(57)【要約】  【課題】  フィラメント寿命を縮めることなくフィラメント電流値の最適値を決定できる方法を提供する。  【解決手段】  エミッションパターン画像に対し、複数の濃度値を閾値としてパターン部と背景部とに識別した複数の２値化画像を作製する。次に、得られた各２値化画像のパターン部に対し、同じ画素方向における中間点群と、該中間点群から求めた近似直線との分散を求め、各２値化画像における分散の平均値を算出して、このフィラメント電流値におけるエミッションパターンの評価値とする。この評価値が事前に設定された閾値と比較し、閾値以下となるまで所定の変化幅だけフィラメント電流値を増加させて、順次フィラメント電流値の最適化を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメント電流値を飽和点よりも低い値に設定したときのエミッションパターン画像に対し、複数の濃度値を閾値としてパターン部と背景部とに識別した複数の２値化画像を作製し、
得られた各２値化画像のパターン部に対し、同じ画素方向における中間点群と、該中間点群から求めた近似直線との分散を求め、各２値化画像における分散の平均値を算出して、このフィラメント電流値におけるエミッションパターンの評価値を計算し、
該評価値を閾値と比較して、評価値が閾値よりも高ければ、このときのフィラメント電流値は異常であると判断し、所定の変化幅だけフィラメント電流値を増加させて再度評価値を求め、評価値が最初に閾値以下になった場合におけるフィラメント電流値を正常値として決定することを特徴とするフィラメント電流値設定方法。
【請求項２】
フィラメントと、
該フィラメントに電流を供給する電源装置と、
該電源装置の演算制御装置と、
を備えてなる電子線発生装置であって、
請求項１記載の方法によりフィラメント電流値を設定することを特徴とする電子線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡などに用いられるフィラメントを有する電子線発生装置におけるフィラメント電流値の設定方法及びこれを用いた電子線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＭ、ＥＰＭＡなど電子顕微鏡等の電子線応用機器は、一般に電子線発生装置（電子銃等）を備えている。電子線発生装置は、タングステンワイヤ等からなるフィラメントを有し、これに直流のフィラメント電流を通電することによりジュール加熱させ、電子を真空中に電界放出させて電子線を発生させている。フィラメントは点灯時間に伴って消耗するため交換が必要な部品であり、交換の都度に、あるいは消耗の進行程度に応じて、フィラメント電流値を設定し直す必要がある。
【０００３】
フィラメント電流値を上げていくに従って電子の放出量（エミッション電流）即ち顕微鏡視野における輝度も増大していくが、ターニングポイントである飽和点を境に略一定値を保つようになる（特許文献１、従来技術参照）。電子顕微鏡等の観察装置において良好な観察像を得るためには、安定し且つ高輝度のエミッションであることが望まれるため、フィラメント電流値を飽和点以上に設定してエミッション状態を略一定に保つようにする必要がある。しかし、フィラメント電流値が高いほどフィラメント自体の寿命が早く尽きてしまうため、両方の要求を兼ね合い、安定したエミッションを得るためのフィラメント電流の最小値である前記飽和点にフィラメント電流値を設定することが行われている。
【０００４】
フィラメント電流値を飽和点に設定するための従来の方法としては、電子線のエミッションパターンを操作者がモニタしながら、その明るさや形状安定性等から判断しつつ、試行錯誤で手動設定していた（特許文献２、０００５）。また、これを自動的に設定する方法として、フィラメント電流値を段階的に増加させつつモニタ画面の明るさを記録し、画面の明るさのターニングポイントたる飽和点を探し出して設定することが行われている（特許文献２、請求項１）。あるいは、フィラメント電流値を段階的に変化させながら、前回と今回とのエミッション電流の正規化差分電流の増加比と閾値との比較によって、フィラメント電流値を飽和点に設定することが行われている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特許３３６５６００号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、操作者が手動で設定する方法によれば、操作者自身の熟練が必要であり、また判断における個人差によって設定に差が生じてしまう。また、フィラメント電流値を走査して飽和点を見つける方法では、フィラメントに飽和点以上の過剰電流を流す必要があり、フィラメント寿命を短めてしまう。あるいはエミッション電流の正規化差分電流の増加比による方法では、エミッション電流の変化が穏やかである場合には、閾値の変更によるフィラメント電流の変動量が大きくなり、飽和点丁度に設定することが困難であり、飽和点よりも高目に設定された場合にはフィラメント寿命を短めてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこうした問題を鑑みて為されたものであり、フィラメント寿命を縮めることなく最適値（飽和点）に自動設定することができるフィラメント電流値設定方法及びこれを用いた電子線発生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係るフィラメント電流値設定方法においては、エミッションパターンが飽和点付近では正円または楕正円に近い形状となり、飽和点から離れる程いびつな形状となることを利用してフィラメント電流値を飽和点に設定している。先ず、フィラメント電流値を飽和点よりも低い値に設定し、このときのエミッションパターン画像を得る。この画像に対し、複数の濃度値を閾値としてパターン部と背景部とに識別した複数の２値化画像を作製する。次に、得られた各２値化画像のパターン部に対し、同じ画素方向における中間点群と、該中間点群から求めた近似直線との分散を求め、各２値化画像における分散の平均値を算出して、このフィラメント電流値におけるエミッションパターンの評価値とする。この評価値が事前に設定された閾値よりも低いか否かを判断し、閾値以下であればこのフィラメント電流値におけるエミッションパターンが正常形状である、即ちこのときのフィラメント電流値が飽和点であると判断して、電子線発生装置のフィラメント電流値として設定する。評価値が閾値よりも高ければ、このときのフィラメント電流値は不適であると判断し、所定の変化幅だけフィラメント電流値を増加させて、同様にこのときのエミッションパターンの評価値を求め、順次フィラメント電流値の最適化を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係るフィラメント電流値設定方法の一実施例を示すフローチャートである。本発明は、フィラメントを有する公知の電子線発生装置およびこれを備えた応用機器全般に適用される。フィラメントはタングステン、窒化ガリウム、カーボンナノチューブなど公知の材料から適宜選択でき、形状もワイヤ状、針状、板状など特に限定されない。エミッションパターンの撮影についても公知の技術が適用される。本発明においては、撮影されたエミッションパターンの処理に特徴を有しており、以下、図１に示す各処理ステップを順を追って説明する。
【００１０】
（ステップ１）
先ずは、フィラメント電流値の初期値を設定する。初期値としては、飽和点よりも低い値であることが条件となる。十分に低い値を初期値としても良いが、経験的に大体の飽和点が予測される場合には、それよりも若干低い値とする方が最終値に到達するまでの処理時間等の面でさらに好ましい。
【００１１】
（ステップ２）
上記フィラメント電流値におけるエミッションパターンの画像を取得する。取得方法については公知公用の技術で良い。
実際のエミッションパターン画像の例を図２に示す。フィラメント電流値の低い順に(1)〜(5)に並べてある。画像(1)〜(3)は、輝度が不足しムラのある画像であって、フィラメント電流値が不適であると判断されるべきものである。一方、画像(4)〜(5)は、輝度も十分でパターンも楕円でムラがなく、フィラメント電流値が適切と判断されるべきものである。しかし、フィラメント寿命の面からフィラメント電流値は低く設定することが望ましいので、画像(5)よりも電流値が低い画像(4)におけるフィラメント電流値の方がより適切と言える。
今、仮にフィラメント電流値の初期値においてエミッションパターン画像(2)（フィラメント電流値が不適切で輝度ムラのある画像）が取得できたと仮定して以下の説明を進める。
【００１２】
（ステップ３）
取得したエミッションパターン画像を、任意の濃度値ｋで２値化処理を行う。この処理により、注目すべきパターン部が背景部から区別することができる。図２のエミッションパターン画像(2)について２値化処理を行うと、図３左のような欠損部のあるパターン画像が得られる。
【００１３】
（ステップ４）
次に、得られた２値化画像のパターン部に対し、同じ画素方向における中間点群（図３中の実線）を求める。「同じ画素方向における中間点群」とは、例えば各２値化画像のパターン部に所定間隔の平行線を重畳し、各線上におけるパターン両端点から求めた中間点の集合である。画素方向（並行線の方向）はここでは横軸方向としているが、これに限らず、縦軸方向、斜め方向など特に限定されない。
「同じ画素方向における中間点群」の求め方について図５を用いて補足説明する。図５は図３左の２値化パターン画像を説明のため外輪郭のみにしたものである。これに所定間隔の平行線（図中破線）を重畳し、各線上におけるパターン両端点ａ１、ｂ１間の距離から求めた中間点ｃ１の集合が中間点群（図３中の実線）である。
中間点群を求めた後、これら中間点群から最小二乗法等によって近似直線（図３中の破線）を求める。
【００１４】
（ステップ５）
前記近似直線と中間点群との分散値ｍkを算出する。算出にはサンプル分散（次式）が使用できる。
【数１】
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【００１５】
（ステップ６）
２値化によるパターン画像は、２値化の閾値である濃度値ｋの値によって形状が変化するため、以上のステップ３〜ステップ５による分散値を求める処理を、任意の間隔で変更した濃度値ｋの各々について算出する。ここでは濃度値ｋを漸増させることを想定しているため、濃度値ｋ＝ｋmaxとなるまで繰り返し計算しているが、逆に漸減させて濃度値ｋ＝ｋminとなるまで繰り返し計算させることもできる。
【００１６】
（ステップ７）
各濃度値ｋにおける分散値ｍkの平均値を求めて、このフィラメント電流値におけるエミッションパターンの評価値とする。
【００１７】
（ステップ８）
こうして算出された評価値が、事前に設定された評価値の閾値よりも低いか否かを判断し、評価値が閾値よりも高ければ、このときのフィラメント電流値は異常（不適）であると判断し、所定の変化幅だけフィラメント電流値を増加させて、同様にこのときのエミッションパターンの評価値を求め、順次フィラメント電流値の最適化を行う。なお、閾値は経験値として事前に与えられる。
評価値が閾値よりも低ければ、このフィラメント電流値におけるエミッションパターンが正常形状である、即ちこのときのフィラメント電流値が飽和点に到達したと判断して、電子線発生装置の最終的なフィラメント電流値として設定する。
【００１８】
図２におけるエミッションパターン画像(4)を具体例として説明すると、エミッションパターン画像(4)について２値化処理を行うと、図３右のようなパターン画像が得られる。適切なフィラメント電流値におけるエミッションパターンは、輝度ムラのないほぼ正楕円形状となっているので、分散値の平均値である評価値が小さくなる。
【００１９】
図４は、図２に示すエミッションパターン画像(1)〜(5)について上述した本発明に係る評価値を求めたものである。画像(4)および(5)が閾値以下となっており正常と判断されるが、、閾値を最初に越えたパターン画像(4)におけるフィラメント電流値が正常値として採用される（ここでは説明のため画像(5)についても本発明を適用して評価値を求めているが、実際には画像(4)の評価値が閾値を越えた時点で終了する）。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に係るフィラメント電流設定方法は、電子顕微鏡等の電子源などに好適に利用される他、電子線描画装置、電子線露光装置、電子ビームテスタ、電子ビーム溶接機、ウエハ検査装置などの電子線応用装置にも利用できる。さらには、電子線をターゲットに照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置およびその利用装置にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るフィラメント電流値設定方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図２】５段階のフィラメント電流値に係るエミッションパターン画像である。
【図３】２値化されたパターン画像を示す図である。
【図４】評価値と閾値との関係を示す図である。
【図５】２値化されたパターン画像における中間点群の求め方の説明図である。
【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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