JP6335328B2 - 荷電粒子線装置、チャンバースコープ、及び対象物検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置、チャンバースコープ、及び対象物検出方法に関し、例えば、荷電粒子線装置における観察技術に関するものである。

荷電粒子線装置は、荷電粒子ビームを用いて観察を行う装置であり、荷電粒子の散乱を防ぐため検出対象（試料台）を真空中に設置する必要がある。このため試料は目視での確認が出来ず、試料室内部を確認するための光学カメラを用いる方法が知られている。例えば、荷電粒子線装置を用いた観察において、密閉された真空試料室内に設置された試料の状態や場所を特定する手段として光学カメラを取り付け、カメラ映像をリアルタイムに外部モニタに表示し、目視で確認する方法である。

しかし、試料室内を外部モニタに表示し目視で確認する方法は、主に観察すべき荷電粒子により取得される画像から目を離さなければならないという課題がある。このように、光学カメラで観察する方法では、主に観察すべき画像と試料室内を確認するための外部モニタの画像を同時に目視で確認することはできないため、スループットの低下や、試料ダメージに気づかないといった課題がある。

そこで、検出対象を自動で検出し、スループットを向上する方法が考えられる。ただし、従来使用していた照明方法では、検出対象及びその背景である試料室が金属で作成されていることから、全体として明るく光る画像となり、取得画像のみから検出対象のみを自動で抽出することは困難である。

このような環境において検出対象を自動で検出するために、例えばエッジ部分を強調して、対象を検出するアプローチがある。例えば、特許文献１及び２は、検出対象のエッジ部分に光を照射し、検出対象に関して光源とは反対側に設置したカメラで照射光を撮影し、検出対象を自動検出する方法を開示している。

特開２０１１−１３４９７４号公報 特開２０１０−２２５８２５号公報

しかしながら、特許文献１では、試料のエッジ部分を自動で検出する試みを行っているものの、薄いエッジを対象としており、且つ試料の一部を光が透過する必要がある。

また、特許文献２では、光が試料を透過しない場合にも対処しているものの、検出対象（試料台）を試料とＬＥＤ光源の間に設置する必要がある。従って、用いることのできるカメラは特徴的なものに限定され、かつエッジに対するカメラの観察角度が限定されている。このため、設置場所が制限されている荷電粒子線装置の試料室へ適用したり、エッジ部分がない対象（例えば、試料内部の観察箇所）を用いたりすることが出来ず、汎用的ではない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、カメラと検出対象の位置や方向、カメラの種類を限定せず、かつ光が試料を透過するか否かに関係なく、検出対象を自動的に判別・特定することを可能にする技術を提供するものである。

本発明では上記の課題を解決するために、荷電粒子線装置の試料室内に設けられたステージ上に載置される検出対象に光源から光を照射し、試料室を背景として、光が照射された検出対象をカメラで撮像する。そして、プロセッサは、カメラで撮像した検出対象の画像を処理する。ここで、検出対象と試料室は異なる材料で構成されており、光源の光の波長は、検出対象の反射率が試料室の反射率とは異なるように設定されている。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。

本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。

本発明によれば、カメラと検出対象の位置や方向、カメラの種類を限定せずに、検出対象の位置、及び状態を自動的に検出することができるようになる。

本発明の実施形態による荷電粒子線装置の概略構成例を示す図である。 本発明の実施形態によるチャンバースコープにおける光源配置例を示す図である。 荷電粒子線装置の試料室内において、対象の位置を自動検出するための構成例を示す図である。 アルミと鉄における、波長と反射率の関係を示す図である。 Ｘ方向中心座標のＹ方向のラインプロファイルの例を示す図である。 取得した画像内の座標方向を示す図である。 取得したプロファイルから試料台の座標値を求める処理を説明するためのフローチャートである。 試料台の向きを自動的に検出するための構成例を含む荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）を示す図である。 試料台１０４の向き（正面）を自動検出する（検出用マーカー８０１をチャンバースコープ１０６の正面に位置合わせする）処理を説明するためのフローチャートである。 ステージ１０５上に載置される試料ホルダ１００１の構造と、試料ホルダ１００１上に載置される試料台１０４を示す図である。 試料台１０４を試料ホルダ１００１から取り外し、高さを調節して再度試料を観察する際には、前回の観察位置（ステージの回転角度）と今回の観察位置（ステージの回転角度）が異なる場合があることを示す図である。 前回の観察による撮影画像と今回の観察による撮影画像とが異なることを示す図である。 観察前に検出用マーカー８０１がチャンバースコープ１０６の正面に来るように試料台１０４の向きをステージ１０５によって調節する様子を示す図である。 荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）において、試料台１０４の外径を自動的に検出する処理を説明するためのフローチャートである。 荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）において、試料台１０４の上部と検出器もしくは対物レンズとの衝突を回避するために表示するＵＩ（User Interface）操作画面の構成例を示す図である。 各材料に関するレーザ（光源）の波長と反射率との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

更に、本発明の実施形態は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。

＜荷電粒子線装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態による荷電粒子線装置の概略構成例を示す図である。荷電粒子線装置は、荷電粒子ビームが散乱しないように真空状態を保つ試料室１０１と、荷電粒子ビームを最終的に試料に収束するための対物レンズ１０２と、試料から得られる信号を検出する検出器１０３と、試料を載せるための試料台１０４と、試料台１０４を搭載し、観察位置を移動するためのステージ１０５と、試料台１０４の位置を把握するためのチャンバースコープ１０６と、チャンバースコープの光源（ＬＥＤ）を制御するための制御装置（マイコン等のプロセッサ）１０９と、各種演算を実行する演算装置（コンピュータ）１１０と、を有している。

チャンバースコープ１０６は、試料位置検知を行う構成として、試料室１０１内を照らすための照明１０７と、試料室１０１内の画像を撮影するための光学カメラ１０８と、を有している。制御装置１０９は、ＬＥＤ照明の点灯制御もしくは光量制御を行うためのＬＥＤ制御部１０９１を有している。このＬＥＤ制御部１０９１はプログラムで構成しても良い。演算装置１１０はコンピュータで構成され、各種プログラムを実行するＣＰＵ（プロセッサ）１１０１と、各種プログラムを格納するメモリ１１０２と、マウスやキーボード等の入力装置及びディスプレイやプリンタ等の出力装置で構成される入出力デバイス１１０３と、各種パラメータ等を格納する記憶装置１１０４と、を有している。メモリ１１０２は、プログラムとして、光学カメラの画像を取得するカメラ画像取得部１１０２１と、取り込んだ画像を処理する画像処理部１１０２２と、処理した画像から位置を特定する演算処理部１１０２３と、処理した結果を出力する結果出力部１１０２４と、を有している。

＜チャンバースコープの構成＞
図２は、本発明の実施形態によるチャンバースコープの光源の配置例を示す図である。図２は、チャンバースコープ１０６を矢印１１１（図１）の方向から見た様子を示している。

本発明の実施形態によるチャンバースコープ１０６では、カメラ（ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラ）２０１と複数の光源２０２乃至２０４は、カメラ２０１の撮像方向と光源による光の照射方向とが同一になるように設置されている。複数の光源の組み合わせの例としては、白色ＬＥＤ２０２、青色ＬＥＤ２０３、及び赤外ＬＥＤ２０４の組み合わせを挙げることができる。そして、これら白色ＬＥＤ２０２、青色ＬＥＤ２０３、及び赤外ＬＥＤ２０４の光源は操作者の指示によって切り替えることができるようになっている。具体的には、操作者が制御装置１０９に設けられた入力デバイス（図示せず）を用いて光源切り替えの指示を入力し、ＬＥＤ制御部１０９１が当該指示に応答して何れのＬＥＤを発光させるかを制御する。なお、赤外ＬＥＤを用いるのは、発光波長がＳＥ（二次電子）検出器の検出感度から外れているため、ＳＥ像とチャンバースコープの同時観察が容易となるからである。なお、観察用に、赤外ＬＥＤの代わりに赤色ＬＥＤを用いても良い。

このように光源からの光の色を適宜切り替えられるようにすることにより、状況に応じて最適な光を試料台１０４に照射することができるようになる。

＜処理概要：測定原理＞
図３は、上記構成を有する荷電粒子線装置において、検出対象３０１（図１における試料台１０４に相当）の状態及び位置を自動で把握（検出）するための原理を説明するための図である。

制御装置１０９は、操作者の指示に応答して、チャンバースコープ１０６の照明１０７を点灯し、光を検出対象３０１及び背景材料３０２に照射する。この時、照明１０７の光に関しては、検出対象３０１及び背景材料３０２で反射率に差があるような波長の光が選定される。この状態で光学カメラ１０８を用いて画像を取得し、演算装置１１０のＣＰＵ１１０１は、カメラ画像取得部１１０２１を用いて画像の取り込みを行う。そして、ＣＰＵ１１０１は、画像処理部１１０２２を用いて取り込んだ画像を処理する。例えば、エッジを強調するためのエッジ強調フィルタの適用や、取得画像の２値化処理や、画像のグレースケール化、色抽出といった処理を行ってもよい。また、単純なフィルタ処理だけでなく、パターンマッチングなどの画像処理を行い、より精度が向上するような手法を用いても良い。

このように処理を行った画像に対し、ＣＰＵ１１０１は、検出対象３０１の座標を求めるための演算を行う。例えば、ＣＰＵ１１０１は、画像処理部１１０２２によってエッジを強調した画像に対し、最も輝度が高い座標値を求めることにより、検出対象３０１と背景材料３０２の境界を抽出し、そこを検出対象の座標として出力してもよい。さらに精度を高めるために、例えば、エッジ強調画像をＸ方向もしくはＹ方向（画像処理についての座標系であり、荷電粒子線装置における試料台の座標系ではないことに注意）に積算を行い、プロファイルを求め、最も輝度の高い位置を検出対象の座標としてもよい。これはＸ方向もしくはＹ方向だけに実施してもよいし、Ｘ方向とＹ方向両方で実施してもよい。なお、このような処理はあえてエッジ強調を行わなくても良く、グレースケール化した画像や色抽出をした画像に対して適用しても良い。

また、検出対象の座標を求める方法としては、例えば２値化画像において領域分割を行い、領域の面積を求め、求めたい対象の面積に最も近い領域の座標を出力してもよい。

一方、閾値を適切に設定することにより領域分割を行わず、単純に２値化して得られる白い領域の重心を座標値として出力してもよい。

また、パターンマッチング処理により求められる座標を出力してもよい。

以上のように求めた画像に対して、ＣＰＵ１１０１は、結果出力部１１０２４を用いて単純に座標値を出力してもよいし、取得した画像に重ねて表示してもよい。なお、評価値として使用した値も合わせて出力し、結果の信頼性に関する情報として出力してもよい。

このような構成を採り、上述の処理を実行することにより、自動で対象の座標を求めることが可能となる。

＜試料台高さの自動検出＞
走査電子顕微鏡において試料台１０４の高さを自動で検出する処理について説明する。ここでは、照明１０７に関しては、試料室１０１の壁と試料台１０４とで反射率が異なるような波長の照明が選定される。例えば、試料台１０４をアルミで作製し、試料室１０１を鉄で作製する場合、図４に示されるアルミ（Ａｌ）及び鉄（Ｆｅ）における、光の波長と反射率の関係を基に照明１０７の色を選定する。つまり、図４からは、アルミと鉄の組み合わせにおいては、波長が短い青色の照明１０７を選定すれば、アルミと鉄との間で反射率が異なり、それぞれの材質で輝度差が生じることがわかる。よって、この例では光源として青色光を採用することにより、試料台１０４のみに関して明るい画像が取得できることになる。

なお、照明１０７は青色光でなくてもよく、試料台（検査対象）１０４の反射率と試料室（背景材料）１０１の反射率が異なる様に波長を選定すればよい。検査対象のみを明るく光らせるための、検査対象、背景材料、及び光源（照明の色）の他の組み合わせについては後述する。

このように取得した画像は、画像処理部１１０２２においてグレースケール画像に変換される。この変換はグレースケール変換に限らず、各色を抽出した画像を使用してもよいし、エッジを抽出した画像を使用してもよい。そして、変換した画像については、演算処理部１１０２３によって、Ｘ方向中心座標のＹ方向のラインプロファイルが取得される。図５は、取得された輝度プロファイルの例を示す図である。このプロファイルを用いれば、試料台１０４の位置は容易に特定することが可能となる。つまり、輝度の強度が所定の閾値を超えた箇所が試料台１０４の上端であることが特定される。従って、レンズ絞りの位置から試料台１０４までの距離が分かることになる。なお、ここでＸ方向及びＹ方向とは、図６に示されるように、取得された画像内の座標方向であり、荷電粒子線装置の座標とは異なるものである。図６におけるＹ方向（Ｙ座標）は、荷電粒子線装置のＺ座標に相当する（図５のＺ座標も同様）。また、このプロファイルを入出力デバイス１１０３に含まれるディスプレイに表示するようにしても良い。

図７は、取得したプロファイルから試料台の座標値を求める処理を説明するためのフローチャートである。

（i）ステップ７０１
制御装置１０９は、操作者の指示に応答し、ＬＥＤ制御部１０９１を用いて、試料室１０１内に青色光を照射する。

（ii）ステップ７０２
演算装置１１０のＣＰＵ１１０１は、カメラ画像取得部１１０２１を用いて、青色光が照射された対象（試料台１０４及び試料室１０１）の画像を取得し、画像処理部１１０２２を用いて取得した画像を例えばグレースケールの画像に変換する。そして、ＣＰＵ１１０１は、演算処理部１１０２３を用いて、グレースケールに変換した画像についてのＸ軸中心（Ｙ座標固定）でのプロファイルを取得する。

（iii）ステップ７０３
ＣＰＵ１１０１は、演算処理部１１０２３を用いて、ステップ７０３で取得したプロファイルの微分値を演算する。

（iv）ステップ７０４
ＣＰＵ１１０１は、演算処理部１１０２３を用いて、ステップ７０４で求めた微分値が予め設定された閾値（所定の閾値）以上か否か判定する。プロファイルの微分値が所定の閾値未満であれば（ステップ７０４でＮｏの場合）、処理はステップ７０５に移行する。当該微分値が所定の閾値以上であれば（ステップ７０４でＹｅｓの場合）、処理はステップ７０６に移行する。

（v）ステップ７０５
ＣＰＵ１１０１は、次のＹ座標にプロファイル取得位置を移動させる。そして、ステップ７０２〜７０４の処理が繰り返される。

（vi）ステップ７０６
ＣＰＵ１１０１は、演算処理部１１０２３を用いて、現在のＹ座標を試料台１０４の上端として、試料台高さ自動検出処理を終了する。

そして、ＣＰＵ１１０１は、結果出力部１１０２４を用いて、求めた座標値を出力する。この座標値は、例えば、ステージの稼働制限に使用することができる。具体的には、検出器や対物レンズに、試料台１０４が衝突する可能性がある場合は自動でステージ１０５の移動を止める安全機能としても利用することができる。また、試料台１０４の高さから、対物レンズと試料の距離が分かるので、荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）のフォーカス位置の粗位置決めをし、自動フォーカス合わせの高速化を実現することができるようになる。

＜試料台向きの自動検出処理＞
図８は、試料台の向きを自動的に検出するための構成例を含む荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）を示す図である。

試料台の向きを検出する場合、試料台１０４の側面に、試料台１０４とは反射率が異なる材料で作製された検出用マーカー（以下、単に「マーカー」と言う場合もある）８０１が取り付けられる。例えば、試料台１０４をアルミで作製し、試料台１０４の側面にねじ穴を切る。そして、このねじ穴に、検出用マーカー８０１として鉄で作製したねじを取り付ける。なお、これとは逆に、試料台１０４を鉄で作製し、ねじをアルミで作製しても良い。また、側面に取り付ける検出用マーカーはねじである必要はなく、例えば試料台１０４に穴をあけ、ピンのようなものを挿入してもよい。これにより、明るく表示されている試料台１０４の部分において、検出用マーカー８０１のみが黒く表示されるため、マーカー８０１が正面にあるか否か容易に判定することができる。

図９は、試料台１０４の向き（正面）を自動検出する（検出用マーカー８０１をチャンバースコープ１０６の正面に位置合わせする）処理を説明するためのフローチャートである。

（i）ステップ９０１
制御装置１０９は、操作者の指示に応答し、ＬＥＤ制御部１０９１を用いて、試料室１０１内に青色光を照射する。

（ii）ステップ９０２
演算装置１１０のＣＰＵ１１０１は、カメラ画像取得部１１０２１を用いて、青色光が照射された対象（試料台１０４及び検出用マーカー８０１）の画像を取得する。

（iii）ステップ９０３
ＣＰＵ１１０１は、演算処理部１１０２３を用いて、ステップ９０２で取得した画像にマーカー８０１の画像が含まれるか判定する。例えば、試料台１０４が正面に向いているときには検出用マーカー８０１の画像が撮像画像に含まれるが、検出用マーカー８０１がチャンバースコープ１０６方向とは反対の位置にあるときには検出用マーカー８０１の画像は撮像画像には含まれていない。また、検出用マーカー８０１が真正面にない場合には、検出用マーカー８０１の画像は真正面にあるときの画像と比較すると鈍った画像となっている。例えば、検出用マーカーの形状が円形であれば、楕円形の画像が取得される。従って、楕円の縦横比が所定値以上の場合に検出用マーカー８０１が検出されたと判定するようにしても良い。具体的には、記憶装置１１０４に検出用マーカー８０１が少なくとも正面にあるときの画像を予め格納しておき、この格納画像とステップ９０２で取得した画像とを比較することにより、検出用マーカー８０１の存在を確認する。或いは、ステップ９０２で撮像された画像の輝度を観察して検出用マーカー８０１の存在を確認しても良い。この場合、各領域の輝度の平均値を取り、ヒストグラムを作成する。検出用マーカー８０１がある領域は輝度が他の領域と比較して落ちるため、ヒストグラムが低い値を取る。このヒストグラムの値が所定の値よりも低くなった領域を検出用マーカー８０１の位置であると判断しても良い。

検出用マーカー８０１が存在しないと判定された場合（ステップ９０３でＮｏの場合）、処理はステップ９０４に移行する。検出用マーカー８０１が存在すると判定された場合（ステップ９０３でＹｅｓの場合）、処理はステップ９０５に移行する。

（iv）ステップ９０４
ＣＰＵ１１０１は、制御装置１０９に検出用マーカー８０１が検出されなかったことを通知する。すると、制御装置１０９は、ステージ制御部８０２を用いて、ステージ１０５を回転させ、次の回転角度に移動する。そして、ステップ９０２及び９０３の処理が繰り返される。

（v）ステップ９０５
ＣＰＵ１１０１は、プロファイルの取得を終了し、現在の回転角度を正面として、試料台向きの自動検出処理を終了する。

（vi）試料台回転角度の絶対値について
図１０は、ステージ１０５上に載置される試料ホルダ１００１の構造と、試料ホルダ１００１上に載置される試料台１０４を示す図である。試料ホルダ１００１は、ステージ１０５に試料ホルダ１００１を取り付けるためのステージ取り付け部１００１１と試料ホルダ１００１の高さを調節するための高さ調節用ねじ１００１２とを有している。試料ホルダ１００１の高さは、この高さ調節用ねじ１００１２によって調節される。このため、試料台１０４を試料ホルダ１００１から取り外し、高さを調節して再度試料を観察する際には、図１１に示されるように、前回の観察位置（ステージの回転角度）と今回の観察位置（ステージの回転角度）が異なることがある。図１１において、点線矩形１１００２は前回の観察位置の再現を示している。荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）では、ステージ座標や倍率情報を記憶装置１１０４に記憶しておけば前回の観察位置を再現することは可能である。

しかし、前回の観察位置を再現することができても、図１２に示されるように、前回の観察と同じ画像を撮影することはできない。

そこで、観察前に検出用マーカー８０１がチャンバースコープ１０６の正面に来るように試料台１０４の向きをステージ１０５によって調節する（図１３参照）ことにより、前回の観察のときと同じ画像を撮影することができるようになる。これにより、前回の観察位置にある試料１１００１をより高倍率で再度観察したり、前回とは異なる光学条件で再度観察することも可能となる。

このように試料台１０４の特定の向きを観察毎に合わせることができるので、試料台回転角度の絶対値を知ることができ、前回観察時の条件を再現することができる。これにより、前回記憶した座標値や倍率を基に、撮影した画像と同じ視野での画像を再度撮影することが可能となる。

＜試料台外径の自動検出処理＞
図１４は、荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）において、試料台１０４の外径を自動的に検出する処理を説明するためのフローチャートである。

（i）ステップ１４０１
制御装置１０９は、操作者の指示に応答し、ＬＥＤ制御部１０９１を用いて、試料室１０１内に青色光を照射する。

（ii）ステップ１４０２
ＣＰＵ１１０１は、図９の試料台向きの自動検出処理（ステップ９０２〜９０５）を実行し、検出用マーカー８０１の位置を正面に移動する。

（iii）ステップ１４０３
制御装置１０９は、ステージ制御部８０２を用いて、任意の角度分だけステージ１０５を回転する。回転角度は予め決めておいても良い。

（iv）ステップ１４０４
ＣＰＵ１１０１は、演算処理部１１０２３を用いて、検出用マーカー８０１の移動量を測定する。試料台１０４の外径サイズに応じて検出用マーカー８０１の移動量は異なるためである。

（v）ステップ１４０５
ＣＰＵ１１０１は、画像処理部１１０２２を用いて、ステップ１４０４で求めた移動量から画像処理によって試料台１０４の外径を算出し、試料台外径の自動検出処理を終了する。

当該処理を用いることにより、従来操作者が手動で設定していた試料台サイズを自動で設定することが可能となり、スループットの向上や、設定ミスを防止することを可能とする。なお、ここでは試料台１０４が円形である場合の処理として説明したが、試料台１０４が長方形等でも回転角度と試料台の相対的位置関係が分かれば試料台１０４の外周値を求めることができる。

＜ＵＩ操作画面＞
図１５は、荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）において、試料台１０４の上部と検出器もしくは対物レンズとの衝突を回避するために表示するＵＩ（User Interface）操作画面の構成例を示す図である。

操作者は、図示しないディスプレイに表示された図１５のＵＩ操作画面において、マウス等によって上限ライン調整部１５０３を上下させることにより、上限ライン調整１５０２の位置を調整することができる。これにより、試料台１０４の上限を制限する。

また、ＵＩ操作画面では、例えば、検出器もしくは対物レンズとの距離を直感的に表示できるスケール表示１５０１が表示されるようにしても良い。さらに、試料台１０４が進入できないエリア１５０４をマスクして表示しても良い。

このようなＵＩ操作画面を採用することにより、例えば外部の検出器で分析する場合の分析位置まで移動可能か直感的に理解することができる。また、複数オプション検出器が搭載されている状態で、撮影画像の画質を向上させるために、レンズと試料を近づける際、どの検出器が試料と接触する可能性があるか、直感的に把握することが可能となる。

＜本発明に適用可能な、検査対象及び背景の材料と光源の波長との組み合わせ＞
上述の実施形態では、検査対象（試料台１０４）の材料としてアルミ、背景（試料室１０１）の材料として鉄、光源として青色ＬＥＤ（波長：４６５〜４７５ｎｍ）を用いて説明したが、材料及び波長の組み合わせはこれに限られるものではない。そこで、以下、上述の組み合わせ以外で本発明の原理を適用できるものについて示す。

図１６は、各材料に関するレーザ（光源）の波長と反射率との関係を示す図である。このグラフ及び／又は発明者が行った実験によれば以下のような組み合わせが考えられることが分かった。

（i）試料台１０４の材料としてアルミ、試料室１０１の材料として銅を用いた場合、波長が５５０ｎｍ以下の緑色光、青色光、及び紫外光を用いることができる。

（ii）試料台１０４の材料として銀、試料室１０１の材料として銅を用いた場合、波長が４００〜５５０ｎｍの緑色光、青色光、及び紫外光を用いることができる。

（iii）試料台１０４の材料としてアルミ、試料室１０１の材料として金を用いた場合、波長が４００ｎｍ以下の紫外光を用いることができることが分かった。なお、金について波長と反射率との関係は図１６には示されていない。

（iv）試料台１０４の材料として鉄、試料室１０１の材料として銀を用いた場合、波長が４００ｎｍ以上の紫外光、青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光、赤外光を用いることができる。

（v）試料台１０４の材料として鉄、試料室１０１の材料としてアルミを用いた場合、波長が４００〜８００ｎｍの青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光を用いることができる。

なお、（iv）及び（v）の組み合わせを選択した場合よりも、（i）〜（iii）の組み合わせを選択した方が、試料台１０４をより鮮明に光らせることができるため望ましい。

＜まとめ＞
（i）本発明の実施形態による荷電粒子線装置は、ステージ上に載置された検出対象（試料台）の画像を取得し、その画像に対して所定の画像処理を施すことにより、検出対象の状態や位置（高さを含む）を検出する。ここで、検出対象と試料室（少なくとも検出対象をカメラで撮影したときの背景になる壁面）は異なる材料で構成される。この場合、検出対象に対して光を照射する光源が発する光の波長は、検出対象の反射率が試料室の反射率とは異なるように設定される。例えば、当該光源の光の波長は、検出対象の反射率が試料室の反射率よりも高くなるように設定されることが望ましい。このようにすることにより、検出対象の輝度を背景よりも高くすることが可能となるので、検出対象の状態や位置を容易に自動検出することが可能となる。

さらに具体的には、試料台の画像の輝度が所定閾値よりも高い位置を試料台の高さとして検出する。背景（試料室の壁面）の反射率が試料台のそれよりも高い場合には、試料台の画像の輝度が所定閾値よりも低い位置を試料台の高さとして検出してもより。このように画像処理によって高さを検出することができるので、検出対象（試料台）の高さ位置を自動で把握することが可能となる。

一方、本発明の実施形態では、試料台の向き（角度）を自動検出することもできる。つまり、試料台の所定の位置に、光源からの光を照射した場合の反射率が試料台とは異なるマーカーを設けるようにする。そして、試料台とマーカーの画像をカメラで取得し、それらの輝度差によって試料台の向きを検出する。試料台の向き（基準位置からの角度）とマーカーの画像の形状との関係を予めテーブル等で保持しておき、試料台が正面にある状態だけでなく、任意の角度にある状態をも検出するようにしても良い。

また、ステージを回転させた場合のマーカーの移動量を測定し、当該移動量から試料台のサイズ（外径や試料台の面積）を算出する。試料台の台座部分の形状は、円形に限られるものではなく、正方形、長方形、その他の多角形であってもよい。ただし、回転角度と試料台の相対的位置関係を認識している必要がある。

なお、検出対象（試料台）はアルミ又は銀で構成され、試料室は鉄、銅、又は金で構成される。光源については、検出対象−試料室の組み合わせがアルミ−鉄、アルミ−銅、及び銀−銅の場合には青色光、緑色光、又は紫外光の光を発する光源が用いられる。また、当該組み合わせがアルミ−金の場合には紫外光を発する光源が用いられる。また、検出対象−試料室の組み合わせが鉄−銀の場合には、波長が４００ｎｍ以上の光（紫外光、青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光、赤外光）を発する光源を用いることができる。さらに、検出対象−試料室の組み合わせが鉄−アルミの場合には、波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍの光（青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光）を発する光源を用いることができる。このような検出対象（試料台）と試料室の材料、及び光源の組み合わせを用いることにより、カメラの撮影画像において検出対象と背景を区別することが可能となるので、検出対象を容易に自動検出することが可能となる。

（ii）本発明の実施形態によるチャンバースコープは、検査出対象に光を照射するための複数の光源と、光源を切り替えるための制御装置を有している。複数の光源の組み合わせとしては、例えば、青色光を発する光源と、白色光を発する光源と、赤外光を発する光源を採用する。青色光は、上述のように検出対象の位置情報（高さ、位置座標）を取得するために用いられ、白色光は色情報を取得するために用いられ、赤外光は試料の観察用に用いられる。赤外光の発光波長はＳＥ（二次電子）検出器の検出感度から外れているため、ＳＥ像とチャンバースコープの同時観察が可能となる。なお、観察用に、赤外光の代わりに赤色光を用いても良い。

また、当該チャンバースコープでは、カメラの向きと、複数の光源の向き（光の照射方向）が同じである。

（iii）本発明の実施形態による機能（フローチャートで与えられる機能）は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。

さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。

最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。

加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。明細書と具体例は典型的なものに過ぎず、本発明の範囲と精神は後続する請求範囲で示される。

１０１・・・試料室
１０２・・・対物レンズ
１０３・・・検出器
１０４・・・試料台
１０５・・・ステージ
１０６・・・チャンバースコープ
１０７・・・照明
１０８・・・光学カメラ
１０９・・・制御装置
１１０・・・演算装置
２０１・・・カメラ
２０２・・・白色ＬＥＤ
２０３・・・青色ＬＥＤ
２０４・・・赤外ＬＥＤ

Claims (13)

1. 検出対象をステージ上に載置して収容する試料室と、
   前記検出対象に光を照射する光源と、前記試料室を背景として、光が照射された前記検出対象を撮像するカメラと、
   前記カメラで撮像した前記検出対象の画像を処理するプロセッサと、を含み、
   前記検出対象と前記試料室は異なる材料で構成され、
   前記光源の光の波長は、前記検出対象の反射率が前記試料室の反射率よりも高くなるように設定されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 検出対象をステージ上に載置して収容する試料室と、
   前記検出対象に光を照射する光源と、前記試料室を背景として、光が照射された前記検出対象を撮像するカメラと、
   前記カメラで撮像した前記検出対象の画像を処理するプロセッサと、を含み、
   前記検出対象と前記試料室は異なる材料で構成され、
   前記光源の光の波長は、前記検出対象の反射率が前記試料室の反射率とは異なるように設定されており、
   前記検出対象は、操作者が前記ステージ上に載置する試料台であり、
   前記プロセッサは、前記試料台の画像の輝度が所定閾値よりも高い位置を前記試料台の高さとして検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項２において、
   前記プロセッサは、前記試料台の移動高さの上限を設定するためのユーザインタフェースを画面に表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 検出対象をステージ上に載置して収容する試料室と、
   前記検出対象に光を照射する光源と、前記試料室を背景として、光が照射された前記検出対象を撮像するカメラと、
   前記カメラで撮像した前記検出対象の画像を処理するプロセッサと、を含み、
   前記検出対象と前記試料室は異なる材料で構成され、
   前記光源の光の波長は、前記検出対象の反射率が前記試料室の反射率とは異なるように設定されており、
   前記検出対象は、操作者が前記ステージ上に載置する試料台であり、当該試料台の所定の位置に、前記光源からの光を照射した場合の反射率が前記試料台とは異なるマーカーが設けられており、
   前記プロセッサは、前記試料台の画像から前記マーカーの存在を検出することにより、前記試料台の向きを検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項３において、
   前記プロセッサは、前記ステージを回転させた場合の前記マーカーの移動量を測定し、当該移動量から前記試料台のサイズを算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 検出対象をステージ上に載置して収容する試料室と、
   前記検出対象に光を照射する光源と、前記試料室を背景として、光が照射された前記検出対象を撮像するカメラと、
   前記カメラで撮像した前記検出対象の画像を処理するプロセッサと、を含み、
   前記検出対象と前記試料室は異なる材料で構成され、
   前記光源の光の波長は、前記検出対象の反射率が前記試料室の反射率とは異なるように設定されており、
   前記検出対象はアルミ又は銀で構成され、前記試料室は鉄、銅、又は金で構成され、
   前記光源は、検出対象−試料室の組み合わせがアルミ−鉄、アルミ−銅、及び銀−銅の場合には青色光、緑色光、又は紫外光を照射し、前記組み合わせがアルミ−金の場合には紫外光を照射することを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 荷電粒子線装置の試料室内を撮像するチャンバースコープであって、
   前記試料室内に収容される検出対象に光を照射するための複数の光源と、
   前記試料室を背景として、光が照射された前記検出対象を撮像するカメラと、
   前記複数の光源を切り替え制御する制御装置と、を有し、
   前記複数の光源は、青色光を発する光源と、白色光を発する光源と、赤外光を発する光源と、を含み、
   前記制御装置は、入力される指示に応答して、青色光源、白色光源と、及び赤外光源を切り替えて光を前記検出対象に照射することを特徴とするチャンバースコープ。
8. 請求項７において、
   前記カメラの向きと、前記複数の光源の向きが同じであることを特徴とするチャンバースコープ。
9. 荷電粒子線装置の試料室のステージ上に載置された対象物に、光源から発した光を照射する工程と、
   前記試料室を背景として、前記光が照射された前記対象物をカメラで撮像する工程と、
   プロセッサが、前記カメラで撮像した前記対象物の画像を処理する工程と、を含み、
   前記対象物と前記試料室は異なる材料で構成され、
   前記光源の光の波長は、前記対象物の反射率が前記試料室の反射率よりも高くなるように設定されていることを特徴とする対象物検出方法。
10. 荷電粒子線装置の試料室のステージ上に載置された対象物に、光源から発した光を照射する工程と、
    前記試料室を背景として、前記光が照射された前記対象物をカメラで撮像する工程と、
    プロセッサが、前記カメラで撮像した前記対象物の画像を処理する工程と、を含み、
    前記対象物と前記試料室は異なる材料で構成され、
    前記光源の光の波長は、前記対象物の反射率が前記試料室の反射率とは異なるように設定されており、
    前記対象物は、操作者が前記ステージ上に載置する試料台であり、
    さらに、前記プロセッサが、前記試料台の画像の輝度が所定閾値よりも高い位置を前記試料台の高さとして検出する工程を含むことを特徴とする対象物検出方法。
11. 請求項１０において、
    さらに、前記プロセッサが、前記試料台の移動高さの上限を設定するためのユーザインタフェースを画面に表示する工程を含むことを特徴とする対象物検出方法。
12. 荷電粒子線装置の試料室のステージ上に載置された対象物に、光源から発した光を照射する工程と、
    前記試料室を背景として、前記光が照射された前記対象物をカメラで撮像する工程と、
    プロセッサが、前記カメラで撮像した前記対象物の画像を処理する工程と、を含み、
    前記対象物と前記試料室は異なる材料で構成され、
    前記光源の光の波長は、前記対象物の反射率が前記試料室の反射率とは異なるように設定されており、
    前記対象物は、操作者が前記ステージ上に載置する試料台であり、当該試料台の所定の位置に、前記光源からの光を照射した場合の反射率が前記試料台とは異なるマーカーが設けられており、
    さらに、前記プロセッサが、前記試料台の画像から前記マーカーの存在を検出することにより、前記試料台の向きを検出する工程を含むことを特徴とする対象物検出方法。
13. 請求項１２において、
    さらに、前記プロセッサが、前記ステージを回転させた場合の前記マーカーの移動量を測定し、当該移動量から前記試料台のサイズを算出する工程を含むことを特徴とする対象物検出方法。
    

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