JPH10172491A

JPH10172491A - 荷電粒子ビーム装置の画像処理方法および装置

Info

Publication number: JPH10172491A
Application number: JP8328213A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sakaguchi; 清志坂口
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】画面上の注目領域の画像の質を簡単に正確に
向上させることができる荷電粒子ビーム装置の画像処理
方法および装置を実現する。【解決手段】無修正画像データを陰極線管６上に供給
して像の表示を行う。そして、入出力装置１３を用いて
陰極線管６上に表示された像の中の所望領域を選択す
る。ＦＩＳ制御部２０は、画像セレクタ１９を制御し、
選択領域に含まれる画素の信号を取り込み、輝度分布計
算機能９に供給する。輝度分布計算機能９は、供給され
た各画素に基づき、選択された領域での輝度分布（各輝
度の画素数分布）を求め、更に、選択された領域での最
小輝度Ｉ₁と最大輝度Ｉ₂を求める。輝度分布計算機能
９で求められた選択領域の最小輝度Ｉ₁と最大輝度Ｉ₂
とは、データ保持部１１に供給されて記憶される。ま
た、オペレータは、入出力装置１３を用いてＩ₁，Ｉ₂
に対応する陰極線管６上の最小輝度Ｊ₁と最大輝度Ｊ₂
を入力する。このＪ₁，Ｊ₂とＩ₁，Ｉ₂とにより、コ
ンピュータ７のγ補正機能８は、自動的にγ関数を定義
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡や
走査イオン顕微鏡などの荷電流子ビーム装置の画像処理
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡や走査イオン顕微鏡等の
装置では、試料に電子ビームやイオンビームを照射し、
その結果試料から得られた２次電子や散乱イオン等を検
出している。この検出された信号は画像信号として陰極
線管に供給されるが、その際、各種の画像処理が行われ
る。

【０００３】画像処理の一種に良く知られているγ補正
がある。γ補正には通常、次の２つの目的がある。第１
は、ある特定の場合の走査電子顕微鏡像や走査イオン顕
微鏡像の像質改善を図ることであり、第２は、観察用陰
極線管とビデオ・ブリンタ、写真出力の像質の一致を図
ることである。

【０００４】ここで、第１の目的に沿ったγ補正につい
て説明する。電子またはイオンを試料のある一点ｋに照
射したとき、発生する荷電粒子（２次電子、反射電子ま
たは散乱イオン）を検出器（例えば、シンチレータとフ
ォト−マルチプライヤと前置全治増幅器との組み合わ
せ）により検出し、荷電粒子の量に対応した電圧Ｖ_kに
変換する。電圧Ｖ_kは通常どの像観察用機器にも付属し
ているコントラスト・輝度調整機能を通して、対応した
輝度Ｉ_kに変換される。図１は電圧Ｖ_kと輝度Ｉ _kとの
関係を示しており、この変換は、輝度のオフセット値を
Ｉ_o、変換の関数（傾き）をfactorとした場合、次のよ
うに表される。

【０００５】Ｉ_k＝factor・Ｖ_k＋Ｉ_o Ｉ_kの値は０から最大値Ｉ_mまでの自然数で、Ｉ_mの値
は機器の輝度分解能による。ここで、factorの値（＞
０）を決定するのが輝度調整のコントラストであり、オ
フセットの値Ｉ_oの値を決定するのが輝度である。通
常、この輝度出力Ｉ _kが陰極線管等の像観察機器の画素
ｋに対応する輝度になる。なお、この場合のインデック
スｋは像の画素番号に対応する。なお、以下において
は、全ての画素についての一般的な説明のために、この
インデックスは省く。

【０００６】γ補正とは、この輝度Ｉを関数ｆを使用し
て補正した値Ｊに変換し、それを対応機器の輝度出力と
することである。図２はこの関係を示しており、また、
ＩとＪの関係は次の式で表される。

【０００７】Ｊ＝ｆ（Ｉ）Ｊの値はＩと同様に０から最大値Ｊ_mまでの自然数であ
り、Ｊ_m＝Ｉ_mとなる。関数ｆは有限の自然数を、有限
の自然数に変換するため、テーブルの形式で表すことも
可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記したガンマ
補正は、あくまでも走査電子顕微鏡像や走査イオン像の
画質改善を図るための画像処理であることから、任意の
関数ｊに全て意味があるわけではない。通常、ｆに意味
があるのは、ｆが以下のように選択・定義された場合で
ある。γ補正を実行していない場合の像観察での結果、
ある輝度領域（Ｉ ₁＜Ｉ＜Ｉ₂）でのコントラストを高
めたいような場合には、関数ｆとして（Ｉ ₁＜Ｉ＜
Ｉ₂）の領域でその傾き（ｄｆ／ｄＩ）が大きくなるよ
うな関数が選択または定義される。

【０００９】このような手段によって、例えば、その輝
度がほんの僅かしか異ならない多層膜のような構造が像
全体の一部として存在するような場合にも、その場所の
僅かな輝度の変化を強調させることができ、多層膜構造
の境界がはっきりと認識できるようになる。しかしこの
場合は、（Ｉ₁＜Ｉ＜Ｉ₂）の領域以外の輝度領域のコ
ントラストを犠牲にしていることに注意を要する。ま
た、この方法で、逆に不必要にコントラストの高い領域
のコントラストを下げることもでき、相対的に他の領域
のコントラストを向上させることも可能である。

【００１０】通常のγ補正では、関数ｆの定義に次の３
つの方法が用いられている。第１は数種類の関数を与え
て、そのパラメータ値を入力・変化させることにより、
希望の特性を関数ｆに持たせる。第２は、最初にＪ＝Ｉ
直線をグラフ上に与えておいて、その直線の一部をマウ
ス等で選択・移動させて補正した曲線を作成する。第３
は、座標上にポイント入力し、そのポイントを接続して
スムース化させ、曲線を描かせる。

【００１１】しかしながら、いずれの方法を用いても、
グラフを描いてそのグラフに基づいてγ補正を行い、結
果として得られた像を観察して像質を評価し、この像質
からグラフの書き直しを行うことをしなければならな
い。したがって、グラフの書き直しと像質の評価の過程
を何回も行い、試行錯誤で最適なγ補正を実行するよう
にしている。このような方法ではイメージ通りの像質を
得ることは実際には簡単ではなく、タイムパフォーマン
スが非常に悪い。この最大の理由は、強調したい輝度領
域（Ｉ₁＜Ｉ＜Ｉ₂）の実際の数値が、視覚的にのみ判
断せざるを得ないため、非常に不正確にしか判断できな
いためである。

【００１２】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、画面上の注目領域の画像の質を簡
単に正確に向上させることができる荷電粒子ビーム装置
の画像処理方法および装置を実現するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置の画像処理方法は、荷電粒子ビーム
を試料上で２次元的に走査し、この走査によって得られ
た信号に基づいて試料の走査像を表示するようにした走
査型荷電粒子ビーム装置において、表示された像の中の
一部の領域を選択し、選択された領域の各画素の輝度か
ら最小輝度と最大輝度を求め、この求められた最小輝度
と最大輝度に対応する表示用の最小輝度と最大輝度とを
指定し、それらに基づいて自動的にガンマ補正関数を求
め、このγ補正関数に基づいて選択領域の像信号輝度の
γ補正を行うようにしたことを特徴としている。

【００１４】請求項１の発明では、表示された像の中の
一部の領域を選択し、選択された領域の各画素の輝度か
ら最小輝度と最大輝度を求め、この求められた最小輝度
と最大輝度に対応する表示用の最小輝度と最大輝度とを
指定し、それらに基づいて自動的にガンマ補正関数を求
め、このγ補正関数に基づいて選択領域の像信号輝度の
γ補正を行う。

【００１５】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置の画像処理装置は、荷電粒子ビームを試料上で２次元
的に走査し、この走査によって得られた信号に基づいて
試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビー
ム装置において、表示された像の一部領域を識別する手
段と、識別された領域に含まれる各画素の信号を抽出す
る手段と、抽出された各画素からの信号の最小輝度と最
大輝度を求め、この求められた両輝度に基づいて自動的
にγ補正関数を求める手段と、γ補正関数に基づいて識
別された領域の各画素信号にγ補正を行う手段とを備え
たことを特徴としている。

【００１６】請求項２の発明では、表示された像の一部
領域を識別し、識別された領域に含まれる各画素の信号
を抽出し、抽出された各画素からの信号の最小輝度と最
大輝度を求め、この求められた両輝度に基づいて自動的
にγ補正関数を求め、γ補正関数に基づいて識別された
領域の各画素信号にγ補正を行う。

【００１７】

【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３は本発明が適用された
走査電子顕微鏡を示している。図中１は電子ビームであ
り、図示していないが、電子ビームは電子銃から発生し
て加速され、加速された電子ビームはコンデンサレンズ
と対物レンズによって試料２上に細く集束される。ま
た、試料２上の電子ビームの照射位置は、走査コイルに
よって２次元的に走査される。

【００１８】試料２への電子ビームの照射によって発生
した、例えば、２次電子は２次電子検出器３によって検
出され、信号処理回路４に供給される。信号処理回路４
では、良く知られたコントラストと輝度調整処理が行わ
れる。信号処理回路４の出力はフレーム・イメージ・ス
トア・ユニット（ＦＩＳ）５に供給される。ＦＩＳ５は
詳細は後述するが、信号処理回路４からの画像信号の蓄
積や画像信号のγ補正を実行し、γ補正された画像信号
を陰極線管６に供給する。

【００１９】ＦＩＳ５は制御コンピュータ７によって制
御される。制御コンピュータ７はγ関数自動作成機能
８、輝度分布計算機能９、像領域選択・表示機能１０、
選択された像領域データや最小／最大輝度データなどが
記憶されるデータ記憶部１１、γ補正制御部１２などが
含まれている。制御コンピュータ７には入出力装置１３
が接続されている。このような構成の動作を次に説明す
る。

【００２０】電子ビーム１を試料２に照射すると、試料
２からは２次電子が発生する。２次電子は２次電子検出
器３によって検出され、その検出信号は信号処理回路４
に供給されてコントラストと輝度調整が施される。信号
処理回路４の出力信号はＦＩＳ５に供給され、ＦＩＳ５
内のデータ蓄積部１４内に記憶される。このデータ蓄積
部１４内の各画素には電子ビーム１の走査位置に応じて
信号が記憶され、更に各画素の信号は積算されて信号の
ＳＮ比が向上させられる。

【００２１】データ蓄積部１４内のデータは読み出され
るが、このデータは無修正画像データ１５となる。この
修正画像データは画像変換部１６に供給されて画像変換
される。この画像変換はγ関数によって作成されたルッ
ク・アップ・テーブル（ＬＵＴ）１７に基づいて行われ
るγ補正である。画像変換された信号はγ補正画像デー
タ１８となり、画像セレクタ部１９に送られる。画像セ
レクタ部１９は所定の範囲の画像信号を選択してそのデ
ータのみをＦＩＳ制御部２０に出力する。また、全出力
データは陰極線管像出力データ２１として出力される。
陰極線管像出力データ２１は陰極線管６に供給され、陰
極線管６には選択された領域の試料の走査２次電子画像
が表示される。なお、ＦＩＳ５内の各ユニット等は、Ｆ
ＩＳ制御部２０によって制御される。

【００２２】さて、ガンマ補正を行う場合、まず、無修
正画像データを陰極線管６上に供給して像の表示を行
う。そして、入出力装置１３を用いて陰極線管６上に表
示された像の中の所望領域を指定する。この所望領域と
は、特に像質を向上させて精密な観察を行いたい部分で
ある。例えば、特にコントラストを強調したい、あるい
は、不必要に大きなコントラストを下げたい部分であ
る。

【００２３】領域の指定は、入出力装置１３にγ補正の
起動を指定すると、コンピュータ７内の像領域選択・表
示機能１０からカーソル信号がγ補正制御機能１２、Ｆ
ＩＳ制御部２０を介して陰極線管像出力データ２１に加
えられる。この結果、陰極線管６の画面上には、図４に
示すように陰極線管画面Ｄの中に４本のカーソルＣ₁〜
Ｃ₄が表示される。オペレータはこの画面Ｄを見なが
ら、入出力装置１３を走査し、カーソルＣ₁〜Ｃ₄の位
置を調整し、所望領域Ｓが４本のカーソルによって囲ま
れるようにする。

【００２４】この走査が終了すると、データ保持部１１
にカーソルで囲まれた選択領域の位置データがセットさ
れる。コンピュータ７はこの位置データに基づき、ＦＩ
Ｓ制御部２０を制御する。ＦＩＳ制御部２０は、画像セ
レクタ１９を制御し、選択領域に含まれる画素の信号を
取り込み、輝度分布計算機能９に供給する。

【００２５】輝度分布計算機能９は、供給された各画素
に基づき、選択された領域での輝度分布（各輝度の画素
数分布）を求め、更に、選択された領域での最小輝度Ｉ
₁と最大輝度Ｉ₂を求める。この輝度分布とＩ₁，Ｉ₂
との関係を図５に示す。この図５の分布は、適宜陰極線
管６上に表示しても良い。

【００２６】輝度分布計算機能９で求められた選択領域
の最小輝度Ｉ₁と最大輝度Ｉ₂とは、データ保持部１１
に供給されて記憶される。また、オペレータは、入出力
装置１３を用いてＩ₁，Ｉ₂に対応する陰極線管６上の
最小輝度Ｊ₁と最大輝度Ｊ₂を入力する。このＪ₁，Ｊ
₂とＩ₁，Ｉ₂とにより、コンピュータ７のγ補正機能
８は、自動的に次のγ関数を定義する。

【００２７】Ｊ₁＝ｆ（Ｉ₁）Ｊ₂＝ｆ（Ｉ₂）この定義されたγ関数の一例を図６に示す。この定義さ
れたγ関数ｆは、例えば、Ｉ₁＜Ｉ＜Ｉ₂の領域では、
直線を含む関数であり、また、白黒反転像の場合は、直
線を含む単純減少関数である。

【００２８】γ関数自動作成機能８によって定義された
γ関数は、γ補正制御機能１２を介してＦＩＳ５内のＦ
ＩＳ制御部２０に送られる。ＦＩＳ制御部２０はγ関数
に基づいて各画素の輝度Ｉに対するＪの値を展開し、Ｌ
ＵＴ１７に記憶させる。このような処理の後、無修正画
像データ１５は画像変換部１６に供給され、この画像変
換部１６においてＬＵＴ１７を参照してγ補正された輝
度信号Ｊに変換される。

【００２９】変換された輝度信号は、γ補正画像データ
１８となり、このデータは陰極線管６に供給される。こ
のようにして選択された領域の画像データは、所望のγ
補正が施され、最適なコントラストで像の観察を行うこ
とができる。なお、選択された領域Ｉ₁＜Ｉ＜Ｉ₂以外
の領域でのγ関数は任意で良い。

【００３０】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、走査イオン顕微鏡に
本発明を用いても良い。また、陰極線管画面上で領域を
選択するためにカーソルを用いたが、ポリゴンにより領
域を選択するように構成しても良い。更に、γ関数の定
義は、一直線とせず、折線で定義しても良い。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明では、表示された像の中
の一部の領域を選択し、選択された領域の各画素の輝度
から最小輝度と最大輝度を求め、この求められた最小輝
度と最大輝度に対応する表示用の最小輝度と最大輝度と
を指定し、それらに基づいて自動的にガンマ補正関数を
求め、このγ補正関数に基づいて選択領域の像信号輝度
のγ補正を行うようにした。

【００３２】その結果、γ関数の描画機能が不要となる
ので、操作性の大幅な簡易化が図れる。また、従来視覚
的方法に頼っていたγ関数の選択定義の方法を、数値的
に取り扱うことが可能になったため、像質の改善が数値
的根拠を持って実行できることになる。更に、全体像の
内で、コントラストを強調したい、あるいは、不必要に
大きいコントラストを下げたい箇所の選択を、表示され
ている像の上で指定できるようにしたため、目的箇所の
像質改善が、従来の方法の場合のような試行錯誤で行う
必要がなく、極めて簡単に実行できる。以上のことか
ら、γ補正による像質改善のために必要な時間が大幅に
削減できることになる。

【００３３】請求項２の発明では、表示された像の一部
領域を識別し、識別された領域に含まれる各画素の信号
を抽出し、抽出された各画素からの信号の最小輝度と最
大輝度を求め、この求められた両輝度に基づいて自動的
にγ補正関数を求め、γ補正関数に基づいて識別された
領域の各画素信号にγ補正を行うように構成した。この
結果、請求項１の発明と同様な効果が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電圧と輝度との関係を示す図である。

【図２】輝度Ｉとγ補正関数ｆを使用して補正した輝度
Ｊとの関係を示す図である。

【図３】本発明を用いた走査電子顕微鏡の一例を示す図
である。

【図４】陰極線管画面を示す図である。

【図５】選択された領域の輝度分布を示す図である。

【図６】自動的に定義されたγ関数の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１電子ビーム２試料３２次電子検出器４信号処理回路５フレーム・イメージ・ストア・ユニット６陰極線管７制御コンピュータ１３入出力装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームを試料上で２次元的に走
査し、この走査によって得られた信号に基づいて試料の
走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置
において、表示された像の中の一部の領域を選択し、選
択された領域の各画素の輝度から最小輝度と最大輝度を
求め、この求められた最小輝度と最大輝度に対応する表
示用の最小輝度と最大輝度とを指定し、それらに基づい
て自動的にガンマ補正関数を求め、このγ補正関数に基
づいて選択領域の像信号輝度のγ補正を行うようにした
荷電粒子ビーム装置の画像処理方法。
【請求項２】荷電粒子ビームを試料上で２次元的に走
査し、この走査によって得られた信号に基づいて試料の
走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置
において、表示された像の一部領域を識別する手段と、
識別された領域に含まれる各画素の信号を抽出する手段
と、抽出された各画素からの信号の最小輝度と最大輝度
を求め、この求められた両輝度に基づいて自動的にγ補
正関数を求める手段と、γ補正関数に基づいて識別され
た領域の各画素信号にγ補正を行う手段とを備えた荷電
粒子ビーム装置の画像処理装置。