(57)【要約】【課題】装置のスループットを落とさずに、試料からの二次粒子の検出信号成分とフォトマルの暗電流ノイズ成分とを弁別する最適しきい値を検出し、高Ｓ／Ｎ状態を維持する荷電粒子線装置及びその応用装置を提供する。【解決手段】ラスタースキャン方式により試料面上を一次電子ビーム１６で走査して観察画像を取得する際における、ライン走査と次のライン走査の間の、ブランキング電極１７によって試料面上への一次電子ビーム１６の照射がカットされるブランキング時間を利用して、検出器２２のフォトマル出力における暗電流ノイズの波高値データを収集し、暗電流ノイズの波高値に対する発生頻度分布を表すヒストグラムの導出を行う。この結果より、最適なしきい値Ｈを導出し、最適なしきい値Ｈを更新し続けることで、常に高Ｓ／Ｎで信号を検出し、高Ｓ／Ｎな画像表示を行う。【選択図】図２
2015032392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子発生源で発生させた荷電粒子ビームを試料室内の試料ステージに載置された試料に照射することによって当該試料から発生する二次粒子を検出する検出器と、
荷電粒子ビームを偏向して荷電粒子ビームの照射位置を移動させる偏向器と、
試料面上の予め設定した観察範囲で前記偏向器により荷電粒子ビームの照射位置を二次元走査した際に、前記検出器から出力される当該検出器の暗電流ノイズパルス及び二次粒子の検出信号分パルスを含む検出信号から、予め設定されている波高しきい値に基づいて、暗電流ノイズパルスを取り除いた二次粒子の検出信号分パルスからなる検出信号を取り出す信号処理部と、
該信号処理部によって取り出された二次粒子の検出信号分パルスからなる検出信号に基づいて観察範囲の観察画像を生成する画像生成部と、
前記試料室内での試料のローディング中、若しくは観察範囲の二次元走査のライン走査の帰線期間中を含む、荷電粒子ビームが前記偏向器によって試料に照射されていない期間に、前記検出器から出力される検出信号を暗電流ノイズパルスのパルス波高分布のヒストグラムデータとして取得して蓄積するヒストグラムデータ取得記憶部と、
該ヒストグラムデータ取得記憶部に蓄積された暗電流ノイズパルスのパルス波高分布のヒストグラムデータに基づいて、前記信号処理部で用いられる波高しきい値を決定し、更新設定する波高しきい値決定部と
を備え、
前記波高しきい値決定部は、一連の試料観察中に少なくとも複数以上発生する所定のタイミングで波高しきい値を決定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記波高しきい値決定部による前記信号処理部で用いられる波高しきい値の更新設定に係り、当該決定した波高しきい値と、当該決定した波高しきい値で更新される波高しきい値とを比較し、所定値以上の差がある場合は、前記波高しきい値決定部による当該決定した波高しきい値の更新設定を中止させ、前記検出器の検出器駆動電圧を当該波高しきい値の差に基づいて調整する制御部
がさらに備えられていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
荷電粒子発生源で発生させた荷電粒子ビームを試料室内の試料ステージに載置された試料に照射することによって当該試料から発生する二次粒子を検出する検出器と、
前記試料ステージに設けられ、荷電粒子ビームが照射されたときの前記検出器から出力される検出信号が既知の標準試料と、
荷電粒子ビームを偏向して荷電粒子ビームの照射位置を移動させる偏向器と、
試料面上の予め設定した観察範囲で前記偏向器により荷電粒子ビームの照射位置を二次元走査した際に、前記検出器から出力される当該検出器の暗電流ノイズパルス及び二次粒子の検出信号分パルスを含む検出信号から、予め設定されている波高しきい値に基づいて、暗電流ノイズパルスを取り除いた二次粒子の検出信号分パルスからなる検出信号を取り出す信号処理部と、
該信号処理部によって取り出された二次粒子の検出信号分パルスからなる検出信号に基づいて観察範囲の観察画像を生成する画像生成部と、
試料交換時を含む観察休止期間中に、前記標準試料の試料面上を前記偏向器によって荷電粒子ビームで二次元走査させ、前記検出器から出力される前記標準試料の検出信号を前記標準試料の測定パルス波高分布のヒストグラムデータとして取得して記憶するヒストグラムデータ取得記憶部と、
該ヒストグラムデータ取得記憶部に記憶された前記標準試料の測定パルス波高分布のヒストグラムデータと前記標準試料の既知の検出信号とに基づいて、前記信号処理部で用いられる波高しきい値を決定し、更新設定する波高しきい値決定部と
を備えてい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、Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）の向上及びスループットの安定化をはかった荷電粒子線装置及びその応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置及びその応用装置の例として、走査型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、集束イオンビーム加工観察装置、等が挙げられる。
【０００３】
例えば、走査型電子顕微鏡では、電子銃で発生させた電子線（電子ビーム）を、電磁レンズ等でステージ上に配置された試料の試料面上の一点に絞って照射し、その照射点（電子線の照射位置）を偏向器により試料面上で二次元走査することで、試料表面及び試料内部の情報を持った二次電子或いは反射電子といった放出電子を照射点毎に発生させる。そして、この照射点毎に発生する放出電子を検出器で検出し、Ａ／Ｄ変換した後に画像化することにより、試料の表面形状等を二次元観察できるようになっている。また、走査型イオン顕微鏡では、イオン銃部で発生させたイオン線（イオンビーム）を、静電レンズ等でステージ上に配置された試料面上の一点に絞って照射し、その照射点を偏向器により試料面上で二次元走査することで、試料表面及び試料内部の情報を持った放出電子又は放出イオンを照射点毎に発生させる。そして、この照射点毎に発生する放出電子又は放出イオンを検出器で検出することにより、走査型電子顕微鏡の場合と同様にして、試料の表面形状等を二次元観察できるようになっている。
【０００４】
このような荷電粒子線装置では、放出電子又は放出イオンといった二次粒子の高速かつ高感度な検出を目的として、検出器には、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせた構成が採用されている（以下では、光電子増倍管のことをフォトマル(フォトマルチプライヤー: ＰＭＴ，Photomultiplier Tube)とも称する）。検出器は、二次粒子の衝突によりシンチレータが発する非常に微弱な光を、検出可能な電気信号としてフォトマルが取り出せる構成になっている。また、このような荷電粒子線装置では、この検出器の出力信号をＡ／Ｄ変換したデータに対して、信号処理として、適切なオフセット加算演算、ゲイン乗算演算を行うことによって、明瞭な観察画像を生成することができるようになっている。
【０００５】
ところで、このような荷電粒子線装置では、試料観察時における電子線又はイオン線といった荷電粒子線の試料面上での二次元走査に、通常、ラスタースキャン方式が採用されている。
【０００６】
図１２は、ラスタースキャン方式による試料面上での荷電粒子線の二次元走査を模式的に示した図である。
【０００７】
ラスタースキャン方式では、図示のように、荷電粒子線の照射点を試料面上における観察範囲のｘ軸方向の開始点から終了点まで移動させるように、荷電粒子線をｘ軸方向に一次元走査する。そして、この荷電粒子線による１ライン分の走査を終えたならば、不要な荷電粒子線が試料に照射されるのを防ぐ目的で、例えばブランキング偏向器等によって試料面上への荷電粒子線の照射を一時的にカットした上で、ｘ軸方向は開始点のまま、ｙ軸方向は前回走査したｙ軸方向の開始点から１ライン分ずらした点に照射点に移し、再び、ｘ軸方向の開始点から終了点までの荷電粒子線による１ライン分の走査を開始する。その後、試料面上のｙ軸方向に沿って観察範囲に対応するライン数分だけ、同様な荷電粒子線の１ライン分走査を繰り返して行い、二次元のスキャン画像からなる観察画像を作り出している。
【０００８】
ところで、このような荷電粒子線装置又はその応用装置では、検出器の検出信号にノイズが重畳されていると、試料の微細な形状や欠陥を観察するために生成した観察画像が劣化する。そして、この検出器の検出信号に重畳するノイズの原因の一つとして、シンチレータからの非常に微弱な光を検出可能な電気信号に変換して取り出すため、検出器に用いられているフォトマルの暗電流ノイズが挙げられる。この場合、検出器の検出信号は、フォトマルの出力電流を電流若しくは電圧信号で取り出して、二次粒子の検出が出力パルスとして現れるフォトマル出力であり、フォトマルの暗電流ノイズは、シンチレータから光が入射していない状態でもこのフォトマル出力に現れる暗電流パルスノイズのことを指す。
【０００９】
そこで、従来は、特許文献１に記載されているように、シンチレータに放出電子が衝突していない、すなわちフォトマルにシンチレータから光が入射していない無光時のフォトマル出力に現れる暗電流パルスノイズの波高値をしきい値として、試料からの放出電子の検出信号の取り出し時には、このしきい値以上の波高値をもつフォトマル出力の出力パルスのみを検出信号として取り出し、検出器の検出信号において放出電子の検出信号分とフォトマルの暗電流ノイズ分の弁別を行うことが有効であると考えられていた。
【００１０】
すなわち、試料画像として取得した観察画像からフォトマルの暗電流ノイズを除去するためには、検出器の検出信号であるフォトマル出力から試料からの二次粒子の検出信号を取り出す際に、フォトマルの暗電流ノイズ分と、シンチレータからの光の入射に基づいた試料からの二次粒子の検出信号分とを分離するための適切なしきい値を導出しておき、フォトマル出力においてはそのしきい値よりも小さい波高値の出力パルスをカットし、しきい値以上の波高値の出力パルスからなるフォトマル出力を、荷電粒子線の照射によって試料から放出された二次粒子の検出信号として取り出し、この取り出した検出信号を基に観察画像を画像化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２７５１０２号公報
【特許文献２】特開平０８−１４５８８９号公報
【特許文献３】特開平０７−２８６９５９号公報
【特許文献４】特開２０１０−０２８６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、フォトマルの暗電流ノイズの特徴として、発生頻度は非常に少ないものの、その暗電流パルスノイズの波高値は、シンチレータに僅かな数の二次粒子しか衝突しない微弱光検出状態のフォトマル出力における出力パルスの波高値と比較してみても、比較的大きいということがある。
【００１３】
このように、フォトマルの暗電流ノイズは、発生頻度こそ少ないが、比較的、高波高値の暗電流パルスノイズとして出力されることもある。そのため、荷電粒子線の照射により試料から放出される二次粒子の検出信号を検出器のフォトマル出力で取り出す際に、試料からの二次粒子の検出信号分とフォトマルの暗電流ノイズ分とを分離するためのしきい値を、フォトマルの暗電流パルスノイズの波高値のみを観測して安易に設定してしまうと、検出器の検出信号であるフォトマル出力から、試料からの二次粒子の検出信号分に該当するフォトマル出力まで大幅にカットすることにもなりかねず、荷電粒子線の照射によって試料から放出された二次粒子の検出信号を過剰に除去してしまう可能性があった。
【００１４】
そのため、試料からの二次粒子の検出信号を最適なＳ／Ｎ状態で提供し得るためのしきい値は、より数多くのフォトマルの暗電流ノイズの波高値を測定し、それらの発生頻度から統計的に割り出す必要があった。
【００１５】
また、フォトマルの暗電流ノイズは、周辺温度の変化等によって刻々と変化するため、最適しきい値を、フォトマルの暗電流ノイズの変化に伴い頻繁に導出する必要がある。そのため、荷電粒子線装置やその応用装置のスループットを落とさずに、フォトマル出力に暗電流ノイズとして現れる、より数多くの暗電流パルスノイズの波高値を測定し、最適しきい値を導出するタイミングを提供することも望まれていた。
【００１６】
そこで、本発明は、装置のスループットを落とさずに、試料からの二次粒子の検出信号分とフォトマルの暗電流ノイズ分とを弁別する最適しきい値を検出し、試料からの二次粒子の検出信号を高Ｓ／Ｎな検出状態に維持することができる荷電粒子線装置及びその応用装置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】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線装置又はその応用装置では、まず、
1)  荷電粒子線をラスタースキャン方式により試料上で走査して観察画像を画像表示する際、例えばライン走査と次のライン走査との間等に、ブランキング偏向器によって試料上への荷電粒子線の照射がカットされる時間（これを、ブランキング時間と称する）がある、
2)  このブランキング時間の間は、検出器では、シンチレータに試料からの二次粒子が衝突することが無く、シンチレータからの光がフォトマルに入射されないことから、検出器からは検出信号として暗電流ノイズ分のフォトマル出力（暗電流パルスノイズ）しか出力されない、
ことに着目した。
【００１８】
そこで、本発明に係る荷電粒子線装置又はその応用装置では、このブランキング時間を利用して、フォトマル出力に暗電流ノイズとして現れる、より数多くの暗電流パルスノイズの波高値を数多く収集し、これら収集した暗電流ノイズ分のフォトマル出力に係る波高値毎の暗電流パルスノイズの発生頻度分布を表すパルス波高分布のヒストグラムの導出を行う構成とした。
【００１９】
そして、このパルス波高分布のヒストグラムに表れた、フォトマル出力にフォトマルの暗電流ノイズとして現れた暗電流パルスノイズの波高値毎の発生頻度を基に、試料からの二次粒子がシンチレータに衝突する試料観察時のフォトマル出力に係り、試料からの二次粒子の検出信号分とフォトマルの暗電流ノイズ分とを弁別する最適しきい値を導出し、常時、最適なしきい値を更新し続ける構成とした。
【００２０】
これにより、試料からの二次粒子の検出信号を常に高Ｓ／Ｎな信号状態で検出し、高Ｓ／Ｎな試料画像の取得を可能にした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、装置のスループットを落とさずに、フォトマルが出力する検出信号分とノイズ分とを弁別する最適しきい値を検出し、試料からの二次粒子の検出信号を高Ｓ／Ｎな検出状態に維持する荷電粒子線装置とその応用装置を提供することができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。
【図２】図１に示した画像処理部の機能構成図である。
【図３】検出器の検出信号波形、すなわち検出器のフォトマル出力の出力波形を示した図である。
【図４】検出器の検出信号であるフォトマル出力に係り、各出力パルスのパルス波高分布を示したヒストグラムである。
【図５】暗電流ノイズの発生頻度しきい値の導出方法の説明図である。
【図６】走査型電子顕微鏡において試料観察時に実行される最適しきい値導出処理の第１の実施例のフローチャートである。
【図７】検出器の検出信号であるフォトマル出力に係り、暗電流ノイズのヒストグラムの変化についての説明図である。
【図８】図２に示した画像処理部において、フォトマル電源電圧の上昇前・後のそれぞれフォトマル出力における、各出力パルスのパルス波高分布を示したヒストグラムの変化を示した図である。
【図９】走査型電子顕微鏡において試料観察時に実行される最適しきい値導出処理の第２の実施例のフローチャートである。
【図１０】キャリブレーションにて使用する標準試料の概略図である。
【図１１】走査型電子顕微鏡において実施されるキャリブレーションのフローチャートである。
【図１２】ラスタースキャン方式による試料面上での荷電粒子線の二次元走査を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る荷電粒子線装置又はその応用装置について、本発明を走査型電子顕微鏡に適用した場合の実施の形態を例に、以下、図面に基づき説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡１は、電子光学鏡筒２と、試料室３とを備えた顕微鏡本体１ａを有する。
【００２５】
電子光学鏡筒２は、その内部が真空に保たれ、電子銃１４、引出し電極１５、ブランキング電極（ブランキング偏向器）１７、絞り１８、偏向電極（走査偏向器）１９、焦点コイル２０、動焦点コイル２１、検出器２２、Ｅ×Ｂ偏向器２３等が備えられている。
【００２６】
電子銃１４は、一次電子ビーム（一次電子線）１６を生成する。引出し電極１５は、電子銃１４で生成された一次電子ビーム１６を引出す。偏向電極１９は、一次電子ビーム１６の照射位置を試料面上で走査するため、絞り１８を通過してくる一次電子ビーム１６の進行方向をその光軸方向に対して偏向する。焦点コイル２０及び動焦点コイル２１は、絞り１８を通過してくる一次電子ビーム１６を細く絞り、偏向電極１９による偏向に応じて、試料室内に配置された試料面上の観察範囲（走査範囲）内の一点に絞って一次電子ビーム１６が照射されるように、一次電子ビーム１６を収束する。ブランキング電極１７は、例えば偏向電極１９によって観察範囲を一次電子ビーム１６で二次元走査する際の帰線期間等、一次電子ビーム１６が試料面上に不要に照射されないように、一次電子ビーム１６を大きく偏向させて絞り１８を通過できなくし、試料面上への一次電子ビーム１６の照射を遮断する。
【００２７】
Ｅ×Ｂ偏向器２３は、一次電子ビーム１６の照射によって試料２４から発生する二次電子又は反射電子等の放出電子を加速及び偏向して、二次粒子ビームとして検出器２２に導く。検出器２２は、Ｅ×Ｂ偏向器２３を介して二次粒子ビームとして導かれた放出電子を検出して検出信号を出力する。検出器２２は、検出信号に一次電子ビーム１６の照射に基づく試料２４からの放出電子の発生状況を反映させるため、シンチレータと光電子増倍管（フォトマル）とを有した構成となっている。検出器２２は、衝突した放出電子に応じてシンチレータで光子を生じさせ、シンチレータで生じた光子を光電子増倍管で電子に変換して増倍（増幅）し、検出可能な電気信号として取り出す構成になっている。
【００２８】
一方、試料室３は、その内部は真空に保たれ、試料２４の搬入及び搬出が可能な構成になっている。試料室３は、試料ステージ２５、試料台３５等を有する。
【００２９】
試料ステージ２５は、観察対象の試料２４が載置される載置面を備える。試料台３５には、試料ステージ２５を試料台３５に対して移動自在に支持するステージ移動機構が備えれている。ステージ移動機構は、例えば、一次電子ビーム１６の光軸方向に対する垂直面（水平面）内の二次元方向に沿って、試料ステージ２５を移動自在に支持する。ステージ移動機構により、試料ステージ２５は、試料室３内で、その載置面を水平に保ちながら、二次元方向（ｘ軸方向，ｙ軸方向）に移動可能になっている。
【００３０】
そして、電子光学鏡筒２及び試料室３の各部は、顕微鏡本体１ａの制御系を形成する各部によって次のように作動制御される。
【００３１】
電子光学制御部８は、一次電子ビーム１６として電子銃１４から放出される電子のエネルギーや、焦点コイル２０のレンズ強度並びに絞り１８の絞り量を、これら各部にそれぞれ制御信号を供給して制御する。
【００３２】
試料ステージ制御部１２は、試料ステージ２５をその載置面を水平に保ちながら試料室３内で所定位置に位置させるため、ステージ移動機構にｘ軸方向，ｙ軸方向それぞれの移動方向及び移動量に対応した制御信号を供給して、ステージ移動機構に備えられた移動アクチュエータの駆動を制御する。また、試料ステージ制御部１２は、試料ステージ２５の移動に伴う、ｘ軸方向，ｙ軸方向それぞれの試料ステージ２５の移動位置の計測を行って、ステージ座標系上における試料ステージ２５の位置を計測する。
【００３３】
偏向制御部１０は、偏向電極１９による一次電子ビーム１６の走査偏向、ブランキング電極（ブランキング偏向器）１７によるブランキング偏向、動焦点コイル２１による一次電子ビーム１６の焦点補正を、これら各部にそれぞれ制御信号を供給して制御する。
【００３４】
画像処理部９は、検出器２２のフォトマルにフォトマル電源電圧を供給するフォトマル電源１１に制御信号を供給して、フォトマルゲインを制御する。また、画像処理部９は、試料ステージ制御部１２による試料ステージ２５の移動に基づく一次電子ビーム１６の試料上での照射点の相対移動によって試料面上における一次電子ビーム１６の走査範囲の画像を得るステージシフトによる観察時、又は偏向制御部１０による一次電子ビーム１６の偏向に基づく一次電子ビーム１６の試料上での照射点の直接移動によって試料面上における一次電子ビーム１６の走査範囲の画像を得るビームシフトによる観察時に、一次電子ビーム１６の走査範囲内での照射点の移動に同期して検出器２２から検出信号を取り込んで、走査範囲に対応した試料面上の観察画像を生成する。
【００３５】
そして、これら各制御部８，９，１０，１２は、例えばバス７を介して相互に、並びに上位制御ＣＰＵ５と接続されている。これにより、各制御部は、他の制御部間及び上位制御ＣＰＵ５との間でデータや制御指示の授受を行い得るようになっている。
【００３６】
また、これらの中、画像処理部９及び試料ステージ制御部１２、並びに上位制御ＣＰＵ５は、さらにＬＡＮ（Local Area Network）６を介してシステム制御ＣＰＵ４Ａ，画像表示部４Ｂとも接続され、これらの相互間で、優先的な制御のためのデータや制御指示の授受を行い得るようになっている。
【００３７】
走査型電子顕微鏡１では、例えば、一次電子ビーム１６で試料面上を二次元走査している場合における帰線時や、試料の搬入若しくは観察箇所の変更等のための試料室３内における試料２４のローディング時は、試料面上に不要な一次電子ビーム１６が照射されないように、一次電子ビーム１６はブランキング電極１７を用いてブランキング偏光されるようになっている。そして、このような一次電子ビーム１６が試料２４に照射されていない期間は、検出器２２のシンチレータに試料２４からの放出電子が衝突しない、すなわち検出器２２においてはシンチレータからの光子がフォトマルに入射していない無光状態と等価と見なせるため、フォトマルの暗電流ノイズを測定するには最適である。
【００３８】
そこで、走査型電子顕微鏡１では、このような一次電子ビーム１６が試料２４に照射されていない期間を使用して、検出器２２の検出信号としてのフォトマル出力に係り、フォトマルの暗電流ノイズ分のパルス波高分布のヒストグラムデータを測定することにより、試料観察時において高Ｓ／Ｎな試料画像の取得を実現し得る最適しきい値Ｈｈを導出し、試料観察時には、その最適しきい値以上の波高値を有する検出信号（フォトマル出力のパルス出力）のみを用いて観察画像を画像化することで、高Ｓ／Ｎな試料画像（観察画像）を取得、表示できるようになっている。
【００３９】
そのため、本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡１では、画像処理部９は、図２に示すようなデジタル信号処理部１３を有する構成になっている。なお、図２中では、既に図１で説明した構成部については、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４０】
図２は、図１に示した画像処理部の機能構成図である。
画像処理部９は、可変増幅アンプ２６、Ａ／Ｄ変換部２７、デジタル信号処理部１３を有する構成になっている。さらに、デジタル信号処理部１３は、信号処理部３１、画像生成部３２、セレクタ２８、頻度計測メモリ３０、しきい値メモリ３３、制御部２９を含む構成になっている。
【００４１】
検出器２２のフォトマルには、フォトマル電源１１からフォトマル電源電圧が供給される。フォトマル電源１１には、画像処理部９からフォトマルゲイン調整電圧信号が供給される。フォトマルゲイン調整電圧信号は、例えば電圧信号からなるアナログ制御信号である。フォトマル電源１１は、画像処理部９からのフォトマルゲイン調整電圧信号に応じて、検出器２２のフォトマルに供給するフォトマル電源電圧を調整し、検出器２２の検出信号出力であるフォトマル出力のゲインを調整する。
【００４２】
可変増幅アンプ２６には、検出器２２から検出信号としてのフォトマル出力が供給され、デジタル信号処理部１３の制御部２９からはアンプゲイン調整電圧信号が供給される。アンプゲイン調整電圧信号は、例えば電圧信号からなるアナログ制御信号である。可変増幅アンプ２６は、デジタル信号処理部１３から供給されるアンプゲイン調整電圧信号に応じて、検出器２２からの検出信号としてのフォトマル出力を増幅する。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換部２７は、可変増幅アンプ２６を介して増幅された、検出器２２からの検出信号としてのフォトマル出力をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換されたフォトマル出力は、検出器２２からの検出信号として、デジタル信号処理部１３のセレクタ２８に供給される。
【００４４】
デジタル信号処理部１３は、検出器２２からの検出信号を基に、試料観察時における一次電子ビーム１６の走査領域に対応した試料面上の箇所を画像化したり、試料観察時において高Ｓ／Ｎな試料画像を実現し得る最適しきい値Ｈｈを導出したりする。
【００４５】
セレクタ２８は、可変増幅アンプ２６で増幅されてＡ／Ｄ変換部２７でデジタル変換された、検出器２２からの検出信号としてのフォトマル出力を、試料面上の観察範囲での一次電子ビーム１６の照射点の走査と同期を取りながら逐次取り込み、画像化処理を行う場合又は最適しきい値導出処理を行う場合に応じて、その転送先を選択切り換えする。画像化処理を行う場合は、セレクタ２８は、取り込んだ検出器２２からの検出信号としてのフォトマル出力を、信号処理部３１側に転送する。一方、最適しきい値導出処理を行う場合は、セレクタ２８は、取り込んだ検出器２２からの検出信号としてのフォトマル出力を、頻度計測メモリ３０側に転送する。
【００４６】
信号処理部３１は、画像化処理を行うため、セレクタ２８から検出信号としてのフォトマル出力が転送される毎に、検出信号からノイズ分をカットするために、フォトマル出力において、しきい値メモリ３３が保持するしきい値以下の出力パルスの波高値のみを“０”値化する。信号処理部３１は、その後、しきい値以下のフォトマル出力の出力パルスが“０”値化され、ノイズ分がカットされた検出信号のフォトマル出力に、デジタルフィルタ等の従来通りの信号処理を施してから、画像生成部３２に転送する。
【００４７】
画像生成部３２は、画像化処理を行うため、信号処理部３１から転送される、ノイズ分がカットされた検出信号のフォトマル出力に、従来通りの画像データ生成のためのデータ変換処理を施して画像データに変換し、バス７を介して上位制御ＣＰＵ５や、ＬＡＮ６を介してシステム制御ＣＰＵ４Ａ，画像表示部４Ｂに供給する。
【００４８】
頻度計測メモリ３０では、最適しきい値導出処理を行うため、セレクタ２８から検出信号としてのフォトマル出力が転送される毎に、転送された検出信号としてのフォトマル出力が蓄積記憶される。これにより、フォトマル出力の波高値毎の出力パルスが何回取得できたかを、ヒストグラムデータとして蓄積記憶されたフォトマル出力の出力パルスそれぞれの波高値を含むデータによって記録しておくことができる。したがって、頻度計測メモリ３０とバス７を介して接続された上位制御ＣＰＵ５は、この頻度計測メモリ３０から蓄積記憶された検出信号としてのフォトマル出力を引き出すことによって、検出器２２から検出信号として出力されたフォトマル出力における出力パルスのパルス波高分布のヒストグラムを容易に取得することができる。
【００４９】
制御部２９は、バス７を介して上位制御ＣＰＵ５や、ＬＡＮ６を介してシステム制御ＣＰＵ４Ａと接続され、これら上位制御ＣＰＵ５又はシステム制御ＣＰＵ４Ａによる制御下で、画像化処理及び最適しきい値導出処理を行うに当たり、フォトマル電源１１、可変増幅アンプ２６や、デジタル信号処理部１３内の他の各部を制御する。
【００５０】
ここで、図３により、上記のように構成された検出器２２の検出信号であるフォトマル出力について説明しておく。
【００５１】
図３は、検出器の検出信号波形、すなわち検出器のフォトマル出力の出力波形を示した図である。
図３（Ａ）は、フォトマルに単位時間当たりに入射する光子が非常に少ない微光検出状態、すなわち検出器２２のシンチレータに衝突する放出電子が非常に少ない状態のフォトマル出力を、図３（Ｂ）は、フォトマルに単位時間当たりに入射する光子が多い状態、すなわち検出器２２のシンチレータに衝突する放出電子が多い状態のフォトマル出力を、それぞれ電圧（出力パルスの波高値の大きさ、すなわちエネルギー）と時間との特性から表したものである。
【００５２】
図３（Ａ）に示すように、フォトマルに入射する光子が非常に少ない微光検出状態では、図中、フォトマル出力におけるそれぞれ矢示した各出力パルスのピークは、時間的間隔が長く空き、検出器２２からの検出信号は、離散的なパルス信号出力状態となる。
【００５３】
これに対し、図３（Ｂ）に示すように、フォトマルに入射する光子が多い状態では、各出力パルスのピーク同士の間隔が狭く、各出力パルスは互いに重なり合って、検出器２２からの検出信号は、フォトマル出力の出力パルスが重畳してアナログ的な信号出力状態となる。
【００５４】
したがって、このような検出器２２のフォトマル出力にあっては、試料観察で高Ｓ／Ｎな試料画像を取得するためには、検出器２２からのフォトマル出力を用いた画像処理部９の画像化処理で、デジタル信号処理部１３の信号処理部３１によって検出器２２の検出信号からフォトマルの暗電流ノイズ分をカットする際に用いられるしきい値Ｈの設定が、非常に重要になる。
【００５５】
図４は、検出器の検出信号であるフォトマル出力に係り、各出力パルスのパルス波高分布を示したヒストグラムである。
【００５６】
図４に示したヒストグラムは、試料面上における観察範囲のフレーム画像からなる試料画像を得るために、当該観察範囲を走査範囲として図１２に示したラスタースキャン方式で一次電子ビーム１６を走査した際の、検出器２２から検出信号として出力されたフォトマル出力を基に作成されたものである。図示の例で、ヒストグラムは、グラフ横軸をフォトマル出力の出力パルスの波高値（図３に示した出力パルスのピーク）に、グラフ縦軸を出力パルスの頻度にして表されている。
【００５７】
図４において、曲線Ｇ１は、フォトマル出力から、一次電子ビーム１６を照射した試料２４からの放出電子に基づく検出信号分の出力パルスだけを取り出した場合の、パルス波高分布を示したヒストグラム曲線に該当する。ヒストグラム曲線Ｇ１は、試料からの放出電子に基づく検出信号分だけを測定した場合に該当し、一般的にはポアソン分布に近い形状になる。
【００５８】
また、曲線Ｇ２は、フォトマル出力から、フォトマルの暗電流ノイズ分だけの出力パルスを取り出した場合の、パルス波高分布を示したヒストグラム曲線に該当する。ヒストグラム曲線Ｇ２は、フォトマルの暗電流ノイズ分だけの出力パルスを測定した場合に該当し、波高値が低い領域において波高値が低くなるにつれて頻度が急激に増加する傾向を有する。
【００５９】
また、曲線Ｇ３は、フォトマル出力から、試料２４からの放出電子に基づく検出信号分だけを取り出した場合のヒストグラム曲線Ｇ１と、フォトマルの暗電流ノイズ分だけを取り出した場合のヒストグラム曲線Ｇ２とを、波高値を対応させてそれぞれの頻度を加算した場合のヒストグラム曲線に該当する。ヒストグラム曲線Ｇ３は、観察範囲での一次電子ビーム１６のライン走査時に、検出器２２から検出信号として実際に出力されるフォトマル出力の出力パルスを測定した場合に該当し、極小値を有する形状になる。
【００６０】
ここで、しきい値Ｈとして、仮に、曲線Ｇ１，Ｇ２の頻度を加算した曲線Ｇ３が一旦極小となる波高値Ｈ１を設定してみる。
【００６１】
この場合、曲線Ｇ３の、波高値Ｈ１よりも小さい波高値Ｈで現れるフォトマル出力の出力パルスの大部分が、フォトマルの暗電流ノイズに起因した暗電流パルスノイズの頻度分布になる。反対に、曲線Ｇ３の、波高値Ｈ１以上の波高値Ｈで現れるフォトマル出力の出力パルスの大部分が、試料２４からの放出電子の検出信号分だけに起因した出力パルスの頻度分布になる。
【００６２】
そこで、波高値Ｈ１を画像処理部９の信号処理部３１で用いるしきい値Ｈに設定し、波高値がＨ１よりも小さいフォトマル出力の出力パルスをカットすることができれば、その残りの出力パルスは、ヒストグラム曲線Ｇ１で表される検出信号分だけを測定した場合のフォトマル出力に該当する。これにより、試料２４からの放出電子の検出信号分の損失を最小にしながら、フォトマルの暗電流ノイズ分を大幅にカットした検出信号を信号処理部３１で取得することができ、画像生成部３２では高Ｓ／Ｎの画像信号を得ることができることになる。
【００６３】
そこで、画像処理部９のデジタル信号処理部１３では、上位制御ＣＰＵ５と協働して、次の実施例で述べるような最適しきい値導出処理を行って、その導出した最適しきい値Ｈｈがしきい値メモリ３３にしきい値Ｈとして記憶及び更新記憶されるようになっている。
【００６４】
＜実施例１＞
本実施例では、図５に示すように、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２のヒストグラムデータと、曲線Ｇ３と同等の、一次電子ビーム１６の試料面上での走査した場合の検出器２２の検出信号である、フォトマルの暗電流ノイズ分及び試料２４からの放出電子の検出信号分を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ３'のヒストグラムデータとを測定しておき、この曲線Ｇ３'が極小となる波高値Ｈ１と暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２との交点で表れる、フォトマル出力の出力パルスの頻度Ｖ１を、暗電流ノイズの発生頻度しきい値Ｖｖとして予め導出しておくようになっている。
【００６５】
図５は、暗電流ノイズの発生頻度しきい値の導出方法の説明図である。
例えば、発生頻度しきい値Ｖｖを導出するための、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２、及びフォトマルの暗電流ノイズ分及び試料２４からの放出電子の検出信号分を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ３'のそれぞれ測定は、発生頻度しきい値導出処理の開始指示によって行われる。例えば、発生頻度しきい値導出処理では、ステージシフト又はビームシフトによって発生頻度しきい値導出用の試料観察処理が実行される。この発生頻度しきい値導出用の試料観察処理では、通常の試料観察時とは異なり、一次電子ビーム１６が試料面上に照射されている間も、検出器２２の検出信号としてのフォトマル出力は、セレクタ２８を介して、頻度計測メモリ３０にヒストグラム曲線Ｇ３'の出力パルスの測定データ（ヒストグラムデータ）として蓄積記憶される。また、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２の測定は、その際における帰線時や試料２４のローディング時等、一次電子ビーム１６がブランキング電極１７によって試料２４に照射されていない期間を利用して行われる。その際のフォトマル出力は、セレクタ２８を介して、頻度計測メモリ３０に、ヒストグラム曲線Ｇ３'の出力パルスの測定データと区別して、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２の出力パルス（暗電流パルスノイズ）の測定データとして蓄積記憶されるようになっている。発生頻度しきい値Ｖｖは、この頻度計測メモリ３０にそれぞれ蓄積記憶されている、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２の暗電流パルスノイズの測定データ、及び一次電子ビーム１６の試料面上での走査時における検出器２２の検出信号としてのフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ３'の測定データを基にして、ヒストグラム曲線Ｇ３'が極小となる波高値Ｈ１と暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２との交点が表す、フォトマル出力の出力パルスの頻度Ｖ１として導出される。
【００６６】
なお、この発生頻度しきい値Ｖｖ（＝Ｖ１）の導出については、例えば、同じフォトマルを有する検出器２２を備えた装置によって導出された発生頻度しきい値Ｖ１をデフォルトとして記憶しておくことにより、装置個別に上述したような発生頻度しきい値導出処理を行わなくても、発生頻度しきい値Ｖｖを設定することもできる。
【００６７】
その上で、本実施例では、発生頻度しきい値Ｖｖ（＝Ｖ１）を予め導出しておくことにより、通常の試料観察時における帰線時や試料２４のローディング時等、一次電子ビーム１６が試料２４に照射されていない期間を利用して暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２のヒストグラムデータを測定するだけで、最適しきい値Ｈｈを導出する最適しきい値導出処理を繰り返し行えるようになっている。この場合、最適しきい値Ｈｈとして、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２と発生頻度しきい値Ｖｖの頻度Ｖ１との交点に対応する、暗電流パルスノイズの波高しきい値Ｈ１が導出される。
【００６８】
そして、このように最適しきい値導出処理が行えると、環境温度等が少々変化し、検出器２２に備えられたフォトマルの暗電流ノイズのヒストグラムＧ２が図４に示す頻度の増減方向に沿って全般的に少々シフトしても、発生頻度しきい値Ｖ１がほぼ一定であることを踏まえると、しきい値Ｈ１も波高値の増減方向に沿って低／高いずれかの波高値の側に左／右シフトするため、Ｇ３曲線の極小値の移動に対してもある程度は追従することができる。
【００６９】
図６は、走査型電子顕微鏡において試料観察時に実行される最適しきい値導出処理の第１の実施例のフローチャートである。
【００７０】
走査型電子顕微鏡１は、試料観察時に、最適しきい値Ｈｈの導出、及びこの導出した最適しきい値Ｈｈを用いての試料観察を、例えば、図６のフローチャートに示す手順で行う。
【００７１】
まず、走査型電子顕微鏡１では、装置の試料室３内で試料２４をローディングしている最中は、試料面上に不要な一次電子ビーム１６が試料に照射されないように、一次電子ビーム１６がブランキング電極１７を用いてブランキングされているのを利用して、試料の搬入若しくは観察箇所の変更等のために試料室３内で試料２４がローディングされているときには、セレクタ２８の転送先を頻度計測メモリ３０側に切り換えて、検出器２２のフォトマル出力を頻度計測メモリ３０に記憶蓄積することによりフォトマルの暗電流ノイズを測定し、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２の測定データとして記憶する。
【００７２】
走査型電子顕微鏡１は、試料２４が予めレシピ等で設定された観察位置に到達したならば、この頻度計測メモリ３０の暗電流ノイズの測定データを基にした暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２、及び発生頻度しきい値Ｖ１に基づいて、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２と発生頻度しきい値Ｖ１との交点に対応する波高しきい値Ｈ１を算出する（ステップＳ110）。
【００７３】
そして、走査型電子顕微鏡１は、予めレシピ等で設定された観察範囲を走査範囲として、図１２に示したラスタースキャン方式で一次電子ビーム１６の走査を開始するに当たって、上記算出した波高しきい値Ｈ１を最適しきい値Ｈｈとし、しきい値メモリ３３にしきい値Ｈとして格納しておく（ステップＳ120）。
【００７４】
そして、走査型電子顕微鏡１は、図１２に示したラスタースキャン方式で一次電子ビーム１６を走査する際の１ライン走査の開始されると、セレクタ２８の転送先を信号処理部３１側に切り換えて、走査範囲の１ライン分のスキャン画像処理を行う（Ｓ130）。これにより、画像生成部３２では、しきい値メモリ３３にしきい値Ｈとして設定された最適しきい値Ｈｈを用いて信号処理部３１で信号処理された、検出器２２のフォトマルの暗電流分がカットされた検出信号に基づいて、画像データ生成のためのデータ変換処理が行われる。
【００７５】
走査型電子顕微鏡１は、このようにして１ライン走査分のスキャン画像処理を行うとともに、次の１ライン走査のための一次電子ビーム１６の帰線が開始されると、セレクタ２８の転送先を頻度計測メモリ３０側に切り換えて、この帰線の際のブランキング処理期間の間、検出器２２のフォトマルの暗電流ノイズを測定して頻度計測メモリ３０に蓄積記憶する（Ｓ140）。これにより、頻度計測メモリ３０では、検出器２２のフォトマルの暗電流分のフォトマル出力の蓄積が増加することになり、図４及び図５に示した暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２の頻度がその蓄積増加分だけ加算されることになる。
【００７６】
そして、走査型電子顕微鏡１は、一次電子ビーム１６の照射位置がライン走査方向に沿った開始点に戻ると、観察範囲としての走査範囲において次の１ライン走査があるか否か、すなわち観察範囲のフレーム測定が終了したか否かを判定する（Ｓ150）。そして、観察範囲のフレーム測定が終了しておらず、走査範囲における次の１ライン走査がある場合は、次の１ライン走査に係り、ステップＳ130，Ｓ140で示した１スキャン処理を繰り返して行う。
【００７７】
これに対し、観察範囲のフレーム測定が終了し、走査範囲における次の１ライン走査がない場合は、試料面上の全ての観察範囲について試料観察が終わったか否か、すなわち測定対象フレーム全ての画像取得処理が完了したか否かを判定する（Ｓ160）。なお、ここでは、観察範囲を変えずに同じ観察範囲を複数回観察する場合は、その複数回それぞれの試料観察は、別々の観察範囲のフレーム測定として取り扱われる。
【００７８】
そして、走査型電子顕微鏡１は、測定対象フレーム全ての画像取得処理が完了した場合は、当該試料２４についての測定を終了する。
【００７９】
これに対し、測定対象フレーム全ての画像取得処理が完了しておらず、未だ画像取得処理が完了していない次の測定対象フレームが残っている場合は、走査型電子顕微鏡１は、現在の測定対象フレームの画像取得処理が完了した時点で頻度計測メモリ３０に蓄積記憶されている検出器２２のフォトマルの暗電流分のフォトマル出力を基にした暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２、及び発生頻度しきい値Ｖｖ（＝Ｖ１）に基づいて、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２と発生頻度しきい値Ｖｖとの交点に対応する波高しきい値Ｈ１を算出する（Ｓ170）。
【００８０】
そして、走査型電子顕微鏡１は、次の測定対象フレームに該当する走査範囲を図１２に示したラスタースキャン方式で一次電子ビーム１６の走査を開始するに当たって、上記算出した波高しきい値Ｈ１を最適しきい値Ｈｈとして設定し直し、しきい値メモリ３３に更新格納しておく（Ｓ120）。
【００８１】
これにより、同一の試料２４において複数の測定対象フレームの画像情報を取得するときには、最新の最適しきい値Ｈｈをしきい値メモリ３３にしきい値Ｈとしてセットして、一次電子ビーム１６の走査を開始する、ということを繰り返すので、その間に環境温度等が少々変化しても、常に最新の最適しきい値Ｈｈでもって画像取得することが可能となる。
【００８２】
なお、図示の例では、ステップＳ160で測定対象フレーム全ての画像取得処理が完了しておらず、未だ画像取得処理が完了していない次の測定対象フレームが残っている場合は、ステップＳ170で波高しきい値Ｈ１を算出した後、ステップＳ120で最適しきい値Ｈｈの設定処理を行う構成としたが、次の測定対象フレームの観察範囲への試料２４の移動を伴う場合は、ステップＳ160からステップＳ110に移行し、この試料２４の移動中のブランキング期間も利用するようにしてもよい。
【００８３】
また、本実施例では、発生頻度しきい値Ｖｖを予め導出しておくことにより、図４及び図５に示した暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２から最適しきい値Ｈｈを導出する構成を説明したが、これに限らず、測定した検出器２２のフォトマルの暗電流ノイズの係り、図５における波高値Ｈ１以上のパルス数（フォトマル出力のピーク数）を計数した結果に基づいて最適しきい値Ｈｈを導出する処理を行ってもよい。同様に、測定した検出器２２のフォトマルの暗電流ノイズの係り、波高値Ｈ１以上のパルス面積値を合計した結果（ヒストグラム曲線Ｇ２の波高値Ｈ１以上の部分の面積値）に基づいて最適しきい値Ｈｈを導出する処理を行ってもよい。
【００８４】
本実施例によれば、装置のスループットを落とさずに、検出器２２のフォトマルが出力する検出信号分とノイズ分とを弁別する最適しきい値Ｈｈを逐次導出できるので、試料２４からの放出電子の検出信号を高Ｓ／Ｎな検出状態に維持することができる。
【００８５】
さらに、暗電流ノイズの測定は、試料２４のローディング時やライン走査の帰線時等のように、試料観察中において試料２４に一次電子ビーム１６を照射させないブランキング時を利用して、暗電流ノイズの測定データの蓄積を増やすことができるので、スループットを損なうことなく、高品質な最適しきい値Ｈｈの導出が行える。
【００８６】
＜実施例２＞
本実施例では、装置の長時間使用又は周囲環境の変化等によりフォトマル温度が上昇し、検出器２２のフォトマル出力における暗電流ノイズが増加して、検出器２２からの検出信号であるフォトマル出力のＳ／Ｎが大きく劣化するような場合でも、高Ｓ／Ｎな試料画像を取得、表示できる状態を維持できるようになっている。
【００８７】
図７は、検出器の検出信号であるフォトマル出力に係り、暗電流ノイズのヒストグラムの変化についての説明図である。
【００８８】
検出器２２のフォトマルの温度が上昇すると、フォトマルの暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２は、例えば、曲線Ｇ２ａから曲線Ｇ２ｂへといったように、各波高値に対応した暗電流パルスノイズの発生頻度が増加する。特に、波高値の低い領域側部分において、暗電流パルスノイズの発生頻度の増加が顕著となる。
【００８９】
ここで、実施例１と同様に、検出器２２のフォトマル出力に係り、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料からの放出電子の検出信号分とを弁別する最適しきい値Ｈｈを、暗電流ノイズの発生頻度しきい値Ｖｖ（＝Ｖ１）をもって決定する場合、検出器２２の温度上昇前の暗電流ノイズのフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ２ａでは、波高しきい値Ｈは、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ａと発生頻度しきい値Ｖ１との交点に対応する波高しきい値Ｈ１ａとなる。これに対し、温度上昇後の暗電流ノイズのフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ２ｂでは、低波高値側にある暗電流ノイズパルスの頻度が増加するため、波高しきい値Ｈは、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂと発生頻度しきい値Ｖ１との交点に対応する波高しきい値Ｈ１ｂとなる。すなわち、波高しきい値Ｈは、波高しきい値Ｈ１ａからＨ１ｂに高波高値側へ大幅にシフトする。
【００９０】
一方、ヒストグラム曲線Ｇ３ｂは、同じく検出器２２のフォトマルの温度が上昇した場合の、検出器２２の検出信号としての、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線を示している。このヒストグラム曲線Ｇ３ｂでは、波高値Ｈ２ｂが、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力において、パルス発生頻度が最も高い出力パルスの波高値になっている。
【００９１】
したがって、図７に示すたように、温度変動後の波高しきい値Ｈを、温度上昇変化後のフォトマルの暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂと暗電流ノイズの発生頻度しきい値Ｖ１との交点に対応する波高しきい値Ｈ１ｂに設定した場合には、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力の比較的多くのパルス出力が、信号処理部３１によって除去されてしまうことになってしまうことになる。この結果、検出器２２の検出信号として信号処理部３１から画像生成部３２に転送される、フォトマルの暗電流ノイズ分がカットされた、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力は、Ｓ／Ｎが大きく劣化したものになってしまう。
【００９２】
そこで、本実施例では、この課題を解決するために、フォトマル電源１１が検出器２２のフォトマルに供給するフォトマル電源電圧に着目した。
【００９３】
一般的に、入射する光を電気信号に変換して取り出すフォトマルでは、そのフォトマル電源電圧が上昇すると、シンチレータから入射する光は同じであっても、その変換して取り出される電気信号の大きさは、フォトマル電源電圧を上昇する前に対して増倍される。これに対し、フォトマルの暗電流ノイズは、このようなフォトマルの正規の増倍過程を経ないので、フォトマル電源電圧が上昇しても、その増倍率は、電気信号の増倍率よりも小さい増倍率になる。
【００９４】
図８は、図２に示した画像処理部において、フォトマル電源電圧の上昇前・後のそれぞれフォトマル出力における、各出力パルスのパルス波高分布を示したヒストグラムの変化を示した図である。
【００９５】
図８において、曲線Ｇ２ｂは、フォトマル電源電圧を上昇させる前の状態の、フォトマルの暗電流ノイズのヒストグラム曲線であり、曲線Ｇ３ｂは、同じくフォトマル電源電圧を上昇させる前の状態の、検出器２２の検出信号としての、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線である。
【００９６】
その上で、曲線Ｇ２ｂは、図７に示した、温度上昇後の暗電流ノイズのフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ２ｂであり、曲線Ｇ３ｂは、図７に示した温度上昇後のフォトマル電源電圧を上昇させる前の状態のフォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇ３ｂである。
【００９７】
これに対し、曲線Ｇ２ｃは、フォトマル電源電圧を上昇させた後の状態の、フォトマルの暗電流ノイズのヒストグラム曲線であり、曲線Ｇ３ｃは、同じくフォトマル電源電圧を上昇させた後の状態の、検出器２２の検出信号としての、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線である。
【００９８】
なお、図８は、フォトマル出力のパルス出力について、フォトマル電源電圧の上昇させた後の状態のヒストグラム曲線Ｇ３ｃは、フォトマル電源電圧を上昇させる前の状態のヒストグラム曲線Ｇ３ｂを構成する総パルス数とほぼ同数のパルスから構成されていることから、その波高値毎の分布を滑らかな曲線でつないだものである。そのため、図８では、便宜上、ヒストグラム曲線Ｇ３ｃの波高値Ｈ２ｃにおけるピーク頻度と、ヒストグラム曲線Ｇ３ｂの波高値Ｈ１ｃにおけるピーク頻度とは、等しくなるように図示したが、本来は、ヒストグラム曲線Ｇ３ｃのピーク頻度は、波高値範囲が波高値Ｈ１Fullから波高値Ｈ２Fullに拡大されるため、ヒストグラム曲線Ｇ３ｂのピーク頻度よりも小さくなる。また、ヒストグラム曲線Ｇ３ｃ、Ｇ３ｂそれぞれの波高値に関する積分値（ヒストグラム曲線Ｇ３ｃＧ３ｂそれぞれと波高値座標軸と頻度座標軸とで囲まれた面積）は等しくなる。
【００９９】
その上で、図８において、まず、フォトマルの暗電流ノイズのヒストグラム曲線について、フォトマル電源電圧を上昇させる前の状態のヒストグラム曲線Ｇ２ｂと、フォトマル電源電圧を上昇させた後の状態のヒストグラム曲線Ｇ２ｃとを対比すれば明らかなように、フォトマル電源電圧の上昇後のヒストグラム曲線Ｇ２ｃは、上昇前のヒストグラム曲線Ｇ２ｂに対して、図８中で、高波高値側へシフトしていることは、フォトマル電源電圧の上昇させた場合の動作原理となり得る。
【０１００】
また、検出器２２の検出信号としての、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線については、フォトマル電源電圧を上昇させる前の状態のヒストグラム曲線Ｇ３ｂと、フォトマル電源電圧を上昇させた後のヒストグラム曲線Ｇ３ｃとを対比すれば明らかなように、フォトマル電源電圧の上昇後のヒストグラム曲線Ｇ３ｃは、上昇前のヒストグラム曲線Ｇ３ｂに対して、図８中で、高波高値側へ大きくシフトしていることも、フォトマル電源電圧の上昇させた場合の動作原理となり得る。
【０１０１】
このヒストグラム曲線Ｇ２ｃ，Ｇ３ｃ間での高波高値側へのシフト量の違いは、前述したように、フォトマル電源電圧を上昇させた場合は、フォトマル電源電圧の上昇後の、試料２４からの放出電子の検出信号分を含むヒストグラム曲線Ｇ３ｃは、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力が、フォトマルの正規の増倍過程を経て、その波高値が例えばＡ倍に増倍されるのに対し、フォトマルの暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｃは、フォトマルの正規の増倍過程を経ないので、その波高値がＡ倍よりも小さな増倍率でしか増倍されないことによるためである。
【０１０２】
本実施例は、装置の長時間使用又は周囲環境の変化等によりフォトマル温度が上昇して検出器２２のフォトマル出力における暗電流ノイズが増加する場合であっても、このようなフォトマル電源電圧の上昇させた場合の動作原理に基づいた、ヒストグラム曲線Ｇ２ｃ，Ｇ３ｃ間での高波高値側へのシフト量の違い、すなわち、フォトマルの暗電流ノイズと試料２４からの放出電子の検出信号との間での増倍率Ａの相違を利用して、検出器２２の検出信号として信号処理部３１から画像生成部３２に転送される、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力のＳ／Ｎを改善するようにしたものである。
【０１０３】
本実施例では、ヒストグラム曲線Ｇ３ｂで表されるような、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだ現時点のフォトマル出力から、所定の発生頻度しきい値Ｖ１と、現時点におけるフォトマルの暗電流ノイズ分のヒストグラム曲線Ｇ２ｃとを用いるだけで、しきい値Ｈとしてそのヒストグラム曲線Ｇ３ｂが一旦極小となる波高値Ｈ１ｔを設定した場合と同様な、高Ｓ／Ｎな検出状態を維持できるようにしたものである。
【０１０４】
そのため、本実施例では、図２に示した画像処理部９において、フォトマル電源１１から検出器２２のフォトマルに供給されるフォトマル電源電圧の制御、及び可変増幅アンプ２６のゲイン制御が、フォトマル電源１１から供給するフォトマル電源電圧、及び可変増幅アンプ２６のゲインを一定に保った実施例１の場合とは、異なっている。
【０１０５】
本実施例では、画像処理部９の制御部２９が、上位制御ＣＰＵ５と協働して、フォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御、及び可変増幅アンプ２６のゲイン制御を、次のように行う構成になっている。
【０１０６】
図９は、走査型電子顕微鏡において試料観察時に実行される最適しきい値導出処理の第２の実施例のフローチャートである。
【０１０７】
走査型電子顕微鏡１は、試料観察時に、最適しきい値Ｈｈの導出、及びこの導出した最適しきい値Ｈｈを用いての試料観察を、例えば、図９のフローチャートに示す手順で行う。各手順の説明に当たっては、図７、図８にそれぞれ示したヒストグラム曲線それぞれとの関連を示して説明する。
【０１０８】
なお、図９において、ステップＳ130〜Ｓ170に示した１スキャン処理以降の処理については、図６に示した第１の実施例のフローチャートにおいて、ステップＳ130〜Ｓ170に示した１スキャン処理以降の処理と同一若しくは同様なので、同一ステップ番号を付し、その説明は省略する。
【０１０９】
まず、走査型電子顕微鏡１では、試料の搬入若しくは観察箇所の変更等のために試料室３内で試料２４がローディングされているとき、試料面上に不要な一次電子ビーム１６が試料に照射されないように、一次電子ビーム１６がブランキング電極１７を用いてブランキングされている。走査型電子顕微鏡１は、このブランキング期間を利用して、セレクタ２８の転送先を頻度計測メモリ３０側に切り換えて、検出器２２のフォトマル出力を頻度計測メモリ３０に記憶蓄積することによりフォトマルの暗電流ノイズを測定し、暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂ（図７及び図８に示されたヒストグラム曲線Ｇ２ｂが該当）の測定データとして記憶する。なお、この暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂの測定データの記憶は、前回の最適しきい値導出処理の実行で試料観察された、当該試料２４とは別の観察試料に係る暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ａ（図７に示されたヒストグラム曲線Ｇ２ａが該当）の測定データとは、区別可能に記憶される。
【０１１０】
走査型電子顕微鏡１は、例えば、試料２４が予めレシピ等で設定された観察位置に到達したならば、若しくはローディング中であってもフォトマル出力から所定数の暗電流パルスノイズの波高値を得たならば、この頻度計測メモリ３０の暗電流ノイズの測定データを基にした暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂ、及び発生頻度しきい値Ｖ１に基づいて、両者の交点に対応する波高しきい値Ｈ１ｂ（図７及び図８に示された波高しきい値Ｈ１ｂが該当）を算出する（ステップＳ010）。
【０１１１】
そして、走査型電子顕微鏡１は、しきい値メモリ３３にしきい値Ｈとして記憶されている最適しきい値Ｈｈ（図７に示された、Ｈｈ＝Ｈ１ａが該当）を読み出し、この読みだした最適しきい値Ｈｈ（＝Ｈ１ａ）から、現在の状態に対して、フォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理を行う必要があるか否かを判定するための判定値ＪＬ，ＪＨを算出する。
【０１１２】
ここでは、この判定値ＪＬ，ＪＨの算出は、走査型電子顕微鏡１は、例えば、しきい値メモリ３３から読み出した最適しきい値Ｈｈ（＝Ｈ１ａ）に対して、予め判断基準として定められている判断基準波高値ΔＨを加算及び減算して、判定値ＪＬ（ＪＬ＝Ｈ１ａ−ΔＨ），ＪＨ（ＪＬ＝Ｈ１ａ＋ΔＨ）を算出する。ここで、判断基準波高値ΔＨは、先にしきい値メモリ３３に今回読み出した最適しきい値Ｈｈ（＝Ｈ１ａ）を算出するために用いた、当該試料２４とは別の観察試料に係る暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ａに対して、図７で説明したように、フォトマル温度の変化に起因してフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理が必要な程、ステップＳ010で測定した暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂが各波高値における暗電流パルスノイズの発生頻度が増加してしまっているか否かを判断するための波高値である。したがって、例えば、ステップＳ010で算出した波高しきい値Ｈ１ｂが判定値ＪＨ（ＪＬ＝Ｈ１ａ＋ΔＨ）を超えている場合は、現在のフォトマル電源電圧及びアンプゲインのまま、検出器２２の検出信号としてフォトマルと取り出してしまうと、図７で説明したように、検出器２２の検出信号として信号処理部３１から画像生成部３２に転送される、フォトマルの暗電流ノイズ分がカットされた、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力は、Ｓ／Ｎが大きく劣化したものになってしまう。
【０１１３】
そこで、走査型電子顕微鏡１は、ステップＳ010で算出した波高しきい値Ｈ１ｂが判定値ＪＬを下回っていないか、又は判定値ＪＨを超えていないかを判定することにより、現在の状態に対して、フォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理を行う必要があるか否かを判定する（ステップＳ020）。
【０１１４】
その結果、走査型電子顕微鏡１は、ステップＳ010で算出した波高しきい値Ｈ１ｂが判定値ＪＬを下回っておらず、かつ判定値ＪＨを超えていない場合は、現在の状態に対して、フォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理を行う必要がないと判定する（ステップＳ020のYes）。
【０１１５】
この場合は、走査型電子顕微鏡１は、予めレシピ等で設定された観察範囲を走査範囲として、当該試料２４に対し、図１２に示したラスタースキャン方式で一次電子ビーム１６の走査を開始するに当たって、上記ステップＳ010で算出した波高しきい値Ｈ１ｂを最適しきい値Ｈｈとし、しきい値メモリ３３にしきい値Ｈとして格納しておく（ステップＳ030）。
【０１１６】
そして、走査型電子顕微鏡１は、当該試料２４に対し、図６に示した第１の実施例のフローチャートにおいて説明したのと同様な、ステップＳ130〜Ｓ170に示した１スキャン処理以降の処理を実行する。
【０１１７】
したがって、この場合において、特に、現在の状態に対して、フォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理を全く行わなかった場合の上記ステップＳ010〜Ｓ030の一連の処理結果は、図６に示した実施例１の最適しきい値導出処理における、ステップＳ110，Ｓ120で示した試料ローディング処理の処理結果と、実質的に変わらない。
【０１１８】
これに対し、走査型電子顕微鏡１は、ステップＳ010で算出した波高しきい値Ｈ１ｂが判定値ＪＬを下回っているか、又は判定値ＪＨを超えている場合は、現在の状態に対して、フォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理を行う必要があると判定する（ステップＳ020のNo）。
【０１１９】
すなわち、この判定がなされた場合は、現在のフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧や可変増幅アンプ２６のアンプゲインのままで、上記ステップＳ010で算出した波高しきい値Ｈ１ｂを最適しきい値Ｈｈとし、しきい値メモリ３３にしきい値Ｈとして格納してしまうと、図７で説明したように、検出器２２の検出信号として信号処理部３１から画像生成部３２に転送される、フォトマルの暗電流ノイズ分がカットされた、試料２４からの放出電子の検出信号分のフォトマル出力は、Ｓ／Ｎが大きく劣化したものになってしまうことになる。すなわち、装置の長時間使用又は周囲環境の変化等によりフォトマル温度が上昇したことに起因してフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧の制御処理や可変増幅アンプ２６のゲイン制御処理が必要な程、ステップＳ010で測定した暗電流ノイズのヒストグラム曲線Ｇ２ｂが各波高値における暗電流パルスノイズの発生頻度が増加してしまっている場合に該当する。
【０１２０】
そこで、この場合、走査型電子顕微鏡１は、現在のフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧や可変増幅アンプ２６のアンプゲインを変更するゲイン制御処理を行う（ステップＳ040）。
【０１２１】
このゲイン制御処理では、走査型電子顕微鏡１は、フォトマル電源１１が検出器２２のフォトマルに供給するフォトマル電源電圧を、例えば、次のようにして決定する。
【０１２２】
走査型電子顕微鏡１は、しきい値メモリ３３に最適しきい値Ｈｈとして現在記憶されている波高しきい値Ｈ１ａを読み出す。
【０１２３】
ここで、この読み出した波高しきい値Ｈ１ａは、図７においては、フォトマル温度が変化する前の波高値Ｈ１ａに該当するものであり、図８においては、現在のフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧に対応した波高値Ｈ１ｂに該当するものである。
【０１２４】
その上で、図７においては、波高しきい値Ｈ１ａからＨ１ｂへのシフト量Ｓｔ（＝Ｈ１ｂ−Ｈ１ａ）はフォトマル温度の変化温度に対応するものであり、図８においては、図７に示した波高値Ｈ１ａに該当する波高値Ｈ１ｂにこのシフト量Ｓｔ（＝Ｈ１ｂ−Ｈ１ａ）を加えた波高値Ｈ１ｃ（＝Ｈ１ｂ＋Ｓｔ）がこのフォトマル温度の変化温度に対応した、暗電流ノイズの増倍率Ａの変化分△Ａに対応したものとなる。
【０１２５】
したがって、走査型電子顕微鏡１では、このフォトマル温度の変化温度に対応した暗電流ノイズの増倍率Ａの変化分△Ａに基づいて、現在、フォトマルへのフォトマル電源電圧の供給を増倍率Ａで行っているフォトマル電源１１に対して、この変化分△Ａだけ増倍率Ａを変化させ、フォトマルへ供給するフォトマル電源電圧を増倍率Ａの変化分△Ａに対応した電圧分だけシフトさせるようなフォトマルゲイン調整電圧信号が、画像処理部９からフォトマル電源１１に供給される。
【０１２６】
そして、フォトマル電源１１は、この供給されたフォトマルゲイン調整電圧信号に対応してフォトマル電源１１に供給するフォトマル電源電圧を変化させ、検出器２２の試料観察時における検出信号としてのフォトマル出力が、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇについて図８における曲線Ｇ３ｂから曲線Ｇ３ｃにシフトさせるようにする。
【０１２７】
また、このゲイン制御処理では、走査型電子顕微鏡１は、上述したフォトマル電源電圧の制御に合わせて、可変増幅アンプ２６でのゲイン制御を行う。
【０１２８】
これは、図８で説明したように、例えば、フォトマル電源電圧を上げ、フォトマルの暗電流ノイズ分と試料２４からの放出電子の検出信号分との両方を含んだフォトマル出力のヒストグラム曲線Ｇを曲線Ｇ３ｂから曲線Ｇ３ｃにシフトさせると、検出器２２のフォトマル出力のパルス波高分布の波高値範囲が波高値Ｈ１Fullから波高値Ｈ２Fullに高電圧側にシフトし、Ａ／Ｄ変換部２７に対する入力電圧範囲が変わることから、Ａ／Ｄ変換部２７に対して最適な入力電圧範囲のフォトマル出力になるように、可変増幅アンプ２６の増幅ゲインを調整するものである。
【０１２９】
具体的には、フォトマル電源電圧を変化させて得られたフォトマル電源電圧の増幅率分を可変増幅アンプ２６の増幅ゲインを変化させて調整し、Ａ／Ｄ変換部２７の入力端において常に所定の波高値範囲内の波高値が得られるようにする。そして、調整した増幅ゲインに対応するアンプゲイン調整電圧信号が、画像処理部９から可変増幅アンプ２６に供給される。
【０１３０】
その後、走査型電子顕微鏡１は、上記ステップＳ040のゲイン制御処理により変化させたフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧及び可変増幅アンプ２６のゲインに基づいて、再びステップＳ010以降の処理を行う。
【０１３１】
なお、本実施例に係る上記説明では、検出器２２のフォトマル温度が上昇した場合を例に説明したが、例えば、装置の前回使用時に対して今回使用時の周囲環境の変化等により、フォトマル温度が下降しているような場合にも対応できるものである。
【０１３２】
本実施例によれば、検出信号を画像処理部９に供給する検出器２２側で、検出器２２から画像処理部９に供給される検出信号自体を、予め高Ｓ／Ｎ状態に維持しておくことが可能になる。この結果、装置の長時間使用又は周囲環境の変化等によりフォトマル温度が上昇し、検出器２２のフォトマル出力における暗電流ノイズが増加した場合に、画像処理部側で、最適しきい値Ｈｈを導出する処理を行う際、検出信号自体が高Ｓ／Ｎ状態に維持されているので、より有効に最適しきい値Ｈｈを導出することができる。
【０１３３】
＜実施例３＞
本実施例では、高Ｓ／Ｎな試料画像を取得、表示できる状態の維持を、装置内に設けられたキャリブレーション用の標準試料３４を使用して、実施可能な構成になっている。
【０１３４】
図１０に、キャリブレーションにて使用する標準試料の概略図を示す。
本実施例では、図１に示した走査型電子顕微鏡１の構成において、その試料ステージ２５上に、図１０に示すような標準試料３４が設置されている点が、他の実施例に対し、異なる。標準試料３４は、一次電子ビーム１６を照射したときに検出器２２のフォトマルから得られるフォトマル出力が既知である所定の試料面を有して形成されている。標準試料３４は、例えばウエハ交換時（試料２４の交換時）といった空き時間等に実施するキャリブレーションに使用される。
【０１３５】
走査型電子顕微鏡１は、例えば、キャリブレーションを次のようにして実施する。
走査型電子顕微鏡１は、まず、標準試料３４に一次電子ビーム１６を照射走査して、検出器２２のフォトマルから検出信号として得られたフォトマル出力より、図４に示したヒストグラム曲線Ｇ３ような、フォトマルの暗電流ノイズ分及び標準試料３４からの放出電子の検出信号分を含んだフォトマル出力の各出力パルスのパルス波高分布を生成する。その際、画像処理部９におけるデジタル信号処理部１３のセレクタ２８は、試料２４の試料面に対する一次電子ビーム１６のライン走査時とは異なり、検出器２２からの検出信号としてのフォトマル出力を、頻度計測メモリ３０側に転送するようになっている。頻度計測メモリ３０には、セレクタ２８から転送されてくるフォトマル出力の各出力パルスがキャリブレーション用の出力パルスの測定データとして蓄積記憶される。
【０１３６】
したがって、走査型電子顕微鏡１では、ヒストグラム曲線Ｇ３で表されるフォトマル出力の各出力パルスのパルス波高分布において、パルス発生頻度が極小となるピーク頻度波高値Ｈ１と、ピーク頻度波高値Ｈ１以上でパルス発生頻度が最大となるピーク頻度波高値Ｈ２を取得することができる。
【０１３７】
ここで、図４においては、パルス発生頻度が極小となる波高値Ｈ１は、ヒストグラム曲線Ｇ１で示された信号起因の頻度分布と曲線Ｇ２で示された暗電流ノイズ起因の頻度分布とを弁別するしきい値Ｈ１となるものであり、また、ピーク頻度波高値Ｈ２は、本来の検出対象信号波高値となるものである。
【０１３８】
ピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２の関係については、その波高値間隔が、検出器２２の検出信号として信号処理部３１から画像生成部３２に転送される、観察画像の生成用の検出信号のＳ／Ｎを意味することとなり、高Ｓ／Ｎ状態とはこのピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２間の波高値間隔が広い状態を指す。
【０１３９】
これより、本実施例では、走査型電子顕微鏡１が、標準試料３４に対する一次電子ビーム１６の照射走査を行って、波高値Ｈ１，Ｈ２の波高値間隔を検出し、これを判定基準としてキャリブレーションを行う構成になっている。
【０１４０】
図１１は、走査型電子顕微鏡において実施されるキャリブレーションのフローチャートである。
【０１４１】
走査型電子顕微鏡１は、例えば、ウエハ交換時等の空き時間、又は観察者による指示時等に、上述した標準試料３４への一次電子ビームの照射走査と、キャリブレーション用のヒストグラム曲線Ｇ３を取得するためのフォトマル出力の出力パルスの測定データ取得処理を、予め設定された所望の測定時間の間だけ行う（Ｓ310）。
【０１４２】
そして、走査型電子顕微鏡１は、この間に頻度計測メモリ３０に蓄積記憶されたキャリブレーション用の出力パルスの測定データを基にして、キャリブレーション用のヒストグラム曲線Ｇ３を生成し、ピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２を取得するとともに、このピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２間の波高値間隔を取得する（Ｓ320）。
【０１４３】
その後、走査型電子顕微鏡１は、このピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２間の波高値間隔を予め設定されている規定値と比較し、キャリブレーションの要否について判定する（Ｓ330）。
【０１４４】
走査型電子顕微鏡１は、ピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２間の波高値間隔が規定値よりも大きく、検出器２２の検出信号として信号処理部３１から画像生成部３２に転送される、観察画像の生成用の検出信号が高Ｓ／Ｎな状態であるときには、今回のキャリブレーションを終了する。
【０１４５】
一方、走査型電子顕微鏡１は、ピーク頻度波高値Ｈ１、Ｈ２間の波高値間隔が規定値よりも小さく、観察画像の生成用の検出信号が高Ｓ／Ｎな状態ではないときには、ゲイン制御処理を実行する。
【０１４６】
ゲイン制御処理では、走査型電子顕微鏡１は、フォトマル電源１１から供給させている現在のフォトマル電源電圧、及び現在のフォトマル電源電圧に合わせた可変増幅アンプ２６の増幅ゲインを、予め定められている所定の手順にしたがって、次のフォトマル電源電圧、及び次のフォトマル電源電圧に合わせた可変増幅アンプ２６の増幅ゲインを選定する。そして、これらそれぞれに合わせたフォトマルゲイン調整電圧信号及びアンプゲイン調整電圧信号を、フォトマル電源１１及び可変増幅アンプ２６に供給する（Ｓ340）。
【０１４７】
その後、走査型電子顕微鏡１では、Ｓ340のゲイン制御処理で選定されたフォトマル電源１１からのフォトマル電源電圧及び可変増幅アンプ２６の増幅ゲインで、ステップＳ310以降の処理を行う。この結果、ステップＳ330の判定処理で、これ以上のキャリブレーションの繰り返しの必要がないと判定されるまで、走査型電子顕微鏡１では、Ｓ310〜Ｓ340に示したキャリブレーションが繰り返されることになる。
【０１４８】
なお、Ｓ340で示したゲイン制御処理については、フォトマル電源電圧は予め定められている所定の手順にしたがって適宜変更されるものとして説明したが、フォトマル出力の波高値がＡ／Ｄ変換部２７のフルスケールに相当するように始めにフォトマル電源電圧ＨFullを設定し、始めの選定でフォトマル電源電圧をフォトマル電源電圧ＨFullに設定し、その電圧で固定とし、キャリブレーションを繰り返さないようにすることも可能である。
【０１４９】
本実施例によれば、検出信号を画像処理部９に供給する検出器２２側で、検出器２２から画像処理部９に供給される検出信号自体を、予め高Ｓ／Ｎ状態に維持しておくことが可能になる。この結果、装置の長時間使用又は周囲環境の変化等によりフォトマル温度が上昇し、検出器２２のフォトマル出力における暗電流ノイズが増加する場合に、画像処理部側で、最適しきい値Ｈｈを導出する処理を行う際、検出信号自体が高Ｓ／Ｎ状態に維持されているので、より有効に最適しきい値Ｈｈを導出することができる。
【０１５０】
さらに、検出器２２から画像処理部９に供給される検出信号自体を、予め高Ｓ／Ｎ状態に維持する処理は、例えばウエハ交換時（試料２４の交換時）といった空き時間等に行えるので、走査型電子顕微鏡１のスループットがより一層向上する。
【０１５１】
以上、本発明に係る荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡１を例に、装置のスループットを向上させて、高Ｓ／Ｎな試料画像を取得するための処理について実施例を挙げて説明したが、個別の具体的な処理については、上記説明した実施例の個別の具体的な処理に限定されない。例えば、実施例２のステップＳ040で説明したゲイン制御処理では、予め、現在のフォトマル電源１１のフォトマル電源電圧に対応した波高値Ｈ１ｂそれぞれに対するフォトマルゲイン調整電圧信号及びアンプゲイン調整電圧信号の制御テーブルを準備しておき、この制御テーブルに基づき調整する等にしてもよい。
【０１５２】
また、上記説明では、走査型電子顕微鏡１を例に説明したが、その実施例は、走査型イオン顕微鏡、集束イオンビーム加工観察装置、等の荷電粒子線装置及びその応用装置にも同様に適用可能であることは、明らかである。
【符号の説明】
【０１５３】
１  走査型電子顕微鏡、  １ａ  顕微鏡本体、  ２  電子光学鏡筒、
３  試料室、  ４Ａ  システム制御ＣＰＵ、  ４Ｂ  画像表示部、
５  上位制御ＣＰＵ、  ６  ＬＡＮ、  ７  データバス、
８  電子光学制御部、  ９  画像処理部、  １０  偏向制御部、
１１  フォトマル電源、  １２  試料ステージ制御部、
１３  デジタル信号処理部、  １４  電子銃、  １５  引出し電極、
１６  一次電子線（一次電子ビーム）、
１７  ブランキング電極（ブランキング偏向器）、
１８  絞り、  １９  偏向電極、  ２０  焦点コイル、  ２１  動焦点コイル、
２２  検出器（フォトマル）、  ２３  Ｅ×Ｂ偏向器、
２４  試料、  ２５  試料ステージ、  ２６  可変増幅アンプ、
２７  Ａ／Ｄ変換部、  ２８  セレクタ、  ２９  制御部、
３０  頻度計測メモリ、  ３１  信号処理部、  ３２  画像生成部、
３３  しきい値メモリ、  ３４  標準試料、  ３５  試料台
【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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