(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを試料に走査したときに得られる画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整方法において、
前記試料への荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた画像から求められる分解能指標値を演算し、当該分解能指標値と前記コントラスト及びブライトネスに関する情報との関係を示すテーブル、或いは演算式を用いて、前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた画像の分解能指標値に応じた前記コントラスト及びブライトネスに関する情報を取得し、当該情報を用いて前記画像のコントラスト及びブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記分解能指標値と、目標コントラスト、コントラスト調整量、或いは前記検出器のアンプのゲイン値との関係を登録したテーブル、又は前記分解能指標値と、目標コントラスト、コントラスト調整量、或いは前記検出器のアンプのゲイン値との関係を示す演算式に基づいて、前記コントラストを調整するための信号を発生することを特徴とするコントラスト・ブライトネス調整方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記分解能指標値と、目標ブライトネス、ブライトネス調整量、或いは前記検出器のアンプのバイアス値との関係を登録したテーブル、又は前記分解能指標値と、目標ブライトネス、ブライトネス調整量、或いは前記検出器のアンプのバイアス値との関係を示す演算式に基づいて、前記コントラストを調整するための信号を発生することを特徴とするコントラスト・ブライトネス調整方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記コントラスト・ブライトネス調整後の画像に対して、前記分解能指標値を求めることを特徴とするコントラスト・ブライトネス調整方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記画像の輝度情報と、前記分解能指標値に基づいて、前記検出器のアンプの制御信号を発生することを特徴とするコントラスト・ブライトネス調整方法。
【請求項６】
荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの試料への走査に基づいて得られる信号を検出する検出器と、当該検出器にて検出された信号に基づいて、形成された画像の分解能評価値を算出する画像信号処理装置を備えた荷電粒子線装置であって、
前記算出された分解能評価値に基づいて、前記画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整部を備えた荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記コントラスト・ブライトネス調整部は、前記分解能指標値と、目標コントラスト、コントラスト調整量、或いは前記検出器のアンプのゲイン値との関係を登録したテーブル、又は前記分解能指標値と、目標コントラスト、コントラスト調整量、或いは前記検出器のアンプのゲイン値との関係を示す演算式に基づいて、前記コントラストを調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項６において、
前記コントラスト・ブライトネス調整部は、前記分解能指標値と、目標ブライトネス、ブライトネス調整量、或いは前記検出器のアンプのバイアス値との関係を登録したテーブル、又は前記分解能指標値と、目標ブライトネス、ブライトネス調整量、或いは前記検出器のアンプのバイアス値との関係を示す演算式に基づいて、前記コントラストを調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項６において、
前記画像信号処理装置は、前記コントラスト・ブライトネス調整後の画像に対して、前記分解能指標値を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項６において、
前記コントラスト・ブライトネス調整部は、前記画像の輝度情報と、前記分解能指標値に基づいて、前記検出器のアンプの制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、当該荷電粒子ビームの試料への照射に基づいて得られる信号を検出する検出器と、当該検出器にて検出された信号に基づいて、前記画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整部を備えた荷電粒子線装置において、
当該コントラスト・ブライトネス調整部は、前記画像の分解能指標値に基づいてコントラストとブライトネスを調整する第１の調整モードと、前記画像の輝度情報に基づいてコントラストとブライトネスを調整する第２の調整モードを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記コントラスト・ブライトネス調整部は、前記第１の調整モードのときに、前記画像の分解能指標値を求め、当該分解能指標値に基づいて、前記画像のコントラストとブライトネスを調整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、画像のコントラスト・ブライトネスを決定する方法及び装置に係り、特に、ビームの走査速度を変化させることが可能な荷電粒子線装置のコントラスト・ブライトネスを決定する方法、及び当該コントラスト・ブライトネス決定法を実行する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体市場では、半導体デバイス等の高集積化や微細化が進み、これら試料の観察、測定、検査を行う荷電粒子線装置の性能改善が常に要求されている。例えば、荷電粒子線装置の一態様である走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）」と略称する。）が産業用に用いられる場合、主に、パターン寸法を測定する検査工程において用いられることが多い。そのような用途で用いられるＳＥＭにおいては、複数の装置間での計測特性の差を小さくすることが求められる。そのため、同一の試料を観察した時に、表示画像の画質を揃えることが望ましい。
【０００３】
画質を揃えるために必要な調整の１つに、画像のコントラスト・ブライトネス調整がある。試料の中には、付着した塵等により局所的に非常に輝度の高い部分または輝度の低い部分が存在し、コントラスト・ブライトネスが適切な値とならない場合がある。そこで、コントラストとブライトネスを調整する方法として、ヒストグラムを用いた手法が一般的に用いられる。まずビーム照射（以下、スキャンと略称する。）後の画像からヒストグラムを生成し、生成したヒストグラムと基準ヒストグラムを比較する。基準ヒストグラムに形態を合わせるように、ゲイン（コントラスト）とオフセット（ブライトネス）を決定することで、一定の明るさに統一するようにコントラストとブライトネスを決定する。
【０００４】
特許文献１には、試料傾斜時のコントラスト、ブライトネスの変化を補正すべく、検出器の増幅率を調整する手法が説明されている。また、特許文献２には、画像のノイズ量を計測し、当該ノイズ量に基づいて、コントラストとブライトネスを調整する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０３１０７号公報
【特許文献２】特開２００９−１８１８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、ビームのスキャンスピードを高速にする等、ビームの照射条件を変化させた場合、一定の明るさに統一するコントラスト・ブライトネス調整方法では、表示画像の分解能が低下する。同じパターンをスキャンしているにも関わらず、スキャンスピードが異なることで、分解能の低下が発生し、表示画像の画質を揃えることができない。ここでいう分解能とは、画像上で見分けることのできる２点間の最小の間隔を意味する。
【０００７】
昨今、半導体デバイスは、微細化、複雑化が進み、試料上に形成されたパターンの組成等に応じて、ビーム条件を適正に選択した上で、ビーム照射を行う必要性が高くなることが予想される。一方、上述のようにビーム条件を変化させると、分解能が変化する場合がある。例えば半導体デバイスの線幅等を測定するＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳＥＭ）は、分解能が変化によって、出力される測長値が変化する可能性がある。例えば同じ寸法のパターンを測定したとしても、分解能の変化によって、寸法値が変化する可能性がある。
【０００８】
以上のように分解能の変化は、測長再現性を低下させる要因となるが、特許文献１、２に開示されたコントラスト、ブライトネスの調整法は、分解能低下に配慮されたものではなかった。
【０００９】
以下に、分解能や分解能の変動要因となる走査速度に応じたコントラスト、ブライトネス調整を可能とすることを目的とするコントラスト、ブライトネス調整方法、及び荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための一態様として、以下に、荷電粒子ビームを試料に走査したときに得られる画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整方法であって、前記試料への荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた画像から求められる分解能指標値の演算、又は前記荷電粒子ビームの走査速度を設定し、前記分解能指標値、又は前記走査速度と前記コントラスト及びブライトネスに関する情報との関係を示すテーブル、或いは演算式を用いて、前記走査速度、又は前記荷電粒子ビームの走査に基づいて得られた画像の分解能指標値に応じた前記コントラスト及びブライトネスに関する情報を取得し、当該情報を用いて前記画像のコントラスト及びブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整方法を提案する。
【００１１】
また、上記目的を達成するための他の態様として、以下に、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの試料への走査に基づいて得られる信号を検出する検出器と、当該検出器にて検出された信号に基づいて、形成された画像の分解能評価値を算出する画像信号処理装置、及び／又は前記荷電粒子ビームの走査速度を設定する走査速度設定部を備えた荷電粒子線装置であって、前記算出された分解能評価値、或いは前記設定された走査速度に基づいて、前記画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整部を備えた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、分解能や分解能の変動要因となる走査速度に応じたコントラスト、ブライトネス調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】スキャンスピード高速化による分解能の低下を説明する図
【図２】コントラスト・ブライトネス調整による分解能の向上を説明する図
【図３】画像から求めた分解能を示す指標値に基づいて、コントラストとブライトネスを調整する画像信号処理装置の構成図。
【図４】分解能指標値を算出する分解能算出部の概要を説明する図。
【図５】コントラスト・ブライトネス調整部の概要を説明する図。
【図６】図３に例示した画像信号処理装置を用いたコントラストとブライトネスの調整工程の一例を説明する図。
【図７】荷電粒子線装置の概略構成図。
【図８】分解能指標値と輝度情報に基づいて、コントラストとブライトネスを調整する工程を説明するフローチャート。
【図９】コントラスト・ブライトネス調整のための条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１０】コントラスト・ブライトネス調整を自動的に行うための条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１１】目標コントラスト決定テーブルの一例を説明する図。
【図１２】目標ブライトネス決定テーブルの一例を説明する図。
【図１３】ゲイン値決定テーブルの一例を説明する図。
【図１４】バイアス値決定テーブルの一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
近年の半導体デバイスは、微細化の実現に必要なＡｒＦレジストやＬｏｗ−ｋ材が用いられる。これら微細化に必要な材料はスキャンによってデバイス特性が変化しやすく、ＳＥＭで観察する際にパターンの収縮（以下、シュリンクと略称する。）や変形が発生しやすい。そのため、ＳＥＭによる観察、測定、或いは検査において、スキャンスピードを高速化し、可能な限り、試料にビームを照射しないことが、パターンの破壊を防ぐ有効手段である。今後もパターンの微細化が進行する中、スキャンスピード高速化のニーズは高まっていくと思われる。
【００１５】
図１に、異なるスキャンスピード（１倍速と２倍速）で取得した画像を例に、分解能が低下する仕組みについて説明する。ＳＥＭは、まずパターンをスキャンする。スキャンにより発生した２次電子もしくは反射電子が検出器にあたることで発光し、その発光時の明るさ情報と経過時間の関係から波形信号を作り出す。前記波形信号に対して、スキャンスピードからスキャン位置を割り出し、対応する１画素に前記波形信号の明るさ情報を格納する。画像は画素の集合体であり、行と列から構成されているため、行列に対してこれらの処理を行うことで、画像を形成する。
【００１６】
図１の波形信号は、コントラスト・ブライトネス調整により、画像の明るさが一定となるように調整されており、形状が似た波形信号となっている。１倍速スキャンに比べて２倍速スキャンは、スキャンスピードが２倍であるため、波形信号から明るさを取得する間隔は２分の１となる。１倍速スキャンで取得した画像では、時間１の波形信号の明るさが画素１の輝度に対応するため明るくなり、波形信号の時間２の明るさが画素２の輝度に対応するため暗くなる。一方、２倍速スキャンで取得した画像では、波形信号の時間３の明るさが画素３、波形信号の時間４の明るさが画素４の輝度に対応するため明るくなり、波形信号の時間５の明るさが画素５、波形信号の時間６の明るさが画素６の輝度と対応するため暗くなる。
【００１７】
このように、スキャンスピードを高速化して得た波形信号に対して、一定の明るさに調整するようなコントラスト・ブライトネス調整法を適用すると、波形信号のサンプリング間隔が短いため、波形信号の明るい部分が数ピクセルにわたり、分散する。そのため、全体的にエッジのない（分解能が低下した）画像となる。
【００１８】
以上のことから、以下に説明する実施例では、スキャンのスピードを高速化した場合でも、高分解能の維持が可能なコントラスト・ブライトネス調整方法、及び荷電粒子線装置について説明する。
【００１９】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線装置等によって得られた画像から分解能を示す指標値を求め、当該指標値に基づいて、コントラスト及び／又はブライトネスを調整する方法、及び装置を提案する。
【００２０】
図２に、異なるスキャンスピード（１倍速と２倍速）で取得した画像を例に、高い分解能を維持できる原理について説明する。１倍速スキャンに比べて２倍速スキャンは、スキャンスピードが２倍であるため、波形信号から明るさを取得する間隔は２分の１となる。そこで、画像の分解能が低下している場合には、コントラストとブライトネスを変更し、１倍速スキャンの時間７と２倍速スキャンの時間９で波形信号の明るさが同じになるように波形信号を調整する。１倍速スキャンの経過時間８と２倍速スキャンの経過時間１０の波形信号の明るさも同様である。これにより、１倍速スキャンによる画素７と８の明るさと、２倍速スキャンによる画素９と１０の明るさを同じにすることができ、前記波形信号から形成される画像の分解能を揃えることが可能になる。
【００２１】
このように、走査速度や分解能に応じたコントラストとブライトネスの設定を可能とすることによって、分解能を揃えることができ、測長再現性を下げることなく、任意の走査速度による測定や検査を行うことが可能となる。なお、走査速度が遅い方が多くの信号量を得ることができ、高い分解能の画像を形成するので、遅い走査速度（上記の場合、１倍速スキャン）によって得られた画像の分解能に、より早い走査速度の走査によって得られた画像の分解能を合わせることが望ましい。しかしながら、測長再現性の観点からは、必ずしもそうする必要はなく、基準となる分解能を決めておき、走査速度を変えた場合でも、当該基準分解能となるように、コントラストとブライトネスの条件を設定するようにしても良い。
【００２２】
上記構成によれば、スキャンスピードを高速化した状態にて、分解能を揃えることができるため、微細化したパターンを破壊せず、なお且つ、高い分解能の画像を形成することが可能となる。
【００２３】
以下、画像から得られた分解能指標値に基づいて、コントラスト・ブライトネス調整を行うための方法、装置、及びコンピュータ内で前記調整を行うための条件を算出するコンピュータプログラムについて、具体的例を用いて説明する。
本実施例にて説明する画像信号処理装置は、分解能指標値を算出する分解能指標値算出手段と、当該分解能指標値に基づき、調整目標とするコントラストとブライトネスを定め、信号アンプのゲイン値とバイアス値を決定するコントラスト・ブライトネス調整手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
本実施例にて説明する方法、装置、及びコンピュータプログラムでは、目標の分解能と現状の分解能を比較することで、必要な画像の明るさを想定（推定、或いは予め関係を定義）して、コントラストとブライトネスを調整する。このような構成によれば、分解能の低下に配慮することなく、試料へのビーム照射を削減するために高速なスキャンが使用可能となり、デバイス特性劣化の抑制が行える。
【００２５】
なお、以下の説明では画像形成装置、或いは信号取得装置の一例としてＳＥＭを例にとって説明したが、これに限らず例えばヘリウムイオンや液体金属イオンからなるイオンビームを試料に照射して得られる二次電子や二次イオンを検出することによって画像や信号を取得する集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置のような他の荷電粒子線装置に対して、画像形成装置、或いは信号取得装置として適用するようにしても良い。
【００２６】
以下、具体的な実施形態について、図３から図６を用いて詳細に説明する。図３は、画像信号処理装置の一態様を説明する図である。画像信号処理装置１０は、分解能指標値算出部１３と、輝度情報抽出部１４と、信号アンプを調整対象とするコントラスト・ブライトネス調整部１５で構成される。なお、本実施形態において、画像信号処理装置１０は、一般的に、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリを備えたコンピュータによって構成され、その中での信号処理をディジタル処理で実行するものを想定しているが、ハードワイヤードで構成してもよい。
【００２７】
分解能指標値算出部１３は、試料から放出された電子により形成される画像１１を入力として、前記画像の分解能を算出し、分解能指標値１６を出力する。分解能指標値とは、目標の分解能と画像１１の分解能との乖離の度合いである。輝度情報抽出部１４は、画像１１を入力として、前記画像の輝度情報１７を出力する。この輝度情報１７は、画像１１の現状のコントラストとブライトネスになる。
【００２８】
コントラスト・ブライトネス調整部１５は、分解能指標値算出部１３にて算出した分解能指標値１６と、輝度情報抽出部１４にて抽出した輝度情報１７を入力として、目標の分解能を実現するコントラストとブライトネスに変更するための信号アンプの制御信号１８を出力する。この信号アンプの制御信号とは、信号アンプに設定するためのゲイン値とバイアス値をさす。
【００２９】
図４を用いて、分解能指標値算出部の詳細について説明する。分解能指標値算出部１３は、分解能抽出部２１と、目標分解能出力部２２と、分解能乖離算出部２５を備えており、画像１１から分解能指標値１６を算出する機能を持つ。
分解能抽出部２１は、画像１１から分解能パラメータ２３を抽出する。分解能パラメータとは、例えば、パターンエッジ部分の輝度の勾配を求め、照射するビーム径に換算した数値などの情報で構成できる。
【００３０】
目標分解能出力部２２は、目標分解能パラメータ２４を出力する。目標分解能パラメータは、オペレータによるＧＵＩからの入力、もしくは、予め、決めていた値を出力することで構成する。分解能乖離算出部２５は、分解能パラメータ２３と目標分解能パラメータ２４の乖離（差分）を求めることで、分解能指標値１６を出力する。
【００３１】
次に、図５を用いて、コントラスト・ブライトネス調整部の詳細について説明する。コントラスト・ブライトネス調整部１５は、目標コントラスト決定部３１と目標ブライトネス決定部３２、ゲイン値決定部３５とバイアス値決定部３６を備えており、分解能指標値１６に基づき、調整目標とするコントラストとブライトネスを定め、目標コントラスト３３と目標ブライトネス３４、輝度情報１７から、信号アンプのゲイン値とバイアス値を決定する機能を持つ。
【００３２】
目標コントラスト決定部３１は、分解能指標値１６を入力として、目標コントラスト３３を出力する。この目標コントラストが、画像１１のコントラストを調整するための目標値となる。出力される目標コントラストは、予め、分解能指標値とコントラストの関係を測定しておき、テーブルとして備えておく。またその関係を計算式として持たせても良い。また、例えば分解能指標値１６と、目標コントラスト、或いはコントラスト調整量との関係を予めテーブル化しておき、入力された指標値に基づいてコントラスト調整量等を読み出し、当該調整量に応じてゲインコントロールを行うようにしても良いし、入力された指標値とゲイン値との関係を予めテーブル化しておき、入力された指標値に基づいて、ゲイン値を読み出すようにしても良い。
【００３３】
後述する目標ブライトネス決定部も同様である。このようなテーブルや演算式は、予め所定の記憶媒体に記憶され、必要に応じて読み出し可能に構成されている。当該記憶媒体は、画像信号処理装置内に設けておいても良いし、外部の記憶媒体に記憶しておき、必要に応じて読み出せるようにしておけば良い。なお、分解能指標値とコントラストとの関係を示す式は、一次、或いは多次の演算式で表現することができ、当該演算式に、分解能指標値を代入することによって、上記コントラストを求めるようにすると良い。
【００３４】
図１１は、目標コントラスト決定テーブルの一例を説明する図である。当該テーブルでは、複数の目標コントラストと複数の分解能指標値との関係がテーブル化されている。後述するゲイン値決定部３５では、例えば現在のコントラストと目標コントラストとの差異に基づいて、ゲイン値を決定し、信号アンプを制御する。また、コントラスト調整量がテーブルに記憶されている場合には、後述するゲイン値決定部３５にて、当該調整量に相当するゲイン値を決定し、信号アンプを制御する。
【００３５】
目標ブライトネス決定部３２は、分解能指標値１６を入力として、目標ブライトネス３４を出力する。この目標ブライトネスが、画像１１のブライトネスを調整するための目標値となる。出力される目標ブライトネスは、予め、分解能指標値とブライトネスの関係を測定しておき、テーブルとして備えておく。またその関係を計算式として持たせてもよい。図１２は、目標ブライトネス決定テーブルの一例を説明する図である。考え方は目標コントラスト決定テーブルと同様である。
【００３６】
ゲイン値決定部３５は、目標コントラスト３３と輝度情報１７を入力として、信号アンプの制御信号１８のゲイン値を出力する。出力されるゲイン値は、予め、コントラストと輝度情報、信号アンプのゲイン値との関係を測定しておき、入力された目標コントラストと輝度情報（現状のコントラスト）から決定される。図１３は、ゲイン値決定テーブルの一例を説明する図である。このテーブルでは、現在の輝度（現状のコントラスト）と目標コントラストとの組み合わせ毎に、信号アンプのゲイン値（本例の場合、ＤＡＣ値、他のアンプの制御量であっても良い）が登録されている。
【００３７】
バイアス値決定部３６は、目標ブライトネス３４と輝度情報１７を入力として、信号アンプの制御信号１８のバイアス値を出力する。出力されるバイアス値は、予め、ブライトネスと輝度情報、信号アンプのバイアス値との関係を測定しておき、入力された目標ブライトネスと輝度情報（現状のブライトネス）から決定される。図１４は、バイアス値決定テーブルの一例を説明する図である。考え方はゲイン値決定テーブルと同様である。
【００３８】
コントラスト・ブライトネス調整部１５にて決定された信号アンプの制御信号１８（ゲイン値・バイアス値）は、信号アンプへ出力され、信号アンプは、前記信号アンプの制御信号を使って波形信号を制御し、画像のコントラストとブライトネスを目標値に設定する。
【００３９】
その目標コントラストと目標ブライトネスに設定された状態において、分解能指標値を算出すると、目標とする分解能と一致する。
【００４０】
次に、コントラストとブライトネス調整が波形信号に与える影響について、図６を用いて説明する。波形信号のコントラスト調整では、波形信号の最大値を変更する。波形信号（図６（ａ））に、コントラスト・ブライトネス調整部１５から出力した信号アンプの制御信号であるゲイン値（増幅度）を乗算（図６（ｂ））し、波形信号の最大値を変更することで、画像上にある白い部分と黒い部分の比率を調整する。
【００４１】
波形信号のブライトネス調整では、波形信号の平均値を変更する。波形信号に、コントラスト・ブライトネス調整部１５から出力した信号アンプの制御信号であるバイアス値を加算（図６（ｃ））し、波形信号の平均値を変更することで、画像全体の明るさの度合いを調整する。これらにより得られた波形信号が目標コントラストと目標ブライトネスに設定された調整後の波形信号５３（図６（ｄ））となる。
【００４２】
上記本実施例によれば、スキャンスピードを高速化し、表示画像の分解能が低下した状態で、目標の高い分解能となるコントラスト・ブライトネスに調整できるため、表示画像の画質を揃えた状態で、試料に対するビーム照射量の抑制によるデバイス特性の変化を防止することができる。
【００４３】
以下、荷電粒子線装置に上述の画像信号装置を適用した例を、図７から図８を用いて説明する。図７に示すように、荷電粒子線装置によって得られる画像信号を処理する画像信号処理装置１０が、荷電粒子線装置の出力側に接続されている。
【００４４】
荷電粒子線装置６０は、ビーム源６４、集束レンズ６２、対物レンズ６５、検出器６９、ＸＹステージ６８などを収納した鏡体６１に、前記検出器から出力される検出信号を増幅する信号アンプ７０と、前記信号アンプから出力される波形信号１２を表示画像に形成する表示画像生成部７１と、画像信号処理装置１０と、像表示器７２が接続されている。
【００４５】
鏡体６１においては、ビーム源６４から出射された荷電粒子線６３が試料６６に照射されると、荷電粒子線６３が照射された試料部位から２次電子や反射電子等が放出され、検出器６９はそれらを検出する。その検出された信号は、信号アンプ７０にて増幅され、波形信号１２として表示画像生成部７１へ出力される。この時、荷電粒子線６３は、試料６６の観測領域を走査するように偏向制御される。また、試料６６は、ＸＹステージ６８上に設置された試料ホールダ６７に固定され、ＸＹステージ６８の水平方向の移動制御によって、試料６６の観測領域の中心位置が定められる。
【００４６】
表示画像生成部７１は、信号アンプ７０から出力された波形信号１２を入力として、ビットマップの画像１１を生成し、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などで構成された画像メモリに記憶する。画像信号処理装置１０は、画像メモリに記憶された画像１１を入力として、分解能指標値を算出し、その指標値に基づいて信号アンプの制御信号１８を決定する。
【００４７】
図８のフローチャートを用いて、荷電粒子線装置に適用した際の画像信号処理装置１０の動作について説明する。まず、表示画像生成部７１から生成された画像１１を取得する（ステップＳ１０）。次に、輝度情報抽出部１４にて、前記画像の輝度情報を抽出する（ステップＳ１１）。次に、分解能指標値算出部１３にて、前記画像の分解能指標値を算出する（ステップＳ１２）。抽出した輝度情報と算出した分解能指標値から、目標値（目標コントラストと目標ブライトネス）を決定する（ステップＳ１３）。
【００４８】
次に、前記画像から抽出した輝度情報と目標値を比較する（ステップＳ１４）。ステップ１４の判定において、輝度情報が目標値に達していない場合には、コントラスト・ブライトネス調整が必要と判断し、コントラスト・ブライトネス調整部１５にて、前記目標値（目標コントラストと目標ブライトネス）から、ゲイン値とバイアス値を決定する（ステップＳ１５）。その決定したゲイン値とバイアス値を信号アンプ７０に設定し、画像のコントラスト・ブライトネス調整を行う（ステップＳ１６）。
【００４９】
一方、画像を取得し、前記画像から抽出した輝度情報と目標値を比較するステップ１４の判定において、輝度情報が目標値に達している場合には、コントラスト・ブライトネス調整を終了し、像表示器７２に、コントラスト・ブライトネス調整後の画像を表示する。像表示器７２には、コントラスト・ブライトネスの変化の確認を目的に、調整中の画像を表示してもよい。
【００５０】
以上のように、画像から求めた分解能指標値に基づき、コントラスト・ブライトネス調整を行う画像処理信号装置を有する荷電粒子線装置において、コントラスト・ブライトネス調整を繰り返し行うことで、画像のコントラストとブライトネスを目標値に限りなく近づけ、目標の分解能にすることができる。
【００５１】
図９は、コントラスト・ブライトネス調整を行うためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面の一例を説明する図である。この画面は像表示器７２に表示され、オペレータはこの画面を使って実行条件を設定し、コントラスト・ブライトネス調整を行う。
【００５２】
まずオペレータは、像表示器７２に実行画面４００を起動し、像表示画面４０７上に表示される試料像から、コントラスト・ブライトネス調整を行うか否かを判断する。次に、調整方法として、輝度情報のみの調整４０２、又は分解能に基づく調整４０３を選択し、自動調整ボタン４０１を押す。自動調整ボタン４０１が押されたことをきっかけに、先程選択した調整方法によりコントラスト・ブライトネス調整を開始する。
【００５３】
輝度情報のみの調整４０２とは、分解能を考慮せず、輝度が予め設定された目標値となるようにコントラストとブライトネスを調整するモードである。分解能に基づく調整４０３とは、図８の処理フローに従い、分解能指標値を算出して、コントラストとブライトネスを調整するモードである。この分解能に基づく調整４０３には、条件Ａ４０４、条件Ｂ４０５、条件Ｃ４０６のように、調整時の分解能指標値が設定可能になっており、オペレータは、例えば、パターンの形状に合わせて調整条件を選択することができる。また像表示画面４０７には、コントラスト・ブライトネス調整後の試料像を表示することで、調整が適正に行われているか否かの目視確認に用いる。例えば、明らかにコントラスト・ブライトネス調整が失敗した場合、オペレータは像表示画面４０７の状況を見ることで、再調整が必要かを判断することができる。コントラスト・ブライトネス調整を終了した後、オペレータは閉じるボタン４０８を押すことで、実行画面４００を閉じて調整を終了する。
【００５４】
以上のように、輝度情報のみの調整と、分解能に基づく調整を実行画面から選択し実行する手段を用意しておくことで、荷電粒子線装置の使用条件に基づいて、最適な調整手段を選択することが可能になる。なお、本実施例では、機能の選択手段としてボタンを用いたが、調整種類の選択方法等の表現はこれに限るものではない。
【００５５】
図１０は、荷電粒子線装置にて自動運転を行う時の条件を設定する条件設定画面（ＧＵＩ画面）の一例を説明する図である。この条件設定画面５００は、自動運転を行うためのレシピファイルの１つとして像表示器７２に表示される。
【００５６】
まずオペレータは、条件設定画面５００を起動した後、コントラスト・ブライトネス調整に用いる試料パターンフラグ５０１、又は調整専用パターンフラグ５０２を選択する。
【００５７】
フラグ５０１又は５０２を選択することで、ステージ上の試料もしくは調整パターンの何れを用いるかを決定する。試料パターンフラグ５０１を選択した場合には、併せてパターンのステージ座標、試料像取得倍率、試料像を取得する際のフレーム数を、それぞれ数値入力ウィンドウ５０３、５０４、５０５から入力する。調整専用パターンフラグ５０２を選択した場合は、予め保存してあるステージ座標、倍率、フレーム数がそれぞれの数値入力ウィンドウに設定される。なお、ここで設定されるフレーム数とは、パターンの像を形成するための走査像の積算回数である。
次に、コントラスト・ブライトネス調整のＯＮ／ＯＦＦを選択する。コントラスト・ブライトネス調整フラグ５０６がＯＮならば、調整を実施する。フラグ５０６がＯＦＦならば調整を行わないため、コントラスト・ブライトネス調整が必要ない条件で選択することが望ましい。
【００５８】
コントラスト・ブライトネス調整フラグ５０６がＯＮの場合に、調整方法として、輝度情報のみによる調整５０７、又は分解能に基づく調整５０８のいずれかを選択することができる。輝度情報のみの調整５０７とは、分解能を考慮せず、輝度が予め設定された目標値となるようにコントラストとブライトネスを調整するモードである。
【００５９】
分解能に基づく調整５０８とは、図８の処理フローに従い、分解能を示す指標値を算出して、コントラストとブライトネスを調整するモードである。
【００６０】
この分解能に基づく調整５０８には、条件Ａ５０９、条件Ｂ５１０、条件Ｃ５１１のように、調整時の分解能指標値が設定可能になっており、オペレータは、例えば、パターンの形状に合わせて調整条件を選択することができる。
【００６１】
以上のように、レシピファイルの一つとして、条件設定画面により分解能に基づくコントラスト・ブライトネス調整を選択できるようにしておけば、自動運転時にも適用することができる。
【００６２】
なお、本実施例では、自動運転機能の条件設定画面を説明するためにフラグを用いたが、フラグの表記や調整種類の選択方法の表現はこれに限るものではない。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、上述の実施例によれば、輝度情報のみによる調整、又はユーザの好みに合う分解能指標値に基づいた調整を選択することができる。
【００６４】
例えば、試料への電子ビームの照射が許容されるのであれば、画像の輝度に基づいてコントラスト等の調整を行うことが望ましい場合も考えられる。よって、図９、図１０に例示するＧＵＩ画面のように、輝度情報に基づいて、コントラスト・ブライトネスを調整するモードと、分解能指標値に基づいて、コントラスト・ブライトネスを調整するモードを、任意の切り替えることができるように構成することで、試料の種類とコントラスト・ブライトネス調整の精度を勘案して、装置条件を設定することが可能となる。
【００６５】
なお、上記の全ての実施形態において、分解能の代わりにスキャンスピードを指標値に用いて、目標コントラストと目標ブライトネスを求めても良い。この場合、図示しない設定装置等によって設定された走査速度情報と、図１１〜図１４に例示するようなテーブルであって、分解能指標値に換えて走査速度と、コントラスト、ブライトネス、ゲイン値、或いはバイアス値が関連付けて記憶されたテーブルを用いて、コントラスト等を設定するようにすると良い。設定された走査速度は、図示しない走査偏向器の走査条件として設定される。
【符号の説明】
【００６６】
１０  画像信号処理装置
１１  画像
１２  波形信号
１３  分解能指標値算出部
１４  輝度情報抽出部
１５  コントラスト・ブライトネス調整部
１６  分解能指標値
１７  輝度情報
１８  信号アンプの制御信号（ゲイン値・バイアス値）
２１  分解能抽出部
２２  目標分解能出力部
２３  分解能パラメータ
２４  目標分解能パラメータ
２５  分解能乖離算出部
３１  目標コントラスト決定部
３２  目標ブライトネス決定部
３３  目標コントラスト
３４  目標ブライトネス
３５  ゲイン値決定部
３６  バイアス値決定部
５０  調整前の波形信号
５１  ゲイン値の乗算による最大値調整（目標コントラスト）
５２  バイアス値の加算による平均値調整（目標ブライトネス）
５３  調整後の波形信号（目標コントラストと目標ブライトネス）
６０  荷電粒子線装置
６１  鏡体
６２  集束レンズ
６３  荷電粒子線
６４  ビーム源
６５  対物レンズ
６６  試料
６７  試料ホールダ
６８  ＸＹステージ
６９  検出器
７０  信号アンプ
７１  表示画像生成部
７２  像表示器
【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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