な変化に対応した画像の鮮鋭度の変化を視覚的にと
らえにくいという欠点があり、そのため操作者による若
干の個人差が生じやすかった。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点の解決のために本発明では、Ｘ方向制御信号
及びＹ方向制御信号によって電子ビームをＸ方向とＹ方
向とに偏向しうる偏向器と、励磁電流の変化によって電
子ビームの集束位置を変化させる対物レンズと、前記電
子ビームが試料を照射することで得られる情報に基づい
て画像信号を出力する画像信号出力手段と、を有する電
子顕微鏡において、前記Ｙ方向制御信号に同期させて前
記対物レンズ励磁電流を変化させる制御手段を設け、該
制御手段による前記励磁電流変化時に得られる画像信号
に基づいて、焦点位置を検出するようにした。

焦点位置の検出時には、前記偏向器が電子ビームをＸ方
向へのみ偏向させる構成でも、またＸ方向とＹ方向とに
共に偏向させる構成でもよく、さらに、得られた画像信
号は前記Ｙ方向制御信号に同期してＹ方向走査をするＣ
ＲＴに入力して表示させ、ＣＲＴの画面を見ながら焦点
位置を検出しても良いしくいわゆるマニュアル方式であ
り、焦点位置に対応する対物レンズ励磁電流を見つける
）、得られた画像信号をＣＰＵ等で画像解析することで
自動的に焦点位置を見つけても良い（焦点位置に対応す
る対物レンズ励磁電流を自動的に設定するようになせば
、いわゆるオートフォーカスになる）。

〔作用〕

本発明に於ては、Ｙ方向制御信号に同期させて対物レン
ズ励磁電流を変化させる励磁電流を変化させる制御手段
を設けたので、試料上の電子ビーム走査或いは観察用デ
ィスプレイに同期して対物レンズ励磁電流を変化させる
ことができ、その結果、合焦点をはさみ、焦点位置の連
続的に変化する画像を表示することができる。従って、
従来の方法に比較し、対物レンズ励磁電流の変化による
試料像の焦点ずれが視覚的に非常にとらえやすいものと
なり、焦点合せを簡単に行うことが出来るようになる。

また、従来方法に比較し、操作者による合焦点検出の個
人差を減少させることができる。

さらに、最近の電子顕微鏡では、特に測長用電子顕微鏡
に代表される樺に２次元のフレームメモリを構成要素と
して持つものが増加している。このフレームメモリに前
記焦点の連続的に変化する画像を取込み、信号処理を行
なえば、容易に自動焦点合せにも対応する事ができる。

また、この様な方法では、一括して画像取込みを行なう
ことができるので、高速かつ正確な自動焦点合せが期待
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であり
、以下第１図に従って装置構成とその動作について説明
する。

第１図に於て、１は電子銃を示し、図に示さない高圧電
源により制御される。電子銃１から得られる電子ビーム
は、偏向器２によりＸＹにスキャンされ、さらに対物レ
ンズ３により焦点合せを行なわれ、試料５上には集束さ
れた電子ビームがＸＹにスキャンされるように照射され
る。試料５に照射された電子ビームにより発生する２次
電子或いは反射電子は、２次電子検出器４により検出さ
れ、さらに２次電子増幅器１４により増幅され、ＣＲＴ
コントローラ１５を介してＣＲＴディスプレイ１６上に
試料像が表示される。

また、偏向器２の制御装置は符号７．８．９．１０ａ％
１１で示され、７は偏向電圧発生器、８はＸ偏向電圧発
生器、９はＹ偏向電圧発生器、１０ａはスイッチ、１１
は偏向制御装置を示す、１０ｂ、１２．１３は焦点合せ
を行なうための対物レンズ励磁電流を変化させるための
制御装置であり、１２は対物レンズ励磁電流源、１３は
加算器、ｔａｂは°スイッチを示す、また、６は試料５
を載置する試料台であり、試料台制御装置１７により移
動させることにより、試料５の任意の位置を観察できる
ように構成されている。

さらに、本装置には操作パネル１８が取付けられており
、装置の全体動作を制御している。

以下、本発明による焦点合せに関して説明する。

まず、試料台６を試料台制御装置１７により観察したい
位置に移動させ、電子顕微鏡の観−倍率を設定する。こ
の時、電子顕微鏡の焦点は通常合っていないので、試料
像はボケだ状態でＣＲＴ１６に表示されている。

この状態で焦点合せを開始する。まず、第１図に於て、
スイッチ１０ａはＳｌ側に導通し、スイッチｌＯｂはＳ
４側に導通させる（図示の状ｍ）、次に、７〜１１で示
す偏向制御装置により、試料５上で電子ビームを２次元
走査するための電圧を発生する。

ここで、偏向制御装置１１は、観察倍率に対応する電圧
の設定、電子ビームの走査周波数の制御等を行ない、Ｘ
偏向電圧発生器８、Ｙ偏向電圧発生器９は、偏向制御装
置１１により設定された倍率、走査周波数に基づいて電
子ビーム走査のためののこぎり波を発生する。さらに、
こののこぎり波は、偏向電圧発生器７により増幅され、
偏向器に印加され電子ビームを走査する。

一方、Ｙ偏向電圧発生器９により作成されたのこぎり波
は、スイッチ１０ｂを介して加算器１３に入力される。

加算器１３のもう一方の入力は、操作パネル１８につな
がっており、例えば操作パネル上の焦点設定つまみによ
り任意の直流成分を設定することが可能な構成になって
いる。従って、加算器１３の出力は、設定可能な直流成
分に、Ｙ偏向ののこぎり波を加えたものとなる。

これら、電子ビームの走査用のこぎり波と対物レンズ励
磁電流の関係は第３図に示すものになり、フレーム周期
Ｔに同期して、対物レンズ励磁電流が変化する。

この様に電子ビームを試料５上で走査することにより、
得られる画像は観察用ＣＲＴ１６上で、合焦点をふくみ
、短焦点側から長焦点側に変化する画像となる０例えば
縦方向（ＣＲＴ１６上でのＹ方向）の線形状のパターン
を観察すると、観察用ＣＲＴ１６には、第２図に示され
る画像が表示される。第２図に於て、２５は、表示され
た線パターンの一方であり、２６はＣＲＴ１６上をＹ方
向に自由に移動できるカーソルを示す、第２図ではカー
ソル２６と交差する付近の線パターンは合焦状態にあり
鮮明であるが、カーソル２６から離れるに従い、前ピン
、後ピンの状態になってぼけている。

電子顕微鏡の操作者は、この観察用ＣＲＴ１６を見なが
ら、焦点調整を行なうのであるが、その操作としては、
例えば以下の操作が考えられる。

１．１作パネル１８にカーソル２６の移動制御部材を設
け、観察用ＣＲＴ１６上で、合焦位置にカーソル２６が
一致する様に操作パネル１８上のカーソル移動用ツマミ
等によりカーソル２６を動かせるようにする。カーソル
２６を合焦位置に一致させた後、カーソル２６の位置に
より計算される値を、加算器１３の操作パネル側からの
入力に与える。（すなわち、この計算された値が対物レ
ンズ３が試料５上に電子ビームを合焦させる励磁電流に
相当する）その結果、スイッチ１０ｂをＳ３側に切り替
えることにより、ＣＲＴ１６上には焦点の合った画像が
得られる。

２、カーソル２６の位置を固定しておき、合焦位置がカ
ーソルに一敗する様に操作パネル１８上の焦点調整用ツ
マミを動かす、この操作により、ＣＲＴ１６上で焦点の
合った線パターンをカーソル２６に一敗させた後、スイ
ッチ１０ｂを３３側に切り替えると、ＣＲＴｌｅ上には
焦点の合った画像が得られる。

次に、同じ第１図により本発明の第２の実施例について
説明する。焦点調整を行なう際、第１の実施例に於ては
、スイッチ１０ａはＳｌ側、スイッチ１０ｂはＳ４側と
なっていたが、第２の実施例に於ては、スイッチ１０ａ
は３２側、スイッチ１０ｂはＳ４側に切り替えられる。

この様にすることにより、第１の実施例においては、試
料面上の電子ビーム走査と観察用ＣＲＴ上での画像表示
はともにＸ偏向電圧発生器８、Ｙ偏向電圧発生器９に従
う２次元走査であったが、第２の実施例においては、観
察用ＣＲＴ上での画像表示は偏向電圧発生器８．９に従
い２次元走査となるが、試料５面上での電子ビーム走査
は、Ｙ偏向電圧がスイッチ１０ａによりＯｖとなるため
１次元走査されることになる。

こ１の構成により、観察用ＣＲＴ１６上に表示される画
像は、１１位的な２次元画像であり、常に同じ１次元走
査位置（Ｘ方向は変化するが、Ｙ方向は固定のため）で
焦点が連続的に変化している画像となる。

操作者は、この画像を見ながら、第１の実施例に示した
と同様な方法で焦点調整を行なう、但し、この場合は、
焦点調整終了後、試料５上での電子ビーム走査を２次元
走査に戻す必要があるので、最後にスイッチ１０ａをＳ
ｌ側に切り替える必要がある。

次に第４図により自動焦点合せに応用した場合の本発明
の第３の実施例について説明する。

第４図に於て１９は操作パネル１８に代わるＣＰＵ、２
０は２次元のフレームメモリである。ここで説明する第
３の実施例は、第４ｗＪに示す樺に、２次元の濃淡画像
を記憶できるフレームメモリ２０と、そのフレームメモ
リ２０内の任意画素をアクセスできるＣＰＵ１９を全体
構成に含む樺な電子顕微鏡（例えば測長用電子顕微鏡等
）に用いる適当なものである。

第４図に於ては、自動焦点合せは、ＣＰＵ１９からの指
令により順次、あらかじめプログラムされたシーケンス
に従って行なわれる。すなわち、まず、ＣＰＵ１９が試
料５を計測したい位置に移動させるために試料台移動装
置１７に移動命令を与える。

次に、試料台６の移動により、目標のパターンが視野内
にとらえられると、フレームメモリ２０に画像をとりこ
む。

この時、スイッチ１０ａ、ｌＯｂは、第１図による第１
の実施例もしくは第２の実施例とまったく同じ制御を行
なう、フレームメモリ２０への画像取りこみのアドレス
制御はＸ偏向電圧発生器８、Ｙ偏向電圧発生器９に同期
させれば、フレームメモリ２０に取りこまれる画像は、
焦点がずれた状態から合った状態、さらに逆方向にずれ
た状態へ連続的に変化する画像となる０例えば、第１の
実施例の位置にスイッチ１０ａ、１０ｂを切換えておく
と、フレームメモリ２０に取りこまれる画像は第２図か
らカーソル２０を省いたものとなる。

この画像取込後、ＣＰＵ１９はフレームメモリ２０内の
Ｘ方向の画像信号を順次Ｙ方向に読みとり、それに含ま
れるパターンのエツジのシャープさく第２図で言うと、
線パターン２５の最も幅の狭いところ）を検出すること
により、正確かつ迅速に合焦位置を検出することができ
る。

この様に、自動焦点合せは、従来時系列に少しずつ焦点
距離をずらして画像をとりこみながら行なっていたが、
本発明では一度にまとめてフレームメモリ２０に取りこ
む事ができるので、非常に高速化できるものである。

以上の様に本発明の第１の実施例、第２の実施例によれ
ば、観察用ＣＲＴに焦点のずれた画像から焦点の合った
画像、さらに逆方向に焦点のずれた画像へと連続的に変
化する画像を表示するため以下の様な効果が期待できる
。

１、正確な焦点合せができる。

２、操作者による個人差が少ない。

３、観察用ＣＲＴ上でカーソルを合焦位置に移動させる
こと等により、焦点合せができるため微！［！ｉ用ツマ
ミは特に必要でなく操作が簡便となる。

また、第１図に於ける第２の実施例の樟に試料上で電子
ビームを１次元走査し、観察用ＣＲＴに於ては擬似的に
２次元画像を表示することにより、画面いっばいにパタ
ーンが存在しなくとも、連続的に焦点の変化する画像を
得られるという利点がある。

さらに、本発明の、第４図に示す第３実施例によれば　
測長用電子顕微鏡の様に２次元フレーム与 メモリを持つ電子顕微鏡においては、その構成をほとん
ど変更することなく、本発明を自動焦点合せに通用°し
、高速かつ正確な焦点検出が可能である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、簡単な構成で、操作
性に勝れ、かつ個人差のない焦点合せのできる焦点位置
検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の第１、第２の実施例を示すブロ
ック図、第２図は第１図の構成を持つ装置により観察用
ディスプレイに得られる試料像を示す図、第３図は本発
明によるＸＳＹ偏向電圧、対物レンズ励磁電流を示す波
形図、第４図は本発明の装置の第３の実施例を示すブロ
ック図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・電子銃 ２・・・偏向器 ３・・・対物レンズ ４・・・２次電子検出器 ５・・・試料 ６・・・試料台 ７・・・偏向電圧発生器 ８・・・Ｘ偏向電圧発生器 ９・・・Ｙ偏向電圧発生器 １０ａ、１０ｂ・・・スイッチ １１・・・偏向制御装置 １２・・・対物レンズ電流源 １３・・・加算器 １４・・・２次電子増幅器 １５・・・ＣＲＴコントローラ １６・・・ＣＲＴディスプレイ １７・・・試料台移動装置 １８・・・操作パネル １９・−ＣＰ　Ｕ ２０・・・フレームメモリ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｘ方向制御信号及びＹ方向制御信号によって電子ビーム
   をＸ方向とＹ方向とに偏向しうる偏向器と、励磁電流の
   変化によって電子ビームの集束位置を変化させる対物レ
   ンズと、前記電子ビームが試料を照射することで得られ
   る情報に基づいて画像信号を出力する画像信号出力手段
   と、を有する電子顕微鏡において、 前記Ｙ偏向制御信号に同期させて前記対物レンズ励磁電
   流を変化させる制御手段を設け、該制御手段による前記
   励磁電流変化時に得られる画像信号に基づいて、焦点位
   置を検出することを特徴とする電子顕微鏡。