WO2020170408A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam device that irradiates a sample with a charged particle beam.
  • a filament is used as the charged particle beam source of the charged particle beam device.
  • the charged particle beam source is an electron
  • a thermoelectron generated when a voltage is applied across the filament to heat the filament is used.
  • An electron gun using this principle is called a thermionic gun.
  • the filament life of a thermoelectron gun is generally as short as about 50 to 100 hours, and it can be understood that the filament life of a Schottky electron gun is frequently cut off considering that it is 1 to 2 years. Therefore, if the filament is continuously operated during long-term observation/analysis, the risk that the filament will break during observation increases.
  • the filament breaks in the middle of long-time imaging, it is necessary to search the field of view of the observation sample again, focus adjustment, and perform imaging again, and thus the utilization efficiency of the device deteriorates. It is possible to replace the filament with a new one before the observation so that it will not be cut during the imaging, but more filaments will be used, leading to an increase in running cost.
  • Patent Document 1 discloses a technique for preventing an unexpected downtime due to the life of the electron source in an electron beam apparatus using a Schottky electron source and replacing the electron source or the electron gun at an optimum time.
  • the allowable usage time of the electron source is set in advance, and the remaining life time is calculated based on the allowable usage time and the cumulative usage time.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and reduces the possibility of needing to re-measure the filament break during observation, reduce the running cost of the device, improve the device operating efficiency The purpose is to let.
  • the charged particle beam apparatus calculates the imaging time required to generate an observation image of a sample, estimates the remaining usable time of the filament, and when the imaging time is longer than the remaining usable time. Presents that fact.
  • the charged particle beam device of the present invention it is possible to suppress the possibility of filament breakage during observation. This can prevent an unexpected downtime due to the life of the charged particle source and replace the electron source or the electron gun at an optimum time. Therefore, the running cost of the device can be reduced and the operating efficiency of the device can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a scanning electron microscope 100 according to the first embodiment. It is an example of a method of capturing an observation image of a wide area. It is an example of a GUI displayed by the display device 103.
  • 3 is a functional block diagram showing the configuration of a computer 126.
  • FIG. 6 is a graph illustrating the change over time in the electrical resistance of the filament 125. 6 is a flowchart illustrating an operation procedure of the scanning electron microscope 100.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a scanning electron microscope 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the scanning electron microscope 100 includes a lens barrel section 101, a sample chamber 102, a control section 117, a computer 126, and a display device 103.
  • the lens barrel 101 has a cathode 106, a Wehnelt 107, a filament 125, an anode 109, a first focusing lens 110, a second focusing lens 111, an upper deflection coil 112, a lower deflection coil 113, and an objective lens 114.
  • the sample chamber 102 is maintained at a vacuum degree of 10 ⁇ 3 to 10 ⁇ 4 Pa by a vacuum pump 105.
  • the sample chamber 102 has a sample 115, a sample stage 116, a sample stage 127, and a detector 104.
  • the control unit 117 is a functional unit that controls each unit included in the scanning electron microscope 100, and includes a high voltage control circuit 119, a focusing lens control circuit 120, a deflection control circuit 121, an objective lens control circuit 122, and a signal processing circuit 123.
  • the high voltage control circuit 119 controls the voltage applied to the electron gun 118.
  • the focusing lens control circuit 120 controls the first focusing lens 110 and the second focusing lens 111.
  • the deflection control circuit 121 controls the upper deflection coil 112 and the lower deflection coil 113.
  • the objective lens control circuit 122 controls the objective lens 114.
  • the high voltage control circuit 119 applies a desired voltage to the filament 125, the Wehnelt 107, and the anode 109 in the electron gun 118. By applying a voltage, the primary electron beam 108 is emitted from the filament 125.
  • the electron gun 118 can be configured as a thermoelectron gun that emits the primary electron beam 108 by utilizing thermoelectrons generated by heating the filament 125, for example.
  • the primary electron beam 108 is focused by the first focusing lens 110 and the second focusing lens 111, and then focused on the sample 115 by the objective lens 114. At the same time, the primary electron beam 108 focused on the sample 115 is scanned by the upper deflection coil 112 and the lower deflection coil 113 at the irradiation position on the sample 115. Along with the irradiation of the primary electron beam 108, signal electrons are emitted from the sample 115 depending on the shape and composition of the sample 115.
  • the detector 104 detects the signal electron.
  • the detected signal electrons are amplified by the amplifier 124 and output to the computer 126 via the signal processing circuit 123.
  • the computer 126 generates an observation image of the sample 115 using the detection result of the signal electrons, and the display device 103 displays the observation image.
  • the scanning time per pixel is about several tens ns to several hundreds ⁇ s.
  • a method of capturing such a wide area there are a method of increasing the number of pixels included in one image, a method of capturing a plurality of images while moving the sample stage 127 little by little, and joining them. ..
  • the former method narrows the scanning interval of the primary electron beam 108 and widens the imaging area.
  • the maximum number of pixels is limited by the memory of the computer, so the image size is limited. Therefore, generally, as in the latter method, the number of pixels to be imaged at one time and the visual field range of the image are adjusted to the observation object, and a plurality of images are imaged and attached while moving the sample stage 127.
  • the user can automatically image the designated observation region by setting the observation region and the observation conditions in advance. Therefore, it is possible to automatically obtain a desired observation image for a long time without a person monitoring the imaging process. Of course, it is possible to combine both methods.
  • the filament 125 When observing or analyzing a wide area, it may be necessary to operate the scanning electron microscope 100 continuously for a long time in some cases.
  • the filament 125 has a life, and when the life of the filament 125 is reached, observation cannot be continued.
  • the life of the filament 125 differs depending on the type of the electron gun 118, and when a tungsten filament is used, it depends on the conditions, but is generally said to be about 50 to 100 hours.
  • the life of the filament 125 needs to be longer than the observation time. If the life of the filament 125 is shorter than the observation time, the filament 125 is cut during the observation, and the user needs to replace the filament 125 and perform the observation again, or restart the observation from the point where the observation is interrupted. ..
  • the first embodiment enables the user to determine whether or not to continue the observation in accordance with the state of the filament 125 and the set observation condition in such a situation. Aim to improve running costs.
  • Fig. 2 is an example of a method of capturing an observation image of a wide area.
  • the user specifies the measurement range 131, and the imaging direction 130 starts from the measurement start position 128 and scans the primary electron beam 108 from left to right.
  • the scanning position reaches the right end of the measurement range 131, the scanning position is moved to the next lower pixel line. The above procedure is repeated until the measurement end position 129.
  • FIG. 3 is an example of a GUI (Graphical User Interface) displayed by the display device 103.
  • the user inputs the image size 132 and the capture speed 133 of the observed image.
  • the number of picked-up images 134 in the X direction and the number of picked-up images 135 in the Y direction are designated.
  • only one observation image is captured, it is sufficient to use only one XY image.
  • the captured image 139 is an image of the sample 115 captured in advance.
  • the user specifies a range to be captured by the scanning electron microscope 100 on the captured image 139. If the user can specify the imaging range, the captured image 139 may be an optically captured image or a scanning electron microscope image.
  • the observation range is specified by (a) the user enclosing the desired imaging range with a figure, and (b) the user specifies the measurement start position 128 and the measurement end position 129 and determines the imaging range from the coordinates. It can be specified by If there is no captured image 139, the user may specify the measurement start position 128 and the measurement end position 129 by moving the sample stage 127 while displaying the observation image acquired by the scanning electron microscope 100 on the GUI. Multiple imaging ranges may be designated.
  • the filament life time 136 displays the result of the computer 126 estimating the life of the filament 125 (remaining time until it can be used normally).
  • the imaging time 137 displays the result of the computer 126 calculating the time required to acquire the observation image of the sample 115 according to the parameter specified on the GUI.
  • the determination result 138 indicates the result of the determination made by the computer 126 according to the flowchart described later as to whether or not the entire captured image can be acquired.
  • FIG. 4A is a functional block diagram showing the configuration of the computer 126.
  • the computer 126 includes a comparison unit 144, a filament life estimation unit 149, an imaging time calculation unit 150, and a storage unit 145.
  • the comparison unit 144/filament life estimation unit 149/imaging time calculation unit 150 can be configured by using hardware such as a circuit device having the function, or the arithmetic unit executes software having the function. It can also be configured as described above.
  • the storage unit 145 can be configured by a storage device such as a hard disk. The operation of the comparison unit 144 will be described later.
  • the filament life estimation unit 149 includes a timer 140, a current reading unit 141, an energization time recording unit 142, and a life calculation unit 143.
  • the timer 140 counts the time when the filament 125 is energized.
  • the current reading unit 141 reads the current value flowing through the filament 125 from, for example, an ammeter (not shown).
  • the energization time recording unit 142 integrates the energization time counted by the timer 140 and stores the integrated energization time in the storage unit 145.
  • the life calculation unit 143 calculates the life of the filament 125 by the method described later. The calculation result is used as the estimated life of the filament 125.
  • the imaging time calculation unit 150 includes a time calculation unit 146, a time recording unit 147, and a setting reading unit 148.
  • the setting reading unit 148 acquires the image size 132/capture speed 133/the number of captured images 134/the number of captured images 135 set by the user on the GUI described in FIG.
  • the time recording unit 147 integrates the time when the scanning electron microscope 100 captured the observation image of the sample 115, and stores the integrated time in the storage unit 145.
  • the time calculation unit 146 calculates the time required to capture an observation image of the sample 115 by the method described below.
  • the total life time from the start of using the filament 125 to the time when it cannot be used normally is empirically obtained in advance, and the total life time is stored in the storage unit 145.
  • the energization time recording unit 142 stores the accumulated energization time after the filament 125 is replaced with a new one in the storage unit 145.
  • the life calculation unit 143 calculates the remaining usable time of the filament 125 by obtaining the difference between the life time stored in the storage unit 145 and the integrated energization time.
  • FIG. 4B is a graph illustrating the change over time in the electrical resistance of the filament 125.
  • the filament 125 is used at a high temperature and sublimes as the usage time is integrated. Therefore, the thickness of the filament 125 gradually changes. As a result, the electric resistance of the filament 125 changes with time.
  • Data representing the change over time illustrated in FIG. 4B is stored in the storage unit 145 in advance.
  • the life calculation unit 143 calculates the remaining usable time of the filament 125 by acquiring the electric resistance value of the filament 125 and referring to the data of FIG. 4B using the electric resistance value.
  • the lifetime can also be calculated by combining the above methods. For example, it is conceivable to calculate the life using each of the two methods and calculate the life by weighting and adding each. Both methods may be combined by other suitable methods.
  • the scan time is the number of pixels of the observed image ⁇ capture speed ⁇ total number of images.
  • the number of pixels can be obtained from the image size 132.
  • the capture speed is the irradiation time of the charged particle beam required to image one pixel. It can be obtained from the capture speed 133 on the GUI.
  • the same portion on the observed image may be imaged a plurality of times and the images obtained by the respective imaging may be superimposed.
  • the number of superposed sheets at this time is called an integrated number.
  • the stage movement amount for one field of view can be known depending on how many divisions are made in the imaging region, and thus the time required to move the movement amount can be used as the stage movement time.
  • FIG. 5 is a flowchart explaining the operation procedure of the scanning electron microscope 100. Each step of FIG. 5 will be described below.
  • the filament life estimation unit 149 calculates an estimated life time T FIL of the filament and displays it on the filament life time 136.
  • the image capturing time calculation unit 150 calculates the image capturing time T CAPT required to capture the observation image, and displays it on the image capturing time 137.
  • the user or the comparison unit 144 determines whether or not the entire imaging range can be imaged by comparing T FIL and T CAPT (S501). When the comparison unit 144 makes a determination, the result is presented on the determination result 138. When the user makes a judgment, the result is input to the judgment result 138. If the entire imaging range can be imaged, the imaging is performed (S502), and the present flowchart ends. If the entire image capturing range cannot be captured, the process proceeds to step S503.
  • Step S501 Supplement
  • T FIL >T CAPT the process proceeds to step S502. If T FIL ⁇ T CAPT , the process advances to step S502 and a caution message is presented to the user. If T FIL ⁇ T CAPT , the process proceeds to step S503.
  • Step S502 Supplement
  • the user may be notified of a message indicating that imaging is possible on the GUI by characters or symbols.
  • Fig. 5 Steps S503 to S505
  • the computer 126 prompts the user to specify, on the GUI, whether to take an image until the filament 125 is cut or to replace the filament 125 with a new one and then start the image pickup (S503).
  • the replacement S504: photographing
  • the replacement work is performed (S505), and the present flowchart ends. If the user selects imaging, the process proceeds to step S506.
  • Steps S506 to S508 The scanning electron microscope 100 continues imaging until the filament 125 is broken (S506).
  • the computer 126 displays a message on the GUI prompting the filament 125 to be replaced (S507).
  • the user replaces the filament 125 (S508).
  • Step S506 Supplement
  • Whether or not the filament 125 is broken can be determined, for example, by monitoring the value of the current flowing through the filament 125 and determining that the wire is broken when the current value becomes less than the determination threshold value. Alternatively, the determination may be made by an appropriate method.
  • the control unit 117 stops the imaging operation when the filament 125 is broken.
  • the scanning electron microscope 100 automatically determines whether or not the filament is cut during long-time observation before performing long-time observation, and notifies the user of the fact that the filament is cut halfway and re-established. It is possible to reduce the time and effort required for measurement and to start imaging with peace of mind.
  • the user can change the observation conditions that were originally planned by viewing the life time of the filament and set in advance the condition that the imaging can be completed without the filament being cut, so that the filament can be used to the maximum extent.
  • the setting condition capable of imaging in S503 can be presented to the user on the GUI.
  • the second embodiment of the present invention a specific example thereof will be presented.
  • the obtained filament life time T FIL is compared with the imaging time T CAPT . If T FIL ⁇ T CAPT or T FIL ⁇ T CAPT , the filament 125 is likely to be cut during the observation. At this time, if attention is paid or filament replacement is prompted as in the first embodiment, the filament 125 will be replaced even though the filament 125 can be used for some time, resulting in extra replacement cost for the user. Become. In view of this, in the second embodiment of the present invention, setting conditions that allow imaging within the range of the estimated filament life time are presented on the GUI.
  • the observation range that can be imaged within the estimated filament life time range is presented to the user, and the user can set an arbitrary place within the observation range.
  • the computer 126 arbitrarily changes (a) the number of images in each of the XY directions, (b) the scan speed, (c) the image size, (d) the number of images, and other parameters relating to the imaging time.
  • several conditions that can be imaged within the filament life time are presented. At this time, the user may fix any of the parameters. In that case, the computer 126 presents the setting conditions that allow imaging while changing the other parameters.
  • the user can maximize the life of the filament 125, so that the running cost required for the filament 125 can be reduced and the labor for exchanging the filament 125 can be reduced.
  • the scanning electron microscope 100 calculates the maximum value of each condition using the filament life time before the user inputs the setting condition.
  • the time required for automatic wide area observation can be roughly estimated (by multiplying these) according to the number of images taken, scan speed, total number of pixels, number of pixels, etc. Therefore, for example, if you want to find the maximum number of images that can be captured, substitute the minimum value that can be set for other parameters such as scan speed into the formula to estimate the maximum number of images that can be captured within the current filament life time. You can Other parameters can be calculated in the same manner, and when a certain parameter is set, each parameter is recalculated using the set value. Thereby, even when the user inputs each setting condition in an arbitrary order, it is possible to automatically set a condition in which imaging can be performed within the filament life time. Therefore, the labor required for the user to set the conditions can be reduced as compared with the second embodiment.
  • the present invention can be applied to other types of charged particle beam devices. That is, if the charged particle beam device uses the filament 125 as a charged particle beam source, the present invention can be used to present the comparison result of the remaining life of the filament 125 and the imaging time on the GUI.

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Abstract

本発明は、観察途中においてフィラメントが切れて再測定する必要が生じる可能性を減らすとともに、装置のランニングコストを低減させ、装置稼働効率を向上させることを目的とする。本発明に係る荷電粒子線装置は、試料の観察画像を生成するために要する撮像時間を算出するとともに、フィラメントの残り使用可能時間を推定し、前記撮像時間が前記残り使用可能時間よりも長い場合は、その旨を提示する（図３参照）。

Description

荷電粒子線装置
　本発明は、試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関する。
　荷電粒子線装置の荷電粒子線源としてフィラメントが用いられる。例えば荷電粒子線源が電子である場合、フィラメント両端に電圧を印加し、フィラメントを加熱したときに発生する熱電子を用いる。この原理を用いた電子銃は熱電子銃と呼ばれる。この手法においては、フィラメントは高温化で使用されるので、昇華により使用にともなってフィラメントが損耗し、損耗が激しくなると断線してしまう。熱電子銃のフィラメント寿命時間は、一般的に５０から１００時間程度と短く、ショットキー型電子銃におけるフィラメントの寿命時間が１から２年であることを考えると頻繁に切れることが分かる。したがって、長時間観察・分析などにおいてフィラメントを連続稼働すると、フィラメントが観察中に切れてしまうリスクが高くなる。長時間撮像においてフィラメントが途中で断線すると、再度観察試料の視野探しやフォーカス調整などを実施して撮像しなおす必要があるので、装置の利用効率が悪くなってしまう。撮像途中で切れないように観察前に新品のフィラメントに交換することもできるが、より多くのフィラメントを使用することになり、ランニングコストを増大させる原因につながる。
　下記特許文献１は、ショットキー電子源を使用した電子線装置において、電子源寿命による不意なダウンタイムを防ぎ、電子源または電子銃を最適な時期に交換するための技術を開示している。同文献においては、電子源の使用許容時間をあらかじめ設定しておき、その使用許容時間と積算使用時間に基づいて残り寿命時間を算出する。
特開２００１－１６４１６４号公報
　特許文献１においては、使用許容時間と積算使用時間を比較する。しかしこの使用許容時間はユーザが設定したものであるので、必ずしもフィラメントの寿命を正確に反映していない場合がある。またこの使用許容時間は必ずしも観察時間を反映していないので、観察途中においてフィラメントが切れてしまう可能性がある。
　本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、観察途中においてフィラメントが切れて再測定する必要が生じる可能性を減らすとともに、装置のランニングコストを低減させ、装置稼働効率を向上させることを目的とする。
　本発明に係る荷電粒子線装置は、試料の観察画像を生成するために要する撮像時間を算出するとともに、フィラメントの残り使用可能時間を推定し、前記撮像時間が前記残り使用可能時間よりも長い場合は、その旨を提示する。
　本発明に係る荷電粒子線装置によれば、観察途中においてフィラメントが切れる可能性を抑制することができる。これにより、荷電粒子源の寿命による不意なダウンタイムを防ぎ、電子源または電子銃を最適な時期に交換することができる。したがって装置のランニングコストを低減させ、装置稼働効率を向上させることができる。
実施形態１に係る走査型電子顕微鏡１００の構成図である。 広領域の観察画像を撮像する方法の例である。 表示装置１０３が表示するＧＵＩの例である。 コンピュータ１２６の構成を示す機能ブロック図である。 フィラメント１２５の電気抵抗の経時変化を例示するグラフである。 走査型電子顕微鏡１００の動作手順を説明するフローチャートである。
＜実施の形態１＞
　図１は、本発明の実施形態１に係る走査型電子顕微鏡１００の構成図である。走査型電子顕微鏡１００は、鏡筒部１０１、試料室１０２、制御部１１７、コンピュータ１２６、表示装置１０３、を備える。鏡筒部１０１は、陰極１０６、ウェーネルト１０７、フィラメント１２５、陽極１０９、第１集束レンズ１１０、第２集束レンズ１１１、上段偏向コイル１１２、下段偏向コイル１１３、対物レンズ１１４、を有する。試料室１０２は、真空ポンプ１０５によって１０－３～１０－４Ｐａの真空度に保たれる。試料室１０２は、試料１１５、試料台１１６、試料ステージ１２７、検出器１０４、を有する。
　制御部１１７は、走査型電子顕微鏡１００が備える各部を制御する機能部であり、高電圧制御回路１１９、集束レンズ制御回路１２０、偏向制御回路１２１、対物レンズ制御回路１２２、信号処理回路１２３、を有する。高電圧制御回路１１９は、電子銃１１８に対して印加する電圧を制御する。集束レンズ制御回路１２０は、第１集束レンズ１１０と第２集束レンズ１１１を制御する。偏向制御回路１２１は、上段偏向コイル１１２と下段偏向コイル１１３を制御する。対物レンズ制御回路１２２は、対物レンズ１１４を制御する。
　高電圧制御回路１１９は、電子銃１１８内のフィラメント１２５、ウェーネルト１０７、および陽極１０９に対して所望の電圧を印加する。電圧印加によりフィラメント１２５より１次電子ビーム１０８が放出される。電子銃１１８は、例えばフィラメント１２５を加熱することにより発生する熱電子を利用して１次電子ビーム１０８を出射する熱電子銃として構成することができる。
　１次電子ビーム１０８は、第１集束レンズ１１０と第２集束レンズ１１１によって集束された後、対物レンズ１１４によって試料１１５上に集束される。試料１１５上に集束される１次電子ビーム１０８は同時に、上段偏向コイル１１２と下段偏向コイル１１３によって試料１１５上に対する照射位置を走査される。１次電子ビーム１０８の照射にともなって、試料１１５からは試料１１５の形状や組成などによって決まる信号電子が放出される。検出器１０４はその信号電子を検出する。検出された信号電子は、増幅器１２４により増幅され、信号処理回路１２３を介してコンピュータ１２６へ出力される。コンピュータ１２６は、信号電子の検出結果を用いて試料１１５の観察画像を生成し、表示装置１０３はその観察画像を表示する。
　近年、コンピュータ１２６の記憶領域の増大化や、処理能力の高速化によって、広領域の画像を高解像で取得する傾向にある。このような使用方法は、試料１１５内のある数１０ｎｍ～数１０μｍオーダの物質や構造を数ｍｍ～数１０ｍｍ程度の広い領域において観察する用途や、微小物質の分析などの用途で使用されている。一方、走査型電子顕微鏡１００は１次電子ビーム１０８を走査して１画素分ずつの信号情報を取得するので、ある程度のＳ／Ｎレベルを有する観察画像を取得するためには、高解像・広領域の画像を取得する場合であっても、１画素分の走査時間を短くすることができない。一般的には１画素当たりの走査時間は、数１０ｎｓ～数１００μｓ程度である。例えば、１画素あたり１０ｎｍ正方領域を１０μｓの走査時間で取得し、観察画像サイズが１ｍｍ正方である場合を考えると、観察画像全体を撮像するために要する時間は、１ｍｍ×１ｍｍ／（１０ｎｍ×１０ｎｍ）×１０μｓ＝１０００００ｓ＝２７．８ｈとなり、非常に長い時間が必要である。
　一般的にこのような広領域を撮像する方法として、１枚の画像に含まれる画素数を増やす方法、試料ステージ１２７を少しずつ動かしながら複数枚の画像を撮像してつなぎ合わせる方法、などがある。前者の方法は、１次電子ビーム１０８の走査間隔を細かくするとともに撮像領域を広くする。この方法は繋ぎ目のない綺麗な画像がとれる反面、最大画素数がコンピュータのメモリによって制限されるので、画像サイズが制限されてしまう。そのため一般的には後者の手法のように１回に撮像される画素数や画像の視野範囲を観察物に合わせておき、試料ステージ１２７を動かしながら複数枚撮像して張り合わせる手法がとられる。ユーザはあらかじめ観察領域や観察条件などを設定しておくことにより、指定した観察領域を自動的に撮像することができる。したがって、撮像過程を人が監視することなく長時間自動的に所望の観察画像を得ることができる。もちろん、両方の手法を組み合せることも可能である。
　広領域を観察または分析する際、場合によっては長時間連続して走査型電子顕微鏡１００を稼働させておく必要がある。一方、フィラメント１２５は有寿命であり、フィラメント１２５が寿命を迎えると観察を続行することができなくなる。フィラメント１２５の寿命は電子銃１１８の種類によって異なり、タングステンフィラメントを用いた場合は条件にも依るが、一般的に５０～１００時間程度と言われている。フィラメント１２５の寿命は観察時間より長い必要がある。フィラメント１２５の寿命が観察時間よりも短ければ、フィラメント１２５が観察途中で切れてしまい、ユーザはフィラメント１２５を交換して再度観察し、あるいは観察が途切れてしまったところから観察を再開する必要がある。
　このような状況を防ぐため、長時間観察する際は前もって新しいフィラメントに交換してもよいが、より多くのフィラメントを使用することとなり、ランニングコストの増大につながる。本実施形態１はこのような状況において、フィラメント１２５の状態や設定される観察条件に応じて、ユーザが観察を継続するか否かを判断できるようにすることにより、装置の稼働率や装置のランニングコストの向上を図る。
　図２は、広領域の観察画像を撮像する方法の例である。ユーザは測定範囲１３１を指定し、撮像方向１３０は測定開始位置１２８から開始して左から右へ向かって１次電子ビーム１０８を走査する。走査位置が測定範囲１３１の右端に達すると１つ下の画素ラインへ走査位置を移動する。以上の手順を測定終了位置１２９まで繰り返す。
　図３は、表示装置１０３が表示するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の例である。ユーザは、観察画像の画像サイズ１３２とキャプチャスピード１３３を入力する。複数の観察画像を撮像して張り合わせる場合は、Ｘ方向における撮像枚数１３４とＹ方向における撮像枚数１３５を指定する。１つの観察画像のみ撮像する場合はＸＹともに１枚とすればよい。これらの値は、ユーザが所望の観察条件や撮像範囲に応じて、入力もしくは決められた選択肢から選択する。
　撮像画像１３９は、あらかじめ撮像した試料１１５の画像である。ユーザは撮像画像１３９上で、走査型電子顕微鏡１００によって撮像する範囲を指定する。ユーザが撮像範囲を指定することができれば、撮像画像１３９は光学的に撮像した画像でもよいし走査電子顕微鏡像でもよい。観察範囲の指定は、（ａ）ユーザが所望の撮像範囲を図形で囲むことにより指定する、（ｂ）ユーザが測定開始位置１２８と測定終了位置１２９を指定し、その座標から撮像範囲を決める、などによって指定することができる。撮像画像１３９がない場合は、走査型電子顕微鏡１００によって取得した観察画像をＧＵＩ上に表示しながら、試料ステージ１２７を動かして測定開始位置１２８と測定終了位置１２９をユーザが指定してもよい。撮像範囲は複数指定してもよい。
　フィラメント寿命時間１３６は、コンピュータ１２６がフィラメント１２５の寿命（正常に使用することができるまでの残時間）を推定した結果を表示する。撮像時間１３７は、ＧＵＩ上で指定したパラメータにしたがって試料１１５の観察画像を取得するために要する時間をコンピュータ１２６が算出した結果を表示する。判断結果１３８は、撮像画像全体を取得することができるか否かを後述するフローチャートにしたがってコンピュータ１２６が判断した結果を示す。
　図４Ａは、コンピュータ１２６の構成を示す機能ブロック図である。コンピュータ１２６は、比較部１４４、フィラメント寿命推定部１４９、撮像時間算出部１５０、記憶部１４５を備える。比較部１４４／フィラメント寿命推定部１４９／撮像時間算出部１５０は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することにより構成することもできる。記憶部１４５は例えばハードディスクなどの記憶装置によって構成することができる。比較部１４４の動作については後述する。
　フィラメント寿命推定部１４９は、タイマ１４０、電流読取部１４１、通電時間記録部１４２、寿命算出部１４３を備える。タイマ１４０は、フィラメント１２５に対して通電した時間をカウントする。電流読取部１４１は、フィラメント１２５に流れる電流値を例えば電流計（図示せず）から読み取る。通電時間記録部１４２は、タイマ１４０がカウントした通電時間を積算し、記憶部１４５に対してその積算通電時間を格納する。寿命算出部１４３は、後述する手法によりフィラメント１２５の寿命を算出する。その算出結果をフィラメント１２５の推定寿命として用いる。
　撮像時間算出部１５０は、時間算出部１４６、時間記録部１４７、設定読取部１４８を備える。設定読取部１４８は、図３で説明したＧＵＩ上でユーザが設定した画像サイズ１３２／キャプチャスピード１３３／撮像枚数１３４／撮像枚数１３５を取得する。時間記録部１４７は、走査型電子顕微鏡１００が試料１１５の観察画像を撮像した時間を積算し、その積算時間を記憶部１４５に対して格納する。時間算出部１４６は、後述する手法により試料１１５の観察画像を撮像するために要する時間を算出する。
（フィラメント１２５の寿命算出方法その１）
　フィラメント１２５を使用し始めてから正常に使用できなくなるまでの総寿命時間をあらかじめ経験的に求め、記憶部１４５にその総寿命時間を格納しておく。通電時間記録部１４２は、フィラメント１２５を新品に交換してからの積算通電時間を記憶部１４５に格納する。寿命算出部１４３は、記憶部１４５が格納している寿命時間と積算通電時間との間の差分を求めることにより、フィラメント１２５の残り使用可能時間を算出する。
（フィラメント１２５の寿命算出方法その２）
　図４Ｂは、フィラメント１２５の電気抵抗の経時変化を例示するグラフである。フィラメント１２５は高温下で使用され、使用時間が積算するのにともなって昇華するので、フィラメント１２５の太さは徐々に変化する。これによりフィラメント１２５の電気抵抗は経過変化する。図４Ｂに例示する経時変化を表すデータをあらかじめ記憶部１４５に格納しておく。寿命算出部１４３は、フィラメント１２５の電気抵抗値を取得し、その電気抵抗値を用いて図４Ｂのデータを参照することにより、フィラメントの１２５の残り使用可能時間を算出する。
（フィラメント１２５の寿命算出方法その３）
　上記方法を組み合わせて寿命を算出することもできる。例えば両方法それぞれを用いて寿命を計算し、それぞれ重み付け加算することによって寿命を算出することが考えられる。その他適当な方法によって両方法を組み合わせてもよい。
　時間算出部１４６は、下記式にしたがって観察画像を撮像するために要する時間を算出することができる：撮像時間＝撮像枚数×（スキャン時間＋ステージ移動時間＋待ち時間）。スキャン時間は、観察画像の画素数×キャプチャスピード×積算枚数である。画素数は画像サイズ１３２から求めることができる。キャプチャスピードは、１画素を撮像するために必要な荷電粒子線の照射時間である。ＧＵＩ上のキャプチャスピード１３３から得ることができる。ＳＮ比を向上させるなどの目的のために、観察画像上の同一箇所を複数回撮像し、各撮像によって得られた画像を重畳する場合がある。このときの重畳枚数を積算枚数と呼ぶ。撮像領域を何分割するかによって例えば１視野分のステージ移動量が分かるので、その移動量を移動させるのに必要な時間をステージ移動時間として用いることができる。
　図５は、走査型電子顕微鏡１００の動作手順を説明するフローチャートである。以下図５の各ステップについて説明する。
（図５：ステップＳ５０１～Ｓ５０２）
　フィラメント寿命推定部１４９はフィラメントの推定寿命時間ＴＦＩＬを算出し、フィラメント寿命時間１３６上に表示する。撮像時間算出部１５０は観察画像を撮像するために要する撮像時間ＴＣＡＰＴを算出し、撮像時間１３７上に表示する。ユーザまたは比較部１４４は、ＴＦＩＬとＴＣＡＰＴを比較することにより、撮像範囲全体を撮像することができるか否かを判定する（Ｓ５０１）。比較部１４４が判定した場合はその結果を判断結果１３８上に提示する。ユーザが判定した場合はその結果を判断結果１３８に対して入力する。撮像範囲全体を撮像できる場合は撮像を実施し（Ｓ５０２）、本フローチャートを終了する。撮像範囲全体を撮像できない場合はステップＳ５０３へ進む。
（図５：ステップＳ５０１：補足）
　本ステップにおける判断基準としては例えば以下のようなものが考えられる。ＴＦＩＬ＞ＴＣＡＰＴであればステップＳ５０２へ進む。ＴＦＩＬ≒ＴＣＡＰＴであればステップＳ５０２へ進むとともにユーザに対して注意喚起メッセージを提示する。ＴＦＩＬ＜ＴＣＡＰＴであればステップＳ５０３へ進む。
（図５：ステップＳ５０２：補足）
　Ｓ５０１からＳ５０２へ進む際には、ＧＵＩ上において、撮像が可能であることを示すメッセージを、文字や記号などによってユーザに対して知らせてもよい。
（図５：ステップＳ５０３～Ｓ５０５）
　コンピュータ１２６は、ＧＵＩ上において、フィラメント１２５が切れるまで撮像するか、それともフィラメント１２５を新しいものに交換してから撮像を開始するかを指定するように、ユーザに対して促す（Ｓ５０３）。ユーザが交換を選択した場合は（Ｓ５０４：撮影）交換作業を実施し（Ｓ５０５）、本フローチャートを終了する。ユーザが撮像を選択した場合はステップＳ５０６へ進む。
（図５：ステップＳ５０６～Ｓ５０８）
　走査型電子顕微鏡１００は、フィラメント１２５が断線するまで撮像を継続する（Ｓ５０６）。フィラメント１２５が断線したとき、コンピュータ１２６はＧＵＩ上において、フィラメント１２５を交換するよう促すメッセージを表示する（Ｓ５０７）。ユーザはフィラメント１２５を交換する（Ｓ５０８）。
（図５：ステップＳ５０６：補足）
　フィラメント１２５が断線したか否かは、例えばフィラメント１２５に流れる電流値を監視し、電流値が判定閾値未満になったとき断線したと判定することができる。その他適当な手法により判定してもよい。制御部１１７は、フィラメント１２５が断線した時点で撮像動作を停止する。
＜実施形態１：まとめ＞
　本実施形態１に係る走査型電子顕微鏡１００は、長時間観察を行う前に長時間観察中にフィラメントが切れるかどうかを自動的に判断して、ユーザに知らせることによってフィラメントが途中で切れて再測定する手間を減らすことができるとともに、安心して撮像を開始することができる。またユーザは、フィラメントの寿命時間をみて、当初予定していた観察条件を変えてフィラメントが切れずに撮像が終了できる条件に前もって設定することができるため、フィラメントを最大限に活用することができ、フィラメントを交換する手間を減らすとともに、装置のランニングコストを低減することができる。
＜実施の形態２＞
　実施形態１において、撮像時間がフィラメント１２５の残寿命以上である場合、Ｓ５０３において撮像可能な設定条件をＧＵＩ上でユーザに対して提示することができる。本発明の実施形態２では、その具体例を提示する。
　例えば、求めたフィラメント寿命時間ＴＦＩＬと撮像時間ＴＣＡＰＴを比較し、ＴＦＩＬ≒ＴＣＡＰＴもしくはＴＦＩＬ＜ＴＣＡＰＴである場合、観察途中にてフィラメント１２５が切れてしまう可能性が高い。このとき実施形態１のように、注意喚起やフィラメント交換を促すと、まだフィラメント１２５をいくらかの時間は使用できるのにフィラメントを交換することになるので、ユーザにとっては余分な交換コストがかかることとなる。そこで本発明の実施形態２においては、推測されたフィラメント寿命時間の範囲内で撮像可能な設定条件をＧＵＩ上で提示する。
　具体的には、例えば推測したフィラメント寿命時間の範囲内で撮像可能な観察範囲をユーザに提示し、ユーザはその観察範囲内で任意の場所を設定することができる。コンピュータ１２６は、観察範囲以外にも、（ａ）ＸＹ方向それぞれの撮像枚数、（ｂ）スキャンスピード、（ｃ）画像サイズ、（ｄ）積算枚数、など撮像時間に関わる各パラメータを任意に変更しながら、フィラメント寿命時間内に撮像できる複数の条件を提示する。このときユーザはいずれかのパラメータを固定してもよい。その場合、コンピュータ１２６はそれ以外のパラメータを変更しながら撮像可能な設定条件を提示する。
　本実施形態２によれば、ユーザはフィラメント１２５の寿命を最大限活用することができるので、フィラメント１２５に要するランニングコストを低減し、フィラメント１２５を交換する手間を削減することができる。
＜実施の形態３＞
　実施形態２では、フィラメント寿命が撮像時間以下である場合、フィラメント寿命時間内で撮像できる設定条件をＧＵＩ上で提示することを説明した。一方で、フィラメント寿命時間は各設定条件に関係なくあらかじめ求めることができる。また、撮像に要する各設定条件はある一定の範囲を有すると考えられる。そこで本発明の実施形態３に係る走査型電子顕微鏡１００は、ユーザが設定条件を入力する前に、フィラメント寿命時間を用いて各条件の最大値を算出することとする。
　自動広域観察に必要な時間は、撮像枚数、スキャンスピード、積算枚数、画素数などにしたがって（これらを乗算することにより）概算できる。したがって例えば最大撮像枚数を求めたい場合は、他のスキャンスピードなどのパラメータにおける設定可能な最小値を計算式に代入することにより、現在のフィラメント寿命時間内で撮像可能な最大撮像枚数を概算することができる。他のパラメータも同様に計算することができ、あるパラメータが設定された場合は、その設定値を用いて各パラメータを再計算する。これにより、ユーザが各設定条件を任意の順番で入力した場合であっても、自動的にフィラメント寿命時間内で撮像可能な条件を設定できる。したがって、ユーザが条件を設定する際に要する手間を、実施形態２よりも少なくすることができる。
＜本発明の変形例について＞
　以上の実施形態において、走査型電子顕微鏡１００を例示したが、その他タイプの荷電粒子線装置においても、本発明を適用することができる。すなわち、フィラメント１２５を荷電粒子線源として用いる荷電粒子線装置であれば、本発明を用いてフィラメント１２５の残寿命と撮像時間の比較結果をＧＵＩ上に提示することができる。
１００：走査型電子顕微鏡
１０１：鏡筒部
１０２：試料室
１０３：表示装置
１０４：検出器
１０５：真空ポンプ
１０６：陰極
１０７：ウェーネルト
１０８：電子ビーム
１０９：陽極
１１０：第１集束レンズ
１１１：第２集束レンズ
１１２：上段偏向コイル
１１３：下段偏向コイル
１１４：対物レンズ
１１５：試料
１１６：試料台
１１７：制御部
１１８：電子銃
１１９：高電圧制御回路
１２０：集束レンズ制御回路
１２１：偏向制御回路
１２２：対物レンズ制御回路
１２３：信号処理回路
１２４：増幅器
１２５：フィラメント
１２６：コンピュータ
１２７：試料ステージ

Claims (8)

  1. 　試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
    　フィラメントから前記荷電粒子線を照射する荷電粒子線源、
    　前記荷電粒子線が前記試料に衝突することにより生じる２次荷電粒子を検出する検出器、
    　前記検出器が検出した前記２次荷電粒子を用いて前記試料の画像を生成するコンピュータ、
    　を備え、
    　前記コンピュータは、前記画像を生成するために要する撮像時間を算出し、
    　前記コンピュータは、前記フィラメントを正常に使用することができる残り時間を推定し、
    　前記コンピュータは、前記撮像時間が前記残り時間よりも長い場合は、その旨を示すアラートを出力する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　前記コンピュータは、前記撮像時間が前記残り時間よりも長い場合は、前記アラートとして、前記フィラメントを正常に使用することができる時間内に前記画像を生成することができる撮像可能範囲を提示する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  3. 　前記コンピュータは、
    　　前記画像の撮像枚数、
    　　前記画像の画素サイズ、
    　　前記画像を１画素分撮影するために必要な前記荷電粒子線の照射時間、
    　　前記画像の同一箇所について重畳して前記画像を撮像する積算枚数、
    　のうち少なくともいずれかを撮像条件パラメータとして指定する指定入力を受け取り、
    　前記コンピュータは、前記指定入力による指定にしたがって前記撮像時間を算出し、
    　前記コンピュータは、前記撮像時間が前記残り時間よりも長い場合は、前記撮像可能範囲として、前記フィラメントを正常に使用することができる時間内に撮像完了することができる前記撮像条件パラメータを提示する
    　ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
  4. 　前記コンピュータは、前記撮像時間が前記残り時間よりも長い場合は、前記撮像可能範囲に到達するまで前記画像を取得するか、それとも前記フィラメントを交換するかを選択するように促すユーザインターフェースを提示し、
    　前記コンピュータは、前記ユーザインターフェースを介して、前記撮像可能範囲に到達するまで前記画像を取得する旨を選択する指示を受け取った場合は、前記フィラメントが正常に使用できなくなるまで前記画像を生成する
    　ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
  5. 　前記コンピュータは、前記撮像時間が前記残り時間よりも長い場合は、前記フィラメントを正常に使用することができる時間内に撮像完了することができる範囲内で設定可能な各前記撮像条件パラメータの最大値を、前記撮像可能範囲として提示する
    　ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
  6. 　前記コンピュータは、前記フィラメントに流れる電流の測定値を取得し、
    　前記コンピュータは、前記電流の測定値が判定閾値未満に達したとき、前記フィラメントが正常に使用できなくなったと判定するとともに、前記フィラメントを交換するように促すメッセージを前記ユーザインターフェース上で提示する
    　ことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。
  7. 　前記荷電粒子線装置はさらに、前記フィラメントを正常に使用することができる総使用可能時間を記述したデータを格納する記憶部を備え、
    　前記コンピュータは、前記フィラメントに対して通電した積算時間を算出し、
    　前記コンピュータは、前記総使用可能時間と前記積算時間を比較することにより、前記残り時間を推定する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  8. 　前記荷電粒子線装置はさらに、前記フィラメントの電気抵抗値と前記フィラメントの使用可能時間との間の関係を記述したデータを格納する記憶部を備え、
    　前記コンピュータは、前記フィラメントの電気抵抗値を算出し、
    　前記コンピュータは、前記算出した電気抵抗値を用いて前記データを参照することにより、前記残り時間を推定する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
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