(57)【要約】  測定装置は、光／電気変換素子と、前記光／電気変換素子から、ダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスを含んだ検出パルスを受信する信号処理部と、を備える。なお、前記信号処理部は、予め取得した前記光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布に基づき、前記検出パルスの振幅弁別を行う。
2020129150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光／電気変換素子と、前記光／電気変換素子から、ダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスを含んだ検出パルスを受信する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、予め取得した前記光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布に基づき、前記検出パルスの振幅弁別を行う、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
前記光／電気変換素子に光を入射しない状態で前記ダークパルスの振幅分布を取得する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
前記ダークパルスの振幅分布に基づき、前記検出パルスに含まれる前記ダークパルスを除去する閾値を設定する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
前記ダークパルスの振幅分布に基づき、前記検出パルスの振幅弁別値を設定する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
前記ダークパルスの振幅分布における、前記ダークパルスの１フォトンに相当する振幅A1、２フォトンに相当する振幅A2に基づき、
前記閾値T1を概略(A1+A2)/2にフォトン数nとn+1間の前記振幅弁別値Dnを概略Dn={A1*(3-2n)+A2*(2n-1)}/2 (n≧2) とする、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
前記光／電気変換素子を駆動するバイアス電圧を複数設定し、それぞれの前記バイアス電圧に対して前記閾値T1と前記振幅弁別値Dnを設定し、テーブル（LUT）に記憶する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記光／電気変換素子として、シリコンフォトマルチプライア(SiPM)を用いる、ことを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項１に記載の測定装置であって、
複数の前記光／電気変換素子を備え、
前記信号処理部は、
複数の前記光／電気変換素子をそれぞれ駆動する複数のバイアス電圧生成部を有する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
複数の前記光／電気変換素子各々の前記ダークパルスの振幅分布を予め取得し、基準分布と取得した前記ダークパルスの振幅分布が一致するよう前記バイアス電圧生成部が生成する各バイアス電圧を調整し、調整後の前記ダークパルスの振幅分布に基づいて、前記検出パルスの振幅弁別を行い、前記検出パルスに含まれる前記ダークパルスを除去する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の測定装置であって、
前記信号処理部は、
複数の前記光／電気変換素子各々に対応する前記ダークパルスが除去され、振幅弁別された前記検出パルスをカウントし、各カウント結果を合成して画像を生成する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
信号処理方法であって、
装置内に設置された光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布を予め取得し、前記光／電気変換素子からダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスを含んだ検出パルスを受信し、前記ダークパルスの振幅分布に基づき、受信した前記検出パルスの振幅弁別を行う信号処理方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の信号処理方法であって、
前記光／電気変換素子に光を入射しない状態で前記ダークパルスの振幅分布を取得する、
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の信号処理方法であって、
前記ダークパルスの振幅分布に基づき、前記検出パルスに含まれる前記ダークパルスを除去する閾値を設定する、
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の信号処理方法であって、
前記ダークパルスの振幅分布に基づき、前記検出パルスの振幅弁別値を設定する、
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の信号処理方法であって、
前記ダークパルスの振幅分布における、前記ダークパルスの１フォトンに相当する振幅A1、２フォトンに相当する振幅A2に基づき、
前記閾値T1を概略(A1+A2)/2にフォトン数nとn+1間の前記振幅弁別値Dnを概略Dn={A1*(3-2n)+A2*(2n-1)}/2 (n≧2) とする、
ことを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関し、より具体的には荷電粒子線を照射し、発生する第二の荷電粒子等を検出して画像を得、計測を行う荷電粒子ビーム装置（測定装置の一種である）の信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡や質量分析装置などの荷電粒子ビーム装置は半導体デバイスの評価・計測装置として用いられている。近年、半導体デバイスの構造は微細化、３Ｄ化が進んでおり、半導体デバイスメーカーである顧客が求める評価値が多様化している。特に、デバイス構造の３Ｄ化に伴い、歩留まり向上のために半導体基板上の穴や溝形状の底部寸法を高精度に計測したいというニーズがある。【０００３】
走査電子顕微鏡を用いた上記計測において、試料に一次電子線を照射すると、電子と試料の相互作用によって様々なエネルギーをもった信号電子が様々な方向に出射する。第二の荷電粒子としての信号電子は、出射エネルギーと出射角度に応じて試料に関する異なる情報を持っており、信号電子の弁別検出が、多様な計測に不可欠である。【０００４】
一般に、５０ｅＶ以下のエネルギーで出射する信号電子を二次電子、それよりも大きく、一次電子線のエネルギーに近いエネルギーで出射する信号電子を反射電子と呼び、信号電子は区別される。二次電子は試料の表面形状や電位ポテンシャルに敏感であり、半導体デバイス構造のパターン幅などの表面構造の寸法計測に有効であるが、穴・溝などの３Ｄ構造に対しては側壁に吸収されるなどして穴・溝から脱出できず、検出および計測ができない。一方、特許文献１に開示されるように反射電子は試料の組成や立体形状の情報を含んでおり、３Ｄ構造や、表面と底部の組成の違いなどの情報が得られるとともに、高いエネルギーをもつため、穴・溝から側壁を貫通して脱出でき、穴・溝構造の底部からの信号検出および計測が可能となる。特許文献１に、反射電子の検出用にシリコンフォトマルチプライア(以下、SiPM)などの半導体素子を用いる例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５４１７９９号号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、荷電粒子ビーム装置において，試料近傍で反射電子を補足できるフォトダイオードやSiPMなどの半導体素子、フォトマルなどの光／電気変換素子は高精度形状計測に好適である。特に、SiPMは入力する光子（フォトン：photon)数に比例して検出信号振幅はリニアに変化するという特徴があり、振幅弁別によるフォトンカウントが可能である。SiPMは、基本素子のアバランシェフォトダイオード（APD）を複数アレイ状に組み合わせ、バイアス電圧を印加してガイガーモードとすることで入射光のフォトン数に応じた電流を出力する。【０００７】
このようなSiPMに、ほぼ同時に複数のピクセルにフォトンが入射した場合は、出力パルスはフォトン数に応じて重ね合わさってその振幅が大きくなる。また、SiPMは入射フォトンがない場合でもS/Nを劣化させる、熱的に発生した暗電流のキャリアに起因するダークパルスが発生し、その振幅値はAPDにフォトン１個が入力したときに発生する電流の振幅と同等のものが大部分を占める。そのため、SiPMの出力信号のS/Nを向上して良好なSEM画像を得るためには、これらSiPMの特徴を考慮した出力パルスの処理が必要となる。また、SN向上のために多数のSiPMを装置内に配置するためSiPM素子間ばらつきや検出回路のDCオフセットを考慮する必要がある。【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、高精度の計測を可能とする荷電粒子ビーム装置、及び信号処理方法を提供することにある。その他の目的は、発明を実施するための形態にて明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明においては、光／電気変換素子と、光／電気変換素子から、ダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスを含んだ検出パルスを受信する信号処理部とを備え、信号処理部は、予め取得した光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布に基づき、検出パルスの振幅弁別を行う構成の測定装置を提供する。なお、測定装置の例は荷電粒子ビーム装置である。【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、信号処理方法であって、装置内に設置された光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布を予め取得し、光／電気変換素子からダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスを含んだ検出パルスを受信し、ダークパルスの振幅分布に基づき、受信した検出パルスの振幅弁別を行う信号処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ダークパルスの振幅分布を用いて閾値設定と振幅弁別値設定を行うことで高精度の計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係る走査電子顕微鏡の概略図。
【図２】実施例１に係るダークパルスヒストグラムの一例を示す図。
【図３Ａ】実施例１に係る走査電子顕微鏡の動作フローチャートを示す図。
【図３Ｂ】実施例１に係る走査電子顕微鏡の測定時のフォトン分布の一例を示す図。
【図４】実施例２に係る走査電子顕微鏡の概略図。
【図５Ａ】実施例２に係る走査電子顕微鏡の動作フローチャートを示す図。
【図５Ｂ】実施例２に係る、一定時間におけるダークパルスの振幅分布の一例を示す図。
【図６】実施例３に係る走査電子顕微鏡の概略図。
【図７】実施例３に係る閾値と振幅弁別値のテーブルの一例を示す図。
【図８】実施例３に係る走査電子顕微鏡の動作フローチャートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の実施例は、本発明を特に荷電粒子ビーム装置の一つである走査型電子顕微鏡へ適用した場合について説明するが、本発明は走査型電子顕微鏡に限定されず、他の荷電粒子ビーム装置にも適用できる。
【実施例１】
【００１４】
実施例１は、光／電気変換素子と、光／電気変換素子からダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスの双方を含んだ検出パルスを受信する信号処理部とを備え、信号処理部は、予め取得した光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布に基づき、検出パルスの振幅弁別を行うことが可能な走査型電子顕微鏡の実施例である。【００１５】
また、実施例１は、信号処理方法であって、走査型電子顕微鏡に設置された光／電気変換素子のダークパルスの振幅分布を予め取得し、光／電気変換素子からダークパルスと入力フォトンに応じて出力される信号パルスを含んだ検出パルスを受信し、ダークパルスの振幅分布に基づき、受信した検出パルスの振幅弁別を行う信号処理方法の実施例である。【００１６】
実施例１の構成、動作を図１、図２、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。
図１は実施例１の走査型電子顕微鏡の一構成例を示すものである。真空環境である電子顕微鏡カラム１００の内部に、電子銃１０１が配置されており、電子銃１０１から放出された一次電子線１０２は、一次電子線光軸に沿って飛行する。一次電子線１０２は偏向器１０５で軌道が調整され、対物レンズ１０７により試料１０９上に収束される。なお、資料１０９は電子顕微鏡に備えられるステージに置かれる。試料１０９には負電圧が印加されており、一次電子１０２は電子銃１０１で発生したときのエネルギーよりも小さいエネルギーで試料１０９に衝突する。一次電子１０２の衝突により試料から発生した反射電子１０８と二次電子１０３はそれぞれの出射エネルギー、出射角度に応じて電子顕微鏡カラム１００内を飛行する。【００１７】
シンチレータ１３６に反射電子１０８が衝突すると反射電子１０８は光に変換され、その光がフォトダイオードやSiPMなどの半導体素子、フォトマルなどの光／電気変換素子１０６ａで検出電流に変換され、検出信号１１１となる。検出信号１１１は真空内配線１１０からハーメチックを通って信号前処理部１１４を経由して信号処理部１１５に伝送される。後で説明するように、信号前処理部１１４は、一定期間のダークパルスに基づき、振幅分布１１７を生成すると共に、光／電気変換素子１０６ａのバイアス電圧１１２を生成する。ダークパルスは、熱的に発生した暗電流のキャリアが増倍されて発生するパルスである。【００１８】
信号処理部１１５は、ダークパルス除去部１１９、画像生成部１２１、フォトンカウント部１３４、制御部１２３を含む。測定時の検出信号１１１は信号前処理部１１４内のアナログデジタル変換器（ADC）でデジタル信号化され、信号処理部１１５に入力される。信号処理部１１５は中央処理部（CPU）のプログラム実行により実現可能である。【００１９】
信号処理部１１５のフォトンカウント部１３４で、制御部１２３からの振幅弁別値１４０に基づきデジタル化された検出信号１１１の信号振幅を弁別してフォトン数をカウントする。また、ダークパルス除去部１１９で制御部１２３からの閾値１４１に基づき検出信号１１１のダークパルスを除去する。更に、画像生成部１２１で検出信号１１１に基づく画像を生成する。画像生成部１２１からの画像は、輝度コントラスト調整部１２０にて調整後、コンピュータ１３１の表示部のユーザインタフェース１３２に計測観察検査画像として表示される。本明細書において、予めダークパルスの振幅分布を取得する信号前処理部１１４と、信号処理部１１５を総称して信号処理部と呼ぶ場合がある。アナログ検出器１２２については後述する。【００２０】
図１に示した走査型電子顕微鏡における反射電子の計測動作手順について、図２のダークパルスヒストグラム、図３Ａの動作フローチャート、図３Ｂの測定時のフォトン分布例を用いて説明する。【００２１】
図３Ａのフローで動作が開始(S1)されると、一次電子線１０２を遮断してフォトン（光子）を遮断し(S2)、光／電気変換素子１０６ａに標準バイアス電圧(Vs)１１２を印加する(S3)。バイアス印加により光／電気変換素子１０６ａからダークパルスが出力される。その出力されるダークパルスに基づき、図２に示すような一定時間におけるダークパルスの振幅分布、すなわちダークパルスヒストグラムを生成する(S4)。ダークパルスヒストグラムの横軸は、ダークパルスのレベル（ｍV）、縦軸は頻度（回）を示す。【００２２】
図２に示すように、一定時間のダークパルスの振幅分布の観察により、振幅分布には１フォトン入力に相当するパルス振幅の山P1と、２フォトン入力に相当するパルス振幅の山P2と、及び信号前処理部１１４で発生する回路ノイズの山K1が少なくとも観察される。信号処理部１１５の制御部１２３は、信号前処理部１１４からこのような振幅分布１１７を受け、１ダークパルスの閾値(T1)１４１と、複数の振幅弁別値(Dn)１４０を設定する(S5)。本実施例においては、閾値１４１はP1のピークA1とP2のピークA2から、T1=(A1+A2)/2により設定される。また振幅弁別値１４０はフォトン数n個の山と(n+1)個の山の振幅弁別値Dn={A1×(3-2n)+A2×(2n-1)}/2 (n≧2)で計算する。なお、制御部１２３は光／電気変換素子１０６ａのバイアス電圧１１２を制御するための制御信号１４２を生成し、信号前処理部１１４に出力する。【００２３】
次に走査型電子顕微鏡で実際に測定時の1次ビームを照射し、半導体ウエハなどの被測定物の情報を持つ光子を光／電気変換素子１０６ａに入力する(S6)。測定時のフォトン分布の一例を図３Ｂに示した。【００２４】
図３Ｂに示すフォトン分布において、先に計算した閾値T1に基づいて、ダークパルス除去部１１９はダークパルス以下のパルスを除去(S7)する。また、フォトンカウント部１３４は先に計算した振幅弁別値D1〜Dnに基づいて検出パルスの振幅弁別を行い、検出パルスが何フォトン分に相当するかのフォトンカウントを行う(S8)。更に、画像生成部１２１はフォトンカウント値に基づき画像を生成し、生成した画像に対しプログラム処理により輝度・コントラスト調整を行う(S9)。この調整は、得られた画像の輝度コントラスト分布が予め生成して記憶した基準の輝度コントラスト分布に合うようにデジタル的な信号処理により実行可能である。その後、コンピュータ１３１の画面のユーザインタフェース１３２に調整後の画像が表示される(S10)。コンピュータ１３１は、輝度コントラスト調整部１２０、更には信号処理部１１５の機能を実行する構成であっても良い。【００２５】
以上、図３Ａを用いて説明した動作フローの動作主体は、振幅分布生成部を含む信号前処理部１１４や、制御部１２３を含む信号処理部１１５である。この動作フローをプログラムによるデジタル的な信号処理によって実行する場合、そのプログラムは、例えば制御部１２３内の記憶媒体や、コンピュータ１３１内の記憶部、更にはコンピュータ１３１が接続される外部ネットワークのサーバの記憶装置等に記憶しておくことができる。【００２６】
なお、画像の輝度・コントラスト調整は、上述したデジタル的な輝度コントラスト調整の他、アナログの検出信号１１１が入力されるアナログ検出器１２２の出力を用いて行っても良い。この場合は、シーケンスS6の後に、アナログ検出器１２２で標準バイアス電圧Vsでのアナログ検出を行い(U1)、その検出結果から輝度コントラスト分布を作成し、その輝度コントラスト分布と基準輝度コントラスト分布を比較し、輝度・コントラス調整を行う(U2)。すなわち、輝度コントラスト分布と基準輝度コントラスト分布が一致するようにシーケンスS3に戻ってバイアス電圧１１２をVsからVtに調整して輝度コントラスト調整を行い、その後は上述したS6,S7,S8,S10のシーケンスを行う。【００２７】
また以上説明した動作手順に限らず、図３Ａのフローの開始（S1）の次に、S6⇒U1⇒U2⇒S2⇒S3⇒S4⇒S5⇒S6⇒S7⇒S8⇒S10のように実施しても良い。【００２８】
以上説明した実施例１によれば、フォトンが入力されない状態でダークパルスの振幅分布を計測し、閾値設定と振幅弁別値設定を行うことで被測定物によらない安定な閾値と振幅弁別値を得ることができる。また、ダークパルス除去を行うことで、生成画像のSN向上が得られる。また、光／電気変換素子から出力されるパルス出力振幅を振幅弁別値に基づいてフォトンカウントを行うことで、生成画像のSN向上が得られる。
【実施例２】
【００２９】
実施例２の複数chの光／電気変換素子を備えた走査型電子顕微鏡の構成と動作を図４、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図４は本実施例の走査電子顕微鏡の一般的な概略構成を示すものである。実施例１を説明した図１と同じ構成部については説明を省略する。【００３０】
本実施例は複数の光／電気変換素子１０６、すなわち、４つの光／電気変換素子を用いる場合の実施例である（なお、図示の関係で光／電気変換素子１０６ａ／ｂの２つのみ示してある）。信号前処理部１１４ａ／ｂ、バイアス電圧生成部１１３ａ／ｂも本実施例においては４つ備えている。図示の関係上、図４ではそれぞれ２系統を示している。しかし、これに限ることは無く、光／電気変換素子１０６の数に対応した数の系統を設置する。信号前処理部１１４ａ、／ｂから検出信号１１１ａ／ｂに対応する出力が信号前処理部１１４ｃに入力される。信号前処理部１１４ｃは、ADC１１６と振幅分布生成部１３５を備える。【００３１】
信号前処理部１１４ｃの振幅分布生成部１３５は一定時間のダークパルスの振幅分布１１７を予め生成するブロックであり、生成した振幅分布１１７を信号処理部１１５の制御部１２３に出力する。制御部１２３において振幅分布１１７を記憶してある基準分布と比較し、SiPMバイアス生成部１１３ａ／ｂが生成するバイアス電圧１１２a／ｂを制御する制御信号１４２を出力する。【００３２】
ADC１１６でデジタル信号に変換された検出信号１１１ａ、ｂは、信号処理部１１５に入力される。信号処理部１１５のフォトンカウント部１３４、ダークパルス除去部１１９、画像生成ブロック１２１、制御部１２３も複数の光／電気変換素子１０６a／bの検出信号１１１ａ／ｂそれぞれを処理する機能を有する。本実施例の構成において、ADC１１６の後段に設置された振幅分布生成部１３５や信号処理部１１５は、実施例１同様、CPUのプログラム実行によって実現可能である。【００３３】
図５Ａのフローチャートを用いて図４に示した複数chの光／電気変換素子を備える走査電子顕微鏡の動作を詳述する。一次電子線１０２を遮断し(S2)、複数ある光／電気変換素子１０６の一つを選択する(S3)。ここでは例として光／電気変換素子１０６は４系統(４チャネル、以下、ch)あるとしているが、これに限るものではないことは上述の通りである。【００３４】
まずはch1を選択し、選択したchの光／電気変換素子１０６に標準バイアス電圧(Vs)１１２を印加する(S4)。バイアス印加により選択したchの光／電気変換素子１０６からダークパルスが出力され、図２に示したような一定時間におけるダークパルスの振幅分布を生成する(S5)。一定時間の振幅分布観察により、振幅分布１１７には1フォトン入力に相当するパルス振幅の山P1と2フォトン入力に相当するパルス振幅の山P2、および信号前処理部１１４で発生する回路ノイズの山K1が少なくとも観察される。この振幅分布と図５Ｂに示す基準振幅分布の1フォトンと２フォトンのそれぞれのピーク位置S1とS2と比較し、ピーク位置間のそれぞれの振幅差(A2-A1=S2-S1)が等しくなるようにバイアス電圧１１２を調整する(S4)。【００３５】
ここでA1=S1やA2=S2となるようにバイアス電圧１１２を調整しない理由は、各chの出力パルスを処理する信号前処理部１１４には素子のばらつきや温度特性によりDCオフセットが発生するために、A1=S1やA2=S2となるように調整すると閾値T1や振幅弁別値DnにDCオフセット起因の誤差が発生するためである。なお、あらかじめ信号前処理部１１４などで発生するDCオフセットを除去する機能を備えていれば、バイアス電圧１１２はA1=S1やA2=S2となるように調整しても良い。ダークパルスの分布が基準分布に一致したら、閾値T1と振幅弁別値Dnを閾値１４１はP1のピークA1とP2のピークA2から、T1=(A1+A2)/2により設定される。また振幅弁別値１４０はフォトン数n個の山と(n+1)個の山の振幅弁別値Dn={A1×(3-2n)+A2×(2n-1)}/2 (n≧2) にて計算できる(S7)。以上のS3〜S7のシーケンスを４つのchごとに行い、各chの閾値と振幅弁別値をそれぞれ求める(S8)。【００３６】
次に走査電子顕微鏡による実際の測定のために1次ビーム１０２を照射して、半導体ウエハなどの被測定物である試料１０９の情報を持つ光子を各chの光／電気変換素子１０６に入力する(S9)。測定時の各chのフォトン分布例は図３Ｂに示した通りである。本分布において、先に示した閾値T1に基づいてダークパルス以下のパルスを除去(S10)するとともに、振幅弁別値Dnに基づいて検出パルスの振幅弁別を行い、検出パルスが何フォトン分に相当するかのフォトンカウントを行う(S11)。この後、各chのフォトンカウント結果を合成し(S12)、画像生成部１２１で画像の生成、輝度・コントラスト調整を行い(S13)、画像表示する(S14)。なお本実施例においても、輝度コントラスト調整は実施例１と同様に各chに設けられたアナログ検出部１２２を用いて実施しても良い。【００３７】
本実施例によれば、基準振幅分布を用いて複数の光／電気変換素子１０６の各chの閾値T1と振幅弁別値Dnを求めるため、各chの光／電気変換素子１０６のばらつきや信号前処理部１１４のばらつきとDCオフセットの影響を受けない効果がある。またダークパルスを用いて閾値設定と振幅弁別値設定を行うことで被測定物によらない安定な閾値と振幅弁別値を得ることができる。また、ダークパルス除去を行うことで、生成画像のSN向上が得られる。また、光／電気変換素子から出力されるパルス出力振幅を振幅弁別値に基づいてフォトンカウントを行うことで、生成画像のSN向上が得られる。また、複数配置された各SiPM素子のダークパルス分布を基準値に合うように各素子のバイアス電圧調整することで、素子間ばらつきや検出信号処理回路のDCオフセットの影響低減を実現する。
【実施例３】
【００３８】
実施例３のテーブル(LUT)を利用する走査電子顕微鏡の構成と動作を図６から図８を用いて説明する。図６は本実施例の走査電子顕微鏡の概略構成を示す図である。実施例１を説明した図１と同じ構成部については説明を省略する。【００３９】
本実施例の信号前処理部１１４は、図４で説明したようなSiPMバイアス生成部からのバイアス電圧１１２を複数電圧に設定し、各バイアス電圧１１２におけるダークパルスの振幅分布１１７を生成し、それをもとに閾値１４１と振幅弁別値１４０のLUT１１８を作成する。本実施例においても、振幅分布生成部１３５、LUT１１８、信号処理部１１５は、実施例１、２同様、CPUのプログラム実行によって実現可能である。図７にLUT１１８の一構成例を示した。【００４０】
まず、図８のフローチャートを用いて実施例３の走査電子顕微鏡の動作手順について詳述する。最初に一次電子線１０２を遮断し(S2)、光／電気変換素子１０６に標準バイアス電圧(Vｓ)１１２を印加する(S3)。バイアス印加により光／電気変換素子１０６からダークパルスが出力され、図２に示したような一定時間におけるダークパルスの振幅分布を生成する(S4)。一定時間の振幅分布観察により、振幅分布には1フォトン入力に相当するパルス振幅の山P1と2フォトン入力に相当するパルス振幅の山P2、および信号前処理部１１４で発生する回路ノイズの山K1が少なくとも観察される。これらの振幅分布からダークパルスの閾値(T1)１４１と振幅弁別値(Dn)１４０を設定する(S5)。ここで閾値１４１はP1のピークA1とP2のピークA2から、T1=(A1+A2)/2により設定される。また振幅弁別値１４０はフォトン数n個の山と(n+1)個の山の振幅弁別値Dn={A1×(3-2n)+A2×(2n-1)}/2 (n≧2) にて計算できる。【００４１】
次にSiPMのバイアス電圧１１２をVl〜Vs〜Vhの範囲で変更する(S6)。変更した後にシーケンスS4に戻って振幅分布１１７を生成し、S5にて閾値と振幅弁別値を計算し、S6にてさらにバイアス電圧１１２を変更する。その後シーケンスS8にてバイアス電圧１１２に対する閾値と振幅弁別値のLUT１１８を作成する。【００４２】
図７にLUT１１８の一構成例を示した。同図に示すよう、バイアス電圧１１２を予め設定した所定回数変更したら(S7)、複数の制御電圧（バイアス電圧55〜65）に対応して、１フォトンピークレベルA1(V)、２フォトンピークレベルA2(V)が記憶され、各々のバイアス電圧に対応する閾値、振幅弁別値を得ることができる（S8)。【００４３】
次に本実施例の走査電子顕微鏡の実際の計測時に1次ビーム１０２を照射し、半導体ウエハなど被測定物である試料１０９の情報を持つ光子を光／電気変換素子１０６に入力し(S9)、光／電気変換素子１０６のバイアス電圧を標準電圧Vsに設定する(S10)。図３に示したような測定時のフォトン分布例を得る。本分布において、先にLUT１１８の記憶内容に従い決定される閾値T1に基づいてダークパルス以下のパルスを除去(S11)するとともに、振幅弁別値Dnに基づいて検出パルスの振幅弁別を行い、検出パルスが何フォトン分に相当するかのフォトンカウントを各ch毎に行う(S12)。【００４４】
この後、画像の生成、輝度・コントラスト調整を行う(S13)。この調整では、生成された画像の輝度コントラスト分布が基準の輝度コントラストに一致しているかを判定し(S14)、一致していない場合は、制御部１２３からの制御信号によりバイアス電圧１１２を調整して(S15)、調整後のバイアス電圧１１２に相当する閾値および振幅弁別値をLUT１１８から導出し(S16)、再びシーケンスS11から順次フローを行う。なお、LUT１１８にないバイアス電圧の場合は、直線補間などにより閾値、振幅弁別値を導出すれば良い。S14にて輝度ヒストグラム分布が一致（Yes）したら、ウエハ計測を開始する(S17)。【００４５】
本実施例によれば、ダークパルスを用いて閾値と振幅弁別値のテーブルを予め作成することで、バイアス電圧の値を変えた場合の閾値を簡便に読み出すことができる。これを利用することで、例えば輝度ヒストグラム調整が容易となる。また閾値と振幅弁別値のテーブルを光／電気変換素子１０６の温度毎に準備しておけば、温度による光／電気変換素子１６０や信号前処理部１１４の変化時にこのテーブルを用いて閾値や振幅弁別値を再設定することで、安定な計測を行うことができる。【００４６】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。第１、第２および第３の実施例は走査型電子顕微鏡を代表とする荷電粒子ビーム装置に適用した例について述べたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、測定装置の一例であるＣＴ装置又はＰＥＴ装置などのＸ線（より広くとらえるとすれば電磁波)を照射又は用いる検査装置に用いる光／電気変換素子にも、本発明は適用可能である。当然ではあるが、これら測定装置にはＸ線（より広くは電磁波）を照射する照射部（上記実施例の電子銃１０１に相当）と、測定対象物又は測定対象者（上記実施例の試料１０９に相当）を置くステージ等、上記実施例の一部またはすべてを有する。【００４７】
また、信号前処理部１１４は前述のADC以外にもCPUを備え、プログラムを実行することで前述の「部」を実現してもよい。また、アナログ検出部１２２と、輝度コントラスト調整部１２０と、はCPUを有するコンピュータで実現してもよい。また、信号前処理部１１４、信号処理部１１５、アナログ検出部１１２、輝度コントラスト調整部１２０、及びコンピュータ１３１（以後、まとめて処理サブシステムと呼ぶことがある。ただし、これまでの説明の通り処理サブシステムはこれら全てを備える必要はない）とは、同じ基板上に実装してもよく、複数の基板上に分けて実装してもよい。また、CPUを有する各構成物はメモリを有してもよいことは当然のことである。【００４８】
更に、上述した各構成、機能、コンピュータ等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を中心に説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、信号処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）、FPGA（Field Programmable Gate Array）などの集積回路などにより実現してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１００  電子顕微鏡カラム
１０１  電子銃
１０２  一次電子
１０５  偏向器
１０６、１０６ａ、１０６ｂ  光／電気変換素子
１０７  対物レンズ
１０８  反射電子
１０９  試料
１１０  真空内配線
１１１  検出信号
１１２  バイアス電圧
１１４、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ  信号前処理部
１１５  信号処理部
１１６  アナログデジタル変換器（ADC）
１１７  振幅分布
１１９  ダークパルス除去部
１２１  画像生成ブロック
１２０  輝度コントラスト調整部
１３１  コンピュータ
１２３  制御部
１３２  ユーザインタフェース
１３３  計測観察検査画像
１３４  フォトンカウント部
１３５  振幅分布生成部
１１８  テーブル（LUT）
１４０  振幅弁別値
１４１  閾値
１４２  制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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