JPS6331721B2 - - Google Patents

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JPS6331721B2
JPS6331721B2 JP5357480A JP5357480A JPS6331721B2 JP S6331721 B2 JPS6331721 B2 JP S6331721B2 JP 5357480 A JP5357480 A JP 5357480A JP 5357480 A JP5357480 A JP 5357480A JP S6331721 B2 JPS6331721 B2 JP S6331721B2
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JP
Japan
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scanning
signal
waveform
electron microscope
image signal
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Japanese (ja)
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Inventor
Hisayoshi Sato
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TOKYO DAIGAKU
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TOKYO DAIGAKU
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体表面の粗さを検出して測定する
表面形状測定装置、特に、走査型電子顕微鏡を用
いて物体表面に触れることなく極めて高精度の表
面粗さを検出し表示し得るようにした走査型電子
顕微鏡による表面形状測定装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a surface profile measurement device that detects and measures the roughness of an object's surface, and in particular, a scanning electron microscope that can be used to measure surface roughness with extremely high precision without touching the surface of an object. The present invention relates to a surface shape measuring device using a scanning electron microscope that is capable of detecting and displaying information.

従来のこの種表面形状、粗さの検出測定装置と
しては、触針式のものと光学式のものとがあり、
前者は、極めて微細な触針を機械的に移動させて
表面粗さを検出するので、検出の精度は高いが速
度が遅く、さらに、物体表面に傷をつける等の欠
点があり、また、後者は、非接触で表面粗さを検
出することができ、検出速度をあげることもでき
るが、触針式のものと同等の検出精度が得られな
いという欠点があつた。特に、後者の光学式のも
のについては、近年、その長所を生かして電子計
算機と結合させ、表面粗さの高速度測定や2次元
測定を可能とするようになつて来ているが、光の
波長に基づく光学系の性能から測定精度に本質的
な限界があるので、近年盛んになつて来た高精度
機械加工による製品の表面粗さの評価に使用する
には適切とは言い難い、という問題があつた。
Conventional devices for detecting and measuring surface shape and roughness include stylus type and optical type.
The former method detects surface roughness by mechanically moving an extremely fine stylus, so the detection accuracy is high but the speed is slow, and there are also disadvantages such as damaging the object surface. Although this method can detect surface roughness in a non-contact manner and can increase the detection speed, it has the disadvantage that it cannot achieve the same detection accuracy as the stylus type. In particular, in recent years, the latter optical type has been able to take advantage of its advantages and be combined with electronic computers to enable high-speed and two-dimensional measurement of surface roughness. Because there is an inherent limit to measurement accuracy due to the performance of the optical system based on the wavelength, it is difficult to say that it is suitable for use in evaluating the surface roughness of products manufactured by high-precision machining, which has become popular in recent years. There was a problem.

上述した触針式すなわち機械式、および、光学
式の表面形状測定装置に替わるものとしては、電
子式のもの、すなわち、電子顕微鏡を用いたもの
が考えられる。しかしながら、電子顕微鏡は、物
体表面の微細な構造を観察するという意味におい
ては、電子ビームの電磁波的な性質を利用してい
るのであるから、そのままで表面粗さの高精度検
出を容易に行ない得るもののように考えられる
が、従来の電子顕微鏡においては、一般に、いわ
ゆる顕微鏡として物体の立体的な微細構造を高精
度かつ高感度で観察し得るようにするために電子
ビーム照射の衝撃により物体の表面層から放出さ
れる2次電子を捕捉して表面の構造に対応した電
気信号を形成しているので、かかる2次電子信号
は、物体表面の構造を表面粗さに対応させて定性
的に観察し得るに止まり、前述した光学式表面形
状測定装置に相当する光切断法等において物体表
面の断面曲線を描くのと同様にして物体表面の断
面形状を忠実に表示するというものではなかつ
た。したがつて、従来の電子顕微鏡を用いて物体
表面の断面形状を検出するには、表面粗さという
観点から外れて、上述した2次電子信号により表
示した物体表面構造の映像自体を基にして物体表
面の立体画像を構成し、その立体画像から表面の
断面形状を読取るための極めて複雑な信号処理を
行なう必要があり、かかる信号処理を行なうため
に複雑な構成の電子機器システムを使用する必要
があるがために、上述した高精度機械加工による
製品の表面粗さの評価などに実用するには適さな
かつた。
As an alternative to the above-mentioned stylus type, ie mechanical type, and optical type surface profile measuring devices, an electronic type, ie, one using an electron microscope can be considered. However, since electron microscopes utilize the electromagnetic properties of electron beams to observe the minute structures on the surfaces of objects, they can easily detect surface roughness with high precision. However, in conventional electron microscopes, the surface of an object is generally measured by the impact of electron beam irradiation in order to be able to observe the three-dimensional microstructure of the object with high precision and sensitivity. Since secondary electrons emitted from the layer are captured to form electrical signals corresponding to the surface structure, such secondary electron signals can be used to qualitatively observe the structure of the object surface in correspondence with surface roughness. However, it is not possible to faithfully display the cross-sectional shape of the object surface in the same way as the cross-sectional curve of the object surface is drawn in the optical cutting method, which corresponds to the above-mentioned optical surface shape measuring device. Therefore, in order to detect the cross-sectional shape of an object's surface using a conventional electron microscope, it is necessary to go beyond the viewpoint of surface roughness and rely on the image of the object's surface structure itself displayed by the above-mentioned secondary electron signal. It is necessary to perform extremely complex signal processing to construct a three-dimensional image of the surface of an object and read the cross-sectional shape of the surface from the three-dimensional image, and it is necessary to use an electronic equipment system with a complex configuration to perform such signal processing. Therefore, it was not suitable for practical use in evaluating the surface roughness of products subjected to high-precision machining as described above.

本発明者は、前述したように本質的な欠点をそ
れぞれ有する触針式および光学式のものに替わ
り、それらの欠点を除去した電子式のものとし
て、電子顕微鏡を用いた表面形状測定装置の実用
化につき種々検討した。その結果、走査型電子顕
微鏡の動作条件を従来とは格段に異ならせ、従来
は物体表面層の立体構造を高精度かつ高感度で観
察するために電子ビームの衝撃により物体表面層
から放出する2次電子を捕捉し増幅して画像信号
を形成していたのに対し、例えば、電子の捕捉増
幅の閾値レベルを格段に異ならせて、主として物
体表面からの反射電子を捕捉増幅して画像信号を
形成すれば、図面につき後述するように、物体表
面の断面形状に対して一義的な関係を有する信号
波形が得られ、かかる信号波形を有する反射電子
信号に極めて簡単な演算処理を施せば容易に表面
粗さを検出し得ることを見出し、走査型電子顕微
鏡の動作に関する全く新たなかかる知見に基づい
て本発明をなしたものである。
The present inventor has proposed a surface profile measuring device using an electron microscope for practical use as an electronic type that eliminates these drawbacks, in place of the stylus type and optical type, which each have their own inherent drawbacks as described above. Various considerations were made regarding this. As a result, the operating conditions of a scanning electron microscope are significantly different from those of conventional scanning electron microscopes. In contrast, for example, the threshold level for electron capture and amplification can be significantly different to capture and amplify mainly reflected electrons from the object surface to generate image signals. If formed, a signal waveform having a unique relationship with the cross-sectional shape of the object surface can be obtained, as will be described later with reference to the drawings, and it can be easily obtained by performing extremely simple arithmetic processing on the backscattered electron signal having such a signal waveform. It was discovered that surface roughness can be detected, and the present invention was developed based on this completely new knowledge regarding the operation of a scanning electron microscope.

本発明の目的は、上述した従来の問題を解決し
てその欠点を除去し、従来は電子顕微鏡の2次電
子信号に複雑な演算処理を施してしかも表面粗さ
に関しては定性的乃至平均的な検出結果しか得ら
れなかつたのに対し、主として反射電子信号に極
めて簡単な演算処理を施すだけで物体表面の断面
形状による表面粗さを直接に検出し得る走査型電
子顕微鏡による表面形状測定装置を提供すること
にある。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and eliminate their drawbacks, and to solve the conventional problems by performing complex arithmetic processing on the secondary electron signals of an electron microscope, and yet with regard to surface roughness, the surface roughness is only qualitative or average. Whereas only detection results could be obtained, we developed a surface profile measurement device using a scanning electron microscope that can directly detect surface roughness based on the cross-sectional shape of an object surface by simply performing extremely simple arithmetic processing on the backscattered electron signal. It is about providing.

本発明の他の目的は、走査型電子顕微鏡による
表面粗さの検出を実用化して、光学式のものに比
し拡大倍率の変更増大が容易であり、拡大した視
野に対応した物体表面の微細な断面形状を検出し
得る走査型電子顕微鏡による表面形状測定装置を
提供することにある。
Another object of the present invention is to put surface roughness detection using a scanning electron microscope into practical use, so that it is easier to change and increase the magnification compared to an optical type, and it is possible to detect fine details on the surface of an object corresponding to an enlarged field of view. An object of the present invention is to provide a surface shape measuring device using a scanning electron microscope that can detect a cross-sectional shape.

本発明のさらに他の目的は、高精度機械加工の
製品について光学式のものでは困難であつた表面
粗さの測定を非接触、高精度、高速度で行ない、
これを断面波形として指示または記録し得るよう
にし、特に半導体素子表面の断面形状の観察、測
定に応用して好適な走査型電子顕微鏡による表面
形状測定装置を提供することにある。
Still another object of the present invention is to measure the surface roughness of high-precision machined products non-contact, with high precision, and at high speed, which is difficult to do with optical methods.
It is an object of the present invention to provide a surface shape measuring device using a scanning electron microscope that can indicate or record this as a cross-sectional waveform and is particularly applicable to observing and measuring the cross-sectional shape of the surface of a semiconductor element.

本発明は、走査型電子顕微鏡における試料表面
からの反射電子による画像信号に比較的簡単な演
算処理を施して、1本の走査線に対応した試料表
面の断面形状を表わす信号波形を形成し、水平走
査線毎のかかる信号波形を垂直走査方向に積み重
ねて物体表面の3次元形状を立体斜視画像のごと
く表示し得るようにしたものであり、電子ビーム
を用いて表面粗さを示す物体表面の断面形状を表
示する点、および、電子顕微鏡の動作条件を切換
えて得られる通常の顕微鏡画像と対応させて表面
粗さを観察し得る点において、従来にない全く新
規な表面形状測定装置を提供するものであり、さ
らに、上述のようにして得た物体表面断面形状の
検出結果のデータを電子計算機に供給して適切な
演算処理を施し、物体表面の3次元形状について
多種多様の解析を行ない得るようにしたものであ
る。
The present invention applies relatively simple arithmetic processing to an image signal generated by reflected electrons from a sample surface in a scanning electron microscope to form a signal waveform representing the cross-sectional shape of the sample surface corresponding to one scanning line. This signal waveform for each horizontal scanning line is stacked in the vertical scanning direction so that the three-dimensional shape of the object surface can be displayed like a stereoscopic perspective image, and an electron beam is used to display the surface roughness of the object surface. To provide a completely new surface profile measuring device that is unprecedented in that it can display cross-sectional shapes and that surface roughness can be observed in correspondence with normal microscope images obtained by changing the operating conditions of an electron microscope. Furthermore, the data of the detection results of the cross-sectional shape of the object surface obtained as described above is supplied to an electronic computer and subjected to appropriate arithmetic processing, thereby making it possible to perform a wide variety of analyzes on the three-dimensional shape of the object surface. This is how it was done.

すなわち、本発明表面形状測定装置は、物体の
表面を走査型電子顕微鏡の電子ビームにより走査
して得られる後方散乱電子によつて形成される画
像信号から前記物体表面の断面形状を表わす波形
信号を取出して表示または記録する表面形状測定
装置において、前記後方散乱電子のうち2次電子
を排除して反射電子を検出し得るように検出感度
を設定した単一の検出手段と、当該検出手段によ
り選択的に検出した前記反射電子によつて形成さ
れる画像信号を積分する積分手段とを備え、当該
積分手段の積分出力信号を前記断面形状を表わす
波形信号としたことを特徴とするものである。
That is, the surface shape measuring device of the present invention obtains a waveform signal representing the cross-sectional shape of the object surface from an image signal formed by backscattered electrons obtained by scanning the surface of the object with an electron beam of a scanning electron microscope. In a surface profile measuring device that extracts and displays or records, a single detection means whose detection sensitivity is set so as to exclude secondary electrons from among the backscattered electrons and detect reflected electrons, and a selection by the detection means. and an integrating means for integrating an image signal formed by the reflected electrons that are detected, and an integrated output signal of the integrating means is a waveform signal representing the cross-sectional shape.

以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。
The invention will be explained in detail below by way of example embodiments with reference to the drawings.

まず、本発明の表面形状測定装置の概略構成を
第1図に示し、本発明の基本概念について説明す
る。図示の概略構成においては、電子顕微鏡の真
空試料室A内に備えた電子銃1から射出して電界
2により集束偏向した走査用電子ビーム3によつ
て試料台4上に設置した試料5を照射し、X方向
の線走査をY方向に順次に位置をずらして繰返し
行ない、試料5の表面を面走査する。かかる走査
電子ビーム3の照射により試料5から得られる電
子を光電変換増幅素子からなるコレクタ6により
捕捉して順次の線走査からなる面走査に応じた信
号波形を有する試料5の表面の画像信号を形成す
るが、コレクタ6による光電変換増幅器の閾値レ
ベルを適切に設定すれば、走査電子ビーム3の照
射に応じて試料5の表面から得られる電子のう
ち、主として反射電子を捕捉するようにすること
ができる。しかして、反射電子は試料5の表面を
照射した電子ビーム3中の電子が単純に反射した
ものであるから、試料5から得られる電子の量に
比例するコレクタ6の出力電圧は、反射電子につ
いては、第2図aに示すように、試料5の表面の
電子ビーム3に対する傾き角の大きさにほぼ比例
する。したがつて、第1図に模式的に示すよう
に、例えば、試料5の表面がX方向において三角
形の連続からなる場合には、三角形の谷における
表面の傾き角の負から正への急変に応じコレクタ
出力電圧が急増し、以後その高出力電圧レベルを
一定に保持したまま三角形の頂点に達すると、表
面傾き角の正から負への急変に応じてコレクタ出
力電圧が急減し、以後その低出力電圧レベルを一
定に保持したまま再び三角形の谷に達する。した
がつて、試料5の三角形状表面に対して得られる
コレクタ6の出力電圧波形は、試料5の表面の、
電子ビーム3を含む面内における断面形状である
三角形を積分した形態の方形波形となる。従来、
電子顕微鏡に慣用の試料表面層の観察時には、前
述したとおり、試料表面層の立体構造を高精度、
高感度で観察し得るようにするために試料表面層
内から放出される2次電子をコレクタ6により捕
捉し得るようにしてコレクタ6における光電変換
増幅の閾値レベルを設定していた。しかしなが
ら、2次電子によるコレクタ6の出力電圧は、第
2図bに示すように、試料5の表面の電子ビーム
3に対する傾き角の大きさに対しほぼ2次曲線を
描いて急増する。したがつて、試料5の表面から
の2次電子によるコレクタ6の出力電圧波形は、
試料表面の断面形状に対して複雑な関係を有する
複雑な波形となるがために、2次電子によるコレ
クタ出力電圧波形によつては、一見して試料表面
の断面形状を推定することは極めて困難であり、
極めて複雑な演算処理を経なければ試料表面の断
面形状の検出は行ない得ないことになる。
First, the basic concept of the present invention will be explained with reference to FIG. 1, which shows a schematic configuration of a surface profile measuring device according to the present invention. In the illustrated schematic configuration, a sample 5 placed on a sample stage 4 is irradiated with a scanning electron beam 3 emitted from an electron gun 1 provided in a vacuum sample chamber A of an electron microscope and focused and deflected by an electric field 2. Then, the surface of the sample 5 is scanned by repeatedly performing line scanning in the X direction while sequentially shifting the position in the Y direction. Electrons obtained from the sample 5 by the irradiation with the scanning electron beam 3 are captured by a collector 6 consisting of a photoelectric conversion and amplification element to generate an image signal of the surface of the sample 5 having a signal waveform corresponding to surface scanning consisting of sequential line scanning. However, if the threshold level of the photoelectric conversion amplifier by the collector 6 is appropriately set, it is possible to capture mainly reflected electrons among the electrons obtained from the surface of the sample 5 in response to the irradiation with the scanning electron beam 3. Can be done. Therefore, since the reflected electrons are simply reflected electrons in the electron beam 3 that irradiated the surface of the sample 5, the output voltage of the collector 6, which is proportional to the amount of electrons obtained from the sample 5, is based on the reflected electrons. is approximately proportional to the angle of inclination of the surface of the sample 5 with respect to the electron beam 3, as shown in FIG. 2a. Therefore, as schematically shown in FIG. 1, for example, if the surface of the sample 5 consists of a series of triangles in the In response, the collector output voltage increases rapidly, and then reaches the apex of the triangle while keeping the high output voltage level constant.The collector output voltage then decreases rapidly in response to the sudden change in the surface tilt angle from positive to negative, and from then on, the collector output voltage decreases rapidly. The triangular valley is reached again while keeping the output voltage level constant. Therefore, the output voltage waveform of the collector 6 obtained for the triangular surface of the sample 5 is
A square waveform is obtained by integrating a triangular cross-sectional shape in a plane including the electron beam 3. Conventionally,
As mentioned above, when observing the surface layer of a sample using an electron microscope, the three-dimensional structure of the sample surface layer can be observed with high precision.
In order to enable observation with high sensitivity, the threshold level for photoelectric conversion amplification in the collector 6 was set so that the collector 6 could capture secondary electrons emitted from within the surface layer of the sample. However, as shown in FIG. 2b, the output voltage of the collector 6 due to the secondary electrons rapidly increases in a substantially quadratic curve with respect to the angle of inclination of the surface of the sample 5 with respect to the electron beam 3. Therefore, the output voltage waveform of the collector 6 due to the secondary electrons from the surface of the sample 5 is:
It is extremely difficult to estimate the cross-sectional shape of the sample surface at first glance depending on the collector output voltage waveform due to secondary electrons, as the waveform is complex and has a complicated relationship with the cross-sectional shape of the sample surface. and
The cross-sectional shape of the sample surface cannot be detected without extremely complicated arithmetic processing.

本発明は、電子ビーム照射による試料表面から
の反射電子と2次電子とによるコレクタ出力電圧
波形に関する上述した知見に基づき、反射電子に
よるコレクタ出力電圧波形を積分しさえすれば試
料表面の断面形状を容易かつ正確に把握し得ると
いう新たな着想に基づいてなしたものである。し
たがつて、本発明表面形状測定装置においては、
基本的には、走査電子ビームの照射による物体表
面からの反射電子を捕捉したコレクタの出力電圧
波形を単に積分することにより、走査電子ビーム
を含む面内における物体表面の断面形状を検出す
るのであるが、その検出した断面形状相当の積分
出力波形を単に表示装置に表示することにより物
体表面の形状が表示できる利点がある。本発明の
利点はこれのみに留らず、走査型電子顕微鏡の電
子ビーム走査に巧みに対応させて、物体表面の粗
さを一見して把握し得るように表示するととも
に、さらに、物体表面の立体的観察ないし立体的
表示または記録が可能となる顕著な利点がある。
The present invention is based on the above-mentioned knowledge regarding the collector output voltage waveform due to the reflected electrons and secondary electrons from the sample surface due to electron beam irradiation, and the cross-sectional shape of the sample surface can be determined by integrating the collector output voltage waveform due to the reflected electrons. This is based on a new idea that allows for easy and accurate understanding. Therefore, in the surface profile measuring device of the present invention,
Basically, the cross-sectional shape of the object surface within the plane containing the scanning electron beam is detected by simply integrating the output voltage waveform of the collector that captures the reflected electrons from the object surface due to irradiation with the scanning electron beam. However, there is an advantage that the shape of the object surface can be displayed by simply displaying the integrated output waveform corresponding to the detected cross-sectional shape on the display device. The advantages of the present invention are not limited to this, but the present invention skillfully corresponds to the electron beam scanning of a scanning electron microscope to display the roughness of an object's surface so that it can be grasped at a glance. A significant advantage is that stereoscopic observation or stereoscopic display or recording is possible.

すなわち、第1図に示した本発明装置の概略構
成においては、試料5の表面から反射電子による
コレクタ6の出力電圧信号を陰極線管コントロー
ラ7を介して陰極線管表示装置9に表示するとと
もに、コレクタ出力電圧信号をアナログ演算処理
装置B中の処理回路8に導き、少なくとも積分の
演算処理を施して信号波形を試料表面の断面形状
に復元し、要すれば、さらに、高域周波数成分の
除去等により雑音を除去し、面走査電子ビーム強
度の不均一等による低域波形の歪みの平均化によ
る除去等の信号波形処理を施して資料表面断面形
状を一層忠実に復元した演算処理出力信号を陰極
線管コントローラ7に供給して垂直偏向波形に加
算し、コレクタ6の出力電圧信号の印加により陰
極線管表示画面に表示した試料表面観察画像に重
畳して、資料表面の所望の位置に対応する走査線
に関して断面形状波形を陰極線管の表示画面に表
示するようにする。しかして、実用上は、コレク
タ出力電圧信号の上述したようなアナログ演算処
理よりも、そのコレクタ出力電圧信号をデイジタ
ル化してデイジタル演算処理を施す方が好適であ
り、第1図示の概略構成においては、デイジタル
演算処理装置Cによりかかるデイジタル演算処理
を行なう。すなわち、陰極線管コントローラ7か
らのコレクタ出力画像信号をA―D変換器11お
よび同期信号発生器12に供給し、同期信号発生
器12によりコレクタ出力画像信号中から抽出し
た同期信号に基づいて発生させたクロツクパルス
によりA―D変換器11を駆動して形成したデイ
ジタル画像信号を同期信号発生器12からのクロ
ツクパルスとともにインターフエース13に供給
し、クロツク情報を含んだデイジタル画像信号を
形成してデイジタル演算処理回路14に供給し、
アナログ演算処理装置B中の処理回路8について
上述したと同等のデイジタル演算処理を入力デイ
ジタル画像信号に施す。かかるデイジタル演算処
理出力波形信号をインターフエース15を介して
取出し、D―A変換器16によりアナログ波形信
号に復元してアナログ演算処理装置Bにつき上述
したと同様にして陰極線管表示装置9に表示する
とともに、インターフエース15を介して取出し
た信号をデイジタルXYプロツタ10に供給し
て、陰極線管表示装置9に表示したと同様に試料
表面の断面形状を表わすアナログ信号波形を特定
の1走査線分または1フレーム分の各走査線毎に
連続して記録する。
That is, in the schematic configuration of the apparatus of the present invention shown in FIG. The output voltage signal is guided to the processing circuit 8 in the analog processing unit B, and is subjected to at least integral calculation processing to restore the signal waveform to the cross-sectional shape of the sample surface, and if necessary, further removes high frequency components, etc. Cathode ray It is supplied to the tube controller 7 and added to the vertical deflection waveform, and by applying the output voltage signal of the collector 6, it is superimposed on the sample surface observation image displayed on the cathode ray tube display screen to generate a scanning line corresponding to a desired position on the sample surface. The cross-sectional shape waveform is displayed on the display screen of the cathode ray tube. Therefore, in practical terms, it is more suitable to digitize the collector output voltage signal and perform digital operation processing than to perform analog calculation processing on the collector output voltage signal as described above. , the digital arithmetic processing device C performs such digital arithmetic processing. That is, the collector output image signal from the cathode ray tube controller 7 is supplied to the A-D converter 11 and the sync signal generator 12, and the sync signal generator 12 generates a sync signal based on the sync signal extracted from the collector output image signal. A digital image signal formed by driving the A-D converter 11 with the clock pulse generated by the clock is supplied to the interface 13 along with a clock pulse from the synchronizing signal generator 12, thereby forming a digital image signal containing clock information and performing digital arithmetic processing. supplying the circuit 14;
The processing circuit 8 in the analog arithmetic processing device B performs the same digital arithmetic processing as described above on the input digital image signal. The digital arithmetic processing output waveform signal is taken out via the interface 15, restored to an analog waveform signal by the DA converter 16, and displayed on the cathode ray tube display device 9 in the same manner as described above for the analog arithmetic processing device B. At the same time, the signal extracted via the interface 15 is supplied to the digital Each scanning line of one frame is recorded continuously.

なお、かかる演算処理による試料表面の断面形
状信号波形の表示は、基本的には、X方向の1走
査線に対して行なわれるが、かかる波形表示を順
次の走査線についてY方向に繰返し行えば、陰極
線管の表示画面には、電子顕微鏡の従来どおりの
2次電子画像信号によると同様であつて、しか
も、試料表面の形状を忠実に表わした3次元的、
すなわち、立体的な表面画像の表示が、電子顕微
鏡により従来観察していた平面的な写真に陰影を
施した形態の表面画像に替わつて表示される。
Note that the display of the cross-sectional shape signal waveform of the sample surface through such arithmetic processing is basically performed for one scanning line in the X direction, but if such waveform display is repeated in the Y direction for successive scanning lines, The display screen of the cathode ray tube is similar to the conventional secondary electron image signal of an electron microscope, but also displays a three-dimensional image that faithfully represents the shape of the sample surface.
That is, a three-dimensional surface image is displayed instead of a surface image in the form of a shaded planar photograph that has been conventionally observed using an electron microscope.

本発明装置における陰極線管表示画面に、第1
図に模式的に示すような三角形状が連続した比較
的単純かつ斉一な表面形状を有する試料について
上述した態様で表面画像に重畳する断面形状波形
を第3図aに示し、かかる表面画像信号波形をX
―Yプロツタによりプロツトしたものを第3図b
に示し、さらに、その表面画像に重畳表示した断
面形状信号波形をX―Yプロツタによりプロツト
したものを第3図cに示す。それら第3図a〜
c、特にbおよびcの信号波形を第1図示の試料
表面形状と対比すれば、本発明により得た第3図
cの断面形状信号波形がほぼ忠実に試料表面形状
を復元しており、また、第3図bの表面画像信号
波形が、巨視的な傾向として試料表面の三角形状
に対して方形波状となつており、したがつて、前
述したように、試料表面形状を微分した形態の波
形となつていることが明瞭に判る。
On the cathode ray tube display screen in the apparatus of the present invention, the first
FIG. 3a shows the cross-sectional shape waveform superimposed on the surface image in the manner described above for a sample having a relatively simple and uniform surface shape with a series of triangular shapes as schematically shown in the figure, and the surface image signal waveform X
- Figure 3b is plotted using Y plotter.
Furthermore, FIG. 3c shows a plot of the cross-sectional shape signal waveform superimposed on the surface image using an XY plotter. Those Figure 3 a~
If we compare the signal waveforms of c, especially b and c, with the sample surface shape shown in Fig. 1, we can see that the cross-sectional shape signal waveform of Fig. 3c obtained by the present invention almost faithfully restores the sample surface shape. , the surface image signal waveform in FIG. 3b has a macroscopic tendency to be a rectangular wave with respect to the triangular shape of the sample surface, and therefore, as described above, the waveform is obtained by differentiating the sample surface shape. It is clearly seen that this is the case.

しかして、電子顕微鏡は観察画像の倍率を光学
顕微鏡に比して格段に容易かつ多様に変更し得る
のがその特長の一つであり、第3図aに示したも
のが倍率350であるのに対し、倍率を3500にして
斜めの傷の部分を含めた中央部のみを拡大表示し
たときの陰極線管表示画像に重畳する断面形状波
形を第4図aに示し、その表示画像における表面
画像信号波形をX―Yプロツタによりプロツトし
たものを第4図bに示し、さらに、その表面画像
信号波形を積分して得た断面形状信号波形をX―
Yプロツタによりプロツトしたものを第4図cに
示す。しかして、第4図cに示した断面形状信号
波形は、試料表面の三角形状を拡大してよく表わ
しているが、反射電子像形成および演算処理の過
程で生ずる直流分の歪みにより原断面形状にはな
い傾斜が著しく現われている。したがつて、本発
明装置の好適な構成例においては、後述するよう
に、直流分補正を施して平均化し、この直流分歪
みによる不所望の傾斜を修正して除去した状態で
信号波形表示の利得を増大させ得るようにし、表
示画像を縦方向にも十分に拡大して、第4図dに
示した。第4図dは試料表面における斜面の途中
に存在して細部の表面粗さを示した細かい条目を
も忠実かつ精密に表示しており、第4図bに示し
た方形波状表面画像信号波形における平坦部の微
細なレベル変動によく対応させることができる。
One of the features of an electron microscope is that the magnification of the observed image can be changed much more easily and in a variety of ways than an optical microscope, and the one shown in Figure 3a has a magnification of 350. On the other hand, Figure 4a shows the cross-sectional waveform superimposed on the cathode ray tube display image when only the central part including the diagonal scratches is enlarged and displayed at a magnification of 3500, and the surface image signal in that display image is shown. Figure 4b shows the waveform plotted with an X-Y plotter, and the cross-sectional shape signal waveform obtained by integrating the surface image signal waveform is shown in the X-Y plotter.
Figure 4c shows what was plotted using the Y plotter. Although the cross-sectional shape signal waveform shown in Fig. 4c clearly represents the enlarged triangular shape of the sample surface, the original cross-sectional shape is distorted due to the direct current component generated in the process of backscattered electron image formation and arithmetic processing. There is a noticeable slope that is not present in the original. Therefore, in a preferred configuration of the device of the present invention, as will be described later, the DC component is corrected and averaged, and the signal waveform is displayed with the undesired slope due to the DC component distortion corrected and removed. The gain can be increased and the displayed image can be sufficiently enlarged in the vertical direction as shown in FIG. 4d. Figure 4(d) faithfully and accurately displays the fine lines that exist in the middle of the slope on the sample surface and indicate detailed surface roughness, and shows the square waveform surface image signal waveform shown in Figure 4(b). It can respond well to minute level fluctuations in flat areas.

本発明表面形状測定装置における表面形状の上
述した表示の態様は、第1図に示した連続三価形
状の試料表面について得られる第5図aに模式的
に示すような連続方形波状の表面画像に、その表
面画像信号波形を表示した1本の走査線について
の断面形状信号波形を第5図bに模式的に示すよ
うに重畳して表示するものであり、その1本の走
査線の表面画像における位置、すなをち、表面画
像において断面形状を表示した部分を明示するた
めに、本発明装置における表示の一形態として、
第5図cに示すように、該当する走査線位置の両
端部にマーカを表示するようにすることもでき
る。また、陰極線管表示画面の垂直方向における
順次の各走査線について、第5図bに示したと同
様の断面形状信号波形を形成し、それらの断面形
状信号波形を例えばデイジタル演算処理回路14
内にすべて一旦記憶した後に、X―Yプロツタ1
0により、第5図dに模式的に示すように、垂直
方向に順次に位置をずらしてプロツトすれば、試
料5の表面形状に忠実に対応した3次元画像を斜
視的に表示することができる。第1図に示したよ
うな連続三角形状の試料表面に対するかかる三次
元画像の例を第6図に示す。
The above-mentioned display mode of the surface shape in the surface profile measuring device of the present invention is a continuous square wave-like surface image as schematically shown in FIG. 5a obtained for the continuous trivalent sample surface shown in FIG. The cross-sectional shape signal waveform for one scanning line displaying the surface image signal waveform is superimposed and displayed as schematically shown in FIG. 5b. In order to clearly indicate the position in the image, that is, the part where the cross-sectional shape is displayed in the surface image, as a form of display in the device of the present invention,
As shown in FIG. 5c, markers may be displayed at both ends of the corresponding scanning line position. Further, for each successive scanning line in the vertical direction of the cathode ray tube display screen, a cross-sectional shape signal waveform similar to that shown in FIG.
Once everything has been memorized in the X-Y plotter 1,
0, by sequentially shifting the positions in the vertical direction and plotting as schematically shown in Figure 5d, a three-dimensional image that faithfully corresponds to the surface shape of the sample 5 can be displayed in perspective. . FIG. 6 shows an example of such a three-dimensional image of a continuous triangular sample surface as shown in FIG. 1.

なお、前述したように本発明表面形状測定装置
における電子顕微鏡のコレクタ出力電圧信号をデ
イジタル的に演算処理することは、検出データの
デイジタル演算処理回路14内への取り込みや演
算処理に時間を要する。しかし、その反面、観察
すべき試料表面の傾斜と反射電子に混入して検出
される2次電子によるコレクタ出力電圧信号波形
の非線形歪みを考慮して適切な補正を施し、ある
いは、試料表面層の物質の相違に基づく電子ビー
ムの反射率の相違、したがつてコレクタ出力電圧
の相違を考慮して適切な補正を施したうえでコレ
クタ出力電圧信号波形に対する所要の積分を行な
うのが容易であり、また、上述した3次元画像に
ついて種々の解析を行なうのが容易となるなど、
デイジタル演算処理には、アナログ演算処理によ
つて得られない格別の利点がある。
As described above, digitally processing the collector output voltage signal of the electron microscope in the surface profile measuring apparatus of the present invention requires time to take in the detected data into the digital processing circuit 14 and perform the processing. However, on the other hand, it is necessary to take into account the inclination of the sample surface to be observed and the nonlinear distortion of the collector output voltage signal waveform due to the secondary electrons mixed in with the backscattered electrons. It is easy to perform the required integration on the collector output voltage signal waveform after making appropriate corrections in consideration of differences in electron beam reflectivity due to differences in materials and, therefore, differences in collector output voltage. In addition, it becomes easier to perform various analyzes on the three-dimensional images mentioned above, etc.
Digital arithmetic processing has special advantages not available with analog arithmetic processing.

一方、電子顕微鏡のコレクタ出力電圧信号をア
ナログ的に演算処理することは、デイジタル演算
処理によつて可能となる多種多様の情報処理や解
析の面では劣るが、電子顕微鏡によつて得られる
通常の顕微鏡画像に対応して、しかも、試料表面
形状をより忠実に表わす3次元画像を即時に表示
し得る利点がある。
On the other hand, analog arithmetic processing of the collector output voltage signal of an electron microscope is inferior in terms of the wide variety of information processing and analysis that is possible with digital arithmetic processing. There is an advantage that a three-dimensional image that corresponds to the microscope image and more faithfully represents the sample surface shape can be displayed immediately.

なお、第1図に示した本発明表面形状測定装置
の概略構成においては、真空試料室A内に設置し
た試料台4を、例えばデイジタル演算処理回路1
4からの制御信号に応じて駆動されるステツプモ
ータ等により、X方向やY方向に水平移動させ、
あるいは、水平回転軸ψもしくは垂直回転軸ψの
周りに回転させ得るように構成する。したがつ
て、例えば平板状試料については、水平方向に移
動させることにより、走査電子ビーム3により照
射する部分の表面画像信号波形および断面形状信
号波形を試料の全面に亘つて連続表示し得るよう
にする。また、回転形状試料については、その回
転円筒面の母線に沿つて特定の走査線を設定し、
その特定の走査線位置を含む垂直面内に回転軸を
設定して試料を回転させることにより、回転形状
試料の回転円筒面の母線方向における表面粗さす
なわち断面形状の検出を、その回転円筒面の円周
方向に沿つた一定間隔毎に繰返し行なつて、平板
状試料におけると同様に回転形状試料表面の3次
元画像表示を行ない得るようにする。さらに、試
料表面の断面形状信号波形を重畳表示する試料表
面画像を、所望により、前述した反射電子による
表面画像に替えて、従来どおりの2次電子による
表面画像となるように、例えば、コレクタ6にお
ける光電変換増幅の閾値レベルを適切に切換えて
第5図bに示したと同様の態様の重畳表示を行な
うようにする。
In the schematic configuration of the surface profile measuring apparatus of the present invention shown in FIG.
horizontally moved in the X direction and Y direction by a step motor etc. driven according to the control signal from 4.
Alternatively, it is configured to be able to rotate around the horizontal rotation axis ψ or the vertical rotation axis ψ. Therefore, for example, for a flat sample, by moving it in the horizontal direction, the surface image signal waveform and cross-sectional shape signal waveform of the part irradiated with the scanning electron beam 3 can be continuously displayed over the entire surface of the sample. do. For rotating samples, a specific scanning line is set along the generatrix of the rotating cylindrical surface.
By rotating the sample by setting the rotation axis in a vertical plane that includes the specific scanning line position, the surface roughness, that is, the cross-sectional shape of the rotating cylindrical surface of the rotating sample can be detected in the generatrix direction of the rotating cylindrical surface. This is repeated at regular intervals along the circumferential direction of the sample, so that a three-dimensional image of the surface of the rotating sample can be displayed in the same way as for a flat sample. Furthermore, if desired, the sample surface image that superimposes and displays the cross-sectional shape signal waveform of the sample surface can be changed to a conventional surface image based on secondary electrons instead of the surface image based on the above-mentioned backscattered electrons. By appropriately switching the threshold level of the photoelectric conversion amplification in , a superimposed display similar to that shown in FIG. 5b is performed.

上述したような概略構成による本発明表面形状
測定装置の詳細な構成の例を、従来試みられたこ
の種装置の詳細な構成と対比して以下に詳述す
る。
An example of the detailed configuration of the surface profile measuring apparatus of the present invention having the above-mentioned general configuration will be described in detail below in comparison with the detailed configuration of this type of apparatus that has been attempted in the past.

まず、従来、走査型電子顕微鏡を用いて表面粗
さの検出を行なうように試みられたこの種装置の
詳細構成を第7図に示す。図示の構成において
は、電子顕微鏡21の電子銃22に加速電源23
からの超高電圧を印加して高速度で射出させた電
子ビームを集束コイル24,25にレンズ電源2
6からの集束電流を供給してターゲツト30の位
置で焦点を結ばせるとともに、X方向偏向コイル
27およびY方向偏向コイル28に走査用電源2
9からの偏向電圧をそれぞれ供給してターゲツト
30の面上におけるX―Y方向の面走査を行なわ
せる。その面走査によりターゲツト30から放出
される電子を光電変換増幅素子、例えば、ホトマ
ルチプライヤよりなるコレクタ31により捕捉し
て光電変換増幅を施し、その出力電圧信号を、信
号増幅器32を介し、陰極線管33の電子ビーム
強度制御電極34に印加する。それとともに、さ
らにその出力電圧信号をスイツチ35を介して加
算器36にも供給し、走査用電源29から陰極線
管33の水平偏向コイル37および垂直偏向コイ
ル38にそれぞれ供給する偏向電圧のうち、垂直
偏向電圧に加算する。したがつて、例えば第1図
に示したような連続三角形状の表面形状を有する
ターゲツト面を電子ビームにより走査した場合に
は、陰極線管33の表示面上には、第5図aに示
したのと同様に、ターゲツト30の表面画像に所
望の走査線に対応する表面画像信号波形が重畳し
て表示される。しかしながら、前述したように、
従来は、ターゲツト30から放出された2次電子
を捕捉していたのであるから、第2図bに示した
ようなコレクタ出力電圧特性に基づく非線形歪み
が生じ、ターゲツト表面の忠実な断面形状は、前
述したように複雑な演算処理過程を経なければ、
到底得られなかつた。
First, FIG. 7 shows the detailed configuration of a device of this type that has been attempted to detect surface roughness using a scanning electron microscope. In the illustrated configuration, an acceleration power source 23 is connected to the electron gun 22 of the electron microscope 21.
The electron beam is emitted at high speed by applying an ultra-high voltage from the lens power supply 2 to the focusing coils 24 and 25.
6 to focus the target at the position of the target 30, and the scanning power supply 2 to the X-direction deflection coil 27 and the Y-direction deflection coil 28.
Deflection voltages from 9 are respectively supplied to scan the surface of the target 30 in the XY direction. Electrons emitted from the target 30 by the surface scanning are captured by a collector 31 consisting of a photoelectric conversion and amplification element, for example, a photomultiplier, subjected to photoelectric conversion and amplification, and the output voltage signal is sent to the cathode ray tube via a signal amplifier 32. 33 electron beam intensity control electrode 34 is applied. At the same time, the output voltage signal is also supplied to the adder 36 via the switch 35, and the vertical Add to deflection voltage. Therefore, for example, when a target surface having a continuous triangular surface shape as shown in FIG. Similarly, the surface image signal waveform corresponding to the desired scanning line is displayed superimposed on the surface image of the target 30. However, as mentioned above,
Conventionally, secondary electrons emitted from the target 30 were captured, so nonlinear distortion occurred based on the collector output voltage characteristics as shown in FIG. 2b, and the faithful cross-sectional shape of the target surface was As mentioned above, unless you go through the complicated arithmetic processing process,
I just couldn't get it.

上述したような従来装置の欠点を除去した本発
明表面形状測定装置の詳細構成の例を第8図に示
す。図示の構成は、走査型電子顕微鏡を用いて構
成した表面形状測定装置一般に必須の基本的な構
成および作用に関しては、第7図に示した従来装
置と同様である。したがつて、第8図に示す本発
明装置においては、第7図に示した従来装置にお
けると同一の構成要素には同一の記号を付して示
し、その作用については説明を省略すること、第
10図につき後述する他の構成例においても同様
である。また、第8図および第10図に示す詳細
構成は、第1図に示した概略構成とは必ずしも明
確に対応しないが、構成および作用効果に関する
技術思想に関して全く同一であること以下に記述
するとおりである。
FIG. 8 shows an example of the detailed configuration of the surface profile measuring apparatus of the present invention, which eliminates the drawbacks of the conventional apparatus as described above. The illustrated configuration is similar to the conventional device shown in FIG. 7 with respect to the basic configuration and operation essential for a surface profile measuring device constructed using a scanning electron microscope. Therefore, in the device of the present invention shown in FIG. 8, the same components as in the conventional device shown in FIG. The same applies to other configuration examples described later with reference to FIG. Furthermore, although the detailed configurations shown in FIGS. 8 and 10 do not necessarily correspond clearly to the schematic configuration shown in FIG. 1, they are exactly the same in terms of technical ideas regarding the configuration and operation and effects, as described below. It is.

しかして、第8図に示す本発明表面形状測定装
置の構成例においては、第7図につき上述したと
同様にして、走査型電子顕微鏡21の走査電子ビ
ームにより照射して得られるターゲツト30から
の電子ビームを、フオトマルチプライヤあるいは
シンチレーシヨンカウンタよりなるコレクタ31
により捕捉して光電変換増幅し、その出力電圧信
号を信号増幅器32によりさらに適切に増幅した
うえで、陰極線管33の電子ビーム強度制御電極
34に供給してターゲツト30の表面画像を表示
するようにする。それとともに、その出力電圧信
号をスイツチ35を介して加算器36に導き、陰
極線管33の垂直偏向電圧に重畳して、その出力
電圧信号に関連した信号波形を、スイツチ35の
閉成により任意に選択した走査線について陰極線
管33の表示面上のターゲツト表面画像に重畳し
て表示すること、第7図につき上述したのと同様
である。しかしながら、本発明装置においては、
信号増幅器32の出力電圧信号を低域・高域阻止
フイルタ41に供給して、低域の歪み成分および
高域のノイズ成分を除去したうえで、さらに積分
器42に供給し、第1図示の概略構成につき詳述
したとおりに表面画像信号波形に積分処理を施し
てターゲツト表面の断面形状を表わす波形の積分
出力電圧信号を形成し、直流分補正回路43から
の直流電圧を重畳して画面上の表示位置を補正し
得るようにしたものを加算器36に供給してい
る。しかして、本発明装置においては、前述した
ようにコレクタ31における光電変換増幅器の閾
値レベルを適切に選定してターゲツト30からの
反射電子を主として捕捉し得るようにしているの
で、コレクタ出力電圧信号としてはターゲツト表
面の断面形状を微分した波形のものが得られ、積
分器42の積分出力電圧信号としては、ターゲツ
ト表面の断面形状をほぼ忠実に復元した波形のも
のが得られること、前述したとおりである。な
お、ターゲツト30として表面粗さを検出すべき
試料と適切な既知の表面粗さを有する標準試験片
とを同一条件のもとに置換するなどして較正すれ
ば、試料の表面粗さを数値的に検出することがで
きる。
Therefore, in the configuration example of the surface profile measuring apparatus of the present invention shown in FIG. 8, in the same manner as described above with reference to FIG. The electron beam is passed through a collector 31 consisting of a photomultiplier or a scintillation counter.
The output voltage signal is captured and photoelectrically converted and amplified by a signal amplifier 32, and then supplied to an electron beam intensity control electrode 34 of a cathode ray tube 33 to display a surface image of the target 30. do. At the same time, the output voltage signal is guided to the adder 36 via the switch 35, superimposed on the vertical deflection voltage of the cathode ray tube 33, and the signal waveform related to the output voltage signal is arbitrarily changed by closing the switch 35. The selected scanning line is displayed superimposed on the target surface image on the display surface of the cathode ray tube 33, as described above with reference to FIG. However, in the device of the present invention,
The output voltage signal of the signal amplifier 32 is supplied to a low-frequency/high-frequency blocking filter 41 to remove low-frequency distortion components and high-frequency noise components. As described in detail regarding the schematic configuration, the surface image signal waveform is subjected to integral processing to form an integrated output voltage signal with a waveform representing the cross-sectional shape of the target surface, and the DC voltage from the DC component correction circuit 43 is superimposed to display the signal on the screen. An adder 36 is supplied with a display position that can be corrected. In the device of the present invention, as described above, the threshold level of the photoelectric conversion amplifier in the collector 31 is appropriately selected so that the reflected electrons from the target 30 can be mainly captured. As mentioned above, a waveform obtained by differentiating the cross-sectional shape of the target surface is obtained, and a waveform obtained by almost faithfully restoring the cross-sectional shape of the target surface is obtained as the integrated output voltage signal of the integrator 42. be. In addition, if calibration is performed by substituting the sample whose surface roughness is to be detected as the target 30 with a standard test piece having an appropriate known surface roughness under the same conditions, the surface roughness of the sample can be calculated numerically. can be detected.

かかる構成の本発明表面形状測定装置の動作を
試料の例として、第1図に示したように三角形状
の畝を平行配置した表面形状を有する標準粗さ試
験片を用いた場合について、以下にさらに詳細に
説明する。
As an example of the operation of the surface profile measuring device of the present invention having such a configuration, the following describes the case where a standard roughness test piece having a surface profile with triangular ridges arranged in parallel as shown in FIG. 1 is used. This will be explained in more detail.

第8図に示す本発明表面形状測定装置の構成に
おいて、信号増幅器32では通常の走査型電子顕
微鏡におけるとほぼ同様に動作する。したがつ
て、その信号増幅器32の増幅出力電圧信号を制
御電極34に供給した陰極線管33の表示面上の
試料表面の画像を写真撮影した後に、所望の線走
査期間にスイツチ35を閉成して積分処理を施し
た増幅出力信号を垂直偏向電圧に重畳して二重露
光を行なえば、第5図aに模式的に示したよう
に、反射電子画像に、所望の走査線位置における
表面断面形状である方形波形が重畳して記録され
る。
In the configuration of the surface profile measuring apparatus of the present invention shown in FIG. 8, the signal amplifier 32 operates in substantially the same manner as in a normal scanning electron microscope. Therefore, after photographing an image of the sample surface on the display screen of the cathode ray tube 33 that supplies the amplified output voltage signal of the signal amplifier 32 to the control electrode 34, the switch 35 is closed during the desired line scanning period. If double exposure is performed by superimposing the amplified output signal that has been integrated on the vertical deflection voltage, the backscattered electron image will show a surface cross section at the desired scanning line position, as schematically shown in Figure 5a. A rectangular waveform is recorded in a superimposed manner.

上述した構成による本発明装置の各部信号波形
をそれぞれ示す第9図a〜fにおいて、第9図a
およびbは、走査型電子顕微鏡21および陰極線
管33に共通のそれぞれ水平および垂直の偏向信
号波形であり、スイツチ35を閉成する所望の水
平偏向期間すなわち線走査期間における信号増幅
器32、低域・高域阻止フイルタ41、積分器4
2の各出力電圧信号波形を第9図c〜eにそれぞ
れ示し、直流分補正回路43を用いない場合にお
ける積分器42の出力電圧信号波形を第9図fに
示す。
In FIGS. 9a to 9f showing signal waveforms of each part of the device of the present invention having the above-described configuration, FIG.
and b are horizontal and vertical deflection signal waveforms, respectively, common to the scanning electron microscope 21 and the cathode ray tube 33; High-frequency rejection filter 41, integrator 4
The output voltage signal waveforms of the integrator 42 in the case where the DC component correction circuit 43 is not used are shown in FIG. 9f.

しかして、信号増幅器32の増幅出力電圧信号
波形には、第9図cに示したように、電子顕微鏡
21の電子ビーム集束偏向系に固有の特性とし
て、その面走査と同期して面走査した陰極線管3
3の表示画像の中央部が周縁部より明るくなるこ
とに対応して線走査期間の信号波形の中央部を押
し上げる長波長成分や、ターゲツト30からの微
少量の電子を大幅に増幅することによる極度の短
波長成分からなる波形歪みやノイズが多分に重畳
している。しかしながら、かかる波形歪みやノイ
ズは、その増幅出力電圧信号を低域・高域阻止フ
イルタ41に通すことにより、第9図dに示した
ように十分に除去することができる。また、積分
器42の出力電圧信号波形は、第9図dとeとを
対比すれば明らかなように、フイルタ41の濾波
出力電圧信号波形を積分したものであり、試料表
面の断面形状をほぼ忠実に表わしたものとなる。
かかる各信号波形の相互関係は、第2図aにつき
前述した反射電子像における試料表面の傾き角と
コレクタ出力電圧との間の相関特性によるもので
あること勿論である。
Therefore, as shown in FIG. 9c, the amplified output voltage signal waveform of the signal amplifier 32 has a surface scan synchronized with its surface scan, as a characteristic unique to the electron beam focusing and deflecting system of the electron microscope 21. cathode ray tube 3
Corresponding to the fact that the center of the display image 3 becomes brighter than the periphery, the long wavelength component that pushes up the center of the signal waveform during the line scanning period and the extreme Waveform distortion and noise consisting of short wavelength components are often superimposed. However, such waveform distortion and noise can be sufficiently removed by passing the amplified output voltage signal through the low-frequency and high-frequency blocking filters 41, as shown in FIG. 9d. Furthermore, as is clear from a comparison between d and e in FIG. 9, the output voltage signal waveform of the integrator 42 is obtained by integrating the filtered output voltage signal waveform of the filter 41, and approximately corresponds to the cross-sectional shape of the sample surface. It will be faithfully represented.
It goes without saying that such a mutual relationship between the signal waveforms is due to the correlation characteristic between the tilt angle of the sample surface in the backscattered electron image and the collector output voltage as described above with reference to FIG. 2a.

また、積分器42に直流分補正回路43からの
直流分補正用電圧を供給しない場合には、コレク
タ出力電圧信号の直流分歪みにより、第9図fに
示したように、信号波形が不当に傾斜することが
ある。したがつて、特に、第4図cに示したよう
に、表面画像信号波形の時間軸を拡大して表面形
状における斜めの部分のみを観察するような場合
には、直流分補正電圧を加算して信号波形の直流
分歪みによる不所望の傾きを補正することによ
り、正味の試料表面断面形状信号波形のみを十分
に増幅し拡大して、第4図dに示したように、試
料表面断面の微細な形状を詳細に検出し表示す
る。
Furthermore, if the DC component correction voltage from the DC component correction circuit 43 is not supplied to the integrator 42, the DC component distortion of the collector output voltage signal will cause the signal waveform to become unreasonable, as shown in FIG. May be tilted. Therefore, especially when the time axis of the surface image signal waveform is expanded to observe only the oblique portion of the surface shape, as shown in Fig. 4c, the DC component correction voltage must be added. By correcting the undesired inclination caused by the DC component distortion of the signal waveform, the net sample surface cross-sectional shape signal waveform is sufficiently amplified and enlarged, and the sample surface cross-section is corrected as shown in Figure 4d. Detects and displays minute shapes in detail.

また、加算器36により陰極線管33の垂直偏
向信号波形に上述した試料表面断面信号波形を加
算して上述したような二重露光を行なえば、第3
図aあるいは第4図aに示したような表示画像が
得られ、試料表面の反射電子像と断面形状とを同
時に対比して観察することができる。なお第3図
aあるいは第4図aに示した表示画像は、反射電
子像に単一の走査線に対応して試料表面断面形状
信号波形のみを重畳して表示したものであるが、
面走査における各走査線にそれぞれ対応する断面
形状信号波形をすべて描かせれば、試料表面の立
体的形状を平面上に倒して並べた形態の第6図に
示したような3次元相当の立体的な表面画像を試
料表面の形状に忠実に表示し得ること前述したと
おりである。
Furthermore, if the adder 36 adds the above-mentioned sample surface cross-section signal waveform to the vertical deflection signal waveform of the cathode ray tube 33 and performs the above-mentioned double exposure, the third
A display image as shown in FIG. Note that the displayed image shown in FIG. 3a or FIG. 4a is a backscattered electron image superimposed with only the sample surface cross-sectional shape signal waveform corresponding to a single scanning line.
If all cross-sectional shape signal waveforms corresponding to each scanning line in surface scanning are drawn, a three-dimensional shape equivalent to the three-dimensional shape shown in Figure 6, in which the three-dimensional shape of the sample surface is laid out on a plane, can be drawn. As mentioned above, it is possible to display a surface image that is faithful to the shape of the sample surface.

しかして、第3図aあるいは第4図aに示した
ように単一の走査線に対応する断面形状信号波形
を反射電子像に重畳して表示する場合には、その
走査線に対応する反射電子像の輝度を上げるなど
によつても、断面形状信号波形を重畳表示してい
る反射電子像上の該当個所を明示することができ
るが、その該当個所の走査線の位置を示すマーカ
を、第5図cに示したように、その走査線の両端
部に表示するようにした場合における本発明表面
形状測定装置の構成例を第10図に示し、その各
部信号波形を第11図a〜mにそれぞれ示す。
Therefore, when displaying a cross-sectional shape signal waveform corresponding to a single scanning line by superimposing it on a backscattered electron image as shown in FIG. 3a or 4a, The corresponding location on the backscattered electron image on which the cross-sectional shape signal waveform is displayed superimposed can be clearly indicated by increasing the brightness of the electron image. As shown in FIG. 5c, an example of the configuration of the surface profile measuring device of the present invention is shown in FIG. They are shown in m.

しかして、第10図に示した構成例における反
射電子像および断面形状信号波形の重畳表示の態
様は第8図に示したものと全く同一であるので、
以下には、上述したように断面形状信号波形の重
畳表示を行なつた走査線の位置を示すマーカ表示
に関する部分の構成および作用についてのみ以下
に説明する。
Therefore, since the aspect of the superimposed display of the backscattered electron image and the cross-sectional shape signal waveform in the configuration example shown in FIG. 10 is exactly the same as that shown in FIG.
In the following, only the structure and operation of the portion related to the marker display indicating the position of the scanning line on which the cross-sectional shape signal waveform is superimposed and displayed as described above will be described.

第10図に示す本発明装置の構成例において
は、走査用電源29から得られるX方向偏向電圧
波形をシユミツトトリガ回路51に供給して各走
査線に順次に対応した第11図dに示すような方
形波列信号を形成し、その方形波列信号を微分整
形回路52に供給して微分して第5図eに示すよ
うな正負の微分パルス列信号を形成し、さらに、
その微分パルス列信号の極性を反転したうえで整
流し、第5図dに示したシユミツト・トリガ回路
51の出力方形波列信号における各方形波の立下
りの位置に対応した第11図fに示すような正極
性パルス列信号を取出す。その正極性パルス列信
号をダウンカウンタをもつて構成したレジスタ5
3に導き、走査線番号指定回路54により各フレ
ーム期間毎に繰返し指定した所望の断面形状信号
波形表示位置相当の走査線信号を表わす数値から
各フレーム期間毎に正極性パルス列中のパルス数
を順次に引き算し、その引き算の結果が零となつ
た時点、すなわち、各フレームの始端から順次に
計数して上述の指定番号の走査線の位置に達した
時点において、出力信号を供給してゲート56を
X方向偏向のほぼ1周期期間開路させる。
In the configuration example of the apparatus of the present invention shown in FIG. 10, the X-direction deflection voltage waveform obtained from the scanning power supply 29 is supplied to the Schmitt trigger circuit 51, and the waveform shown in FIG. A square wave train signal is formed, and the square wave train signal is supplied to a differential shaping circuit 52 for differentiation to form a positive and negative differentiated pulse train signal as shown in FIG. 5e, and further,
The polarity of the differential pulse train signal is inverted and then rectified, as shown in FIG. 11f, which corresponds to the falling position of each square wave in the output square wave train signal of the Schmitt trigger circuit 51 shown in FIG. 5d. Extract a positive pulse train signal like this. A register 5 configured with a down counter receives the positive pulse train signal.
3, the number of pulses in the positive pulse train is sequentially determined for each frame period from the numerical value representing the scanning line signal corresponding to the desired cross-sectional shape signal waveform display position repeatedly designated for each frame period by the scanning line number designation circuit 54. When the result of the subtraction becomes zero, that is, when the scanning line of the designated number mentioned above is reached by counting sequentially from the beginning of each frame, an output signal is supplied to the gate 56. is opened for approximately one period of X-direction deflection.

なお、走査線番号指定回路54は、例えば押し
ぼたんの操作により断面形状信号波形を重畳表示
すべき走査線が1フレームの画面において何番目
の走査線であるかを指定するものであり、X方向
偏向電圧信号に同期した指定番号相当の個数のパ
ルスを発生させるものである。
The scanning line number designation circuit 54 designates, for example, by pressing a button, the number of the scanning line on which the cross-sectional shape signal waveform should be superimposed and displayed in one frame of the screen. It generates a number of pulses corresponding to a designated number in synchronization with a deflection voltage signal.

しかして、ゲート56には、時間設定回路55
により設定した前述の走査線両端部のマーカ表示
位置の間で高レベルとなる形状の方形波信号が常
時供給されており、レジスタ53の出力信号によ
り制御された指定番号の線走査期間だけ、その方
形波信号が、第11図gに示すように、ゲート5
6のゲート出力信号として、スイツチ35および
スイツチ57を閉成する。したがつて、かかるス
イツチ35の閉成により、上述した指定番号の走
査線における両端部のマーカ位置の間の期間だけ
試料表面の断面形状信号波形の重畳表示が行なわ
れ、また、スイツチ57が閉成されると、同様に
指定番号の走査線における両端部のマーカ位置の
間の期間だけ、第11図aに示すX方向偏向用の
鋸歯状波形電圧が走査用電源29からシユミツ
ト・トリガ回路58に供給されるので、シユミツ
ト・トリガ回路58には、第11図hに示すよう
な単発の鋸歯状波形電圧が印加される。しかし
て、第10図には単一のシユミツト・トリガ回路
58と単一の微分整形回路59とのみしか示して
いないが、実際には、指定走査線の始端用および
終端用のマーカ発生回路として2個ずつのシユミ
ツト・トリガ回路58および58′と微分整形回
路59および59′とのそれぞれの縦続接続が並
列に接続されているものとする。したがつて、始
端マーカ発生用としては、第11図iに示すシユ
ミツト・トリガ回路58からの方形波信号を微分
整形回路59に導き、微分整形回路52につき前
述したのと全く同様にして、第11図jに示すよ
うに、入力方形波信号の立上りに対応したマーカ
パルス信号が形成され、また、終端マーカ発生用
としては、上述と全く同様にして、シユミツト・
トリガ回路58′および微分整形回路59′によ
り、第11図kに示す方形波信号の立上りに対応
した第11図lに示すようなマーカパルス信号が
形成される。かかる指定番号走査線の始端マーカ
および終端マーカを加算器60に導き、信号増幅
器32からの反射電子像信号に加算して陰極線管
33の電子ビーム強度制御電極34に供給すれ
ば、第5図cに模式的に示したように該当する走
査線位置をマーカにより明示した断面形状信号波
形重畳の反射電子像表示が行なわれる。
Therefore, the gate 56 has a time setting circuit 55.
A square wave signal having a high level is constantly supplied between the marker display positions at both ends of the scanning line set by A square wave signal is applied to the gate 5 as shown in FIG. 11g.
As the gate output signal of 6, the switch 35 and the switch 57 are closed. Therefore, by closing the switch 35, the cross-sectional shape signal waveform of the sample surface is displayed in a superimposed manner only during the period between the marker positions at both ends of the scanning line with the designated number, and the switch 57 is closed. Similarly, the sawtooth waveform voltage for X-direction deflection shown in FIG. Therefore, a single sawtooth waveform voltage as shown in FIG. 11h is applied to the Schmitt trigger circuit 58. Although only a single Schmitt trigger circuit 58 and a single differential shaping circuit 59 are shown in FIG. 10, they are actually used as marker generation circuits for the start and end of a specified scanning line. It is assumed that the respective cascade connections of two Schmitt trigger circuits 58 and 58' and differential shaping circuits 59 and 59' are connected in parallel. Therefore, for generating a starting edge marker, the square wave signal from the Schmitt trigger circuit 58 shown in FIG. As shown in Figure 11j, a marker pulse signal corresponding to the rising edge of the input square wave signal is formed, and for generating a termination marker, a Schmitt pulse signal is generated in exactly the same manner as described above.
The trigger circuit 58' and the differential shaping circuit 59' form a marker pulse signal as shown in FIG. 11L, which corresponds to the rise of the square wave signal shown in FIG. 11K. If the start end marker and the end marker of the specified number scanning line are led to the adder 60, added to the reflected electron image signal from the signal amplifier 32, and supplied to the electron beam intensity control electrode 34 of the cathode ray tube 33, the result shown in FIG. As schematically shown in FIG. 1, a backscattered electron image display of the superimposed cross-sectional shape signal waveform is performed, with the corresponding scanning line position clearly indicated by a marker.

本発明表面形状測定装置につき以上に詳述した
ところを要約すればつぎのとおりである。
The details of the surface profile measuring apparatus of the present invention described above are summarized as follows.

(1) 走査型電子顕微鏡において電子ビームの走査
に対応して得られる主として反射電子による試
料の表面画像信号について、積分、雑音除去、
平均化等の演算処理を施すことにより試料の表
面粗さを表わす断面形状信号を容易かつ正確に
形成する。
(1) Integration, noise removal,
By performing calculation processing such as averaging, a cross-sectional shape signal representing the surface roughness of the sample is easily and accurately formed.

(2) 上述の演算処理の結果を陰極線管表示装置に
表示するに際しては、該当走査線の輝度をあ
げ、あるいはマーカを付して顕微鏡画像上にお
ける該当走査線位置を明示する。
(2) When displaying the results of the above calculation processing on a cathode ray tube display device, increase the brightness of the relevant scanning line or attach a marker to clearly indicate the position of the relevant scanning line on the microscope image.

(3) 走査型電子顕微鏡における電子ビームの面走
査における順次の走査線毎に表面断面形状信号
波形を表示し、試料表面形状の3次元画像表示
を行なう。
(3) A surface cross-sectional shape signal waveform is displayed for each successive scanning line in surface scanning of an electron beam in a scanning electron microscope, and a three-dimensional image of the sample surface shape is displayed.

(4) 上述した試料表面画像信号に対する演算処理
をアナログ的もしくはデイジタル的に行なう。
(4) Perform the arithmetic processing on the sample surface image signal described above in an analog or digital manner.

(5) 表面粗さ検出用試料と表面粗さが既知の標準
試験片とに対する上述した演算処理表示の比較
により表面粗さの絶対較正を行なう。
(5) Absolute calibration of the surface roughness is performed by comparing the above-mentioned arithmetic processing display for the surface roughness detection sample and the standard test piece with known surface roughness.

(6) 走査型電子顕微鏡の真空試料室内に設けた支
持台を、デジタル演算処理過程と連動させてス
テツプモータ等により移動もしくは回転させる
ことにより、上述した試料表面の断面形状信号
波形の表示を試料表面全域に亘り連続的に行な
う。
(6) By moving or rotating the support stand installed in the vacuum sample chamber of the scanning electron microscope using a step motor or the like in conjunction with the digital calculation processing process, the display of the cross-sectional shape signal waveform of the sample surface described above can be performed on the sample. Do this continuously over the entire surface.

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、走査型電子顕微鏡における試料表面の顕微画
像と対照して走査線の位置を確認して表面粗さを
表わす断面形状信号波形を忠実に表示することが
でき、さらに、顕微画像の全域にわたつて順次の
走査線毎にかかる断面形状信号波形を連続して表
示することにより、試料表面形状の忠実な3次元
表示を、簡単な構成による簡単な演算処理によつ
て容易に行なうことができる。したがつて、走査
型電子顕微鏡による物体表面形状測定の機能を飛
躍的に向上させて従来に比し格段に増大させ得る
ばかりではなく、切削、研磨、超精密加工等によ
る加工面の特性評価を容易に行ない、しかも、質
的に向上させることができ、機械加工技術の進展
に寄与するところが極めて大である。それととも
に、第12図aに表面画像信号波形を示し、同図
bおよびcにその表面画像信号波形および断面形
状信号波形をそれぞれ拡大して示すように、いわ
ゆるIC、LSI等の半導体素子の表面構造の精密な
検査にも適用することができ、さらに、潤滑面、
腐食面等各種表面の形状観察を必要とするあらゆ
る工学的問題のみならず、医学、生物学等の分野
に対する応用も考えられ、したがつて、本発明に
よつて得られる効果は極めて広範囲の技術分野に
及ぼし得るものとみられる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the position of the scanning line is confirmed by comparing it with the microscopic image of the sample surface in a scanning electron microscope, and the cross-sectional shape signal waveform representing the surface roughness is faithfully displayed. Furthermore, by continuously displaying the cross-sectional shape signal waveform for each successive scanning line over the entire area of the microscopic image, faithful three-dimensional display of the sample surface shape can be achieved with a simple configuration. This can be easily done by simple arithmetic processing. Therefore, it is not only possible to dramatically improve the function of measuring the surface shape of an object using a scanning electron microscope and greatly increase it compared to the conventional method, but also to evaluate the characteristics of machined surfaces by cutting, polishing, ultra-precision machining, etc. It is easy to perform and can improve the quality, making it an extremely important contribution to the advancement of machining technology. At the same time, as shown in FIG. 12a showing the surface image signal waveform, and as shown in FIG. It can also be applied to precise inspection of structures, and can also be used to inspect lubricated surfaces,
Applications can be considered not only to all kinds of engineering problems that require the observation of the shape of various surfaces such as corroded surfaces, but also to fields such as medicine and biology. It seems that this could have an impact on the field.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明表面形状測定装置の概略構成を
示すブロツク線図、第2図aおよびbは走査型電
子顕微鏡における試料金属表面の傾きとコレクタ
出力電圧との関係を反射電子および2次電子につ
いてそれぞれ示す特性曲線図、第3図aおよび
b,cは本発明装置により表示した表面金属表面
画像および画像信号波形の例をそれぞれ示すオシ
ロ波形図、第4図aおよびb,c,dは第3図a
〜cの一部をそれぞれ拡大して示すオシロ波形
図、第5図a〜dは本発明装置による表面画像表
示の態様の例をそれぞれ模式的に示す線図、第6
図は第5図dに示した態様により表示した試料金
属表面画像の例を示す電子顕微鏡写真、第7図は
従来の走査型電子顕微鏡による表面形状測定装置
の構成を示すブロツク線図、第8図は本発明の走
査型電子顕微鏡による表面形状測定装置の詳細構
成の例を示すブロツク線図、第9図a〜fは同じ
くその各部信号波形をそれぞれ示す波形図、第1
0図は同じくその詳細構成の他の例を示すブロツ
ク線図、第11図a〜mは同じくその各部信号波
形をそれぞれ示す波形図、第12図aおよびb,
cは本発明装置により表示した表面金属表面画像
および画像信号波形の他の例をそれぞれ示す電子
顕微鏡写真図および波形図である。 A……走査型電子顕微鏡部、B……アナログ演
算処理部、C……デイジタル演算処理部、1……
電子銃、2……電界、3……電子ビーム、4……
試料台、5……試料、6……コレクタ、7……陰
極線管コントローラ、8……アナログ信号発生回
路、9……陰極線管、10……X―Yプロツタ、
11……A―D変換器、12……同期信号発生
器、13,15……インターフエース、14……
演算処理回路、16……D―A変換器、21……
走査型電子顕微鏡、22……電子銃、、23……
加速電源、24,25……集束コイル、26……
レンズ電源、27,28……偏向コイル、29…
…走査用電源、30……ターゲツト、31……コ
レクタ、32……信号増幅器、33……陰極線
管、34……制御電極、35……スイツチ、36
……加算器、37,38……偏向コイル、41…
…低域・高域阻止フイルタ、42……積分器、4
3……直流分補正回路、51,58,58′……
シユミツト・トリガ回路、52,59,59′…
…微分整形回路、53……レジスタ、54……走
査線番号指定回路、55……時間設定回路、56
……ゲート、57……スイツチ、60……加算
器。
Figure 1 is a block diagram showing the schematic configuration of the surface profile measuring device of the present invention, and Figures 2a and 2b show the relationship between the inclination of the sample metal surface and the collector output voltage in a scanning electron microscope for reflected electrons and secondary electrons. FIGS. 3a, b, and c are oscilloscope waveform diagrams showing examples of surface metal surface images and image signal waveforms displayed by the apparatus of the present invention, and FIGS. 4a, b, c, and d are characteristic curve diagrams respectively showing Figure 3a
Figures 5a to 5d are oscilloscope waveform diagrams each showing an enlarged view of a part of .
The figure is an electron micrograph showing an example of a sample metal surface image displayed in the manner shown in FIG. 5d, FIG. The figure is a block diagram showing an example of the detailed configuration of a surface profile measuring device using a scanning electron microscope according to the present invention, and FIGS.
0 is a block diagram showing another example of the detailed configuration, FIGS. 11 a to m are waveform diagrams showing signal waveforms of each part, and FIGS. 12 a and b,
c is an electron micrograph diagram and a waveform diagram showing another example of a surface metal surface image and an image signal waveform displayed by the apparatus of the present invention, respectively. A...Scanning electron microscope unit, B...Analog calculation processing unit, C...Digital calculation processing unit, 1...
Electron gun, 2... Electric field, 3... Electron beam, 4...
Sample stage, 5... Sample, 6... Collector, 7... Cathode ray tube controller, 8... Analog signal generation circuit, 9... Cathode ray tube, 10... X-Y plotter,
11...A-D converter, 12...Synchronization signal generator, 13, 15...Interface, 14...
Arithmetic processing circuit, 16...D-A converter, 21...
Scanning electron microscope, 22... Electron gun, 23...
Acceleration power source, 24, 25... Focusing coil, 26...
Lens power supply, 27, 28...Deflection coil, 29...
... Scanning power supply, 30 ... Target, 31 ... Collector, 32 ... Signal amplifier, 33 ... Cathode ray tube, 34 ... Control electrode, 35 ... Switch, 36
...Adder, 37, 38...Deflection coil, 41...
...low-pass/high-pass rejection filter, 42...integrator, 4
3...DC component correction circuit, 51, 58, 58'...
Schmitt trigger circuit, 52, 59, 59'...
... Differential shaping circuit, 53 ... Register, 54 ... Scanning line number designation circuit, 55 ... Time setting circuit, 56
...gate, 57...switch, 60...adder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 物体の表面を走査型電子顕微鏡の電子ビーム
により走査して得られる後方散乱電子によつて形
成される画像信号から前記物体表面の断面形状を
表わす波形信号を取出して表示または記録する表
面形状測定装置において、前記後方散乱電子のう
ち2次電子を排除して反射電子を検出し得るよう
に検出感度を設定した単一の検出手段と、当該検
出手段により選択的に検出した前記反射電子によ
つて形成される画像信号を積分する積分手段とを
備え、当該積分手段の積分出力信号を前記断面形
状を表わす波形信号としたことを特徴とする走査
型電子顕微鏡による表面形状測定装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の測定装置におい
て、前記電子ビームにより順次に線走査して面走
査を行なうことにより前記表面の3次元形状を表
わす前記波形信号を形成するようにしたことを特
徴とする走査型電子顕微鏡による表面形状測定装
置。 3 特許請求の範囲第2項記載の測定装置におい
て、所望の走査線に対する前記電子ビームの強度
を増大させて当該走査線の位置における前記波形
信号を明示するようにしたことを特徴とする走査
型電子顕微鏡による表面形状測定装置。 4 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
に記載の測定装置において、前記画像信号をアナ
ログ信号の形態で処理することにより前記波形信
号を形成するようにしたことを特徴とする走査型
電子顕微鏡による表面形状測定装置。 5 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
に記載の測定装置において、前記画像信号をデイ
ジタル信号の形態で処理することにより前記波形
信号を形成するようにしたことを特徴とする走査
型電子顕微鏡による表面形状測定装置。 6 特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれか
に記載の測定装置において、前記物体の表面を前
記電子ビームにより走査して形成した第1の前記
波形信号を、標準の表面粗さを有する試験片の表
面を前記電子ビームにより走査して形成した第2
の前記波形信号により較正するようにしたことを
特徴とする走査型電子顕微鏡による表面形状測定
装置。 7 特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれか
に記載の測定装置において、前記物体を装着した
支持装置を前記電子ビームの走査に応じ所望の方
向に順次に移動させることにより前記電子ビーム
により走査して前記波形信号を形成する前記物体
の表面の範囲を前記所望の方向に沿つて拡張する
ようにしたことを特徴とする走査型電子顕微鏡に
よる表面形状測定装置。 8 電子ビームの物体表面の走査により発生する
反射電子を捕捉して物体表面の凹凸形状に対応し
た画像信号を発生させる反射電子コレクタを備え
た走査型電子顕微鏡部Aと、前記反射電子コレク
タよりの画像信号を増幅、濾波、積分して物体断
面を高精度に解析したアナログ信号として陰極線
管上に前記画像信号と重畳しまたは別個に表示す
るアナログ演算処理装置Bとよりなり、電子顕微
鏡の画像信号の特定の一走査線または1フレーム
分の走査線を積分波形として陰極線管上に前記画
像信号と重畳しまたは別個に表示するようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の走
査型電子顕微鏡による表示形状測定装置。 9 電子ビームの物体表面の走査により発生する
反射電子を捕捉して物体表面の凹凸形状に対応し
た画像信号を発生させる反射電子コレクタを備え
た走査型電子顕微鏡部Aと、前記反射電子コレク
タよりの画像信号を増幅、濾波、積分して物体断
面を高精度に解析したアナログ信号として陰極線
管上に前記画像信号と重畳しまたは別個に表示す
るアナログ演算処理装置Bと、前記反射電子コレ
クタよりの画像信号またはその画像信号を積分し
たアナログ信号を入力し、前記画像信号または前
記アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタ
ル演算処理により物体表面の断面波形成分をとり
出して前記陰極線管上に前記画像信号と重畳しま
たは別個に表示しまたはX―Yプロツタ上に連続
的に記録するデジタル演算処理部Cとよりなる特
許請求の範囲第1項記載の走査型電子顕微鏡によ
る表面形状測定装置。 10 電子ビームの物体表面の走査により発生す
る反射電子を捕捉して物体表面の凹凸形状に対応
した画像信号を発生させる反射電子コレクタを備
えた走査型電子顕微鏡部Aと、前記反射電子コレ
クタよりの画像信号をデジタル信号に変換し、デ
ジタル演算処理により物体表面の断面波形成分を
とり出して陰極線管上に前記画像信号と重畳しま
たは別個に表示するとともにこの断面波形を連続
的に記録するデジタル演算処理部Cとよりなる特
許請求の範囲第1項記載の走査型電子顕微鏡によ
る表面形状測定装置。
[Scope of Claims] 1. A waveform signal representing the cross-sectional shape of the object surface is extracted from an image signal formed by backscattered electrons obtained by scanning the object surface with an electron beam of a scanning electron microscope and displayed. Alternatively, in a surface profile measuring device for recording, a single detection means whose detection sensitivity is set so as to exclude secondary electrons from the backscattered electrons and detect reflected electrons, and selective detection by the detection means. an integrating means for integrating an image signal formed by the reflected electrons, and an integrated output signal of the integrating means is a waveform signal representing the cross-sectional shape. measuring device. 2. The measuring device according to claim 1, wherein the waveform signal representing the three-dimensional shape of the surface is formed by sequentially performing line scanning and surface scanning with the electron beam. A surface profile measurement device using a scanning electron microscope. 3. A scanning type measuring device according to claim 2, characterized in that the intensity of the electron beam with respect to a desired scanning line is increased to clearly indicate the waveform signal at the position of the scanning line. Surface shape measuring device using an electron microscope. 4. A scanning device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the waveform signal is formed by processing the image signal in the form of an analog signal. Surface shape measuring device using a type electron microscope. 5. A scanning device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the waveform signal is formed by processing the image signal in the form of a digital signal. Surface shape measuring device using a type electron microscope. 6. In the measuring device according to any one of claims 1 to 5, the first waveform signal formed by scanning the surface of the object with the electron beam is measured by measuring the standard surface roughness. A second surface formed by scanning the surface of the test piece with the electron beam
A surface profile measuring device using a scanning electron microscope, characterized in that calibration is performed using the waveform signal of the scanning electron microscope. 7. In the measuring device according to any of claims 1 to 6, the electron beam is A surface shape measuring device using a scanning electron microscope, characterized in that the range of the surface of the object scanned to form the waveform signal is expanded along the desired direction. 8 A scanning electron microscope section A equipped with a backscattered electron collector that captures backscattered electrons generated by scanning an object surface with an electron beam and generates an image signal corresponding to the uneven shape of the object surface; It consists of an analog processing unit B that amplifies, filters, and integrates the image signal to analyze the cross section of the object with high precision and displays it on the cathode ray tube as an analog signal that is superimposed with the image signal or separately, and the image signal of the electron microscope is The scanning according to claim 1, characterized in that one specific scanning line or one frame worth of scanning lines is displayed as an integral waveform on a cathode ray tube, either superimposed on the image signal or separately. Display shape measuring device using a type electron microscope. 9 a scanning electron microscope section A equipped with a backscattered electron collector that captures backscattered electrons generated by scanning an object surface with an electron beam and generates an image signal corresponding to the uneven shape of the object surface; an analog arithmetic processing unit B that amplifies, filters, and integrates an image signal to analyze a cross section of an object with high precision and displays it on a cathode ray tube as an analog signal, superimposed with the image signal or separately; and an image from the backscattered electron collector. A signal or an analog signal obtained by integrating the image signal is input, the image signal or the analog signal is converted into a digital signal, and the cross-sectional waveform component of the object surface is extracted by digital arithmetic processing, and the image signal is displayed on the cathode ray tube. 2. A surface profile measuring device using a scanning electron microscope according to claim 1, comprising a digital arithmetic processing unit C that displays the data overlappingly with or separately from the data or records the data continuously on an XY plotter. 10 A scanning electron microscope section A equipped with a backscattered electron collector that captures backscattered electrons generated by scanning an object surface with an electron beam and generates an image signal corresponding to the uneven shape of the object surface; Digital calculation that converts the image signal into a digital signal, extracts the cross-sectional waveform component of the object surface through digital calculation processing, displays it on a cathode ray tube superimposed with the image signal or separately, and continuously records this cross-sectional waveform. A surface shape measuring device using a scanning electron microscope according to claim 1, comprising a processing section C.
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