JPH0452589B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、走査変調型観察表示装置、特に被観
察試料に照射されるプローブの走査位置、径ある
いは波長等を高速に変調して被観察試料から得ら
れた信号に基づき、被観察試料の特徴を抽出して
表示を行う走査変調型観察表示装置に関するもの
である。

（技術の背景と問題点） 従来、走査型電子顕微鏡等は、微小な径に集束
した電子線プローブを用いて被観察試料を順次走
査し、該被観察試料から得られた信号、例えば２
次電子、オージエ電子、反射電子、Ｘ線、光等の
信号によつて輝度、振幅変調等を前記走査信号と
同期させた形で行うことにより、デイスプレイに
所望の画像を表示することが行われている。

ある種の走査型の顕微鏡、例えば走査型オージ
エ顕微鏡は、画像のＳ／Ｎを向上させる等のため
に被観察試料を照射する電子線プローブの形を同
一にして電子線密度を変調することが行われてい
る。該密度変調を行うことにより、被観察試料か
ら検出されたオージエ電子がいわば交流的に変化
する信号となり、交流化された信号を増幅し、増
幅後に位相検波して画像信号を得るものである。
ことため、高Ｓ／Ｎ、特にドリフトを軽減通させ
た画像信号を得ることができる。

しかし、該電子線プローブの電子流密度変調
は、増幅のし易さ、高Ｓ／Ｎ等が得られるために
行うのであつて、被観察試料に関する特徴を抽出
するものではない。従来、被観察試料において必
要とされる画像情報を抽出するには、画像信号を
一度メモリ等に記憶し、該記憶した画像情報をコ
ンピユータによつて画像処理を行うことにより、
得ていた。これでは、リアルタイムに画像処理を
行うことができず、また、画像処理を行うための
構成が複雑となつてしまうという問題点があつ
た。

（発明の目的と構成） 本発明の目的は、前記問題点を解決することに
あり、プローブによつて被観察試料を照射する際
に、プローブの走査位置、径あるいは波長等を高
速に変調を行つて被観察試料からの変調を伴つた
信号を検出し、該検出信号から変調されない画像
信号および変調された画像信号を抽出し、該両者
の画像信号に基づき所望の画像をデイスプレイ等
に表示することにより、簡単な構成および画像処
理によつて被観察試料の特徴を抽出した画像を得
ることにある。そのため、本発明の走査変調型観
察表示装置は、被観察試料をプローブ状に形成し
た荷電粒子、超音波あるいは光波によつて走査す
ることにより前記被観察試料の状態を表示する走
査変調型観察表示装置において、前記プローブに
よつて被観察試料を走査する主走査部と、該主走
査部によつてプローブを用いて順次走査する際に
前記プローブの位置、径あるいは波長のうち少な
くとも１つについて前記走査速度に比し高速に変
調する変調部と、前記プローブを前記被観察試料
に照射することによつて得られる信号を検出する
信号検出部と、前記変調部からの参照信号に基づ
き前記信号検出部によつて検出された信号から非
変調状態の信号および変調状態の信号を抽出する
信号復調部と、該信号復調部によつて復調された
非変調状態および変調状態の信号に基づき所定の
画像信号を生成する画像信号生成部とを備え、該
画像信号生成部によつて生成された画像信号に基
づき前期被観察試料の状態を観察・表示すること
を特徴としている。

（発明の実施例） 以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図およ
び第３図は第１図図示本発明の１実施例構成を用
いた応用例を説明する説明図を示す。

図中、１は被観察試料、２は電子銃、２−１は
電子源、２−２はウエネルト筒、２−３はアノー
ド、３は集束レンズ、４は主走査コイル、５はシ
ンチレーシヨン検出器、６は増幅器、７は復調回
路、８はビデオ増幅器、９はデイスプレイ、１０
は走査電顕コントロール部、１１は焦点変調コイ
ル、１２は副偏向部、１３は高速波形ジエネレー
タ、１４はマスタオシレータを表す。

第１図は本発明の１実施例構成を示し、走査型
電子顕微鏡を用いて被観察試料１を走査する際
に、電子線プローブにより照射する位置あるいは
電子線プローブの径を変化させる場合の構成例を
示す。

まず、画像観察について説明する。図中２は電
子銃であつて、電子線プローブを放射するための
ものである。該電子銃２は電子源２−１、ウエネ
ルト筒２−２およびアノード２−３から構成さ
れ、一般にアノード２−３に対して電子源２−１
には図示外の高圧電源から負電圧（〜25KV）が
印加されると共に、電子源２−１であるフイラメ
ントに対してウエネルト筒２−２は負のバイアス
電圧（〜数百Ｖ）が印加されている。該構成を採
用することにより、電子銃２からは微小断面積を
有する電子線プローブが図示下方に放射されるこ
とになる。

図示３は集束レンズであつて、前記電子銃から
放射された電子線プローブを縮小した形で被観察
試料１を照射するためのものである。

図中４は主走査コイルであつて、前記収束レン
ズ３によつて被観察試料１に照射されている電子
線プローブを走査（Ｘ，Ｙ）するためのものであ
る。

図中５はシンチレーシヨン検出器であつて、電
子線プローブが被観察試料１を照射することによ
つて発生した２次電子を検出すると共に、増幅す
るためのものである。該シンチエーシヨン検出器
５の先端には正の高電圧（〜数百Ｖ）が印加され
ており、被観察試料１から発生した２次電子が引
つ張られて集束されると共に加速され、シンチレ
ーシヨン検出器５の先端部に衝突することによ
り、光の形に変換される。該光に変換された画像
信号は更にフオトマルチプライヤー等によつて光
電変換されると共に増幅され、電気信号に変換さ
れる。

図中６は増幅器であつて、シンチレーシヨン検
出器５によつて検出された信号のインピーダンス
変換および信号の電圧レベル調整等を行つて、画
像信号を次段に送出する際のノイズの侵入を防止
したり、あるいは信号処理を行い易くするための
ものである。

図中７は復調回路であつて、後述する如く被観
察試料１を照射する電子線プローブを変調した場
合に画像信号を復調するためのものである。

図中８はビデオ増幅器であつて、各種信号処理
を終了した画像信号を表示等するために増幅等を
行うためのものである。

図中９はデイスプレイであつて、前記ビデオ増
幅器８から供給された画像信号を人間が観察し得
る映像の形に変換するためのものである。

図中１０は走査電顕コントロール部であつて、
各種制御を行うためのものである。

以上の如き構成を採用した走査型電子顕微鏡を
用いて被観察試料１を観察する場合の動作につい
て簡単に説明する。

電子銃２から放射された電子線プローブは、走
査電顕コントロール部１０内の所定ツマミを回転
等することによつて集束レンズ３に供給する直流
電流の大きさを微徴することにより、被観察試料
１の表面に微小スポツト（数千〜数十オングスト
ローム）の形で結像される。そして、該微小スポ
ツトは、主走査コイル４（Ｘ，Ｙ）に走査用の鋸
歯状波電流を夫々供給することにより、順次走査
され、面走査が行われる。

電子線プローブによつて照射された被観察試料
１から放出された２次電子は、シンチレーシヨン
検出器５、像幅器６、復調回路７およびビデオ像
幅器８を介して検出・像幅・信号処理が行われ、
デイスプレイ９の例えば輝度変調端子に供給され
る。該デイスプレイ９には主走査コイル４に供給
した鋸歯状波に同期した電流が供給され、被観察
試料１から放出された２次電子の放出量に対応し
た明暗の画像（２次電子像）等が得られる。該画
像の表示倍率は主走査コイル４に供給する鋸歯状
波電流の大きさに反比例し、例えば電流を小さく
した場合には倍率は大きくなり、電流を大きくし
た場合には倍率は小さくなる。

次に、被観察試料１に照射される電子線プロー
ブが高速変調される場合の構成について説明す
る。

図中１１は焦点変調コイルであつて、被観察試
料１に照射される電子線プローブの径を高速に変
調させるためのものである。

図中１２は副偏向器であつて、主走査コイル４
に供給する電流によつて定まる被観察試料１上に
照射される電子線プローブの位置を中心に、高速
にランダムに走査するためのものである。

図中１３は高速波形ジエネレータであつて、主
走査コイル４によつて走査されるよりも高速に前
記焦点変調コイル１１あるいは／および副偏向器
１２を所定の走査信号によつて駆動するためのも
のである。

図中１４はマスタオシレータである。前記高速
波形ジエネレータ１３によつて焦点変調コイル１
１および副偏向器１２が駆動される信号の周波数
が極端に高ければ同期化する必要はないけれど
も、駆動のし易さ、検出信号系の周波数応答性お
よび信号処理のし易さ等のための水平走査周波数
の整数倍に同期化させている。

第２図を用いて被観察試料１に照射される電子
線プローブの径が高速に変調される場合の動作に
ついて説明する。

第２図Ａにおいて、集束レンズ３に流れる電流
を微細に調整することによつて被観察試料１に電
子線プローブが図示合焦点状態に設定される。
そして、高速波形ジエネレータ１３から焦点変調
コイル１１に供給される電流に基づき電子線プロ
ーブが図示非焦点状態に変調される。このよう
に、焦点変調コイル１１に矩形波状電流を供給す
ること、あるいは供給しないことにより、合焦点
と非焦点とを任意に選択することができる。
非焦点の度合は、焦点変調コイル１１に供給す
る電流の大きさを変化させることによつて所望の
被観察試料１の特徴を抽出するに適した任意の大
きさに設定することができる。そして、合焦点
あるいは非焦点状態によつて照射された領域か
ら放出された２次電子が例えば１つの画素に対応
する画像信号としてシンチレーシヨン検出器５に
よつて検出される。

第２図Ｂ図中は変調波形信号であつて、前記
焦点変調コイル１１に供給される電流の波形を示
す。該矩形波からなる変調波形信号の振幅値I₀
は、前述した如く第２図Ａ図示非焦点の度合を
決定する電流値であつて、高速波形ジエネレータ
１３によつて非観察試料１の特徴を抽出するのに
適切な値に設定されるものである。

第２図Ｂ図中はシンチレーシヨン検出器５か
らの出力信号であつて、変調波形信号の各波形
に夫々対応した電子線プローブ径で非観察試料１
を走査した場合に放出された２次電子を増幅した
信号を示す。該信号中、“＋”は加算積分を示し、
合焦点状態の信号を復調回路７内に設けられた
所定の時定数を有する積分回路によつて加算する
状態を示す。“−”は源算積分を示す。該積分回
路の時定数は水平走査方向の分解能に対応した値
に設定される。

このように、復調回路７によつて焦点変調コイ
ル１１に供給される電流と同期した形で加算積分
あるいは減算積分を行うことにより、第２図Ａ図
示合焦点状態の画像信号から非焦点状態の画
像信号、即ちいわゆるバツクグランドとなる信号
が減算され、合焦点状態にのみ発生する固有の
信号が強調された形で抽出されることになる。該
抽出された画像信号は前述した如くデイスプレイ
９に表示される。また、必要に応じて図示外の画
像メモリ等に記憶されることもできる。

第３図を用いて変調する時間割合を小さくし
て、いわゆる“重みづけ”を行う場合につい説明
する。

第３図Ａ図示非焦点状態においては、ほんの
わずかな焦点ボケが生じる位に焦点変調コイル１
１に供給する矩形波状電流の大きさを調整すると
共に、電流を供給する時間を少なくする。

第３図Ｂ図示変調波形信号は、変調する時間
をデユーテイ50％以下にした場合を示す。図中
Ｉ。は任意に設定できる。

第３図Ｂ図中シンチレーシヨン検出器出力信号
は変調波形信号に対応して夫々シンチレーシ
ヨン検出器５によつて検出された２次電子を像幅
した信号である。該増幅された信号を加算積分
（図中“＋”）あるいは減算積分（図中“−”）を
行うことにより、第３図Ｄ図示の斜線の如く局部
的に強調した信号を抽出し、第３図Ｅ図示の如く
波形を得ることができる。即ち、第３図Ａ図示合
焦点（図示非焦点）状態にある場合には、第
３図Ｂ図中“＋”（“−”）状態にあるシンチレー
シヨン検出器出力信号が得られ、これを水平走査
の１走査について示すと第３図Ｃ図示実線（図
示点線）のようになる。該信号の加算積分す
ると共に信号を減算積分することにより、第３
図Ｄ図示斜線の部分を抽出した波形が得られ、
第３図Ｅ図示の如き信号が得られる。この際、第
３図Ｄ図示点線９は第３図Ｃ図示点線８の信号を
減算積分した信号に対応するものであり、第３図
Ｂ図示変調波形信号のデユーテイを調整したも
のである。これは、減算量が大きくなり過ぎて、
ドーナツ状の信号に成つてしまうこと等を避ける
ために行われたものである。この結果、等価的に
電子ビーム径を小さくしたと同様の結果を得る事
が可能になる。このように、合焦点状態におけ
る信号から非焦点状態における信号を減算積分
する際の“重みづけ”と“焦点はずれ量”の設定
とを適切に行うことにより、いわゆる２次元のコ
ンボリユーシヨンを簡単な装置構成によつて行う
ことが可能となる。

また、被観察試料１が電子線プローブによつて
照射される場合について説明したけれども、これ
に限られることなく、超音波、光波等のプローブ
によつて被観察試料１を照射することによつても
同様に行い得るものである。

更に、第２図および第３図実施例では、被観察
試料１に照射する電子線プローブの径を大きくす
る変調を行つたけれども、これに限られることな
く、例えば第２図および第３図図示合焦点の近
傍で高速ランダム走査を行い、図示非焦点の信
号のかわりとして用いて、非観察試料１から特徴
を抽出することを行つてもよい。

尚、電子線の通路は全て真空に保持する必要が
ある。大気中では、電子線の平均自由工程は極め
て短く、また減衰あるいは散乱等してしまうから
である。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明によれば、被観察試
料をプローブによつて走査する際に、該プローブ
の走査位置、径あるいは波長等を高速に変調を行
つて被観察試料から変調の伴つた信号を検出し、
該検出信号から変調されない画像信号および変調
された画像信号を抽出し、該両者の画像信号に基
づき所望の画像をデイスプレイ等に表示している
ため、簡単な構成および画像処理によつて被観察
試料の特徴を抽出した画像を得ることができる。
特に、前記両者の画像信号に基づき所望の画像を
得る際に、重みづけを行うことにより、いわゆる
２次元のコンボリユーシヨンを簡単な構成かつ極
めて迅速に行うことが可能となる。このような２
次元コンボリユーシヨンが実現できる結果、従来
オフライン方式で実現していた画像のバツクグラ
ンド補正処理、ラプラシアン処理、分解能向上処
理等が実時間で実現可能となり実用上の意義は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図およ
び第３図は第１図図示本発明の１実施例構成を用
いた応用例を説明する説明図を示す。 図中、１は被観察試料、２は電子銃、２−１は
電子源、２−２はウエネルト筒、２−３はアノー
ド、３は集束レンズ、４は主走査コイル、５はシ
ンチレーシヨン検出器、６は増幅器、７は復調回
路、８はビデオ増幅器、９はデイスプレイ、１０
は走査電顕コントロール部、１１は焦点変調コイ
ル、１２は副偏向部、１３は高速波形ジエネレー
タ、１４はマスタオシレータを表す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被観察試料をプローブ状に形成した荷電粒
   子、超音波あるいは光波によつて走査することに
   より前記被観察試料の状態を表示する走査変調型
   観察表示装置において、前記プローブによつて被
   観察試料を走査する主走査部と、該主走査部によ
   つてプローブを用いて順次走査する際に前記プロ
   ーブの位置、径あるいは波長のうち少なくとも１
   つについて前記走査速度を比し高速に変調する変
   調部と、前記プローブを前記被観察試料に照射す
   ることによつて得られる信号を検出する信号検出
   部と、前記変調部からの参照信号に基づき前記信
   号検出部によつて検出された信号から非変調状態
   の信号および変調状態の信号を抽出する信号復調
   部と、該信号復調部によつて復調された非変調状
   態および変調状態の信号に基づき所定の画像信号
   の生成する画像信号生成部とを備え、該画像信号
   生成部によつて生成された画像信号に基づき前記
   被観察試料の状態を観察・表示することを特徴と
   する走査変調型観察表示装置。