(57)【要約】  本発明に係る走査電子顕微鏡は、取得された複数のフレーム画像を保存する画像記憶部（１１２）と、フレーム画像間のドリフト量、及びフレーム画像を構成する複数のフィールド画像間のドリフト量を算出する補正演算処理部（１１３）と、前記複数のフィールド画像間のドリフト量に基づき前記複数のフィールド画像を構成する各フィールド画像の位置を補正して重ね合わせ新たなフレーム画像を作るデータ処理部（１１１）とを有する。  これにより、半導体基板や絶縁物上のパターンの観察時に像ドリフトが生じても鮮明なフレーム画像が得られる走査電子顕微鏡を提供できるようになった。
2010070815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を走査して試料に照射し、試料から放出される信号を検出して画像を形成する走査電子顕微鏡において、
試料の観察視野を一度走査して得られるフレーム画像を複数枚保存する画像記憶部と、前記フレーム画像間及び前記フレーム画像を構成するフィールド画像間のドリフト量を算出する補正演算処理部と、前記フィールド画像間のドリフト量に基づき前記フィールド画像をドリフト補正し、重ね合わせるデータ処理部とを有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記フレーム画像間のドリフト量は、前記フレーム画像同士を演算処理して算出されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記補正演算処理部は、位相相関法を用いてドリフト量を算出することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記フィールド画像間のドリフト量は、前記フレーム画像間のドリフト量に基づき算出されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記フレーム画像を構成する前記フィールド画像の数は、任意に設定できることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記補正演算処理部は、前記フレーム画像を縮小する機能を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記補正演算処理部は、前記フレーム画像のデータを用いて前記観察視野内のパターンが一次元パターンか二次元パターンかを判定する機能を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記補正演算処理部は、観察対象パターンに対応するＣＡＤデータを用いて前記観察視野内のパターンが一次元パターンか二次元パターンかを判定する機能を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記フィールド画像は、ラスタ走査で得られることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記フィールド画像間のドリフトの補正が、１つもしくは複数の走査ライン毎に行われることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一に記載の走査電子顕微鏡において、
前記フレーム画像間のドリフト量は、前記画像記憶部に保存された複数枚のフレーム画像を数枚ごとのグループに分け、グループごとにそれぞれ積算して新たな複数のフレーム画像とし、前記新たな複数のフレーム画像を用いて算出されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】
電子線源と、
前記電子線源から放出される電子を走査する偏向器と、
試料が載置される試料台と、
前記電子が前記試料台上の試料に照射されることにより、前記試料から放出される信号に基づき画像を表示する表示部とを有する走査電子顕微鏡であって、
前記電子が前記試料の観察すべき領域である観察視野に照射されることにより得られる複数枚のフレーム画像を保存する画像記憶部と、
前記複数枚のフレーム画像間のドリフト量、及び前記フレーム画像を構成する複数のフィールド画像間のドリフト量を算出する補正演算処理部と、
前記フィールド画像間のドリフト量に基づき前記フィールド画像をドリフト補正し、重ね合わせて新たなフレーム画像を作成するデータ処理部とを有し、
前記データ処理部は、前記新たに作成されたフレーム画像のデータに基づき、前記試料に形成された観察対象のパターン寸法を算出する機能も有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１２記載の走査電子顕微鏡において、
前記電子が前記観察視野に照射される際、前記試料台は固定されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記新たに作成されるフレーム画像のデータは、複数枚分積算されたものであることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡装置に係り、特に、高倍率での像観察に好適な走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、試料に細く絞った電子線を照射し、電子線照射により発生した二次電子及び反射電子を検出し、検出量を元に輝度変調して画像を形成する装置である。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０８４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、半導体基板や絶縁体基板上に形成されるパターン寸法は益々微細化されてきており、走査電子顕微鏡を用いた観察や寸法測定でも高倍率が要求されるようになってきた。【０００５】
高倍率で試料を観察すると、時間の経過とともに観察すべき微細パターンの像が移動する現象、いわゆる像ドリフトが生じる。そのため、画像ぼけやそれに伴う測長精度の低下といった問題が発生する。例えば、１０万倍の観察倍率で、５１２×５１２画素のフレーム画像を取得しようとすると、１画素の大きさは試料上では約２．６ｎｍとなる。現在の寸法算出の精度は０．５ｎｍ以下が要求されているが、像ドリフトが顕著なパターンにおいては、１枚のフレーム画像を取得する時間（４０ミリ秒）に１〜２ｎｍ程度の像ドリフトが観察される。このようなドリフトパターンにおいて寸法を算出すると、２ｎｍ程度の寸法ずれが生じる。像ドリフトの発生要因の主なものとして、電子線照射に伴う試料の帯電が挙げられる。【０００６】
なお、特許文献１には、試料が搭載された試料台を移動させながら試料表面の画像（フレーム画像）取得を行うために、積算画像を取得する際に、取得した複数枚の画像（フレーム画像）を数枚ごとのグループに分けてそれぞれ積算画像を作成し、積算画像間の像移動量を算出して像移動量と撮像枚数の関係式を算出し、関係式をもとに複数枚の画像の移動量を算出し、その移動量だけ画像を補正し積算する手法が開示されている。この技術を用いることで、試料台を移動することにより観察視野内で像が移動しても、像ぼけの小さい積算画像を得ることができる。
しかし、特許文献１で開示された画像（フレーム画像）間の像の移動量を補正する方法では、高倍率（特に、観察視野１ミクロン程度以下で顕著）で画像ぼけが生じ、鮮明な画像やそれに伴う測長精度が十分えられないことが判明した。【０００７】
本発明の目的は、高倍率で試料表面を観察する際に、像ドリフトが生じても鮮明な画像を得ることができる走査電子顕微鏡を提供することにある。また、得られた鮮明な画像に基づき、試料表面に形成されたパターン寸法を精度よく算出することのできる走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
像ドリフトが生じても鮮明な画像を得るために、電子線を走査して試料に照射し、試料から放出される信号を検出して画像を形成する走査電子顕微鏡において、試料の観察視野を一度走査して得られるフレーム画像を複数枚保存する画像記憶部と、前記フレーム画像間及び前記フレーム画像を構成するフィールド画像間のドリフト量を算出する補正演算処理部と、前記フィールド画像間のドリフト量に基づき前記フィールド画像をドリフト補正し、重ね合わせるデータ処理部を有することを特徴とする走査電子顕微鏡とする。【０００９】
また、像ドリフトが生じても試料表面に形成されたパターン寸法を精度よく測定するために、電子線源と、前記電子線源から放出される電子を走査する偏向器と、試料が載置される試料台と、前記電子が前記試料台上の試料に照射されることにより、前記試料から放出される信号に基づき画像を表示する表示部とを有する走査電子顕微鏡であって、前記電子が前記試料の観察すべき領域である観察視野に照射されることにより得られる複数枚のフレーム画像を保存する画像記憶部と、前記複数枚のフレーム画像間のドリフト量、及び前記フレーム画像を構成する複数のフィールド画像間のドリフト量を算出する補正演算処理部と、前記フィールド画像間のドリフト量に基づき前記フィールド画像をドリフト補正し、重ね合わせて新たなフレーム画像を作成するデータ処理部とを有し、前記データ処理部は、前記新たに作成されたフレーム画像のデータに基づき、前記試料に形成された観察対象のパターン寸法を算出する機能も有することを特徴とする走査電子顕微鏡とする。
【発明の効果】
【００１０】
フレーム画像を構成するフィールド画像の画像ドリフト量（移動量）を求め、フィールド画像に補正をかけた上で、各フィールド画像を積算してフレーム画像とするため、高倍率であっても鮮明な画像を得ることができる。また、得られた画像に基づいて半導体基板や絶縁体上のパターンの寸法を算出するため、微細なパターンであっても十分な測定精度を得ることができる。
なお、フレーム画像、フィールド画像の定義については後述する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像ドリフト補正演算装置を備えた走査電子顕微鏡の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明で課題としているドリフト量の概念図であり、（a）はラインパターン、(ｂ)はドットパターンを示す。
【図３】走査電子顕微鏡で得られる画像の種類を示した図であり、（a）はインターレス走査におけるフィールド画像、（ｂ）は一度の走査で得られたフレーム画像、（ｃ）はフレーム画像を複数枚重ねた画像である。
【図４】ドリフト補正の流れを示すフローチャートである。
【図５】フレーム画像間のドリフト量算出方法を示す図であり、（a）は１フレーム目の画像とＮフレーム目の画像とをドリフト補正せずに重ねあわせた画像、（ｂ）は画像取得開始からの経過時間とドリフト量との関係を示す図である。
【図６】インターレス走査におけるフレーム内のドリフト量算出方法を示す図である。
【図７】ラスタ走査におけるフレームの分割とドリフト量算出方法を示す図であり、（a）はラスタ走査における走査順序を示す図、（ｂ）はフレーム画像を４分割した図、（ｃ）は画像取得開始からの経過時間とドリフト量との関係を示す図である。
【図８】一次元パターンにおけるフィールド画像のドリフト補正の模式図であり、(a)は時間とともにパターンが右方向へドリフトしていることを示す図、(ｂ)はフィールド画像単位でドリフト補正を行った場合のフレーム画像を示す図である。
【図９】ドリフト補正条件を設定するＧＵＩの一例である。
【図１０】実施例２におけるドリフト補正の流れを示すフローチャートである。
【図１１】一次元パターンにおけるドリフト量算出方法を表した模式図である。
【図１２】実施例３におけるドリフト補正の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例により説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１の実施例を、図を用いて説明する。
図１は、ドリフト補正機能を備えた走査電子顕微鏡の一実施形態を示している。この装置は、試料観察時に像が時間の経過とともに移動する現象である像ドリフトが生じても、ドリフト量を算出して補正を行うことで鮮明なフレーム画像を得ることを可能とするものである。前記において、「ドリフト量」とは、本実施例では、図２に示したフレーム画像間のパターンの位置ずれ量（移動量）及びフィールド画像間での移動量である。【００１４】
画像補正機能を備えた走査電子顕微鏡は、電子顕微鏡部１０１、制御部１０２、表示部１０３から構成されている。電子源１０４から放出された電子線は、集束レンズ１０５、対物レンズ１０７で収束された後に試料１０８に照射される。電子線は偏向器１０６により、試料上を二次元的に走査される。試料から発生した二次電子及び反射電子は、検出器１１０で検出され、データ処理部１１１で信号を輝度変調してフレーム画像に変換し、画像記憶部１１２に格納される。画像記憶部１１２に保存されたフレーム画像は、補正演算処理部１１３においてドリフト補正され、モニタ１１４において補正画像を表示する。データ処理部１１１及び補正演算処理部１１３の機能はＣＰＵにてそれぞれ実行可能であり、前記画像記憶部１１２はＣＰＵに接続されるメモリ部に設けることができる。なお、それぞれを専用ハードで構成してもよい。【００１５】
走査電子顕微鏡を用いた計測では、一般に観察視野を複数回走査して得られたフレーム画像が用いられる。ここでの「計測」とは、例えば半導体ウエハ上に形成されたパターン寸法の算出である。試料を複数回走査して得られたフレーム画像は、１回だけ走査して得られたフレーム画像に較べてＳ／Ｎ比の良いフレーム画像となるため高い寸法精度が得られるが、走査中に試料の帯電が進行した場合、帯電により走査位置がずれてしまい、ぼけたフレーム画像が得られる。このぼけたフレーム画像を用いて寸法を算出しても高い寸法精度を保証できないため、画像処理を用いて１走査ごとのフレーム画像を補正して重ね合わせて、複数回走査時に鮮明なフレーム画像を得ることになる。帯電が特に顕著となる試料としては、レチクルに代表される絶縁体基板があげられる。【００１６】
本構成におけるドリフト補正の工程を説明する前に、フレーム画像間のドリフト量について図２を参照して説明する。図２では、観察パターンを一次元と二次元に分類してドリフト量を定義している。ここで、一次元パターンとは、フレーム画像の或る一方向にほとんど一様なパターンであって、例えば図２（ａ）に示すようなラインパターンがあげられる。一方、二次元パターンとは、前記一次元パターン以外の全てが該当し、例えば図２（ｂ）に示すようなドットパターンがあげられる。図２では、１枚目フレーム画像と２枚目フレーム画像のパターンの位置関係が分かるように重ねて描いている。【００１７】
図２（ａ）のラインパターンでは、ラインの長手方向にドリフトが進行してもドリフト量の算出ができないため、長手方向に垂直な方向にドリフト量を算出する。ここでは、１枚目のパターンに較べて２枚目のパターンが右方にシフトしており、その移動量のｄｘがドリフト量となる。一方、図２（ｂ）のドットパターンでは、パターンのドリフトは二次元方向となる。ここでは、１枚目のパターンに較べて２枚目のパターンが右上方にシフトしており、その移動量ｄｘｙがドリフト量となる。ドリフト量ｄｘｙは、フレーム画像の横方向のドリフト量ｄｘと縦方向のドリフト量ｄｙに分解することができる。ドリフト補正は、二枚目のフレーム画像を前記で得られたドリフト量だけずらして一枚目のフレーム画像に重ね合わせて行う。【００１８】
次に、走査電子顕微鏡で得られる画像の種類について、画像の形成過程と組み合わせて説明する。画像の種類としては、フレーム画像とフィールド画像に分類され、フレーム画像は観察視野全体を一度走査して得られた画像に相当し、フィールド画像は視野の一部を一度走査して得られた画像、すなわち、フレーム画像を構成する要素画像、と定義する。フレーム画像は全フィールド画像を足し合わせて作成される。  
ここでは、代表的な走査方法の一つであるインターレス走査を用いた場合の画像の分類について説明する。簡単のため、画像のライン数は６にしている。インターレス走査とは、画像の奇数ラインを上から順番に走査した後に偶数ラインを上から順番に走査して１枚の画像を形成する手法である。【００１９】
図３（ａ）はインターレス走査におけるフィールド画像を示したものである。インターレス走査では、まず、奇数ラインのみ走査した奇数フィールド画像３０１と偶数ラインのみ走査した偶数フィールド画像３０８が取得される。奇数フィールド画像３０１は、走査した奇数ライン３０２、３０４、３０６のみに画像が形成され、偶数ライン３０３，３０５，３０７には画像が形成されない。一方、偶数フィールド画像３０８は、偶数ライン３１０、３１２、３１４のみに画像が形成され、奇数ライン３０９，３１１，３１３には画像が形成されない。【００２０】
これら奇数フィールド画像と偶数フィールド画像から図３（ｂ）の１フレーム画像が形成される。図３（ｂ）の１フレーム画像においてパターンの形状を認識することは可能であるが、１フレーム画像は観察視野を一度だけ走査して得られた信号を用いて作成しているためＳ／Ｎ比が悪く、そのままではパターンの観察には適さない。そこで、同じ観察視野を繰り返し走査し、図３（ｂ）の１フレーム画像を複数枚連続して取得し、これらを重ね合わせることでノイズを低減してＳ／Ｎ比を向上させた図３（ｃ）複数フレーム画像が形成される。パターンの観察や計測には、図３（ｃ）の複数フレーム画像が用いられ、この複数フレーム画像を一般にＳＥＭ画像と呼ぶ。【００２１】
以下に、本発明の一実施例に係る図１の走査電子顕微鏡に対し、図４のフローチャートを参照しながら画像補正システムを説明する。
まず、ステージ（試料台）を動かして測定点に移動し、ステージの位置を固定した状態で、同一視野において複数のフィールド画像で構成される１フレームの画像を連続して複数枚取得する。得られた複数のフレーム画像はそれぞれ画像記憶部１１２に保存される（Ｓ４０１）。
次いで、補正演算処理部１１３を用いて、１フレーム目の画像を基準として、２フレーム目以降の画像間のドリフト量を算出する（Ｓ４０２）。
次いで、補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ４０２で算出されたフレーム画像間のドリフト量をもとに、フレーム画像を構成するフィールド画像間のドリフト量に換算する（Ｓ４０３）。
次いで、補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ４０３の処理で算出したドリフト量だけフィールド画像をシフトさせる（Ｓ４０４）。
次いで、ドリフト量だけシフトされたフィールド画像を基準のフィールド画像に重ね合わせ、新たなフレーム画像を作成する（Ｓ４０５）。なお、基準のフィールド画像については後述する。
次いで、Ｓ４０５で作成された複数フレーム画像をモニタ１１４に表示する（Ｓ４０６）。
その後、Ｓ４０６でモニタ１１４に表示された複数フレーム画像を用いてパターンの寸法算出を行う（Ｓ４０７）。【００２２】
本実施例のフレームごとのドリフト量算出ステップＳ４０２について、図５を用いて以下に詳細に説明する。図５（ａ）はドットパターンについて、１フレーム目（１Ｆ目）の画像とＮフレーム目の画像を重ね合わせて表示した例である。これらのフレーム画像間のドリフト量はパターンの位置ずれ量から算出され、ここではＤＮと表記する。ドリフト量を算出する演算処理は、低Ｓ／Ｎ比の画像でも高精度計算が可能な位相相関法を適用するが、これに限らず、画像間の位置ずれ量算出が可能な画像演算法を適用しても良い。【００２３】
縦軸を１フレーム目の画像からのドリフト量ＤＮ、横軸を画像取得開始時からの経過時間（画像枚数）としたグラフの例を図５（ｂ）に示す。図中では、Ｎフレーム目の画像のずれ量ＤＮを、Ｎフレーム目の画像取得開始時間のドリフト量と設定している。このグラフを参照することで画像のドリフト特性を調べることができるため、操作者がドリフトの状態を確認できるようにこのグラフをモニタ１１４に出力しても良い。【００２４】
ここで、ドリフト量を算出する演算処理である位相相関法について簡単に説明する。位相相関法は、フーリエ変換の位相成分を利用した相関法であり、低Ｓ／Ｎ比の画像における画像内パターンエッジ位置の検出に適した相関法である。下記に２枚の画像の位置ずれ量を算出する手順について説明する。まず、相関を算出したい２枚の画像に対してそれぞれ二次元離散的フーリエ変換を行う。次に、これらの２枚の画像に対して得られた位相スペクトルを合成して位相差画像を作成し、逆フーリエ変換を行う。逆フーリエ変換により得られた解析画像にはデルタ的なピークが形成され、このピーク位置を解析することで２枚の画像の位置ずれ量を算出することができる。このように、位相相関法は、画像の明るさに相当する振幅成分を用いずに画像のエッジ部に相当する位相成分のみを用いて相関を算出する手法であるため、Ｓ／Ｎ比が悪いフレーム画像であっても、画像内パターンのドリフト量を、パターンエッジ部を利用して高精度で算出することができる。【００２５】
次に、ステップＳ４０３のフィールド画像間のドリフト量への換算処理について、図６を用いて以下に詳細に説明する。ここでは、ステップＳ４０２で算出したフレーム画像間のドリフト量をもとにしてフィールド画像間のドリフト量を算出する。
図３で図示したように、インターレス走査時には１フレームの画像は２フィールドの画像（奇数フィールド画像と偶数フィールド画像）から構成されている。図６はフィールド間のドリフト量算出方法を示したものである。まず、ステップＳ４０２によりフレーム間のドリフト量を算出し、図５（ｂ）と同様に、縦軸をドリフト量、横軸を画像取得開始からの時間としたグラフを作成する。次に、プロットした点の間を直線でつなぎ、二点の中間に新たにデータ点を作成してプロットする（図中では○で表示）。上記の工程を経て得られたグラフは図６となる。【００２６】
インターレス走査では、フィールド画像の取得時間は１フレームの画像取得時間の半分であるため、ステップＳ４０２で算出したフレーム間のドリフト量（図中：●）は奇数フィールド測定時のドリフト量になり、上記で算出したドリフト量（図中：○）は偶数フィールド測定時のドリフト量となる。１フレーム目の画像は、奇数フィールド画像６０１と偶数フィールド画像６０２に展開され、ここでは奇数フィールド画像６０１がドリフト補正の基準画像となる。２フレーム目の偶数フィールド画像６０４のドリフト量を表したデータ点は６０５であり、この点でのドリフト量Ｄ２，２は、
Ｄ２，２＝Ｄ２＋（Ｄ３−Ｄ２）／２・・・・（１）
から算出することができる。【００２７】
これまではインターレス走査に限って説明を行ったが、フレーム画像をフィールド画像へ展開してドリフト量を算出する手法は、異なる走査方法においても適用が可能である。一例として、走査電子顕微鏡における走査方法としてインターレス走査と並んで一般的に用いられているラスタ走査を用いて説明する。図７（ａ）はラスタ走査における走査順序を示した図である。インターレス走査では、奇数ラインを走査した後に偶数ラインを走査してフレーム画像を作成しているが、ラスタ走査では画像の１ライン目から順番に走査して画像を作成する。図７（ｂ）は５１２ラインからなるフレーム画像を１２８ライン毎に４フィールド画像に分割した図である。フレーム画像７０１が、同じサイズのフィールド画像７０２、７０３、７０４、７０５に分割されている。ここで重要なことはそれぞれのフィールド画像が時系列に従って形成されていることにある。ここでは、４フィールドに分割した結果を示したが、その他のフィールド分割数も選択可能である。本実施例では１フレームが５１２ラインで形成されているために、例えば１ライン毎にドリフト補正を行うと５１２フィールドが必要となる。【００２８】
フィールド分割数をＭとしたときのドリフト量の算出法を図７（ｃ）を用いて以下に説明する。フィールドの走査時間はフレームの走査時間の１／Ｍに相当するため、各フィールドのドリフト量を直線式から算出する。図７（ｃ）から、Ｎフレーム目のＫフィールド目の画像のドリフト量は、
ＤＮ，Ｋ＝ＤＮ＋（ＤＮ＋１−ＤＮ）＊（Ｋ−１）／Ｍ・・・・（２）
から算出される。１フレームの画像取得時間は十分短いので、フレーム間のドリフト量は前後のフレームのドリフト量を用いて直線近似したが、スプライン補間や複数フレームのデータ点を利用して関係式を算出して、フレーム間のデータ点を補間しても良い。【００２９】
図８に一次元パターンにおけるフィールド画像のドリフト補正の模式図を示す。図８（ａ）は時間とともにパターンが右方向にドリフトする条件で得られた１フレーム画像の例である。この例では、１フレーム画像が８０１乃至８０４の４フィールドから構成されており、フィールド画像８０２乃至８０４におけるパターンの位置はフィールド画像８０１のパターンの位置に較べて右方向にシフトしている。図７（ｃ）で算出されたフィールドのドリフト量をもとにフィールド画像８０１を基準としてフィールド単位でドリフト補正した１フレーム画像を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）では、フィールド画像８０５乃至８０８のパターンの位置は左右に揃っており、１フレーム内の画像ドリフトにより生じたパターン位置のずれも補正することが可能となる。【００３０】
インターレス走査方式、ラスタ走査方式ともに正方形が平行四辺形になる傾向がみられるが、フィールド画像補正により、元のパターンに忠実なフレーム画像が得られることが分かった。【００３１】
画像補正の環境設定を行うＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の一例を図９に示す。まず、画像観察時において、ドリフト補正を実行するかしないかをスイッチにより判定する。補正方法は、フレーム補正とフィールド補正が選択可能となっている。フレーム補正は、ドリフト補正の単位をフレームに限定し、１フレームごとにドリフト補正を行う。一方、フィールド補正では、フレーム補正に加えて、１フレーム内の画像のドリフトも考慮し、画像を補正することになる。ここでは、フィールドの単位を指定することもでき、例えば２と指定すれば、１フレームを２フィールドに分解し、それぞれ補正を行うことになる。本実施例で説明するような環境設定画面を設けることにより、ドリフト補正の具体的な手法を任意に設定することが可能となる。なお、ＧＵＩとして、モニタ１１４を共用することができる。【００３２】
本実施例において、フィールド画像補正を行うことにより、フレーム画像取得中のドリフトが補正され、鮮明なフレーム画像を得ることができることが分かった。
更に、本実施例において、フィールド画像を補正し、積算して新たなフレーム画像を作成し、それを用いてパターン寸法をデータ処理部にて算出することにより、パターン寸法の０．５％以内の誤差で測定できることがわかった。
【実施例２】
【００３３】
第２の実施例について、図１０、図１１を用いて説明する。なお、実施例１に記載の内容は特段の事情がない限り、本実施例にも適用できる。【００３４】
図１０は、本実施例における処理フロー図である。以下このフロー図について説明する。
まず、ステージを動かして測定点に移動し、同一視野において１フレームの画像を連続して複数枚取得する。得られたフレーム画像は画像記憶部１１２に保存される（Ｓ１００１）。
補正演算処理部１１３を用いて、フレーム画像を縮小化してＳ／Ｎ比を向上させる（Ｓ１００２）。
補正演算処理部１１３を用いて、観察対象のパターンに対応する設計データであるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）データ、あるいは観察により得られたフレーム画像のデータを用いてパターンが一次元か二次元か判定し、解析する手法を決定する（ドリフト量の算出方向を決める）（Ｓ１００３）。
補正演算処理部１１３を用いて、１フレーム目の画像を基準とした２フレーム目以降の画像のドリフト量を算出する（Ｓ１００４）。
補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ１００４で算出されたフレーム間のドリフト量をもとに、フィールド間のドリフト量に換算する（Ｓ１００５）。
補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ１００５の処理で算出したドリフト量だけフィールド画像をシフトさせる（Ｓ１００６）。次に、基準のフィールド画像に重ね合わせて積算
し、複数フレームの画像を作成する（Ｓ１００７）。
Ｓ１００７で作成された複数フレーム画像をモニタ１１４に表示する（Ｓ１００８）。
その後、Ｓ１００８でモニタ１１４に表示された複数フレーム画像を用いてパターンの寸法算出を行う（Ｓ１００９）。【００３５】
本例のステップＳ１００２において、フレーム画像の縮小化はノイズを低減する効果によりＳ／Ｎ比を向上させることとなる。画像を縮小化する代表的な手法としては、最近傍補間法、バイリニア法、バイキュービック法があげられる。それぞれ、画素の最も近い値を設定する手法、画素の周囲４点の値を用いて直線フィッティングして値を設定する手法、画素の周囲１６点の値から３次関数でフィッティングして算出した値を設定する手法である。以下に、画像縮小によるノイズの低減をバイリニア法を用いて説明する。例えば、画像を１／２サイズに縮小した場合、縮小後の１画素の値は、縮小前の４画素の値の平均値から算出される。すなわち、縮小後の画像の画質は縮小前の画像を４枚平均化した画像の画質と同等となる。以上のことから、画像を縮小することでノイズの大きさを低減し、結果的にＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。しかし、画像を縮小する際にシグナル成分も平均化されてしまい、Ｓ／Ｎ比が低下するため、ノイズを低減しつつシグナルの低減を抑える適切な縮小率の設定が必要となる。【００３６】
本例のステップＳ１００４について、ステップＳ１００３でパターンが一次元であると判定された時のドリフト量算出方法を以下で説明する。一次元パターンでは、パターンの長手方向に平行なドリフト量は算出することができないため、長手方向に垂直なドリフト量のみ算出することになる。二枚のフレーム画像の相関値が最大の点を探索する次元数は１に減少するため、通常の二次元の探索に較べて相関係数の計算に要する時間を短縮することができる。【００３７】
図１１に一次元パターンのドリフト量算出方法の一例を示す。縦方向にラインパターンがある二枚のフレーム画像１１０１、１１０２に対して、ラインに水平な方向に信号強度を加算し、一次元のラインプロファイル１１０３、１１０４を作成する。これらの一次元のラインプロファイル間の相関係数を算出すると、１１０５のグラフが得られ、フレーム画像１１０１に較べてフレーム画像１１０２が右方にｄｘだけシフトしている結果が得られる。この手法を用いると、（１）ライン加算してプロファイルを作成するのでＳ／Ｎ比が向上する、（２）相関関数を算出するための元データ量が減少する、（３）相関関数を探索する次元を減らすことができる、ことにより短時間で高精度のドリフト量算出が可能となる。あるいは、ライン加算を行わずに、二次元のフレーム画像を用いたままでドリフト量の探索方法を、ラインに垂直な方向に限定する手法も適用が可能である。この手法では、元データ量は変わらないが、探索方向を減らすことができるので、図１１の手法ほど顕著ではないが、計算時間を短縮することができる。【００３８】
しかし、ドリフト量算出の次元数を減らしたこれらの手法では、ラインの長手方向のドリフトは考慮していないため、長手方向にドリフトがある場合にはパターンのエッジ部が平均化されることからラフネス計測には適しておらず、パターン寸法の算出時に対して有効である。なお、パターンに十分なラフネスが含まれる場合には、二次元のドリフト量解析が可能なので、ラフネス計測時には一次元解析を行わないように設定する。【００３９】
本実施例では、実施例１と同様、鮮明なフレーム画像がえられ、また、パターン寸法の測定精度を向上できる。更に、フレーム画像の縮小化により、画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【実施例３】
【００４０】
第３の実施例について、説明する。なお、実施例１に記載の内容は特段の事情がない限り、本実施例にも適用できる。【００４１】
実施例１では、１フレーム画像ごとにドリフト量を算出し、それをフィールド画像のドリフト量に分割してドリフト補正を行っていた。この手法では、１フレームの画像同士を比較してドリフト量を算出しているが、極端にＳ／Ｎ比が低い場合はそのままの１フレームの画像ではドリフト量を精度良く算出することができない。そこで、１フレームの画像を複数枚重ね合わせて新たに画像を作成し、Ｓ／Ｎ比を向上させたこれらの画像どうしのドリフト量を算出して補正を行う手法があげられる。１フレーム画像の重ね合わせ枚数は、ドリフト量算出が可能なＳ／Ｎ比が得られる最小枚数に設定する。２枚あるいは３枚が適当であるがそれ以上の枚数でも構わない。【００４２】
図１２は、本実施例での処理フロー図である。以下このフロー図を用いて説明する。
まず、ステージを動かして測定点に移動し、同一視野において１フレームの画像を連続して複数枚取得する。得られたフレーム画像は画像記憶部１１２に保存される（Ｓ１２０１）。
補正演算処理部１１３を用いて、前記画像記憶部１１２に保存された複数のフレーム画像を、数枚毎のグループに分け、グループ毎にフレームの画像を重ね合わせて、新たに複数フレームの画像を作成する（Ｓ１２０２）。
補正演算処理部１１３を用いて、１枚目のフレーム画像を基準として、２枚目以降のフレーム画像のドリフト量を算出する。（Ｓ１２０３）。
補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ１２０３で算出された複数フレーム画像間のドリフト量をもとに、フレーム画像間のドリフト量を算出する（Ｓ１２０４）。
補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ１２０４で算出されたフレーム画像間のドリフト量をもとに、フィールド画像間のドリフト量に換算する（Ｓ１２０５）。
補正演算処理部１１３を用いて、Ｓ１２０５の処理で算出したドリフト量だけフィールド画像をシフトさせる（Ｓ１２０６）。次に、基準のフィールド画像に重ね合わせて積算
し、複数フレームの画像を作成する（Ｓ１２０７）。
Ｓ１２０７で作成された複数フレーム画像をモニタ１１４に表示する（Ｓ１２０８）。
その後、Ｓ１２０８でモニタ１１４に表示された複数フレーム画像を用いてパターンの寸法算出を行う（Ｓ１２０９）。【００４３】
本実施例では、実施例１と同様、鮮明な画像がえられ、また、パターン寸法の測定精度が向上できる。更に、１フレームの画像を複数枚重ね合わせて新たに画像を作成することにより、画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０１…電子顕微鏡部、１０２…制御部、１０３…表示部、１０４…電子源、１０５…集束レンズ、１０６…偏向器、１０７…対物レンズ、１０８…試料、１０９…試料台、１１０…検出器、１１１…データ処理部、１１２…画像記憶部、１１３…補正演算処理部、１１４…モニタ、１１０１…画像データ、１１０２…画像データ、１１０３…１１０１のラインプロファイル、１１０４…１１０２のラインプロファイル、１１０５…１１０３と１１０４の相関関数。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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