JP5478385B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、画像のコントラスト・ブライトネスを調整する方法及び装置に係り、特に、フォーカス条件に基づいて、コントラスト・ブライトネスを調整する方法、及び装置に関する。

半導体市場等では、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求められている。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。）には、高い分解能や再現性が要求されている。

ＳＥＭによる観察，測定、或いは検査を高い分解能を持つ画像に基づいて行うためには、画像の明るさやコントラストが適正に調節されている必要があり、このような明るさやコントラストの調整は、検出器のゲインやオフセット（バイアス）を適正に設定することによって行われる。特許文献１には、輝度情報に基づいたコントラストとブライトネスの調整方法が示されている。まず、予め輝度に対する基準ヒストグラムと、設定すべきゲイン値およびバイアス値の組み合わせを複数用意しておく。試料の画像から作成したヒストグラムと基準ヒストグラムを比較して、最も形態の近似する基準ヒストグラムを選択し、その基準ヒストグラムに応じたゲイン値とバイアス値を設定することで、コントラストとブライトネスを調整する例が示されている。

特開平４−３２８２３４号公報（段落０００３〜段落００１６）

しかしながら、特許文献１に開示されているようなコントラスト・ブライトネス調整法では、画像がぼけている場合、その画像から作成したヒストグラムは、正焦点時の画像から作成したヒストグラムよりも低輝度側に位置する場合がある。そのため、このような画像に対してコントラスト・ブライトネス調整を行うと、ゲイン値とオフセット値は高く設定される。一方、ゲイン値とバイアス値が高く設定された状態でフォーカス調整を行うと、今度は逆に画像が明るくなりすぎてしまい、再度、コントラスト・ブライトネス調整が必要となる。

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材が用いられることがあるが、これら微細化に必要な材料はビーム照射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（シュリンク）や変形が発生しやすい。

以上のことから、試料へのビーム照射を抑制しつつ、効率的にコントラスト・ブライトネス調整を行うことが求められる。以下に、試料に対するビームの照射量を抑制しつつ、適正なコントラスト或いはブライトネスの調整を行うことを目的とするコントラスト・ブライトネス調整方法、及び画像処理装置を説明する。

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信号からフォーカスずれ量を示す指標値を求め、当該指標値に基づいて、画像のコントラスト及び／又はブライトネスを調整する方法、及び装置を提案する。

上記構成によれば、フォーカスがずれた状態にて、コントラストとブライトネスを調整するに必要な情報を得ることができるため、フォーカス調整後に、改めてコントラスト・ブライトネス調整を行う必要がなく、試料へのビーム照射を抑制することが可能となる。

画像もしくは観測像信号から求めたフォーカスずれ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。 フォーカスずれ指標値を算出するフォーカスずれ算出部の概要を説明する図。 コントラスト・ブライトネス調整部の概要を説明する図。 フォーカスの変化とヒストグラムの変化との関係を説明する図。 図１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。 荷電粒子線装置の概略構成図（その１）。 フォーカスずれ情報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。 荷電粒子線装置の概略構成図（その２）。 レンズ制御量から求めたフォーカスずれ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を示した図。 フォーカスずれ指標値を算出するフォーカスずれ算出部の概要を説明する図。 荷電粒子線装置の概略構成図（その３）。 レンズ制御量に基づいて、フォーカスずれ指標値を求め、当該フォーカスずれ指標値と、輝度情報を用いて、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。 荷電粒子線装置の概略構成図（その４）。 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。 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。 目標コントラスト決定テーブルの一例を説明する図。 目標ブライトネス決定テーブルの一例を説明する図。 ゲイン値決定テーブルの一例を説明する図。 バイアス値決定テーブルの一例を説明する図。

以下、得られた画像のフォーカスずれに関する情報に基づいて、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上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、フォーカスずれを示す指標値を算出するフォーカスずれ算出手段と、当該フォーカスずれ指標値に基づき、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。

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、フォーカスずれを示す指標値を計測することで、正焦点時に適切な明るさとなることを想定（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、フォーカス調整後に、改めてコントラスト・ブライトネス調整を行う必要がなく、試料へのビーム照射を削減できるため、デバイス特性劣化の抑制や装置スループットの向上が可能となる。

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を例にとって説明するが、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することによっ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を、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。

以下、具体的な実施形態について、図１乃至図５を用いて詳細に説明する。

図１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、フォーカスずれ算出部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。

フォーカスずれ算出部１３は、試料から放出された電子により形成される画像１１もしくは観測像信号１２を入力として、前記画像もしくは観測像信号のフォーカスずれを算出し、フォーカスずれ指標値１６を出力する。フォーカスずれとは、焦点が合った状態と現状の焦点状態との乖離の度合いである。これはビームの合焦時の信号の鮮鋭度等の焦点評価値やレンズ制御量と、現状の焦点状態で取得された信号の焦点評価値やレンズ制御量の差分である。この差分、或いは差分の大きさに応じて変化するパラメータを指標値とする。また、フォーカスずれはオートフォーカス前後の焦点評価値やレンズ制御量の差分に基づいて求めることができるし、レンズ制御量の変化に対する焦点評価値の変化に基づいて得られる合焦時のレンズ制御量の予測値と、現状のレンズ制御量との差異に基づいて求めることもできる。

輝度情報抽出部１４は、画像１１もしくは観測像信号１２を入力として、前記画像もしくは観測像信号の輝度情報１７を出力する。この輝度情報１７は、画像１１もしくは観測像信号１２の現状のコントラストとブライトネスになる。

コントラスト・ブライトネス調整部１５は、フォーカスずれ算出部１３にて算出したフォーカスずれ指標値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、正焦点時に適切とな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。

図２を用いて、フォーカスずれ算出部の詳細について説明する。フォーカスずれ算出部２０は、信号パラメータ抽出部２１と、正焦点パラメータ出力部２２と、フォーカスずれ抽出部２５を備えており、画像１１もしくは観測像信号１２からフォーカスずれ指標値１６を算出する機能を持つ。

信号パラメータ抽出部２１は、画像１１もしくは観測像信号１２から信号パラメータ２３を抽出する。信号パラメータとは、入力が画像であれば、例えば、前記画像から求めた鮮鋭度やヒストグラム、各画素の階調値における標準偏差などの情報で構成できる。入力が観測像信号であれば、例えば、前記観測像信号が持つ周期や振幅，位相などの情報で構成できる。

正焦点パラメータ出力部２２は、画像１１もしくは観測像信号１２に応じて、正焦点パラメータ２４を出力する。正焦点パラメータは、予め、信号パラメータに対して、正焦点時の情報を測定することで構成する。フォーカスずれ抽出部２５は、信号パラメータ２３と正焦点パラメータ２４の差分を求めることで、フォーカスずれ指標値１６を出力する。

次に、図３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３０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、フォーカスずれ指標値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。

目標コントラスト決定部３１は、フォーカスずれ指標値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もしくは観測像信号１２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、フォーカスずれ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よい。また、例えばフォーカスずれ指標値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。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、フォーカスずれ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、フォーカスずれ評価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。

図１６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フォーカスずれ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。

目標ブライトネス決定部３２は、フォーカスずれ指標値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もしくは観測像信号１２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、フォーカスずれ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１７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。

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１８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。

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１９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。

コントラスト・ブライトネス調整部３０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観測像信号を制御し、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。

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、フォーカス調整を行うと、正焦点時に適切となるコントラストとブライトネスに変化する。その際の画像もしくは観測像信号のコントラストとブライトネスの変化について説明する。

まず、画像のコントラストとブライトネスの変化を、図４を用いて説明する。説明には、画像から各画素の明るさの階調値から作成したヒストグラムを用いる。横軸は階調値であり、縦軸はその階調値を持った画素の個数である。

調整前のヒストグラム４０に対して、コントラスト・ブライトネス調整部３０から出力した信号アンプの制御信号のゲイン値とバイアス値を設定することで、調整後のヒストグラム４１に変化する。ゲイン値は、ヒストグラムの幅を調整して目標コントラスト３３とし、バイアス値は、表示画像のヒストグラムの位置を変えることで、画像全体の明るさの度合いを調整して目標ブライトネス３４とする。

この状態においてフォーカス調整を行うと、調整後のヒストグラム４１のコントラストとブライトネスは、正焦点時のヒストグラム４４の形状に重なるように変化し、正焦点時に適切な明るさの画像となる。

次に、観測像信号のコントラストとブライトネスの変化を、図５を用いて説明する。観測像信号のコントラスト調整では、観測像信号の最大値を変更する。観測像信号（図５ａ）に、コントラスト・ブライトネス調整部３０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５ｂ）し、観測像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。

観測像信号のブライトネス調整では、観測像信号の平均値を変更する。観測像信号に、コントラスト・ブライトネス調整部３０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５ｃ）し、観測像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観測像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観測像信号５３（図５ｄ）となる。

この状態においてフォーカス調整を行うと、調整後の観測像信号５３のコントラストとブライトネスは、正焦点時の観測像信号の形状（図５ｅ）に重なるように変化し、正焦点時に適切な明るさの画像が生成できる観測像信号となる。

上記本実施例によれば、焦点がずれた状態で適正なコントラスト・ブライトネスの補正値を求めることができるため、フォーカス調整後、当該補正値を導出するために、ビーム走査に基づく画像取得を行うことがない。よって、試料に対するビーム照射量の抑制と、処理時間の抑制に効果がある。

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６乃至図８を用いて説明する。図６に例示するように、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。

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観測像信号１２を表示画像に生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。

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二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、観測像信号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。また、試料６６に対してフォーカス調整を行う時は、対物レンズ制御部７３にて対物レンズ６５を制御し、荷電粒子線６３を収束させる。

表示画像生成部７１は、信号アンプ７０から出力された観測像信号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、フォーカスずれを示す指標値を算出し、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。

図７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、フォーカスずれ算出部１３にて、前記画像のフォーカスずれ指標値を算出する（ステップＳ１２）。抽出した輝度情報と算出したフォーカスずれ指標値から、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）。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）。

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。

以上のように、画像から求めたフォーカスずれを示す指標値に基づき、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ることができる。

なお、図８に例示するように、画像１１の代わりに、信号アンプ７０から出力される観測像信号１２を直接画像信号処理装置１０に入力し、輝度情報とフォーカスずれを示す指標値を算出し、その輝度情報と指標値に基づいて信号アンプの制御信号１８を決定することもできる。

図９は、レンズ制御量７４と、画像１１或いは観測像信号１２に基づいて、コントラス・ブライトネス調整を行う画像信号処理装置の一例を説明する図である。画像信号処理装置９０は、フォーカスずれ算出部９１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で構成する。なお、本実施形態において、画像信号処理装置９０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。

フォーカスずれ算出部９１は、フォーカスを制御するレンズ制御量７４を入力として、フォーカスずれ指標値１６を出力する。輝度情報抽出部１４は、画像１１もしくは観測像信号１２を入力として、前記画像もしくは観測像信号の輝度情報１７を出力する。この輝度情報１７は、画像１１もしくは像観測信号１２の現状のコントラストとブライトネスになる。

コントラスト・ブライトネス調整部１５は、フォーカスずれ算出部９１にて算出したフォーカスずれ指標値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、正焦点時に適切とな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。

図１０を用いて、フォーカスずれ算出部の詳細について説明する。フォーカスずれ算出部１００は、正焦点時レンズ制御量出力部１０１とフォーカスずれ抽出部１０２を備えており、レンズ制御量７４からフォーカスずれ指標値１６を算出する機能を持つ。正焦点時レンズ制御量出力部１０１は、予め正焦点時のレンズ制御量が登録されており、正焦点時レンズ制御量１０３を出力する。また試料の観察条件によって正焦点時のレンズ制御量の出力値が異なる仕組みを組み込んでもよい。フォーカスずれ抽出部１０２は、レンズ制御量７４と正焦点時レンズ制御量１０３の差分を求めることで、フォーカスずれ指標値１６を出力する。コントラスト・ブライトネス調整部１５は、実施例１と同様の構成である。

上記本実施例によれば、焦点がずれた状態で適正なコントラスト・ブライトネスの補正値を求めることができるため、試料に対するビーム照射量の抑制と、処理時間の抑制に効果がある。

図１１は荷電粒子線装置に画像信号処理装置を適用した他の例を説明する図である。以下、本発明の実施形態について、適宜、図１１から図１３を参照しながら詳細に説明する。鏡体６１は、実施例２と同様の構成である。画像信号処理装置９０は、対物レンズ制御部のレンズの制御量７４と画像メモリに記憶された画像１１を入力として、フォーカスずれを示す指標値を算出し、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。

図１２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９０の動作について説明する。まず、対物レンズ制御部７３のレンズ制御量７４と、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Ｓ２０）。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Ｓ２１）。次に、フォーカスずれ算出部９１にて、前記レンズ制御量からフォーカスずれ指標値１６を算出する（ステップＳ２２）。抽出した輝度情報と算出したフォーカスずれ指標値から、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Ｓ２３）。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Ｓ２４）。

ステップ２４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Ｓ２５）。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Ｓ２６）。

一方、レンズ制御量と画像を取得し、前記画像から抽出した輝度情報とレンズ制御量から決定した目標値を比較するステップ２４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。

以上のように、レンズ制御量から求めたフォーカスずれを示す指標値に基づき、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ることができる。

なお、図１３に例示するように、画像１１の代わりに、信号アンプ７０から出力される観測像信号１２を入力として、輝度情報を抽出し、その輝度情報に基づいて信号アンプの制御信号１８を決定することもできる。また、この実施例では、対物レンズ制御部のレンズ制御量を用いたが、フォーカス調整に使用するものであれば、他のレンズ制御量を用いても良い。例えば電磁レンズの場合であれば、励磁電流，静電レンズの場合であれば印加電圧等が挙げられる。また、これらレンズの制御に用いるＤＡＣ値のようなレンズ強度に応じて変化する値を示すパラメータであっても良い。

図１４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。

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、又はフォーカスずれに基づく調整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。

輝度情報のみの調整４０２とは、フォーカスずれを考慮せず、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。フォーカスずれに基づく調整４０３とは、図７や図１２の処理フローに従い、フォーカスずれ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。このフォーカスずれに基づく調整４０３には、条件Ａ４０４，条件Ｂ４０５，条件Ｃ４０６のように、調整時の目標コントラストと目標ブライトネス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。

以上のように、輝度情報のみの調整と、フォーカスずれ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。

図１５は、荷電粒子線装置にて自動運転を行うとき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。

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。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。

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、又はフォーカスずれに基づく調整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、フォーカスずれを考慮せず、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。

フォーカスずれに基づく調整５０８とは、図７や図１２の処理フローに従い、フォーカスずれ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。このフォーカスずれに基づく調整５０８には、条件Ａ５０９，条件Ｂ５１０，条件Ｃ５１１のように、調整時の目標コントラストと目標ブライトネス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。

次にオペレータは、自動運転実行時のコントラスト・ブライトネス調整のタイミングを選択する。例えば、コントラスト・ブライトネス調整の頻度が高い場合は、分析点毎５１２もしくはフォーカス調整前５１３を設定し、分析点毎もしくはフォーカス調整毎にコントラストとブライトネスの調整を行う。パターンの明るさの違いがあまり発生しないようであれば、スループットを考慮して、試料交換毎５１４を選択し、荷電粒子線装置で使用する試料を交換する度にコントラスト・ブライトネス調整を行うと良い。このような選択肢を設けることで、荷電粒子線装置の使用条件や試料の材質等に基づいて、最適なコントラスト・ブライトネスの調整タイミングを選択することが可能になる。

他に、ユーザー設定５１５を選択し、予め別途登録されたタイミングでコントラスト・ブライトネス調整を行うこともできる。

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フォーカスずれ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。

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。

輝度に基づいてコントラストとブライトネスを調整する場合には、そのための画像を形成するために、フォーカス調整の後、試料に対して電子ビームを走査する必要がある。一方、フォーカスずれ指標値を用いた調整では、言わば予測値に基づいて、コントラスト等の調整を行うことになる。

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１５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、フォーカスずれ情報に基づいて、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。

１０，９０ 画像信号処理装置
１１ 画像
１２ 観測像信号
１３，２０，９１，１００ フォーカスずれ算出部
１４ 輝度情報抽出部
１５，３０ コントラスト・ブライトネス調整部
１６ フォーカスずれ指標値
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 信号パラメータ抽出部
２２ 正焦点パラメータ出力部
２３ 信号パラメータ
２４ 正焦点パラメータ
２５，１０２ フォーカスずれ抽出部
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
４０ 調整前のヒストグラム
４１ 調整後のヒストグラム
４２ ヒストグラムの幅変化（コントラスト）
４３ ヒストグラムの位置変化（ブライトネス）
４４ 正焦点時のヒストグラム（適切な明るさ）
５０ 調整前の観測像信号
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 調整後の観測像信号（目標コントラストと目標ブライトネス）
５４ 観測像信号のコントラスト・ブライトネスの変化
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
７３ 対物レンズ制御部
７４ レンズ制御量
８０ 荷電粒子線装置（観測像信号）
１０１ 正焦点時レンズ制御量出力部
１０３ 正焦点時レンズ制御量
１１０ 荷電粒子線装置（画像＋レンズ制御量）
１２０ 荷電粒子線装置（観測像信号＋レンズ制御量）

Claims (10)

1. 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画像を形成する画像信号処理装置を備えた荷電粒子線装置において、
   当該画像信号処理装置は、前記検出された信号に基づいて前記荷電粒子ビームのフォーカスずれの指標値を求めるフォーカスずれ算出部と、当該フォーカスずれ算出部にて得られたフォーカスずれ指標値に基づいて、前記画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整部を備え、当該コントラスト・ブライトネス調整部は、前記フォーカスずれ指標値と、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、又は前記フォーカスずれ指標値と、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荷電粒子線装置。
2. 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画像を形成する画像信号処理装置を備えた荷電粒子線装置において、
   当該画像処理装置は、前記検出された信号に基づいて前記荷電粒子ビームのフォーカスずれの指標値を求めるフォーカスずれ算出部と、当該フォーカスずれ算出部にて得られたフォーカスずれ指標値に基づいて、前記画像のコントラストとブライトネスを調整するコントラスト・ブライトネス調整部を備え、当該コントラスト・ブライトネス調整部は、前記フォーカスずれ指標値と、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、又は前記フォーカスずれ指標値と、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、前記ブライトネスを調整するための信号を発生することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記画像処理装置は、前記荷電粒子ビームのオートフォーカス前後の焦点評価値に基づいて、前記フォーカスずれ評価値を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１又は２において、
   前記画像処理装置は、前記荷電粒子ビームのレンズ制御量に基づいて、前記フォーカスずれ指標値を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１又は２において、
   前記画像処理装置は、前記画像の輝度情報と、前記フォーカスずれ指標値に基づいて、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荷電粒子線装置。
6. 荷電粒子ビームを試料に照射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照射に基づいて、前記荷電粒子ビームのフォーカスずれの指標値を求め、当該フォーカスずれ指標値と、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、又は前記フォーカスずれ指標値と、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。
7. 荷電粒子ビームを試料に照射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照射に基づいて、前記荷電粒子ビームのフォーカスずれの指標値を求め、当該フォーカスずれ指標値と、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、又は前記フォーカスずれ指標値と、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、前記ブライトネス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。
8. 請求項６又は７において、
   前記荷電粒子ビームのオートフォーカス前後の焦点評価値に基づいて、前記フォーカスずれ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。
9. 請求項６又は７において、
   前記荷電粒子ビームのレンズ制御量に基づいて、前記フォーカスずれ評価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。
10. 請求項６又は７において、
    前記画像の輝度情報と、前記フォーカスずれ指標値に基づいて、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。

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