JP2014146615A - Charged-particle microscope device and image pickup method - Google Patents

Charged-particle microscope device and image pickup method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To pick up an image with high picture quality of even an area where a sufficient signal amount is not easily obtained from a sample, such as a low-layer area of a multilayer and a hole bottom of a hole pattern.SOLUTION: There is provided an image pickup method for sample which uses a charged-particle microscope device, the image pickup method including: a first image acquisition step of acquiring a first image by setting a gain of a detector of the charged-particle microscope device to a first gain value and scanning the sample with a charged-particle beam; a second image acquisition step of acquiring a second image by setting the gain of the detector to a second gain value different from the first gain value and scanning the sample with the charged-particle beam; and an image composition step of putting the first image and the second image together using the first gain value and second gain value.

Description

本発明は,荷電粒子を試料に照射して画像を取得する荷電粒子顕微鏡装置に係り,特に高画質な画像を撮像する荷電粒子顕微鏡装置および画像撮像方法に関する。   The present invention relates to a charged particle microscope apparatus that acquires an image by irradiating a sample with charged particles, and more particularly to a charged particle microscope apparatus and an image imaging method that capture a high-quality image.

荷電粒子顕微鏡は,光学顕微鏡に比べて分解能が非常に高く,被観察対象の微細な構造を鮮明に観察するために広く利用されている。荷電粒子顕微鏡では,荷電粒子ビームを対象試料に照射し,対象試料から放出される,または対象試料を透過する粒子(照射した荷電粒子と同種または別種の荷電粒子,または電磁波,光子)を検出器にて検出することで,対象試料の拡大画像を取得する。   Charged particle microscopes have a much higher resolution than optical microscopes, and are widely used to clearly observe the fine structure of an object to be observed. A charged particle microscope irradiates a target sample with a charged particle beam, and detects the particles emitted from the target sample or transmitted through the target sample (the same kind of charged particles as the irradiated charged particles, or electromagnetic waves, photons). By detecting at, an enlarged image of the target sample is acquired.

特に,半導体製造プロセスにおいては,半導体ウェハの検査,パターン寸法の計測,パターン形状の計測などの用途として,走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)や走査型イオン顕微鏡(Scanning Ion Microscope),走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope)などの荷電粒子顕微鏡が用いられている。これらの用途においては,撮像した画像を用いて,半導体パターンや欠陥の観察,欠陥の検出および発生要因解析,パターンの寸法計測などが行われる。   In particular, in semiconductor manufacturing processes, applications such as semiconductor wafer inspection, pattern dimension measurement, and pattern shape measurement include scanning electron microscopes, scanning ion microscopes, and scanning transmission. A charged particle microscope such as an electron microscope (Scanning Transmission Electron Microscope) is used. In these applications, the captured images are used to observe semiconductor patterns and defects, detect defects and analyze the causes of the defects, and measure the dimensions of the patterns.

荷電粒子顕微鏡において,高画質な画像を提供する機能は,最も重要な機能の一つである。一方,近年,半導体パターンの微細化,高密度化が進むにつれて,多層レイヤの対象試料において下層領域(上層パターン以外の領域)から放出される粒子を十分な量だけ検出することが困難になってきており,下層領域のS/Nやコントラストが低くなるなど視認性が非常に低下するという問題がある。ホールパターンにおいても,同様に穴底からの粒子を検出しにくいために,穴底の領域において良好な画質が得られない。下層領域やホールパターンのような,十分な信号量(試料から放出される粒子の検出量)が得られない領域を暗部と呼ぶ。試料に照射する荷電粒子ビームや試料付近の電磁界分布の改善により,暗部から放出される粒子をより多く検出することも可能であるが,得られる信号量を増やすには限界がある。また,撮像画像に対して画像処理により高画質化を図る方法もある(例えば,特許文献1)。また,光学カメラや光学顕微鏡などでは,暗部を明瞭に表示するため,露光量を変えて撮像する方法が提案されている(例えば,特許文献2)。光学顕微鏡または光学カメラにおいて露光量を増やすことは,荷電粒子顕微鏡においては荷電粒子ビームの照射量(以下,ドーズ量)を増やすことに対応する。   The function of providing high-quality images in a charged particle microscope is one of the most important functions. On the other hand, in recent years, it has become difficult to detect a sufficient amount of particles emitted from the lower layer region (region other than the upper layer pattern) in the target sample of the multilayer layer as the semiconductor pattern becomes finer and higher in density. In addition, there is a problem that the visibility is greatly deteriorated, such as the S / N and contrast of the lower layer region are lowered. Similarly, in the hole pattern, it is difficult to detect particles from the bottom of the hole, so that good image quality cannot be obtained in the hole bottom area. A region where a sufficient signal amount (detected amount of particles emitted from the sample) such as a lower layer region or a hole pattern cannot be obtained is called a dark part. Although it is possible to detect more particles emitted from the dark area by improving the distribution of the charged particle beam applied to the sample and the electromagnetic field distribution in the vicinity of the sample, there is a limit to increasing the amount of signal obtained. There is also a method for improving the image quality of captured images by image processing (for example, Patent Document 1). In addition, in an optical camera, an optical microscope, or the like, a method of imaging with changing the exposure amount has been proposed in order to clearly display a dark part (for example, Patent Document 2). Increasing the exposure amount in an optical microscope or optical camera corresponds to increasing the irradiation amount (hereinafter referred to as dose) of a charged particle beam in a charged particle microscope.

特開2009−245674号公報JP 2009-245684 A 特開平11−355787号公報JP-A-11-355787

特許文献1で提案されている撮像画像に対して画像処理を行う手法では,暗部に関する情報が撮像画像にある程度含まれている場合にはその情報を強調することも可能である。
しかし,暗部から放出される粒子がごく少数であり,暗部から得られる信号量が非常に少ない場合には,画像処理による大幅な効果は期待できない。
In the method of performing image processing on a captured image proposed in Patent Document 1, when information regarding a dark part is included to some extent in the captured image, the information can be emphasized.
However, if the number of particles emitted from the dark part is very small and the amount of signal obtained from the dark part is very small, a significant effect by image processing cannot be expected.

また,特許文献2で提案されているような露光量を変えて撮像するという光学顕微鏡等で用いられている手法を,走査荷電粒子顕微鏡にそのまま適用することは困難である。走査荷電粒子顕微鏡においてドーズ量を増やすためには,荷電粒子ビームの電流量(以下,プローブ電流)またはビーム照射時間を増やす必要がある。しかし,プローブ電流を増やすと,試料表面における荷電粒子ビームの強度分布が広がるために画像がぼやけるという課題があり,一方,ビーム照射時間を増やすと,撮像時間がビーム照射時間に比例して増えるという課題がある。また,ドーズ量を増やすと,試料にダメージを与えたり試料が帯電するなどのデメリットもある。   In addition, it is difficult to directly apply the technique used in an optical microscope or the like, which is proposed in Patent Document 2, in which an image is captured while changing the exposure amount to a scanning charged particle microscope. In order to increase the dose in a scanning charged particle microscope, it is necessary to increase the amount of charged particle beam current (hereinafter referred to as probe current) or beam irradiation time. However, when the probe current is increased, the intensity distribution of the charged particle beam on the sample surface widens, which causes the image to blur. On the other hand, if the beam irradiation time is increased, the imaging time increases in proportion to the beam irradiation time. There are challenges. In addition, increasing the dose amount has disadvantages such as damaging the sample or charging the sample.

さらに,露光量を変えて撮像する手法では,画像に含まれるノイズのうち,ショットノイズは抑制できるものの,検出時に重畳する熱ノイズや,得られた信号をディジタル化する過程で重畳する量子化ノイズを抑制することはできない。信号量が少ない場合には,これらのノイズも相対的に無視できず,できるだけノイズを抑制することが必要となる。   Furthermore, in the method of imaging by changing the exposure amount, shot noise can be suppressed among noises included in the image, but thermal noise superimposed at the time of detection or quantization noise superimposed in the process of digitizing the obtained signal. Can not be suppressed. When the signal amount is small, these noises cannot be ignored relatively, and it is necessary to suppress the noises as much as possible.

本発明では,上記のような場合においても高画質な画像を撮像する荷電粒子顕微鏡装置および画像撮像方法を提供する。   The present invention provides a charged particle microscope apparatus and an image capturing method for capturing a high-quality image even in the above case.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。   The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

(1)本発明は,検出器のゲインを異なるゲイン値に設定してそれぞれ画像を取得し,取得した画像を前記ゲイン値を用いて合成することを一つの特徴とする。ここで,ゲイン値とは,検出器の出力である明度値を決める値で,明度値は信号量にゲイン値を乗じた値(またはさらにバイアスが加算された値)で表される。これにより,検出後に重畳される熱ノイズや量子化ノイズの影響が少ない画像を撮像できる。これらのノイズは明度値に対して一定の大きさで重畳されるため,同一の信号量であればゲイン値が大きいほどこれらのノイズの影響は少ない。一方,検出器等が扱うことのできる明度値には上限があるため,ゲイン値が大きすぎると明度値が飽和する。例えば,第一のゲイン値は従来の画像撮像方法と同様のゲイン値に設定し,第二のゲイン値は第一のゲイン値より大きな値に設定する。この結果,第一の画像からは暗部以外の領域において明度値が飽和しない範囲内で十分大きな明度値を得ることができ,第二の画像からは暗部においてノイズの少ない情報を得ることができるため,両画像を合成することにより,全領域において良好な画質を得ることが可能となる。   (1) One feature of the present invention is that the gain of the detector is set to different gain values to acquire images, and the acquired images are synthesized using the gain values. Here, the gain value is a value that determines the lightness value that is the output of the detector, and the lightness value is represented by a value obtained by multiplying the signal amount by the gain value (or a value obtained by adding a bias). As a result, it is possible to capture an image with little influence of thermal noise and quantization noise superimposed after detection. Since these noises are superimposed on the lightness value at a constant magnitude, the influence of these noises is smaller as the gain value is larger for the same signal amount. On the other hand, since there is an upper limit to the lightness value that can be handled by the detector, the lightness value is saturated if the gain value is too large. For example, the first gain value is set to the same gain value as in the conventional image capturing method, and the second gain value is set to a value larger than the first gain value. As a result, a sufficiently large brightness value can be obtained from the first image within a range in which the brightness value is not saturated in a region other than the dark portion, and information with less noise can be obtained from the second image in the dark portion. By combining both images, it is possible to obtain good image quality in the entire region.

(2)また,本発明は,第一の画像を用いて第二のゲイン値を計算することを一つの特徴とする。これにより,第一の画像を用いて暗部の明度値を計算し,その結果に基づいて第二のゲイン値を調整することで,第二の画像における暗部の明度値を適切な値に設定でき,暗部がより明瞭に表示された第二の画像を取得することができる。   (2) Further, the present invention is characterized in that the second gain value is calculated using the first image. As a result, the lightness value of the dark part in the second image can be set to an appropriate value by calculating the lightness value of the dark part using the first image and adjusting the second gain value based on the result. , The second image in which the dark part is displayed more clearly can be acquired.

(3)また,本発明は,明度値に基づいて局所領域毎に合成の対象外とするか否かを,第一の画像と第二の画像の少なくとも一つの画像について判定することを一つの特徴とする。これにより,暗部以外の領域において明度値が飽和した場合でも適切な合成を行うことができ,全領域において良好な画質を得ることができる。全領域において明度値が明度値が飽和しないようなゲイン値が少なくとも一つあれば,他のゲイン値は暗部以外の領域において明度値が飽和するような大きな値に設定しても,合成時に全領域で明度値が飽和しない画像を生成することができる。このため,ゲイン値を大きな値に設定することが可能となり,暗部においてノイズの少ない情報を得ることができる。   (3) Further, according to the present invention, it is possible to determine whether at least one of the first image and the second image is to be excluded from the synthesis target for each local region based on the brightness value. Features. As a result, even when the lightness value is saturated in an area other than the dark part, appropriate composition can be performed, and good image quality can be obtained in the entire area. If there is at least one gain value that does not saturate the lightness value in all regions, the other gain values may be set to a large value that saturates the lightness value in regions other than the dark area. An image in which the brightness value is not saturated in the region can be generated. For this reason, the gain value can be set to a large value, and information with less noise can be obtained in the dark part.

(4)また,本発明は,試料の撮像対象領域における設計データ情報或いは第一の画像の少なくとも一つを用いて,第二の画像の取得および合成を行うか否かを判定することを一つの特徴とする。ここで,設計データとは,製造する半導体パターンの形状情報を示すデータのことを表し,多くの場合,半導体パターンの輪郭に関する情報あるいはリソシミュレーション等による予想形状,レイヤ特性等が記述されている。また,設計データには,試料特性(材質特性・電気特性等)に関する情報が含まれていても良い。これにより,撮像対象領域の暗部強調が必要な場合にのみ,第二の画像の取得および合成を行うような撮像を行える。暗部強調が必要な場合には,画像を合成する方法により暗部でも良好な画質が得られるような画像を撮像することができ,一方,暗部強調が不要な場合(例えば撮像対象領域に暗部が存在しない場合)には,第二の画像を取得することなく良好な画質の画像を高速に撮像することができる。   (4) In the present invention, it is also possible to determine whether to acquire and combine the second image using at least one of the design data information or the first image in the imaging target region of the sample. With one feature. Here, the design data refers to data indicating the shape information of the semiconductor pattern to be manufactured. In many cases, information related to the outline of the semiconductor pattern, an expected shape by lithography simulation, layer characteristics, and the like are described. The design data may include information on sample characteristics (material characteristics, electrical characteristics, etc.). As a result, it is possible to perform imaging such as acquiring and synthesizing the second image only when dark area enhancement of the imaging target area is necessary. When dark area emphasis is required, an image that can obtain good image quality even in the dark area can be picked up by the method of combining images. On the other hand, when dark area emphasis is not necessary (for example, there is a dark area in the imaging target area) If not, a high-quality image can be captured at high speed without acquiring the second image.

(5)また,本発明は,プローブ電流,ビーム照射時間,試料帯電度のうち少なくとも一つを前記第一画像取得ステップとは異なる値に設定して第二の画像を取得することを一つの特徴とする。これにより,第一の画像もしくは第二の画像を取得する際に,暗部から得られる信号量を増やすことが可能となる。プローブ電流やビーム照射時間を増やすことにより,ドーズ量を増やすことができる。また,試料帯電度を適切な値に調整することにより,試料から放出される荷電粒子をより多く検出することができる。例えば,第一の画像を取得するときは,これらの値を通常用いられる値に設定し,第二の画像を取得するときに,暗部から得られる信号量が多くなるような条件に設定する。第二の画像の取得では,暗部以外の領域においては適切な情報が得られなくても良いため,暗部からの信号量ができるだけ多く得られるような条件を用いることができる。   (5) In the present invention, the second image is acquired by setting at least one of the probe current, the beam irradiation time, and the sample charging degree to a value different from the first image acquisition step. Features. Thereby, when acquiring a 1st image or a 2nd image, it becomes possible to increase the signal amount obtained from a dark part. The dose can be increased by increasing the probe current and the beam irradiation time. Further, by adjusting the sample charging degree to an appropriate value, more charged particles emitted from the sample can be detected. For example, when acquiring the first image, these values are set to values that are normally used, and when acquiring the second image, the conditions are set such that the amount of signal obtained from the dark portion increases. In the acquisition of the second image, since it is not necessary to obtain appropriate information in a region other than the dark part, it is possible to use a condition such that the signal amount from the dark part can be obtained as much as possible.

(6)また,本発明は,目標信号量を算出し,荷電粒子ビームの走査を行って画像を取得し,取得した画像のうち信号量が相対的に少ない画素からなる領域における信号量と前記目標信号量を比較し,画像の取得を継続するか否かを判定し,画像の取得を継続すると判定した場合には,前記取得した画像のうち信号量が相対的に少ない画素の位置に基づいて再度走査を行う試料領域を算出し,その領域に対してのみ荷電粒子ビームの走査を再度行って新たな局所画像を取得し,新たに取得した画像をその前に取得した画像と合成する。さらに,画像の取得を継続しないと判断するまで,新たな画像を取得して画像を合成するステップを繰り返すことを一つの特徴とする。これにより,暗部から得られる信号量の度合いに応じて撮像時間を制御することができ,暗部の高画質化と高速撮像の両立を実現することができる。また,新たな画像を取得する際,画像の全領域に対応する試料領域に対して荷電粒子ビームを照射する代わりに,暗部を含むより小さな試料領域のみに対して荷電粒子ビームを照射することができ,撮像時間を短縮することができる。さらに,荷電粒子ビームを試料に照射する際に発生する,試料にダメージを与えたり試料が帯電するなどのデメリットを低減することができる。   (6) Further, the present invention calculates a target signal amount, scans with a charged particle beam, acquires an image, and the signal amount in an area composed of pixels with a relatively small signal amount in the acquired image The target signal amount is compared to determine whether or not to continue the image acquisition. When it is determined that the image acquisition is to be continued, based on the position of the pixel having a relatively small signal amount in the acquired image. The sample area to be scanned again is calculated, and the charged particle beam is scanned again only for that area to acquire a new local image, and the newly acquired image is combined with the previously acquired image. Furthermore, one feature is that a step of acquiring a new image and synthesizing the image is repeated until it is determined that the acquisition of the image is not continued. As a result, the imaging time can be controlled in accordance with the degree of signal amount obtained from the dark part, and both high image quality in the dark part and high-speed imaging can be realized. In addition, when acquiring a new image, instead of irradiating the sample region corresponding to the entire region of the image with the charged particle beam, only the smaller sample region including the dark part may be irradiated with the charged particle beam. The imaging time can be shortened. Further, it is possible to reduce disadvantages such as damage to the sample or charging of the sample that occur when the sample is irradiated with the charged particle beam.

(7)また,本発明は,画像取得前に指定されたS/Nの要求値或いは信号量の要求値に基づいて前記目標信号量を算出することを一つの特徴とする。これにより,ユーザの要求するS/Nや信号量を考慮して目標信号量を算出することができ,画質に関してユーザが満足する画像をできるだけ短い時間で撮像することができる。   (7) Further, the present invention is characterized in that the target signal amount is calculated based on a required value of S / N or a required value of signal amount specified before image acquisition. As a result, the target signal amount can be calculated in consideration of the S / N and signal amount required by the user, and an image satisfied by the user regarding the image quality can be taken in as short a time as possible.

(8)また,本発明は,画像の取得を継続するか否かを判定する際,画像取得前に定められた撮像時間の上限および下限に基づいて判定を行うことを一つの特徴とする。これにより,目標信号量を満たす画像を得るためには非常に長い撮像時間がかかったり,逆に撮像時間は非常に短いがまだ良好な画質が得られる余地が十分にあるような画像を撮像するようなことを抑制することができる。   (8) Further, according to the present invention, when determining whether or not to continue image acquisition, one feature is that the determination is performed based on an upper limit and a lower limit of an imaging time determined before image acquisition. As a result, it takes a very long imaging time to obtain an image that satisfies the target signal level, or conversely, an image that has a very short imaging time but still has enough room for good image quality. Such a thing can be suppressed.

本発明によれば、上記課題を解決し,高画質な画像を撮像する荷電粒子顕微鏡装置および画像撮像方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to solve the said subject and to provide the charged particle microscope apparatus and image imaging method which image a high quality image.

ゲイン値を変えて複数枚の荷電粒子画像を取得して画像を合成するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which changes a gain value and acquires several charged particle image, and synthesize | combines an image. 本発明の一実施形態である荷電粒子顕微鏡の基本構成である。1 is a basic configuration of a charged particle microscope according to an embodiment of the present invention. ゲイン値を変えて取得した画像を合成する方法の効果を示した図である。It is the figure which showed the effect of the method of synthesize | combining the image acquired by changing gain value. ゲイン値の設定方法に関する一実施例図である。It is one Example figure regarding the setting method of a gain value. 第二のゲインを計算するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which calculates a 2nd gain. 第二のゲインを計算するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which calculates a 2nd gain. 第一のゲイン値と第二のゲイン値を用いて第一の画像の重みと第二の画像の重みを計算するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which calculates the weight of a 1st image, and the weight of a 2nd image using a 1st gain value and a 2nd gain value. 第一の画像と第二の画像を合成するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which synthesize | combines a 1st image and a 2nd image. 第一の画像の重みと第二の画像の重みを計算するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which calculates the weight of a 1st image, and the weight of a 2nd image. 第1〜第Kの画像を取得し,K枚の画像を合成するシーケンスの一実施例図である。It is an example of a sequence for acquiring first to Kth images and synthesizing K images. 第一の画像を取得したときの撮像条件とは異なる撮像条件で第二の画像を取得するシーケンスの一実施例図である。It is an example of the sequence which acquires a 2nd image on the imaging conditions different from the imaging conditions when a 1st image is acquired. 試料帯電度を変えて第二の画像を取得するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which changes a sample electrical charging degree and acquires a 2nd image. ゲイン値と撮像条件を用いて重みを計算するシーケンスの一実施例図である。It is an example figure of the sequence which calculates a weight using a gain value and imaging conditions. ゲイン値を変えて撮像するか否かを判定する処理を含む撮像のシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence of imaging including the process which determines whether it changes with a gain value and images. ゲイン値を変えて撮像するか否かを判定するシーケンスの一実施例図である。It is an example figure of the sequence which determines whether it changes with a gain value and images. 画像撮像時に出力するログの一実施例図である。It is an Example figure of the log output at the time of image pick-up. 局所領域に対して荷電粒子ビームを走査して画像を取得するシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which scans a charged particle beam with respect to a local area | region, and acquires an image. 画像取得前に信号量の要求値の入力を促すためのインターフェイスの一実施例図である。It is an Example figure of the interface for prompting the input of the required value of signal amount before image acquisition. 局所領域に対して荷電粒子ビームを走査して画像を取得するシーケンスにおいて,ゲイン値を変更した上で画像を取得するシーケンスの一実施例図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a sequence for acquiring an image after changing a gain value in a sequence for acquiring an image by scanning a local region with a charged particle beam. 荷電粒子ビームを走査して画像を取得するための局所領域を設定する一実施例図である。It is an Example figure which sets the local area | region for scanning a charged particle beam and acquiring an image. 荷電粒子ビームを走査する局所領域を求めるシーケンスの一実施例図である。It is an Example figure of the sequence which calculates | requires the local area | region which scans a charged particle beam. 異なる領域に対してゲイン値を変えて取得した複数枚の画像を合成するシーケンスの一実施例図である。It is an example figure of the sequence which synthesize | combines the several image acquired by changing the gain value with respect to a different area | region.

本発明は,荷電粒子を試料に照射して画像を取得する荷電粒子顕微鏡装置に係り,特に従来の撮像方法では鮮明な撮像が困難であった局所領域の視認性を向上するための画像撮像方法および荷電粒子顕微鏡装置を提供することにある。以下,本発明に係る実施の形態例について図面を用いて説明する。   The present invention relates to a charged particle microscope apparatus that acquires an image by irradiating a sample with charged particles, and in particular, an image imaging method for improving the visibility of a local region, which is difficult to obtain a clear image with a conventional imaging method. And providing a charged particle microscope apparatus. Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

[図1説明]図1は,ゲイン値を変えて複数枚の荷電粒子画像を取得して画像を合成するシーケンスの一実施例図である。まず,ステップ101で,第一のゲイン値を計算し,ステップ102で第一のゲイン値を用いて第一の画像を取得する。次に,ステップ103で,第一のゲイン値とは異なる第二のゲイン値を計算し,ステップ104で第二のゲイン値を用いて第二の画像を取得する。次に,ステップ105で,第一のゲイン値と第二のゲイン値を用いて,取得した第一の画像と第二の画像のそれぞれについて重みを計算する。最後にステップ106で,計算した重みを用いて,第一の画像と第二の画像を合成する。   [Description of FIG. 1] FIG. 1 is an example of a sequence for acquiring a plurality of charged particle images by changing a gain value and synthesizing the images. First, in step 101, a first gain value is calculated, and in step 102, a first image is acquired using the first gain value. Next, in step 103, a second gain value different from the first gain value is calculated, and in step 104, a second image is acquired using the second gain value. Next, in step 105, a weight is calculated for each of the acquired first image and second image using the first gain value and the second gain value. Finally, in step 106, the first image and the second image are synthesized using the calculated weight.

[図1効果]これにより,検出後に重畳される熱ノイズや量子化ノイズの影響が少ない画像を撮像できる。これらのノイズは明度値に対して一定の大きさで重畳されるため,同一の信号量であればゲイン値が大きいほどこれらのノイズの影響は少ない。一方,検出器等が扱うことのできる明度値には上限があるため,ゲイン値が大きすぎると明度値が飽和する。例えば,第一のゲイン値は従来の画像撮像方法と同様のゲイン値に設定し,第二のゲイン値は第一のゲイン値より大きな値に設定する。この結果,第一の画像からは暗部以外の領域において明度値が飽和しない範囲内で十分大きな明度値を得ることができ,第二の画像からは暗部においてノイズの少ない情報を得ることができるため,両画像を合成することにより,全領域において良好な画質を得ることが可能となる。   [Effect of FIG. 1] This makes it possible to capture an image with little influence of thermal noise and quantization noise superimposed after detection. Since these noises are superimposed on the lightness value at a constant magnitude, the influence of these noises is smaller as the gain value is larger for the same signal amount. On the other hand, since there is an upper limit to the lightness value that can be handled by the detector, the lightness value is saturated if the gain value is too large. For example, the first gain value is set to the same gain value as in the conventional image capturing method, and the second gain value is set to a value larger than the first gain value. As a result, a sufficiently large brightness value can be obtained from the first image within a range in which the brightness value is not saturated in a region other than the dark portion, and information with less noise can be obtained from the second image in the dark portion. By combining both images, it is possible to obtain good image quality in the entire region.

[図1補足]ステップ102とステップ104の画像取得では,複数の検出器を用いて,複数枚の画像を取得しても良い。複数枚の画像は,例えば,二次電子を検出するための二次電子検出器,後方散乱電子を検出するための後方散乱電子検出器,試料から放出されるX線を検出するX線検出器,または試料を透過した粒子を検出する透過粒子検出器などにより取得することができる。この場合,第一のゲインおよび第二のゲインは,複数枚の画像に対して同一の値を用いても良いし,検出器の種類や検出器の配置などにより検出できる信号量が異なることを考慮し,異なる値を用いても良い。   [Supplement to FIG. 1] In the image acquisition in step 102 and step 104, a plurality of images may be acquired using a plurality of detectors. The plurality of images include, for example, a secondary electron detector for detecting secondary electrons, a backscattered electron detector for detecting backscattered electrons, and an X-ray detector for detecting X-rays emitted from a sample. Or a transmission particle detector that detects particles that have passed through the sample. In this case, the first gain and the second gain may use the same value for a plurality of images, and the amount of signal that can be detected differs depending on the type of detector and the arrangement of the detectors. Different values may be used in consideration.

第一の画像または第二の画像を取得する際,同じ領域に対して荷電粒子ビームを複数回走査して,それぞれの走査で得た信号について同じ走査位置の信号に対する和または平均を計算することにより,画像を取得しても良い。第一のゲイン値または第二のゲイン値は,試料の撮像対象領域に関する設計データ情報を用いて設定することもできる。また,第二のゲイン値は,第一の画像に基づいて設定することもできる。なお,図1では,第一の画像と第二の画像を取得して合成する方法について説明したが,同様に,図10で後述するように,第三のゲイン値を用いて第三の画像を取得しても良いし,第四の画像以降を取得しても良い。ステップ105またはステップ106を実施する前に,各々の画像に対してノイズを抑制したり,エッジを強調したり,画像のぼやけを低減するための画像処理を施しても良い。   When acquiring the first image or the second image, the charged particle beam is scanned several times over the same region, and the sum or average of the signals obtained in each scan is calculated for the signals at the same scanning position. Thus, an image may be acquired. The first gain value or the second gain value can also be set using design data information related to the imaging target region of the sample. The second gain value can also be set based on the first image. In FIG. 1, the method of acquiring and synthesizing the first image and the second image has been described. Similarly, as described later in FIG. 10, the third image is obtained using the third gain value. May be acquired, or the fourth and subsequent images may be acquired. Prior to performing Step 105 or Step 106, each image may be subjected to image processing for suppressing noise, enhancing an edge, or reducing image blurring.

[図2説明]図2は,本発明の一実施形態である荷電粒子顕微鏡の基本構成である。荷電粒子顕微鏡は,例えば,荷電粒子画像取得装置201,入出力部221,制御部222,処理部223,記憶部224,ゲイン制御部225,画像合成部226,および走査位置制御部227等を適議用いて構成される。荷電粒子画像取得装置201では,荷電粒子銃202から荷電粒子ビーム203を発生し,前記荷電粒子ビーム203をコンデンサレンズ204や対物レンズ205に通すことにより試料206の表面に集束する。次に,試料206から発生する粒子を検出器208で検出することにより,画像を取得する。画像は,記憶部224に保存される。検出器208は複数個備わっていても良く,さらに,電子を検出する検出器と電磁波を検出する検出器のように異なる粒子を検出する検出器であったり,例えばSEMの場合,二次電子検出器と後方散乱電子検出器のように異なる性質の粒子を検出する検出器であっても良い。検出器が複数個備わっている場合には,通常1回の撮像で,画像を複数枚取得することができる。試料206はステージ207に接しており,ステージ207を移動することにより,試料の任意の位置における画像の取得が可能である。また,ビーム偏向器209で荷電粒子ビーム203の向きを2次元的に変えることにより,荷電粒子ビームを試料上に走査することができる。本実施例により,検出器のゲインを異なるゲイン値に設定してそれぞれ画像を取得し,画像取得時のゲイン値を用いて取得した画像を合成することができる。また,信号量が少ない領域に対して再度走査を行って画像を取得し,取得した画像を合成することができる。   [Description of FIG. 2] FIG. 2 shows a basic configuration of a charged particle microscope according to an embodiment of the present invention. The charged particle microscope includes, for example, a charged particle image acquisition device 201, an input / output unit 221, a control unit 222, a processing unit 223, a storage unit 224, a gain control unit 225, an image synthesis unit 226, a scanning position control unit 227, and the like. Constructed by deliberation In the charged particle image acquisition apparatus 201, a charged particle beam 203 is generated from a charged particle gun 202, and the charged particle beam 203 is focused on the surface of a sample 206 by passing through a condenser lens 204 and an objective lens 205. Next, an image is acquired by detecting particles generated from the sample 206 with the detector 208. The image is stored in the storage unit 224. A plurality of detectors 208 may be provided. Furthermore, a detector that detects different particles such as a detector that detects electrons and a detector that detects electromagnetic waves, or in the case of SEM, for example, secondary electron detection. It may be a detector that detects particles having different properties, such as a detector and a backscattered electron detector. When a plurality of detectors are provided, a plurality of images can be acquired usually by one imaging. The sample 206 is in contact with the stage 207. By moving the stage 207, an image at an arbitrary position of the sample can be acquired. Further, the charged particle beam can be scanned onto the sample by changing the direction of the charged particle beam 203 two-dimensionally by the beam deflector 209. According to the present embodiment, it is possible to set the detector gain to different gain values, acquire images respectively, and synthesize the acquired images using the gain values at the time of image acquisition. Further, it is possible to scan the region having a small signal amount again to acquire an image, and to combine the acquired image.

入出力部221では,画像撮像位置や撮像条件の入力,合成後の画像の出力などを行う。制御部222では,撮像装置の制御として,荷電粒子銃202等に印加する電圧や,コンデンサレンズ204および対物レンズ205の焦点位置の調整,ステージ207の移動等を制御する。また,制御部222は,入出力部221,処理部223,記憶部224,ゲイン制御部225,画像合成部226の制御も行う。処理部223では,各種の処理,例えば,荷電粒子ビーム203の焦点を試料206の表面に合わせるために必要な自動焦点合わせに関する処理などを行う。記憶部224では,第一の画像,第二の画像,合成後の画像,設計データ情報,各種の処理パラメータ等を保存する。ゲイン制御部225では,第一のゲイン値および第二のゲイン値を計算する。画像合成部226では,第一の画像および第二の画像を合成し,合成後の画像を出力する。走査位置制御部227では,荷電粒子ビーム203を走査する試料206上の位置を制御する。   The input / output unit 221 inputs an image capturing position and image capturing conditions, and outputs a combined image. The control unit 222 controls the voltage applied to the charged particle gun 202, the adjustment of the focal positions of the condenser lens 204 and the objective lens 205, the movement of the stage 207, and the like as control of the imaging device. The control unit 222 also controls the input / output unit 221, the processing unit 223, the storage unit 224, the gain control unit 225, and the image composition unit 226. The processing unit 223 performs various types of processing, for example, processing related to automatic focusing necessary for focusing the charged particle beam 203 on the surface of the sample 206. The storage unit 224 stores the first image, the second image, the synthesized image, design data information, various processing parameters, and the like. The gain control unit 225 calculates the first gain value and the second gain value. The image combining unit 226 combines the first image and the second image, and outputs the combined image. The scanning position control unit 227 controls the position on the sample 206 where the charged particle beam 203 is scanned.

[図3説明]図3は,本発明により,暗部を含む全領域において良好な画質を得ることができることを示した図である。図3で示した301,302,303は,それぞれ,第一の画像,第二の画像,合成後の画像を表す。この例では,第一のゲイン値は暗部以外の領域において適切な明度値となるように設定されており,第二のゲイン値は暗部において多くの信号量が得られるように,第一のゲイン値よりも大きな値に設定されている。撮像対象の試料は,多層のパターンを含んでおり,下層領域は信号が得られにくい暗部である。点311は暗部内の一点であり,点312は暗部以外の領域内の一点である。暗部では,第一の画像301では下層領域が非常に認識しにくいが,第二の画像302では下層領域が明瞭に映っており,下層パターンが見えやすい。暗部以外の領域では,第二の画像302ではゲイン値が大きいために明度値が飽和しているが第一の画像301では適切な明度値が得られている。グラフ304は,ドーズ量と,試料から得られる信号量の関係を表している。信号量はドーズ量に対して概ね比例の関係にあるが,同じドーズ量では暗部以外の領域内の点312から得られる信号量と比べると暗部内の点311から得られる信号量のほうが少ないため,明瞭に表示するためには第二の画像のようにゲイン値を上げて画像を取得する必要がある。第一の画像と第二の画像を合成することにより,合成画像303のように,画像の全領域で明度値の飽和を抑制した上で,下層領域が明瞭に表示された画像を得ることができる。   [Description of FIG. 3] FIG. 3 is a diagram showing that according to the present invention, good image quality can be obtained in the entire region including the dark portion. Reference numerals 301, 302, and 303 shown in FIG. 3 represent a first image, a second image, and a combined image, respectively. In this example, the first gain value is set to be an appropriate brightness value in the region other than the dark portion, and the second gain value is set so that a large amount of signal can be obtained in the dark portion. A value larger than the value is set. The sample to be imaged includes a multi-layer pattern, and the lower layer area is a dark part where it is difficult to obtain a signal. The point 311 is a point in the dark part, and the point 312 is a point in the area other than the dark part. In the dark portion, the lower layer region is very difficult to recognize in the first image 301, but the lower layer region is clearly shown in the second image 302, and the lower layer pattern is easy to see. In the area other than the dark part, the brightness value is saturated because the gain value is large in the second image 302, but an appropriate brightness value is obtained in the first image 301. A graph 304 represents the relationship between the dose amount and the signal amount obtained from the sample. Although the signal amount is generally proportional to the dose amount, the signal amount obtained from the point 311 in the dark portion is smaller than the signal amount obtained from the point 312 in the region other than the dark portion at the same dose amount. In order to display clearly, it is necessary to increase the gain value as in the second image and acquire the image. By synthesizing the first image and the second image, it is possible to obtain an image in which the lower layer area is clearly displayed while suppressing the saturation of the brightness value in the entire area of the image, as in the synthesized image 303. it can.

[図4説明]図4は,ゲイン値の設定方法に関する一実施例図である。グラフ401は,画像301,302における,画像の種類(第一の画像および第二の画像)とゲイン値の関係を示したものである。グラフ402は,点311および点312における明度値を,それぞれ411および412で示したものである。第一の画像では411のように暗部の明度値は非常に小さく,検出後に重畳される熱ノイズや量子化ノイズの影響を受けやすい。第二の画像では412のように暗部以外の領域では明度値が飽和する箇所もある。先述のように,画像を合成することにより,暗部以外の領域における明度値の飽和抑制と暗部の明瞭表示を両立することができる。なお,グラフ403のように,第二のゲイン値は第一のゲイン値より小さくても良く,さらに,第三のゲイン値,第四のゲイン値を用いて,第三の画像および第四の画像を取得しても良い。   [Description of FIG. 4] FIG. 4 is a diagram showing an embodiment relating to a method of setting a gain value. A graph 401 shows the relationship between the image type (first image and second image) and the gain value in the images 301 and 302. A graph 402 shows brightness values at points 311 and 312 as 411 and 412 respectively. In the first image, the lightness value of the dark part is very small like 411 and is easily affected by thermal noise and quantization noise superimposed after detection. In the second image, there is a portion where the brightness value is saturated in a region other than the dark portion, such as 412. As described above, by combining images, it is possible to achieve both saturation suppression of brightness values and clear display of dark portions in regions other than dark portions. As shown in the graph 403, the second gain value may be smaller than the first gain value, and further, the third image and the fourth gain value are used by using the third gain value and the fourth gain value. An image may be acquired.

[図5説明]図5は,第二のゲインを計算するステップ103の具体的な処理を示す一実施例図である。まず,ステップ501で,第一の画像における暗部を抽出する。暗部の抽出では,領域抽出のための手法として知られている各種のセグメンテーション手法を用いることができる。例えば画像の明度値があるしきい値を下回る領域として抽出することもできるし,抽出した領域に対して拡大および縮小等の後処理を施すことにより抽出することもできる。暗部を抽出するためのしきい値は画像の局所領域毎に変えても良い。次に,ステップ502で,暗部の平均明度を計算する。最後に,ステップ503で,計算した暗部の平均明度に基づいて,第二のゲイン値を計算する。暗部の平均明度と第二のゲイン値との関係は,グラフ511のような単調減少の関係になる。すなわち,第一の画像における暗部の平均明度が小さいほど,第二の画像では平均明度が大きくなるように第二のゲイン値を上げる。   [Description of FIG. 5] FIG. 5 is a diagram showing an example of a specific process of step 103 for calculating the second gain. First, in step 501, a dark part in the first image is extracted. In the extraction of the dark part, various segmentation methods known as a method for region extraction can be used. For example, the brightness value of the image can be extracted as a region below a certain threshold value, or can be extracted by performing post-processing such as enlargement and reduction on the extracted region. The threshold value for extracting the dark part may be changed for each local region of the image. Next, in step 502, the average brightness of the dark part is calculated. Finally, in step 503, a second gain value is calculated based on the calculated average brightness of the dark part. The relationship between the average brightness of the dark part and the second gain value is a monotonically decreasing relationship as shown in the graph 511. That is, the second gain value is increased so that the average brightness of the second image increases as the average brightness of the dark portion of the first image decreases.

[図5効果]これにより,第一の画像を用いて暗部の明度値を計算し,その結果に基づいて第二のゲイン値を調整することで,第二の画像における暗部の明度値を適切な値に設定でき,暗部がより明瞭に表示された第二の画像を取得することができる。   [Effect of FIG. 5] By this, the brightness value of the dark part is calculated using the first image, and the second gain value is adjusted based on the result, thereby appropriately adjusting the brightness value of the dark part in the second image. The second image in which the dark part is displayed more clearly can be acquired.

[図5補足]図5では,暗部の平均明度に基づいて第二のゲイン値を計算したが,平均明度以外の値を用いることもできる。例えば,平均明度がノイズに対して揺らぎやすいような画像の場合では代わりに暗部の明度値のメディアンを用いても良い。別の例として,暗部にパターンが含まれることが予想される場合には,(例えば相対的に明るい領域をパターンとする処理により)暗部からパターンとそれ以外の領域を識別して,それぞれの領域の平均明度の差を用いても良い。グラフ511に示す暗部の平均明度とゲインの関係は,例えば反比例のような関係が考えられるが,これに限らない。   [Supplement to FIG. 5] In FIG. 5, the second gain value is calculated based on the average brightness of the dark portion, but a value other than the average brightness can also be used. For example, in the case of an image whose average brightness is likely to fluctuate with respect to noise, a median having a brightness value in a dark portion may be used instead. As another example, if a pattern is expected to be included in the dark area, the pattern and other areas are identified from the dark area (for example, by processing the relatively bright area as a pattern), and each area is identified. The average brightness difference may be used. The relationship between the average brightness of the dark portion and the gain shown in the graph 511 can be, for example, an inversely proportional relationship, but is not limited thereto.

[図6説明]図6は,第二のゲインを計算するステップ103の具体的な処理を示す,図5とは別の一実施例図である。まず,ステップ601で,第一の画像における暗部を抽出する。次に,ステップ602で,設計データと第一の画像を比較する。最後に,ステップ603で,比較結果に基づいて第二のゲイン値を計算する。ここで,設計データとは,製造する半導体パターンの形状情報を示すデータのことを表し,多くの場合,半導体パターンの輪郭に関する情報あるいはリソシミュレーション等による予想形状,レイヤ特性等が記述されている。また,設計データには,試料特性(材質特性・電気特性等)に関する情報が含まれていても良い。   [Description of FIG. 6] FIG. 6 is a diagram showing an example of processing different from that in FIG. First, in step 601, a dark part in the first image is extracted. Next, in step 602, the design data is compared with the first image. Finally, in step 603, a second gain value is calculated based on the comparison result. Here, the design data refers to data indicating the shape information of the semiconductor pattern to be manufactured. In many cases, information related to the outline of the semiconductor pattern, an expected shape by lithography simulation, layer characteristics, and the like are described. The design data may include information on sample characteristics (material characteristics, electrical characteristics, etc.).

フロー610に,設計データと第一の画像を比較する処理のデータフローを示す。ステップ601では,第一の画像623における暗部を抽出する。このとき,設計データ621の情報を用いても良い。設計データ621は第一の画像と同じ領域を表すように切り出しておく。次に,ステップ611で設計データに含まれる暗部のエッジを抽出する。エッジ抽出結果を画像622に示す。設計データ621の例では,下層領域のエッジを示す縦ラインが抽出される。次に,ステップ613で第一の画像に含まれている暗部でのエッジ量を計算する。この計算では,例えば,画像622で抽出したエッジ位置の近傍の領域で,第一の画像におけるエッジ量を求める。第一の画像におけるエッジ量は,例えばソーベルフィルタやラプラシアンフィルタなどの微分フィルタを用いても良いし,より高度なフィルタを用いても良い。ステップ613の出力である,暗部でのエッジ量624を,ステップ603にて第二のゲイン値を計算するときに利用する。暗部でのエッジ量624が少ないほど,第二のゲイン値が大きくなるように計算する。   A flow 610 shows a data flow of processing for comparing the design data with the first image. In step 601, a dark part in the first image 623 is extracted. At this time, information of the design data 621 may be used. The design data 621 is cut out to represent the same area as the first image. Next, in step 611, dark edges included in the design data are extracted. An edge extraction result is shown in an image 622. In the example of the design data 621, a vertical line indicating the edge of the lower layer area is extracted. Next, in step 613, the edge amount in the dark part included in the first image is calculated. In this calculation, for example, the edge amount in the first image is obtained in a region near the edge position extracted from the image 622. For the edge amount in the first image, for example, a differential filter such as a Sobel filter or a Laplacian filter may be used, or a more advanced filter may be used. The edge amount 624 in the dark part, which is the output of step 613, is used when the second gain value is calculated in step 603. Calculation is performed so that the second gain value increases as the edge amount 624 in the dark portion decreases.

[図6効果]このように,設計データを活用することにより,暗部に含まれるエッジの位置やレイヤ特性に関する情報など,第一の画像からでは得られにくい暗部に関する情報をより多く得ることができる。このため,ステップ601の第一の画像における暗部を抽出する処理では,暗部を高精度に抽出することができる。また,ステップ602の設計データと第一の画像を比較する処理では,設計データから暗部にパターンが含まれるか否か,どこにパターンが含まれるか等の情報が得られるため,これらの情報を活用して第二の画像のゲイン値を適切に設定することができる。   [Effect of FIG. 6] As described above, by utilizing the design data, it is possible to obtain more information on the dark part that is difficult to obtain from the first image, such as information on the position of the edge included in the dark part and the layer characteristics. . For this reason, the dark part can be extracted with high accuracy in the process of extracting the dark part in the first image in step 601. Further, in the process of comparing the design data with the first image in step 602, information such as whether or not a pattern is included in the dark part and where the pattern is included is obtained from the design data. Thus, the gain value of the second image can be set appropriately.

[図6補足]フロー610では,設計データと第一の画像を比較する方法について説明したが,同様の方法により,第三の画像を取得する場合に,設計データと第二の画像を比較しても良いし,設計データと第一の画像および第二の画像の2枚の画像とを比較しても良い。   [Supplement to FIG. 6] In the flow 610, the method for comparing the design data and the first image has been described. However, when the third image is acquired by the same method, the design data and the second image are compared. Alternatively, the design data may be compared with the two images of the first image and the second image.

[図10説明]図10は,ゲイン値をK値(K≧3)に変えて,第1〜第Kの画像を取得し,K枚の画像を合成する処理を表す一実施例図である。まずステップ1001で,kに1を代入する。次に,ステップ1002で第kのゲイン値を計算し,ステップ1003で第kのゲイン値を用いて第kの画像を取得する。次にステップ1004でkがKに等しいか否かを調べ,等しくないならばステップ1005でkに1を加えて,ステップ1002〜1004を繰り返す。ステップ1004でkがKに等しいならば,ステップ1006で第1〜第Kのゲイン値を用いて第1〜第Kの各々の画像の重みを計算し,ステップ1007で前記画像の重みを用いて第1〜第Kの画像を合成する。なお,Kが2の場合には,図1の実施例図と同じ処理となる。   [Description of FIG. 10] FIG. 10 is a diagram illustrating an example of processing for acquiring the first to Kth images by changing the gain value to the K value (K ≧ 3) and synthesizing K images. . First, in step 1001, 1 is substituted for k. Next, in step 1002, the kth gain value is calculated, and in step 1003, the kth image is acquired using the kth gain value. Next, in step 1004, it is checked whether or not k is equal to K. If not equal, 1 is added to k in step 1005 and steps 1002 to 1004 are repeated. If k is equal to K in step 1004, the weights of the first to Kth images are calculated using the first to Kth gain values in step 1006, and the weights of the images are used in step 1007. The first to Kth images are synthesized. When K is 2, the same processing as in the embodiment diagram of FIG. 1 is performed.

[図10効果]Kを3以上に設定することにより,画像内において明度値が非常に幅のあるような場合に,より良好な画質を得ることができる。例えば,非常に信号量が得られにくい暗部と,同じ暗部ではあるがある程度の信号量が得られるような暗部と,暗部以外の領域の,大きく3種類の領域が撮像対象内にあった場合,図1のようにゲイン値を2種類と設定するよりも,図10のようにゲイン値を3種類と設定したほうが,どの領域でも適切なゲイン値を設定することができる。   [Effect of FIG. 10] By setting K to 3 or more, it is possible to obtain better image quality when the brightness value is very wide in the image. For example, if there are three types of areas in the imaging target, the dark area where the signal amount is difficult to obtain, the dark area where the signal amount is a certain amount but the same dark area, and the non-dark area, Rather than setting two types of gain values as shown in FIG. 1, it is possible to set appropriate gain values in any region by setting three types of gain values as shown in FIG.

[図7説明]図7A〜図7Cは,図1におけるステップ105の処理である,第一のゲイン値と第二のゲイン値を用いて第一の画像の重みと第二の画像の重みを計算する処理の一実施例図である。図7Aは,第kのゲイン値gk(k=1,2,…)に対し,第kの画像の重みwkをwk=c/gkのように計算する例である(cは定数)。画像の明度値がゲイン値と信号量に比例する場合には,ゲイン値に反比例した重みを明度値に対して乗じることにより,ゲインに依存せずに信号量に比例した大きさの明度値を得ることができる。明度値の大きさはゲイン値に依存しなくなるものの,ゲイン値が大きい方が明度値に含まれる熱ノイズや量子化ノイズが少ないため,暗部において明瞭な画像を得ることができる。必要に応じて,例えば重みの総和が1になるように重みの正規化を行う。図7Bは,第kの画像の重みwkをwk=ck/(gk+pk)qkのように計算する例である(ck,pk,qkは定数)。ステップ701の計算方法に比べて,より自由度の高い重みの設定が可能となる。また,図7Cは,さらに自由度の高い重みの設定を行う例として,第kの画像の重みwkをwk(x,y)=fk(dk(x,y),g1,g2,…,a1(x,y),a2(x,y),…)のように計算する例である。ここで,(x,y)は画像上の位置座標(x,y座標),dk(x,y)は第kの画像の位置(x,y)における暗部度合い,aj(x,y)は第jの画像の位置(x,y)における明度値である。fkは関数である。暗部度合いdk(x,y)は,暗部らしさを表す度合いであり,明度値ak(x,y)を用いてステップ703により求められる値である。例えば,シグモイド関数を用いてdk(x,y)=1/(1+exp(s(ak(x,y)-a0))のように求められる(s,a0は定数)。この例では,画像の明度値を用いて重みを計算しており,画像上の位置毎に重みを計算している。また,暗部度合いも考慮している。さらに,第kの重みwkを計算する際に,第kの画像以外の明度値も用いている。重みの和は,例えば1になるように正規化しておく。 [Description of FIG. 7] FIGS. 7A to 7C show the weights of the first image and the second image using the first gain value and the second gain value, which are the processing of step 105 in FIG. It is an Example figure of the process which calculates. FIG. 7A is an example of calculating the weight w k of the k -th image as w k = c / g k with respect to the k-th gain value g k (k = 1, 2,...). constant). When the brightness value of the image is proportional to the gain value and the signal amount, the brightness value is proportional to the signal amount without depending on the gain by multiplying the brightness value by a weight inversely proportional to the gain value. Can be obtained. Although the magnitude of the brightness value does not depend on the gain value, a larger gain value results in less thermal noise and quantization noise included in the brightness value, so that a clear image can be obtained in the dark part. If necessary, the weights are normalized so that the sum of the weights becomes 1, for example. FIG. 7B shows an example in which the weight w k of the k -th image is calculated as w k = c k / (g k + p k ) qk (c k , p k and q k are constants). Compared with the calculation method in step 701, it is possible to set weights with a higher degree of freedom. In FIG. 7C, as an example of setting a weight having a higher degree of freedom, the weight w k of the k-th image is set to w k (x, y) = f k (d k (x, y), g 1 , In this example, g 2 ,..., a 1 (x, y), a 2 (x, y),. Here, (x, y) is the position coordinate (x, y coordinate) on the image, d k (x, y) is the dark part degree at the position (x, y) of the k-th image, a j (x, y ) Is the brightness value at the position (x, y) of the j-th image. f k is a function. The dark portion degree d k (x, y) is a degree representing the darkness, and is a value obtained in step 703 using the lightness value a k (x, y). For example, d k (x, y) = 1 / (1 + exp (s (a k (x, y) −a 0 )) is obtained using a sigmoid function (s and a 0 are constants). In this example, the weight value is calculated using the brightness value of the image, the weight is calculated for each position on the image, the degree of dark part is taken into consideration, and the kth weight w k is In the calculation, brightness values other than the k-th image are also used, and the sum of the weights is normalized so that it becomes 1, for example.

[図7効果]このように,ゲイン値を用いて重みを計算することにより,合成後の画像の明度値を適切な値に保つことができる。逆にゲイン値を用いて重みを計算しないと,合成後の画像において暗部が明る過ぎたり,暗過ぎたりすることがあり,画質を損ねる可能性がある。   [Effect of FIG. 7] Thus, by calculating the weight using the gain value, it is possible to keep the brightness value of the combined image at an appropriate value. On the other hand, if the weight is not calculated using the gain value, the dark portion may be too bright or too dark in the combined image, which may impair the image quality.

[図7補足]なお,ステップ701では,明度値の大きさがゲイン値に依存しないように,ゲイン値に反比例するような重みを設定した。このように設定すると,暗部と暗部以外の領域の明るさの比率を,一定のゲイン値を用いて画像を撮像する従来の撮像方法を用いた場合と同一に保つことができる。ただし,このような明るさの比率を同一に保つ処理は必ずしも重要ではなく,例えば暗部を明瞭に見せるため,暗部がより明るい画像や暗部のコントラストが高い画像を生成したい場合もある。このような場合には,ステップ702やステップ703に示したような重みの計算方法を用いることができる。また,画像を撮像した後で,別途画像処理により暗部を強調するような処理を施すこともできる。後で画像処理を施す場合でも,本発明により暗部においてノイズの影響を少なくできるため,より良好な画像を得ることができる。   [Supplement to FIG. 7] In step 701, weights that are inversely proportional to the gain value are set so that the magnitude of the brightness value does not depend on the gain value. With this setting, the brightness ratio between the dark area and the area other than the dark area can be kept the same as in the case of using the conventional imaging method that captures an image using a constant gain value. However, such a process of maintaining the same brightness ratio is not necessarily important. For example, in order to clearly show a dark part, it may be desired to generate an image with a brighter dark part or an image with a higher contrast of the dark part. In such a case, the weight calculation method as shown in step 702 or step 703 can be used. In addition, after the image is captured, it is possible to perform processing for enhancing the dark portion by image processing. Even when image processing is performed later, the present invention can reduce the influence of noise in the dark portion, so that a better image can be obtained.

[図8説明]図8A〜図8Cは,図1におけるステップ106の処理である,ステップ105で計算した重みを用いて第一の画像と第二の画像を合成する処理の一実施例図である。図8Aでは,ステップ801で数式1のような重み付き合成処理を行い,合成後の画像の明度値b(x,y)を求める。   [Description of FIG. 8] FIGS. 8A to 8C are diagrams showing an example of the process of combining the first image and the second image using the weight calculated in step 105, which is the process of step 106 in FIG. is there. In FIG. 8A, in step 801, a weighted synthesis process such as Equation 1 is performed to determine the brightness value b (x, y) of the image after synthesis.

Figure 2014146615
図8Bは,明度値が飽和した場合に合成の対象外とする処理を加えた例である。ステップ811で全ての明度値ak(x,y)に対し,飽和しているか否かを判定し,飽和しているならば数式2のように明度値を置き換える
Figure 2014146615
FIG. 8B is an example in which processing for excluding synthesis is added when the brightness value is saturated. In step 811, it is determined whether or not all the lightness values a k (x, y) are saturated. If they are saturated, the lightness values are replaced as in Equation 2.

Figure 2014146615
kが小さいほうから順に,数式2による置き換えを行っていく。飽和しているか否かは,例えば,明度値が一定値以上であれば飽和しているとみなせば良い。次に,ステップ812で数式1で示す重み付き合成処理を行い,合成後の画像の明度値b(x,y)を求める。数式2のように置き換えることによって,wkak(x,y)=wk-1ak-1(x,y)の関係を満たすようにak(x,y)を置き換えることができ,実質的にak(x,y)を合成の対象外とすることができる。なお,図8B以外の処理でも,明度値が飽和した場合に合成の対象外とする処理を考えることができる。例えば,飽和しているならば対応する重みwkを0にするようにしても良い(この際,位置(x,y)毎に重みの正規化を改めて行う)。合成の対象外とするか否かの判定は局所領域毎に行う。この局所領域は,各画素でも良いし,近傍にある数画素であっても良いし,画像に対して類似した領域に分割する処理(セグメンテーション処理)を行った結果であっても良い。
Figure 2014146615
In order from the smallest k, replacement is performed using Equation 2. Whether it is saturated or not can be regarded as saturated, for example, if the lightness value is a certain value or more. Next, in step 812, the weighted composition process shown in Equation 1 is performed to determine the lightness value b (x, y) of the image after composition. By replacing as shown in Equation 2, a k (x, y) can be replaced so as to satisfy the relationship w k a k (x, y) = w k-1 a k-1 (x, y). , Substantially a k (x, y) can be excluded from synthesis. It should be noted that processing other than that in FIG. 8B can be considered as processing that is not subject to synthesis when the brightness value is saturated. For example, if saturated, the corresponding weight w k may be set to 0 (in this case, weight normalization is performed again for each position (x, y)). It is determined for each local region whether or not to synthesize. This local region may be each pixel, may be several pixels in the vicinity, or may be a result of performing processing (segmentation processing) for dividing the image into similar regions.

図8Cは,図8A,図8Bとは別の実施例である。ステップ821で,あるしきい値Tjより小さい範囲内で値が最大となるような明度値aj(x,y)に対応するjをkとして,b(x,y)=wkak(x,y)のように合成後の画像の明度値b(x,y)を求める。しきい値Tjは,飽和しているか否かを表す値である。どのjに対しても明度値aj(x,y)がTjより大きい場合は,最もゲイン値の小さいkを選ぶ。これにより,どの位置(x,y)でも飽和を抑制した上で十分大きな明度値ak(x,y)を用いて画像を合成することができる。 FIG. 8C is an embodiment different from FIGS. 8A and 8B. In step 821, j corresponding to the lightness value a j (x, y) that has the maximum value within a range smaller than a certain threshold T j is set as k, and b (x, y) = w k a k As in (x, y), the brightness value b (x, y) of the combined image is obtained. The threshold value T j is a value indicating whether or not it is saturated. If the brightness value for any j a j (x, y) is greater than T j chooses a low k most gain value. As a result, it is possible to synthesize an image using a sufficiently large brightness value a k (x, y) while suppressing saturation at any position (x, y).

[図8効果]図8A〜図8Cの実施例により,暗部以外の領域において明度値が飽和した場合でも適切な合成を行うことができ,全領域において良好な画質を得ることができる。全領域において飽和しないようなゲイン値が少なくとも一つあれば,他のゲイン値は暗部以外の領域において飽和するような大きな値に設定しても,合成時に全領域で飽和しない画像を生成することができる。このため,ゲイン値を大きな値に設定することが可能となり,暗部においてノイズの少ない情報を得ることができる。   [Effect of FIG. 8] According to the embodiment of FIGS. 8A to 8C, even when the brightness value is saturated in the region other than the dark portion, appropriate composition can be performed, and good image quality can be obtained in the entire region. If there is at least one gain value that does not saturate in the entire region, an image that does not saturate in the entire region can be generated even when other gain values are set to large values that saturate in regions other than the dark region. Can do. For this reason, the gain value can be set to a large value, and information with less noise can be obtained in the dark part.

[図8補足]なお,図8において,合成後の画像の明度値b(x,y)は重みwkと明度値ak(x,y)の積として計算したが,これに限らない。また,b(x,y)を計算する際に,別の位置の重みや明度値(例えばwk(x-1,y)やak(x-1,y))を用いても良い。 [Supplement to FIG. 8] In FIG. 8, the lightness value b (x, y) of the combined image is calculated as a product of the weight w k and the lightness value a k (x, y), but is not limited thereto. Further, when calculating b (x, y), weights or brightness values at different positions (for example, w k (x-1, y) or a k (x-1, y)) may be used.

[図9説明]図9は,重みを用いて画像を合成する際,合成後の画像の明度値が不自然に不連続となることを防ぐための処理を表す一実施例図である。画像901の断面ABにおける重みの値をグラフ902に示す。グラフ902中に示している黒印910は,暗部を表している。グラフ902では,暗部と暗部以外の領域で,重みが急激に変化している。このような重みを用いて図8のように合成を行った場合は,合成後の画像において暗部と暗部以外の領域で明度値に不自然な不連続さが発生してしまい,画質の低下を招く。一方,グラフ903のように,重みを緩やかに変化させることによって,明度値が不自然に不連続となることを避けることができる。903のような重みを設定するためには,例えば,図7により計算した重みに対して,平滑化処理を行えば良い。   [Description of FIG. 9] FIG. 9 is a diagram illustrating an example of processing for preventing the lightness value of the combined image from becoming unnaturally discontinuous when the images are combined using weights. A graph 902 shows values of weights in the cross section AB of the image 901. A black mark 910 shown in the graph 902 represents a dark part. In the graph 902, the weight changes abruptly in the dark area and the area other than the dark area. When synthesis is performed using such weights as shown in FIG. 8, unnatural discontinuity occurs in the brightness value in the dark area and the area other than the dark area in the synthesized image, and the image quality is deteriorated. Invite. On the other hand, as shown in the graph 903, the lightness value can be prevented from becoming unnaturally discontinuous by gradually changing the weight. In order to set a weight such as 903, for example, a smoothing process may be performed on the weight calculated according to FIG.

[図11説明]図11は,第一の画像を取得したときの撮像条件とは異なる撮像条件で第二の画像を取得する処理を表す一実施例図である。ここで,撮像条件とは,プローブ電流,ビーム照射時間,試料帯電度の何れかを表す。図1と同一の処理には,図1と同じ番号で示し、同様の処理については適宜省略して説明する。以下,同一の処理やデータ等を表す場合には,同一の番号を振って示すものとする。ステップ101,102は図1と同様である。次に,ステップ1101で撮像条件を第二の条件に変更する。続いて,ステップ103,104で第二のゲイン値を計算してそのゲイン値を用いて第二の画像を取得する。ステップ1102で第一のゲイン値と第二のゲイン値および第一の撮像条件と第二の撮像条件を用いて,第一の画像の重みと第二の画像の重みを計算する。最後に,ステップ106で前記画像の重みを用いて第一の画像と第二の画像を合成する。ここで,プローブ電流とは,単位時間に照射する荷電粒子ビームの量を表す値である。また,試料帯電度とは,試料が帯電している度合いを表す量である。荷電粒子ビームを試料に照射すると,試料は荷電粒子を吸収・放出するため,照射位置の周辺において正または負の電気特性を持つ。画像を取得する際に荷電粒子ビームを照射するため試料は帯電することになるが,ここでは,プリチャージなどの処理によって意図的に試料を帯電させることを,試料帯電度を変えると呼ぶ。   [Description of FIG. 11] FIG. 11 is a diagram illustrating an example of processing for acquiring a second image under an imaging condition different from the imaging condition when the first image is acquired. Here, the imaging condition represents any one of a probe current, a beam irradiation time, and a sample charging degree. The same processes as those in FIG. 1 are denoted by the same numbers as those in FIG. 1, and the same processes will be omitted as appropriate. Hereinafter, when the same processing or data is represented, the same number is assigned. Steps 101 and 102 are the same as those in FIG. Next, in step 1101, the imaging condition is changed to the second condition. Subsequently, in steps 103 and 104, a second gain value is calculated, and a second image is acquired using the gain value. In step 1102, using the first gain value, the second gain value, the first imaging condition, and the second imaging condition, the weight of the first image and the weight of the second image are calculated. Finally, in step 106, the first image and the second image are synthesized using the weight of the image. Here, the probe current is a value representing the amount of the charged particle beam irradiated per unit time. Further, the sample charging degree is an amount representing the degree to which the sample is charged. When a sample is irradiated with a charged particle beam, the sample absorbs and emits charged particles, and thus has positive or negative electrical characteristics around the irradiation position. The sample is charged in order to irradiate the charged particle beam when the image is acquired. Here, intentionally charging the sample by processing such as precharging is referred to as changing the degree of charge of the sample.

[図11効果]これにより,暗部から得られる信号量を増やすことが可能となる。プローブ電流やビーム照射時間を増やすことにより,ドーズ量を増やすことができる。また,試料帯電度を適切な値に調整することにより,試料から放出される荷電粒子をより多く検出することができる。例えば,第一の画像を取得するときは,これらの値を通常用いられる値に設定し,第二の画像を取得するときに,暗部から得られる信号量が多くなるような条件に設定する。第二の画像の取得では,暗部以外の領域においては適切な情報が得られなくても良いため,暗部からの信号量ができるだけ多く得られるような条件を用いることができる。   [Effect of FIG. 11] This makes it possible to increase the amount of signal obtained from the dark part. The dose can be increased by increasing the probe current and the beam irradiation time. Further, by adjusting the sample charging degree to an appropriate value, more charged particles emitted from the sample can be detected. For example, when acquiring the first image, these values are set to values that are normally used, and when acquiring the second image, the conditions are set such that the amount of signal obtained from the dark portion increases. In the acquisition of the second image, since it is not necessary to obtain appropriate information in a region other than the dark part, it is possible to use a condition such that the signal amount from the dark part can be obtained as much as possible.

[図11補足]ビーム照射時間を変える際には,ビームを走査する速度を変えても良いし,同じ領域にビームを走査する回数を変えても良い。なお,ステップ106で第一の画像と第二の画像を合成する前に,各々の画像に対して,ノイズを抑制したり,エッジを強調したり,画像のぼやけを低減するための画像処理を施しても良い。このとき,各々の画像に対して,撮像条件の情報を用いて画像処理を施しても良い。例えば,画像のぼやけ度合いはプローブ電流によって異なるが,各々の撮像条件を用いて画像処理により画像のぼやけを低減した後に画像を合成することにより,全領域で適切にぼやけが低減された画像を得ることができる。   [Supplement to FIG. 11] When changing the beam irradiation time, the beam scanning speed may be changed, or the number of times the beam is scanned in the same region may be changed. Note that before combining the first image and the second image in step 106, image processing for suppressing noise, enhancing edges, and reducing image blur is performed on each image. You may give it. At this time, image processing may be performed on each image using information on imaging conditions. For example, although the degree of image blur differs depending on the probe current, by combining the images after reducing the image blur by image processing using each imaging condition, an image with appropriately reduced blur in all areas is obtained be able to.

[図12説明]図12は,第一の画像を取得したときの撮像条件とは異なる撮像条件で第二の画像を取得するシーケンスの一実施例図であり,特に試料帯電度を変えて第二の画像を取得するシーケンスの一実施例図である。ステップ101,102により第一の画像を取得した後,ステップ1201でプリチャージと呼ばれる荷電粒子ビームを試料に照射する処理によって試料帯電度を変更する。次に,ステップ103,104により第二の画像を取得し,ステップ1202で第一のゲイン値と第二のゲイン値,第一の試料帯電度と第二の試料帯電度を用いて,第一の画像の重みと第二の画像の重みを計算する。最後にステップ106で前記画像の重みを用いて第一の画像と第二の画像を合成する。   [Explanation of FIG. 12] FIG. 12 is an example of a sequence for acquiring a second image under an imaging condition different from the imaging condition when the first image is acquired. It is an Example figure of the sequence which acquires a 2nd image. After acquiring the first image in steps 101 and 102, the charge degree of the sample is changed by a process of irradiating the sample with a charged particle beam called precharge in step 1201. Next, a second image is acquired in steps 103 and 104, and in step 1202, the first gain value and the second gain value, the first sample charge degree and the second sample charge degree are used to obtain the first image. The weight of the image and the weight of the second image are calculated. Finally, in step 106, the first image and the second image are synthesized using the weight of the image.

[図12効果]これにより,試料から放出される粒子が出やすいような状態に試料を帯電させて,暗部から得られる信号量を増やすような処理が可能である。   [Effect of FIG. 12] Thus, it is possible to perform a process of increasing the amount of signal obtained from the dark portion by charging the sample so that particles emitted from the sample are likely to be emitted.

[図12補足]試料帯電度は,試料の帯電度合いを直接表す量でも良いし,試料の帯電度合いと関連のある値であっても良い。例えば,ステップ1201で照射した荷電粒子ビームの照射量を試料帯電度とすることができる。ステップ1201で試料を帯電させる際には,通常,試料の撮像対象領域よりも大きい領域に荷電粒子ビームを照射する。本実施例では,荷電粒子ビームを試料に照射することで試料帯電度を変更する方法を示したが,試料帯電度を変更するための他の方法を用いても良い。例えば,試料にX線を照射しても試料帯電度を変更することができる。   [Supplement to FIG. 12] The sample charging degree may be an amount that directly represents the charging degree of the sample, or may be a value related to the charging degree of the sample. For example, the charged amount of the charged particle beam irradiated in step 1201 can be used as the sample charging degree. When the sample is charged in step 1201, a charged particle beam is usually irradiated to an area larger than the imaging target area of the sample. In the present embodiment, the method of changing the sample charging degree by irradiating the sample with the charged particle beam is shown, but other methods for changing the sample charging degree may be used. For example, even if the sample is irradiated with X-rays, the sample charging degree can be changed.

[図13説明]図13は,ゲイン値と撮像条件を用いて重みを計算する処理の一実施例図である。第kの画像を取得する際の撮像条件として,プローブ電流がIk,ビーム照射時間がTk,試料帯電度がSkであったとき,重みwkは例えば数式3のように計算できる [Description of FIG. 13] FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a process for calculating a weight using a gain value and an imaging condition. As the imaging conditions for acquiring the k-th image, when the probe current is I k , the beam irradiation time is T k , and the sample charging degree is S k , the weight w k can be calculated as in Equation 3, for example.

Figure 2014146615
ここで,ckは定数,Fkは関数である。関数Fkは,例えばIk,Tk,Skに比例するように選べば良いし,別の関係式であっても良い。
Figure 2014146615
Where c k is a constant and F k is a function. The function F k may be selected so as to be proportional to, for example, I k , T k , and S k , or may be another relational expression.

[図13効果]このように,撮像条件に応じて重みを設定することにより,信号量が多く得られた画像ほど重みを大きくできるため,良好な画質の画像を合成することができる。   [Effect of FIG. 13] By setting the weight according to the imaging conditions in this way, the weight can be increased as the signal amount is increased, so that an image with good image quality can be synthesized.

[図14説明]図14は,ゲイン値を変えて撮像するか否かを判定する処理を含む撮像のシーケンスの一実施例図である。まず,ステップ101,102により第一の画像を取得した後,ステップ1401でゲイン値を変えて撮像するか否かを判定する。ゲイン値を変えて撮像すると判断した場合は,ステップ103〜106により第二の画像を取得して,第一の画像と第二の画像を合成する。一方,ステップ1401でゲイン値を変えて撮像しないと判断した場合は,ステップ103〜106は行わない。このシーケンスの例では,第一のゲイン値は暗部以外の領域が飽和しないような値に設定し,第二のゲイン値は,暗部を強調できるような大きな値に設定する。   [Description of FIG. 14] FIG. 14 is a diagram showing an example of an imaging sequence including processing for determining whether or not to perform imaging by changing the gain value. First, after the first image is acquired in steps 101 and 102, it is determined in step 1401 whether or not the gain value is changed for imaging. If it is determined that the gain value is changed, the second image is acquired in steps 103 to 106, and the first image and the second image are combined. On the other hand, if it is determined in step 1401 that the gain value is changed and no imaging is performed, steps 103 to 106 are not performed. In this sequence example, the first gain value is set to a value that does not saturate the region other than the dark portion, and the second gain value is set to a large value that can enhance the dark portion.

[図14効果]これにより,撮像対象領域の暗部強調が必要な場合にのみ,第二の画像の取得および合成を行うような撮像を行える。暗部強調が必要な場合には,画像を合成する方法により暗部でも良好な画質が得られるような画像を撮像することができ,一方,暗部強調が不要な場合(例えば撮像対象領域に暗部が存在しない場合)には,第二の画像を取得することなく良好な画質の画像を高速に撮像することができる。   [Effect of FIG. 14] Thus, it is possible to perform imaging such as acquiring and synthesizing the second image only when dark area enhancement of the imaging target area is necessary. When dark area emphasis is required, an image that can obtain good image quality even in the dark area can be picked up by the method of combining images. On the other hand, when dark area emphasis is not necessary (for example, there is a dark area in the imaging target area) If not, a high-quality image can be captured at high speed without acquiring the second image.

[図14補足]ステップ1401のゲイン値を変えて撮像するか否かを判定する処理では,設計データ,または,第一の画像の少なくとも一つを用いることができる。または,予めユーザにより手動で調整したり,例えば撮像時間に関する要求値を用いて判定を行っても良い。ステップ103〜106は,第一の画像を取得した直後に行う必要はなく,十分に時間が経った後や,他の処理を行った後で本ステップを行っても良い。また,第一の画像と第二の画像のみでなく,第三の画像を取得する場合には,第二の画像および第三の画像について,共に撮像するかまたは共に撮像しないかを判定するステップや,第二の画像のみ,または第三の画像のみについて,撮像するか否かを判定するステップがあっても良い。   [Supplement to FIG. 14] In the process of determining whether or not to capture an image by changing the gain value in step 1401, design data or at least one of the first images can be used. Alternatively, it may be manually adjusted in advance by the user, or for example, determination may be performed using a required value related to the imaging time. Steps 103 to 106 do not need to be performed immediately after the first image is acquired, and may be performed after a sufficient time has elapsed or after other processing has been performed. Further, in the case of acquiring not only the first image and the second image but also the third image, the step of determining whether or not to capture both the second image and the third image. Alternatively, there may be a step of determining whether to capture only the second image or only the third image.

[図15説明]図15は,図14のステップ1401のゲイン値を変えて撮像するか否かを判定するシーケンスの一実施例図である。まず,ステップ1501で第一の画像に対して暗部の候補となる領域を抽出する。暗部の候補となる領域は,例えば,明度値がしきい値以下となる領域として求めることができる。次に,ステップ1502で抽出した領域の面積や形状に基づいて暗部強調の要否を判定する。例えば暗部の候補となる領域が,一定以上の面積を占めていたら暗部強調が必要と判定する。設計データのみを用いて判定を行っても良いし,設計データと第一の画像の両方を用いて判定を行っても良い。最後に,ステップ1503で暗部強調の要否の判定結果に基づいてゲイン値を変えて撮像するか否かを判定する。通常は,暗部強調が必要な場合にはゲイン値を変えて撮像し,そうでなければ撮像しないように判定すれば良いが,これに限らない。例えば,暗部強調は必要だが,ゲイン値を変えて撮像しても大きな効果が期待できないことが撮像前から明らかな場合や,別の制約条件(撮像時間等)により暗部が強調できるような撮像を行えない場合などは,ゲイン値を変えて撮像しないと判定しても良い。   [Description of FIG. 15] FIG. 15 is a diagram showing an example of a sequence for determining whether to change the gain value in step 1401 of FIG. First, in step 1501, a dark area candidate region is extracted from the first image. An area that is a candidate for a dark part can be obtained, for example, as an area whose brightness value is equal to or less than a threshold value. Next, whether or not dark area enhancement is necessary is determined based on the area and shape of the region extracted in step 1502. For example, if a dark candidate area occupies a certain area or more, it is determined that dark area enhancement is necessary. The determination may be performed using only the design data, or the determination may be performed using both the design data and the first image. Finally, in step 1503, it is determined whether or not to perform imaging by changing the gain value based on the determination result of whether or not dark portion emphasis is necessary. Usually, when dark portion emphasis is required, it is sufficient to change the gain value and pick up an image. Otherwise, it may be determined not to pick up an image, but this is not restrictive. For example, dark area emphasis is necessary, but it is clear that imaging cannot be expected even before changing the gain value, or imaging that can enhance the dark area due to other constraints (imaging time, etc.). If it cannot be performed, it may be determined not to image by changing the gain value.

[図16説明]図16は,画像撮像時に出力するログの一実施例図である。画像を撮像すると,撮像条件に関する情報がログ1601として通常電子データの形式で出力される。ログ1601には,撮像した日時や,撮像条件である加速電圧,プローブ電流等の情報が記載される。また,本発明により画像を合成する際に用いた情報もログに出力する。例えば,1602のように,第一のゲイン値および第二のゲイン値を出力する。また,1603のように,第一の重みおよび第二の重みを出力する。図11のシーケンスのように撮像条件を変えて第二の画像を取得した場合には,1604のように第二の撮像条件(プローブ電流等)を出力する。さらに,詳細な情報として,1605のように,例えば,第二の画像のうち明度値が飽和していた領域の面積や,703の暗部度合いの計算により得られた結果の一覧などを出力しても良い。1610は,図10のシーケンスにおいて取得した第一の画像から第Kの画像の組である。後で詳細な解析を行ったり,重みを変えて合成することができるように,取得した画像の全てまたは一部をログとして保存する。   [Explanation of FIG. 16] FIG. 16 is a diagram showing an example of a log output during image capturing. When an image is captured, information regarding the imaging conditions is output as a log 1601 in the form of normal electronic data. The log 1601 describes information such as date and time of imaging, acceleration voltage and probe current as imaging conditions. In addition, information used when compositing an image according to the present invention is also output to a log. For example, as in 1602, the first gain value and the second gain value are output. Further, as in 1603, the first weight and the second weight are output. When the second image is acquired by changing the imaging condition as in the sequence of FIG. 11, the second imaging condition (probe current or the like) is output as in 1604. Further, as detailed information, for example, as in 1605, the area of the area where the brightness value is saturated in the second image, a list of results obtained by calculation of the dark portion degree 703, and the like are output. Also good. Reference numeral 1610 denotes a set of the first image to the Kth image acquired in the sequence of FIG. All or part of the acquired image is saved as a log so that detailed analysis can be performed later or the weight can be changed.

[図16効果]このように,画像を合成した際に用いたパラメータをログに出力することで,合成した画像に対して物体認識・検出・計測などの各種処理を行う際に利用することができる。また,画像とログを併用することにより,試料の特に暗部に関する詳細な解析が可能となる。   [Effect of FIG. 16] As described above, by outputting the parameters used when the images are combined to the log, it is possible to use them when performing various processes such as object recognition / detection / measurement on the combined images. it can. In addition, by using the image and log together, it is possible to perform detailed analysis on the dark part of the sample.

[図17説明]図17は,目標信号量に基づいて,一度画像を取得した後で,局所領域に対して荷電粒子ビームを再度走査して画像を取得するシーケンスの一実施例図である。まず,ステップ1701で目標信号量を算出する。次に,ステップ1702で画像を取得する。続いて,ステップ1703で信号量が相対的に少ない領域における信号量と目標信号量を比較し,この比較結果に基づいてステップ1704で画像取得を継続するか否かを判定する。画像取得を継続すると判定した場合には,ステップ1705で局所領域に対して荷電粒子ビームを走査して画像を取得する。ステップ1706で,これまでに取得した画像とステップ1705で新たに取得した画像を合成する。以下,ステップ1704で画像取得を継続しないと判定するまで,ステップ1703〜1706を繰り返す。   [Explanation of FIG. 17] FIG. 17 is a diagram showing an example of a sequence for acquiring an image by scanning a local region again with a charged particle beam after acquiring an image once based on a target signal amount. First, in step 1701, a target signal amount is calculated. Next, in step 1702, an image is acquired. Subsequently, in step 1703, the signal amount in the region where the signal amount is relatively small is compared with the target signal amount, and based on the comparison result, it is determined whether or not the image acquisition is continued in step 1704. If it is determined that image acquisition is to be continued, in step 1705, the local region is scanned with a charged particle beam to acquire an image. In step 1706, the image acquired so far and the image newly acquired in step 1705 are combined. Thereafter, steps 1703 to 1706 are repeated until it is determined in step 1704 that image acquisition is not continued.

[図17効果]これにより,暗部から得られる信号量の度合いに応じて撮像時間を制御することができ,暗部の高画質化と高速撮像の両立を実現することができる。また,新たな画像を取得する際,画像の全領域に対応する試料領域に対して荷電粒子ビームを照射する代わりに,暗部を含むより小さな試料領域のみに対して荷電粒子ビームを照射することができ,撮像時間を短縮することができる。さらに,荷電粒子ビームを試料に照射する際に発生する,試料にダメージを与えたり試料が帯電するなどのデメリットを低減することができる。   [Effect of FIG. 17] This makes it possible to control the imaging time according to the degree of the signal amount obtained from the dark part, and to realize both high image quality and high-speed imaging in the dark part. In addition, when acquiring a new image, instead of irradiating the sample region corresponding to the entire region of the image with the charged particle beam, only the smaller sample region including the dark part may be irradiated with the charged particle beam. The imaging time can be shortened. Further, it is possible to reduce disadvantages such as damage to the sample or charging of the sample that occur when the sample is irradiated with the charged particle beam.

[図17補足]明度値は信号量にゲイン値を乗じた値(またはさらにバイアスが加算された値)であるため,明度値とゲイン値を用いて信号量を算出することができる。ステップ1703で,信号量の少ない領域における信号量と目標信号量を比較する際には,明度値とゲイン値を用いて得られた信号量を求めた後で目標信号量と比較すれば良い。信号量を比較する際には,画素毎で比較をしても良いし,複数の画素を含む局所領域毎で比較をしても良い。または,信号量が相対的に少ない領域の全領域における信号量の平均と目標信号量を比較しても良い。   [Supplement to FIG. 17] Since the lightness value is a value obtained by multiplying the signal amount by the gain value (or a value obtained by adding a bias), the signal amount can be calculated using the lightness value and the gain value. In step 1703, when the signal amount in the region where the signal amount is small is compared with the target signal amount, the signal amount obtained using the lightness value and the gain value is obtained and then compared with the target signal amount. When comparing the signal amount, the comparison may be performed for each pixel or for each local region including a plurality of pixels. Alternatively, the average signal amount and the target signal amount in the entire region where the signal amount is relatively small may be compared.

ステップ1704で,画像取得を継続するか否かを判定する際には,撮像時間の上限および下限に基づいて判定しても良い。これにより,目標信号量を満たす画像を得るためには非常に長い撮像時間がかかったり,逆に撮像時間は非常に短いがまだ良好な画質が得られる余地が十分にあるような画像を撮像するようなことを抑制することができる。複数枚の画像を連続して撮像する際には,個々の撮像時間に上限および下限を設けても良いし,平均撮像時間に対して上限および下限を設けても良い。   In step 1704, when determining whether or not to continue the image acquisition, the determination may be made based on the upper limit and the lower limit of the imaging time. As a result, it takes a very long imaging time to obtain an image that satisfies the target signal level, or conversely, an image that has a very short imaging time but still has enough room for good image quality. Such a thing can be suppressed. When capturing a plurality of images continuously, an upper limit and a lower limit may be provided for each imaging time, or an upper limit and a lower limit may be provided for the average imaging time.

また,ステップ1706の画像の合成では,ステップ1702およびステップ1705で照射した荷電粒子ビームのドーズ量に基づいて適切に計算した重みを用いて加重平均処理を行えばよい。ステップ1705で取得した画像は,荷電粒子ビームを照射しなかった位置からは意味のある情報は得られないため,画像の合成では新たに取得した画像の対応する位置では重みをゼロとする。   Further, in the synthesis of the image in step 1706, a weighted average process may be performed using a weight appropriately calculated based on the dose amount of the charged particle beam irradiated in steps 1702 and 1705. Since the image acquired in step 1705 cannot obtain meaningful information from the position where the charged particle beam was not irradiated, the weight is set to zero at the corresponding position of the newly acquired image in the image synthesis.

[図18説明]図18は,画像取得前に信号量の要求値の入力を促すためのインターフェイスの一実施例図である。1801に,信号量の要求値,撮像時間の下限,撮像時間の上限などの,設定が必要な項目が列挙されている。各項目について,スクロールバー1802や直接入力欄1803を通して,値を設定できる。1804のように,デフォルト値に戻せるボタンが付いていても良い。また,領域1810のように,画像を用いて,信号量と画像との関係の例を示しても良い。例えば,何枚かのサンプル画像セットを準備しておき,画像1812と,1814で示した画像内のある領域における信号量1811を同時表示するような画面を備える。ボタン1813で表示する画像を切り替えられる。領域1814の位置は自由に変更することができる。領域1814の形状を変更するインターフェイスを備えていても良い。また,1815のように表示する画像を信号量でソートする機能があったり,画像の暗部における信号量が現在の信号量要求値に最も近いような画像を表示するようなボタン1816があっても良い。平均撮像時間の推定値を出力する機能1823があっても良い。   [Description of FIG. 18] FIG. 18 is a diagram showing an example of an interface for prompting the user to input a required signal amount before acquiring an image. Reference numeral 1801 lists items that need to be set, such as a required signal amount, a lower limit of imaging time, and an upper limit of imaging time. A value can be set for each item through the scroll bar 1802 or the direct input field 1803. A button that can return to the default value may be attached as in 1804. Further, as in a region 1810, an example of the relationship between the signal amount and the image may be shown using an image. For example, several sample image sets are prepared, and a screen for simultaneously displaying images 1812 and a signal amount 1811 in a certain area in the image indicated by 1814 is provided. An image to be displayed can be switched with a button 1813. The position of the region 1814 can be freely changed. An interface for changing the shape of the region 1814 may be provided. Further, even if there is a button 1816 that has a function of sorting the displayed image by the signal amount as in 1815 or displays an image in which the signal amount in the dark part of the image is closest to the current signal amount request value. good. There may be a function 1823 for outputting an estimated value of the average imaging time.

[図18効果]これにより,ユーザの要求するS/Nや信号量を考慮して目標信号量を算出することができ,画質に関してユーザが満足する画像をできるだけ短い時間で撮像することができる。   [Effect of FIG. 18] Thus, the target signal amount can be calculated in consideration of the S / N and signal amount requested by the user, and an image satisfied by the user regarding the image quality can be taken in as short a time as possible.

[図18補足]図18では信号量の要求値の入力を促すインターフェイスについて述べたが,同様にS/Nの要求値の入力を促すインターフェイスであっても良いし,ユーザがどちらの要求値を入力するかを選択できるような機能を備えていても良い。信号量1811は,画像のログ等を用いて正確な値を表示しても良いし,画像から推定した値であっても良い。また,検出器を複数備えている場合には,画像1812として複数枚の画像を表示しても良い。信号量は,その大きさがユーザにとって理解できるような値である必要は必ずしもなく,ユーザは画像例を基に相対比較を行うことにより信号量の要求値を設定することができる。   [Supplement to FIG. 18] In FIG. 18, the interface for prompting the input of the required signal amount is described. However, the interface prompting the user to input the required S / N value may be used. You may provide the function which can select whether to input. The signal amount 1811 may display an accurate value using an image log or the like, or may be a value estimated from an image. Further, when a plurality of detectors are provided, a plurality of images may be displayed as the image 1812. The signal amount does not necessarily have to be a value that can be understood by the user, and the user can set a required value of the signal amount by performing a relative comparison based on the image example.

[図19説明]図19は,目標信号量に基づいて,一度画像を取得した後で,局所領域に対して荷電粒子ビームを走査して画像を取得するシーケンスにおいて,ゲイン値を変更した上で画像を取得するシーケンスの一実施例図である。ステップ1701〜1704は図17と同じである。ステップ1704で画像取得を継続すると判定した場合,ステップ1901でゲイン値を設定し,続いてステップ1902で設定したゲイン値で局所領域に対して荷電粒子ビームを走査して画像を取得する。ステップ1903でこれまでに取得した画像と,ステップ1902で新たに取得した画像を合成する。画像の合成では,図7に示した重みを計算する処理や,図8に示した重みを用いて画像を合成する処理を適用することができる。ただし,図17の説明で述べたとおり,荷電粒子ビームを照射していない位置では重みをゼロとする。   [Description of FIG. 19] FIG. 19 shows a sequence in which after acquiring an image once based on a target signal amount, a gain value is changed in a sequence in which a local region is scanned with a charged particle beam to acquire an image. It is an example figure of the sequence which acquires an image. Steps 1701 to 1704 are the same as those in FIG. If it is determined in step 1704 that image acquisition is to be continued, a gain value is set in step 1901, and then the charged particle beam is scanned over the local region with the gain value set in step 1902 to acquire an image. The image acquired so far in step 1903 and the image newly acquired in step 1902 are combined. In the image composition, the process for calculating the weight shown in FIG. 7 and the process for composing the image using the weight shown in FIG. 8 can be applied. However, as described in the explanation of FIG. 17, the weight is set to zero at a position where the charged particle beam is not irradiated.

[図19効果]このシーケンスにより,ゲイン値を上げて暗部における画像を取得することができ,暗部から得られる信号量を増やすと共に,熱ノイズや量子化ノイズの少ない画像を得ることができるようになる。   [Effect of FIG. 19] With this sequence, it is possible to increase the gain value and acquire an image in the dark part, increase the amount of signal obtained from the dark part, and obtain an image with less thermal noise and quantization noise. Become.

[図20説明]図20A,図20Bは,ステップ1705およびステップ1902において局所領域に対して荷電粒子ビームを走査して画像を取得する際,荷電粒子ビームを走査する局所領域を設定する一実施例図である。図20Aでは,試料の撮像対象領域を表す画像の上に,荷電粒子ビームを走査する領域を斜線のハッチで示している。また,荷電粒子ビームの走査方向を画像上の矢印で示している。荷電粒子ビームを走査する領域は,設計データを用いて求めても良いし,既に取得した画像を用いて求めても良い。画像2001は,下層領域に対してビームを走査する例である。暗部は,例えば画像の明度値があるしきい値を下回る領域として抽出することもできるし,しきい値を下回った領域に対して拡大および縮小等の後処理を施すことによって抽出することもできる。画像2002は,下層領域をある程度拡大して得られる,画像2001よりもやや広い領域に対して荷電粒子ビームを走査する例である。荷電粒子ビームを試料に照射すると試料が変形したり,荷電粒子ビームの走査位置の精度などを考慮すると,情報を取得したい領域よりも少し大きな領域を走査することが望ましい場合が多い。画像2003は,下層領域に挟まれた幅の狭い上層パターンの領域に対しても荷電粒子ビームを走査する例である。特定の局所領域に荷電粒子ビームを照射すると,試料が局所的に帯電するため例えば画像がぼやけやすい等の副作用が起こりうる。上層パターンの領域を走査しても撮像時間が十分短いならば,この例のように上層パターンであっても走査したほうが良い場合も多い。画像2004は,縦方向に細長い領域2011と横方向に細長い領域2012に対して荷電粒子ビームを走査する例である。縦方向に細長い領域2011では縦方向に走査し,一方で横方向に細長い領域2012では横方向に走査するといったように,荷電粒子ビームを走査する方向を変えても良い。画像2005は,荷電粒子ビームを走査する領域が,斜め方向に細長い領域2013を含む例である。この場合には,荷電粒子ビームを斜め方向に走査しても良い。   [Description of FIG. 20] FIG. 20A and FIG. 20B show an example in which a local region to be scanned with a charged particle beam is set when an image is acquired by scanning the local region with a charged particle beam in steps 1705 and 1902. FIG. In FIG. 20A, the area where the charged particle beam is scanned is indicated by hatching on the image representing the imaging target area of the sample. The scanning direction of the charged particle beam is indicated by an arrow on the image. The area where the charged particle beam is scanned may be obtained using design data or may be obtained using an already acquired image. An image 2001 is an example of scanning a beam with respect to a lower layer region. The dark portion can be extracted, for example, as a region where the brightness value of the image falls below a certain threshold value, or can be extracted by performing post-processing such as enlargement and reduction on the region where the brightness value falls below the threshold value. . An image 2002 is an example in which a charged particle beam is scanned over an area slightly wider than the image 2001 obtained by enlarging the lower layer area to some extent. In many cases, it is desirable to scan a region that is slightly larger than the region from which information is to be acquired in consideration of the deformation of the sample when the sample is irradiated with a charged particle beam or the accuracy of the scanning position of the charged particle beam. An image 2003 is an example in which a charged particle beam is scanned even in a narrow upper layer pattern region sandwiched between lower layer regions. When a specific local region is irradiated with a charged particle beam, the sample is locally charged, which may cause side effects such as an image being easily blurred. If the imaging time is sufficiently short even if the upper layer pattern region is scanned, it is often better to scan even the upper layer pattern as in this example. An image 2004 is an example in which a charged particle beam is scanned with respect to a region 2011 elongated in the vertical direction and a region 2012 elongated in the horizontal direction. The scanning direction of the charged particle beam may be changed such that the longitudinally elongated region 2011 is scanned in the longitudinal direction while the laterally elongated region 2012 is scanned in the lateral direction. An image 2005 is an example in which a region where a charged particle beam is scanned includes a region 2013 elongated in an oblique direction. In this case, the charged particle beam may be scanned in an oblique direction.

図20Bは,ステップ1702での画像取得を1回,ステップ1705またはステップ1902での画像取得を2回,計3回の画像取得を行う例である。試料の撮像対象領域を表す画像の上に,2回目の画像取得において荷電粒子ビームを走査する領域を波線のハッチで示している。また,2回目と3回目の画像取得において荷電粒子ビームを走査する領域を斜線のハッチで示している。画像2006は,ホールパターン2014と下層領域を含む例であり,ホールパターンは暗部ではあるが,下層領域と比べると多くの信号量が得られるような例である。ホールパターンでは2回目の画像取得のみ,ホールパターンとその近傍の領域に対して荷電粒子ビームを走査し,一方,下層領域は2回目と3回目の画像取得の対象とする。このように,領域毎に,荷電粒子ビームを走査する回数を変更することもできる。   FIG. 20B is an example in which image acquisition is performed once in step 1702, and image acquisition in step 1705 or step 1902 is performed twice, for a total of three times. On the image representing the imaging target area of the sample, the area where the charged particle beam is scanned in the second image acquisition is indicated by a wavy hatch. In addition, the area where the charged particle beam is scanned in the second and third image acquisition is indicated by hatching. An image 2006 is an example including a hole pattern 2014 and a lower layer area, and the hole pattern is a dark part, but is an example in which a larger amount of signal can be obtained than the lower layer area. In the hole pattern, the charged particle beam is scanned with respect to the hole pattern and its neighboring area only for the second image acquisition, while the lower layer area is a target for the second and third image acquisition. Thus, the number of times of scanning with the charged particle beam can be changed for each region.

[図21説明]図21は,ステップ1705およびステップ1902で荷電粒子ビームを走査する局所領域を求めるシーケンスの一実施例図である。まず,ステップ2101で暗部を抽出する。次に,ステップ2102で抽出した領域を膨張する。本ステップにより,例えば画像2002や画像2003のように暗部よりも広い領域を荷電粒子ビームを走査する領域と設定することができる。次に,ステップ2103で膨張した領域を整形する。荷電粒子ビームを高速に走査するためには,走査する領域はある程度単純な形状であったほうが良いため,本ステップにて単純な形状に整形する。続いて,ステップ2104で領域の形状に基づいて走査方向を決定する。最後に,ステップ2105で走査回数を決定する。ステップ2105の走査回数の決定は,予め荷電粒子ビームを何回走査すれば良いかがある程度精度良く求まる場合には求めておき,例えばステップ1704で画像取得を継続するか否かを判定する際などの参考情報として用いても良い。一方,予め荷電粒子ビームを何回走査すれば良いかを求めることが困難な場合には,画像を取得する毎に,荷電粒子ビームを走査する局所領域を求めても良く,その場合にはステップ2105は行わなくても良い。   [Description of FIG. 21] FIG. 21 is a diagram showing an example of a sequence for obtaining a local region to be scanned with a charged particle beam in steps 1705 and 1902. First, in step 2101, dark parts are extracted. Next, the area extracted in step 2102 is expanded. By this step, for example, an area wider than the dark part, such as the image 2002 and the image 2003, can be set as an area for scanning the charged particle beam. Next, the area expanded in step 2103 is shaped. In order to scan the charged particle beam at a high speed, it is better that the scanning region has a simple shape to some extent. In step 2104, the scanning direction is determined based on the shape of the region. Finally, in step 2105, the number of scans is determined. The number of scans in step 2105 is determined in advance when the number of times the charged particle beam should be scanned can be determined with a certain degree of accuracy. For example, in step 1704, it is determined whether or not to continue image acquisition. It may be used as reference information. On the other hand, if it is difficult to determine in advance how many times the charged particle beam should be scanned, a local region to be scanned with the charged particle beam may be obtained every time an image is acquired. 2105 may not be performed.

[図22説明]図22Aは異なる領域に対してゲイン値を変えて取得した複数枚の画像を合成するシーケンスの一実施例図である。ステップ1001〜1007は図10と同じである。ステップ1002またはステップ1003の前に,ステップ2211により第kの撮像箇所に移動する。これにより,試料上の同じ領域ではなく異なる領域に対して第1〜第Kの画像を取得する。ただし,試料上の異なる領域ではあるが,類似のパターンがある領域について走査を行う。撮像対象が半導体パターンの場合,類似の領域を走査することは容易に行うことができる。この例を図22Bを用いて説明する。通常1枚のウェハ内2201には複数のチップが存在し(斜線のハッチで示した正方形が一つのチップを表す),各チップは同一のパターンから構成されている。そこで,異なるチップの同一箇所(例えば2202,2203,2204)を走査すれば,類似の画像を得ることができる。または,メモリ等では同一のチップであっても繰り返しパターンが多く含まれる(例えば2205,2206)。設計データを用いれば,これらの類似領域を探すことは容易であるし,別の方法として,広視野の画像を撮像して,その画像を用いて類似領域を探しても良い。光顕微鏡など,別の装置で撮像した画像を用いて探しても良い。   [Description of FIG. 22] FIG. 22A is an example of a sequence for synthesizing a plurality of images obtained by changing the gain values for different regions. Steps 1001 to 1007 are the same as those in FIG. Before step 1002 or step 1003, the step 2211 moves to the k-th imaging location. As a result, the first to Kth images are acquired for different regions rather than the same region on the sample. However, scanning is performed on an area having a similar pattern although it is a different area on the sample. When the imaging target is a semiconductor pattern, it is possible to easily scan a similar region. This example will be described with reference to FIG. 22B. Usually, a plurality of chips are present in one wafer 2201 (a square indicated by hatching represents one chip), and each chip is composed of the same pattern. Therefore, if the same part (for example, 2202, 2203, 2204) of different chips is scanned, a similar image can be obtained. Alternatively, a memory or the like includes many repeated patterns even for the same chip (for example, 2205 and 2206). If the design data is used, it is easy to search for these similar regions. Alternatively, an image with a wide field of view may be taken and the similar regions may be searched using the images. You may search using the image imaged with another apparatus, such as a light microscope.

[図22効果]試料上の同じ領域を撮像すると,試料の材質によっては試料にダメージを与えたり,試料を変形させるなどの副作用もある。そこで,このように異なる領域ではあるが類似の画像が得られる領域に対して画像を取得することによって,試料の同一箇所に与えるダメージ等を抑えた上での画像撮像が可能となる。   [Effect of FIG. 22] When the same region on the sample is imaged, there are side effects such as damage to the sample or deformation of the sample depending on the material of the sample. Thus, by acquiring an image for such a different region but a region where a similar image can be obtained, it is possible to capture an image while suppressing damage to the same portion of the sample.

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。本発明によれば,荷電粒子顕微鏡画像に対して,検出器のゲインを異なるゲイン値に設定してそれぞれ画像を取得し,画像取得時のゲイン値を用いて取得した画像を合成することによって,暗部を含む全領域において良好な画質を得ることができる。また,暗部から十分な信号量が得られるまで,暗部を含む局所領域に対して荷電粒子ビームを照射することによって,暗部から十分な信号量を得ることができ,高画質な画像を撮像することができる。   As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. According to the present invention, with respect to the charged particle microscope image, the gain of the detector is set to a different gain value, each image is acquired, and the acquired image is synthesized using the gain value at the time of image acquisition, Good image quality can be obtained in the entire region including the dark part. In addition, a sufficient amount of signal can be obtained from the dark area by irradiating the local region including the dark area with a charged particle beam until a sufficient signal amount is obtained from the dark area, and a high-quality image can be captured. Can do.

101…第一のゲイン値を計算する処理,102…第一の画像を取得する処理,103…第二のゲイン値を計算する処理,104…第二の画像を取得する処理,105…第一の画像の重みと第二の画像の重みを計算する処理,106点第一の画像を第二の画像の画像を合成する処理,201…ビーム照射・検出装置,202…荷電粒子銃,203…荷電粒子ビーム,204…コンデンサレンズ,205…対物レンズ,206…試料,207…ステージ,208…検出器,221…入出力部,222…制御部,223…処理部,224…記憶部,225…ゲイン制御部,226…画像合成部 101 ... Process for calculating the first gain value, 102 ... Process for acquiring the first image, 103 ... Process for calculating the second gain value, 104 ... Process for acquiring the second image, 105 ... First Processing for calculating the weight of the image and the weight of the second image, processing for synthesizing the second image with the 106-point first image, 201 ... beam irradiation / detection device, 202 ... charged particle gun, 203 ... Charged particle beam, 204 ... condenser lens, 205 ... objective lens, 206 ... sample, 207 ... stage, 208 ... detector, 221 ... input / output unit, 222 ... control unit, 223 ... processing unit, 224 ... storage unit, 225 ... Gain control unit, 226... Image composition unit

Claims (17)

荷電粒子顕微鏡装置を用いた試料の画像撮像方法であって,
前記荷電粒子顕微鏡装置の検出器のゲインを第一のゲイン値に設定して前記試料に対して荷電粒子ビームの走査を行い,第一の画像を取得する第一画像取得ステップと,
前記検出器のゲインを前記第一のゲイン値とは異なる第二のゲイン値に設定して前記試料に対して荷電粒子ビームの走査を行い,第二の画像を取得する第二画像取得ステップと,
前記第一のゲイン値と前記第二のゲイン値を用いて,前記第一の画像と前記第二の画像を合成する画像合成ステップと、
を有することを特徴とする画像撮像方法。
A method for imaging a sample using a charged particle microscope,
A first image acquisition step of setting a gain of a detector of the charged particle microscope apparatus to a first gain value, scanning the sample with a charged particle beam, and acquiring a first image;
A second image acquisition step of setting a gain of the detector to a second gain value different from the first gain value and scanning the sample with a charged particle beam to acquire a second image; ,
An image combining step of combining the first image and the second image using the first gain value and the second gain value;
An image capturing method characterized by comprising:
請求項1記載の画像撮像方法であって、
前記第二画像取得ステップは,前記第一の画像を用いて前記第二のゲイン値を算出するステップを有することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 1,
The second image acquisition step includes a step of calculating the second gain value using the first image.
請求項1記載の画像撮像方法であって、
前記画像合成ステップは,第一の画像,第二の画像の少なくとも一つの画像について,前記少なくとも一つの画像の明度値に基づいて局所領域毎に合成の対象外とするか否かを判定するステップを有することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 1,
The image synthesis step is a step of determining whether at least one of the first image and the second image is excluded from synthesis for each local region based on a brightness value of the at least one image. An image capturing method characterized by comprising:
請求項1記載の画像撮像方法であって、
さらに,前記試料の撮像対象領域における設計データ情報又は前記第一画像取得ステップで取得した第一の画像の少なくとも一つを用いて,前記第二画像取得ステップ及び前記画像合成ステップを実施するか否かを判定する画像合成判定ステップを有することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 1,
Further, whether or not the second image acquisition step and the image synthesis step are performed using at least one of design data information in the imaging target region of the sample or the first image acquired in the first image acquisition step. An image capturing method comprising: an image synthesis determination step for determining whether or not.
請求項1記載の画像撮像方法であって、
前記第二画像取得ステップは,プローブ電流,ビーム照射時間のうち少なくとも一つを前記第一画像取得ステップとは異なる値に設定して前記試料に対して荷電粒子ビームの走査を行い,
前記画像合成ステップは,前記第一画像取得ステップおよび前記第二画像取得ステップにおけるプローブ電流の値,或いは前記第一画像取得ステップおよび前記第二画像取得ステップにおけるビーム照射時間の値を用いて,前記第一の画像と前記第二の画像を合成することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 1,
The second image acquisition step scans the sample with a charged particle beam by setting at least one of the probe current and the beam irradiation time to a value different from the first image acquisition step,
The image composition step uses the value of the probe current in the first image acquisition step and the second image acquisition step, or the value of the beam irradiation time in the first image acquisition step and the second image acquisition step, An image capturing method comprising combining a first image and the second image.
荷電粒子顕微鏡装置を用いた試料の画像撮像方法であって,
目標信号量を算出する目標信号量算出ステップと,
前記試料に対して荷電粒子ビームの走査を行い,前記試料の第一の画像を取得する画像取得ステップと,
前記取得した第一の画像のうち信号量が相対的に少ない画素からなる領域における信号量と前記算出した目標信号量とを比較し,画像の取得を継続するか否かを判定する画像取得継続判定ステップと,
前記画像取得継続判定ステップで画像の取得を継続すると判定した場合に,前記取得した第一の画像のうち信号量が相対的に少ない画素の位置に基づいて再度走査を行う前記試料の領域を算出し,前記算出した再度走査を行う前記試料の領域に対して荷電粒子ビームの走査を再度行って第二の画像を取得し,前記第一の画像と前記第二の画像とを合成する画像取得継続ステップと、
を有し,
さらに,前記画像取得継続判定ステップで画像の取得を継続しないと判定するまで,前記画像取得継続判定ステップと前記画像取得継続ステップを繰り返すことを特徴とする画像撮像方法。
A method for imaging a sample using a charged particle microscope,
A target signal amount calculating step for calculating a target signal amount;
An image acquisition step of scanning the sample with a charged particle beam to acquire a first image of the sample;
Continuation of image acquisition that determines whether or not to continue image acquisition by comparing a signal amount in a region composed of pixels with a relatively small signal amount in the acquired first image with the calculated target signal amount A judgment step;
When it is determined in the image acquisition continuation determination step that image acquisition is to be continued, the region of the sample to be scanned again is calculated based on the position of the pixel having a relatively small signal amount in the acquired first image. Then, the charged particle beam is scanned again with respect to the calculated region of the sample to be scanned again to acquire a second image, and the first image and the second image are synthesized. A continuation step;
Have
Furthermore, the image capturing method is characterized in that the image acquisition continuation determining step and the image acquisition continuation step are repeated until it is determined in the image acquisition continuation determining step that image acquisition is not continued.
請求項6記載の画像撮像方法であって、
前記目標信号量算出ステップは,画像取得前に指定されたS/Nの要求値或いは信号量の要求値に基づいて前記目標信号量を算出することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 6,
The target signal amount calculating step calculates the target signal amount based on a required value of S / N or a required value of signal amount specified before image acquisition.
請求項6記載の画像撮像方法であって、
前記画像取得継続判定ステップは,画像取得前に定められた撮像時間の上限および下限に基づいて画像の取得を継続するか否かを判定することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 6,
The image acquisition continuation determining step determines whether or not to continue acquiring an image based on an upper limit and a lower limit of an imaging time determined before acquiring the image.
請求項6記載の画像撮像方法であって、
前記画像取得継続ステップは,検出器のゲインを前記画像取得ステップで用いた検出器のゲインとは異なるゲイン値に設定して前記第二の画像を取得することを特徴とする画像撮像方法。
The image capturing method according to claim 6,
In the image acquisition continuation step, the second image is acquired by setting the gain of the detector to a gain value different from the gain of the detector used in the image acquisition step.
試料に荷電粒子を照射する荷電粒子照射光学系手段と,
前記荷電粒子照射光学系手段により荷電粒子が照射された前記試料から発生した同種または別種の粒子を検出する粒子検出光学系手段と,
前記粒子検出光学系手段で検出した信号を処理して前記試料の撮像画像を得る撮像画像取得手段と、
を備えた荷電粒子顕微鏡装置であって,
前記粒子検出光学系手段の検出器のゲインを制御するゲイン制御手段と、
前記ゲイン制御手段により前記検出器のゲインを第一のゲイン値に設定して前記荷電粒子を前記試料に対して走査することにより取得した第一の画像と、前記ゲイン制御手段により前記検出器のゲインを前記第一のゲイン値とは異なる第二のゲイン値に設定して前記荷電粒子を前記試料に対して走査することにより取得した第二の画像と、を合成する画像合成手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
Charged particle irradiation optical system means for irradiating the sample with charged particles;
Particle detection optical system means for detecting the same type or different types of particles generated from the sample irradiated with charged particles by the charged particle irradiation optical system means;
Captured image acquisition means for processing a signal detected by the particle detection optical system means to obtain a captured image of the sample;
A charged particle microscope apparatus comprising:
Gain control means for controlling the gain of the detector of the particle detection optical system means;
A first image obtained by setting the gain of the detector to a first gain value by the gain control means and scanning the charged particle with respect to the sample, and the detector of the detector by the gain control means. Image combining means for combining the second image acquired by scanning the charged particle with the charged particle by setting the gain to a second gain value different from the first gain value;
A charged particle microscope apparatus comprising:
請求項10記載の荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記ゲイン制御手段は、前記第一の画像を用いて前記第二のゲイン値を算出することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
The charged particle microscope apparatus according to claim 10,
The charged particle microscope apparatus, wherein the gain control means calculates the second gain value using the first image.
請求項10記載の荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記第一の画像および前記第二の画像の少なくとも一つの画像について,前記少なくとも一つの画像の明度値に基づいて局所領域毎に合成の対象外とするか否かを判定する合成対象判定手段を有することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
The charged particle microscope apparatus according to claim 10,
Compositing target determining means for determining whether or not to exclude from at least one image of the first image and the second image, for each local region, based on a brightness value of the at least one image. A charged particle microscope apparatus comprising:
請求項10記載の荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記試料の撮像対象領域における設計データ情報或いは前記第一の画像の少なくとも一つを用いて,前記画像合成手段により前記第二の画像を取得して前記第一の画像と合成するか否かを判定する画像合成判定手段を有することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
The charged particle microscope apparatus according to claim 10,
Whether or not to acquire the second image by the image synthesizing means and synthesize it with the first image using at least one of the design data information in the imaging target region of the sample or the first image. A charged particle microscope apparatus comprising an image synthesis determination unit for determining.
試料に荷電粒子を照射する荷電粒子照射光学系手段と,
前記荷電粒子照射光学系手段により荷電粒子が照射された前記試料から発生した同種または別種の粒子を検出する粒子検出光学系手段と,
前記粒子検出光学系手段で検出した信号を処理して前記試料の撮像画像を得る撮像画像取得手段と、
を備えた荷電粒子顕微鏡装置であって,
目標信号量を算出する目標信号量算出手段と、
前記試料に対して前記荷電粒子の走査を行って取得した第一の画像のうち信号量が相対的に少ない画素からなる領域における信号量と前記目標信号量算出手段により算出された目標信号量とを比較して、画像の取得を継続するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記画像の取得を継続すると判定した場合には,前記第一の画像のうち信号量が相対的に少ない画素の位置に基づいて再度走査を行う前記試料の領域を算出し,前記算出した再度走査を行う前記試料の領域に対して荷電粒子の走査を再度行って第二の画像を取得し,前記第一の画像と前記第二の画像とを合成し,前記判定手段により画像の取得を継続しないと判定するまで,前記した画像の取得と画像の合成を繰り返す画像合成手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
Charged particle irradiation optical system means for irradiating the sample with charged particles;
Particle detection optical system means for detecting the same type or different types of particles generated from the sample irradiated with charged particles by the charged particle irradiation optical system means;
Captured image acquisition means for processing a signal detected by the particle detection optical system means to obtain a captured image of the sample;
A charged particle microscope apparatus comprising:
Target signal amount calculating means for calculating the target signal amount;
A signal amount in a region composed of pixels having a relatively small signal amount in the first image obtained by scanning the charged particle with respect to the sample, and a target signal amount calculated by the target signal amount calculating means And determining means for determining whether or not to continue image acquisition;
If the determination means determines that the acquisition of the image is to be continued, the area of the sample to be scanned again is calculated based on the position of the pixel having a relatively small signal amount in the first image, and The calculated region of the sample to be scanned again is scanned with charged particles again to obtain a second image, the first image and the second image are combined, and the determination means Image combining means for repeating the acquisition of the image and the composition of the image until it is determined not to continue the acquisition of the image,
A charged particle microscope apparatus comprising:
請求項14記載の荷電電子顕微鏡装置であって、
前記目標信号算出手段は、予め指定されたS/Nの要求値或いは信号量の要求値に基づいて前記目標信号量を算出することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
The charged electron microscope apparatus according to claim 14,
The charged particle microscope apparatus, wherein the target signal calculation means calculates the target signal amount based on a predetermined S / N required value or a required signal amount.
請求項14記載の荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記判定手段は、予め定められた撮像時間の上限および下限に基づいて画像の取得を継続するか否かを判定することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
The charged particle microscope apparatus according to claim 14,
The charged particle microscope apparatus characterized in that the determination means determines whether or not to continue acquiring an image based on a predetermined upper limit and lower limit of an imaging time.
請求項14記載の荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記粒子検出光学系手段の検出器のゲインを調整するゲイン制御手段を有することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
The charged particle microscope apparatus according to claim 14,
A charged particle microscope apparatus comprising gain control means for adjusting a gain of a detector of the particle detection optical system means.
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