(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡、表面粗さ測定器、光学走査顕微鏡、光学顕微鏡、透過電子顕微鏡またはリソグラフィ装置のような像形成および／またはラスターモード走査装置であって、結像を劣化させ得る周囲の影響を補償する前向き結像型の補償装置を有する像形成および／またはラスターモード走査装置において、
対象物の少なくとも一つの像点を認識するための画像認識装置（7）と、
画像認識装置の下流に接続したデジタル画像処理装置（2）並びに画像表示装置、さらに少なくとも
デジタルフィルタ（5）と、
第一信号をピックアップするためのセンサ（4）と、
アクチュエータおよび/または操作端（3）とを備え、
周囲の影響に依存する第一信号が直接的にデジタルフィルタに印加され、
結像および/または画像表示に影響を及ぼすアクチュエータおよび/または操作要素（3）を駆動し、その際デジタルフィルタの伝送特性の設定により表される装置の校正状態で、画像悪化が著しく減少されるかまたはほぼ補償され、および装置の校正のために、デジタルフィルタ（５）は校正入力を有し、さらにデジタルフィルタの校正入力に第二の信号が印加されて、デジタルフィルタの伝送特性が調整されることを特徴とする、像形成および/またはラスターモード走査装置。
【請求項２】
装置が少なくとも一つの物理的量を認識するための少なくとも一つのセンサ（4）を装置の外側に含み、その際このセンサはセンサの位置での周囲の影響に依存する第一信号を出力することを特徴とする、
請求項1の装置。
【請求項３】
センサ（4）が、電磁場および/または磁場および/または空気振動および/または地面振動用の少なくとも一つのピックアップを含むことを特徴とする、
請求項2記載の装置。
【請求項４】
デジタルフィルタ（5）の信号入力がデジタル画像処理装置（2）の出力と接続していることを特徴とする、
請求項1記載の装置。
【請求項５】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置がデジタルフィルタの手動校正装置を含むことを特徴とする、
前述の請求項１−４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
操作素子（3）が画像処理装置（2）内に配置され、デジタル画像処理装置（2）内の画像悪化の少なくとも一部が減少または補償されることを特徴とする、
前述の請求項１−５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
アクチュエータ（3）が走査装置に組み込まれることを特徴とする、
前述の請求項１−６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
デジタル画像処理装置（2）の出力がデジタルフィルタ（5）の校正入力に接続することを特徴とする、
請求項1から4、6又は7記載の装置。
【請求項９】
第二信号が走査位置および/または時間に依存して変化することを特徴とする、
前述の請求項１−８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が校正モードおよびそれに続く画像モード中で操作可能で、その際校正モード中、画像を悪化させる周囲の影響が、デジタル画像処理装置（2）内での、決められた参照対象の結像および画像と参照対象の実際の構造との比較により認識され、デジタルフィルタの校正により著しく減少またはほぼ補償され、その際画像欠陥は画像モード中調整を保持することにより、周囲の影響が変化する場合にも補償されることを特徴とする、
請求項2および8記載の装置。
【請求項１１】
校正モード中、走査装置が参照対象の選択された部分を走査し、
デジタル画像処理装置（2）が、記憶装置に入力された、参照対象に帰属される信号を、画像認識装置（7）から受け取った参照対象の画像信号と比較し、その差に帰属する誤り信号を形成し、デジタルフィルタ（5）に引き渡し、
記憶装置内の装置は第二信号を生み出すデータを、画像操作でフィルタの伝送パラメータを調整するために始動することを特徴とする、
請求項10記載の装置。
【請求項１２】
画像モード中、走査装置が描かれるべき対象を走査し、
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が校正モード中、記憶装置に入力されたデータをもとに、デジタルフィルタの伝送パラメータを確定するために第二信号を生み出すことを特徴とする、
請求項10記載の装置。
【請求項１３】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が、画像モード中、デジタルフィルタの自動校正のために設備されることを特徴とする、
請求項2および8記載の装置。
【請求項１４】
画像認識装置（7）が描かれるべき対象を走査し、デジタル画像処理装置（2）が全画像内の連続画線の線重心のずれを算出するために設備され、デジタルフィルタ（5）に第二信号をこの時間的ずれに依存して引き渡すことを特徴とする、
請求項13記載の装置。
【請求項１５】
デジタル画像処理装置が、連続画像の画像重心のずれを算出するために設備され、デジタルフィルタ（5）に第二信号をこの時間的ずれに依存して引き渡すことを特徴とする、
請求項14記載の装置。
【請求項１６】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が二つの互いに直交する方向で作用するアクチュエータおよび／または操作要素を用いて画像悪化を減少または補償するために設備されることを特徴とする、
前述の請求項1−15いずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が、走査電子顕微鏡、表面粗さ測定器、光学走査顕微鏡、光学顕微鏡、透過電子顕微鏡またはリソグラフィ装置をから成ることを特徴とする、
前述の請求項１−16のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
電子顕微鏡の場合は、アクチュエータ（3）が電子ビームの偏向装置および/または試料のずれ装置を含むことを特徴とする、
請求項17記載の装置。
【請求項１９】
光学顕微鏡の場合は、アクチュエータ（3）が光学用偏向装置および/または試料のずれ装置を含むことを特徴とする、
請求項17記載の装置。
【請求項２０】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が光学顕微鏡または透過電子顕微鏡であり、その際第一信号も算出された時間的ずれから決定されることを特徴とする、
請求項4,8又は15記載の装置。
【請求項２１】
周囲の影響に依存する第一信号がデジタルフィルタ（5）を直接的に通過し、デジタルフィルタの出力信号と共に結像および/または画像表示に影響するアクチュエータおよび/または操作要素（3）を駆動し、その際フィルタの伝送特性を調整することにより生じる装置の校正状態で、画像悪化が著しく減少またはほぼ補償され、装置の校正はデジタルフィルタの校正入力に印加された第二信号によってデジタルフィルタ（5）の調整によって行われることを特徴とする、結像を悪化させ得る周囲の影響を前向き結合にて補償するための、特に前述の請求項1−20のいずれかに記載の装置を操作するための、描くおよび/または走査モード中走査する装置の操作法。
【請求項２２】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置の校正が、デジタルフィルタ（5）の手動調整により実施されることを特徴とする、
請求項21記載の方法。
【請求項２３】
デジタル画像処理装置（2）の操作要素（3）が駆動され、画像悪化の補償が少なくとも部分的にデジタル画像処理装置内で実施されることを特徴とする、
請求項21記載の方法。
【請求項２４】
走査装置のアクチュエータ（3）が駆動され、画像悪化の補償が少なくとも部分的に走査装置のアクチュエータ（3）を駆動することにより実施されることを特徴とする、
請求項21記載の方法。
【請求項２５】
前記像形成および／またはラスターモード走査装置が校正モードとそれに続く画像モード内で操作され、その際
デジタルフィルタ（5）の信号入力に向けられた、装置の外側に配置したセンサ（4）を用いて結像を悪化させる周囲の影響が認識され、
校正モード中、画像悪化が、設定された参照対象の結像および画像を参照対象の実際の構造と比較することにより認識され、デジタルフィルタの伝送特性を校正することにより著しく減少またはほぼ補償され、
画像モード中、画像劣化が、この校正を保持することにより周囲の影響が変化する場合にも、少なくとも部分的に補償されることを特徴とする、
請求項21記載の方法。
【請求項２６】
校正モードが少なくとも、
センサの場所での妨害電波に依存する第一信号の、装置の外側に配置されたセンサ（5）による確定、
第一信号のデジタルフィルタの信号入力への適用、
決められた参照対象の選択された部分（9）の、画像認識装置（7）で参照対象を走査することによる認識、
認識された画像の、参照対象の実際の構造との比較、
その違いに帰属する誤り信号の確定、
誤り信号から導き出された第二信号の、そのフィルタ特性を特定するためのデジタルフィルタ（5）の制御入力への適用、
デジタルフィルタの出力信号を制御増幅器（6）の信号入力に置く、
制御増幅器の出力信号を、低下した画像品質を補正するためにアクチュエータおよび/または操作要素（3）へ適用する、
フィルタ特性の、結像品質の低下が著しく減少されるか又はほぼ補償される方法での以下の段階での措置による反復式調整、
修正された画像の参照対象の実際の構造との比較、
フィルタ特性の、修正された画像を参照対象の実際の構造に近づけるような変化、
画像操作用のデジタルフィルタの算出された特性を作るためのデータの、記憶装置への入力、の段階を含むことを特徴とする、請求項25記載の方法。
【請求項２７】
画像モード中、試料が走査により認識され、その際に校正モード中に算出されたフィルタの特性が、装置に確実に設定され、デジタルフィルタの出力信号は制御増幅器（6）を通過後アクチュエータおよび/または操作要素（3）に帰属されるので、画像欠陥は周囲の影響が変化する場合にも著しく減少またはほぼ補償されることを特徴とする、
請求項25記載の方法。
【請求項２８】
第一信号でデジタルフィルタ（5）の信号入力を駆動し、装置の外側に配置されたセンサ（3）によって結像を悪化させる周囲の影響が認識され、
画像認識装置が、中で画像分析が実施され、その分析に依存する信号が第二信号としてデジタルフィルタの校正入力に適用されるデジタル画像処理装置（2）を提供し、
デジタルフィルタの出力が制御増幅器（6）を通って装置の、画像に影響を及ぼし、それによる画像悪化が著しく減少またはほぼ補償されるアクチュエータおよび/または操作要素（3）に付けられることを特徴とする、
請求項21記載の方法。
【請求項２９】
描かれるべき対象が画像認識装置により走査され、
画像分析が全画像中の連続画線の線重心のずれの帰納的決定を含み、
第二信号がこの時間的ずれから算出されることを特徴とする、
請求項28記載の方法。
【請求項３０】
画像分析が連続画像の画像重心のずれの帰納的決定を含み、
第二信号がこの時間的ずれから算出されることを特徴とする、
請求項28記載の方法。
【請求項３１】
画像認識装置が、画像処理装置（2）を供給し、
デジタル画像処理装置内で画像分析が実施され、
分析に依存する信号が第一信号としてデジタルフィルタの信号入力に適用され、
並びに分析に依存する信号が第二信号としてデジタルフィルタの校正入力に適用され、
デジタルフィルタ（5）の出力が制御増幅器（6）を通って、結像に影響を及ぼし、それによる結像悪化が著しく減少またはほぼ補償される装置の少なくとも一つのアクチュエータおよび/または操作要素（3）に付けられることを特徴とする、
請求項19又は20記載の方法。
【請求項３２】
画像分析が全画像中の連続画線の線重心のずれの帰納的決定または連続画像の画像重心のずれの帰納的決定を含むことを特徴とする、
請求項31記載の方法。
【請求項３３】
二つの互いに直交する方向で作用するアクチュエータおよび／または操作要素を利用して画像悪化がほぼ補償されることを特徴とする、
前述の請求項１−３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
走査電子顕微鏡、表面粗さ測定器、光学走査顕微鏡、光学顕微鏡、透過電子顕微鏡またはリソグラフィ装置のような像形成および／またはラスターモード走査装置において、結像を劣化させ得る周囲の影響を前向き結合にて補償する装置であって、
校正可能なデジタルフィルタ（5）と、
このデジタルフィルタの下流側に電気的に接続された制御増幅器（6）と、
制御増幅器によって駆動されたアクチュエータおよび/または操作要素（3）とを備え、
周囲の影響に依存する第一信号がデジタルフィルタの入力に直接的に印加され、フィルタされた信号が出力され得、
第二信号がデジタルフィルタの校正入力に印加されて、デジタルフィルタの伝送特性が調整され、
駆動されたアクチュエータおよび/または操作要素（3）が画像に作用し、その際フィルタの校正状態で画像悪化が著しく減少またはほぼ補償されることを特徴とする、周囲の影響を補償する装置。
【請求項３５】
前記周囲の影響を補償する装置が装置の外側に少なくとも物理量の少なくとも一つの認識するためのセンサ（4）を含み、その際このセンサは、センサの位置で周囲の影響に依存する第一信号を出力することを特徴とする、
請求項34記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、描写するおよび／または走査モード中で走査する装置、および結像悪化の原因となり得る周囲の影響を補償するための装置を有するその種の装置の操作法に関するものである。
描写するおよび／または走査モード中で走査する装置、例えば走査電子顕微鏡、動力顕微鏡および光学走査顕微鏡は、多くの試料の試験法で重要な意義を獲得した。
しかしながらこれらの測定はしばしば外部の環境条件により影響されるので、結像品質は低下する。このことから、事情によっては解像力の望まない低下、乃至は欠陥のある結像という結果になる。この種の結像悪化は、以下では一般に収差または画像欠陥の現われとして述べられる。結像品質を低下させる影響の大きさは、電子走査顕微鏡では例えば電子軌道に影響する電磁雑音電波であり得る。さらに試料の照射の際、乃至は電子を認識する際局部のぼやけの原因となる、顕微鏡の周囲の空気および／または地面振動が考慮される。ここで述べた電磁雑音電波乃至空気および／または地面振動の結像品質への影響の現れは、原則的には全ての描写するおよび／または走査モード中で走査する装置に適用される。
空気および／または地面振動を除去する方法は、例えばその装置を吸振装置または振動分離装置上に置くことにある。その種の設備はしかしながら非常に高価である。とりわけ例えば建物の振動で生じる非常に低い雑音周波数では、この設備はさらに前述の周囲の影響に対して制限付きの保護しか提供しない。
電磁雑音電波および／または磁気雑音電波の場合は、従来の技術ではこれらの欠陥は認識され、装置外でコイルにより電流を生じさせることで補償される。この方法は、雑音電波が負の再生結合により、なるほど外乱量を認識する場所では大幅に減少するが、しかし必ずしも電子軌道に沿った、則ち電子走査顕微鏡の場合であるが、「起こった実際の場所で」減少するわけではないという欠点を示す。
それゆえ発明の課題は、効果が大きく、高い費用をかけずに、結像悪化または収差の原因となり得る周囲の影響が補償される装置を供給することである。
これは驚くほど容易に、請求項1による装置と請求項23によるその種の装置の操作法により提供される。
それに従って周囲の影響に依存する第一信号が、調整可能なデジタル電気フィルタを通り、結像および／または画像表示に影響を及ぼすアクチュエータおよび／または操作端に向う。その際装置の校正された状態でフィルタの伝送特性を実現させる伝送パラメータを調節することにより、画像悪化が著しく減少またはほぼ補償される。フィルタを調節することにより、結像を妨害する周囲の影響の補償が従来の技術による装置に対立して、「起こった実際の場所で」行われることが確定される。本発明では、多くの実施形態で利用されている。その際費用は、周囲の影響の補償に必要な程度に依存して考慮される。例えば装置を校正するためのデジタルフィルタは、フィルタの伝送パラメータを調節するための第二信号が置かれる校正入力を有するか又はフィルタは、伝送パラメータを手動で調節する装置を有し得る。画像処理装置の出力信号がフィルタの校正入力に置かれると、認識された画像欠陥に関連してフィルタの伝送パラメータが、装置近辺の場所での乱れではなく、まさに結像に影響する乱れが補償されるように調整される。
フィルタの信号入力ノある、周囲の影響に依存する第一信号は、少なくともある物理的量を認識するためにセンサにより装置外で引き渡されるか、又は画像処理装置の出力がフィルタの校正入力と接続されるので、校正信号は例えば画像分析に依存する。センサが第一信号引き渡しに使用されると、電磁場および／または磁場、空気振動および／または物体乃至地面振動が認識される。有利な方法ではある外乱が、しかしながら多くも同時に受け入れられ、その外乱量により引き起こされる収差が一つ又は幾つかの操作端を装着することにより補償される。
本発明の高い柔軟性は、発明に適する結像および／または画像表示への作用は、外乱量に関して多彩な方法で実施される中にも示される。アクチュエータおよび操作端として、例えば偏向システム又は試料机の調整が、特に内部の、手元で使用される。さらに走査装置に帰属されるアクチュエータへ、その他にさらなるアクチュエータとして、動力アクチュエータまたは進路駆動のように、補正信号を調達するため振動を感知し得る全てのシステムが使用される。さらに、画像処理装置内の操作端を装着することにより、欠陥のある結像そのものには影響を与えることなしに収差の補償が実現化される可能性も生まれる。この画像処理装置内の操作端は、その際例えば画像処理装置内の計算用の調整可能なパラメータを含む。多軸センサと操作端を使用することで、多くの空間方向での乱れの補償を有利な方法で行えるようになる。この目的のために例えばフィルタの校正信号は走査位置および／または時間に依存して変わり得る。
有利な実施形態では装置、例えば顕微鏡は、校正モードと続く画像モード内で稼働し、その際校正操作中、設定された参照対象の結像と、その画像を参照対象の実際の構造と比較することにより結像を悪化させる周囲の影響が認識され、調整することで著しく低下かまたはほぼ補償され、その際収差は画像を渡す操作中調整を保持することで、周囲の影響が変化する際も補償される。
画像を参照対象の実際の構造と比較することにより、乱される周囲の影響の補償は客観的に存在する収差を基礎として実施される。それによりさらに周囲の影響への追加で、装置の体系的な収差も認識され、除去される。外乱量のわずかな振動が自動的に補償される間、例えば新しい顕微鏡の置き場により引き起こされる、著しく変化した環境条件は、容易に校正サイクルにより計算され、新たな、変化した条件に適合した装置の調整がその中で実施される。予め決まった時間的間隔で、装置は新たに校正され、それにより自動的に環境条件の目立たない変化も考慮される。
校正操作は、各々認識された収差とセンサにより認識された乱れの影響との間の相関関係が確立することにより際立つ。逆に推論するとこれは、センサにより装置の外側で認識された乱れの影響から、この乱れの影響により引き起こされる収差を推論し、この収差が補償され得ることを意味する。さらに装置に走査装置を外部に装着することで参照対象の選択された、例えばある円にそった部分は、何度も時間間隔で認識され得る。この方法で時間的に変化する、例えば建物振動により引き起こされる収差も認識される。走査進路を変えることで、例えば走査半径の変化によりさらに位置に依存する収差、則ち例えで走査顕微鏡の走査位置に依存する収差が認識される。そのようにして発明に適する装置は、位置および時間に依存する結像欠陥を認識および補償するために設備される。
画像操作中、実際の試料が走査により完全に認識され、その際、フィルタの伝送特性を調整するために好ましくは校正操作中算出されたデータをふまえて、第二信号が導き出される。
さらに有利な実施形態では、画像操作中フィルタを自動的に校正する装置が作られる。前述の実施形態とは逆に、校正は通常の画像モード中で実施される。そのようにして例えば、試料と参照対象の間で交換を行わなくてもよいので、通常の顕微鏡進行は妨げられない。わずかな時間しか必要としないという利点の他に、装置は場合によっては気付かれない外乱量の変化に直接反応を示し、フィルタの伝送特性の調整をすることで新たに校正され、その際フィルタの校正入力にある信号が画像処理装置の画像分析から導き出される。線による画像分析により例えば帰納的に、全画像内の連続する像線の線重心のずれは決められ、第二信号がこのフィルタの校正入力へ向うために、この時間的ずれから計算される。線重心の画素のずれは、そのようにして画像の乱れの振幅として用いられる。線周波数は、外乱量に依存する補償信号の能動的な接続の際の、則ち結像および／または画像表示に作用するアクチュエータおよび／または操作量装着の際の、相関関係の考察に対する時間と周波数の割り当てを認める。各線の開始への算出した乱れの振幅へ平行に、装置外に取り付けられたセンサが結像を悪化させる周囲の影響を認識するために読み取られると、画像の乱れとその原因となる外部の乱れの影響が同時に受け入れられるようになる。この方法で、乱れを補償するために必要なフィルタの伝送関数の直接計算ができるようになる。例えば伝送関数の極点の数と零位調整に関して当てはまる原則的な推定が選択的に、画像分析の個々のパラメータ、つまり極点と零位調整で反復式に最適化され得る。線による画像分析は、フィルタの調整とそれによる収差を引き起こす周囲の影響の補償を、ナイキスト定理による半分の認識周波数に対応する周波数まで認める。
画像分析は、連続画像の画像重心のずれの帰納的確定をも含み得る。これは例えば、ある対象を表わすためにカメラシステムが使用される透過電子顕微鏡または光学顕微鏡に適するものである。二つの互いに直交する軸内の画像重心のずれを算出することにより、対応する外乱量との相関で、対応するアクチュエータおよび／または操作端を装着することにより二つの互いに垂直な方向内の画像欠陥は除去される。言及したカメラシステムは、従来通りの方法で25から70Hzで稼働する。評価およびそれによる補償も、デジタル化のため半分の画像反復率に減少されるにもかかわらず、外乱量と画像乱れの間の補外法による伝送関数の基礎知識では、実際の伝送関数は設定された周波数枠を越えた範囲でも決定され得る。これは、使用したカメラシステムの画像周波数より大きい周波数でも補償量接続により補償を可能にする。
発明のさらなる有利な実施形態では、フィルタの校正入力のみならずフィルタの信号入力もまた画像処理装置から供給される。そのようにして前方に接続されたセンサがいらなくなり、画像分析から得られた二つの互いに直交な方向内のずれのみが、適当な操作端／アクチュエータに帰せられ、その際これは全ての前述の有利な実施形態でのように、走査装置および／または画像処理装置に帰属されるかまたはさらなるアクチュエータとなり得る。
発明は、表面を製造または観察、乃至測定するのに適する、例えば走査電子顕微鏡、動力顕微鏡、表面粗さ測定器、光学走査顕微鏡、光学顕微鏡、透過電子顕微鏡またはリソグラフィ装置など多くの描写するおよび／または走査モード内を走査する装置において、使用を見い出すことができる。
すでに存在する装置は、簡単な部分増備により周囲の影響を補償するための発明に適する装置に仕上げることができる。
本発明は以下に幾つかの実施例をもとに添付の図面に関して述べられる。
図1aから1dは、発明の異なる実施形態を構成図の形で示し、
図2は、発明に適する走査顕微鏡を図示し、
図3は、図2の顕微鏡の校正操作のために使用される模範的な参照対象を表わし、
図4は、図2の顕微鏡が校正操作で参照対象を、設定された進路9上で様々な時間での座標xに応じて走査および認識するときの画像認識装置の模範的な信号Sを示し、
図5は、曲線15により表わされる線重心のずれの、装置外で認識された線重心のずれの原因である外乱量の時間に対応する経過14との間の模範的な相関関係、
図6aから6cは、三つの連続する画像の画像重心のずれを示し、
図7は、図6からの重心のずれの時間的経過17をx方向で示し、
図8は、図1cの構成図に対応する、光学顕微鏡の模範的な実施形態を表わす。
図1aは、走査電子顕微鏡の形の、発明に適して描写するおよび／または走査モード中走査する装置1の模範的な実施形態を構成図で表わす。数字1は、結像を悪化させ得る環境の影響を補償する補償装置無しの装置を表わす。この装置は、装置外部にセンサ4を含み、その際このセンサ4は、センサの位置で電磁雑音電波に依存する第一信号をデジタルフィルタ5に引き渡し、その際フィルタの伝送特性は手動で調整される。ここでは、しかしながら図1bから1dでもUから出発する矢印により表わされる乱れUは、センサにも装置1にも作用する。フィルタを貫通し、続く制御増幅器6中で増幅された後、その信号は、走査電子顕微鏡の電子ビームの偏向コイル（3）に着く。制御増幅器6は、アクチュエータおよび／または操作端にあるフィルタの出力信号を適合するために用いられる。詳細にそのようにある補償信号、則ち外乱量、つまり電磁妨害電波に依存する信号は、偏向コイルの独自の制御信号に接続される。センサの装置外部での配置は、発明に適して、アクチュエータおよび／または操作端の向きがセンサ4の測定信号に著しい影響を及ぼさないようにセンサが配置されるように理解される。フィルタ5の校正により、画像認識のために接続した補償信号が、装置1の場所での電磁雑音電波を引き起こし、それにより補償信号接続の効果と妨害電磁場の結像への効果がほぼ相殺される、ちょうど正反対の効果に適合するようになる。走査電子顕微鏡の置き場を変える場合に、伝送関数を形成するためにフィルタはその都度新たに校正されなければならない。
図1bは、フィルタ5の校正と、画像認識装置2に含まれるかまたはそれに連結した画像処理装置からの第二信号を用いた、それにより装置の校正が実行される、発明に適する装置1の構成図を示す。
図2には、走査電子顕微鏡の場合の、画像処理装置2のフィルタの校正入力での接続をもつその種の装置が示される。画像認識装置7は、少なくとも一つの対象の像点を含み、画像処理装置2を供給する。第一実施形態でのように、センサの信号は偏向コイル上で前向き結合される。画像処理装置2内では、フィルタの校正入力へ向ける信号が生じる。フィルタ5の校正、およびそれによる装置の校正は、以下に二つの異なる実施形態に関して述べられる。
第一実施形態では、顕微鏡が校正モードおよび画像モード内で稼働するために設置され、その際校正操作中結像品質を低下させる周囲の影響が、決められた参照対象の結像、および画像と参照対象の実際の構造との比較により認識され、顕微鏡の調整がほぼ相殺され、収差が周囲の影響が変わる場合にも画像操作中この調整を保持することにより著しく減少するか又はほぼ補償される。操作モードに応じてフィルタ5の校正入力の入力信号は、各々測定された収差に依存する（校正モード）かまたは校正モード中記憶されたデータを用いて得られる（画像モード）。校正操作と画像操作間で、あちこち切り替わり得る。
校正モードは、周囲の影響、つまりこの場合は結像品質を低下させる電磁妨害電波を、参照対象の決められた部分の結像と画像を参照対象の実際の構造と比較することにより認識するため、および装置を、外部の環境条件により引き起こされたおよび／または器具により引き起こされた系統的な収差がほぼ補償されるように調整するために使用される。この顕微鏡の調整は、発明に適してフィルタの伝送特性を適合させることにより実施される。図3には、校正操作中走査装置が参照対象の選択された部分をどのように走査するかが表わされ、その際デジタル画像処理装置内の記憶された、参照対象に帰属する信号が、画像認識装置に含まれる参照対象の画像信号と比較され、その差に帰属する信号が形成され、これはフィルタの校正入力に与えられる。
校正モード中の調整法は以下に段階ごとに述べられる。
−センサの場所での電磁妨害電波に依存する第一信号のセンサ4による確定、
−第一信号をフィルタ5の信号入力に置く、
−決められた参照対象の選択された部分の、画像認識装置7での参照対象を走査することによる認識、
−認識された画像の、参照対象の実際の構造との比較、
−その差に帰属する誤り信号の確定、
−誤り信号から導き出された第二信号を、その伝送特性を確立するためにフィルタの制御入力に着ける、
−フィルタ5の出力信号を制御増幅器6の信号入力に着ける、
−制御増幅器6の出力信号を、低下した画像品質を補正するために電子ビームの偏向コイルに着ける、
−フィルタ5の特性の、結像品質の低下が著しく減少するか又はほぼ補償する方法での以下の措置による反復式調整、
−修正された画像の参照対象の実際の構造との比較、
−フィルタ5の伝送特性の、修正された画像を参照対象の実際の構造に近づけるような変化、
−画像操作でフィルタ5の算出された伝送関数を作るためのデータの、記憶装置への入力、
この画像操作でフィルタ5の算出された伝送関数を作るためのデータは、ある実施形態で画像処理装置2中に帰属された記憶装置に記憶される。さらなる実施形態では、フィルタ5はこのデータを記憶するために設置される。収差の確定中この装置は収差を補償するためにスイッチを切られる。その後発明に適する顕微鏡は前述の方法で調整される、則ちセンサの測定信号用前向き結合が外乱量に関する測定として調整される。この補償の品質は、その際参照対象の幾度もの走査と、この画像の参照対象の実際の構造との比較により測定される。補償の品質をその都度確定することと、フィルタの伝送関数の対応する変化により、前向き結合は、走査電子顕微鏡の収差が減少するように反復式に変えられる。
この顕微鏡は、場所的におよび／または時間的に変動し得る収差に関して調整され得る。
これに加えて校正モード内で、図3で例として示された参照対象は、決められた進路上を走査される。描かれた参照対象は、基礎上に分離した、決められた種類と方法で配置した円形の金沈殿物を含む。顕微鏡の走査装置が外部に向くことにより、参照対象の選択された部分が認識される。この道は、例えば曲線9により示されたように閉じている。この閉じた進路上に、画像認識装置2に対して反応し、零と異なる信号を発生する個々の対象8がある。これは図4に図で模範的に示され、その中で、与えられた時点tiに対して認識した信号経過10が閉じた曲線9の通過の際に描かれる。時間に依存する乱れは、時間に依存する収差の原因となり得る。この理由から図4のグラフでは閉じた曲線に時間の間隔をあけて四回通過している。結果として生じた四つの信号経過10は、それゆえ乱れの時間依存に関する測定でもある。さ轤ノ通過する曲線は半径Rを変えることで変化し、それにより位置に依存する収差を認識することができる。画像処理装置2内の画像を、正確に知られた決まられた参照対象と比較することにより、発明に適する、時間および／または位置に依存する収差が確定される。図4に繰返し与えられた例では、時間依存収差が曲線11により表わされる。
画像操作は、実際の試料が測定される、創意に富んだ走査電子顕微鏡の操作方式である。校正モード内で確定されたフィルタの伝送特性は、その次の画像操作中校正操作で確定された特性に関して不変である。しかしながらこれは前述のように時間的に走査位置に依存して変えられる。
電磁妨害電波とこの外乱量から引き起こされる収差との間にほぼ一定の相関関係があるとの仮定のもとに、フィルタ5の出力信号は制御増幅器6通過後、電子ビームの偏向ユニット3に接続されるので、画像欠陥は周囲の影響、則ち電磁妨害電波の強度が変化する場合にもほぼ補償される。
さらに発展した実施形態では、電磁妨害電波に加えて空気振動および／または地面振動も対応するセンサにより認識され、与えられた信号が、校正可能な、各乱れに帰属した、調整できる伝送特性をもつフィルタを通過し、偏向ユニットの制御増幅器6内で、さらなる制御信号および／または他のアクチュエータとして、さらに適合された後接続されるので、空気振動および／または地面振動により引き起こされる収差も著しく減少またはほぼ補償される。
装置の異なる操作モード間を行きつ戻りつ切り替えなければならない必要性は、以下に述べられる実施形態で、装置が画像操作の間フィルタの自動校正のために設備されることにより克服される。この表現を単純化するために、この実施形態は再び走査電子顕微鏡に関して述べられるが、これに限られるものではない。装置は、画像処理装置内で認識された画像が分析され、その分析に依存する信号が第二信号としてフィルタの校正入力に着くことを除いた、主に前述の走査電子顕微鏡の成分を含む。この画像分析は、模範的な実施形態では、全画像内の連続する像線の線重心のずれの帰納的算出を含む。この分析は、描くおよび／または走査する装置内の対象の画像が一般的に、外乱量が結像へ影響を及ぼすことから時間に関して不安定であるという知識に基く。図5では詳説の、四つの選択された像線内の輝度の経過が表わされており、その際各線内の輝度分布の重心は円で表わされ、曲線15は時間的に連続で走査した線のこの重心のずれを明確にする。各線認識時点に対応するのは、左側にある、対応する線内部の重心の画素のずれの原因となり、曲線14として記入される模範的な外乱量の額である。この方法で外乱量とこの外乱量により引き起こされた収差の間の相関関係が作られる。ある像線から次への線重心の画素のずれは、画像乱れの振幅となっている。線周波数は、前向き結合信号の能動的な補償信号接続の場合の相関のための時間と周波数の割当てを認める。この各線始まりへの画素ずれ算出と平行して、外部センサが読み取られると、画像の乱れの、およびこの乱れを引き起こす乱れ影響の時間平行乃至同時の認識が考慮される。原則的にはそれと共に十分なコヒーレンスを仮定して、画像の乱れをほぼ補償するための、フィルタ5に適合させる伝送関数の直接計算が可能である。選択可能な実施形態では、フィルタの伝送関数の極点と零位調整に関して原則的に受け入れる結果になり、可変形成された関数の個々のパラメータは反復式に最適化される。
以下に、連続する線の重心のずれを算出するための模範的な方法を短く略述する。走査定理に基いて、走査周波数の半分より小さい乱れ周波数が補償され得る。さらにこの方法は、画像内の個々の対象が線間隔よりも非常に大きく、画像の走査方向に垂直な重心のずれが線方向に平行な重心のずれと比べて小さいことを前提とする。その他に、隣の線の強度εn（t）の差がわずかで、線n+1の強度fn+1が以下のように述べられると推定される。
fn+1（t）=fn（t）+εn（t）
このシステムが乱されると乱された強度dn（t）が、線内部の乱れは画素の時間的ずれΔnの原因となるという仮定のもとで判明する。
dn+1（t）=tn+1（t+Δn+1）=fn（t+Δn+1）+εn（t+Δn+1）
dn+1（t）=dn（t+Δn+1-Δn）+εn（t+Δn+1）
因果関係のないウィーナーフィルタの使用のもとで、δパルスが線のずれΔn+1とΔnに依存して計算される。
δ（t+Δn+1-Δn）=FFT-1｛Dn+1（ω）D*n（ω）/｜Dn（ω）｜2+σ2εa｝
その際Dn（ω）は乱れた強度dn（t）のフーリエ変換したものである。このδ関数は隣の線の重心のずれの差に依存するものである。そのようにして、（Δn+1-Δn）が先に説明されたように画像分析により知られているので、ある画像の線内の重心のずれを帰納的に計算することができる。顕微鏡の偏向ユニットの向きを定めるために、ベクトル相関を用いて、測定された外乱量と個々の線内の計算された重心のずれの相関関数に比例する信号が作り出される。この相関はデジタルフィルタ中で実施され、その際フィルタの校正入力に、計算された時間的なずれに依存する第二信号が置かれる。
発明のさらなる実施形態は、例えば透過電子顕微鏡（TEM）または光学顕微鏡、または対象の描写にカメラシステム20が使用される同種の装置に適する。図1cに構成図で表わされた装置は、以下に述べる実施形態内の図8で表わした光学顕微鏡18に対応する。外部センサ4は多軸振動センサとして作られ、その信号は調整可能なフィルタ5と増幅器6を通って、この実施形態では直接画像処理装置21に組み込まれ、その中で画像に作用する操作端に導かれる。図8にはフィルタ、増幅器および操作端が、明確に記載されずに画像処理装置21内に統合されて含まれる。発明に適してこの装置では、結像に影響を及ぼすアクチュエータにではなく、その代りに直接画像表示に影響を及ぼす補償信号が接続される。このカメラシステムは、25Hzの画像周波数で操作されるモニターを有するCCDカメラを含む。画像処理装置21は、連続画像を記憶装置に入力するために設備される。画像分析により、二つの互いに直交する方向内の連続画像の画像重心のずれが計算され、デジタルフィルタ5の伝送関数の調整のために、前述の実施形態と類似の方法で使用される。この連続画像の画像重心のずれの具体的な描写は図6と7に示される。図7の曲線17は、重心の座標xの時間での経過を示す。二つの走査点、例えばt0とt1はそのように画像繰返し周波数に相当する。
さらなる実施形態で、前述の実施形態と比較して、補償信号接続による乱れは、25Hzの画像繰返し周波数より大きい周波数でも修正できるようになる。この目的で、顕微鏡の機械的構造中の共振点により確定される伝送関数が、フィルタ5として補充される。垂足振動Xはこの方法で顕微鏡に相対運動Δxを生じさせる。そのことから一般的な伝送関数は実際の感度Δx/X、共振周波数fRおよびΔx/Xから高周波数への漸近低下を確定するパラメータQにより完全に決定される。共振周波数fRの下方でも、曲線の三点を算出することで、全関数が推測され、これは前向き制御において補償信号接続により、画像繰返し周波数より大きい乱れ周波数に対しても使用される。
これまで述べた実施形態とは対照的に、発明に適してさらに、画像情報を前向き結合内ではなく、画像の乱れを補償する古典的な再生結合内で使用する可能性が生じる。これは構成図1dに図示される。その信号が前向き結合されるセンサは考慮されず、その代わりに算出されたx軸乃至y軸中の重心のずれは、適当な操作端、ここでは試料のずれ装置内の調整可能な伝送関数の進行後の画像分析から戻される。
ここではさらに表示していない発明の実施形態として、さらに装置は動力顕微鏡、表面粗さ測定器、光学走査顕微鏡またはリソグラフィ装置であり得る。
実施形態ごとに、向きを定めたアクチュエータおよび操作端は電子顕微鏡では、すでに述べた電子ビームの偏向装置および/または画像処理装置内の操作端を含み、光学稼動装置ではアクチュエータは実施形態ごとに光偏向装置および/または試料のずれ装置および/または画像処理装置内の操作端を含む。画像処理装置内の操作端は、例えばここでは画像計算に作用するパラメータへ影響を及ぼすものとして表される。さらに振動を感じるアクチュエータ、並びに動力アクチュエータ（ダイナミック線駆動）および進路駆動（ピエゾ並進器）が投入され得る。
【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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