(57)【要約】    【課題】  被観察対象物の凹凸形状を観察するに十分な画像を正確に精度よく立体観察可能とする走査型電子顕微鏡装置およびこれを用いた三次元画像表示方法を提供する。    【解決手段】  走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法が、ＳＥＭ画像データからＳＥＭ画像の輪郭線データを抽出して三次元形状生成する処理と、ビームチルトして取得したＳＥＭ画像データから三次元形状パターン生成する処理と、三次元形状と三次元形状パターンとを双方の傾斜情報を対応情報として抽出する処理と、前記三次元形状と前記三次元形状パターンとを対応関係においてテクスチャマッピングして三次元立体画像を合成する処理と、および合成した三次元立体画像をディスプレイ装置に表示する処理とをビームチルトの角度を変えて複数繰り返して複数の三次元立体画像をディスプレイ装置に表示することを含んで構成される。【選択図】  図１
2006049161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察対象物に電子線を照射し、該被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置において、
前記被観察対象物の三次元形状関連データを入力する入力手段と、入力した三次元形状関連データから画像合成のための三次元形状情報を生成する三次元情報生成手段と、ＳＥＭ画像を入力する前記入力手段と、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する他方の三次元情報生成手段と、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段と、前記三次元情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピング手段と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成構築する画像合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有し、
該三次元立体画像構築処理装置で合成構築した三次元立体画像を表示するディスプレイ装置を有すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１において、前記三次元形状関連データは複数のＳＥＭ画像であり、かつ前記三次元情報生成手段は入力した複数のＳＥＭ画像から前記三次元形状情報を生成することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項１において、前記三次元画像構築処理装置の入力手段は、複数のＳＥＭ画像を入力し、かつ前記三次元情報生成手段は、入力した複数のＳＥＭ画像から傾斜情報としての他方の三次元情報を生成することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１において、前記三次元立体画像構築装置の前記入力手段は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡、Atomic Force Microscope）、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡、Scanning Tunneling Microscope）、あるいはＯＣＤ（光測定器、スペクトラＣＤ、スキャトロメトリ、Optical Critical  Dimension）で得られた形状データを入力し、前記三次元情報生成手段は、入力した形状データから三次元形状情報を生成することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項５】
被観察対象物に電子線を照射し、該被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置において、
前記被観察対象物について電子線を傾けて撮像した複数のＳＥＭ画像を入力する入力手段と、入力した前記ＳＥＭ画像から前記被観察対象物の三次元形状についての三次元形状情報を生成する三次元情報生成手段と、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する他方の三次元情報生成手段と、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段と、前記三次元情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込みテクスチャマッピング手段と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成する画像合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有し、
該三次元立体画像構築処理装置で合成構築した三次元立体画像を表示するディスプレイ装置を有すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
て複数の他方の三次元情報を生成するものであり、生成された複数の他方の三次元情報から１つの三次元情報が選択され、前記テクスチャマッピング手段に取り入れることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項６】
被観察対象物に電子線を照射し、被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する電子装置において、
前記被観察対象物の三次元形状関連データから生成された三次元形状情報を記憶し、ＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を記憶する記憶手段と、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段と、前記三次元形状情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピング手段と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成して三次元立体画像を合成構築する画面合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有し、
該三次元立体画像構築処理で合成構築した三次元立体画像を表示するディスプレイ装置を有すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項７】
前記三次元立体画像構築処理装置は、前記入力手段からＳＥＭ、ＡＦＭ、ＳＴＭまたはＯＣＤから形状データと、走査型電子顕微鏡からトップダウン画像データを入力し、該トップダウン像データを使用して被観察物についてトップダウンしてみたときの平面部の平面像と、請求項１から１０のいずれかに示す走査型電子顕微鏡装置を使用して傾斜部の三次元立体画像とを組み合わせて、組み合わせ画像を前記画像ディスプレイ装置に表示することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項８】
被観察対象物に電子線を照射し、被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法において、
前記被観察対象物の三次元形状関連データを入力し、入力した三次元形状関連データから画像合成のための三次元形状情報を生成し、ＳＥＭ画像を入力し、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成し、前記三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出し、前記三次元形状情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込んでテクスチャマッピングを行い、取り込んだ二つの前述の画像情報を合成する三次元立体画像構築処理装置によって三次元立体画像を合成構築し、合成構築した三次元立体画像をディスプレイ装置に表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法。
【請求項９】
被観察対象物に電子線を照射し、該被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法において、
前記被観察対象物の三次元形状関連データから生成された三次元形状情報を記憶し、ＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を記憶し、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出し、前記三次元形状情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピングを行い、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成して三次元立体画像を合成構築する画面合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置によって三次元立体画像を合成構築し、
合成構築した三次元立体画像ディスプレイ装置に表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法。
【請求項１０】
前記三次元立体画像構築処理装置は、前記入力手段からＳＥＭ、ＡＦＭ、ＳＴＭまたはＯＣＤから形状データと、走査型電子顕微鏡装置からトップダウン画像データを入力し、該トップダウン像データを使用して被観察物についてトップダウンしてみたときの平面部の平面像と、請求項１から１０のいずれかに示す走査型電子顕微鏡装置を使用して傾斜部の三次元立体画像とを組み合わせて、組み合わせ画像を前記画像をディスプレイ装置に表示することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法。
【請求項１１】
被観察対象物に電子線を照射し、該被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法において、
前記被観察対象物について電子線を傾けて撮像した複数のＳＥＭ画像および電子線を傾けないで撮像したトップダウン画像としてのＳＥＭ画像を入力し、前記複数のＳＥＭ画像をトップダウン画像によって修正して修正ＳＥＭ画像を生成し、修正した前記ＳＥＭ画像から三次元形状についての三次元形状情報を生成し、修正したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成し、前記三次元形状情報と他方の修正三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出し、前記三次元情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込みテクスチャマッピングを行い、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成構築し、
合成した三次元立体画像をディスプレイ装置に表示すること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法。
【請求項１２】
被観察対象物に電子線を照射し、被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法において、
ＳＥＭ画像データからＳＥＭ画像の輪郭線データを抽出して三次元形状生成する処理と、
ビームチルトして取得したＳＥＭ画像データから三次元形状パターン生成する処理と、
三次元形状と三次元形状パターンとを双方の傾斜情報を対応情報として抽出する処理と、
前記三次元形状と前記三次元形状パターンとを対応関係においてテクスチャマッピングして三次元立体画像を合成する処理と、および
合成した三次元立体画像をディスプレイ装置に表示する処理とをビームチルトの角度を変えて複数繰り返して複数の三次元立体画像をディスプレイ装置に表示することを含んで構成されること
を特徴とする走査型電子顕微鏡装置による三次元画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被観察対象物、すなわち試料を立体視するに好適な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびその類似装置である走査型電子顕微鏡装置およびこれを用いた三次元画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電子銃から出た電子ビームを細く絞って試料に照射し、前記試料から放出された２次電子や反射電子等を検出して試料像を観察する走査型電子顕微鏡において、高分解能観察用電子ビームと立体観察用電子ビームを試料に異なった角度から照射して高分解能立体観察するように構成した走査型電子顕微鏡が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、走査型電子顕微鏡において、記憶媒体と、画像表示手段と、画像処理手段とを備え、前記画像処理手段が撮像された同一観察対象物の複数の画像を前記記憶媒体に保持可能であるとともに、保持された前記複数の画像から三次元立体画像を合成し前記画像表示手段に表示可能である走査型電子顕微鏡が記載されている。
【０００４】
特許文献３には、電子線を照射する電子線源と、前記電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を保持する試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させる試料傾斜部と、前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部と、前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させた際の、ステレオの検出データを所定の関係にデータ修訂するデータ修正部と、さらに、前記データ修正部により修正された修正データに基づき前記試料の形状を測定する形状測定部、若しくは前記データ修正部により修正された修正データに基づき、前記試料の立体的な画像を形成する立体画像観察部の少なくとも一方を備える走査型電子顕微鏡装置が記載されている。
【０００５】
特許文献４には、電子画像データから画像の輪郭線データを抽出し、かつ半導体素子の形状パターンをシミュレーション計算により作成し、前記輪郭線データと形状パターンとのパターンマッチングを行い、前記輪郭線データに関する属性情報を作成する電子画像の領域判定方法が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３１００７０号公報
【特許文献２】特開平８−７８１８号公報
【特許文献３】特開２０００−２７０１２６号公報
【特許文献４】特開平１０−３２０５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、被観察対象物の凹凸形状を観察するに十分な画像を正確に精度よく立体観察可能とする走査型電子顕微鏡装置およびこれを用いた三次元画像表示方法を提供することを目的とする。
【０００８】
更に本発明は、ＳＥＭのステージを傾斜できない観察の場合に、電子線（ビーム）を特価的にチルト（傾斜）させて傾斜面について傾斜画像を取得したときに発生するボケによる画質の悪化を防止するものであり、ビームチルト像を使用して形状、画質のよい三次元立体画像を提供することのできる装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、被観察対象物に電子線を照射し、該被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置において、前記被観察対象物の三次元形状関連データを入力する入力手段と、入力した三次元形状関連データから画像合成のための三次元形状情報を生成する三次元情報生成手段と、ＳＥＭ画像を入力する前記入力手段と、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する他方の三次元情報生成手段と、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段と、前記三次元情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピング手段と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成構築する画像合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有し、該三次元立体画像構築処理装置で合成構築した三次元立体画像を表示するディスプレイ装置を有する走査型電子顕微鏡装置を構成する。
【００１０】
前記三次元形状関連データは複数のＳＥＭ画像であり、かつ前記三次元情報生成手段は入力した複数のＳＥＭ画像から前記三次元形状情報を生成する走査型電子顕微鏡装置とする。
【００１１】
また、被観察対象物に電子線を照射し、該被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する走査型電子顕微鏡装置において、前記被観察対象物について電子線を傾けて撮像した複数のＳＥＭ画像を入力する入力手段と、入力した前記ＳＥＭ画像から前記被観察対象物の三次元形状についての三次元形状情報を生成する三次元情報生成手段と、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する他方の三次元情報生成手段と、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段と、前記三次元情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込みテクスチャマッピング手段と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成する画像合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有し、該三次元立体画像構築処理装置で合成構築した三次元立体画像を表示するディスプレイ装置を有する走査型電子顕微鏡装置を構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、傾斜情報を使用してテクスチャマッピングを行い、二つの画像情報を合成構築するようにしており、被観察対象物の凹凸形状を観察するに十分な画像を正確に精度よく立体観察可能とする走査型電子顕微鏡装置およびこれを用いた三次元画像表示方法を提供することができる
更に、ＳＥＭのステージを傾斜できない観察の場合に、電子線（ビーム）を特価的にチルト（傾斜）させて傾斜面について傾斜画像を取得したときに発生するボケによる画質の悪化を防止するものであり、ビームチルト像を使用して形状、画質のよい三次元立体画像を提供することのできる装置および方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
被観察対象物に電子線を照射し、被観察対象物上を走査させて被観察物からの二次電子もしくは反射電子を検出する電子装置であって、前記被観察対象物の三次元形状関連データから生成された三次元形状情報を記憶し、電子線を傾けて撮像したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を記憶する記憶手段と、前記三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段と、前記三次元形状情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピング手段と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成して三次元立体画像を合成構築する画面合成手段とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有し、複数のＳＥＭ画像の内、一部はチルトなし画像であり、他はビームチルト画像である。
【００１４】
三次元画像構築処理装置の入力手段は、複数のＳＥＭ画像を入力し、かつ三次元情報生成手段は、入力した複数のＳＥＭ画像から傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する。
【００１５】
ＳＥＭ三次元情報生成装置は、ビームチルト角の相違に起因して複数の他方の三次元情報を生成するものであり、生成された複数の他方の三次元情報から１つの三次元情報が選択され、前記テクスチャマッピング手段に取り入れる。
【００１６】
入力したＳＥＭ画像についてビームチルトなし画像を参照してボケ復元するボケ復元手段を有し、三次元情報生成手段は、該ボケ復元されたＳＥＭ画像から他方の三次元情報を生成する。
【００１７】
三次元立体画像構築装置は、ビームチルト角の相違に起因して複数の合成構築した三次元画像を生成し、前記ディスプレイ装置は、複数の三次元立体画像を対比して一つの画面上に表示する画面表示手段を有する。
【００１８】
三次元立体画像構築装置の前記入力手段は、ＳＥＭ、ＡＦＭ、ＳＴＭまたはＯＣＤで得られた形状データを入力し、前記ディスプレイ装置は、対比して一つの画面上に表示する三次元立体画像の内の１つは、前記形状データによって生成された画像を表示する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例である走査型電子顕微鏡装置１００の一例をブロック図で示したものである。図において、陰極１より放出した一次電子線２は、陽極３で加速され、加速された後に集束レンズ４および対物レンズ５で被観察対象物６にフォーカスされる。被観察対象物の走査画像（ＳＥＭ像）を得るために、一次電子線２は偏向器７で被観察対象物上を２次元的に走査される。偏向器７は観察倍率に応じて走査信号発生器８により制御されている。被観察対象物から発生した二次電子を含む反射電子９は、検出器１０で電気信号（像信号）１１に変換される。
【００２１】
この電気信号１１はＳＥＭ画像（信号）として三次元立体画像構築処理装置２０の入力手段２１に入力される。また、この入力手段２１にはＡＦＭ（原子間力顕微鏡、Atomic Force Microscope）２２、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡、Scanning Tunneling Microscope）２３、あるいは／およびＯＣＤ（オプティカルＣＤ、スペクトラＣＤ、スキャトロメトリ、Optical Critical Dimension）２４からそれらがデータとして予め持っている被観察対象物６の三次元形状関連データ２５を入力する。この三次元形状関連データは、被観察対象物６の形状、すなわち三次元な輪郭（あるいは外郭）についてのデータである。
【００２２】
三次元立体画像構築処理装置２０は、入力手段２１に加えて、コンピュータ機能を有して、三次元情報生成手段２６、他方の三次元情報生成手段２７、対応情報抽出手段２８、テクスチャマッピング手段２９、三次元立体画像合成構築手段３０、選択手段３１、三次元立体画像出力手段３２、および記憶手段３３を有し、更にトップダウン像生成手段３４、他の三次元像生成手段３５を有する。
三次元立体画像出力手段３２はディスプレイ装置３７に出力線３６を介して接続される。ディスプレイ装置３７は、表示手段３８を有する。
【００２３】
三次元情報生成手段２６は、ＡＦＭ２２、ＳＴＭ２３あるいはＯＣＤ２４からの三次元形状関連データ２５を入力手段２１から取り入れ、三次元形状関連データに基づく三次元情報を生成する。この三次元情報は、三次元軸座標を用いた位置の集合体として形成される。三次元情報生成手段２６は、他方の三次元情報生成手段２７からのＳＥＭ画像を三次元形状関連データとして使用して三次元情報を生成することができ、いずれかの三次元形状関連データが三次元情報に加工される。他方の三次元情報生成手段２７には、ビームチルト角を変えて撮像された複数のＳＥＭ画像１２が入力手段２１を介して取り入れられる。ビームチルト角が０度、すなわち垂直の電子線２によって作成されるＳＥＭ画像はビームチルトなしの画像、すなわちトップダウン像となる。特に、この場合を図においてはトップダウン像生成手段３４によるトップダウン生成として表示してある。電子線２が傾斜して照射される場合をビームチルト画像と称する。ビームチルト画像は複数のＳＥＭ画像として他方の三次元情報生成手段２７に取り入れられる。
【００２４】
被観察対象物６を所定角度傾けて検出器１０で撮像することは、被観察対象物６を固定して電子線２を所定角度傾けて照射し、検出器１０で撮像することと傾斜画像を得ることにおいて、等価となる。被観察対象物６を載置するステージを傾斜できない場合には、電子線を上述のようにチルトさせて傾斜画像を取得するが、ビームチルト像はボケを生じるなどの画質が悪いため、三次元立体画像の形状や画質に影響を与えることになる場合がある。このような場合のためにはボケ復元手段を採用することは望ましいことである。
【００２５】
他方の三次元情報生成手段２７は、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体として、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する。他方の情報生成手段２７からのテクスチャマッピングされる単一または複数のＳＥＭ画像は選択手段３１においてそれぞれについて品質評価がなされる。品質評価は、各座標点での焦点評価であり、分解能評価である。これらについての基準および評価方法については記憶手段に格納してあり、品質評価は通常の手法に従って処理手段に従って行い、ランク付けを行い、いずれかの（複数を含む）三次元画像が選択される。選択された三次元画像は記憶手段に記憶される。三次元形状情報と他方の三次元形情報は、三次元軸座標において対応するものとされ、対応関係において傾斜情報が対応情報抽出手段２８によって抽出される。
【００２６】
テクスチャマッピング手段２９の三次元情報としての三次元形状の上に、他方の三次元情報生成手段２７で生成した傾斜情報を三次元軸座標上において対応関係においてテクスチャマッピングすることを行う。このような状態において、三次元立体画像合成構築手段（画像合成手段）３０によって二つの画像情報は合成構築（合成）される。図においては、テクスチャマッピング手段２９と三次元立体画像合成構築手段３０とを別体として表示してあるが、いずれにしてもコンピュータの内部での機能表示であり、一体として表示することができる。
【００２７】
三次元情報生成手段２６および他方の三次元情報生成手段２７で生成されたそれぞれの画像情報は記憶装置３３において記憶させることができる。
【００２８】
上述の説明では、三次元情報生成手段２６および他方の三次元情報生成手段２７で生成されたそれぞれの画像情報は、対応情報抽出手段２８、テクスチャマッピング手段２９に取り入れるとしたが、この手段としては上述の記憶装置３３を使用して記憶した情報を順次取り入れることを含む。従って、記憶手段３３には、他の処理装置によって構成された三次元情報および他の三次元情報が取り入れられ、記憶されるということが有り得る。
【００２９】
従って、これらの構成によれば、被観察対象物６の三次元形状関連データを入力する入力手段２１と、入力した三次元形状関連データから画像合成のための三次元形状情報を生成する三次元情報生成手段２６と、ＳＥＭ画像を入力する入力手段２１と、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成する他方の三次元情報生成手段２７と、三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段２８と、三次元情報に、抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピング手段２９と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成構築する画像合成手段３０とを備えた三次元立体画像構築処理装置を有することができる。
【００３０】
三次元立体画像構築装置２０の前記入力手段２１は、ＡＦＭ２２、ＳＴＭ２３、あるいはＯＣＤ２４で得られた形状データを入力し、三次元情報生成手段２６は、入力した形状データから三次元形状情報を生成することができる。
【００３１】
三次元形状関連データは複数のＳＥＭ画像であり、かつ三次元情報生成手段２６は入力した複数のＳＥＭ画像から三次元形状情報を生成することができる。
【００３２】
また、これらの構成によれば、被観察対象物６の三次元形状関連データから生成された三次元形状情報を記憶し、ＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を記憶する記憶手段３３と、三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出する対応情報抽出手段２８と、三次元形状情報に、抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピング手段２９と、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成して三次元立体画像を合成構築する画面合成手段３０とを備えた三次元立体画像構築処理装置２０を構成することができる。
【００３３】
三次元立体画像合成構築装置２０は、ビームチルト角に対応して複数の三次元立体画像を合成構築することができる。これらの三次元立体画像は記憶手段３３によって記憶される。また、選択された三次元画像は、ディスプレイ装置３７に出力され、表示手段（表示画面）に予め定められた手法に従って画像表示される。この場合に、記憶手段３３に記憶された傾斜度リストに従って順次表示手段３８に表示することは、半導体基板の検査に本装置を使用する場合など欠陥発見のために重要である。
【００３４】
また、三次元立体画像構築処理手段２０は、他の装置によって取得された画像、あるいは基準となるような他方の三次元像データを取り入れて他方の三次元像生成手段３５を設けておくことができ、生成した他方の三次元像を記憶手段３３に記憶しておいて、生成した前述の三次元立体画像を同一画面に対比して表示することができる。これによって、他の三次元像との対比を視覚的に容易に行うことができることになる。
【００３５】
図２は、三次元立体画像を生成するに当って、対応情報抽出およびテクスチャマッピングを行うために使用する三次元形状について三次元情報およびＳＥＭ画像についての他の三次元情報の生成について説明する図である。図２のその１は、三次元形状とＳＥＭ画像とを使用して傾斜情報としての対応情報を抽出し、テクスチャマッピングを行う基本を示すもので、この中には図１のＡＦＭ２２、ＳＴＭ２３、ＯＣＤ２４などの外部装置から入力する三次元データを含んでいる。
【００３６】
図２のその２は、傾斜の異なるＳＥＭ画像を使用し、外部装置からの三次元形状関連データの入力なしに三次元情報を生成することを示す。
【００３７】
ＳＥＭ画像から三次元形状を生成する処理は次のようにして行う。まず、ＳＥＭ画像データを入力する。次に入力されたＳＥＭ画像データについて、例えば入力画像のコントラストを強調することなどによって見易くする鮮鋭化によって画質の改善を行う。次に、画像補正を行い、画像の濃度値の変化を検出することによってエッジの検出を行う。次にエッジトレースを用いて、エッジ検出で求めた濃度値の高い画素を追跡することにより領域の境界を連続した線分として検出する。検出した線分から輪郭線データを生成（抽出）する。作成した輪郭線データから三次元形状を生成する。生成した三次元形状は記憶手段に記憶する。
【００３８】
図２のその３は、ビームチルト画像についてボケ復元し、修正したビームチルト画像を使用して対応情報抽出、テクスチャマッピングを行う工程を示す。すなわち、ビームチルトして、取得した画像をボケ復元して三次元立体画像を合成する。この例の場合、ビームチルトなしで取得した画像をボケ復元の教示データとして用いることによりボケ復元し、傾斜の異なる修正した複数のＳＥＭ画像を生成している。この傾斜の異なる修正した複数のＳＥＭ画像を使用して三次元形状を形成している。この例にあってはビームチルトなし画像を教示データとして用いているが、他の手法によって修正してもよい。例えば、ボケを復元するフィルタ処理を用いても良い。
【００３９】
このようにして修正したＳＥＭ画像を使用することによってステージを傾斜できないＳＥＭ装置などでＳＥＭ画像を取得した場合に、ボケのない修正画像を使用することができる。
【００４０】
図３は、対応情報の抽出を行い、テクスチャマッピングを行う例を説明する図である。図において、被観察対象物６として、真上から見て、上部平面４１、下部平面４２および中部傾斜面４３からなる試料を想定する。上部平面４１と中部傾斜面４３との境界には直線Ａが、そして中部傾斜面４３と下部平面４２との境界には直線Ｂが想定されるとする。この試料の中部傾斜面の高さは高さ方向においてＴ、水平方向においてＬとする。倍率は無視するとして、この試料のＳＥＭ画像は上部平面４１、下部平面４２、中部傾斜面４３がビームチルトの１例のときに左図に示すようになり、それぞれの面の境界に直線Ａ、Ｂが撮像される。この直線Ａ、Ｂの水平方向のある点Ｏ、Ｐで表わされる長さは真上から見ての長さであり、点Ｏ、Ｐ間に点Ｑがあるものとすると、三次元形状の傾斜面（断面図）にして表示すると下図のようになる。三次元形状の傾斜面については前述した他方の三次元情報生成手段によって既得されている。下図において、テクスチャマッピング前に、Ｘ−Ｙ軸上にＯＰ間の傾斜線が抽出され、この間に対応する座標Ｑｇ特定され、テクスチャマッピング後に対応する座標Ｑの画像の値が貼り付けられて、この傾斜線に沿ったＳＥＭ画像情報が取得される。これらの傾斜面に対して、ビームチルト角を変えて、あるいはステージの角度を変えて複数の撮像がなされる。
【００４１】
１つのビームチルト角についてＺ軸方向に、すなわち上図において、直線Ａ、Ｂ上に沿って撮像情報が得られる。これらの撮像情報は集合体４４とされる。集合体４４は三次元軸座標において三次元情報となる。
【００４２】
一方、三次元情報生成手段によって傾斜面の輪郭情報は、参照番号４５のように得られており、両者は傾斜角度は同一のものとして設定され、組み合わせ得るものとなる。すなわちＸＹＺ軸の３軸座標上に一致し、テクスチャマッピングされる。このような状態下において二つの画像情報は合体され合体画像４６が生成される。この合体画像４６は傾斜面画像であり、これにビームチルト角がない場合に取得されたＳＥＭ画像、すなわちトップダウン像による上部平面情報４７、下部平面情報４８が合体される。これによって三次元立体画像が生成され、記憶手段３３に記憶される。
【００４３】
図４は、ビームチルト角を変えることによって三次元立体画像４９を得る例を示す。その１にあってはビームチルト角をθ１に、その２にあってはビームチルト角をθ２に、そしてその３にあってはビームチルト角をθ３としてそれぞれ三次元立体画像４９を生成している。
【００４４】
図３および図４にあっては対応情報として傾斜線５０を使用しているが、対応情報としては二次元情報と他の三次元情報との間で傾斜について対応関係を求められるものであればよい。それらとしては、例えば傾斜面あるいは傾斜線上の特徴点を使用することができる。すなわち入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体とし、傾斜情報として他方の三次元情報は、三次元軸座標において三次元情報と対応関係でテクスチャマッピングされ、合成され、１つの画像とされる。
【００４５】
以上の構成によって、被観察対象物６の三次元形状関連データを入力し、入力した三次元形状関連データから画像合成のための三次元形状情報を生成し、ＳＥＭ画像を入力し、入力したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出し、三次元形状情報２６に、抽出した傾斜情報を対応関係で取り込んでテクスチャマッピングを行い、取り込んだ二つの前述の画像情報を合成する三次元立体画像構築処理装置２０によって三次元立体画像を合成構築し、合成構築した三次元立体画像をディスプレイ装置に表示することができる。
【００４６】
また、以上の構成によって、被観察対象物６の三次元形状関連データから生成された三次元形状情報を記憶し、ＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体、あるいはいずれかの状態上の特徴点の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を記憶し、三次元形状情報と他方の三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出し、三次元形状情報に、抽出した傾斜情報を対応関係で取り込むテクスチャマッピングを行い、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成して三次元立体画像を合成構築する画面合成手段３０とを備えた三次元立体画像構築処理装置２０によって三次元立体画像を合成構築し、合成構築した三次元立体画像ディスプレイ装置に表示することができる。
【００４７】
入力手段２１からＳＥＭ、ＡＦＭ２２、ＳＴＭ２３またはＯＣＤ２４から形状データと、走査型電子顕微鏡装置からトップダウン画像データを入力し、該トップダウン像データを使用して被観察物についてトップダウンしてみたときの平面部の平面像と、走査型電子顕微鏡装置１００を使用して傾斜部の三次元立体画像とを組み合わせて、組み合わせ画像を画像ディスプレイ装置３７に表示する走査型電子顕微鏡装置が構成される。
【００４８】
また、被観察対象物６について電子線を傾けて撮像した複数のＳＥＭ画像および電子線を傾けないで撮像したトップダウン画像としてのＳＥＭ画像を入力し、複数のＳＥＭ画像をトップダウン画像によって修正して修正ＳＥＭ画像を生成し、修正した前記ＳＥＭ画像から三次元形状についての三次元形状情報を生成し、修正したＳＥＭ画像から、傾斜する線上の、もしくは面上の集合体とし、傾斜情報としての他方の三次元情報を生成し、三次元形状情報２６と他方の修正三次元情報を使用し、三次元軸座標において対応する傾斜情報を抽出し、前記三次元情報に、前記抽出した傾斜情報を対応関係で取り込みテクスチャマッピングを行い、および取り込んだ二つの前述の画像情報を合成構築し、合成した三次元立体画像をディスプレイ装置に表示することができる。
【００４９】
図１において、三次元立体画像構築装置２０は、ビームチルト角の相違に起因して複数の合成構築した三次元画像を生成し、ディスプレイ装置３７は、複数の三次元立体画像を対比して一つの画面上に表示することができる。
【００５０】
また、ディスプレイ装置３７には記憶手段３３に格納されたビームチルト角ごとの傾斜度別立体画像をリストとして一つの画面に表示し、リストの中から１つもしくは複数の三次元立体画像をクリックして一つの画面に表示することができる。
【００５１】
図５は１つの実施例のフローチャートを示す。ビームチルト像１、ビームチルト像２、ビームチルトなしによってトップダウン像を取得し（Ｓ１、Ｓ２２、Ｓ３）、三次元情報生成手段によって三次元形成情報を生成し（Ｓ４）、対応情報の抽出を行い（Ｓ５）、テクスチャマッピングを行う（Ｓ６）、これによって２つの画像情報について合成をビームチルト毎に行う（Ｓ７）。画像情報は複数形成される。取得された三次元画像について品質評価を行い（Ｓ８）、１つまたは複数個選択し、記憶手段に記憶する。選択された三次元立体画像をディスプレイ装置に出力して（Ｓ９）画像表示を行う（Ｓ１０）。
【００５２】
図６は、本発明の概念をまとめた図である。図において、対策１として被観察対象物の凹凸形状を観察するに十分な画像を正確に精度よく立体観察可能とすること、対策２としてＳＥＭ画像の画像処理によってＳＥＭ画像による以外の形状データを用いることなく三次元立体画像を作成すること、対策３として画像処理以外の手法で構成した三次元形状を活用して三次元立体画像を作成すること、および対策４としてステージを傾斜できないＳＥＭ装置では、電子線をチルトさせて傾斜画像を取得するが、ビームチルト像はボケが生じるなど画質が悪い。ビームチルト像を使用しながら、形状、画質のよい三次元立体画像を作成することがある。
【００５３】
この対応として、三次元形状を使用し、該三次元形状の傾斜面についてはＳＥＭ画像によって傾斜情報を取得し、前記三次元形状との合成を行う。
【００５４】
更に、複数のＳＥＭ画像から三次元形状を形成し、ＳＥＭ画像のみの画像情報から三次元形状と三次元の傾斜情報とを組み合わせた合成を行う。
【００５５】
更に、三次元形状は既存のものを使用し得るものとして、三次元形状の傾斜面についてはＳＥＭ画像によって傾斜情報を取得する。
【００５６】
更に、ステージを傾斜することなく電子線を傾け、三次元形状の傾斜面については当該電子線によるＳＥＭ画像によって傾斜情報を取得する。また、当該電子線による三次元形状についてはビームチルトなしに取得した画像によってボケ復元を行う。
【００５７】
具体的な構成として、三次元形状をＳＥＭ画像を使用して合成を行うが、この場合に、傾斜面についての傾斜情報を対応情報として抽出し、これを基軸としてテクスチャマッピングする。
【００５８】
更に、複数のＳＥＭ画像には、ビームチルトなし画像と、ビームチルト画像を使用し、ビームチルトなし画像によってボケ復元を行うと共に、真上からの平面部画像を形成し、ビームチルト画像によって傾斜面画像を形成し、合成する。
【００５９】
更に、三次元形状の形成には既存の三次元立体形状形成の手法を活用すると共に、ボケ復元についても既存の手法を活用できるものとする。
【００６０】
更に、これらの結果によって例えば、半導体基板の上に形成されるコンタクトホールについてビームチルトさせて撮像したＳＥＭ画像によってビームチルト角に対応した複数の三次元立体画像として表示する。また、三次元形状とＳＥＭ画像の合成による三次元立体画像を複数生成して、記憶し、ディスプレイに順次表示して観察容易化を図り、また対比による観察容易化を図る。また、既存の画像との対比も行えるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例の走査型電子顕微鏡装置を構成を示すブロック図。
【図２】対応情報抽出およびテクスチャマッピングを説明する図。
【図３】対応情報抽出を行い、テクスチャマッピングを行う例を説明する図。
【図４】ビームチルト角を変えることによって三次元立体画像を得る例を示す図。
【図５】フローチャート図。
【図６】本発明の概念を説明するための図。
【符号の説明】
【００６２】
１…陰極、２…一次電子線、３…陽極、４…集束レンズ、５…対物レンズ、６…被観察対象物、７…偏向器、８…走査信号発生器、９…二次電子もしくは反射電子、１０…検出器、１１…電気信号（像信号）、１２…ＳＥＭ画像（信号）、２０…三次元立体画像構築処理装置、２１…入力手段、２２…ＡＦＭ、２３…ＳＴＭ、２４…ＯＣＤ、２５…三次元形状関連データ、２６…三次元情報生成手段、２７…他方の三次元情報生成手段、２８…対応情報抽出手段、２９…テクスチャマッピング、３０…三次元立体画像合成構築手段、３１…選択手段、３２…三次元立体画像出力手段、３３…記憶手段、３４…トップダウン像成製手段、３５他の三次元像生成手段、３６…出力線、３７…ディスプレイ装置、３８…表示装置、１００…走査型電子顕微鏡装置。
【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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