(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを試料上に細かく集束するためのレンズ系と、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査するための走査手段と、倍率の値を発生して試料上の荷電粒子ビームの走査範囲を設定する倍率制御手段と、試料への荷電粒子ビームの照射によって発生した信号を検出するための検出器と、検出器の検出信号を記憶する画像メモリーと、画像メモリーに記憶された信号に基づいて像を表示する表示手段と、倍率に応じたフィルタ係数を記憶する係数テーブルを選択する係数テーブル選択手段と、係数テーブル選択手段により選択された係数テーブルと画像メモリーに記憶された画像データとの間で所定の演算を実行し、その演算結果を画像メモリーの各画素信号に置き換える演算手段とを備えた走査型荷電粒子ビーム装置であって、前記倍率制御手段が所定の観察倍率よりも高い倍率の値を発生する場合には、係数テーブル選択手段は画像メモリーの各画素信号の信号ノイズが平滑化される係数テーブルを選択することを特徴とする走査型荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記倍率制御手段が所定の観察倍率より低い倍率の値を発生する場合には、前記係数テーブル選択手段は画像メモリーの各画素信号を変化させない係数テーブルを選択することを特徴とする請求項１記載の走査型荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
画像メモリーに記憶された元の信号をＸ（ｘ，ｙ）、各画素の係数をａ（ｉ，ｊ）、前記演算器によって求められる各画素の新たな信号をＹ（ｘ，ｙ）すると、演算器は、次の式
【数１】
0003790629.tif 000005
によってＹ（ｘ，ｙ）を求めるようにした請求項１又は２記載の走査型荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを試料上に細かく集束するためのレンズ系と、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査するための走査手段と、倍率の値を発生して試料上の荷電粒子ビームの走査範囲を設定する倍率制御手段と、試料への荷電粒子ビームの照射によって発生した信号を検出するための検出器と、検出器の検出信号を記憶する画像メモリーと、画像メモリーに記憶された信号に基づいて像を表示する表示手段と、倍率に応じたフィルタ係数を記憶する係数テーブルを選択する係数テーブル選択手段と、係数テーブル選択手段により選択された係数テーブルと画像メモリーに記憶された画像データとの間で所定の演算を実行し、その演算結果を画像メモリーの各画素信号に置き換える演算手段とを備えた走査型荷電粒子ビーム装置の動作方法であって、前記倍率制御手段が所定の観察倍率よりも高い倍率の値を発生する場合には、係数テーブル選択手段は画像メモリーの各画素信号の信号ノイズが平滑化される係数テーブルを選択することを特徴とする走査型荷電粒子ビーム装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡等の試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査する走査型荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズによって集束し、試料上に照射すると共に、試料上で電子ビームを２次元的に走査し、試料から発生した２次電子や反射電子を検出し、検出信号を陰極線管に供給して試料の走査像を得るようにしている。
【０００３】
図１はこのような従来の走査電子顕微鏡の一例を示している。図中１は電子銃であり、電子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２、対物レンズ３によって試料４上に細く集束される。更に電子ビームＥＢは走査コイル５によって走査され、試料４上の所定領域は一次電子ビームＥＢによって走査される。
【０００４】
走査コイル５には、走査信号発生器６から走査信号が供給されるが、この走査信号は、倍率制御器７によって制御される。例えば、低い倍率が指示されると、倍率制御器７は走査信号発生器６を制御し、比較的振幅の大きな走査信号を走査コイルに供給する。逆に、高い倍率が設定されると、倍率制御器７は走査信号発生器６を制御し、比較的振幅の小さな走査信号を走査コイル５に供給する。
【０００５】
試料４への一次電子ビームＥＢの照射によって試料４から発生した、例えば２次電子は、２次電子検出器８によって検出される。検出器８の出力信号は、ＡＤ変換器９によってディジタル信号に変換された後、画像メモリー１０に供給されて記憶される。
【０００６】
画像メモリー１０に記憶された映像信号は読み出され、ＤＡ変換器１１を介して陰極線管１２に供給されることから、陰極線管１２には試料４への所定領域の走査２次電子像が表示される。なお、走査型イオンビーム装置も電子銃部分がイオン源となる他は、他の構成要素として図１の構成と大きな相違はない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、陰極線管１２上の１画素の大きさは、観察倍率に関係なく一定である。ここで、上記した走査電子顕微鏡で、倍率制御器７によって観察倍率を大きくし、試料４上の一次電子ビームＥＢの走査範囲を小さくしたとする。このとき、陰極線管１２上の１画素の大きさが試料４に照射される一次電子ビームＥＢの大きさで決まる分解能に倍率を乗算した値より小さくなる場合がある。
【０００８】
一方、検出器８によって検出される像信号は、一般的にノイズを多く含んでいる。そのため、陰極線管１２上で一次電子ビームのビーム径で決まる分解能以下を構成する画素は、像の形状でなくノイズのみを含むことになる。このノイズは像観察上の妨げとなる。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、高い倍率における像観察の場合でも、ノイズの影響を軽減することができる走査型荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを試料上に細かく集束するためのレンズ系と、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査するための走査手段と、倍率の値を発生して試料上の荷電粒子ビームの走査範囲を設定する倍率制御手段と、試料への荷電粒子ビームの照射によって発生した信号を検出するための検出器と、検出器の検出信号を記憶する画像メモリーと、画像メモリーに記憶された信号に基づいて像を表示する表示手段と、倍率に応じたフィルタ係数を記憶する係数テーブルを選択する係数テーブル選択手段と、係数テーブル選択手段により選択された係数テーブルと画像メモリーに記憶された画像データとの間で所定の演算を実行し、その演算結果を画像メモリーの各画素信号に置き換える演算手段とを備えた走査型荷電粒子ビーム装置であって、前記倍率制御手段が所定の観察倍率よりも高い倍率の値を発生する場合には、係数テーブル選択手段は画像メモリーの各画素信号の信号ノイズが平滑化される係数テーブルを選択することを特徴としている。
【００１１】
第１の発明では、画像メモリーに記憶された各画素の信号をその隣接する画素の信号とフィルタ演算処理し、各画素の新たな信号とすると共に、フィルタ演算処理する際の各画素の係数を倍率に応じた値とする。
【００１２】
第２の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置は、第１の発明において、前記倍率制御手段が所定の観察倍率より低い倍率の値を発生する場合には、前記係数テーブル選択手段は画像メモリーの各画素信号を変化させない係数テーブルを選択することを特徴としている。
第３の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置は、第１の発明において、画像メモリーに記憶された元の信号をＸ（ｘ，ｙ）、各画素の係数をａ（ｉ，ｊ）、演算器によって求められる各画素の新たな信号をＹ（ｘ，ｙ）とすると、演算器は、次の式
【００１３】
【数２】
0003790629.tif 000002
【００１４】
によってＹ（ｘ，ｙ）を求めるようにしたことを特徴としている。
【００１５】
第４の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを試料上に細かく集束するためのレンズ系と、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査するための走査手段と、倍率の値を発生して試料上の荷電粒子ビームの走査範囲を設定する倍率制御手段と、試料への荷電粒子ビームの照射によって発生した信号を検出するための検出器と、検出器の検出信号を記憶する画像メモリーと、画像メモリーに記憶された信号に基づいて像を表示する表示手段と、倍率に応じたフィルタ係数を記憶する係数テーブルを選択する係数テーブル選択手段と、係数テーブル選択手段により選択された係数テーブルと画像メモリーに記憶された画像データとの間で所定の演算を実行し、その演算結果を画像メモリーの各画素信号に置き換える演算手段とを備えた走査型荷電粒子ビーム装置の動作方法であって、前記倍率制御手段が所定の観察倍率よりも高い倍率の値を発生する場合には、係数テーブル選択手段は画像メモリーの各画素信号の信号ノイズが平滑化される係数テーブルを選択することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図２は本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示しており、図１の従来装置と同一ないしは類似の構成要素には同一番号が付されている。
【００１７】
図中１は電子銃であり、電子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２、対物レンズ３によって試料４上に細く集束される。更に電子ビームＥＢは走査コイル５によって走査され、試料４上の所定領域は一次電子ビームＥＢによって走査される。
【００１８】
走査コイル５には、走査信号発生器６から走査信号が供給されるが、この走査信号は、倍率制御器７によって制御される。例えば、低い倍率が指示されると、倍率制御器７は走査信号発生器６を制御し、比較的振幅の大きな走査信号を走査コイルに供給する。逆に、高い倍率が設定されると、倍率制御器７は走査信号発生器６を制御し、比較的振幅の小さな走査信号を走査コイル５に供給する。
【００１９】
試料４への一次電子ビームＥＢの照射によって試料４から発生した、例えば２次電子は、２次電子検出器８によって検出される。検出器８の出力信号は、ＡＤ変換器９によってディシタル信号に変換された後、画像メモリー１０に供給されて記憶される。
【００２０】
画像メモリー１０に記憶された映像信号は読み出され、ＤＡ変換器１１を介して陰極線管１２に供給されることから、陰極線管１２には試料４への所定領域の走査２次電子像が表示される。
【００２１】
ここまでの構成は図１と同一である。本発明では、画像メモリー１０には２次元画像フィルタ演算器１３が接続されており、２次元画像フィルタ演算器１３は、倍率対画像フィルタ係数テーブル１４からの画像フィルタ係数テーブルと画像メモリー１０に記憶された画像データとの間で所定の演算を実行し、演算結果を画像メモリーの各画素信号に置き換える。
【００２２】
倍率対画像フィルタ係数テーブル１４には複数のテーブルが用意されており、倍率制御器７からの倍率信号によってそのうちの一つのテーブルが選択され、演算器１３における演算に用いられる。このような構成の動作を次に説明する。
【００２３】
通常の走査電子顕微鏡像の観察においては、電子銃１からの一次電子ビームＥＢをコンデンサレンズ２と対物レンズ３とによって試料４上に細く集束すると共に、試料４上の電子ビームの照射範囲を走査コイル５によって２次元的に走査する。試料４への電子ビームの照射によって発生した２次電子は、検出器８によって検出される。
【００２４】
検出信号はＡＤ変換器９を介して画像メモリー１０に記憶される。画像メモリー１０に記憶された信号は読み出され、ＤＡ変換器１１を介して陰極線管１２に供給されることから、陰極線管１２上には試料の走査２次電子像が表示される。ここで、観察倍率を変える場合には、倍率制御器７によって走査信号発生器６からの走査信号を制御し、試料４上の一次電子ビームＥＢの走査範囲を変える。
【００２５】
さて、倍率制御器７が発生する倍率の値は、倍率対画像フィルタ係数テーブル１４に供給され、倍率に応じた係数テーブルが選択される。例えば、観察倍率が低い場合には、一次電子ビームのビーム径で決まる分解能が、陰極線管１２上の１画素より小さいので、画像フィルタ係数は図３のものが設定される。
【００２６】
この図３のケースでは、３×３の画素に対してａ（−１，−１）〜ａ（２，２）の係数が設定されており、ａ（０，０）が中心の画素に対しての係数である。この中心の画素の係数ａ（０，０）のみが１とされ、他の８つの画素の係数は全て０とされている。
【００２７】
ここで、３×３の画素の信号が図４に示すようにＸ（−１，−１）〜Ｘ（２，２）である場合、２次元画像フィルタ演算器１３は次の式に基づいて演算を行い、中心の画素の信号Ｘ（ｘ，ｙ）＝Ｘ（０，０）に対して、新しい画素の信号Ｙ＝（ｘ，ｙ）＝Ｙ（０，０）の値を求める。
【００２８】
【数３】
0003790629.tif 000003
【００２９】
図３の係数の場合では、中心の画素の係数のみが１であり、他の画素の係数は０であるため、結果的にはなんの変化もなく、Ｘ（０，０）の画素信号がそのままＹ（０，０）の信号となる。
【００３０】
次に、観察倍率を高くして、一次電子ビームのビーム径で決まる分解能が陰極線管１２上の１画素より大きくなる場合には、倍率制御器７からの倍率の値が倍率対画像フィルタ係数テーブルに供給され、例えば、図５に示す係数が選択される。
【００３１】
この図５のケースでは、中心の画素の係数ａ（０，０）のみが２／１０とされ、他の画素の係数は一律１／１０とされている。ここで重要な点は、各画素の係数の値の総和が１となることであり、これにより、演算された結果の画素の信号の明るさを同じとすることができる。
【００３２】
この図５の係数を用いて、２次元画像フィルタ演算器１３は式１に基づき演算を行い、中心の画素の信号強度Ｙ（０，０）を求め、この信号強度と元の信号強度Ｘ（０，０）との置き換えを行う。
【００３３】
このような画像フィルタ演算処理を施すことにより、倍率が高くなって一次電子ビームのビーム径で決まる分解能が、そのままでは陰極線管１２上の１画素より大きくなる場合でも、陰極線管上での分解能が一次電子ビーム径で決まる分解能より小さくならないようにすることができる。その結果、図５のケースでは、画像の分解能は若干低下することになるが、信号ノイズが平滑化され低減されて陰極線管１２上の像は見やすいものとなる。
【００３４】
以上本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを試料上で２次元的に走査し、その結果得られた信号を表示する装置にも本発明を適用することができる。
【００３５】
また、２次元フィルタ演算を３×３の領域に対して行ったが、１×３、５×５等の領域で行うようにしても良い。また、係数の各値ａ（ｉ，ｊ）は、図５の例に限定されることはない。更に、倍率対画像フィルタ係数テーブルは、必ずしもテーブルではなく、数式でも置き換えることができる。
【００３６】
【発明の効果】
第１の発明では、画像メモリーに記憶された各画素の信号をその隣接する画素の信号とフィルタ演算処理し、各画素の新たな信号とすると共に、フィルタ演算処理する際の各画素の係数を倍率に応じた値とするように構成した。その結果、観察用陰極線管上の画素の分解能が一次電子ビームのビーム径で決まる分解能より小さくならないように制御することができ、特に高い観察倍率において、ノイズの低減された像を表示することができる。
第２の発明では、第１の発明において、倍率制御手段が所定の観察倍率より低い倍率の値を発生する場合には、画像メモリーの各画素値を変化させないようにすることで、フィルタの影響のない画像を得ることができる。
【００３７】
第３の発明では、第１の発明において、画像メモリーに記憶された元の信号をＸ（ｘ，ｙ）、各画素の係数をａ（ｉ，ｊ）、演算器によって求められる各画素の新たな信号をＹ（ｘ，ｙ）とすると、演算器は、次の式
【００３８】
【数４】
0003790629.tif 000004
【００３９】
によってＹ（ｘ，ｙ）を求めるようにしたことを特徴としており、第１の発明と同等の効果が達成される。
【００４０】
第４の発明では、第１の発明の場合と同様の効果、即ち、観察用陰極線管上の画素の分解能が一次電子ビームのビーム径で決まる分解能より小さくならないように制御することができ、特に高い観察倍率において、ノイズの低減された像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図２】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図３】倍率が低い場合における倍率対演算フィルタ係数テーブルを示す図である。
【図４】３×３の領域の画素信号を示す図である。
【図５】倍率が高い場合における倍率対演算フィルタ係数テーブルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  電子銃
２  コンデンサレンズ
３  対物レンズ
４  試料
５  走査コイル
６  走査信号発生器
７  倍率制御器
８  ２次電子検出器
９  ＡＤ変換器
１０  画像メモリー
１１  ＤＡ変換器
１２  陰極線管
１３  画像フィルタ演算器
１４  倍率対画像フィルタ係数テーブル
【図１】
0003790629.tif 000006
【図２】
0003790629.tif 000007
【図３】
0003790629.tif 000008
【図４】
0003790629.tif 000009
【図５】
0003790629.tif 000010