(57)【要約】  非破壊検査により，不足成長状態から過剰成長状態にわたる幅広い領域で，結晶成長量を定量的に評価する。ＳＥＭ画像から抽出したパタン輝度、パタン面積、パタン形状などの複数の画像特徴量を用いて、パタン内の輝度がパタン外の輝度より低いか否か（４０１）により、不足成長、過剰成長の判断（４０２、４０５）等を行い、輝度差あるいはパタン面積により、ホールパタンまたはトレンチパタンなどの凹形状パタンにおける結晶成長の成長量指標をあるいは正常度指標を算出する（４０４、４０７）。
2019038841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理装置であって、
荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、
抽出した前記パタン輝度と前記パタン面積を用いて、前記パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、前記パタン内外の輝度差を計測し、前記輝度差と、予め作成した第一較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、前記パタン面積と、予め作成した第二較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記画像特徴量として，前記パタンの画像からパタン形状を抽出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像処理装置であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの円形度、前記パタンの４乃至６角形度である、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像処理装置であって、
前記パタン輝度とは前記パタン内外の輝度差であり、
前記輝度差と，前記パタン面積と，前記パタンの円形度と，前記パタンの４乃至６角形度を，予め作成した較正テーブルと比較し，前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
請求項３に記載の画像処理装置であって、
前記画像から抽出した複数の前記画像特徴量を用いて、前記パタンにおける結晶成長の正常度指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像処理装置であって、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さいか大きいかにより、
前記成長量指標、及び前記正常度指標を算出するための前記画像特徴量を変更する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像処理装置であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの４乃至６角形度であり，
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、
前記パタン内外の輝度差と、前記パタン内の輝度勾配を計測して、前記輝度差から前記成長量指標を，前記輝度勾配から前記正常度指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、
前記パタン面積から前記成長量指標を，前記パタンの４乃至６角形状から前記正常度指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項９】
画像処理装置よる画像処理方法であって、
荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、
抽出した前記パタン輝度と前記パタン面積を用いて、前記パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記画像特徴量として，前記画像からパタン形状を抽出する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記画像から抽出した複数の前記画像特徴量を用いて、前記パタンにおける結晶成長の正常度指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さいか大きいかにより、
前記成長量指標、及び前記正常度指標を算出するための前記画像特徴量を変更する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
荷電粒子顕微鏡であって、
結晶に荷電粒子を照射し、前記結晶から得られる二次荷電粒子を検出する検出部と、
前記検出部の検出信号から得られる、前記結晶の表面の凹形状パタンの画像を処理する画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、
前記画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、
抽出した前記パタン輝度と前記パタン面積を用いて、前記パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、前記パタン内外の輝度差を計測し、前記輝度差と、予め作成した第一較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、前記パタン面積と、予め作成した第二較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１３に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記画像特徴量として，前記画像から更にパタン形状を抽出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの円形度と、前記パタンの４乃至６角形度である、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記パタン輝度とは前記パタン内外の輝度差であり、
前記画像処理部は、
前記輝度差と，前記パタン面積と，前記パタンの円形度と，前記パタンの４乃至６角形度を，予め作成した較正テーブルと比較し，前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１５に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記画像から抽出した複数の前記画像特徴量を用いて、前記パタンにおける結晶成長の正常度指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さいか大きいかにより、
前記成長量指標、及び前記正常度指標を算出するための前記画像特徴量を変更する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項２０】
請求項１９に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの４乃至６角形度であり，
前記画像処理部は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、
前記パタン内外の輝度差と、前記パタン内の輝度勾配を計測して、前記輝度差から前記成長量指標を，前記輝度勾配から前記正常度指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、
前記パタン面積から前記成長量指標を，前記パタンの４乃至６角形状から前記正常度指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子顕微鏡に係り、特に微細パタンにおける結晶成長の評価技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスのチャネルには通常はＳｉが用いられるが，将来のデバイスでは，移動度の高いＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体や、ＳｉＧｅ、Ｇｅなどが適用される見込みである。これらの物質で高品質なチャネルを形成するためには，孔や溝へエピタキシャル成長される方法が一般的である。しかし，エピタキシャル成長は，孔や溝の表面状態，プロセス条件に非常に敏感なプロセスであり，成長量が不足成長から過剰成長まで容易にばらつく。プロセスによって最適な成長量は異なるが、最適な成長量とは異なる成長量となると，デバイスが正常に動作しなかったり，後の工程に問題が発生したり欠陥パタンとなる。このような微細パタンの検査方法として，例えば特許文献１のような走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で取得した画像の特徴量を用いて，対象パタンが正常か欠陥かを判別する手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-119471号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている従来の欠陥検査手法は，対象パタンを撮像したＳＥＭ画像中のパタン形状などの画像特徴量にもとづいて，微細パタンが欠陥であるかどうかの検査を行う。しかし，孔や溝におけるエピタキシャル成長では，不足成長と過剰成長でＳＥＭ画像中でのパタンの特徴が異なるため，従来手法では，不足成長から過剰成長にわたる幅広い領域で，結晶成長量を評価することはできない。また，定量的な評価もできない。【０００５】
一方、断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの断面観察手法を用いれば，孔や溝における結晶成長の状態を直接観察できるため，結晶成長量の定量的な評価や，結晶成長の正常度も評価が可能である。しかし，これらの方法は破壊検査であり，半導体プロセスでの活用に適さない。【０００６】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、非破壊検査により，不足成長状態から過剰成長状態にわたる幅広い領域で，結晶成長量あるいは結晶成長の正常度を定量的に評価することが可能な画像処理装置、方法、及び荷電粒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】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明においては、画像処理装置であって、荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、抽出したパタン輝度とパタン面積を用いて、凹形状パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する画像処理装置を提供する。【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、画像処理装置よる画像処理方法であって、荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、抽出したパタン輝度とパタン面積を用いて、凹形状パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する画像処理方法を提供する。【０００９】
更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、荷電粒子顕微鏡であって、結晶に荷電粒子を照射し、結晶から得られる二次荷電粒子を検出する検出部と、検出部の検出信号から得られる、結晶の表面の凹形状のパタンの画像を処理する画像処理部と、を備え、画像処理部は、画像から画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、抽出したパタン輝度とパタン面積を用いて、パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する荷電粒子顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、エピタキシャル成長により成長させた結晶の結晶成長量あるいは結晶成長の正常度を，不足成長から過剰成長にわたる幅広い領域で定量的に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】不足成長状態および過剰成長状態のパタン断面の一例の模式図である。
【図２】結晶成長が異常となった場合のパタン断面の一例の模式図である。
【図３】孔へエピタキシャル成長を行ったパタンのＳＥＭ画像の一例を示す図である。
【図４】実施例１に係る、画像処理の一例のフローチャートを示す図である。
【図５】実施例１に係る、結晶の成長量指標を算出するための較正曲線の一例を示す図である。
【図６】実施例２に係る、画像処理の一例のフローチャートを示す図である。
【図７】実施例２に係る、６角形度の評価に用いるテンプレートの一例を示す図である。
【図８】実施例２に係る、６角形度の評価に半径の角度依存性の説明図である。
【図９】実施例２に係る、結晶の成長量指標を算出するためのデータベースの一例を示す図である。
【図１０】実施例３、４に係る、孔へエピタキシャル成長を行ったパタンのＳＥＭ画像の一例を示す図である。
【図１１】実施例３、４に係る、画像処理の一例のフローチャートを示す図である。
【図１２】実施例３、４に係る、結晶成長の正常度指標を算出するための較正曲線を示す図である。
【図１３】実施例５に係る、結果の表示方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明の理解を容易にするため本発明の課題を図面に基づき説明する。なお、本明細書において、孔または溝が形成された結晶表面のホールパタンまたはトレンチパタンを凹形状パタンと総称する。また、本明細書においてパタン輝度とは、パタン内、パタン外、パタン内外の輝度、輝度差を意味する。
【００１３】
図１に、不足成長状態および過剰成長状態のパタン断面の一例の模式図を示す。１００は結晶成長前のパタン断面であり、このような孔または溝１０３に対してＩＩＩ−Ｖ族などの結晶を成長させた結果が１０１、あるいは１０２である。１０１は不足成長状態のパタン断面であり、孔または溝の一部のみに結晶１０４が成長している状態である。１０２は過剰成長状態のパタン断面であり、孔または溝から結晶があふれ出している状態である。
【００１４】
上述したように、従来の欠陥検査手法は，対象パタンを撮像したＳＥＭ画像中のパタン形状などの画像特徴量にもとづいて，微細パタンが欠陥であるかどうかの検査を行うが、孔や溝におけるエピタキシャル成長では，不足成長と過剰成長でＳＥＭ画像中でのパタンの特徴が異なるため，不足成長から過剰成長にわたる幅広い領域で，結晶成長量を評価することはできない。また，定量的な評価もできない。
【００１５】
図２に結晶成長が異常となった場合のパタン断面の模式図を示す。２０１は不足成長状態における異常成長であり，２０２は過剰成長状態における異常成長である。過剰成長状態における異常成長２０２はトップダウンのＳＥＭ画像におけるパタンの形状が正常とは異なるため，従来の欠陥検査手法で正常か異常か判定が可能である。一方，不足成長状態における異常成長２０１は，トップダウンのＳＥＭ画像における凹形状パタンは正常成長１０１とかわらないため，従来の欠陥検査手法では正常度の評価が困難である。
【００１６】
本発明はこのような従来の課題を、以下に説明する各種の実施例により解決することができる。
【実施例１】
【００１７】
実施例１として、荷電粒子顕微鏡の一つとしてトップダウンＳＥＭによって取得された微細パタンのＳＥＭ画像から、パタン輝度、パタン面積、の画像特徴量を抽出して，結晶の成長量指標を算出する画像処理の実施例を説明する。すなわち、実施例１は、画像処理装置であって、荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、抽出したパタン輝度とパタン面積を用いて、凹形状パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する画像処理装置、画像処理方法の実施例である。また、荷電粒子顕微鏡であって、結晶に荷電粒子を照射し、結晶から得られる二次荷電粒子を検出する検出部と、検出部の検出信号から得られる、結晶の表面の凹形状パタンの画像を処理する画像処理部と、を備え、画像処理部は、画像から画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、抽出したパタン輝度とパタン面積を用いて、パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する荷電粒子顕微鏡の実施例である。なお、本明細書において、結晶の成長量指標とは、結晶成長させた結晶の程度を表す指標を意味する。【００１８】
図３は孔へエピタキシャル成長を行った凹形状パタンのＳＥＭ画像の一例であり，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５の順に結晶成長量が大きくなっている。以降，これらのＳＥＭ画像を用いた場合の例を述べる。なお，特に記述のない場合は,他の凹形状パタンである溝への結晶成長の場合も同様の方法が適用できる。【００１９】
図４は，実施例１に関わる画像処理のフローチャートの一例である。ステップ４０１では，対象パタン内の輝度がパタン外の輝度より低いかどうかを判定する。ここでパタンとは，図３の３０６に示すように，ＳＥＭ画像内におけるパタンのことを意味する。このステップ４０１では，パタン内，及びパタン外の輝度として，パタン内，及びパタン外に位置する画素の輝度の平均を用いる。パタン内外の境界線は画像処理やＳＥＭに搭載されているエッジ検出機能など，任意の方法を用いて抽出すれば良い。パタン外の領域は，パタン内を除いた画像全体としても良いが，画像内に評価対象となるパタン以外のパタンや異物がある場合には，それらを含めない領域をパタン外の領域として設定することが望ましい。パタン内の輝度がパタン外の輝度よりも低い場合（Ｙｅｓ）にはステップ４０２へ，パタン内の輝度がパタン外の輝度よりも高い場合（Ｎｏ）にはステップ４０５へ分岐する。【００２０】
ステップ４０２では，対象パタンの結晶成長を不足成長と判定する。【００２１】
ステップ４０３では，パタン内とパタン外の輝度差を求める。ここでは，ステップ４０１で利用した、パタン内の輝度とパタン外の輝度差を用いても良い。しかし，実際のＳＥＭ画像の輝度は，一般的には検出器の増幅率の設定や，画像処理によるコントラストや輝度オフセットの調整の影響を受けるため,画像間で定量的な比較ができない場合が多い。画像の輝度に対して，検出器や画像処理の影響を補正した輝度を算出した後，パタン内の輝度とパタン外の輝度差を求めることが望ましい。あるいは，パタン外の信号量のばらつきは本来一定であると仮定して，画像の輝度差を，パタン外の輝度の標準偏差で規格化することで，検出器や画像処理の影響を補正しても良い。【００２２】
ステップ４０４では,輝度差から成長量指標を算出する。このステップ４０４は，不足成長状態においては、結晶成長量が少ないと，孔の底で発生するＳＥＭの信号電子のうち,孔から脱出して検出器に検出される割合が小さくなり,輝度が低下するという原理にもとづく。【００２３】
実際には，図５の第１の較正曲線５０１をあらかじめ作成しておき，これにもとづいて成長量指標を算出すれば良い。なお，孔の寸法が異なると，同じ結晶成長量であっても，孔の底で発生するＳＥＭの信号電子の検出割合が異なる。較正曲線５０１との比較を行う前に，孔の寸法の影響を補正することが望ましい。この補正は，孔の底から見たときの孔の開口部の立体角で規格化する方法でもよいし，これに加えて信号電子の強度の角度依存性を考慮した実効的な立体角を用いても良いし，あるいは，シミュレーションを用いて補正しても良い。【００２４】
ステップ４０５では，対象パタンの結晶成長を過剰成長と判定する。【００２５】
ステップ４０６では，パタンの面積を求める。【００２６】
ステップ４０７では，パタン面積から成長量指標を算出する。これは，結晶は孔からはみだした過剰成長状態においては、結晶成長が進むに従って，垂直方向に加えて水平方向にも結晶が成長し，トップダウンで観察したときの面積が増加することにもとづく。実際には，図５の第２の較正曲線５０２をあらかじめ作成しておき，これにもとづいて成長量指標を算出すれば良い。【００２７】
図５に示した２種の較正曲線５０１、５０２は，実際に成長量指標を評価するプロセスにおいて，結晶成長時間を変化させたて試料を製作し，パタン内外の輝度差とパタン面積を計測することにより作成すれば良い。この場合は，結晶成長時間が成長量指標に対応する。あるいは，結晶の体積の異なる形状モデルに対して電子散乱シミュレーションを行ってＳＥＭの信号強度を求め，これにもとづいて較正曲線を作成しても良い。結晶を成長させるホールの寸法が同じであれば，較正曲線はおおよそ同じであると考えられるので，典型的なプロセスで作成した較正曲線を標準的に用いても良い。図５に示すような２種類の較正曲線５０１、５０２を用いることで、輝度差と面積から単一の成長量指標を算出することができる。【００２８】
本実施例を用いることで，結晶の成長量指標を不足成長から過剰成長にわたる幅広い領域で定量的に計測できる。
【実施例２】
【００２９】
実施例２として，トップダウンＳＥＭによって取得された微細パタンのＳＥＭ画像から、パタン輝度、パタン面積、パタンの円形度，パタンの４角乃至６角形度，の画像特徴量を抽出して，結晶の成長量指標を算出する実施例を説明する。図６は，実施例２に関わる画像処理のフローチャートの一例である。なお、本実施例の説明において、パタンの４角乃至６角形度の一例として６角形度を例に説明するが、以下の説明は４角形度に対しても同様に適用することができる。【００３０】
ステップ６０１では，ステップ４０４と同様にパタン内外の輝度差を抽出する。【００３１】
ステップ６０２では，ステップ４０６と同様にパタンの面積を求める。【００３２】
ステップ６０３では，パタンの円形度を求める。ここで円形度とは，パタンの中心からパタンの端までの距離のばらつきで定義しても良いし，パタンの輪郭の外接円と内接円との半径差で定義しても良いし，パタンの面積と周長の比で定義しても良い。あるいは，形状の真円への類似度を定量化できる定義であれば，他の任意の定義を用いて良い。なお，ここでは孔に対して結晶成長させる場合について記述したため，円形度を画像特徴量としたが，溝に倒して結晶成長させる場合には，円形度の代わりに，パタン形状の円滑度を画像特徴量として用いればよい。円滑度は，たとえばパタン輪郭の曲率の大きさから求めればよい。ここで極率半径の大きさは，パタン輪郭における曲率の最大値で定義しても良いし，パタン輪郭の全体にわたる曲率の平均で定義しても良いし，溝の両端のみにおける曲率の平均で定義しても良い。あるいは，形状の輪郭のスムースさを定量化できる定義であれば，他の任意の定義を用いて良い。【００３３】
ステップ６０４では，パタンの４乃至６角形度を求める。ここで，パタンの６角形度を求める手法を一例として記述する。ひとつの方法は，６角形のテンプレートと，ＳＥＭ画像あるいはパタン輪郭とのパタンマッチングを行い，そのマッチングのスコアを用いる方法である。６角形のテンプレートは，図７に示したように，結晶成長させる孔あるいは溝などの凹形状パタンに応じて形を決定する必要がある。例えば図７に示す孔パタン７０１の場合には正６角形７０２，溝パタン７０３の場合には，縦横比が溝パタンと同じて，各頂点の角度が１２０度のような扁平した６角形７０４を用いる必要がある。また別の方法は，パタン形状を多角形に近似し，頂点の角度が１２０度とどの程度一致しているかを定量化して用いても良い。定量化の方法として，例えば，頂点の角度と１２０度との差の二乗和平方根などを算出すれば良い。また，孔への結晶成長の場合に適用できる別の方法としては，図８に示すようにパタンの中心８０１からパタンの輪郭８０２までの距離ｒの方位角θに対する依存性を求めて，以下の式１を用いて算出した６階対称成分の振幅Ａをパタンの寸法で規格化した値で定義してもよい。あるいは，形状の輪郭の６角形への類似度を定量化できる定義であれば，他の任意の定義を用いて良い。【００３４】
【数１】
2019038841.tif 000003
【００３５】
ステップ６０５では，ステップ６０１から６０４にて抽出した画像特徴量の組み合わせを予め作成したデータベースと比較し成長量指標を算出する。ここで，データベースとは，図９のテーブル９０１に示したように，結晶の成長量指標に対して，標準的なパタン内外の輝度差、面積、円形度、６角形度を記述したものである。なお図９では，数値は適宜規格化した例を示した。結晶成長に伴う輝度差や面積の変化は，実施例１にて記述したとおりである。【００３６】
これに加えて，本実施例ではパタンの形状変化の情報も利用する。結晶が不足成長状態では孔の形状に制限されてパタン形状は円形であるが，孔からはみだすと結晶性を反映した６角形形状となり，さらに過剰に結晶成長が進むと６角形の形状がくずれて不定形となる。なお，画像特徴量の組み合わせは必ずしもデータベースに存在する組み合わせと一致しないが，もっとも類似した組み合わせを選択すれば良い。類似した組み合わせを選択する方法は，画像特徴量の組み合わせを多次元空間内の位置を表すベクトルと見なし，ベクトル間の距離で評価すればよく，距離の算出方法は一般的に用いられる任意の方法で良い。【００３７】
本実施例を用いることで，凹形状パタンの形状変化の情報も利用して，結晶の成長量指標を求めることができ，よりロバストな計測が可能となる。
【実施例３】
【００３８】
実施例３として，トップダウンＳＥＭによって取得された微細パタンのＳＥＭ画像から、輝度、パタン面積、パタンの４乃至６角形度，の画像特徴量を抽出して，結晶の成長量指標に加えて，結晶成長の正常度指標を算出する実施例を説明する。なお、本明細書において、結晶成長の正常度指標とは、結晶の結晶成長の均一性を表す指標を意味する。【００３９】
図１０は孔へエピタキシャル成長を行ったパタンのＳＥＭ像の一例であり，１００１は不足成長で正常な場合，１００２は過剰成長で正常な場合，１００３は不足成長で成長状態が異常な場合，１００４は過剰正常で成長状態が異常な場合の例である。それぞれ，図１の１０１，１０２，図２の２０１，２０２に示した断面の模式図に対応する。図１１に，本実施例に関わる画像処理のフローチャートの一例を示す。【００４０】
ステップ１１０１から１１０４は実施例１の図４のフローチャートにおけるステップ４０１から４０４と同一である。【００４１】
ステップ１１０５では、パタン内の輝度勾配を求める。輝度勾配を求める際には，実施例１に記述したように，検出器や画像処理の影響を補正した輝度を算出した後に勾配を求める，あるいは，パタン外の信号量のばらつきは本来一定であると仮定して，画像の輝度差をパタン外の輝度の標準偏差で規格化することで検出器や画像処理の影響を補正することが望ましい。【００４２】
ステップ１１０６では，輝度勾配から成長の正常度指標を算出する。これは，図１０の１００１に示すように，結晶成長が均一に進んでいる場合には，パタン内の規模も均一であるのに対して，図１０の１００３に示すように，結晶成長に偏りがある場合にはパタン内の輝度勾配が大きくなることにもとづく。具体的には，図１２の較正曲線１２０１をあらかじめ作成しておき，これにもとづいて成長正常を算出すれば良い。【００４３】
ステップ１１０７から１１０９は実施例１の図４のフローチャートにおけるステップ４０５から４０７と同一である。【００４４】
ステップ１１１０では，パタン形状の４乃至６角形度を求める。この方法は，実施例２の図６のフローチャートのステップ６０４と同様である。【００４５】
ステップ１１１１では、４乃至６角形度から成長の正常度指標を算出する。これは，図１０の１００２に示すように，結晶成長が正常な場合にはトップダウンで観察したときの結晶の形状が，孔への結晶成長の場合には正６角形，溝への結晶成長の場合には各頂点の角度が１２０度の扁平な６角形になるのに対して，図１０の１００４に示すように，結晶成長が異常の場合には形状が５角形やその他の形になりやすいことにもとづく。具体的には，図１２の較正曲線１２０２をあらかじめ作成しておき，これにもとづいて成長正常を算出すれば良い。【００４６】
図１２に示した２種の較正曲線１２０１、１２０２は，実際に成長量指標を評価するプロセスにおいて，結晶成長の選択性などのプロセス条件を変化させつつ，成長時間を変化させてウエハを作成し，輝度勾配と４乃至６角形度を計測して同様のプロセス条件では成長時間によらず同様の正常度指標となるように作成すれば良い。変化させるプロセス条件としては，例えばエピタキシャル成長前の洗浄時間など，表面の清浄度に対応するパラメータが望ましい。また，べつの方法としては，図１０に示したように，正常成長から異常成長まで含むＳＥＭ画像を多数収集し，マニュアルで清浄度を評価したデータベースを作成して，これにもとづいて較正曲線を作成しても良い。【００４７】
本実施例を用いることで，結晶の成長量指標だけでなく結晶成長の正常度指標の計測も可能となる。
【実施例４】
【００４８】
実施例４として，実施例３に記載の方法に加えて，結晶成長の方向も計測する実施例について説明する。本実施例のフローチャートは，図１１に示した実施例３のフローチャートとほぼ同じであるが，以下の処理を加える。【００４９】
ステップ１１０５において，パタン内の輝度勾配を求める際に，その方向も求める。例えば，図１０の１００３に示すＳＥＭ画像の場合には，１００５に示す方向を得る。【００５０】
ステップ１１１０でも同様に，パタンの６角形度を求める際に，形状が５角形であった場合には，その５角形の方向も求める。ここで，５角形の方向とは，各頂点のうちで１２０度に最も近い角度をもつ頂点の方向である。例えば，図１０の１００４に示すＳＥＭ画像の場合には，１００６に示す方向を得る。【００５１】
これらの方向１００５、１００６は，結晶成長の偏りが生じている方向に対応する。【００５２】
本実施例を用いることで，結晶の成長量指標や結晶成長の正常度指標だけでなく，どちらの方向に結晶成長する傾向があるのかの評価も可能となる。
【実施例５】
【００５３】
本実施例では，実施例１から４にて得られた結果の表示方法の実施例を説明する。【００５４】
図１３の１３０１は，成長量指標の結果表示方法の例として、ウエハ内の多数のパタンに対して実施例１から４の方法で得た成長量指標をウエハ内の位置に応じてマッピングした例である。また，図１３の１３０２は，成長量指標と成長方向の結果表示方法の例として、実施例４にて得られた結晶の成長量指標と成長方向をそれぞれベクトルの長さを向きとして表示し，対象パタンのウエハ内の位置に応じてプロットしたものである。これらの結果表示により，ウエハ内の結晶成長の傾向が容易に把握できる。もちろん，成長量指標のかわりに結晶成長の正常度指標を表示することも可能である。【００５５】
また，図１３の１３０３はパタンの寸法と結晶成長の正常度指標との相関をプロットした例である。ここで寸法としては、図１０の１００１あるいは１００３のような不足成長の場合におけるパタンの輪郭から計測される寸法を用いても良いし、図１の１００に示した結晶成長前のパタンを事前に計測して得られた寸法を用いても良い。この結果表示により，結晶成長の異常がどのようなパタンで発生しているのかを容易に把握することができる。もちろん，結晶成長の正常度指標のかわりに成長量指標を表示することも可能である。【００５６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、荷電粒子である電子を使ったＳＥＭの代わりに、イオンを結晶に照射して得られる二次荷電粒子を検出部で検出する集束イオンビーム装置などの他の荷電粒子顕微鏡とする等、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００５７】
更に、上述した各構成、機能、画像処理装置等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１００  結晶成長前のパタン断面
１０１  不足成長状態のパタン断面
１０２  過剰成長状態のパタン断面
１０３  孔
１０４  エピタキシャル成長させた結晶
２０１  異常成長した場合の不足成長状態のパタン断面
２０２  異常成長した場合の過剰成長状態のパタン断面
３０１〜３０５  孔へ結晶成長したパタンのＳＥＭ像の例
３０６  パタン
５０１  輝度差と成長量指標との関係をあらわす較正曲線
５０２  面積と成長量指標との関係をあらわす較正曲線
７０１  孔の模式図
７０２  ６角形度の評価に用いるテンプレート形状
７０３  溝の模式図
７０４  ６角形度の評価に用いるテンプレート形状
８０１  パタン中心
８０２  パタン輪郭
９０１  テーブル
１００１  正常成長した場合の不足成長状態のパタンのＳＥＭ像の例
１００２  正常成長した場合の過剰成長状態のパタンのＳＥＭ像の例
１００３  異常成長した場合の不足成長状態のパタンのＳＥＭ像の例
１００４  異常成長した場合の過剰成長状態のパタンのＳＥＭ像の例
１００５  結晶成長方向
１２０１  輝度勾配と成長正常度との関係をあらわす較正曲線
１２０２  ６角形度と成長正常度との関係をあらわす較正曲線
１３０１  成長量指標の結果表示方法の例
１３０２  成長量指標と成長方向の結果表示方法の例
１３０３  パタンの寸法と結晶成長の正常度指標との相関プロット
【図１】
2019038841.tif 000004
【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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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月4日(2020.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理装置であって、
荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、
抽出した前記パタン輝度と前記パタン面積を用いて、前記パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、前記パタン内外の輝度差を計測し、前記輝度差と、予め作成した第一較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、前記パタン面積と、予め作成した第二較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記画像特徴量として，前記パタンの画像からパタン形状を抽出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像処理装置であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの円形度、前記パタンの４乃至６角形度である、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像処理装置であって、
前記パタン輝度とは前記パタン内外の輝度差であり、
前記輝度差と，前記パタン面積と，前記パタンの円形度と，前記パタンの４乃至６角形度を，予め作成した較正テーブルと比較し，前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
請求項３に記載の画像処理装置であって、
前記画像から抽出した複数の前記画像特徴量を用いて、前記パタンにおける結晶成長の正常度指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像処理装置であって、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さいか大きいかにより、
前記成長量指標、及び前記正常度指標を算出するための前記画像特徴量を変更する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像処理装置であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの４乃至６角形度であり，
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、
前記パタン内外の輝度差と、前記パタン内の輝度勾配を計測して、前記輝度差から前記成長量指標を，前記輝度勾配から前記正常度指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、
前記パタン面積から前記成長量指標を，前記パタンの４乃至６角形状から前記正常度指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項９】
画像処理装置よる画像処理方法であって、
荷電粒子線顕微鏡による凹形状パタンの画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、
抽出した前記パタン輝度と前記パタン面積を用いて、前記パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記画像特徴量として，前記画像からパタン形状を抽出する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記画像から抽出した複数の前記画像特徴量を用いて、前記パタンにおける結晶成長の正常度指標を算出する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像処理方法であって、
前記画像処理装置は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さいか大きいかにより、
前記成長量指標、及び前記正常度指標を算出するための前記画像特徴量を変更する、
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
荷電粒子顕微鏡であって、
結晶に荷電粒子を照射し、前記結晶から得られる二次荷電粒子を検出する検出部と、
前記検出部の検出信号から得られる、前記結晶の表面の凹形状パタンの画像を処理する画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、
前記画像から、画像特徴量としてパタン輝度とパタン面積を抽出し、抽出した前記パタン輝度と前記パタン面積を用いて、前記パタンにおける結晶成長の成長量指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、前記パタン内外の輝度差を計測し、前記輝度差と、予め作成した第一較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、前記パタン面積と、予め作成した第二較正曲線に基づいて前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１３に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記画像特徴量として，前記画像から更にパタン形状を抽出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの円形度と、前記パタンの４乃至６角形度である、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記パタン輝度とは前記パタン内外の輝度差であり、
前記画像処理部は、
前記輝度差と，前記パタン面積と，前記パタンの円形度と，前記パタンの４乃至６角形度を，予め作成した較正テーブルと比較し，前記成長量指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１５に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記画像から抽出した複数の前記画像特徴量を用いて、前記パタンにおける結晶成長の正常度指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さいか大きいかにより、
前記成長量指標、及び前記正常度指標を算出するための前記画像特徴量を変更する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項２０】
請求項１９に記載の荷電粒子顕微鏡であって、
前記パタン形状とは，前記パタンの４乃至６角形度であり，
前記画像処理部は、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より小さい場合には、前記パタン内外の輝度差と、前記パタン内の輝度勾配を計測して、前記輝度差から前記成長量指標を，前記輝度勾配から前記正常度指標を算出し、
前記パタン内の輝度が前記パタン外の輝度より大きい場合には、前記パタン面積から前記成長量指標を，前記パタンの４乃至６角形状から前記正常度指標を算出する、
ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【国際調査報告】
2019038841.tif 000017
2019038841.tif 000018
2019038841.tif 000019
2019038841.tif 000020