(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して電気信号に変換し、前記電気信号から画像を形成する荷電粒子線装置において、
電気信号のノイズを除去する複数のノイズ除去フィルタと、
前記ノイズ除去フィルタのうち一つを適用した後のコントラストノイズ比を計測する計測部と、
当該計測部により計測されたコントラストノイズ比とあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部と、
前記ノイズ除去フィルタを変更するフィルタ変更部を備え、
当該判定部は、前記計測されたコントラストノイズ比に応じて、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施するか否かを決定し、自動ブライトネス／コントラスト調整を実行しない場合に、前記フィルタ変更部は、前記ノイズ除去フィルタを変更することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記計測部は、前記ノイズ除去フィルタの変更後、再度コントラストノイズ比を計測することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して画像を形成する荷電粒子線装置において、
前記画像のノイズを除去する複数の画像処理フィルタと、
前記画像処理フィルタのうち一つを適用した後の画像ヒストグラムを算出するヒストグラム算出部と、
前記ヒストグラムの幅とあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記判定部は、前記ヒストグラムの幅とあらかじめ設定されたしきい値との大小の判定に応じて、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施するか否かを決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記画像処理フィルタを変更するフィルタ変更部を備え、
前記判定部は、前記ヒストグラムの幅とあらかじめ設定されたしきい値との大小の判定に応じて、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施するか否かを決定し、自動ブライトネス／コントラスト調整を実行しない場合に、前記フィルタ変更部は、前記画像処理フィルタを変更することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記ヒストグラム算出部は、前記画像処理フィルタの変更後、再度画像ヒストグラムを算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して画像を形成する荷電粒子線装置において、
前記画像の同一視野を複数フレーム画像取得して積算する画像積算部と、
複数フレーム積算後の画像ヒストグラムを算出するヒストグラム算出部と、
前記ヒストグラムの幅とあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記判定部は、前記算出されたヒストグラムに応じて、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施するか否かを決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記判定部は、前記算出されたヒストグラムに応じて、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施するか否かを決定し、前記画像積算部は、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施しない場合に、前記画像積算部によるフレーム積算数を変更することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ヒストグラム算出部は、フレーム積算数の変更後、再度画像ヒストグラムを算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に係り、特に画像の輝度やコントラストを調整する機能を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）によって得られる画像の輝度やコントラストを自動的に調整する機能として、自動ブライトネス・コントラスト調整（Auto Brightness Contrast Control：ＡＢＣＣ、或いは自動コントラスト・ブライトネス調整（Auto Contrast Brightness Control：ＡＣＢＣ））がある。
【０００３】
特許文献１には、検出される電気信号の最大値と最小値を用いてブライトネス／コントラストを自動調整する手段が開示されている。さらに特許文献１及び特許文献２には、画像のヒストグラムと累積度数分布を計算することにより、自動でブライトネス／コントラストを調整する方法が開示されている。画像を適切に処理して数値化された評価値を求め、評価値が設定値に近づくように装置のパラメータを可変させながら収束させる方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４８２３０号公報
【特許文献２】特開２００１−２４３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ブライトネス／コントラストを自動調整する場合、ノイズを除去するための前処理を画像あるいは電気信号に施すことが望ましい。例えばデジタル画像を用いた調整の場合、平滑化フィルタやガウシアンフィルタ等の画像処理フィルタをかけて、ノイズ成分を除去することが望ましい。また、ビームの複数回の走査に基づいて得られる複数のフレーム画像を積算して、ノイズ除去することも考えられる。更に、電気信号を利用した調整の場合、ノイズ成分を除去するために、ローパスフィルタを使用することが考えられる。
【０００６】
上記手法は、いずれも画質向上と言う観点から有効な技術であると言えるが、ＡＢＣＣを行う前処理として、以下の点を考慮して適正な条件に設定する必要がある。
【０００７】
例えば積算フレーム数が少ないとノイズ除去が十分ではなく、反対に積算フレーム数が大きいと、画像取得に時間がかかる。また、画像処理フィルタを用いる場合、例えば平滑化フィルタの半径が小さいと、その後のコントラスト調整を適正に行うことができず、平滑化フィルタの半径が大きいとコントラスト強調が過剰になってしまう可能性がある。更に、ローパスフィルタのカットオフ周波数が高すぎると、適正なコントラスト調整を行うことができず、またカットオフ周波数を小さくしすぎると、コントラスト強調が過剰となってしまう場合がある。特許文献１、２には以上のような前処理の適正化を実現する手法についての開示がない。
【０００８】
以下に、自動ブライトネス・コントラスト調整を行うに当たり、適正な前処理条件を選択することを目的とする荷電粒子線装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して電気信号に変換し、前記電気信号から画像を形成する荷電粒子線装置において、電気信号のノイズを除去する複数のノイズ除去フィルタと、前記ノイズ除去フィルタのうち一つを適用した後のコントラストノイズ比を計測する計測部と、当該計測部により計測されたコントラストノイズ比とあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部を備える荷電粒子線装置を提案する。
【００１０】
また、上記目的を達成するための他の一態様として、荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して画像を形成する荷電粒子線装置において、前記画像のノイズを除去する複数の画像処理フィルタと、前記画像処理フィルタのうち一つを適用した後の画像ヒストグラムを算出するヒストグラム算出部と、前記ヒストグラムの幅とあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部を備える荷電粒子線装置を提案する。
【００１１】
また、上記目的を達成するための更に他の一態様として、荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して画像を形成する荷電粒子線装置において、同一視野の画像を複数フレーム取得して積算する画像積算部と、複数フレーム積算後の画像ヒストグラムを算出するヒストグラム算出部と、前記ヒストグラムの幅とあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部を備える荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、自動ブライトネス・コントラスト調整を行うに当たり、適正な前処理条件を選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図。
【図２】コントラストノイズ比判定に基づいて、ノイズ除去フィルタの変更の要否を判断する工程を示すフローチャート。
【図３】コントラストノイズ比判定部の一例を示す図。
【図４】フィルタ変更部の一例を示す図。
【図５】自動ブライトネス／コントラスト調整部の一例を示す図。
【図６】自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図。
【図７】画像のヒストグラム判定に基づいて、積算フレーム数の変更の要否を判断する工程を示すフローチャート。
【図８】画像ヒストグラム判定を行う判定部の一例を示す図。
【図９】自動ブライトネス／コントラスト調整部の一例を示す図。
【図１０】自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図。
【図１１】画像のヒストグラム判定に基づいて、画像処理フィルタの変更の要否を判断する工程を示すフローチャート。
【図１２】自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図。
【図１３】自動ブライトネス／コントラスト調整の条件を設定する設定ウィンドウを備えたＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１４】ユーザ選択に基づいて自動ブライトネス／コントラスト調整条件を選択したときの処理工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡による撮像においては、ブライトネス／コントラストを適切に調整し画像のグレースケールを有効に使用することが重要である。このためブライトネス／コントラストの自動調整技術がある。更に、ノイズ除去等の観点から、ブライトネス／コントラスト調整の前に、適正な画像取得、画像処理、或いは信号処理を行うことが望ましい。
【００１５】
まず、画像取得の観点から言えば、例えば半導体デバイスのパターン寸法計測や欠陥検査を走査電子顕微鏡で行う場合、電子線による試料帯電の影響を最小限にするために単位面積あたりの照射電流量（以下、ドーズ量）を可能な範囲で小さくする。しかしながら、ドーズ量を小さくすると、画像の信号ノイズ比が低下し、試料構造が鮮明に見えずノイズ成分の多い画像となる。このような画像に対して画像処理等を施しても、ノイズが十分除去されず、正しくブライトネス／コントラストが調整されない。
【００１６】
例えばフレーム積算によるノイズ除去を行う場合、積算フレーム数が少ないと、積算によるノイズ除去が十分でないためにノイズが目立つ画像となり、ヒストグラムが広がってしまうためコントラスト強調を行うことができない。一方、十分フレーム積算を行うとノイズが除去されるためにヒストグラムが狭くなり、コントラスト強調を行うには好適であるが、画像取得に時間がかかり、観察効率が低下する。
【００１７】
また例えば、画像処理フィルタによるノイズ除去を行う場合、平滑化フィルタの半径が小さいと、ノイズ除去が十分でないためにノイズが目立つ画像となり、ヒストグラムが広がってしまうためコントラスト強調を行うことができない。一方、平滑化フィルタの半径を大きく取るとヒストグラムが狭く分布しコントラスト強調を行うには好適であるが、画像ボケが顕著になり、特にパターン密度の多い画像に対しては試料構造を反映しない画像となるため、コントラスト強調が過剰となって、調整後の画像は画素値が飽和してしまう。
【００１８】
さらに、ローパスフィルタによるノイズ除去を行う場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数が高いと、ノイズ除去が十分でないためにノイズが目立つ画像となり、電気信号の最大値と最小値の差が大きくなり、コントラスト強調を行うことができない。一方、カットオフ周波数を小さくしすぎると、電気信号の最大値と最小値の差は小さくなるが、コントラスト強調が過剰となって、調整後の信号は信号波形が飽和してしまう。
【００１９】
以上のように、単にノイズ除去等の観点だけではなく、ＡＢＣＣを行うことを考えたとき、前処理条件をより適切に設定することが望ましい。換言すれば、ブライトネス／コントラストの自動調整を行うために必要となる「前処理」の強さ（例えば積算フレーム数や画像処理フィルタの強度やローパスフィルタのカットオフ周波数）には最適値があり、その最適値を設定することができれば、適正なブライトネス／コントラスト調整が可能となることを示している。その最適値が画像によって変化するため、画像に応じた最適値で前処理を行うことが求められる。
【００２０】
以下に、画像の変化によらず、ブライトネス／コントラスト調整にとって、適正な前処理条件を見出す手法、及びその手法を実現する装置を説明する。
【００２１】
以下に、画質の良い電子顕微鏡像を安定して取得するため、自動ブライトネス／コントラスト調整の前処理の最適化を実現する装置を説明する。具体的には、荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して電気信号に変換し、前記電気信号から画像を形成することを特徴とする荷電粒子線装置において、電気信号のノイズを除去することを目的とするノイズ除去フィルタを複数備え、さらに自動ブライトネス／コントラスト調整手段を備え、前記ノイズ除去フィルタのうち一つを適用した後のコントラストノイズ比（ＣＮＲ）を計測するＣＮＲ計測手段を備え、前記計測手段により算出されたＣＮＲとあらかじめ設定されたしきい値との大小を判定する判定部を備えた荷電粒子線装置について説明する。
【００２２】
また、ノイズ除去フィルタが適正かどうか判定する判定部を備え、適正と判断した場合に自動ブライトネス／コントラスト調整を実施することを特徴とし、適正でないと判断した時にはノイズ除去フィルタを変更する例について説明する。
【００２３】
また、荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して画像を形成することを特徴とする荷電粒子線装置において、前記画像のノイズを除去することを目的とする画像処理フィルタを複数備え、さらに自動ブライトネス／コントラスト調整手段を備え、前記画像処理フィルタのうち一つを適用した後の画像ヒストグラムを算出するヒストグラム算出部を備え、画像処理フィルタが適正かどうか判定する判定部を備え、適正と判断した場合に自動ブライトネス／コントラスト調整を実施することを特徴とし、適正でないと判断した時には前記画像処理フィルタを変更する荷電粒子線装置について説明する。
【００２４】
また、荷電粒子線を試料に照射し、前記試料から発生する荷電粒子信号を検出して画像を形成することを特徴とする荷電粒子線装置において、前記画像の同一視野の画像を複数フレーム取得して積算する画像積算部を備え、さらに自動ブライトネス／コントラスト調整手段を備え、画像積算後の画像ヒストグラムを算出するヒストグラム算出部を備え、フレーム積算数が適正かどうか判定する判定部を備え、適正と判断した場合に自動ブライトネス／コントラスト調整を実施することを特徴とし、適正でないと判断した時にはフレーム積算数を変更する積算数変更手段を有する荷電粒子線装置について説明する。以下に説明する実施例では、ＡＢＣＣを行う前の画像信号を用いて、画像評価を行っているため、ＡＢＣＣによって画像状態が変化する前の信号に基づく適正な評価を行うことができる。
【００２５】
上述のように「前処理」が適正か否かの判断部を設けることによって、画像の状態によらず、ブライトネスコントラスト調整を正しく実施するための最適な前処理を実施することができ、その結果、画質の良い電子顕微鏡像（或いはイオン顕微鏡の場合は、イオン顕微鏡像）を安定して得ることができる。
【実施例１】
【００２６】
図１は、自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図である。電子顕微鏡鏡筒１０１には電子源１０２が配置されており、電子線１０３が取り出される。前記電子線１０３は試料１０４に照射され、前記試料１０４から信号電子１０５が発生する。検出器１０６は信号電子を検出し、電気信号へ変換する。前記電気信号はプリアンプ１０７にて増幅され振幅の大きな電気信号となる。
【００２７】
自動ブライトネス調整を実施する際、前記振幅の大きな電気信号は、ノイズ除去フィルタ１０８を通過し、ノイズが一定量除去された電気信号となる。その後、前記ノイズが一定量除去された電気信号はコントラストノイズ比計測部１０９により、コントラスト量とノイズ量が計測され、両者の比であるコントラストノイズ比（以下、ＣＮＲ：Contrast Noise Ratio）が得られる。その後判定部１１０にて、前記ＣＮＲはしきい値記憶部１１２にあらかじめ記憶されているＣＮＲしきい値と比較される。比較の結果、前記ＣＮＲが前記ＣＮＲしきい値よりも大きい場合、自動ブライトネス／コントラスト調整部１１１により、自動ブライトネス／コントラスト調整が実施される。前記ＣＮＲが前記ＣＮＲしきい値よりも小さい場合、ノイズ除去フィルタは不適であったとして自動ブライトネス／コントラスト調整は実施されず、フィルタ変更部１１３により、前記ノイズ除去フィルタ１０８が変更される。前記ノイズ除去フィルタ１０８を変更した後、再度ノイズ量を計測し、上記と同様の判定を行う。
【００２８】
上記において、ＣＮＲしきい値はあらかじめ記憶されているものとしたが、ユーザが必要に応じて変更しても良い。また、観察する試料に応じてユーザが変更しても良い。特に、半導体パターンの検査計測を行う荷電粒子線装置においては、観察するパターンは設計データ、ＣＡＤデータ、転写マスクデータ等の電子データとして装置に与えることができるため、これらのデータに基づきＣＮＲしきい値を設定することも可能である。
【００２９】
上記の流れをフロー図としたものを図２に示す。まず、ステップ１にてノイズ除去フィルタの初期化を行う。これは、複数備えられているノイズ除去フィルタの中から一つを選択する作業であり、装置オペレータがその都度指定しても良いし、あらかじめ決められていても良い。さらにまた、直前に取得した画像等の情報から、学習的に選択されるものでも良い。ノイズ除去フィルタが初期化されたら、ステップ２にて画像取得を行う。続いてステップ３にてＣＮＲの計測を行い、ステップ４にて計測されたＣＮＲとＣＮＲしきい値の比較・判定を実施する。判定の結果、ＣＮＲがＣＮＲしきい値よりも大きければ、ステップ５にて自動ブライトネス／コントラスト調整を実施する。判定の結果、ＣＮＲがＣＮＲしきい値よりも小さければ、ステップ６にてノイズ除去フィルタを変更し、ステップ２以降を繰り返す。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）は、コントラストノイズ比計測部１０９の具体的な形態を示している。前記振幅の大きな電気信号は、コントラストノイズ比計測部１０９に入力される。コントラストノイズ比計測部１０９において、前記振幅の大きな電気信号は、ローパスフィルタ３０１を通過し、ノイズのより少ない電気信号となる。続いて差分検出回路３０２にて、前記ノイズのより少ない電気信号と、ローパスフィルタを通過する前の前記振幅の大きな電気信号との差分が検出される。差分信号は、前記振幅の大きな電気信号に含まれるノイズ量になる。また、前記ノイズのより少ない電気信号は、ピーク・ボトム検出部３０３に送られ、信号の最大値と最小値が検出される。最大値と最小値の差は、前記振幅の大きな電気信号のコントラスト量になる。前記コントラスト量と前記ノイズ量は演算部３０４に送られ、割り算演算が施された結果、ＣＮＲが求められる。
【００３１】
図４は、フィルタ変更部１１３の実施形態の一例を示している。前記ＣＮＲ値が前記ＣＮＲしきい値よりも大きい場合、フィルタ変更部１１３がフィルタ変更を行う。ここでは、ノイズ除去フィルタ１０８として抵抗とコンデンサからなるＲＣローパスフィルタを例として挙げる。まず、フィルタ遮断周波数計算部４０１が、さらに低い遮断周波数を実現する抵抗値とコンデンサ容量を計算する。計算結果に従い、抵抗可変手段４０２及びコンデンサ可変手段４０３はノイズ除去フィルタを構成する可変抵抗器４０４と可変コンデンサ４０５の定数をそれぞれ変更する。ここで、抵抗可変手段４０２及びコンデンサ可変手段４０３は機械的に可変抵抗器や可変コンデンサのツマミを回転するモータであっても良いし、複数個の抵抗器やコンデンサを切り替える電気式リレーやスイッチングトランジスタであっても良い。また、フィルタはローパスフィルタがノイズ除去にとって好適であるが、上述のＲＣフィルタと異なるＬＣフィルタや、オペアンプを用いたアクティブフィルタでも良い。
【００３２】
図５（ａ）は、自動ブライトネス／コントラスト調整部１１２の具体的な形態について示すものである。前記ノイズが一定量除去された電気信号は、ピーク検出回路５０１とボトム検出回路５０２へ送られ、電気信号振幅の最大値を最小値が計測される。計測された最大値と最小値を中央演算部５０３へ送り、ゲイン制御信号生成回路５０４とバイアス制御信号生成回路５０５を適切に調節することで、自動ブライトネス／コントラスト調整を実現できる。
【００３３】
図５（ｂ）は、自動ブライトネス／コントラスト調整部１１２の別の具体的な形態について示すものである。前記ノイズが一定量除去された電気信号は、ＡＤ変換部５０６へ送られ、デジタル画像データに変換される。前記画像データはヒストグラム生成部５０７により輝度分布へと変換される。前記ヒストグラムはピーク検出部５０８とボトム検出部５０９へ送られ、輝度の最大値を最小値、あるいはそれらに準じた特徴量が算出される。算出された最大値と最小値を中央演算部５０３へ送り、ゲイン制御信号生成回路５０４とバイアス制御信号生成回路５０５を適切に調節することで、自動ブライトネス／コントラスト調整を実現できる。
【実施例２】
【００３４】
図６は、自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図である。図１と同じ部位については、同じ符号を用いる。電子顕微鏡鏡筒１０１には電子源１０２が配置されており、電子線１０３が取り出される。前記電子線１０３は試料１０４に照射され、前記試料１０４から信号電子１０５が発生する。検出器１０６は信号電子を検出し、電気信号へ変換する。前記電気信号はプリアンプ１０７にて増幅され振幅の大きな電気信号となる。電気信号はアナログデジタル変換器６０１に送られ、デジタル画像に変換される。
【００３５】
自動ブライトネス調整を実施する際、前記デジタル画像は、フレーム積算装置６０２にて積算処理を実施する。その結果ノイズが一定量除去された画像となる。その後、前記ノイズが一定量除去された画像に対し、ヒストグラム算出部６０３にて画像ヒストグラムが算出される。その後、判定部６０４にて、フレーム積算数が適正であるか否か判定される。判定に用いるしきい値は、しきい値記憶手段６０５に記憶されている。判定の結果、フレーム積算数が適正と判断した場合、自動ブライトネス／コントラスト調整手段６０６により、自動ブライトネス／コントラスト調整が実施される。判定の結果、フレーム積算数が不適と判断した場合、フレーム積算数が不十分であったとして自動ブライトネス／コントラスト調整は実施されず、フレーム積算装置６０２にて前記ノイズが一定量除去された画像にさらにフレーム積算を加える。前記フレーム積算装置６０２を再度通過した画像は、ヒストグラム算出部６０３へ送られ、上記と同様の判定を繰り返す。
【００３６】
上記の流れをフロー図としたものを図７に示す。まず、ステップ１にてフレーム積算数の初期値（Ｎ枚）を定める。定める方法として装置オペレータがその都度指定しても良いし、あらかじめ決められていても良い。さらにまた、直前に取得した画像等の情報から、学習的に選択されるものでも良い。フレーム積算数が初期化されたら、ステップ２にて画像取得を行う。続いてステップ３にてヒストグラムの算出を行い、ステップ４にてフレーム積算数の判定を実施する。判定の結果、フレーム積算数が適正であれば、ステップ５にて自動ブライトネス／コントラスト調整を実施する。判定の結果、フレーム積算数が不適であれば、ステップ６にてフレーム積算数を一定量（ｎ）増やし、ステップ２以降を繰り返す。
【００３７】
図８（ａ）は、判定部６０４の具体的な形態の一例を示している。前記ヒストグラム算出部６０３にて生成された画像ヒストグラムは、ピーク検出部８０１とボトム検出部８０２へ送られ、輝度の最大値を最小値、あるいはそれらに準じた特徴量が算出される。算出された最大値と最小値の差を幅と呼び、中央演算部８０３にてしきい値との大小関係が比較される。幅がしきい値より大きければフレーム積算数は不適と判定される。幅がしきい値より小さければ、フレーム積算数は適当と判定される。この方法は、フレーム積算数が不足していてノイズ量の多い画像はヒストグラムの幅が大きくなる事実を利用しているものである。
【００３８】
なお、ヒストグラムの幅を判定するしきい値はあらかじめ記憶されているものとしたが、ユーザが必要に応じて変更しても良い。また、観察する試料に応じてユーザが変更しても良い。特に、半導体パターンの検査計測を行う荷電粒子線装置においては、観察するパターンは設計データ、ＣＡＤデータ、転写マスクデータ等の電子データとして装置に与えることができるため、これらのデータに基づきしきい値を設定することも可能である。
【００３９】
図８（ｂ）は、判定部６０４の具体的な形態の別の例を示している。フレーム積差数Ｎ枚にて取得した画像に対し、前記ヒストグラム算出部６０３にて画像ヒストグラムを生成する。画像ヒストグラムはピーク検出部８０１とボトム検出部８０２へ送られ、輝度の最大値を最小値、あるいはそれらに準じた特徴量が算出される。算出された最大値と最小値の差を幅１と呼ぶ。さらに、フレーム積差数Ｎ＋１枚にて取得した画像に対し、同様の処理を行い、輝度の最大値を最小値、あるいはそれらに準じた特徴量が算出する。この最大値と最小値の差を幅２と呼ぶ。中央演算部８０３では、幅１と幅２の差の絶対値としきい値との大小関係が比較される。幅１と幅２の差の絶対値がしきい値より大きければフレーム積算数は不適と判定される。幅１と幅２の差の絶対値がしきい値より小さければ、フレーム積算数は適当と判定される。この方法は、ノイズ量の多い画像のヒストグラム幅は、積算数を増やすことで明確に減少するという事実を利用しているものである。
【００４０】
図９は、自動ブライトネス／コントラスト調整手段６０６の具体的な形態について示すものである。前記ノイズが一定量除去された画像は、ヒストグラム生成部９０１へ送られ、輝度分布へと変換される。前記ヒストグラムはピーク検出部９０２とボトム検出部９０３へ送られ、輝度の最大値を最小値、あるいはそれらに準じた特徴量が算出される。算出された最大値と最小値を中央演算部９０４へ送り、ゲイン制御信号生成回路９０５とバイアス制御信号生成回路９０６を適切に調節することで、自動ブライトネス／コントラスト調整を実現できる。
【実施例３】
【００４１】
図１０は、自動ブライトネス／コントラスト調整機能を備えた電子顕微鏡の一例を示す図である。図１及び図６と同じ部位については、同じ符号を用いる。電子顕微鏡鏡筒１０１には電子源１０２が配置されており、電子線１０３が取り出される。前記電子線１０３は試料１０４に照射され、前記試料１０４から信号電子１０５が発生する。検出器１０６は信号電子を検出し、電気信号へ変換する。前記電気信号はプリアンプ１０７にて増幅され振幅の大きな電気信号となる。電気信号はアナログデジタル変換器６０１に送られ、デジタル画像に変換される。本発明の効果は、自動ブライトネス／コントラスト調整を実施する際に最も顕著となる。自動ブライトネス調整を実施する際、前記デジタル画像は、画像処理フィルタ１００１にてノイズを一定量除去する。その後、前記ノイズが一定量除去された画像に対し、ヒストグラム算出部６０３にて画像ヒストグラムが算出される。その後、判定部６０４にて、画像処理フィルタが適正であるか否か判定される。
【００４２】
判定に用いるしきい値は、しきい値記憶手段６０５に記憶されている。判定の結果、画像処理フィルタが適正と判断した場合は、自動ブライトネス／コントラスト調整手段６０６により、自動ブライトネス／コントラスト調整が実施される。不適と判断した場合は、ノイズ除去が不十分であったとして自動ブライトネス／コントラスト調整は実施されず、フィルタ特性変更手段１００２により、前記画像処理フィルタ１００１が変更される。前記画像処理フィルタ１００１を変更した後、再度ノイズ量を計測し、上記と同様の判定を行う。画像処理フィルタ１００１としては、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタ等の平滑化フィルタを想定している。フィルタ特性変更手段１００２は、あらかじめ準備しておいた幾つかの画像処理フィルタの中から一つを選び画像へ適用させる作業を行う。例えばガウシアンフィルタの場合、フィルタに用いるガウス分布の広がりを変更することが一般的な形態である。
【００４３】
上記の流れをフロー図としたものを図１１に示す。まず、ステップ１にて画像処理フィルタの初期化を行う。これは、複数備えられている画像処理フィルタの中から一つを選択する作業であり、装置オペレータがその都度指定しても良いし、あらかじめ決められていても良い。さらにまた、直前に取得した画像等の情報から、学習的に選択されるものでも良い。
【００４４】
画像処理フィルタが初期化されたら、ステップ２にて画像取得を行う。続いてステップ３にてヒストグラムの算出を行い、ステップ４にて画像処理フィルタが適正であるか判定を実施する。判定の結果、フィルタが適正であれば、ステップ５にて自動ブライトネス／コントラスト調整を実施する。判定の結果、フィルタが不適であれば、ステップ６にて画像処理フィルタを変更し、ステップ２以降を繰り返す。画像処理フィルタの変更に当たっては、あらかじめ優先順位を定めておく。例えば、メディアンフィルタで不十分なら、ガウシアンフィルタを適用し、その次は３Ｘ３平滑化フィルタを使用するな、といった順序である。あるいはフィルタはガウシアンフィルタに限定し、初期のガウス分布広がりを定め、ステップ６を実施する度に広がりを大きくしていく、という方法も考えられる。判定部６０４の構成は図８（ａ）、（ｂ）に示したとおりである。
【実施例４】
【００４５】
本実施例では、ユーザが自動ブライトネス／コントラスト調整機能の設定を変更する機能を有する荷電粒子線装置を説明する。図１２は走査電子顕微鏡の一例を示す図、図１３は自動ブライトネス／コントラスト調整の条件を設定する設定ウィンドウを備えたＧＵＩ画面の一例を示す図である。図１２に例示する走査電子顕微鏡は、図１に例示した構成に加え、中央制御部１２０１及び表示画面１２０２と入力手段１２０３を備えている。前記入力手段１２０３はキーボード、タッチパネル、マウスなどであり、前記中央制御部１２０１に対してユーザは指示を出すことができる。ユーザが自動ブライトネス／コントラスト調整機能の設定を変更する際、前記表示画面１２０２には図１３のような選択ウィンドウが表示される。選択ウィンドウでは、どのような前処理を実行してから自動ブライトネス／コントラスト調整を実施するかについてユーザが指定できる。いずれかの選択を行った場合の自動ブライトネス／コントラスト調整のフローを図１４に示す。
【００４６】
ステップ０にて「高速調整」を選択した場合、ステップ１Ａにてノイズ除去フィルタ１０８の遮断周波数はあらかじめ設定された初期値に固定される。その後ＣＮＲ計測を実施せずにステップ５の自動ブライトネス／コントラスト調整機能が実施される。この場合、観察試料に応じた前処理の最適化は実施されないが、前処理時間を最短時間で実施することができるため、観察に要する時間を短縮することができる。
【００４７】
ステップ０にて「高コントラスト調整」を選択した場合、ステップ１Ｂにてノイズ除去フィルタ１０８の遮断周波数はあらかじめ設定された初期値に固定される。その後図２のフロー図と同様に前処理を最適化して自動ブライトネス／コントラスト調整機能を行う。この場合、第一の実施の形態と同一の効果が得られ、高コントラストな画像を得ることができる。
【００４８】
ステップ０にて「自動」を選択した場合、ノイズ除去フィルタ１０８の遮断周波数を初期値Ｆｉとし、さらにＦminを下限値とする。この遮断周波数ＦｉとＦminは、計測された密度の関数として算出しても良いし、計測された密度に応じて遮断周波数を割り当てるテーブルから求めても良い。ステップ１Ｃにてノイズ除去フィルタの遮断周波数をＦｉに設定する。ステップ２Ｃで画像取得を行い、ステップ３ＣにてＣＮＲ計測を実施する。ステップ４ＣでＣＮＲの判定を行うが、［ＣＮＲ＞ＣＮＲしきい値］の判定あるいは［遮断周波数＜Ｆmin］の判定のどちらかで真であれば自動調整を実施する．この判定式により、遮断周波数の下限値が設定され、ステップ２、３、４、６のループは有限回で必ず終了する。従って調整時間の長時間化を防ぎつつ「高速調整」が設定された時よりも高コントラストな画像が得られる。
【００４９】
ステップ０にて「ユーザ指定」を選択した場合、ユーザはテキストボックスに任意の遮断周波数を入力する。入力された遮断周波数をもつノイズ除去フィルタをステップ１Ｄで設定し、その後ＣＮＲ計測を実施せずにステップ５の自動ブライトネス／コントラスト調整機能が実施される。
【００５０】
ユーザによる設定で高速調整と高コントラスト調整を選択させる形態は、上述した第二の実施の形態に基づく荷電粒子線装置および第三の実施の形態に基づく荷電粒子線装置においても、同様に適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  電子顕微鏡鏡筒
１０２  電子源
１０３  電子線
１０４  試料
１０５  信号電子
１０６  検出器
１０７  プリアンプ
１０８  ノイズ除去フィルタ
１０９  コントラストノイズ比計測部
１１０  判定部
１１１  自動ブライトネス／コントラスト調整部
１１２  しきい値記憶部
１１３  フィルタ変更部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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