走査電子顕微鏡の異種倍率設定方法

【課題】走査電子顕微鏡において、観察視野の選択時に有効である異種倍率像の同時表示機能では、広い領域の走査に必要な高い感度の偏向コイルをそのまま用いて高倍率とするために走査信号の振幅を縮小していたので、高倍率像走査時には、偏向コイル駆動電流のＳ／Ｎ比が低下し、倍率比の大きな異種倍率像を得る事が困難であった。
【解決手段】高感度偏向コイルと低感度偏向コイルを使用し、低倍率像は、高感度偏向コイルを走査し、高倍率像は低感度偏向コイルを走査することで、Ｓ／Ｎ比低下の問題を解決し、倍率比の大きな異種倍率像を得る事が可能である。
【効果】倍率比の大きな異種倍率像を表示できるので、効率良く視野選択ができ、操作性を向上する効果がある。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡における観察視野選択時に有効な異種倍率像の同時表示機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査電子顕微鏡は、細く収束した電子ビームを試料上で二次元走査することで、試料から発生する二次電子などの信号を検出し、増幅した信号を輝度変調信号として、陰極線管などの観察画面上に拡大された試料像を表示するものである。
【０００３】電子ビームの通路に設けた偏向系を制御して、試料上での電子ビームの走査幅を設定することで、試料像を任意の倍率に拡大して観察することが出来る。試料上の観察したい視野を選択するには、あらかじめ、観察しようとする倍率よりも低い倍率で試料像を観察しながら、試料を取付けた試料台を機械的に細かく移動させる試料移動機構を操作して、目的とする試料位置を表示領域の中心に移動し、観察したい倍率に上げて観察を行う方法がある。また、試料移動機構で試料を移動させて行う方法のほかに、電子ビームの通路に設けた上記二次元偏向系とは別な電磁偏向系により試料に照射する電子ビームの位置を電気的に移動して行う方法もある。視野選択を効率よく行う方法の一つとして、特公昭46−24459号公報に記述されている方法は、試料上の複数の領域を交互に走査して、図２のように複数の画像領域に同時に表示するもので、画像表示領域の一つに拡大位置を選択するための基準となる低倍率像を表示し、もう一方の表示領域に低倍率像における任意の位置を高倍率に拡大表示して観察する。低倍率画像中の拡大する任意の位置を示すために低倍率像には矩形の枠等を重ねて表示している。低倍率像において広い視野を観察しながら高倍率像の視野を選択できるため効率良く視野選択が行える。複数の走査領域を交互に走査するためには図３に示すような偏向信号が用いられる。まず、大きな振幅の走査信号により広い領域を走査して低倍率の画像を表示し、次に小さな振幅の走査信号に切換えて、狭い領域を走査して高倍率画像を表示する。走査信号には、任意の位置を拡大するため直流バイアス成分も加算する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、広い領域を走査するために必要な高い感度の偏向コイルをそのまま用いて、高倍率とするために走査信号の振幅を縮小する。そのため高倍率像走査時には、偏向コイル電流が非常に小さくなり、偏向コイルの駆動電源のＳ／Ｎ比が低倍率像走査時に比較して両倍率比だけ劣化する。このために、低倍率像と高倍率像の倍率比を十分に大きくできないという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】高倍率像走査時のＳ／Ｎ比を必要な値に保持したままで、走査領域を縮小するために、高倍率像走査には別の低感度の偏向コイルを使用する。走査振幅は偏向コイルの巻数に比例するため、巻数の多い高感度用コイルと巻数の少ない低感度用コイルの２種類を設ける事で達成できる。本発明の要点は、倍率比の大きな異種倍率像を同時表示する際、低倍率時には高感度の偏向コイルにより走査し、高倍率時には低感度の偏向コイルにより走査することで、Ｓ／Ｎ比の大きな高倍率画像を得る事にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１により説明する。
【０００７】走査電子顕微鏡は、電子銃１より発生した電子ビーム２を収束レンズ３および対物レンズ６により細く絞り、試料８上に照射する。電子ビーム２は偏向コイル４により試料８上を二次元的に走査される。電子ビーム２の照射により、試料８から発生した二次電子等の像信号は検出器９により検出され、増幅器１０で増幅される。試料８の表面形状等に依存した像信号を輝度信号に変換して、陰極線管（ＣＲＴ）等を用いた表示モニタ１３に試料像を出力表示する。近年では、検出器からの像信号はディジタル信号に変換され、半導体メモリ等で構成される画像メモリ１１に記憶、その後、画像メモリ１１からの出力をテレビジョン信号等に変換して、表示モニタ１３上に画像表示する方法が一般的になっている。また、収束レンズ３等の電子光学系および以下説明する回路はマイクロコンピュータ等を使用した制御装置１２により制御されている。
【０００８】表示モニタ１３に表示する試料像の倍率は、偏向コイル４に流す電流の大きさを設定し、試料上での電子ビームの走査幅を制御することで、任意に選択可能である。
【０００９】視野の移動は、試料８が取付けられた試料移動機構１４を移動することで行う。ここで試料移動機構１４は手動で移動する方法とモータ等の駆動装置を取付けて制御装置から移動する方法がある。
【００１０】図１の構成において、異なる倍率の試料像を同時に表示するため、従来、偏向コイル４に図３に示すように、振幅が交互に変わる偏向電流を流し、大振幅で走査する期間（期間１）と小振幅で走査する期間（期間２）の各々の像を画像メモリ１１で記憶し、表示モニタ１３上に並べて表示している。ここで、高倍率像の位置は期間２に低倍率像の左上からの位置に相当する直流電流を重畳することで、低倍率像中の任意の位置を走査し、像表示することができる。低倍率画像上には、拡大位置を示すため、矩形の図形を重ねて表示している。
【００１１】上記方法の問題点は、倍率差が大きくなる、すなわち期間２の振幅が小さくなるにつれて、偏向電流に含まれるノイズによる影響が大きくなってくることである。
【００１２】図４に示すように、低倍率時の走査信号の振幅をＳ₁、高倍率時の走査信号をＳ₂とし、倍率比をαとすると、Ｓ₂＝Ｓ₁／αで表すことができる。ここで、走査信号に含まれるノイズをＮとすると、信号とノイズの割合（Ｓ／Ｎ比）は、Ｓ₂／Ｎ＝Ｓ₁／（Ｎ・α）となるため、倍率比αが大きくなるにつれて、高倍率像のＳＮ比が小さくなり、像信号が劣化する。またノイズＮを小さくするためには、ノイズの高周波数成分を除去するローパスフィルタを挿入するのが効果的であるが、ノイズの周波数と走査信号の周波数が近い場合はフィルタの挿入は困難である。
【００１３】本発明は、上記問題点を解決するために、偏向コイル４と低感度偏向コイル５を使用し、低倍率像は偏向コイル４により、高倍率像は低感度偏向コイル５により電子ビームを走査する。すなわち図５に示すように、偏向コイル４の走査期間は、低感度偏向コイル５の偏向電流は停止しておき、低感度偏向コイル５の走査期間は、偏向コイル４の偏向電流は停止しておき、各々の期間の像信号を表示モニタ１３に並べて表示する。このとき、高倍率像の位置は、偏向コイル４の偏向電流に直流電流を重畳させて設定する。高倍率像走査中は、偏向コイル４の偏向電流は直流電流であり、これに含まれるノイズは、容易に小さくすることができる。高倍率像の走査期間には、偏向コイル４の駆動回路にローパスフィルタを挿入するようにすれば、更に高周波成分のノイズを減少させることができる。この場合には、偏向コイル用駆動回路１６の出力を、高倍率像の走査期間中には、スイッチで切換えてローパスフィルタ１７を通すようにする。
【００１４】なお、本発明で使用する低感度偏向コイル５は、他の目的で巻かれているコイルを使用することが可能である。通常、走査電子顕微鏡等では、二次元走査用の偏向コイルの他に、偏向磁界に直流成分を付加して、走査位置を微小に移動するために、視野移動コイルを有しており、このコイルの感度は、偏向コイルの１／１０程度に設定してある。従って、これを低／高倍率像同時表示を行うときのみ、低感度偏向コイル５として使用すれば、特別にコイルを追加しないで上述した目的が達成できる。
【００１５】以上で説明した方法は、低倍率像および高倍率像を交互に走査する方法であるが、図６のように、一度低倍率像走査により画像メモリ１１に記憶しておき、その後は高倍率像のみ走査する方法も可能である。この場合には、次に試料移動機構を動かしたら、再度低倍率像を走査して、画像を更新する。
【００１６】また、１つの表示モニタに異種倍率像を並べて表示したが、複数の表示モニタに各々の倍率像を表示する方法も実現可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、視野選択を行うために倍率の異なる複数の走査領域の画像を同時に表示する観察方式において、Ｓ／Ｎ比の高い高倍率像を表示できるので、効率良く視野選択ができ、操作性を向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す走査電子顕微鏡の構成図である。
【図２】異種倍率像の同時表示方法を説明する図である。
【図３】従来の異種倍率同時表示の偏向信号を示すタイミング図である。
【図４】異種倍率同時表示時のＳ／Ｎ比を示す図である。
【図５】本発明の異種倍率同時表示の偏向信号を示すタイミング図である。
【図６】異種倍率同時表示の一方法を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１…電子銃、２…電子ビーム、３…収束レンズ、４…偏向コイル、５…低感度偏向コイル、６…対物レンズ、７…試料室、８…試料、９…検出器、１０…増幅器、１１…画像メモリ、１２…制御装置、１３…表示モニタ、１４…試料移動機構、１５…低感度偏向コイル用駆動回路、１６…偏向コイル用駆動回路、１７…ローパスフィルタ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】集束された電子ビームを試料上に走査するための感度の異なる２組の偏向コイルと、試料から発生する二次電子等の信号を検出する手段と、二つの画像を実質的に同時に表示する画像表示手段と、各々を制御する手段を備える走査電子顕微鏡であって、上記２組の偏向コイルを交互に使用して、倍率の異なる二つの画像を実質的に同時に表示することを特徴とする装置。
【請求項２】前記２組の偏向コイル駆動電源の少なくとも一方は、非走査期間中にローパスフィルタを挿入することができるようにしたことを特徴とする装置。
【請求項３】前記２組の偏向コイルの一方は、２つの画像を表示しないときは、別の目的に使用できるようにしたことを特徴とする装置。

【図１】