(57)【要約】      （修正有）【課題】低高両倍率の観察画像を短い更新時間で安定して高い自由度で表示できるものとし、良好な操作性で高倍率とする所望の観察位置を素早く探査可能とする。【解決手段】入力装置３０で指定された試料上の走査領域を電子線で２次元走査し、走査領域からの荷電粒子を検出して電子線の走査信号と同期させて画像表示装置４０に観察画像を表示する走査電子顕微鏡において、制御装置１００は、試料の第１走査領域における所定倍率の第１観察画像を取得し、画像表示装置の第１ウインドウに前記第１観察画像を表示し、入力装置３０で、第１観察画像中における位置及び領域を指定して第２走査領域を設定し、第２走査領域の前記第１倍率より大きな倍率の第２観察像を取得し、画像表示装置４０に第２観察画像を描画する第２ウインドウを、第１ウインドウの表示と合成して表示する。【選択図】図５
2012114014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを発生する荷電ビーム源と、前記荷電ビームを走査信号に基づいて試料上の走査領域で２次元走査する偏向コイルと、前記走査信号を出力する走査制御装置と、前記試料からの荷電粒子を検出して検出信号を出力する検出器と、画像信号に基づいて観察画像を表示する表示装置と、前記走査信号及び前記検出信号に基づいて前記画像信号を出力する画像表示制御装置と、前記走査信号及び前記画像信号を生成するための設定値を入力する入力装置と、を備えた荷電ビーム装置において、
前記走査制御装置は、前記走査信号として、第１走査領域を走査させる第１走査信号、及び該第１走査領域内に位置し該第１領域より小さいサイズの第２走査領域を走査させる第２走査信号を１又は複数フレーム毎に交互に出力し、
前記画像表示制御装置は、前記表示装置に前記第１走査領域の拡大画像を表示する第１ウインドウに表示する第１画像信号、及び前記第２走査領域の画像を第２ウインドウに表示する第２画像信号を生成すると共に、前記表示装置で前記第１ウインドウに前記第２ウインドウを重ねて表示するよう前記第１画像信号及び第２画像信号を合成して前記画像信号として出力し、
前記入力装置は、前記表示装置の表示画像の位置を指定することにより、前記設定値として、前記第２走査領域の前記試料における走査位置及び走査範囲を指定する走査設定値、及び前記第２ウインドウの前記表示装置における表示位置及び表示範囲を指定する表示設定値を出力することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
前記入力装置が表示装置に表示された各ウインドウ上の座標を指定することにより試料上の座標を指定するマウス装置、トラックボール装置を含むポインティングデバイスであることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム装置。
【請求項３】
前記画像表示制御装置が前記走査制御装置の走査信号の生成に対応して遅延なく前記画像信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の荷電ビーム装置。
【請求項４】
前記操作制御装置が荷電粒子の焦点を自動的に調整するオートフォーカス装置を備え、
前記表示制御装置が前記表示装置の表示画質を自動的に調整する画質調整装置を備え、
表示した第１ウインドウ及び第２ウインドウの一方のウインドウに表示された画像に基づいて前記オートフォーカス装置及び前記画質調整装置の少なくとも一方を調整する調整手段を備えることを特徴とする調整手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
【請求項５】
前記入力装置は、前記第１ウインドウ及び前記第２ウインドウのうち指定した一方のウインドウの画像を前記表示装置の全面に表示させる設定値を前記表示制御装置及び前記画像表示装置に出力可能とした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荷電ビーム装置。
【請求項６】
入力装置で指定された試料上の走査領域を荷電ビームで２次元走査し、前記走査領域からの荷電粒子を検出して前記荷電ビームの走査信号と同期させて画像表示装置に観察画像を表示する荷電ビーム装置の画像表示方法において
試料の第１走査領域における所定倍率の第１観察画像を取得する工程と、
前記画像表示装置の第１ウインドウに前記第１観察画像を表示する工程と、
前記入力装置で、前記第１観察画像中における位置及び領域を指定して第２走査領域を設定する工程と、
前記第２走査領域の前記第１倍率より大きな倍率の第２観察像を取得する工程と、
前記画像表示装置に前記第２観察画像を描画する第２ウインドウを、前記第１ウインドウの表示と合成して表示する工程と、
を備えること特徴とする荷電ビーム装置の画像表示方法。
【請求項７】
前記第２観察像の中央位置及び倍率を保持して前記第２ウインドウを任意の大きさに拡大表示する工程を備えることを特徴とする請求項６に記載の荷電ビーム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、走査型電子顕微鏡、半導体検査装置、マスク検査装置などの荷電ビーム装置及び荷電ビーム装置の画像方法に係り、特に異なる倍率の２つの観察画像を画像表示の１画面に表示することができる荷電ビーム装置、及び荷電ビーム装置の画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した荷電ビーム装置の一種である走査電子顕微鏡は、収束させた電子ビームを試料上の観察領域で２次元走査し、この電子ビームに起因して試料から発生した２次電子等を検出器で検出し、この検出器からの信号と電子ビームの走査信号とに基づいて画像データを作成し、注目する観察領域の拡大観察画像を得るものである。このような走査電子顕微鏡では、電子ビームの通路に配置した偏向コイルを制御して、試料上での走査領域の大きさを変更することで所望の倍率の拡大像を得ることができる。
【０００３】
試料の注目する観察領域の高倍率の拡大画像を得るためには、観察しようとする倍率（高倍率）より低い倍率（低倍率）の観察像を予め表示して、試料装置、又は、試料上の電子ビームの走査範囲を移動して低倍率の観察像中で高倍率の観察像を得る観察領域を探す。そして、観察領域を決定した後、決定した観察領域の中央位置が観察像の中央になるよう走査領域を設定し、電子顕微鏡の倍率を徐々に高倍率にしていき、最終的に所望領域の所望倍率の拡大画像を得るようにしている。
【０００４】
ここで、このような走査電子顕微鏡での観察に際しては、低倍率での観察領域の探査、及び高倍率での観察という一連の操作だけで所望の観察画像を得ることができるとは限らず、低倍率で試料装置等を操作して観察領域部分を探しながら倍率を上げるという操作を繰り返すことが多く、観察に多大な時間を要している。
【０００５】
さらに、シリコンウエハーのように大きな試料の場合には、広大な試料面から微少な観察領域を特定するのはより困難になる。また、試料を試料台に載置して機械的に移動させる場合には試料台をわずかに操作しただけで観察個所は大きく移動するため、観察個所の設定はより難しくなる。さらに、試料を傾斜して観察する場合には、傾斜させることにより画像が傾斜させない場合と大きく変化してしまうことがあり、観察領域の特定はさらに難しいものとなる。
【０００６】
これに対処するため、荷電ビーム装置として、画像表示装置に低倍率の画像と高倍率の画像とを同時に表示するもの提案されている。特許文献１には、試料に照射ビームを照射し、その照射ビームを走査する手段と、上記走査の範囲を複数段に繰り返し変える手段と、上記複数倍率にわたる走査によって得られるそれぞれの試料信号を検出する手段と、上記それぞれの試料検出信号に基づく複数の試料像を独立に同時に表示する手段とを備え、２台の表示装置や、表示画面を半分ずつに分けた２つの表示領域に、異なる倍率の画像を表示する電子ビーム装置が記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、試料の第１の領域を照射線で走査する手段と、それによって上記第１の領域から得られる情報を検出する手段と、その検出された情報信号に基づいて上記第１の領域の第１の像を表示し、かつこの試料走査中に同時に上記第１の領域中の第２の領域を、それに対応する上記第１の像中の部分に拡大された第２の像として表示する手段とを備えた荷電ビーム装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭４６−２４４５９号公報
【特許文献２】特公昭５３−４０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、低倍率及び高倍率の画像を通常の同等の画像品質（大きさ、解像度）で表示するために１画面を表示するための２倍の画像更新時間がかかる他、高低の両画面の表示位置が固定されており、操作者は視線を変えて２つの画面を見比べながら操作を行う必要があり操作性がよくないという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載のものは、高倍画像の２つの倍率の画像を取り込むのに水平走査中にその電子線の走査軌跡を変化させるため、軌跡変化の始点と終点で過度的なオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、画像の歪が大きく実用性に乏しいという問題がある。
【００１１】
そして、特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、当時の画像表示技術では通常の観察と同等の画像品質を保つのが困難である他、装置が複雑になり操作性にも難があり、その後普及しなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、低高両倍率の観察画像を短い更新時間で安定して得ることができ、高倍率の観察画像を高い自由度で表示することができる共に、良好な操作性で高倍率とする所望の観察位置を素早く探査できる荷電ビーム装置、及び荷電ビーム装置の画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、荷電ビームを発生する荷電ビーム源と、前記荷電ビームを走査信号に基づいて試料上の走査領域で２次元走査する偏向コイルと、前記走査信号を出力する走査制御装置と、前記試料からの荷電粒子を検出して検出信号を出力する検出器と、画像信号に基づいて観察画像を表示する表示装置と、前記走査信号及び前記検出信号に基づいて前記画像信号を出力する画像表示制御装置と、前記走査信号及び前記画像信号を生成するための設定値を入力する入力装置と、を備えた荷電ビーム装置において、前記走査制御装置は、前記走査信号として、第１走査領域を走査させる第１走査信号、及び該第１走査領域内に位置し該第１領域より小さいサイズの第２走査領域を走査させる第２走査信号を１又は複数フレーム毎に交互に出力し、前記画像表示制御装置は、前記表示装置に前記第１走査領域の拡大画像を表示する第１ウインドウに表示する第１画像信号、及び前記第２走査領域の画像を第２ウインドウに表示する第２画像信号を生成すると共に、前記表示装置で前記第１ウインドウに前記第２ウインドウを重ねて表示するよう前記第１画像信号及び第２画像信号を合成して前記画像信号として出力し、前記入力装置は、前記表示装置の表示画像の位置を指定することにより、前記設定値として、前記第２走査領域の前記試料における走査位置及び走査範囲を指定する走査設定値、及び前記第２ウインドウの前記表示装置における表示位置及び表示範囲を指定する表示設定値を出力することを特徴とする荷電ビーム装置である。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の荷電ビーム装置において、前記入力手段が表示装置に表示された各ウインドウ上の座標を指定することにより試料上の座標を指定するマウス装置、トラックボール装置を含むポインティングデバイスであることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の荷電ビーム装置において、前記画像表示制御装置が前記走査制御装置の走査信号の生成に対応して遅延なく前記画像信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電ビーム装置において、前記操作制御装置が荷電粒子の焦点を自動的に調整するオートフォーカス装置を備え、前記表示制御装置が前記表示装置の表示画質を自動的に調整する画質調整装置を備え、表示した第１ウインドウ及び第２ウインドウの一方のウインドウに表示された画像に基づいて前記オートフォーカス装置及び前記画質調整装置の少なくとも一方を調整する調整手段を備えることを特徴とする調整手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電ビーム装置において、前記入力装置は、前記第１ウインドウ及び前記第２ウインドウのうち指定した一方のウインドウの画像を前記表示装置の全面に表示させる設定値を前記表示制御装置及び前記画像表示装置に出力可能としたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６の発明は、荷電ビーム装置の画像表示方法において、入力装置で指定された試料上の走査領域を荷電ビームで２次元走査し、前記走査領域からの荷電粒子を検出して前記荷電ビームの走査信号と同期させて画像表示装置に観察画像を表示する荷電ビーム装置の画像表示方法において試料の第１走査領域における所定倍率の第１観察画像を取得する工程と、前記画像表示装置の第１ウインドウに前記第１観察画像を表示する工程と、前記入力装置で、前記第１観察画像中における位置及び領域を指定して第２走査領域を設定する工程と、前記第２走査領域の前記第１倍率より大きな倍率の第２観察像を取得する工程と、前記画像表示装置に前記第２観察画像を描画する第２ウインドウを、前記第１ウインドウの表示と合成して表示する工程と、を備えること特徴とする。
【００１９】
そして、請求項７の発明は、請求項６に記載の荷電ビーム装置の画像表示方法において、前記第２観察像の中央位置及び倍率を保持して前記第２ウインドウを任意の大きさに拡大表示する工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、試料上での荷電ビームの走査はフレーム毎に交互になされるので、表示装置には低倍率像を表示する第１ウインドウとこの第１ウインドウに重ねて高倍率画像を表示する第２ウインドウとが良好に表示される。また、入力装置で画像表示装置に表示された第１ウインドウの画像上の位置を指定及び操作するだけで、第２ウインドウで表示される高倍率像の試料上及び画面上での位置や表示範囲を変更することができるので、低高両倍率の観察画像を簡単な操作で得ることができる。このため、高倍率の観察画像を高い自由度で表示することができる共に、良好な操作性で高倍率とする所望の観察位置を素早く探査できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態例に係る走査電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
【図２】同じく表示装置における第１ウインドウ及び第２ウインドウの寸法及び位置を示す模式図である。
【図３】同じく試料上における第１走査領域及び第２走査領域の寸法及び位置を示す模式図である。
【図４】同じく走査電子顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】同じく走査電子顕微鏡の操作制御装置と画像表示制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】同じく走査信号の波形を示すものであり、（ａ）は水平走査信号を示す概略図、（ｂ）は垂直走査信号を示す概略図である。
【図７】同じく走査電子顕微鏡の高倍率画像の表示手順を示すフローチャートである。
【図８】同じく試料及び撮影画像と走査信号との関係を示す模式図である。
【図９】同じく試料及び撮影画像と走査信号との関係を示す模式図である。
【図１０】同じく走査電子顕微鏡の高倍率画像の表示手順を示すフローチャートである。
【図１１】同じく走査電子顕微鏡の焦点調整及び画質調整を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る荷電ビーム装置の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。以下、実施の形態として走査電子顕微鏡を例として説明するが、本発明は、荷電ビーム装置として、半導体検査装置、マスク検査装置など他の装置を対象とすることができる。
【００２３】
図１は実施の形態例に係る走査電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。走査電子顕微鏡１０は、鏡筒１１内上部の荷電ビーム源である電子線源１２から発生した荷電ビームとしての電子線１３を、コンデンサレンズ１４で収束し、偏向コイル１５で偏向走査して、対物レンズ１６で収束及びフォーカスを調整し、試料室１７内の試料１８上を２次元走査する。なお、試料１８は、試料台２１に配置されており、任意の位置に移動できる他、任意の角度に傾斜させることができる。
【００２４】
また、走査電子顕微鏡１０には、制御装置１００、入力装置３０、画像表示装置４０が配置されている。制御装置１００は、前記偏向コイル１５の走査信号、対物レンズ１６の制御信号を発生する他、検出器２０からの信号と前記走査信号とを同期して走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）を画像表示装置４０に表示させる。また、入力装置３０は制御装置１００に操作者が指定する各種設定値、即ち電子線の走査領域をしてする走査設定値、及び画像表示装置における拡大画像の表示領域を指定する表示設定値を入力する。本例では入力装置３０は、画像表示装置４０に表示される画像上の座標を指定して操作を行うマウス装置、及び数値、文字、記号を入力するキーボードを備えて構成される。なお、マウス装置の他トラックボール装置など他のポインティングデバイスを使用することができる。また、画像表示装置４０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）の他プラズマディスプレイ、ＣＲＴを使用することができる。
【００２５】
走査電子顕微鏡１０では、試料１８から発生した２次電子、反射電子などの荷電粒子１９が検出器２０で検出される。この検出器２０からの信号は、制御装置１００により前記偏向コイル１５の走査信号と同期処理され走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）が画像表示装置４０に表示される
【００２６】
本実施形態に係る走査電子顕微鏡１０は、画像表示装置４０に低倍率の観察画像を表示する第１ウインドウと高倍率の観察画像を表示する第２ウインドウを重ねて表示する。図２は実施形態例に係る表示装置における第１ウインドウ及び第２ウインドウの寸法及び位置を示す模式図、図３は同じく試料における第１走査領域及び第２走査領域の寸法及び位置を示す模式図である。
【００２７】
画像表示装置４０には、図２に示すように、第１ウインドウ５１と第２ウインドウ５２とが表示される。以下、第１ウインドウ５１の表示寸法をＨＬ×ＶＬとし、第２ウインドウ５２の寸法を第１ウインドウ５１より小さいＨｈ×Ｖｈとし、第２ウインドウ５２の中心位置が、第１ウインドウ５１の中心位置を第１ウインドウの中央Ｏ１を原点とするＨ−Ｖ座標系の点（Ｖｃ，Ｈｃ）に位置するものとする。
【００２８】
また、試料１８の面上には、図３に示すように、低倍率画像を取得するための第１走査領域６１と、高倍率画像を取得するための第２走査領域６２が設定される。なお、図３には、倍利率が異なる３種類の第２走査領域６２、６３、６４が表示されている。図３では、符号６２で示した走査領域の倍率を２、符号６３で示した走査領域の倍率を４、符号６４で示した走査領域の倍率を８として示している。以下、第１走査領域６１の大きさをＸＬ×ＹＬとし、倍率２の第２走査領域６２の大きさをＸＨ×ＹＨとし、第２走査領域６２の中心位置が、第１走査領域６１の中心Ｏ２を原点としたＸ−Ｙ座標系の点（Ｘｃ，Ｙｃ）に位置するものとする。なお、倍率４の第２走査領域６３及び倍率８の第２走査領域の大きさは、倍率に従って小さく設定される。
【００２９】
本例に係る走査電子顕微鏡１０では、第１走査領域６１で得られる画像を第１ウインドウ５１に表示し、第２走査領域６２で得られる画像を第２ウインドウ５２に表示する。そして、第２走査領域６２は入力装置３０からの指定により第１走査領域６１中の任意の位置に移動して、第２ウインドウ５２は、第１ウインドウ５１中の対応する位置に表示される。
【００３０】
また、第１走査領域６１の大きさは、低倍率として取得する画像の倍率に応じて設定される。さらに、上述したように、第２走査領域６２の大きさは高倍率として取得する低倍率画像に対する倍率に応じて設定される。
【００３１】
さらに、本実施の形態に係る走査電子顕微鏡１０では、第２ウインドウ５２の大きさを任意に設定することができる。即ち、第２ウインドウ５２の寸法は、倍率を固定したまま変更することができ、この第２ウインドウ５２の大きさの変更に伴い、第２走査領域６２の大きさも変更される。
【００３２】
そのため、制御装置１００は、偏向コイル１５に走査信号として、低倍率画像を取得するための第１走査領域６１を走査させる第１走査信号Ｓ１、及び高倍率画像を表示させるための第２走査領域６２を走査させる第２走査信号Ｓ２を１フレーム毎に交互に出力する。なお、第１走査信号Ｓ１及び第２走査信号Ｓ２は１フレーム毎に限らず任意のフレーム毎に出力できる。
【００３３】
また、制御装置１００は、画像表示装置４０に第１走査領域６１の拡大画像を表示する第１ウインドウ５１に表示する第１画像信号、及び第２走査領域６２の画像を第２ウインドウ５２に表示する第２画像信号を生成すると共に、前記表示装置で前記第１ウインドウ５１中に第２ウインドウ５２を重ねて表示するよう前記第１画像信号及び第２画像信号を合成して画像信号として出力する。
【００３４】
さらに、入力装置３０は、画像表示装置４０の表示画像の位置を指定することにより、設定値を入力するマウス装置と、倍率等の数値及び文字記号を入力できるキーボードを備えて構成され、前記第１走査領域６１及び第２走査領域６２を特定する走査設定値と、画像表示装置４０における第１ウインドウ５１及び第２ウインドウ５２の倍率、大きさ、位置を指定する表示設定値を出力する。
【００３５】
なお、入力装置３０のマウス装置は、初期値として第１走査領域６１の大きさ及び試料における走査位置が設定された状態で、第１ウインドウ５１内を指定することにより、第２走査領域６２の第１走査領域６１における座標（Ｘｃ，Ｙｃ）及び走査範囲（ＸＨ，ＹＨ）を指定することができる。これにより、他、第２ウインドウ５２の第１ウインドウ５１における表示位置及び表示範囲を指定する表示設定値が出力される
【００３６】
次に走査電子顕微鏡１０の制御について詳細に説明する。図４は実施形態に係る走査電子顕微鏡の制御系の構成を示すブロック図、図５は実施形態に係る走査電子顕微鏡の操作制御装置と画像表示制御装置の構成を示すブロック図、図６は同じく走査信号の波形を示すものであり、（ａ）は水平走査信号を示す概略図、（ｂ）は垂直走査信号を示す概略図である。なお、図６では、作図の都合上、水平走査数を実際より少なく図示している。
【００３７】
制御装置１００は、図４に示すように、偏向コイル１５に走査信号を出力する走査駆動装置１１０と、走査駆動装置１１０を制御する走査制御装置１２０と、検出器２０の信号のノイズ処理及びＡＤ変換処理等をする信号処理装置１３０と、信号処理装置１３０からの信号を受け画像表示装置４０の表示画像データを生成する画像表示制御装置１４０と、対物レンズ１６に接続されオートフォーカス処理を行うオートフォーカス装置１５０と、自動画質調整を行う画質調整装置１６０と、試料台２１の駆動制御を行う試料台制御装置１７０とを備える。これらのオートフォーカス装置１５０及び画質調整装置１６０は表示されている第１ウインドウ５１又は第２ウインドウ５２を指定することにより、指定された指定されたウインドウの画像を最適な状態に調整できる。
【００３８】
走査駆動装置１１０は、図５に示すように、走査制御装置１２０の制御の下、水平走査信号を発生する水平走査信号発生装置１１１と、垂直走査信号を発生する垂直走査信号発生装置１１２とを備える。
【００３９】
走査制御装置１２０は、図５に示すように、第１走査設定記憶部１２１と、第２走査設定記憶部１２２と、走査切換装置１２３とを備えて構成される。第１走査設定記憶部１２１は、低倍率画像を取得するための第１走査信号を発生するためのデータが格納される、第２走査設定記憶部１２２は、高倍率画像を取得するための第２走査信号を発生するためのデータが格納される。
【００４０】
走査切換装置１２３は、第１走査設定記憶部１２１及び第２走査設定記憶部１２２の設定値を、画像表示装置の１フレーム毎に切り換える。これにより、走査駆動装置１１０は、図６に示すように、水平走査信号（図６（ａ））と、垂直走査信号（図６（ｂ））とを出力する。図６に示した例では、第１走査信号Ｓ１と、第２走査信号Ｓ２とが１フレーム毎に交互に出力している。なお、この例では、走査切換装置１２３は、各走査信号を１フレーム数毎に交互に出力するようにしているが、この設定は自由に変更できる。即ち、第１走査信号Ｓ１を所定のフレーム数出力した後、第２走査信号Ｓ２を所定のフレーム数だけ出力する、例えば第１走査信号Ｓ１を１フレーム出力したのち、複数フレームにわたり第２走査信号Ｓ２を出力することができる。
【００４１】
画像表示制御装置１４０は、図５に示すように、画像生成装置１４１と、出力切換装置１４２と、第１画像メモリである低倍率画像メモリ１４３と、第２画像メモリである高倍率画像メモリ１４４と、画像合成装置１４５とから構成される。画像生成装置１４１は、信号処理装置１３０からの検出器２０の信号と、前記走査制御装置１２０から交互に出力される第１走査信号Ｓ１及び第２走査信号Ｓ２とに基づいて第１走査領域６１の低倍率画像及び第２走査領域６２の高倍率画像を交互に出力する。
【００４２】
低倍率画像メモリ１４３は、画像生成装置１４１が出力する第１走査領域６１の第１画像信号を低倍率画像として格納する。また、高倍率画像メモリ１４４は、画像生成装置１４１が出力する第２走査領域６２の第２画像信号を高倍率画像として格納する。出力切換装置１４２は、画像生成装置１４１の出力を低倍率画像メモリ１４３及び高倍率画像メモリ１４４に切り換えて出力する。画像合成装置１４５は、低倍率画像メモリ１４３が格納した低倍率画像と高倍率画像メモリ１４４が格納した高倍率画像を合成し、第１ウインドウ５１に低倍率画像を、第２ウインドウに高倍率画像を表示する画像信号を出力する。
【００４３】
このような制御装置１００は、本実施の形態例に係る走査電子顕微鏡１０ではＣＰＵ、ＨＤＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種ＩＯインタフェースを備えたコンピュータで構成しており、ＨＤＤ、ＲＯＭに格納されたソフトウエアがＲＡＭをワークエリアとしてＣＰＵで実行されることにより、前記各装置の処理、設定及び波形生成等の機能を実現する。
【００４４】
次に、制御装置１００の基本的動作について説明する。以下、画像表示装置４０に第１ウインドウ５１としてＨＬ×ＶＬの範囲に低倍率画像を表示し、その一部のＨｈ×Ｖｈの範囲を第２ウインドウ５２として高倍画像を表示する場合（図２参照）について説明する。本実施形態では、低倍率画像及び高倍率画像を同時に表示するため、図３に示すように、試料上の所定位置に設定されたＸＬ×ＹＬの第１走査領域６１と、この第１走査領域６１内に設定されたＸＨ×ＹＨの第２走査領域６２を画像表示装置４０の表示フレーム毎に交互に走査する。
【００４５】
ここで、画面の大きさと試料上の走査領域の大きさの比ＨＬ／ＸＬ＝ＶＬ／ＹＬが第１ウインドウ５１に表示される低倍率画像の倍率となり、これは、通常の走査電子顕微鏡の倍率となる。
【００４６】
第２ウインドウ５２に高倍率画像を表示するとき、第１ウインドウ５１に表示した低倍率画像と同じピクセル密度で画面上に表示する場合、第１ウインドウ５１と第２ウインドウ５２とが重なって、第１ウインドウ５１の隠れている部分の画像も撮像するとすれば、撮像する総ピクセル数は、低倍像と高倍像の表示画像の面積の合計に比例した値になる。
【００４７】
例えば、高倍の画像の表示範囲を低倍側の１／４とすれば、高倍側の画像の面積は、１／１６となる。両画像の更新時間は、総ピクセル数に比例するので上記場合の画像更新時間は、低倍像だけの場合の１＋１／１６＝１７／１６となる。
【００４８】
本実施形態では、高倍側の表示面積をある程度の値に抑えておけば、画像更新時間を第１ウインドウ５１の表示に必要な時間に比して、殆ど増加させることなく低倍率画像及び高倍率画像を同時に表示できる。この関係は、高倍率側の画像の倍率に依存しないので、高倍側の画像が何倍であっても同じである。これに対して、いわゆるデジタルズームを使用して同じ機能を実現する場合、高倍部分だけ切り出しても実用になりうるピクセル密度で低倍側画像の全ピクセルを撮像することになるので低倍像に対する高倍像の倍率に応じたピクセル数を撮像する必要があり画像更新時間が極端に長くなる。例えば高倍側を低倍側の４倍とすれば総ピクセル数は、４×４＝１６倍となり画像更新時間が１６倍となり、実用的ではない。
【００４９】
高倍率画像を撮像するため、図３に示すように試料上の低倍画像の注目する範囲を細かく走査することになるが、高倍側を走査する大きさは、画面上に表示する高倍画像の大きさに比例し、低倍像に対する倍率に反比例した値になる。
【００５０】
また、低倍率像に対する高倍率像の倍率をＭ、高倍側走査幅をＸＨ×ＹＨとすれば、
ＸＨ＝ＸＬ×Ｈｈ／ＨＬ／Ｍ
ＹＨ＝ＹＬ×Ｖｈ／ＶＬ／Ｍ
となる。
【００５１】
高倍率の観察像を得たい試料上の位置は、図２に示す表示画面上の高倍画像表示領域ＨｈｘＶｈをマウス装置でドラッグしての移動で選択する。このとき、マウス装置から得られるＨｃ，Ｖｃに応じて、図６に示すように、第１走査信号Ｓ１の中心値からＸｃ，Ｙｃだけ変化させて第２走査信号Ｓ２を生成すれば、図３の試料上で、中心位置Ｘｃ，Ｙｃに設定された第２走査領域６２を走査できる。
【００５２】
また、高倍率側画像を表示する第２ウインドウ５２の大きさ（視野の大きさ）は、第２ウインドウ５２の（ＨｈｘＶｈ）の周囲をドラッグして指定する。このとき、画面から得られる値Ｈｈ，Ｖｈに応じて図６の第２走査信号Ｓ２の振幅ＸＨ，ＹＨを変化させればよい。これにより、図３の試料上の第２走査領域６２の（ＸＨ×ＹＨ）の範囲を走査することになる。
【００５３】
なお、低倍率画像に対する高倍率画像の倍率は、高倍率画像の表示領域の大きさを保ったまま第２走査信号Ｓ２の振幅を縮小することにより、その振幅に反比例して倍率を変更できる。このとき、第２走査領域は、図３中の第２走査領域６３、第２走査領域６４のように縮小される。この設定は例えばキーボードから数値を入力したり、マウス装置のホイールを操作したりすることで行うことができる。
【００５４】
次に実施形態に係る走査電子顕微鏡１０の操作手順について説明する。走査電子顕微鏡１０での試料の観察に際しては、まず低倍率画像の設定を行う。低倍率画像の設定は、通常の走査電子顕微鏡で試料を観察する場合と同じである。これにより、第１走査設定記憶部１２１にＸＬ，ＹＬ、ＨＬ，ＶＬが設定され、画像表示装置４０に表示された第１ウインドウ５１に第１走査領域の低倍率画像が表示される。次にこの状態で、画像表示装置４０の第２ウインドウ５２に第２走査領域６２の高倍率画像を表示する。
【００５５】
図７は高倍率画像の表示手順を示すフローチャートである。まず、高倍率画像の表示状態を指定する。これは３種類の設定、即ち低倍率画像に対する高倍率画像の倍率（×２、×４、×８等）の指定、高倍率画像の表示位置の指定、高倍率画像のウインドウの寸法の指定から実行する処理を選択することにより行う（ステップＳＴ２１）。この選択は、マウス装置や、キーボードで所定の操作をすることにより行い、また処理の選択や各条件の設定は後に変更することができる（ステップＳＴ２８）。
【００５６】
高倍率画像の倍率の設定は、倍率Ｍをキーボードからキー入力することにより行う（ステップＳＴ２２）。これにより、高倍率画像の倍率Ｍが設定される（ステップＳＴ２３）。この倍率の指定は、マウスホイールの操作によっても行うことができる。
【００５７】
高倍率画像の表示位置の指定は、高倍率画像を表示する第２ウインドウ５２をマウスでドラッグして所望の位置に移動することにより行う（ステップＳＴ２４）。これにより、第２走査設定記憶部１２２に値Ｈｃ，Ｖｃ、Ｘｃ，Ｙｃが設定される（ステップＳＴ２５）。
【００５８】
高倍率画像のウインドウ寸法の指定は、高倍率画像を表示する第２ウインドウ５２の周囲の輪郭線をマウスでドラッグしてその大きさを変更することにより行う（ステップＳＴ２６）。これにより、第２走査設定記憶部１２２に値Ｈｈ，Ｖｈ、ＸＨ，ＹＨが設定される（ステップＳＴ２７）。
【００５９】
以上の処理が行われると、走査制御装置１２０から走査駆動装置１１０に、第１走査設定記憶部１２１及び第２走査設定記憶部１２２に格納された設定情報が交互に出力され、走査駆動装置１１０は、第１走査信号Ｓ１及び第２走査信号Ｓ２を交互に生成する。これにより、検出器２０で検出された試料からの信号に基づいて画像表示制御装置１４０が画像表示装置４０の第１ウインドウ５１に第１走査領域６１の低倍率画像を、第２ウインドウ５２に第２走査領域６２の高倍率画像を表示する（ステップＳＴ２９）。この走査電子顕微鏡１０では、入力装置３０からの高倍率画像取得の条件変更は、直ちに処理され、画像表示装置４０にはこの条件変更に伴う画像がリアルタイムで表示される。
【００６０】
第２ウインドウ５２表示の条件変更に伴う撮像画像及び走査信号の変化を具体的に説明する。この例は、第２ウインドウの表示の範囲を広げる処理を行った場合である（図７中のステップＳＴ２６、ステップＳＴ２７）。図８は実施例に係る走査顕微鏡における試料及び撮影画像と走査信号との関係を示す模式図、図９は同じく走査電子顕微鏡における設定変更に伴う試料及び撮影画像と走査信号との関係を示す模式図である。
【００６１】
図８に示す例は、試料の第１走査領域７１と第２走査領域７２に第１走査信号Ｓ１及び第２走査信号Ｓ２に基づいて走査を行ったとき、第１ウインドウ８１に第１走査領域７１の低倍率画像を表示し、第２ウインドウ８２に第２走査領域７２の高倍率画像を表示している。この状態で、図８中で第２ウインドウ８２の周囲の輪郭線をマウス装置でドラッグして、図９中の第２ウインドウ８３のように垂直方向及び水平方向に大きくする。すると、第２走査信号Ｓ２の垂直方向及び水平方向の振幅、Ｘａ１、Ｙａ１からＸａ２，Ｙａ２に大きくなり、それに伴い、第２ウインドウ８３に当該拡大した範囲の高倍率像が表示される。
【００６２】
次に第２ウインドウ５２で表示された高倍率画像の中心位置を変更することなく画像表示装置４０の全面に高倍率画像を表示させる場合について説明する。図１０は走査電子顕微鏡の画像表示方法を示すフローチャートである。このため、制御装置１００は、入力装置３０からの指示、例えば特定キーの押下があったとき、以下の処理を行う。
【００６３】
まず、画像表示装置４０の第１ウインドウ５１に低倍率画像を、第２ウインドウ５２に高倍率画像を表示する（ステップＳ３１）。次いで、第１ウインドウ５１に表示された低倍率画像中をマウス装置でダブルクリックして選択する（ステップＳＴ３２）。すると、走査制御装置１２０の第２走査設定記憶部１２２にＸＨ＝ＸＬ／Ｍ、ＹＨ＝ＹＬ／Ｍ、Ｘｃ＝Ｘｃ（変更せず）、Ｙｃ＝Ｙｃ（変更せず）、Ｈｈ＝ＨＬ、Ｖｈ＝ＶＬ、Ｖｃ＝０、Ｈｃ＝０が設定され（ステップＳＴ３３）、画像表示装置の表示画面に寸法ＨＬ×ＶＬのウインドウが表示され、このウインドウに前記指定個所をそのままの位置に配置した状態で、第２ウインドウ５２が第１ウインドウ５１の大きさに拡大され高倍率画像が表示される（ステップＳＴ３４）。
【００６４】
次に走査電子顕微鏡の焦点及び画質の調整について説明する。図１１は実施形態に係る走査電子顕微鏡の焦点調整及び画質調整を示すフローチャートである。本実施形態に係る走査電子顕微鏡１０は、高倍率画像又は低倍率画像の一方の画像が最適に表示できるよう焦点及び画質調整を行う。図１０は実施形態に係る走査電子顕微鏡の画像表示方法を示すフローチャートである。この例ではオートフォーカス装置１５０による焦点調節及び画質調整装置１６０による画質調節を、選択した一方の倍率に最適なものとする。
【００６５】
まず、前述した手順により、画像表示装置４０の第１ウインドウ５１に低倍率画像を、第２ウインドウ５２に高倍率画像を表示する（ステップＳ４１）。次いで、マウス装置あるいはキーボードを操作することにより、焦点調節及び画質調節を行う一方の倍率を選択する（ステップＳＴ４２）。そして、この指示をオートフォーカス装置１５０及び画質調整装置１６０に入力することにより、オートフォーカス装置１５０及び画質調整装置１６０は選択した倍率の画像を解析し、この解析結果に基づいて公知の手法で焦点調節（ステップＳＴ４３）及び画質調節を行う（ステップＳＴ４４）。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係る走査電子顕微鏡１０によれば、試料１８上での電子線１３は２つの走査領域をフレーム毎に交互に走査され、画像表示装置４０には低倍率像を表示する第１ウインドウ５１とこの第１ウインドウに重ねて高倍率画像を表示する第２ウインドウ５２とが良好に表示される。また、入力装置３０で画像表示装置４０に表示された第１ウインドウ５１の画像上の位置を指定及び操作するだけで、第２ウインドウ５２で表示される高倍率像の試料上及び画面上での位置や表示範囲を変更することができ、低高両倍率の観察画像を短い更新時間で安定して得ることができる。このため、高倍率の観察画像を高い自由度で表示することができる共に、良好な操作性で高倍率とする所望の観察位置を素早く探査できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  走査電子顕微鏡
１１  鏡筒
１２  電子線源
１３  電子線
１４  コンデンサレンズ
１５  偏向コイル
１６  対物レンズ
１７  試料室
１８  試料
１９  荷電粒子
２０  検出器
２１  試料台
３０  入力装置
４０  画像表示装置
５１  第１ウインドウ
５２  第２ウインドウ
６１  第１走査領域
６２、６３、６４  第２走査領域
７１  第１走査領域
７２  第２走査領域
８１  第１ウインドウ
８２  第２ウインドウ
８３  第２ウインドウ
１００  制御装置
１１０  走査駆動装置
１１１  水平走査信号発生装置
１１２  垂直走査信号発生装置
１２０  走査制御装置
１２１  第１走査設定記憶部
１２２  第２走査設定記憶部
１２３  走査切換装置
１３０  信号処理装置
１４０  画像表示制御装置
１４１  画像生成装置
１４２  出力切換装置
１４３  低倍率画像メモリ
１４４  高倍率画像メモリ
１４５  画像合成装置
１５０  オートフォーカス装置
１６０  画質調整装置
１７０  試料台制御装置
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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