特許 5738718 電子顕微鏡の制御方法、電子顕微鏡、プログラム及び情報記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5738718

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】電子顕微鏡の制御方法、電子顕微鏡、プログラム及び情報記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20150604BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20150604BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 502G

   H01J37/147 B

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-187780(P2011-187780)

(22)【出願日】2011年8月30日

(65)【公開番号】特開2013-51089(P2013-51089A)

(43)【公開日】2013年3月14日

【審査請求日】2014年5月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】ティミシェル フェリックス

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０２６９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４２７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０８３６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／０２、３７／０５、３７／０９−３７／１８、

３７／２１−３７／２４４、３７／２５２−３７／２９５、

Ｈ０１Ｌ ２１／６４−２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料上で電子ビームを走査し、電子ビームの走査に基づき試料から生じる信号を検出する検出器からの検出信号に基づいて電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡の制御方法であって、
前記検出器からの検出信号を取得する取得工程と、
電子ビームが電子顕微鏡像を構成する所与のピクセルに対応する試料上の位置を照射しているときに、連続的に取得された複数の検出信号の平均値を求める処理と、求めた平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理とを、前記所定の条件を満たすと判定されるまで繰り返す判定工程と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、求めた平均値を当該電子ビーム照射位置に対応するピクセルにおける検出信号の値として出力する出力工程と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、電子ビームの走査として電子ビームの照射位置を移動させるための制御を行う制御工程とを含む、電子顕微鏡の制御方法。

【請求項2】

試料上で電子ビームを走査し、電子ビームの走査に基づき試料から生じる信号を検出する検出器からの検出信号に基づいて電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡であって、
前記検出器からの検出信号を取得する取得部と、
電子ビームが電子顕微鏡像を構成する所与のピクセルに対応する試料上の位置を照射しているときに、連続的に取得された複数の検出信号の平均値を求める処理と、求めた平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理とを、前記所定の条件を満たすと判定されるまで繰り返す判定部と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、求めた平均値を当該電子ビーム照射位置に対応するピクセルにおける検出信号の値として出力する出力部と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、電子ビームの走査として電子ビームの照射位置を移動させるための制御を行う制御部とを含む、電子顕微鏡。

【請求項3】

試料上で電子ビームを走査し、電子ビームの走査に基づき試料から生じる信号を検出する検出器からの検出信号に基づいて電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡が備えるコンピュータを、
前記検出器からの検出信号を取得する取得部と、
電子ビームが電子顕微鏡像を構成する所与のピクセルに対応する試料上の位置を照射しているときに、連続的に取得された複数の検出信号の平均値を求める処理と、求めた平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理とを、前記所定の条件を満たすと判定されるまで繰り返す判定部と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、求めた平均値を当該電子ビーム照射位置に対応するピクセルにおける検出信号の値として出力する出力部と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、電子ビームの走査として電子ビームの照射位置を移動させるための制御を行う制御部として機能させるためのプログラム。

【請求項4】

コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、請求項３に記載のプログラムを記憶した情報記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子顕微鏡の制御方法、電子顕微鏡、プログラム及び情報記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、入力装置を介してユーザがスループットの向上を優先することを選択したとき、走査速度を比較的大きな値に設定し、ユーザがＳ／Ｎの向上を優先することを選択したとき、走査速度を比較的小さな値に設定する走査電子顕微鏡を備えた外観検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１９４２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の走査電子顕微鏡では、スキャン（走査）を開始する前に走査速度を設定しており、スキャンの途中で走査速度を変更することはできない。すなわち、１フレームを一定の走査速度で走査している。ここで、１フレームの画像（電子顕微鏡像）において輝度の高い領域（明るい領域）と輝度の低い領域（暗い領域）とが存在する場合に、明るい領域において検出信号のばらつきが大きく、暗い領域において検出信号のばらつきが小さくなる現象が生じる。また、装置の外乱ノイズが不均一な場合や、試料内で局所的に帯電が起こった場合にも、１フレームの画像上で検出信号のばらつきの大きい領域とばらつきの小さい領域が生じる。このような場合に、走査速度を小さくすると検出信号のデータ量が増えて、その結果明るい領域での検出信号の平均値（輝度値）の信頼性を上げることはできるものの、もともと信号ばらつきの小さい領域（暗い領域）では、その輝度値の信頼性は既に相対的に高くなっており、信号ばらつきの小さい領域についての走査時間が不要に長くなってしまう。

【0005】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、画像を構成する各画素（ピクセル）の輝度値の信頼性が全体として均一な画像を得ることができ、且つ、１フレーム分の画像の取得に要する時間を効果的に短縮することが可能な、電子顕微鏡の制御方法、電子顕微鏡、プログラム及び情報記憶媒体を提供することができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明は、試料上で電子ビームを走査し、電子ビームの走査に基づき試料から生じる信号を検出する検出器からの検出信号に基づいて電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡の制御方法であって、
前記検出器からの検出信号を取得する取得工程と、
電子ビームが電子顕微鏡像を構成する所与のピクセルに対応する試料上の位置を照射しているときに、連続的に取得された複数の検出信号の平均値を求める処理と、求めた平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理とを、前記所定の条件を満たすと判定されるまで繰り返す判定工程と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、求めた平均値を当該照射位置に対応する電子顕微鏡像のピクセル値として出力する出力工程と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、電子ビームの走査として電子ビームの照射位置を移動させるための制御を行う制御工程とを含む。

【0007】

また本発明は、試料上で電子ビームを走査し、電子ビームの走査に基づき試料から生じる信号を検出する検出器からの検出信号に基づいて電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡であって、
前記検出器からの検出信号を取得する取得部と、
電子ビームが電子顕微鏡像を構成する所与のピクセルに対応する試料上の位置を照射しているときに、連続的に取得された複数の検出信号の平均値を求める処理と、求めた平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理とを、前記所定の条件を満たすと判定されるまで繰り返す判定部と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、求めた平均値を当該照射位置に対応する電子顕微鏡像のピクセル値として出力する出力部と、
前記所定の条件を満たすと判定された場合に、電子ビームの走査として電子ビームの照射位置を移動させるための制御を行う制御部とを含む。

【0008】

また本発明は、上記各部（取得部、判定部、出力部、制御部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムに関する。また本発明は、コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、上記各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶した情報記憶媒体に関する。

【0009】

ここで、「試料から生じる信号」とは、本発明を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に適用する場合には、試料から放出される二次電子或いは反射電子又は試料からの吸収電流であり、本発明を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に適用する場合には、試料を透過した透過電子である。

【0010】

本発明によれば、あるピクセルに対応する検出信号の平均値（輝度値）の信頼性が所定の条件を満たさない場合（例えば、信号のばらつきが大きいために当初の当該信頼性が低い場合）には、当該ピクセルに対応する試料上の位置で取得する検出信号の数を当該ピクセルに対応する信号を検出しながら多くし、一方、検出信号の平均値の信頼性が既に所定の条件を満たすピクセルの場合（例えば、検出信号のばらつきが小さいので、当初から当該信頼性が高くなっている場合）には、そのピクセルに対応する試料上の位置で取得する検出信号の数を少なくすることができる。すなわち本発明によれば、検出信号のばらつきに応じて走査速度（所与のピクセルに対応する試料上の照射位置で取得する検出信号の数、電子ビームの試料上での当該照射位置における残留時間）を変更することで、全体として各ピクセルの輝度値の信頼性が均一な画像（電子顕微鏡像）を得ることができ、且つ、１フレーム分の画像の取得に要する時間を効果的に短縮することができる。

【0011】

（２）また、本発明に係る電子顕微鏡の制御方法では、
前記判定工程において、
取得された複数の検出信号の母集団が属する分布の期待値が、求めた平均値に基づき決定される信頼区間に含まれる確率を求め、求めた確率が所定の閾値を超えた場合に、前記所定の条件を満たすと判定してもよい。

【0012】

また本発明に係る電子顕微鏡、プログラム及び情報記憶媒体では、
前記判定部が、
取得された複数の検出信号の母集団が属する分布の期待値が、求めた平均値に基づき決定される信頼区間に含まれる確率を求め、求めた確率が所定の閾値を超えた場合に、前記所定の条件を満たすと判定してもよい。

【0013】

本発明によれば、各ピクセルにおける検出信号の平均値の信頼性を一定にすることができ、全体として各ピクセルの輝度値が均一な信頼性を有する画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る電子顕微鏡の構成の一例を示す図。

【図2】電子顕微鏡像の一例を示す図。

【図3】検出信号の母集団の分布が近似的にポアソン分布に従うことを示す図。

【図4】検出信号ａ_ｉと平均値ｍと期待値μとの関係をシミュレーションした結果を示す図。

【図5】期待値μの異なる２つの母集団について、検出信号ａ_ｉと平均値ｍと期待値μとの関係をシミュレーションした結果を示す図。

【図6】検出信号ａ_ｉと平均値ｍと期待値μとの関係と、そのときの確率γをシミュレーションした結果を示す図。

【図7】検出信号ａ_ｉと平均値ｍと期待値μとの関係と、そのときの確率γをシミュレーションした結果を示す図。

【図8】本実施形態の処理の一例を示すフローチャート図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0016】

１．構成
図１に、本実施形態に係る電子顕微鏡の構成の一例を示す。ここでは、電子顕微鏡が、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成を有する場合について説明するが、本発明を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に適用してもよい。なお本実施形態の電子顕微鏡は図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。

【0017】

図１に示すように、電子顕微鏡１００は、電子銃４と、コンデンサレンズ６と、コンデンサレンズ制御装置７と、走査コイル８と、走査コイル制御装置９と、対物レンズ１０と、対物レンズ制御装置１１と、ステージ１２と、ステージ制御装置１３と、検出器１４と、増幅器１５と、処理部２０と、操作部３０と、表示部３２と、記憶部３４と、情報記憶媒体３６とを含んでいる。

【0018】

電子銃４は、電子を加速し電子ビームＢを発生する。電子銃制御装置５は、電子銃４の加速電圧等を制御する。コンデンサレンズ６は、試料Ｓに到達する電子ビームＢの照射電流量及び開き角を制御するものであり、コンデンサレンズ制御装置７により制御される。対物レンズ１０は、電子ビームＢを試料Ｓの表面で集束させるためのものであり、対物レンズ制御装置１１により制御される。走査コイル８は、対物レンズ１０によって集束された電子ビームＢの試料Ｓ上での走査を行うための電磁コイルであり、走査コイル制御装置９により制御される。ステージ１２は、ステージ制御装置１３により制御され、試料Ｓを水平方向や垂直方向に移動させ、また試料Ｓを回転、傾斜させる。電子銃４、コンデンサレンズ６、走査コイル８及び対物レンズ１０は、電子顕微鏡の鏡筒２に設置されている。

【0019】

検出器１４は、集束された電子ビームＢの走査に基づいて試料Ｓから放出される二次電子や反射電子（電子ビームＢの走査に基づき試料Ｓから生じる信号の一例）を検出する。検出器１４によって検出された検出信号（二次電子や反射電子の強度信号）は、増幅器１５によって増幅された後、処理部２０に供給される。

【0020】

操作部３０は、ユーザが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部２０に出力する。操作部３０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル型ディスプレイなどのハードウェアにより実現することができる。

【0021】

表示部３２は、処理部２０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部３２は、処理部２０により生成された、電子顕微鏡像（集束された電子ビームＢの走査に基づく試料Ｓの二次電子像或いは反射電子像等の走査像）を表示する。

【0022】

記憶部３４は、処理部２０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。情報記憶媒体３６（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部２０は、情報記憶媒体３６に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。情報記憶媒体３６には、処理部２０の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶することができる。

【0023】

処理部２０は、コンデンサレンズ制御装置７、走査コイル制御装置９、対物レンズ制御装置１１及びステージ制御装置１３を制御する処理や、増幅器１５によって増幅された検出信号を、走査コイル制御装置９に供給される電子ビームＢの走査信号と同期された画像データ（電子顕微鏡像となる走査像データ）とする処理などの処理を行う。処理部２０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部２０は、取得部２２と、判定部２４と、出力部２６と、制御部２８とを含む。

【0024】

取得部２２は、増幅器１５によって増幅された検出信号を取得する。

【0025】

判定部２４は、取得部２２によって取得された複数の検出信号の平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理を行う。具体的には、判定部２４は、電子ビームＢが電子顕微鏡像を構成する所与のピクセルに対応する試料Ｓ上の同一位置を照射しているときに取得部２２で連続的に取得された複数の検出信号の平均値を求める処理と、求めた平均値に基づき前記複数の検出信号の平均値の信頼性が所定の条件を満たすか否かを判定する処理とを、前記所定の条件を満たすと判定されるまで繰り返す。

【0026】

この場合、判定部２４は、取得された複数の検出信号の母集団が属する分布の期待値が、求めた平均値に基づき決定される信頼区間に含まれる確率を前記信頼性として求め、求めた確率が所定の閾値を超えた場合に、前記複数の検出信号の平均値の信頼性が前記所定の条件を満たすと判定し、求めた確率が所定の閾値を超えていない場合に、前記複数の検出信号の平均値の信頼性が前記所定の条件を満たさないと判定することができる。

【0027】

出力部２６は、判定部２４によって前記複数の検出信号の平均値の信頼性が前記所定の条件を満たすと判定された場合に、求めた平均値を、そのときの電子ビームＢによる試料Ｓ上での照射位置に対応する電子顕微鏡像のピクセル値（輝度値）として出力する。ここで、電子顕微鏡像は、電子ビームＢの走査に基づく走査像（ＳＥＭ画像）からなる。

【0028】

制御部２８は、判定部２４によって前記所定の条件を満たすと判定された場合に、電子ビームＢの走査として電子ビームＢの試料Ｓ上での照射位置を移動させるための制御信号（走査信号）を生成し、生成した制御信号を走査コイル制御装置９に出力する。

【0029】

なお、本実施形態の電子顕微鏡１００が試料Ｓからの吸収電流を測定可能な構成であれば、電子ビームＢの走査に基づく試料Ｓからの吸収電流を検出信号として取得してもよい。また、本発明を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に適用する場合には、電子ビームＢの走査に基づき試料Ｓを透過する透過電子を検出信号として取得する。

【0030】

２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。

【0031】

図２は、電子顕微鏡像の一例であって、カーボンの被蒸着材の表面に蒸着により複数の金粒子を形成してなる試料Ｓを撮像したＳＥＭ画像である。図２に示す画像のように、輝度の高い領域（明るい領域、金粒子の部分）と輝度の低い領域（暗い領域、カーボンの部分）が存在する場合に、明るい領域において信号のばらつきが大きく、暗い領域において信号のばらつきが小さくなる現象が生じる。すなわち、電子ビームＢが試料Ｓ上の同一位置を照射しているときに検出される複数の検出信号（検出信号の母集団）のばらつきが、明るい領域においては大きくなり、暗い領域においては小さくなる。

【0032】

このような現象は、図３に示すように、検出信号の母集団の分布が近似的にポアソン分布（Poisson分布）に従うことに起因するものである。すなわち、検出信号の母集団が属する期待値μが低い分布（一例としてμ＝５、暗い領域における検出信号の分布）の幅は狭くなり、期待値μが高い分布（一例としてμ＝５０、明るい領域における検出信号の分布）の幅は広くなるため、試料Ｓ上の明暗によって信号のばらつきが不均一となる。

【0033】

電子顕微鏡像を生成する場合、電子ビームＢが試料Ｓ上の同一位置を照射しているときに連続的に取得される複数の検出信号（検出信号の母集団）の平均値ｍを次式により算出し、算出した平均値ｍを電子顕微鏡像の当該照射位置に対応するピクセル値（輝度値、表示値）として出力する。

【0034】

【数1】

【0035】

ここで、Ｎはサンプル数（同一位置で取得する検出信号の数）であり、ａ_ｉは各検出信号の値である。サンプル数Ｎは電子ビームＢの走査速度により決定され、走査速度が速いほどサンプル数Ｎは少なくなり、走査速度が遅いほどサンプル数Ｎは多くなる。

【0036】

図４は、電子ビームＢが試料Ｓ上の同一位置を照射しているときに連続的に検出される検出信号ａ_ｉと、各サンプル数で算出される平均値ｍと、検出信号の母集団が属する分布の期待値μとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。図４に示すように、サンプル数Ｎが多くなるほど平均値ｍと期待値μとの差が確率的に小さくなる。すなわち、走査速度を下げてサンプル数Ｎを増やすことで、ピクセル値（平均値ｍ）を実際の試料Ｓの状況（期待値μ）に確率的に近づかせることができる。

【0037】

図５は、期待値μの異なる２つの分布について、図４と同様のシミュレーションを行った結果を示した図である。２つの母集団の分布はポアソン分布に従い、それぞれμ＝１５０とμ＝１５の期待値をもつ。図５に示すように、μ＝１５０の場合とμ＝１５の場合ともにサンプル数Ｎが多くなるほど平均値ｍが期待値μに確率的に近づいていく。ただし、μ＝１５０の場合のほうがμ＝１５の場合よりも、平均値ｍと期待値μとの差が平均的に大きくなっている。すなわち、期待値μによらず平均的に同じ程度で期待値μから離れている平均値ｍを得る（各ピクセルの輝度値の信頼性が均一な電子顕微鏡像を得る）ためには、期待値μの高い母集団のサンプル数Ｎを、期待値μの低い母集団のサンプル数Ｎよりも多くする必要がある。

【0038】

本実施形態では、検出信号の平均値の信頼性を評価し、当該信頼性が所定の条件に入っていないと評価される場合にはサンプル数Ｎを多く（すなわち、走査速度を遅くして、その照射位置における電子ビームＢの残留時間を長く）し、一方、当該信頼性が既に所定の条件に入っている場合にはサンプル数Ｎを小さく（すなわち、走査速度を速くして、その照射位置における電子ビームＢの残留時間を短く）する制御を行う。当該信頼性の評価は、検出信号の母集団の平均値ｍと期待値μとの差を算出することができれば簡単に行うことができるが、期待値μを知ることはできないため、確率的な要素を考慮する必要がある。

【0039】

そこで本実施形態では、当該信頼性を評価するために、「信頼区間」の理論を用いる。図６（Ａ）は、同一照射位置で連続的に検出される検出信号ａ_ｉと、各サンプル数における平均値ｍと、検出信号の母集団が属する分布の期待値μとの関係を示す図である。まず、図６（Ａ）に示すように、平均値ｍに対して±ｋ（すなわち、２ｋ）の幅をもつ信頼区間を設定する。すなわち、平均値ｍと信頼区間ｍ±ｋとをサンプル毎に算出する。更に、期待値μが信頼区間ｍ±ｋに位置する確率γをサンプル毎に算出する。

【0040】

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の例において算出した確率γのシミュレーション結果を示す図である。図６（Ｂ）に示すように、サンプル数Ｎが増えると確率γが必ず増加する。そして、確率γが任意の閾値ｐを超えた場合に、検出信号の平均値ｍの信頼性が所定の条件を満たすと判断して、その時点のサンプル数Ｎで算出した平均値ｍをピクセル値として出力する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）の例では、閾値ｐを９５％に設定しており、サンプル数Ｎ＝６で確率γが閾値ｐを超え、その時点での平均値ｍは約１８となっている。

【0041】

以下、期待値μが信頼区間ｍ±ｋに位置する確率γの具体的な計算手順について説明する。

【0042】

まず、電子ビームＢの走査開始前に、信頼区間の幅２ｋと、確率γに対する閾値ｐとを任意の値に設定する。次に、電子ビームＢの走査を開始し、電子ビームＢが試料Ｓ上の同一位置を照射しているときに連続的に検出される検出信号の平均値ｍを式（１）により算出し、更に標準偏差σを算出する。ここでは、検出信号の母集団の分布が近似的にポアソン分布に従うことを前提としているため、標準偏差σを次式により算出する。

【0043】

【数2】

【0044】

また、自由度ｄを次式により算出する。

【0045】

【数3】

【0046】

ここで、Ｎはサンプル数である。また、後述する累積分布関数の計算で用いる積分の上限ｚを次式により算出する。

【0047】

【数4】

【0048】

また、後述する累積分布関数の計算で用いるパラメータＫを次式により算出する。

【0049】

【数5】

【0050】

ここで、Γはガンマ関数である。次に、ｔ−分布（Studentのｔ−分布）の累積分布関数Ｆ（ｚ）を次式により算出する。

【0051】

【数6】

【0052】

次に、式（６）により算出したＦ（ｚ）の値を、次式に代入して、期待値μが信頼区間ｍ±ｋに位置する確率γを算出する。

【0053】

【数7】

【0054】

式（７）により算出した確率γが予め設定した閾値ｐを超えた場合、その時点の平均値ｍをピクセル値として出力して、電子ビームＢの照射位置を次に走査すべき位置に移動させる制御を行う。一方、算出した確率γが閾値ｐを下回る場合には、サンプル数Ｎを１だけ増やして、改めて式（１）〜式（７）の計算を行う。

【0055】

このように本実施形態の手法では、期待値μが信頼区間ｍ±ｋに位置する確率γが閾値ｐを超えるまでサンプル数Ｎを増加させ、確率γが閾値ｐを超えたときの平均値ｍをピクセル値（輝度値、表示値）として出力することで、平均値ｍと期待値μとの平均的な差を期待値μによらず一定にすることができる。この場合、信号ばらつきの大きな領域（例えば、図２に示す画像における明るい領域）においてはサンプル数Ｎが多くなり、信号ばらつきの小さな領域（例えば、図２に示す画像における暗い領域）においてはサンプル数Ｎが小さくなることで、例えば、明るい領域における輝度値の信頼性を、暗い領域における輝度値の信頼性と同程度とすることができ、その結果、当該信頼性が均一的な電子顕微鏡像を得ることができる。また、信号ばらつきの小さな領域においてサンプル数Ｎが少なくなることで、当該領域における走査速度が速くなり、その結果、１フレーム分の画像の取得に要する時間を効果的に短縮することができる。

【0056】

なお、試料Ｓ上の明暗によって信号ばらつきが不均一になる場合とは別に、装置の外乱ノイズ（電子銃の高電圧の変動、微小放電、検出器への印加電圧の変動、宇宙線など）によっても検出信号のばらつきが不均一になる。また、試料Ｓ表面の組成（主に非導電性試料）によって試料Ｓ内で局所的に帯電が起きた場合にも、検出信号のばらつきが不均一になる。

【0057】

本実施形態の手法では、このような外乱ノイズや帯電に起因する信号ばらつきの不均一さを解消することもできる。但し、このような場合、検出信号の母集団の分布がポアソン分布に従わないため、本実施形態の手法を外乱ノイズ対策や帯電対策として使用する場合には、式（２）により標準偏差σを算出することに代えて、次式により標準偏差σを算出する。

【0058】

【数8】

【0059】

図７（Ａ）は、図６（Ａ）と同様に検出信号ａ_ｉと、平均値ｍと、期待値μとの関係をシミュレーションした結果を示す図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の例において式（８）の標準偏差σを用いて算出した確率γのシミュレーション結果である。

【0060】

なお、上述した信頼区間に関する理論が正しく成り立つのは母集団の分布が正規分布に従う場合のみであるが、サンプル数Ｎが十分に多い場合には、信頼区間に関する理論を近似的に、母集団の分布がポアソン分布に従う場合に適用することができる。従って、サンプル数Ｎが多くなることが予想される場合（例えば、確率γを大きな値に設定した場合）には、式（２）により標準偏差σを算出し、それ以外の場合又は外乱ノイズ対策や帯電対策を行う場合には、式（８）により標準偏差σを算出するように、標準偏差σを算出する計算式を使い分けてもよい。

【0061】

また、通常の電子顕微鏡像において、試料Ｓ上の明暗による信号ばらつきと、外乱ノイズや帯電に起因する信号ばらつきの両方が存在する場合に、これらの信号ばらつきを同様に考慮するために、標準偏差σとして、式（２）の標準偏差と式（８）の標準偏差の二乗平均を用いるようにしてもよい。すなわち、式（２）により算出した標準偏差をσ_１とし、式（８）により算出した標準偏差をσ_２として、次式により標準偏差σを算出してもよい。

【0062】

【数9】

【0063】

３．処理
次に、本実施形態の処理の一例について図８のフローチャートを用いて説明する。

【0064】

まず、処理部２０は、信頼区間の幅２ｋと確率の閾値ｐの値を設定し（ステップＳ１０）、サンプル数Ｎに１を設定する（ステップＳ１２）。

【0065】

次に、取得部２２は、Ｎ番目の検出信号ａ_ｉ（ｉ＝Ｎ）を取得する（ステップＳ１４）。具体的には、取得部２２は、増幅器１５からのアナログ信号を所定の単位時間ｔ_１（サンプリング時間）で積分することで検出信号ａ_ｉを取得する。

【0066】

次に、判定部２４は、Ｎ個の検出信号ａ_ｉの平均値ｍを式（１）により算出し（ステップＳ１６）、検出信号の母集団が属する分布の期待値μが信頼区間ｍ±ｋに位置する確率γを、式（２）〜式（７）により算出する（ステップＳ１８）。ここで、式（２）に代えて式（８）又は式（９）により標準偏差σを算出してもよい。また、操作部３０からの操作情報に基づき標準偏差σを算出する計算式を切り替えるように構成してもよい。

【0067】

次に、判定部２４は、ステップＳ１８で算出した確率γが、ステップＳ１０で設定した閾値ｐを超えたか否かを判断し（ステップＳ２０）、確率γが閾値ｐを超えていないと判断した場合には、サンプル数Ｎを１だけ増加させて（ステップＳ２２）、ステップＳ１４の処理に進む。以下、確率γが閾値ｐを超えたと判断されるまで、ステップＳ１４〜Ｓ２２の処理を繰り返す。

【0068】

ステップ２０において確率γが閾値ｐを超えたと判断された場合には、出力部２６は、ステップＳ１６で算出された平均値ｍを、現在の照射位置に対応するピクセル値として出力する（ステップＳ２４）。

【0069】

次に、制御部２８は、電子ビームＢの照射位置を次に走査すべき位置に移動させるための制御信号を生成し、生成した制御信号を走査コイル制御装置９に出力する（ステップＳ２６）。

【0070】

次に、処理部２０は、１フレーム分の走査を完了したか（１フレーム分の電子顕微鏡像の全てのピクセルの値を出力したか）否かを判断し（ステップＳ２８）、１フレーム分の走査を完了していないと判断した場合には、ステップＳ１０の処理に進み、以下、１フレーム分の走査を完了するまで、ステップＳ１０〜Ｓ２８の処理を繰り返す。

【0071】

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0072】

２ 鏡筒、４ 電子銃、５ 電子銃制御装置、６ コンデンサレンズ、７ コンデンサレンズ制御装置、８ 走査コイル、９ 走査コイル制御装置、１０ 対物レンズ、１１ 対物レンズ制御装置、１２ ステージ、１３ ステージ制御装置、１４ 検出器、１５ 増幅器、２０ 処理部、２２ 取得部、２４ 判定部、２６ 出力部、２８ 制御部、３０ 操作部、３２ 表示部、３４ 記憶部、３６ 情報記憶媒体

【図1】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図2】