(57)【要約】【課題】高画質な画像を高速に得ることができる走査型電子顕微鏡を提供する。【解決手段】第１の画像の画素の値と、前記第１の画像に対して縦、横、または斜めに１画素未満の量だけずらして得られた第２の画像において前記第１の画像の画素に対応する位置の周囲に位置する画素の値とからヒストグラムを算出し、得られたヒストグラムから最頻値を算出し、得られた最頻値を各画素の値として出力画像を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを試料に照射する電子ビーム照射手段と、
前記試料から発生する電子線信号をサンプリングしてデジタル画像を取得する画像取得手段と、
取得した前記デジタル画像を処理する画像処理手段とを備える走査型電子顕微鏡であって、
前記画像取得手段は、所定の視野範囲の第１の画像と、画素ずらし設定係数ａ、ｃを０又は正の整数とし、ｂ、ｄを正の整数とし、ａ＜ｂ、ｃ＜ｄとして、前記第１の画像に対して縦にａ／ｂ画素、横にｃ／ｄ画素ずれた第２の画像とを取得し、
前記画像処理手段は、前記第１の画素における各画素について、前記第１の画像の当該画素の値と、前記第２の画像における前記第１の画像の当該画素に対応する位置の周囲に位置する画素の値とからヒストグラムを算出し、得られたヒストグラムから最頻値を算出し、得られた最頻値を各画素の値として出力画像を形成することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
電子ビームを試料に照射する電子ビーム照射手段と、
前記試料から発生する電子線信号をサンプリングしてデジタル画像を取得する画像取得手段と、
取得した前記デジタル画像を処理する画像処理手段とを備える走査型電子顕微鏡であって、
前記画像取得手段は、所定の視野範囲の第１の画像と、前記第１の画像に対して斜めに１／２画素ずれた第２の画像とを取得し、
前記画像処理手段は、前記第１の画素における各画素について、前記第１の画像の当該画素の値と、前記第２の画像における前記第１の画像の当該画素に対応する位置の周囲に位置する画素の値とからヒストグラムを算出し、得られたヒストグラムから最頻値を算出し、得られた最頻値を各画素の値として出力画像を形成することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記画素ずらし設定係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを設定するずらし量設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記画像処理手段は、前記ヒストグラムを算出する際、各画素に正の整数の係数を与え、各画素が各々に与えられた係数個あるとしてヒストグラムを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
前記係数を設定する係数設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡は、観察対象に電子ビームを照射し、そこから発生する２次電子などを検出することで、観察試料の構造などを観察する。走査型電子顕微鏡におけるデジタル画像取得処理は、細く絞った１次電子ビームを試料上に２次元走査しながら照射するステップと、その照射部位から発生する２次電子や反射電子などを検出するステップと、その検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換するステップとを含む。これらのステップにより得られたデジタル信号を、試料上における１次電子ビームの走査位置と同じ配置になるように２次元配列上に並べることで、２次元デジタル画像が作成される。
【０００３】
走査型電子顕微鏡で得られるデジタル画像の画質を改善するために、通常、表示や処理に先立って、取得した画像に対してデジタル画像処理が行われる。例えば、低Ｓ／Ｎで低コントラストな画像を改善するために、平滑化フィルタによるＳ／Ｎおよびコントラストの改善処理や、試料の同一箇所について複数枚のデジタル画像を取得し、それら複数枚のデジタル画像の各画素の平均値を最終的な出力画像の出力値とするフレーム加算処理などが行われている。
【０００４】
また、他の方法として、特許文献１には、通常の取得画像のほかに、縦、横または斜めに１／２画素ずれた位置のデジタル画像を取得し、通常の画像と組み合わせ、補間処理を行うことでより高解像度の画像を取得し、それに間引き処理などのデジタル加工をして通常の解像度を得ることで、より高画質な画像を得る手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３９９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の手法では、特定の点のみ極端に明るく、あるいは暗くなるようなノイズが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高画質な画像を高速に得ることができる走査型電子顕微鏡を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の走査型電子顕微鏡は、第１の画像の画素の値と、前記第１の画像に対して縦、横、または斜めに１画素未満の量だけずらして得られた第２の画像において前記第１の画像の画素に対応する位置の周囲に位置する画素の値とからヒストグラムを算出し、得られたヒストグラムから最頻値を算出し、得られた最頻値を各画素の値として出力画像を形成することを特徴とする。ヒストグラムから最頻値を取ることで、特定の点のみ極端な値をとるようなノイズの影響を除去することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の走査型電子顕微鏡は、高画質な画像を高速に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態による走査型電子顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図２】１枚目の画像と２枚目の画像の相対的な位置関係を示す図である。
【図３】本発明における画像処理の概念を示す図である。
【図４】画像処理を行う回路のブロック図である。
【図５】２枚目の画像を１枚目の画像に対して横方向にのみ１／２画素ずらして取得した場合を示す図である。
【図６】画像処理にあたって走査型電子顕微鏡の入出力部に表示する設定画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本発明の一実施の形態による走査型電子顕微鏡の概要を説明する。図１は、本発明の一実施の形態による走査型電子顕微鏡の構成を示す概略図である。本実施の形態による走査型電子顕微鏡は、電子源１０１と、加速電極１０２と、集束レンズ１０３と、偏向器１０４と、対物レンズ１０５と、ステージ１０７と、検出器１１０と、デジタル化手段１１１と、画像メモリ１１６と、入出力部１１８と、画像生成部１１５と、画像処理部１１４と、全体制御部１１３と、結果記憶部１２０と、レシピ部１１７とを備える。
【００１２】
電子源１０１と、加速電極１０２と、集束レンズ１０３と、偏向器１０４と、対物レンズ１０５とにより、一次電子ビーム１０８を、ステージ１０７に搭載される試料ウェハ１０６に照射する。電子源１０１は、１次電子ビーム１０８を発生させる。加速電極１０２は、一次電子を加速させる。集束レンズ１０３は、一次電子を集束させる。偏向器１０４は、一次電子を２次元走査偏向させる。対物レンズ１０５は、一次電子を試料ウェハ１０６上に集束させる。
【００１３】
検出器１１０と、デジタル化手段１１１とにより、試料ウェハ１０６から発生する放出電子信号１０９をサンプリングしてデジタル画像を取得する。検出器１１０は、試料１０６より発生した２次電子などの放出電子信号１０９を検出する。デジタル化手段１１１は、検出された放出電子信号１０９をデジタル化する。
【００１４】
画像メモリ１１６と、入出力部１１８と、画像生成部１１５と、画像処理部１１４とにより、取得した前記デジタル画像の記憶、表示もしくは処理を行う。画像メモリ１１６は、画像データを格納する。入出力部１１８は、走査型電子顕微鏡に対し指示を与えるためのキーボードやマウスなどのデバイスと、走査型電子顕微鏡からのデータを出力するモニタやプリンタなどからなる。画像生成部１１５は、画像生成処理を行う。画像処理部１１４は、取得画像の処理を行う。レシピ部１１７は、検査条件などを格納したレシピを記憶する。結果記憶部１２０は、最終的に出力される結果を格納する。
【００１５】
これらの各部は、バス１１９を通じて全体制御部１１３に接続されている。
【００１６】
次に、図１を参照し、本実施の形態による走査型電子顕微鏡における処理の概要を説明する。
【００１７】
１枚目の画像の取得は、レシピ部１１７から呼び出されたレシピにしたがって条件が設定され、デジタル画像データが取得される。画像の取得処理は以下の通りである。
【００１８】
まず、電子源１０１より放出された１次電子ビーム１０８は、加速電極１０２により加速された後、集束レンズ１０３で集束され、偏向器１０４で偏向され、その後さらに対物レンズ１０５で集束され、試料ウェハ１０６の測定部位に照射される。その際、偏向制御部１１２は、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲を１次電子が２次元走査するように、１次電子ビーム１０８の偏向範囲を制御する。
【００１９】
２枚目の画像の取得も、同様にレシピ部１１７から呼び出されたレシピにしたがって条件が設定され、デジタル画像データが取得される。この際、偏向制御部１１２に指示が与えられ、１枚目の画像の場合と偏向範囲が変化され、１枚目の画像の場合のスキャン位置から斜め方向に１／２画素ずらした画像が取得される。図２は、１枚目の画像と２枚目の画像の相対的な位置関係を示す図である。１枚目の画像である実線で示すスキャン画像２０１に対して、２枚目の画像である破線で示すスキャン画像２０２は、斜めに１／２画素だけずれている。
【００２０】
こうして得られた２種類の画像を用いて画像処理を行う。図３は、本発明における画像処理の概念を示す図である。画素３０１は１枚目の画像に含まれる画素である。画素３０２〜３０５は、１枚目の画像に対して斜めに１／２画素ずらしてスキャンした２枚目の画像に含まれる画素である。２枚目の画像の画素３０２〜３０５は、２枚目の画像において１枚目の画像の画素３０１に対応する位置の周辺に位置する画素である。これら５つの画素３０１〜３０５の値からヒストグラムを算出し、最頻値を求め、これを出力画像における画素３０１に対応する画素の値とする。これにより、１画素レベルのノイズを除去し、Ｓ／Ｎ向上ができると共に、単なる加算平均よりさらに実物の画像に近くなるため、高画質な画像を得ることができる。
【００２１】
さらに、ヒストグラムを求める際、それぞれの画素について正の整数の係数を与え、各画素の数を係数倍することで、それぞれの画素に重みを付けて最頻値を求めるようにすることができる。例えば、中心にある画素、すなわち１枚目の画像の画素に多く重み付けをするようにしてもよい。例えば、図３に示す例において、画素３０１の値をＤ３０１、画素３０２の値をＤ３０２、以下同様に、画素３０３〜３０５の値をＤ３０３〜Ｄ３０５として、画素３０１に２という係数を与え、画素３０２〜３０５に１という係数を与えたとすると、画素３０１の数が２、画素３０２〜３０５の数がそれぞれ１ということになるので、Ｄ３０１、Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｄ３０３、Ｄ３０４、Ｄ３０５の６つの値についてヒストグラムを算出し、最頻値を求め、それを求める画素の値とすることになる。
【００２２】
図４は、画像処理を行う回路のブロック図である。このような回路は、図１の画像処理部１１４に含まれる。本回路は、第１セレクタ４０１と、メモリ４０２と、係数レジスタ４０３と、ヒストグラムメモリ４０４と、ヒストグラム・最頻値計算部４０５と、第２セレクタ４０６とを備える。
【００２３】
図１を参照して説明したように得られた１枚目の画像が第１セレクタ４０１に入力されると、第１セレクタ４０１は出力先をメモリ４０２に切り替え、１枚目の画像はメモリ４０２に格納される。
【００２４】
図１を参照して説明したように得られた２枚目の画像が第１セレクタ４０１に入力されると、第１セレクタ４０１は出力先をヒストグラムメモリ４０４と第２セレクタ４０６に切り替える。これに伴い、メモリ４０２は２枚目の画像をヒストグラムメモリ４０４とセレクタ４０６に出力する。
【００２５】
ヒストグラム・最頻値計算部４０５は、ヒストグラムメモリ４０４に格納された１枚目の画像と２枚目の画像に対して、上述したようなヒストグラムの計算を行う。この際、係数レジスタ４０３に設定された係数の値に応じて重みが付けられる。得られたヒストグラムによって最頻値が計算される。
【００２６】
第２セレクタ４０６は、得られた最頻値に基づいて各画素の値を計算し、最終的な画像を出力する。
【００２７】
以上の説明において、２枚目の画像を１枚目の画像に対して斜め方向に１／２画素ずらして取得した場合について説明したが、本発明における画像処理はこの場合に限定されない。ａ、ｃを０又は正の整数とし、ｂ、ｄを正の整数とし、ａ＜ｂ、ｃ＜ｄとして、２枚目の画像を１枚目の画像に対して縦方向にａ／ｂ画素、横方向にｃ／ｄ画素ずらして取得するようにしてもよい。
【００２８】
例えば、ａ＝ｃ＝１、ｂ＝ｄ＝２とすれば、上述した例のように２枚目の画像を１枚目の画像に対して斜め方向に１／２画素ずらして取得することになる。ａ＝１、ｂ＝２、ｃ＝０とすれば、２枚目の画像を１枚目の画像に対して縦方向にのみ１／２画素ずらして取得することになり、ａ＝０、ｃ＝１、ｄ＝２とすれば、２枚目の画像を１枚目の画像に対して横方向にのみ１／２画素ずらして取得することになる。
【００２９】
いずれの場合も、各画素の値を求める際、１枚目の画像において対応する画素と、２枚目の画像において前記１枚目の画像における画素の位置の周囲に位置する画素とを用いてヒストグラムを計算する。
【００３０】
図５は、２枚目の画像を１枚目の画像に対して横方向にのみ１／２画素ずらして取得した場合を示す図である。このように、２枚目の画像を１枚目の画像に対して横方向にのみずらして取得した場合、２枚目の画像において１枚目の画像における画素５０１の位置の周囲に位置する画素は、画素５０２〜５０７の計６個の画素である。このような場合、１枚目の画像の画素５０１と、２枚目の画像の画素５０２〜５０７の、計７個の画素からヒストグラムを計算してもよい。また、画素５０１より下に位置する画素５０６、５０７を除いた計５個の画素からヒストグラムを計算してもよく、画素５０１より上に位置する画素５０３、５０４を除いた計５個の画素からヒストグラムをしてもよい。２枚目の画像を１枚目の画像に対して縦方向にのみずらして取得した場合についても同様である。
【００３１】
画像処理にあたっては、走査型電子顕微鏡の入出力画面に表示される設定画面において１枚目の画像に対する２枚目の画像のずらし量や、各画素に与える係数などを設定できるようにしてもよい。図６は、画像処理にあたって走査型電子顕微鏡の入出力部に表示する設定画面の一例を示す図である。本例において、１枚目の画像に対する２枚目の画像のずらし量を、メニューにおいて縦横それぞれ、０、１／２、１／４、１／８に設定することができる。縦横のずらし量を選択すると、各画素に与える係数を入力する欄が表示される。
【００３２】
例えば、ずらし量を１／４に設定した場合、横のみ１／２、縦のみ１／２、縦横に１／４、縦横に１／２、縦１／４で横３／４、縦３／４で横１／４、縦横に３／４、及びずらし無しの画像を組み合わせて、合計１３点から値を求めるようにしてもよい。
同様に、ずらし量を１／８に設定した場合、４１点から値を求めるようにしてもよい。
【００３３】
以上説明したように、本発明の走査型電子顕微鏡によれば、第１の画像の画素の値と、前記第１の画像に対して縦、横、または斜めに１画素未満の量だけずらして得られた第２の画像において前記第１の画像の画素に対応する位置の周囲に位置する画素の値とからヒストグラムを算出し、得られたヒストグラムから最頻値を算出し、得られた最頻値を出力画像の画素値とすることにより、高画質な画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、走査型電子顕微鏡に利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０１  電子源
１０２  加速電極
１０３  集束レンズ
１０４  偏向器
１０５  対物レンズ
１０７  ステージ
１１０  検出器
１１１  デジタル化手段
１１３  全体制御部
１１４  画像処理部
１１５  画像生成部
１１６  画像メモリ
１１７  レシピ部
１１８  入出力部
１２０  結果記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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