(57)【要約】【課題】本発明は周期パターンの検出方法及び試料画像の撮影方法に関し、既知の形状を持った周期的なパターンの位置を高精度に検出することができる周期パターンの検出方法及びこの検出方法を用いた試料画像の撮影方法を提供することを目的としている。【解決手段】キャリブレーション済みの周期的な人工パターンを作成する工程１と、該人工パターンと取り込んだ画像とのテンプレートマッチングを行なう工程２と、該テンプレートマッチングを行なった相関像の個々のピークを含む部分を切り出して重ね合わせる工程３と、該重ね合わせにより得られたピークが強調された単一のピークを積算像内で検索する工程４と、このようにして検出された唯一の強調されたピーク位置を相関像における各単位格子に配置しなおして相関像中の全てのピーク位置を得る工程５とにより構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリブレーション済みの周期的な人工パターンを作成する工程１と、
該人工パターンと取り込んだ画像とのテンプレートマッチングを行なう工程２と、
該テンプレートマッチングを行なった相関像の個々のピークを含む部分を切り出して重ね合わせる工程３と、
該重ね合わせにより得られたピークが強調された単一のピークを積算像内で検索する工程４と、
このようにして検出された唯一の強調されたピーク位置を相関像における各単位格子に配置しなおして相関像中の全てのピーク位置を得る工程５と、
により構成されることを特徴とする周期パターンの検出方
法。
【請求項２】
前記テンプレートマッチングは、人工パターンと取り込んだ画像との正規化相関演算であることを特徴とする請求項１記載の周期パターンの検出方法。
【請求項３】
周期的に円形の孔の開いた炭素薄膜を用いて試料を作成し、透過型電子顕微鏡に挿入して観察に適したレンズ状態にする工程１と、
自動データ収集ソフトウェァを起動する工程２と、
デジタルカメラから画像を取り込む工程３と、
孔の直径，孔の傾きや隣り合う孔同士の間隔をキャリブレーションする工程４と、
前記自動データ収集ソフトウェァはＴＥＭ試料上のデータを取得したい各位置に順に試料ステージを移動する工程５と、
デジタルカメラから画像を取り込む工程６と、
前記工程６で撮影した画像に対して、請求項１で説明した方法により個々の孔の位置を検出する工程７と、
工程７で検出した個々の孔の位置にステージを移動する工程８と、
倍率を上げて孔の内部に包埋試料の像を撮影する工程９と、
全ての孔で処理したかをチェックする工程１０と、
全ての位置を終えたかの判断をする工程１１と、
から構成される試料画像の撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周期パターンの検出方法及び試料画像の撮影方法に関し、更に詳しくは既知のパラメータを持った周期パターンが画像中に存在する位置を、ＳＮ比が低い場合でも安定して検出することができるようにした周期パターンの検出方法及びこの方法を用いた試料画像の撮影方法に関する。具体的には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて自動的にステージ移動を行なう分野又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による半導体検査の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像中に存在する既知の形状を持ったパターンの位置を検出する方法として、従来正規化相関が用いられてきた。これはフーリエ変換を用いて高速に画像処理ができるという利点がある一方で、ノイズが多い画像において成功率が低いという問題がある。例えば電子線照射に弱い生物試料をＴＥＭで観測する分野において、試料を支持する炭素薄膜に周期的な孔が開いたものを用いることがあるが、このような状況下で自動的に個々の孔を検出して孔の内部に包埋された試料を撮影する自動化システムにおいては、通常の正規化相関によって孔の検出を行なうのは極めて困難である。
【０００３】
図７の（ａ）にその様子を示す。（ａ）は円形の孔が周期的に空いた炭素薄膜に固定されたウィルスの像である。孔の直径は約２μｍである。ここでは、比較的コントラストのよい負染色試料（試料が白く、その周囲が黒くなるような試料）を用いたが、この像中の個々の孔の位置を検出する目的で、図７の（ｂ）に示すような人工的な孔の絵を作って（ａ）と（ｂ）の正規化相関を計算すると、（ｃ）に示すような画像が得られる。（ａ）の個々の孔の中心位置に対応する（ｃ）の各位置に、明るいピークが観測できるもののぼやけてうまく検出できない。（ｄ）は（ｃ）を立体的に表示したものであるが、個々のピークがなだらかな隆起の中に埋もれた小さいものであることがわかる。
【０００４】
まして、図６の（ａ）に示すような染色無しの氷包埋された試料を観測する場合には、相関像は更にぼやけて個々のピークを検出できなくなる。このことは、ＴＥＭ像に限ったものではなく、周期的な半導体パターンを検査する分野においても同様である。
【０００５】
従来のこの種の装置としては、ホーリーカーボンを用いて試料を作成し、ＴＥＭに挿入して観察に適したレンズ状態にし、結像系により結像された画像をデジタルカメラにより取り込み、取り込んだ画像を表示すると共に、等間隔に格子状に並んだ円を穴の模式図として、画像の上に重ねて表示し、表示された画像の周辺に表示されたボタン等を用いて、模式図を実際の孔に合わせ込み、模式図を実際の孔に合わせ込んだ時の歪みの中心と歪みの大きさを算出し、これら歪みの中心と歪みの大きさを記憶する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７１７５６号公報（段落００１６〜００２１、図１，図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、従来の技術では、人工パターンと読み込んだ画像の正規化相関をとっても相関像がぼやけるため、正確に炭素薄膜の周期的な孔があいた周期的なパターンの位置を高精度に検出することができないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、既知の形状を持った周期的なパターンの位置を高精度に検出することができる周期パターンの検出方法及びこの検出方法を用いた試料画像の撮影方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）請求項１記載の発明は、キャリブレーション済みの周期的な人工パターンを作成する工程１と、該人工パターンと取り込んだ画像とのテンプレートマッチングを行なう工程２と、該テンプレートマッチングを行なった相関像の個々のピークを含む部分を切り出して重ね合わせる工程３と、該重ね合わせにより得られたピークが強調された単一のピークを積算像内で検索する工程４と、このようにして検出された唯一の強調されたピーク位置を相関像における各単位格子に配置しなおして相関像中の全てのピーク位置を得る工程５と、により構成されることを特徴とする。
【００１０】
（２）請求項２記載の発明は、前記テンプレートマッチングは、人工パターンと取り込んだ画像との正規化相関演算であることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、周期的に円形の孔の開いた炭素薄膜を用いて試料を作成し、透過型電子顕微鏡に挿入して観察に適したレンズ状態にする工程１と、自動データ収集ソフトウェァを起動する工程２と、デジタルカメラから画像を取り込む工程３と、孔の直径，孔の傾きや隣り合う孔同士の間隔をキャリブレーションする工程４と、前記自動データ収集ソフトウェァはＴＥＭ試料上のデータを取得したい各位置に順に試料ステージを移動する工程５と、デジタルカメラから画像を取り込む工程６と、前記工程６で撮影した画像に対して、請求項１で説明した方法により個々の孔の位置を検出する工程７と、工程７で検出した個々の孔の位置にステージを移動する工程８と、倍率を上げて孔の内部に包埋試料の像を撮影する工程９と、全ての孔で処理したかをチェックする工程１０と、全ての位置を終えたかの判断をする工程１１と、から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（１）請求項１記載の発明によれば、テンプレートマッチングした個々のピークを含む部分を切り出して重ね合わせをすることでピークをより強調し、得られたピーク位置を相関像における各単位格子に配置しなおすことで、ノイズの多い画像であっても、取り込んだ画像のピーク位置を検出することができるので、試料ステージの移動を正確に行なうことが可能になる。
【００１２】
（２）請求項２記載の発明によれば、テンプレートマッチングとして正規化相関演算を行なうことで、マッチング画像を得ることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、各試料の位置決めを正確に行ない炭素薄膜の孔内の試料画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施するシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明を用いたシステムの動作フローを示す図である。
【図３】図７（ａ）の像に対して人工的な孔の配列の模式図を用いて正規化相関を求めた図を示す図である。
【図４】相関像の積算を示す図である。
【図５】積算されたピーク位置とそれを元に検出した孔を示す図である。
【図６】氷包埋試料のＴＥＭ像（ａ）と個々の孔を手動で検出した様子（ｂ）及び本発明で検出した結果（ｃ）と単純な正規化相関のピーク位置から指定した結果（ｄ）を示す図である。
【図７】孔開き炭素膜に固定された試料の像（ａ）と人工的な孔の模式図（ｂ）と正規化相関を計算した例（ｃ），（ｄ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明を実施するシステム構成例を示す図である。図において、１は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、４はＴＥＭ像を撮影するデジタルカメラ、３はデジタルカメラの画像を取り込むインターフェイスを備えたコンピュータ、２はデジタルカメラ４とコンピュータ３間に接続された画像撮り込み用ケーブル、５はＴＥＭ１とコンピュータ３が通信するためのケーブルである。このような構成を用いて本発明方法の動作を説明する。
【００１５】
図２は本発明を用いたシステムの動作フローを示す図である。以下、この動作フローを用いて画像撮影までの処理について説明する。
１．ステップＳ１：試料を準備
操作者は周期的に円形の孔のあいた炭素薄膜を用いて試料を作製し、ＴＥＭ１に挿入して観察に適したレンズ状態にする。
【００１６】
２．ステップＳ２：自動ソフトウェァを起動
操作者は、コンピュータ３において、自動データ収集ソフトウェァを起動する。本発明方法はこのソフトウェァの中に組み込まれている。
【００１７】
３．ステップＳ３：デジタルカメラから画像撮り込み
自動データ収集ソフトウェァは、画像撮り込み用ケーブル２を介してデジタルカメラ４から画像を撮り込み、取り込んだ画像を表示する。表示された画像には、図７の（ａ）に示すように、いくつかの孔が周期的に写っているものとする。
【００１８】
４．ステップＳ４：キャリブレーション
操作者は、自動データ収集ソフトウェァと対話しながら孔の直径、孔の配列の傾きや隣り合う孔同士の間隔をキャリブレーションする。ここで、キャリブレーションとは、穴の直径、穴の配列の傾きや隣り合う孔同士の間隔を決定することをいう。このキャリブレーションは、特許文献１で示したような歪みのキャリブレーションと同様に行なうことができる。
【００１９】
５．ステップＳ５：ステージ移動
自動データ収集ソフトウェァは、ＴＥＭ試料上のデータを取得したい各位置に順に試料ステージを移動する。
【００２０】
６．ステップＳ６：デジタルカメラから画像撮り込み
自動データ収集ソフトウェァはステップＳ５で移動した先で、ステップＳ３と同じ光学条件でデジタルカメラ４から画像を取り込む。
【００２１】
７．ステップＳ７：本発明による検出
ステップＳ６で撮影した画像と予め準備しておいた人工パターンとの正規化相関を行なって個々の孔の位置を検出する（詳細後述）。
【００２２】
８．ステップＳ８：個々の孔へ移動
ステップＳ７で検出した個々の孔の位置にステージを移動する。ここで、ステージ移動の分解能は例えば０．２μｍ程度である。
【００２３】
９．ステップＳ９：高倍率で撮影
倍率を上げて孔の内部に包埋された試料の像を撮影する。この撮影は、フィルムに撮影することも可能であるし、デジタルカメラから取り込んでハードディスクに保存することも可能である。
【００２４】
１０．ステップＳ１０：全ての孔で処理したかの判断
ステップＳ７で検出した孔の全てで撮影を行なったかどうかを判断する。まだ撮影されていない孔がある場合は、ステップＳ８へ戻る。
【００２５】
１１．ステップＳ１１：全ての位置の撮影を終えたかの判断
ＴＥＭ試料上のデータを取得したい全ての位置に対してステップＳ６〜ステップＳ１０の作業を行なったかどうかを判断する。まだの場合は、ステップＳ５に戻る。
【００２６】
以上説明したように、本発明方法によれば各試料の位置決めを正確に行ない炭素薄膜の孔内の試料画像を得ることができる。
次に、本発明による検出方法について説明する。ここでは、ステップＳ１〜ステップＳ１１で説明したような孔開き炭素薄膜試料を例に、本発明による検出方法の詳細について説明する。半導体検査に応用する場合のように、別の形状の規則的なパターンを用いる場合でも同様に処理することができる。
【００２７】
上述したように、一つの孔の模式図（図７の（ｂ））を作って正規化相関の計算をしてもここのピーク位置がぼやけて検出が困難である。そこで、本発明では図３の（ａ）に示すような周期的な人工パターンを作製する。この場合において、孔の大きさは勿論、周期パターンの傾きや間隔も上の動作例で述べたようにキャリブレーション済みであるものとする。このような周期的な参照画像を用いて図７の（ａ）に示す像との正規化相関を計算すると図３（ｂ）に示すような結果を得る。図７の（ｃ）の結果に比べて個々のピークが識別しやすくなっていることが分かる。ここで、ピークとは孔の中心位置のことを示す。
【００２８】
本発明では更に、このようにして得た相関像においても、元の画像と同じようにピークが周期的に並んでいるはずであることを利用して、個々のピークを含む部分を切り出して重ね合わせる。この場合では、図７の（ａ）に示す元の画像において孔が２次元の正方格子を形成しており、その格子定数や傾きは既知である。図３の（ｂ）において、各ピークは同じパラメータの正方格子上に存在するはずなので、それを単位格子毎に切り出す。
【００２９】
元の正規化相関が複数の孔に対応する複数のピークを持っているのに対して、切り出された個々の単位格子はめいめいが単一の孔に対応する単一のピークを同じ位置に持っているはずである。従って、これらを積算すれば、その位置においてピークが強調される。この強調された単一のピークを積算像内で検索すればよい。
【００３０】
図４に相関像の単位格子を切り出して積算する様子を示す。最初の一枚は相関像の中心にすえ、それと隣接するように単位格子を切り出していけばよい。
このようにして検出された唯一の強調されたピークの位置を、相関像における各単位格子に配置しなおせば、相関像中の全てのピークの位置を得ることができる。図５にこのような計算で得たピークの位置とそれを元に検出した孔を示す。（ａ）が相関像、（ｂ）が相関像を元に検出した孔を示す。なお、穴は部分的に画像中からはみ出しているものを検出しないようにした。
【００３１】
本発明によれば、テンプレートマッチングした個々のピークを含む部分を切り出して重ね合わせをすることでピークをより強調し、得られたピーク位置を相関像における各単位格子に配置しなおすことで、ノイズの多い画像であっても、取り込んだ画像のピーク位置を検出することができるので、試料ステージの移動を正確に行なうことが可能になる。
【００３２】
図６は染色しない氷包埋試料における結果である。（ａ）は撮影された画像、（ｂ）は手動で抽出した個々の孔、（ｃ）は本発明によって自動的に検出した像、（ｅ）は通常の正規化相関を計算してピーク位置を求めたものである。このような信号ノイズ比（ＳＮ比）の極めて低い画像においては、従来手法ではほとんど検出できない個々の孔が本発明の方法では高精度に検出できていることが分かる。
【００３３】
上述の実施例では、テンプレートマッチングとして正規化相関をとった場合を例にとった。しかしながら、本発明はこの方法に限るものではなく、その他のテンプレートマッチングを用いても本発明を実現することができる。
【００３４】
このようにして孔の位置が識別できると、目的の孔内の試料を撮像する場合には、目的の位置になるように試料ステージを移動し、その孔内の試料を撮像することができる。以上、説明したように、本発明によれば信号ノイズ比の極めて低い画像中においても、既知の周期性を持ったパターンの位置を高精度に検出することができるようになった。
【符号の説明】
【００３５】
１  透過型電子顕微鏡
２  画像撮り込み用ケーブル
３  コンピュータ
４  デジタルカメラ
５  通信用ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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