JP7496767B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子線装置、計算機および荷電粒子線装置の信号処理方法に関する。
荷電粒子線装置の１つとして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）が知られている。ＳＥＭは、電子線を試料上に照射し、この照射によって発生する二次電子線などを検出することによって検出画像を形成する。この際に、ＳＥＭは、電子線あるいは試料ステージを二次元的に走査することによって、試料の表面の凹凸などを反映した二次元的な検出画像を得ることができる。
一般的に、電子を信号として検出するときは、電子をシンチレータに衝突させて光子に変換し、変換された光子を光電子増倍管などの検出器によって電気信号に変換する。変換された電気信号は、検出した電子数に応じた波高値を持つ。このため、この電気信号のピーク値をアナログデジタル変換器によってデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を荷電粒子線装置の走査位置に対応した画素データとすることで、走査領域に対応した検出画像を生成することができる。
このような荷電粒子線装置の技術として、例えば、国際公開第２０１８／１７９０２９号（特許文献１）の荷電粒子線システムが知られている。当該荷電粒子線システムは、検出器によって変換された電気信号の中からピークを検出し、当該電気信号を立上り部分と立下り部分とに分離して処理する。これにより、電気信号からリンギング成分を除去することができ、検出画像に基づいて正確な計測や観察を行うことが可能になる。
検出器からの電気信号の中からピークを検出する場合、例えば、電気信号の微分値を取得し、微分値の符号が正から負に切り替わるゼロクロス点を検出するような方式が用いられる。ただし、検出器が出力する電気信号には、光子に起因する本来の信号成分に加えて、電源からのスイッチングノイズや検出器自体のノイズといった各種ノイズ成分が重畳し得る。このため、特許文献１の方式では、例えば、電気信号に信号成分と同レベルのノイズ成分が重畳したような場合、信号成分のピークに加えてノイズ成分のピークも検出され得る。その結果、Ｓ／Ｎが低下し、検出画像の画質が低下する恐れがあった。
また、ノイズ成分を除去する方式として、一般的に、電気信号の波高値にしきい値を設け、しきい値以下の成分を除去するような方式が用いられる。一方、信号成分には、波形の特徴が異なる高エネルギー信号パルス、低エネルギー信号パルス、などが含まれ得る。このため、しきい値によってノイズ成分を除去すると、ノイズ成分に加えて低エネルギー信号パルス等も除去され得る。その結果、情報損失によって検出画像のコントラスト等に影響が生じ、検出画像の画質が低下する恐れがあった。
本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、検出画像の画質を高めることが可能な荷電粒子線装置、計算機および荷電粒子線装置の信号処理方法を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
本発明の代表的な実施の形態による荷電粒子線装置は、シンチレータが発した光子を電気信号に変換する検出器と、検出器からの電気信号を処理する信号処理部と、を有する。信号処理部は、電気信号のピーク位置と、ピーク位置に伴う立上り区間の急峻度および立下り区間の急峻度とを検出し、立上り区間の急峻度と立下り区間の急峻度とに基づいてピーク位置を分類する。
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、荷電粒子線装置を用いて得られる検出画像の画質を高めることが可能になる。
以下、本発明の種々の実施の形態を図面に従い順次説明する。以下の実施の形態においては、荷電粒子線装置が電子線を用いる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である場合を例とする。ただし、荷電粒子線装置は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に限らず、例えば、イオンビームを用いるイオン顕微鏡等であってよい。
（実施の形態１）
《荷電粒子線装置の概略》
図１は、本発明の実施の形態１による荷電粒子線装置の構成例を示す概略図である。図１に示す荷電粒子線装置１０は、電子顕微鏡本体１０１と信号処理部１１０と画像表示部１１８とを備える。電子顕微鏡本体１０１には、電子線（一次電子）１０３を発生する電子銃１０２が設置される。偏向器１０４は、電子銃１０２からの電子線１０３の軌道を調整し、対物レンズ（電子レンズ）１０５は、軌道調整された電子線１０３を収束する。そして、ステージ上に設置された試料１０６には、この収束された電子線１０３が照射される。
《荷電粒子線装置の概略》
図１は、本発明の実施の形態１による荷電粒子線装置の構成例を示す概略図である。図１に示す荷電粒子線装置１０は、電子顕微鏡本体１０１と信号処理部１１０と画像表示部１１８とを備える。電子顕微鏡本体１０１には、電子線（一次電子）１０３を発生する電子銃１０２が設置される。偏向器１０４は、電子銃１０２からの電子線１０３の軌道を調整し、対物レンズ（電子レンズ）１０５は、軌道調整された電子線１０３を収束する。そして、ステージ上に設置された試料１０６には、この収束された電子線１０３が照射される。
試料１０６は、この電子線１０３の照射に応じて信号電子（例えば、二次電子、反射電子）１０７を発生する。シンチレータ１０８は、衝突した信号電子１０７を光子に変換する。検出器１０９は、光子を電気信号に変換し、当該電気信号を信号処理部１１０へ送信する。検出器１０９は、例えば、ＳｉＰＭ（Silicon PhotoMultiplier）や、ＰＭＴ（PhotoMultiplier Tube）等である。信号処理部１１０は、主に、検出器１０９からの電気信号を処理することで検出画像を形成する。画像表示部１１８は、主に、信号処理部１１０で形成された検出画像を表示する。
《信号処理部の詳細》
図２は、図１における信号処理部周りの詳細な構成例を示すブロック図である。図３は、図２における形状分類部の詳細な構成例を示すブロック図である。図２に示す信号処理部１１０は、Ａ／Ｄ変換器１１１と、ピーク解析部１１２と、画像処理部１１６と、メモリ１１７とを有する。メモリ１１７は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリとの組み合わせによって構成される。
図２は、図１における信号処理部周りの詳細な構成例を示すブロック図である。図３は、図２における形状分類部の詳細な構成例を示すブロック図である。図２に示す信号処理部１１０は、Ａ／Ｄ変換器１１１と、ピーク解析部１１２と、画像処理部１１６と、メモリ１１７とを有する。メモリ１１７は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリとの組み合わせによって構成される。
Ａ／Ｄ変換器１１１は、検出器１０９からの電気信号をデジタルデータに変換する。ピーク解析部１１２は、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータを受け、当該デジタルデータの特徴、ひいては電気信号の特徴を解析することで、電気信号を予め定めたカテゴリに分類する。このカテゴリには、例えば、光子に起因する信号成分に対応するカテゴリや、ノイズ成分に対応するカテゴリ等が含まれ得る。
より詳細には、ピーク解析部１１２は、傾き値算出部１１３と、形状分類部１１４と、波高値分類部１１５とを備える。傾き値算出部１１３は、例えば、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータの微分値等を算出することで、微分値データを出力する。形状分類部１１４は、傾き値算出部１１３からの微分値データに基づいて、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータ、ひいては検出器１０９からの電気信号を、波形形状によって分類する。形状分類部１１４は、詳細には、図３に示されるように、ゼロクロス検出部１１９と、立下り急峻度算出部１２０と、立上り急峻度算出部１２１と、形状判定部１２２とを備える。
ゼロクロス検出部１１９は、傾き値算出部１１３からの微分値データに基づいて、微分値データの符号が正から負になるゼロクロス点のタイミングを検出することで、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータ、ひいては検出器１０９からの電気信号に含まれるピーク位置（ピークタイミング）を検出する。立下り急峻度算出部１２０は、微分値データに基づいて、ゼロクロス点後の立下り区間の急峻度（言い換えれば、傾きの強度、または、傾きの絶対値）を算出する。
この際に、立下り区間の長さは、検出器１０９の機種毎または個体毎によって変化し得る。そのため、予め、検出器１０９の立下り特性を取得しておくことで、立下り区間の長さを決定してもよい。立下り急峻度算出部１２０は、例えば、立下り区間のある一点の微分値データを抽出したり、または、立下り区間における微分値データの平均値を求めることなどで、急峻度を算出する。
同様に、立上り急峻度算出部１２１は、傾き値算出部１１３からの微分値データに基づいて、ゼロクロス点前の立上り区間の急峻度を算出する。立上り区間の長さも、検出器１０９の機種毎または個体毎によって変化し得る。そのため、予め、検出器１０９の立上り特性を取得しておくことで、立上り区間の長さを決定してもよい。立上り急峻度算出部１２１は、例えば、立上り区間のある一点の微分値データを抽出したり、または、立上り区間における微分値データの平均値を求めることなどで、急峻度を算出する。
形状判定部１２２は、立下り急峻度算出部１２０による立下り区間の急峻度と、立上り急峻度算出部１２１による立上り区間の急峻度と、入力された分類パラメータＰＡとに基づいて、ピーク位置およびピーク位置に伴う立上り区間および立下り区間を含む電気信号を、波形形状によって分類する。詳細には、形状判定部１２２は、立上り区間の急峻度と立下り区間の急峻度との差分に基づいて、ピーク位置を含む電気信号を、例えば、対称な波形形状または非対称な波形形状に分類する。分類パラメータＰＡは、例えば、この対称と非対称と区別するための差分のしきい値等であってよい。
図２に戻り、波高値分類部１１５は、形状分類部１１４で検出されたピーク位置に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータ、ひいては検出器１０９からの電気信号の中からピーク位置毎の波高値を検出する。そして、波高値分類部１１５は、当該ピーク位置毎の波高値と、入力された分類パラメータＰＢとに基づいて、形状分類部１１４で分類された電気信号を、更に、波高値によって分類する。詳細には、波高値分類部１１５は、例えば、検出した波高値が分類パラメータＰＢで定められるしきい値よりも大きいか否かに応じて、ピーク位置を含む電気信号を、高い波高値または低い波高値に分類する。
このような処理により、ピーク解析部１１２では、電気信号に含まれるピーク位置（ピークタイミング）と、ピーク位置毎の波高値と、ピーク位置毎の波形形状および波高値に基づく分類結果とが得られる。なお、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータおよび傾き値算出部１１３からの微分値データは、タイミングデータと共にメモリ１１７に格納される。タイミングデータは、図１における試料１０６の走査位置を表す。ピーク解析部１１２は、このメモリ１１７に格納された各データを用いて、前述したような処理を行えばよい。
画像処理部１１６は、ピーク解析部１１２からのピーク位置と、ピーク位置毎の波高値および分類結果とに基づいて、画素毎の画素値を算出し、当該画素値を含む画像用信号を生成する。具体的には、画像処理部１１６は、例えば、１画素に対応する区間に含まれるピーク位置の波高値を積算または平均化すること等で当該画素の画素値を算出する。この際に、画像処理部１１６は、ピーク位置毎の分類結果に基づいて、例えば、各ピーク位置の波高値を画素値の算出に反映させるか否かを選択すること等が可能である。
画像表示部１１８は、画像処理部１１６からの画像用信号に基づいて検出画像を生成し、画面に表示する。また、画像表示部１１８は、例えば、信号処理部１１０内の図示しない設定部の処理に基づいて、設定画面（ＧＵＩ：Graphical User Interface）を表示することが可能となっている。ユーザは、この設定画面を介して、前述した分類パラメータＰＡ，ＰＢを任意に設定することができる。
なお、図２におけるピーク解析部１１２および画像処理部１１６は、例えば、メモリ１１７に格納されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサが実行することで実現される。ただし、ピーク解析部１１２および画像処理部１１６は、このようなソフトウェアに限らず、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで実現されてもよく、あるいは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実現されてもよい。
ここで、図２の信号処理部１１０は、代表的には、マイクロコントローラ等が実装された配線基板等で構成される。この場合、Ａ／Ｄ変換器１１１およびメモリ１１７は、当該マイクロコントローラ等に搭載され得る。また、ピーク解析部１１２および画像処理部１１６は、当該マイクロコントローラ内のプロセッサによって実現され得る。図２の画像表示部１１８は、例えば、液晶ディスプレイ等を代表とする一般的なディスプレイによって構成される。
《ピーク解析部による分類方法》
図４は、図２の信号処理部において、ピーク解析部による分類方法の具体例を説明する図である。図４には、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータ、ひいては検出器１０９からの電気信号の時系列的な変化の一例が示される。図４において、Ｔ１～Ｔ５は、電気信号に対して、形状分類部１１４内のゼロクロス検出部１１９によって検出されたピーク位置（ピークタイミング）である。ピーク位置Ｔ１を例として、形状分類部１１４内の立上り急峻度算出部１２１および立下り急峻度算出部１２０は、それぞれ、ピーク位置Ｔ１に伴う立上り区間２０１の急峻度および立下り区間２０２の急峻度を算出する。他のピーク位置Ｔ２～Ｔ５に関しても同様である。
図４は、図２の信号処理部において、ピーク解析部による分類方法の具体例を説明する図である。図４には、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータ、ひいては検出器１０９からの電気信号の時系列的な変化の一例が示される。図４において、Ｔ１～Ｔ５は、電気信号に対して、形状分類部１１４内のゼロクロス検出部１１９によって検出されたピーク位置（ピークタイミング）である。ピーク位置Ｔ１を例として、形状分類部１１４内の立上り急峻度算出部１２１および立下り急峻度算出部１２０は、それぞれ、ピーク位置Ｔ１に伴う立上り区間２０１の急峻度および立下り区間２０２の急峻度を算出する。他のピーク位置Ｔ２～Ｔ５に関しても同様である。
形状分類部１１４内の形状判定部１２２は、ピーク位置Ｔ１～Ｔ５毎に、立上り区間の急峻度（Δｔｒとする）と、立下り区間の急峻度（Δｔｆとする）との差分を算出し、この急峻度の差分が分類パラメータＰＡに基づくしきい値の範囲内か否かに基づいて、各ピーク位置を波形形状によって分類する。また、波高値分類部１１５は、ピーク位置Ｔ１～Ｔ５毎に、波高値が分類パラメータＰＢに基づくしきい値よりも大きいか否かに基づいて、各ピーク位置を波高値によって分類する。
このような分類によって、図４の例では、各ピーク位置Ｔ１～Ｔ５は、それぞれ、５個のカテゴリＣ１～Ｃ５に分類される。具体的には、ピーク位置Ｔ１は、｜Δｔｆ－Δｔｒ｜≦ＰＡ、かつ、波高値≦ＰＢであり、立上り区間２０１と立下り区間２０２の急峻度がほぼ同等、かつ、波高値が低いことを表すカテゴリＣ１に分類される。ピーク位置Ｔ２は、｜Δｔｆ－Δｔｒ｜＞ＰＡ、かつ、波高値＞ＰＢであり、立上り区間２０３と立下り区間２０４の急峻度が異なり、波高値が高いことを表すカテゴリＣ２に分類される。
ピーク位置Ｔ３は、｜Δｔｆ－Δｔｒ｜≦ＰＡ、かつ、波高値＞ＰＢであり、立上り区間２０５と立下り区間２０６の急峻度がほぼ同等、かつ、波高値が高いことを表すカテゴリＣ３に分類される。ピーク位置Ｔ４は、｜Δｔｆ－Δｔｒ｜＞ＰＡ、かつ、波高値≦ＰＢであり、立上り区間２０７と立下り区間２０８の急峻度が異なり、波高値が低いことを表すカテゴリＣ４に分類される。ピーク位置Ｔ５は、｜Δｔｆ－Δｔｒ｜＞ＰＡ×Ｋ（Ｋ：定数）、かつ、波高値＞ＰＢであり、立上り区間２０９と立下り区間２１０の急峻度が大きく異なり、波高値が低いことを表すカテゴリＣ５に分類される。
ここで、分類結果が表す内容の一例として、立上り区間と立下り区間の急峻度がほぼ同等であるピーク位置Ｔ１，Ｔ３は、ノイズ成分である可能性が高い。ノイズ成分として、例えば、信号処理部１１０に供給される電源のスイッチングノイズ、検出器１０９自体のノイズ、電子顕微鏡本体１０１から混入されるノイズ等が挙げられる。立上り区間と立下り区間の急峻度が異なり、詳細には、立下り区間の急峻度が立上り区間よりも小さく、かつ、波高値が高いピーク位置Ｔ２は、光子に起因する信号成分と考えられる。
また、立上り区間と立下り区間の急峻度が異なるが、波高値が低いピーク位置Ｔ４は、低エネルギー信号パルスであるか、または、検出器１０９のノイズ成分である可能性もある。立上り区間と立下り区間の急峻度が大きく異なり、波高値が高いピーク位置Ｔ５は、信号成分と考えられるが、通常の信号成分とは異なる可能性がある。
この例のように、ピーク位置を、波形形状および波高値によって分類することで、信号成分とノイズ成分とを区別することが可能になる。例えば、波高値が高いピーク位置Ｔ３であっても、当該ピーク位置Ｔ３を、波形形状に基づいてノイズ成分に分類することができる。この場合、図２の画像処理部１１６は、例えば、カテゴリＣ３のピーク位置Ｔ３を除外して画像処理を行えばよい。その結果、例えば、Ｓ／Ｎを上げることができ、検出画像の画質を高めることが可能になる。
また、波高値が低く、一般的にノイズ成分として除外され得るピーク位置Ｔ４であっても、当該ピーク位置Ｔ４を、波形形状に基づいて信号成分に分類することができる。この場合、例えば、図２の画像処理部１１６は、カテゴリＣ４のピーク位置Ｔ４を反映して画像処理を行えばよい。その結果、例えば、検出画像のコントラストを拡大することができ、検出画像の画質を高めることが可能になる。
なお、実施の形態の分類方法は、必ずしも図４のような方法に限定されず、少なくとも立上り区間と立下り区間の急峻度を用いた分類方法であればよく、望ましくは、これに波高値を組みわせた分類方法であればよい。このように、ピークを含んだ電気信号を、少なくとも波形形状によって、望ましくは波形形状に加えて波高値によって分類することで、電気信号に対して好適な分類を行えるようになる。そして、分類された各カテゴリを、信号成分やノイズ成分を含めた様々な意味合いに対応付けることで、検出画像の画質、ひいては検出画像に基づく計測精度等を高めることが可能になる。この際には、分類パラメータＰＡ，ＰＢを任意に設定できるようにすることで、より好適な分類を行えるようになる。
《画像表示部の表示内容》
図５は、図２における画像表示部の表示内容の一例を示す図である。図５の画像表示部１１８には、ユーザがＧＵＩを介して設定した分類パラメータＰＡ，ＰＢの値と、当該分類パラメータＰＡ，ＰＢによる分類結果を反映して生成された検出画像との対応関係が複数表示される。この際に、例えば、各カテゴリと、信号成分またはノイズ成分との対応関係に関しては、予め、図２の画像処理部１１６によって定められているものとする。ユーザが分類パラメータＰＡ，ＰＢを変更すると、各カテゴリに分類されるピーク位置の数が変わり、これに応じて検出画像の画質（明るさやコントラスト等）も変わる。ユーザは、例えば、複数の検出画像を見比べながら、画質が高くなるように分類パラメータＰＡ，ＰＢを変更することができる。
図５は、図２における画像表示部の表示内容の一例を示す図である。図５の画像表示部１１８には、ユーザがＧＵＩを介して設定した分類パラメータＰＡ，ＰＢの値と、当該分類パラメータＰＡ，ＰＢによる分類結果を反映して生成された検出画像との対応関係が複数表示される。この際に、例えば、各カテゴリと、信号成分またはノイズ成分との対応関係に関しては、予め、図２の画像処理部１１６によって定められているものとする。ユーザが分類パラメータＰＡ，ＰＢを変更すると、各カテゴリに分類されるピーク位置の数が変わり、これに応じて検出画像の画質（明るさやコントラスト等）も変わる。ユーザは、例えば、複数の検出画像を見比べながら、画質が高くなるように分類パラメータＰＡ，ＰＢを変更することができる。
図６は、図２における画像表示部の他の表示内容の一例を示す図である。図６の画像表示部１１８には、画像化前の電気信号の波形と、分類パラメータＰＡ，ＰＢの値と、１枚の検出画像に含まれるカテゴリＣ１～Ｃ５毎のピーク位置の数とが表示される。これにより、ユーザは、表示された電気信号の波形と、カテゴリＣ１～Ｃ５毎のピーク位置の数とを確認しながら、分類パラメータＰＡ，ＰＢの値を適切に定めることができる。この際に、ユーザは、例えば、カテゴリＣ４のような信号成分かノイズ成分かの判別が困難なピーク位置に対して、実際に波形を目視した上で信号成分かノイズ成分かを判別し、その判別結果が得られるように分類パラメータＰＡ，ＰＢを適切に定めることができる。
《信号処理部の実装形態（各種変形例）》
図７は、本発明の実施の形態１による計算機の構成例を示す概略図である。図７に示す計算機２５１は、メモリ２５５と、信号処理部１１０ａと、画像表示部１１８とを備える。メモリ２５５は、例えば、ＲＡＭおよび不揮発性メモリの組み合わせで構成され、信号処理プログラム２６０と、対象信号のデジタルデータとを記憶する。対象信号は、図２に示した荷電粒子線装置の検出器１０９からの電気信号２６１か、または、当該電気信号に基づいて生成された検出画像の輝度変化を表す画素信号２６２である。
図７は、本発明の実施の形態１による計算機の構成例を示す概略図である。図７に示す計算機２５１は、メモリ２５５と、信号処理部１１０ａと、画像表示部１１８とを備える。メモリ２５５は、例えば、ＲＡＭおよび不揮発性メモリの組み合わせで構成され、信号処理プログラム２６０と、対象信号のデジタルデータとを記憶する。対象信号は、図２に示した荷電粒子線装置の検出器１０９からの電気信号２６１か、または、当該電気信号に基づいて生成された検出画像の輝度変化を表す画素信号２６２である。
信号処理部１１０ａは、プロセッサがメモリ２５５に格納された信号処理プログラム２６０を実行することで実現され、図２に示したピーク解析部１１２および画像処理部１１６として機能する。画像表示部１１８は、図２の場合と同様である。このように、信号処理部は、図２で述べたような、荷電粒子線装置に付属する配線基板上のマイクロコントローラ等に限らず、計算機２５１のプロセッサによって実現されてもよい。すなわち、図７の電気信号２６１に該当する図２のＡ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータを予めメモリ２５５に格納しておくことで、ユーザは、計算機２５１を用いたオフライン作業によって、前述したような分類パラメータＰＡ，ＰＢの調整等を行うことができる。
ここで、図２のＡ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータを、図２に示したようなピーク解析部１１２を介さずにそのまま画像化した場合、電気信号２６１と等価な画素信号２６２のデジタルデータが得らえる。図７の信号処理部１１０ａは、この画素信号２６２に対して、ピーク解析部１１２を用いて画素信号２６２の特徴を解析してもよい。この観点で、図４に示した横軸は、時間またはピクセルとなっており、縦軸は、電気信号または画素信号の波高値となっている。
また、図７において、計算機２５１は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワーク２５２を介してサーバ２５３に接続される。サーバ２５３は、通信ネットワーク２５２を介して計算機２５１へ信号処理プログラム２６０を配信してもよい。または、サーバ２５３上に信号処理部１１０ａを設けてもよい。この場合、計算機２５１は、サーバ２５３上の信号処理部１１０ａで用いる分類パラメータＰＡ，ＰＢを調整し、これに応じて、サーバ２５３は、計算機２５１上の画像表示部１１８に、図５および図６のような画面を表示させればよい。
さらに、図示は省略されるが、同様にして、図２の信号処理部１１０は、通信ネットワークを介してサーバに接続されてもよい。例えば、図２の信号処理部１１０をＦＰＧＡ等で構成する場合、サーバは、通信ネットワークを介して当該ＦＰＧＡのコンフィグレーションを行うことができる。なお、このようなコンフィグレーションデータ、または、図７の信号処理プログラム２６０は、非一時的な有形のコンピュータ可読記録媒体に格納された上で、計算機に供給され得る。このような記録媒体として、例えば、ハードディスクドライブ等を代表とする磁気記録媒体、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やブルーレイディスク等を代表とする光記録媒体、フラッシュメモリ等を代表とする半導体メモリ等が挙げられる。
《信号処理方法》
図８は、本発明の実施の形態１による荷電粒子線装置の信号処理方法において、主要部の処理内容の一例を示すフロー図である。図８において、信号処理部１１０（１１０ａ）は、検出器１０９からの電気信号、または当該電気信号に基づいて生成された検出画像の輝度変化を表す画素信号を対象信号として取得する（ステップＳ１０１）。続いて、信号処理部１１０（１１０ａ）は、対象信号のピーク位置を検出する（ステップＳ１０２）。
図８は、本発明の実施の形態１による荷電粒子線装置の信号処理方法において、主要部の処理内容の一例を示すフロー図である。図８において、信号処理部１１０（１１０ａ）は、検出器１０９からの電気信号、または当該電気信号に基づいて生成された検出画像の輝度変化を表す画素信号を対象信号として取得する（ステップＳ１０１）。続いて、信号処理部１１０（１１０ａ）は、対象信号のピーク位置を検出する（ステップＳ１０２）。
次いで、信号処理部１１０（１１０ａ）は、検出したピーク位置毎に、ピーク位置に伴う立上り区間の急峻度と、立下り区間の急峻度とを検出する（ステップＳ１０３）。続いて、信号処理部１１０（１１０ａ）は、検出したピーク位置毎の波高値を検出する（ステップＳ１０４）。その後、信号処理部１１０（１１０ａ）は、検出した立上り区間／立下り区間の急峻度に基づいてピーク位置を分類し（ステップＳ１０５）、さらに、検出した波高値に基づいてピーク位置を分類する（ステップＳ１０６）。
《実施の形態１の主要な効果》
以上、実施の形態１の方式を用いることで、代表的には、荷電粒子線装置を用いた検出画像の画質を高めることが可能になる。具体的には、ピーク位置を、信号成分かノイズ成分かに高精度に分類することができ、Ｓ／Ｎが高めることができる。また、ピーク位置を、低エネルギー信号パルスかノイズ成分かを区別して分類することができ、情報損失を防止して検出画像のコントラストを高めることができる。さらに、この際には、例えば、オフラインで検出画像の画質を高めるための仕組み、すなわち、分類パラメータを調整させる仕組みをユーザに提供することが可能になる。その結果、ユーザの利便性の向上等が図れる。
以上、実施の形態１の方式を用いることで、代表的には、荷電粒子線装置を用いた検出画像の画質を高めることが可能になる。具体的には、ピーク位置を、信号成分かノイズ成分かに高精度に分類することができ、Ｓ／Ｎが高めることができる。また、ピーク位置を、低エネルギー信号パルスかノイズ成分かを区別して分類することができ、情報損失を防止して検出画像のコントラストを高めることができる。さらに、この際には、例えば、オフラインで検出画像の画質を高めるための仕組み、すなわち、分類パラメータを調整させる仕組みをユーザに提供することが可能になる。その結果、ユーザの利便性の向上等が図れる。
（実施の形態２）
《信号処理部の詳細》
図９は、本発明の実施の形態２による荷電粒子線装置において、図１における信号処理部周りの詳細な構成例を示すブロック図である。図１０は、図９におけるモデル演算部および減算部の処理内容の一例を説明する概念図である。図９に示す信号処理部１１０ｂは、図２の信号処理部１１０に対して、モデル波形３０４のデータを記憶するメモリ３０１と、モデル演算部３０２と、減算部３０３とが追加されている。その他の構成、動作については図２の場合と同様である。
《信号処理部の詳細》
図９は、本発明の実施の形態２による荷電粒子線装置において、図１における信号処理部周りの詳細な構成例を示すブロック図である。図１０は、図９におけるモデル演算部および減算部の処理内容の一例を説明する概念図である。図９に示す信号処理部１１０ｂは、図２の信号処理部１１０に対して、モデル波形３０４のデータを記憶するメモリ３０１と、モデル演算部３０２と、減算部３０３とが追加されている。その他の構成、動作については図２の場合と同様である。
図１０の減算前の波形に示されるように、特に、検出器１０９の受光量が大きい場合、ひいては、図１の電子銃１０２に設定されるエネルギーが高いような場合等で、検出器１０９からの電気信号には、１つ目の時点のピーク位置Ｔ１１に伴う立下り区間の途中で２つ目の時点のピーク位置Ｔ１２が生じる場合がある。このような現象は、パイルアップと呼ばれる。パイルアップが生じると、ピーク位置Ｔ１２の波高値として、正しい値が得られなくなる。
そこで、まず、ピーク解析部１１２内の波高値分類部１１５は、実施の形態１で述べたように、１つ目の時点のピーク位置Ｔ１１における波高値と、２つ目の時点のピーク位置Ｔ１２における波高値３０７とを検出する。モデル演算部３０２は、図１０に示されるように、ピーク位置Ｔ１１の時点および波高値を起点として、メモリ３０１に格納されるモデル波形３０４のデータに基づいて波高値を時系列に変化させることで、２つ目の時点での波高値３０５を算出する。
この際に、より詳細には、モデル演算部３０２は、検出した２個のピーク位置Ｔ１１，Ｔ１２間の時間を算出する。モデル演算部３０２は、予め、検出器１０９の立下り特性（時間）を保持しておき、ピーク位置Ｔ１１，Ｔ１２間の時間が、この予め保持した立下り特性（時間）以下の場合に、パイルアップが生じているとみなす。そして、この場合に、モデル演算部３０２は、メモリ３０１に格納されたモデル波形３０４のデータに基づいて２つ目の時点での波高値３０５を算出する。モデル波形３０４のデータは、例えば、検出器１０９の立下り特性の時系列変化を表す演算式またはテーブル等である。
減算部３０３は、図１０の減算後の波形に示さるように、モデル演算部３０２で算出された波高値３０５をピーク位置Ｔ１２における波高値３０７から減算することで、当該波高値３０７を、減算結果となる波高値３０６に補正する。波高値分類部１１５は、この補正後の波高値３０６に基づいて、ピーク位置Ｔ１２を分類する。
《実施の形態２の主要な効果》
以上、実施の形態２の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、検出器１０９からの電気信号にパイルアップが生じた場合でも、ピーク位置の波高値を高精度に検出し、ピーク位置を正しく分類することが可能になる。
以上、実施の形態２の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、検出器１０９からの電気信号にパイルアップが生じた場合でも、ピーク位置の波高値を高精度に検出し、ピーク位置を正しく分類することが可能になる。
（実施の形態３）
《信号処理部の詳細》
図１１は、本発明の実施の形態３による荷電粒子線装置において、図１における信号処理部周りの詳細な構成例を示すブロック図である。図１１に示す信号処理部１１０ｃは、図２の信号処理部１１０に対して、アナログ方式処理部（第２の信号処理部）４０１と、選択部４０５とが追加されている。その他の構成、動作については図２の場合と同様である。
《信号処理部の詳細》
図１１は、本発明の実施の形態３による荷電粒子線装置において、図１における信号処理部周りの詳細な構成例を示すブロック図である。図１１に示す信号処理部１１０ｃは、図２の信号処理部１１０に対して、アナログ方式処理部（第２の信号処理部）４０１と、選択部４０５とが追加されている。その他の構成、動作については図２の場合と同様である。
例えば、検出器１０９の受光量が増加した場合に、実施の形態２で述べたようなパイルアップによって電気信号の波形同士が重なり合い、結果してＤＣ信号に近い電気信号が得られる場合がある。この場合、実施の形態１で述べたようなピーク位置の検出が困難となる恐れがある。そこで、ピーク解析部１１２と並列にアナログ方式処理部４０１が設けられる。
アナログ方式処理部４０１は、フィルタ４０２と、ゲイン調整部４０３と、オフセット調整部４０４とを備える。フィルタ４０２は、例えば、ＬＰＦ（Low Pass Filter）等であり、検出器１０９からの電気信号、詳細には、Ａ／Ｄ変換器１１１からのデジタルデータに対してフィルタリングを行うことで高周波ノイズを除去する。ゲイン調整部４０３は、電気信号を画像化した際に適切なコントラストになるように、電気信号、詳細にはデジタルデータの振幅値を調整する。オフセット調整部４０４は、電気信号を画像化した際に適切な明るさになるように、電気信号、詳細にはデジタルデータのオフセット値を調整する。また、当該オフセット値の調整により、オフセット値以下のノイズを除去することも可能である。
選択部４０５は、検出画像の基となる信号として、ピーク解析部１１２からの信号かアナログ方式処理部４０１からの信号かを検出器１０９の受光量に基づいて選択する。そして、選択部４０５は、選択した信号を画像処理部１１６へ出力する。ここで、選択部４０５の選択信号ＳＳは、例えば、画像表示部１１８のＧＵＩを介してユーザによって定められる。具体的には、ユーザは、例えば、図１の電子銃１０２に高いエネルギーを設定するような場合には、選択信号ＳＳを、アナログ方式処理部４０１側に定めればよい。ただし、例えば、この電子銃１０２に設定されるエネルギーがしきい値よりも高いか否かに応じて、選択信号ＳＳを自動的に定めるような構成を用いてもよい。
《実施の形態３の主要な効果》
以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、検出器１０９の受光量が大きく、ピーク位置の検出が困難となる場合でも、検出器１０９からの電気信号を処理することが可能になる。
以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、検出器１０９の受光量が大きく、ピーク位置の検出が困難となる場合でも、検出器１０９からの電気信号を処理することが可能になる。
なお、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を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１０：荷電粒子線装置、１０１：電子顕微鏡本体、１０６：試料、１０７：信号電子、１０８：シンチレータ、１０９：検出器、１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ：信号処理部、１１２：ピーク解析部、１１４：形状分類部、１１５：波高値分類部、１１６：画像処理部、１１７，２５５，３０１：メモリ、１１８：画像表示部、２０１，２０３，２０５，２０７，２０９：立上り区間、２０２，２０４，２０６，２０８，２１０：立下り区間、２５１：計算機、２６０：信号処理プログラム、２６１：電気信号、２６２：画素信号、３０２：モデル演算部、３０３：減算部、３０４：モデル波形、３０５～３０７：波高値、４０１：アナログ方式処理部、４０２：フィルタ、４０３：ゲイン調整部、４０４：オフセット調整部、４０５：選択部、Ｃ１～Ｃ５：カテゴリ、ＰＡ，ＰＢ：分類パラメータ、Ｔ１～Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ１２：ピーク位置
Claims (4)
- シンチレータが発した光子を電気信号に変換する検出器と、
前記検出器からの前記電気信号を処理する信号処理部と、
を有する荷電粒子線装置であって、
前記信号処理部は、前記電気信号のピーク位置と、前記ピーク位置に伴う立上り区間の急峻度および立下り区間の急峻度とを検出し、前記立上り区間の急峻度と前記立下り区間の急峻度とに基づいて前記ピーク位置を分類し、
前記荷電粒子線装置は、さらに、
前記信号処理部と並列に設けられ、前記検出器からの前記電気信号に対してフィルタリングおよびオフセット値の調整を行う第２の信号処理部と、
検出画像の基となる信号として、前記信号処理部からの信号か前記第２の信号処理部からの信号かを前記検出器の受光量に基づいて選択する選択部と、
を有する、
荷電粒子線装置。 - 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記信号処理部は、前記立上り区間の急峻度と前記立下り区間の急峻度との差分を算出し、前記差分と、前記差分のしきい値を表す第１の分類パラメータとに基づいて前記ピーク位置を分類する、
荷電粒子線装置。 - 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記信号処理部は、さらに、前記ピーク位置の波高値を検出し、前記波高値と、前記波高値のしきい値を表す第２の分類パラメータとに基づいて前記ピーク位置を分類する、
荷電粒子線装置。 - 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
前記信号処理部は、前記ピーク位置を、前記第１の分類パラメータに基づいて前記光子に起因する信号成分か、または、ノイズ成分かに分類する、
荷電粒子線装置。
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