(57)【要約】【課題】簡易な構成により、荷電粒子ビームの走査速度および画像表示速度を任意に選んでも、違和感の少ない表示を行える走査荷電粒子線装置およびその画像表示方法を提供する。【解決手段】本発明の走査荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡１００Ａは、荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、この走査による試料からの作用を検出して画素値データを生成するものであって、フレームメモリ１１１は、所定フレーム分の画素値データを格納可能であり、制御装置１１４は、生成された画素値データをフレームメモリ１１１へ順次格納し、フレームメモリ１１１に格納された画素値データを順次読み出し、読み出した画素値データを基に表示装置３に表示を行わせ、フレームメモリ１１１への画素値データの格納、および、フレームメモリ１１１からの画素値データの読み出しが競合したとき、画素値データの格納を優先して行う。【選択図】図１
2007200584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、前記走査による前記試料からの作用を検出して画素値データを生成する走査荷電粒子線装置であって、
所定フレーム分の前記画素値データを格納可能なフレームメモリと、
生成された前記画素値データを前記フレームメモリに順次格納し、前記フレームメモリに格納された前記画素値データを順次読み出す制御装置と、
前記制御装置によって読み出された前記画素値データを基に表示を行う表示装置と、を具備し、
前記制御装置は、前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記画素値データの格納を優先して行うことを特徴とする走査荷電粒子線装置。
【請求項２】
生成された所定数の前記画素値データを格納可能なレジスタを具備し、
前記制御装置は、前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記レジスタから読み出した前記画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることを特徴とする請求項１に記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項３】
荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、前記走査による前記試料からの作用を検出して画素値データを生成する走査荷電粒子線装置であって、
それぞれ所定フレーム分の前記画素値データを格納可能な第１バッファメモリおよび第２バッファメモリと、
生成された前記画素値データを前記フレームメモリに順次格納し、前記フレームメモリに格納された前記画素値データを順次読み出す制御装置と、
前記制御装置によって読み出された前記画素値データを基に表示を行う表示装置と、を具備し、
前記制御装置は、前記第１バッファメモリへの前記画素値データの格納および前記第２バッファメモリへの前記画素値データの格納を、前記所定フレームごとに切り替え、
前記制御装置は、前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記画素値データの格納が前記第１バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第２バッファメモリから前記画素値データを読み出し、前記画素値データの格納が前記第２バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第１バッファメモリから前記画素値データを読み出し、当該画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることを特徴とする走査荷電粒子線装置。
【請求項４】
荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、前記走査による前記試料からの作用を検出して画素値データを生成する走査荷電粒子線装置であって、
生成された前記画素値データを格納するレジスタと、
それぞれ所定フレーム分の前記画素値データを格納可能な第１バッファメモリおよび第２バッファメモリと、
生成された前記画素値データを前記フレームメモリに順次格納し、前記フレームメモリに格納された前記画素値データを順次読み出す制御装置と、
前記制御装置によって読み出された前記画素値データを基に表示を行う表示装置と、を具備し、
前記制御装置は、前記第１バッファメモリへの前記画素値データの格納および前記第２バッファメモリへの前記画素値データの格納を、前記所定フレームごとに切り替え、前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記格納および前記読み出しが競合した状態に応じて、
前記レジスタから読み出した前記画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることと、
前記画素値データの格納が前記第１バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第２バッファメモリから前記画素値データを読み出し、前記画素値データの格納が前記第２バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第１バッファメモリから前記画素値データを読み出し、当該画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせること、
を切り替えて行うことを特徴とする走査荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、
前記レジスタから読み出した前記画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることと、
前記画素値データの格納が前記第１バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第２バッファメモリから前記画素値データを読み出し、前記画素値データの格納が前記第２バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第１バッファメモリから前記画素値データを読み出し、当該画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせること、
を手動で切り替え可能であることを特徴とする請求項４に記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記画素値データの格納、および、前記画素値データの読み出しは、非同期で行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記画素値データの格納の速度と、前記画素値データの読み出しの速度とが、独立に設定可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、前記走査による前記試料からの作用を検出して画素値データを生成する走査荷電粒子線装置の画像表示方法であって、
前記走査荷電粒子線装置は、
所定フレーム分の前記画素値データを格納可能なフレームメモリと、
生成された前記画素値データを前記フレームメモリに順次格納し、前記フレームメモリに格納された前記画素値データを順次読み出す制御装置と、
前記制御装置によって読み出された前記画素値データを基に表示を行う表示装置と、を具備し、
前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記制御装置によって、前記画素値データの格納を優先して行うことを特徴とする走査荷電粒子線装置の画像表示方法。
【請求項９】
前記走査荷電粒子線装置は、生成された所定数の前記画素値データを格納するレジスタを具備し、
前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記制御装置によって前記レジスタから読み出した前記画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることを特徴とする請求項８に記載の走査荷電粒子線装置の画像表示方法。
【請求項１０】
荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、前記走査による前記試料からの作用を検出して画素値データを生成する走査荷電粒子線装置の画像表示方法であって、
前記走査荷電粒子線装置は、
それぞれ所定フレーム分の前記画素値データを格納する第１バッファメモリおよび第２バッファメモリと、
生成された前記画素値データを前記フレームメモリに順次格納し、前記フレームメモリに格納された前記画素値データを順次読み出す制御装置と、
前記制御装置によって読み出された前記画素値データを基に表示を行う表示装置と、を具備し、
前記制御装置が、前記第１バッファメモリへの前記画素値データの格納および前記第２バッファメモリへの前記画素値データの格納を、前記所定フレームごとに切り替え、
前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記画素値データの格納が前記第１バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第２バッファメモリから前記画素値データを読み出し、前記画素値データの格納が前記第２バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第１バッファメモリから前記画素値データを読み出し、当該画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることを特徴とする走査荷電粒子線装置の画像表示方法。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを試料上に集束させ当該試料の走査を行い、前記走査による前記試料からの作用を検出して画素値データを生成する走査荷電粒子線装置の画像表示方法であって、
前記走査荷電粒子線装置は、
生成された所定数の前記画素値データを格納するレジスタと、
それぞれ所定フレーム分の前記画素値データを格納可能な第１バッファメモリおよび第２バッファメモリと、
生成された前記画素値データを前記フレームメモリに順次格納し、前記フレームメモリに格納された前記画素値データを順次読み出す制御装置と、
前記制御装置によって読み出された前記画素値データを基に表示を行う表示装置と、を具備し、
前記制御装置が、前記第１バッファメモリへの前記画素値データの格納および前記第２バッファメモリへの前記画素値データの格納を、前記所定フレームごとに切り替え、
前記フレームメモリへの前記画素値データの格納、および、前記フレームメモリからの前記画素値データの読み出しが競合するとき、前記格納および前記読み出しが競合した状態に応じて、
前記レジスタから読み出した前記画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせることと、
前記画素値データの格納が前記第１バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第２バッファメモリから前記画素値データを読み出し、前記画素値データの格納が前記第２バッファメモリへ切り替えられている場合、前記第１バッファメモリから前記画素値データを読み出し、当該画素値データを基に前記表示装置に表示を行わせること、
を切り替えて行うことを特徴とする走査荷電粒子線装置の画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易な構成により、荷電粒子ビームの走査速度および画像表示速度を任意に選んでも、違和感の少ない表示を行える走査荷電粒子線装置およびその画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査荷電粒子線装置とは、荷電粒子ビームを試料上で走査して、試料の微細領域の画像の撮像や加工などを行うものであって、その一例として、走査電子顕微鏡（SEM: scanning electron microscope）や集束イオンビーム（FIB: focused ion-beam milling）装置が挙げられる。試料を走査する速度は、試料の加工速度や試料へのダメージの大きさに影響するため、目的や試料の材質などに応じて適切な値を選べることが好ましい。
【０００３】
従来、撮影垂直同期信号と同期してフレーム単位で画像データを処理して画像処理出力用のフレームメモリに順次格納し、撮影垂直同期信号によって、画像処理出力用のフレームメモリから表示用のフレームメモリへ画像データを転送開始し、表示画素同期クロックより速い転送速度で転送し、撮影垂直同期信号に基づいて得られる表示垂直同期信号により速度変換を行って表示を行う電子顕微鏡用画像処理装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３５６２号公報（段落［００１４］，［００１７］、図１，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電子顕微鏡用画像処理装置（特許文献１参照）では、各フレームメモリにおけるデータの格納および転送は、撮影垂直同期信号と同期してフレーム単位で行っているため、大処理容量ならびに高速処理および転送能力を必要とし、装置の構成が大規模になる問題点があった。また、表示垂直同期信号は、撮影垂直同期信号から得ているため、撮影速度および表示速度は連関し、一方の値を選ぶと（特に、既存の表示装置の表示速度は、いくつかの既定値から選ぶほかない場合も多い）、他方の値（特に、撮影速度）は、実用上、自動的に決定されてしまう問題点があった。ここで、仮に、撮影速度および表示速度を独立に決めた場合、画像データの転送時にフレームメモリが占有されているとき新たな画像データが格納されないことが起こり、画像データが欠損し、顕著な表示欠陥が生じることとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、簡易な構成により、荷電粒子ビームの走査速度および画像表示速度を任意に選んでも、違和感の少ない表示を行える走査荷電粒子線装置およびその画像表示方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、フレームメモリへの画素値データの格納と、フレームメモリからの画素値データの読み出しが競合した場合、画素値データの格納を優先するようにした。その具体的な手段に関しては、本発明による各実施形態を詳細に記載することを通じて、その技術思想を表現するものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の走査荷電粒子線装置およびその画像表示方法によれば、簡易な構成により、荷電粒子ビームの走査速度および画像表示速度を任意に選んでも、違和感の少ない表示を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付した各図を参照し、本発明による実施形態について説明する。
そのため、図１から図８までを参照し、本発明による走査荷電粒子線装置について説明する。本発明による荷電粒子線装置として、走査電子顕微鏡１００Ａ（図１参照）および集束イオンビーム装置１００Ｂ（図２参照）を例示して説明するが、本発明を他の種類の走査荷電粒子線装置に適用することも、当然に可能である。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明による走査荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡１００Ａを示す概略構成図である。
走査電子顕微鏡１００Ａは、試料１０７の微細構造の観察を主な目的とする走査荷電粒子線装置の一種である。走査電子顕微鏡１００Ａの鏡体内部は所定の真空度に保たれ、鏡体内部において、フィラメント１０１は、荷電粒子ビームである電子線を発生し、磁気レンズ１０３は、電子線を試料１０７上に集束する。また、偏向コイル１０５は、電子線を偏向し、集束された電子線によって、試料１０７上が走査される。試料１０７の表面からは、二次電子または反射電子などの発生荷電粒子１０８が発生する。シンチレータ１０９は、発生荷電粒子１０８を収集し、光電子増倍管１１０は、発生荷電粒子１０８の収集により得られた信号を電気信号に変換する。
【００１１】
図２は、本発明による走査荷電粒子線装置の別の一例である集束イオンビーム装置１００Ｂを示す概略構成図である。
集束イオンビーム装置１００Ｂは、試料１０７の微細加工や観察を主な目的とする走査荷電粒子線装置の一種である。集束イオンビーム装置１００Ｂの鏡体内部は所定の真空度に保たれ、鏡体内部において、液体金属イオン源１０２は、荷電粒子ビームであるイオンビームを発生し、静電レンズ１０４は、イオンビームを試料１０７上に集束する。また、偏向電極１０６は、イオンビームを偏向し、集束されたイオンビームによって、試料１０７上が走査される。試料１０７の表面からは、反射イオンまたは二次イオンなどの発生荷電粒子１０８が発生する。シンチレータ１０９は、発生荷電粒子１０８を収集し、光電子増倍管１１０は、発生荷電粒子１０８の収集により得られた信号を電気信号に変換する。
【００１２】
図１および図２に示す表示システム１１３は、原理的に同一の構成を有する。走査電子顕微鏡１００Ａまたは集束イオンビーム装置１００Ｂの光電子増倍管１１０から出力された電気信号は、表示システム１１３に入力される。表示システム１１３では、入力された電気信号を基に画素値データが生成され、制御装置１１４は、この画素値データを、荷電粒子ビームの偏向方向および偏向量を参照して、フレームメモリ１１１の該当するアドレスに順次格納する。
【００１３】
フレームメモリ１１１は、表示装置１１２での表示に用いる画素値データを、フレーム単位で、所定フレーム分格納可能な画像メモリである。フレームメモリ１１１が、１フレーム分の画素値データを格納可能である場合について説明するが、１フレーム分を超える画素値データを格納可能としてもよく、また、複数のフレームメモリ１１１を具備する構成としてもよい。
【００１４】
制御装置１１４は、また、フレームメモリ１１１に格納された画素値データを順次読み出し、表示装置１１２は、この画素値データを基に、表示画面１１２ａ（図４参照）の対応する画素の表示を行う。表示装置１１２は、固定または可変の表示速度を有する。例えば、１水平ラインごとの走査周波数が３７．５ｋＨｚである場合、１水平ラインごとの走査周期は、０．０２６７秒である。この場合、水平画素数が８００画素であれば、１画素あたりの最大走査時間は、３３ｎｓであり、また、水平画素数が６４０画素であれば、１画素あたりの最大走査時間は、４２ｎｓである。
【００１５】
図３は、走査速度設定画面１２１の表示例を示す画面図である。
走査速度設定画面１２１は、表示システム１１３に備えられた入出力装置（図示せず）の画面であって、設定値表示部１２２と、設定値増減ボタン１２３とを含んでいる。走査速度設定画面１２１において、設定値増減ボタン１２３を押す（クリックする）と、設定値表示部１２２に表示されている走査速度の設定値が切り替わり、表示システム１１３に切り替え後の設定値が設定される。
【００１６】
図４は、表示装置１１２の表示画面１１２ａを示す画面図である。
表示画面１１２ａは、試料１０７（図１参照）を撮像した観察画像の表示領域である観察画像表示部１１２ｂと、画素数表示部１１２ｃと、走査速度表示部１１２ｄとを含んでいる。走査速度設定画面１２１（図３参照）で設定された走査速度の設定値は、表示画面１１２ａの走査速度表示部１１２ｄに表示される。この走査速度は、１画素あたりの走査時間を意味する。この例では、１画素あたりの走査時間が、１２３４５０[ｎｓ]であることを示す。また、観察画像表示部１１２ｂの画素数が、画素数表示部１１２ｃに表示される。
【００１７】
図１および図２に戻り、走査電子顕微鏡１００Ａ（図１参照）や集束イオンビーム装置１００Ｂ（図２参照）などの走査荷電粒子線装置では、荷電粒子ビームの走査速度（フレームメモリ１１１に画素値データが格納される速度に等しい）は、試料１０７の微細領域に影響を与える。荷電粒子ビームが、試料１０７上の一点に留まっている時間が長いほど試料１０７へのダメージが大きくなる。また、集束イオンビーム装置１００Ｂのように、荷電粒子ビームがイオンビームである場合、荷電粒子ビームが試料１０７上の一点に留まっている時間が長いほど、試料１０７の加工速度を速くできる。
【００１８】
なお、荷電粒子ビームの走査による画素値データの格納動作と、表示装置１１２の表示のための画素値データの読み出し動作とは、別個のクロック（図示せず）に基づいて行われ（つまり、独立した動作であることを意味し）、相互に同期はとられていない。このため、試料１０７を走査する速度（すなわち、画素値データの格納速度）と、表示装置１１２の表示速度（すなわち、画素値データの読み出し速度）とは、独立して、任意の値に設定することができる。
【００１９】
ただし、画素値データの格納および読み出しを、相互に同期をとって行う構成とすることも可能である。この場合、フレームメモリ１１１を格納／読み出しで占有する切り替えの同期を取るため、荷電粒子ビームの走査速度を、あらかじめ設定した複数の代表値から選択するように構成する。これにより、試料１０７へのダメージを抑え、また、加工速度を確保できる走査速度を、容易に設定できる。
【００２０】
フレームメモリ１１１に対しては、ある期間において、画素値データの格納、または、画素値データの読み出しのいずれか一方を行える。すなわち、画素値データの格納の期間、フレームメモリ１１１は、格納のために占有され、画素値データの読み出しは行えない。また、画素値データの読み出しの期間、フレームメモリ１１１は、読み出しのために占有され、画素値データの格納は行えない。
【００２１】
第１実施形態の走査荷電粒子線装置では、制御装置１１４は、フレームメモリ１１１に対する、画素値データの格納および読み出しの競合を検出し、競合が検出された場合には、画素値データの格納を優先して行う機能を有する。実際には、画素値データの格納には所定の時間を要するため、制御装置１１４は、これも考慮して、競合の検出を行い、画素値データの読み出し中に、その格納が生じないように、競合の検出を行う。
【００２２】
第１実施形態の走査荷電粒子線装置によれば、画素値データの読み出しに優先して画素値データの格納が行われるため、フレームメモリ１１１に格納される画素値データに欠損が生じない。そのため、表示すべき画素値データがフレームメモリ１１１に常に格納されることとなるため、表示される画像が違和感の少ないものとなる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、図５および図６を参照して、第２実施形態の走査荷電粒子線装置について詳細に説明する。
この走査荷電粒子線装置は、１画素分の画素値データを格納可能なレジスタを有している。このレジスタは、１画素分を超える所定数の画素値データを格納可能としてもよく、また、複数のレジスタを有する構成としてもよい。
【００２４】
図５は、第２実施形態の走査荷電粒子線装置による画素格納処理および画素表示処理を示すフローチャートである。
表示システム１１３では、制御装置１１４は、図５（ａ）に示す画素格納処理および図５（ｂ）に示す画素表示処理を、独立したタイミングで、すなわち、非同期で実行する。
【００２５】
図５（ａ）を参照すると（適宜、図１および図２参照）、画素格納処理において、表示システム１１３では、制御装置１１４は、フレームメモリ１１１から旧画素値データを読み出し（ステップＳ１０１）、旧画素値データおよびビーム走査により取得した信号のデータを基に新画素値データを生成する処理（画素値データ演算処理；ステップＳ１０２）を実行し、フレームメモリ１１１に新画素値データを格納し（ステップＳ１０３）、次の画素に進み（ステップＳ１０４）、以後、同様にステップＳ１０１からステップＳ１０４までを繰り返す。
【００２６】
なお、新画素値データとは、現在処理中のフレームに係る画素値データを意味し、旧画素値データとは、現在処理中のフレームより１つ前のフレーム係る画素値データ（特に、同じ画素に係るもの）を意味する。
【００２７】
図５（ｂ）を参照すると（適宜、図１および図２参照）、画素表示処理において、表示システム１１３では、制御装置１１４は、フレームメモリ１１１から画素値データを読み出し（ステップＳ１２１）、画素値データの読み出しが正常に行えたか否かを判断する（ステップＳ１２２）。
【００２８】
画素値データの読み出しが正常に行えた場合（ステップＳ１２２のＹｅｓ）、画素表示処理（図５（ａ）参照）でフレームメモリ１１１が占有されず画素値データの読み出しが可能であることを意味するので、この読み出した画素値データを基に、制御装置１１４の制御により、表示装置１１２は、画素を表示し（ステップＳ１２３）、制御装置１１４は、レジスタにこの画素値データを格納し（ステップＳ１２４）、次の画素へ進み（ステップＳ１２６）、同様にステップＳ１２１以降の処理を繰り返す。
【００２９】
画素値データの読み出しが正常に行えなかった場合（ステップＳ１２２のＮｏ）、画素表示処理（図５（ａ）参照）でフレームメモリ１１１が占有され画素値データの読み出しが不可能であることを意味するので、制御装置１１４の制御により、表示装置１１２は、レジスタの画素値データで画素を表示し（ステップＳ１２５）、次の画素へ進み（ステップＳ１２６）、同様にステップＳ１２１以降の処理を繰り返す。
【００３０】
図５に示すように、画素格納処理と画素表示処理とは、同期が不要であることが分かる。また、レジスタに格納されている画素値データは、画素値データの読み出しが成功するたびに、新しいものに更新される。したがって、読み出しの失敗が散発的に起こる場合は、比較的新しい画素値データで補填がなされるので、補填がなされた画像に違和感が少なくなる。
【００３１】
図６は、レジスタへ画素値データの格納を行うタイミングを示すタイムチャートである。
図６に示す各信号は、２値論理を示す信号であり、レベルが‘高’であるとき、論理値が‘１’であることを示し、レベルが‘低’であるとき、論理値が‘０’であることを示す。
【００３２】
図６（ａ）に示すように、この例では、画素格納信号は、２０ｎｓの間、フレームメモリ１１１が画素値データの格納によって占有され、これが７０ｎｓを１周期として繰り返されることを示す。また、図６（ｃ）に示すように、この例では、画素表示信号は、１０ｎｓの間、フレームメモリ１１１が画素値データの格納によって占有され、これが４０ｎｓを１周期として繰り返されていることを示す。
【００３３】
図６（ａ）に示す画素格納信号は、フレームメモリ１１１が画素値データの格納のために占有されている期間は‘１’になり、他の期間は‘０’になる信号である。この例では、画素格納信号は、画素格納周期が７０[ｎｓ]であり、画素格納期間は、２０[ｎｓ]である。
【００３４】
図６（ｂ）に示す画素格納信号の反転信号は、図６（ａ）に示す画素格納信号のレベルを反転させた信号である。したがって、この画素格納信号の反転信号が‘１’である期間は、フレームメモリ１１１が画素値データの格納のために占有されていない期間であり、フレームメモリ１１１からの画素値データの読み出しが可能である。逆に、この画素格納信号の反転信号が‘０’である期間は、フレームメモリ１１１が画素値データの格納のために占有されている期間であり、フレームメモリ１１１からの画素値データの読み出しが不可能である。
【００３５】
図６（ｃ）に示す画素表示信号は、フレームメモリ１１１から画素値データの読み出しを行う期間は‘１’になり、他の期間は‘０’になる信号である。この例では、画素表示信号は、画素表示周期が４０[ｎｓ]であり、読出処理時間は、１０[ｎｓ]である。
【００３６】
そこで、表示システム１１３では、制御装置１１４は、画素表示信号の反転信号（図６（ｂ）参照）と、画素表示信号（図６（ｃ）参照）との論理積演算を行う。ただし、実際には、読出処理時間中に、画素格納信号（図６（ａ）参照）が‘１’とならないようにするため、図６（ｃ）に示す画素表示信号の代わりに、読出表示時間分を遅延させた信号を用いて、論理積演算を行う。
【００３７】
図６（ｄ）に、このように論理積演算を行って生成した読み出し成否判定信号を示す。
読み出し成否判定信号が‘１’であるとき、フレームメモリ１１１から画素値データが読み出されることを意味するので、表示システム１１３では、制御装置１１４は、読み出された画素値データをレジスタに格納する。読み出し成否判定信号が‘０’であるとき、フレームメモリ１１１から画素値データが読み出されないことを意味するので、表示システム１１３では、制御装置１１４は、画素値データをレジスタに格納しない。
【００３８】
第２実施形態の走査荷電粒子線装置によれば、次の効果が得られる。
（１）１画素分の画素値データを格納可能なレジスタを備えたため、非常に簡単な構成で、欠損した画素値データの補填を行える。
（２）画素格納処理および画素表示処理が非同期で実行されるため、荷電粒子ビームの走査速度と、表示装置１１２の表示走査速度とを、独立に選ぶことができる。
（３）レジスタに格納されている画素値データが、フレームメモリ１１１から画素値データが読み出されるたびに、すなわち頻繁に更新されるため、特に走査速度の遅い場合、画素値データの補填が目立ちにくく、違和感の少ない表示が行える。
【００３９】
（第３実施形態）
第３実施形態の走査荷電粒子線装置は、第２実施形態におけるレジスタの代わりに、それぞれ１フレーム分の画素値データを格納可能な２つのバッファメモリ（図示せず）を有する構成である。本説明において、これら２つのバッファメモリを、各々、第１バッファ、および、第２バッファと称して区別する。第１バッファおよび第２バッファが、それぞれ１フレーム分の画素値データを格納可能である場合について説明するが、第１バッファおよび第２バッファが、それぞれ１フレームを超える所定フレーム分の画素値データを格納可能に構成してもよい。
【００４０】
（１）あるフレーム期間では、表示システム１１３において、第１バッファは格納用となり、制御装置１１４は、生成された画素値データを１フレーム分順次格納する。この期間、第２バッファは読み出し用となり、フレームメモリ１１１において画素値データの格納および読み出しの競合が生じたとき、制御装置１１４によって、第２バッファから画素値データの読み出しがなされ、表示装置１１２によって、表示のために利用される。つまり、第２バッファに格納されている画素値データによって、補填が行われる。
（２）次のフレーム期間では、第１バッファを読み出し用とし、第２バッファを格納用として、（１）と同様に動作が行われる。
（３）以降のフレーム期間では、フレーム期間ごとに、前記した（１）および（２）を順次繰り返す。
【００４１】
こうして、あるフレーム期間において、格納用のバッファに対しては、読み出しが行われず、読み出し用のバッファに対しては、格納が行われないように制御がなされる。したがって、これらのバッファにおいて、格納および読み出しが競合しないので、画素値データの欠損は生じない。また、これらのバッファに格納されている画素値データは、制御装置１１４によって、１フレームおきに更新されるため、バッファによって画素値データの補填が行われるとき、補填に用いられる画素値データは、最新のフレーム（現在格納中の画素値データに係るフレーム）の直前のフレームの画素値データである。
【００４２】
前記した機能を実現するため、表示システム１１３は、フレーム番号を保持し１フレーム期間ごとにフレーム番号をカウントアップするフレーム番号カウンタ（図示せず）と、フレーム番号が奇数であるか偶数であるかを判別して、第１バッファおよび第２バッファを、格納用または読み出し用として切り替えるバッファ切替器（図示せず）とを具備している。フレーム番号は整数であり、１フレーム期間ごとに、１ずつ増加するが、１ビットの値とし、１フレーム期間ごとに、‘０’と‘１’とに変化するようにしてもよい。
【００４３】
図７は、第３実施形態の走査荷電粒子線装置による画素格納処理および画素表示処理を示すフローチャートである。
図７（ａ）に示すように、画素格納処理において、表示システム１１３では、制御装置１１４は、フレームメモリ１１１から、旧画素値データを読み出し（ステップＳ２０１）、旧画素値データおよびビーム走査により取得した信号のデータを基に新画素値データを生成する処理（画素値データ演算処理；ステップＳ２０２）が実行され、制御装置１１４は、フレームメモリ１１１に、新画素値データを格納する（ステップＳ２０３）。
【００４４】
そして、制御装置１１４は、現在のフレーム番号を判別する（ステップＳ２０４）。
制御装置１１４は、現在のフレーム番号が奇数である場合は（ステップＳ２０４の‘奇数’）、第１バッファに画素値データを格納し（ステップＳ２０５）、現在のフレーム番号が偶数である場合は（ステップＳ２０４の‘偶数’）、第２バッファに画素値データを格納する（ステップＳ２０６）。つまり、現在のフレーム番号が奇数ならば、第１バッファを格納用とし、現在のフレーム番号が偶数ならば、第２バッファを格納用とする。
【００４５】
ここで、フレーム番号カウンタ（図示せず）は、１フレームの処理が終了した場合は（ステップＳ２０７のＹｅｓ）、フレーム番号をカウントアップし（ステップＳ２０８）、次の画素へ進む（ステップＳ２０９）。
ここで、１フレームの処理が終了したのでない場合は（ステップＳ２０７のＮｏ）、次の画素へ進む（ステップＳ２０９）。
【００４６】
そして、次の画素について、ステップＳ２０１以降の処理を繰り返す。
【００４７】
図７（ｂ）に示すように、画素表示処理において、表示システム１１３では、制御装置１１４は、画素値データを読み出し（ステップＳ２２１）、画素値データの読み出しが正常に行えたか否かを判断する（ステップＳ２２２）。
【００４８】
画素値データの読み出しが正常に行えた場合（ステップＳ２２２のＹｅｓ）、制御装置１１４の制御により、表示装置１１２は、その画素値データを用いて画素を表示し（ステップＳ２２３）、次の画素へ進む（ステップＳ２２８）。
【００４９】
画素値データの読み出しが正常に行えなかった場合（ステップＳ２２２のＮｏ）、制御装置１１４は、現在のフレーム番号を判別する（ステップＳ２２４）。
【００５０】
現在のフレーム番号が奇数である場合（ステップＳ２２４の‘奇数’）、制御装置１１４は、第２バッファの画素値データを読み出す（ステップＳ２２５）。
現在のフレーム番号が偶数である場合（ステップＳ２２４の‘偶数’）、制御装置１１４は、第１バッファの画素値データを読み出す（ステップＳ２２６）。
【００５１】
そして、制御装置１１４の制御により、表示装置１１２は、読み出した画素値データを用いて、画素を表示し（ステップＳ２２７）、次の画素へ進む（ステップＳ２２８）。
【００５２】
さらに、次の画素について、ステップＳ２２１以下の処理を繰り返す。
【００５３】
図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると分かるように、画素格納処理および画素表示処理は、非同期で実行される。
【００５４】
第３実施形態の荷電粒子線装置によれば、次の効果が得られる。
（１）２つのバッファメモリを加えた簡易な構成で済む。
（２）２つのバッファメモリを、読み出し用および格納用として切り替えて用いるので、これらに格納される画素に欠損が生じない。
（３）１フレーム分の画素値データを格納可能なバッファメモリを用いたため、画面に表示されると視感上目立つ、線状の補填した画素が発生しない。
（４）走査速度が速い場合、欠損する位置と同じ位置の画素値データを用いるので線状に補填した画素が強調されるなどの現象は発生せず、完全な形で欠損画素を補填できる。
【００５５】
（第４実施形態）
第４実施形態の走査荷電粒子線装置は、第２実施形態のレジスタと、第３実施形態の２つのバッファとを併せ持ち、画素の補填状態に応じて、レジスタを用いた補填方法（以下、レジスタ使用法という。）と、バッファを用いた補填方法（以下、バッファ使用法という。）とを切り替え、欠損した画素値データを補填して表示を行う機能を有する。
【００５６】
表示システム１１３（図１参照）によって、自動的に補填方法の切り替えが行われる構成について説明するが、入力装置（図示せず）を操作することにより、オペレータが任意に補填方法を切り替える構成としてもよい。オペレータは、走査速度設定画面１２１（図３参照）から設定した荷電粒子ビームの走査速度や、表示装置１１２（図１参照）の表示速度を勘案して、適切な補填方法に切り替えることとなる。
【００５７】
第４実施形態の走査荷電粒子線装置による画素格納処理の各ステップは、図７（ａ）に示す第３実施形態の走査荷電粒子線装置による画素格納処理の各ステップ（ステップＳ２０１〜ステップＳ２０９）と同様である。
【００５８】
図８は、第４実施形態の走査荷電粒子線装置による画素表示処理を示すフローチャートである。
この画素表示処理において、表示システム１１３（図１参照）では、制御装置１１４は、フレームメモリ１１１（図１参照）から画素値データを読み出し（ステップＳ３２１）、画素値データの読み出しが正常に行えたか否かを判断する（ステップＳ３２２）。
【００５９】
画素値データの読み出しが正常に行えた場合（ステップＳ３２２のＹｅｓ）、制御装置１１４によって、表示装置１１２は、読み出した画素値データを用いて、画素を表示し（ステップＳ３２３）、レジスタに画素値データを格納し（ステップＳ３２４）、格納回数をカウントアップし（ステップＳ３２５）、次の画素へ進む（ステップＳ３２６）。
【００６０】
画素値データの読み出しが正常に行えなかった場合（ステップＳ３２２のＮｏ）、制御装置１１４は、現在のフレーム番号を判別する（ステップＳ３３１）。
現在のフレーム番号が奇数である場合（ステップＳ３３１の‘奇数’）、制御装置１１４は、第２バッファの画素値データを読み出す（ステップＳ３３２）。
現在のフレーム番号が偶数である場合（ステップＳ３３１の‘偶数’）、制御装置１１４は、第１バッファの画素値データを読み出す（ステップＳ３３３）。
【００６１】
そして、制御装置１１４は、設定されている欠損補填の方法は何か、を判別する（ステップＳ３３４）。
制御装置１１４の制御によって、表示装置１１２は、欠損補填の方法がバッファ使用法である場合（ステップＳ３３４の‘バッファ使用法’）、バッファ読み出し値（バッファから読み出した画素値データの値）で画素を表示し（ステップＳ３３５）、欠損補填の方法がレジスタ使用法である場合（ステップＳ３３４の‘レジスタ使用法’）、レジスタ値（レジスタに格納されている画素値データの値）で画素を表示する（ステップＳ３３６）。
【００６２】
そして、制御装置１１４は、１フレームの処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ３３７）。
１フレームの処理が終了していない場合は（ステップＳ３３７のＮｏ）、次の画素へ進む（ステップＳ３２６）。
【００６３】
１フレームの処理が終了した場合は（ステップＳ３３７のＹｅｓ）、制御装置１１４は、格納回数が格納上限回数を超えたか否かを判断する（ステップＳ３３８）。
【００６４】
制御装置１１４は、格納回数が格納上限回数を超えた場合は（ステップＳ３３８のＹｅｓ）、欠損補填の方法を‘バッファ使用法’に設定し（ステップＳ３３９）、格納回数が格納上限回数を超えていない場合は（ステップＳ３３８のＮｏ）、欠損補填の方法を‘レジスタ使用法’に設定する（ステップＳ３４０）。
なお、格納上限回数は、表示システム１１３に、あらかじめ設定しておく。
【００６５】
そして、制御装置１１４は、格納回数を初期化し（ステップＳ３４１）、次の画素へ進む（ステップＳ３２６）。
【００６６】
さらに、次の画素について、同様に、ステップＳ３２１以下の処理を繰り返す。
【００６７】
第４実施形態の走査荷電粒子線装置によれば、第２実施形態による補填と、第３実施形態による補填とが、フレームメモリ１１１の競合状態（すなわち、画素値データの補填状態）によって切り替わるので、荷電粒子ビームの走査速度などに応じて、適切な補填方法が選択される。
【００６８】
（比較例）
図９から図１１を参照して、比較例の走査荷電粒子線装置による画素格納処理および画素表示処理について説明する。
比較例の走査荷電粒子線装置では、画素値データの格納（画素記録）と、画素値データの読み出し（画素表示）とは、同期がとられている。
【００６９】
図９は、比較例の画素格納処理および画素表示処理のタイミングを示すタイムチャートである。
図９（ａ）に、画素格納周期が３０[ｎｓ]の場合の画素格納信号を示し、図９（ｂ）に、画素格納周期が６０[ｎｓ]の場合の画素格納信号を示し、図９（ｃ）に、画素格納周期が９０[ｎｓ]の場合の画素格納信号を示し、図９（ｄ）に、画素格納周期が１２０[ｎｓ]の場合の画素格納信号を示し、図９（ｅ）に、画素格納周期が５０[ｎｓ]の場合の画素格納信号を示し、図９（ｆ）に、画素格納周期が７０[ｎｓ]の場合の画素格納信号を示す。
図９（ｇ）に、画素表示周期が３０[ｎｓ]の場合の画素表示信号を示す。
【００７０】
図１０は、比較例の画素格納処理および画素表示処理のタイミングを、図９（ｆ）および図９（ｇ）において枠線で囲んだ範囲を拡大して示すタイムチャートである。
図１０（ａ）に示すように、この例では、画素格納信号は、画素表示信号の始端から１０ｎｓ遅れて２０ｎｓの間にフレームメモリ１１１から画素値データを読み出し、演算処理し、再度書き込むためフレームメモリ１１１が占有されていることを示す。
また、図１０（ｂ）に示すように、画素表示信号は、フレームメモリ１１１からの読み出しのため１０ｎｓ未満の時間でフレームメモリ１１１が占有され、これが３０ｎｓの周期で繰り返されることを示す。
【００７１】
図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すように、様々な周期の画素格納信号と画素表示信号との関係を見ると、画素格納信号の周期が画素表示信号の周期の整数倍になる例（画素格納信号の周期が３０ｎｓ、６０ｎｓ、９０ｎｓ、１２０ｎｓ）では、フレームメモリ１１１の占有の重なり（競合）は生じない。
【００７２】
これに対して、画素表示信号の周期が３０ｎｓであり、画素格納信号の周期が、５０ｎｓおよび７０ｎｓである例では、図中の矢印で示すように、フレームメモリ１１１の占有が、画素データの格納と読み出しとで競合するタイミングが生じる。競合が発生した場合、そのとき画素データは格納および表示（読み出し）とも不可能となり、画素の欠損が生じる。
【００７３】
欠損を補うために、欠損がどれだけ連続して生じるか検討する。
図１１は、画素の欠損を生じる画素格納信号と画素表示信号の周期との関係を示すタイムチャートである。
【００７４】
図１１（ｂ）、図１１（ｄ）、および図１１（ｆ）に示すように、この例では、画素表示信号の周期を４０ｎｓとする。そして、図１１（ａ）、図１１（ｃ）、および図１１（ｅ）に示すように、画素格納信号の周期を５０ｎｓ，７０ｎｓ，および９０ｎｓとした。
【００７５】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、画素格納信号の周期が５０ｎｓのとき、競合の発生を繰り返す周期は、画素表示信号の周期（４０ｎｓ）の５倍の長さとなり、この周期中に２回の競合が発生する。同様に、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）に示すように、画素格納信号の周期が７０ｎｓのとき、画素表示信号の周期（４０ｎｓ）の７倍の周期ごとに２回ずつ競合が発生し、図１１（ｅ）および図１１（ｆ）に示すように、画素格納信号の周期が９０ｎｓのとき、画素表示信号の周期（４０ｎｓ）の９倍の周期ごとに２回ずつ競合が発生することが分かる。このように競合が生じることで、画面上に、縦方向に線状の欠損画素が現れる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
微細構造の観察、加工分野において、観察、加工の条件を拡大する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による走査荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【図２】本発明による走査荷電粒子線装置の別の一例である集束イオンビーム装置を示す概略構成図である。
【図３】走査速度設定画面の表示例を示す画面図である。
【図４】表示装置の表示画面を示す画面図である。
【図５】第２実施形態の走査荷電粒子線装置による画素格納処理および画素表示処理を示すフローチャートである。
【図６】レジスタへ画素値データの格納を行うタイミングを示すタイムチャートである。
【図７】第３実施形態の走査荷電粒子線装置による画素格納処理および画素表示処理を示すフローチャートである。
【図８】第４実施形態の走査荷電粒子線装置による画素表示処理を示すフローチャートである。
【図９】比較例の画素格納処理および画素表示処理のタイミングを示すタイムチャートである。
【図１０】比較例の画素格納処理および画素表示処理のタイミングを、図９（ｆ）および図９（ｇ）において枠線で囲んだ範囲を拡大して示すタイムチャートである。
【図１１】画素の欠損を生じる画素格納信号と画素表示信号の周期との関係を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１００Ａ  走査電子顕微鏡（走査荷電粒子線装置）
１００Ｂ  集束イオンビーム装置（走査荷電粒子線装置）
１０１  フィラメント
１０２  液体金属イオン源
１０３  磁気レンズ
１０４  静電レンズ
１０５  偏向コイル
１０６  偏向電極
１０７  試料
１０８  発生荷電粒子
１０９  シンチレータ
１１０  光電子増倍管
１１１  フレームメモリ（フレームメモリ）
１１２  表示装置（表示装置）
１１２ａ  表示画面
１１２ｂ  観察画像表示部
１１２ｃ  画素数表示部
１１２ｄ  走査速度表示部
１１３  表示システム
１１４  制御装置（制御装置）
１２１  走査速度設定画面
１２２  設定値表示部
１２３  設定値増減ボタン
【図１】
2007200584.tif 000003
【図２】
2007200584.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007200584.tif 000009
【図８】
2007200584.tif 000010
【図９】
2007200584.tif 000011
【図１０】
2007200584.tif 000012
【図１１】
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