(57)【要約】【課題】荷電粒子線装置による観察において、目視では確認が困難とされる観察画像上の歪みを評価する方法を提供する。【解決手段】観察画像内に境界線と基準画像内の基準線とを特定し、観察画像のＸ軸上で基準画像を移動させて、その移動量に対する各境界線と基準線とのＸ軸上の距離を求める。この距離の変化を井自治関数で近似して各境界線の間隔を算出する。観察画像上の各歪み量は各間隔と平均間隔との差として算出される。【選択図】図３
2011023248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法であって、
標準試料の観察画像内に境界線を特定し、
前記観察画像又は該観察画像と同倍率で取得した前記標準試料の他の画像から基準画像を抽出し、
前記基準画像内の境界線から基準線を特定し、
前記観察画像のＸ軸上で前記基準画像を移動させ、その移動量に対する各境界線と前記基準線との前記Ｘ軸上の距離を求め、
前記距離の変化のそれぞれを一次関数で近似して、該一次関数から各前記境界線の間隔を算出し、
各前記間隔と平均間隔との差を歪み量として算出し、
前記平均間隔は各前記間隔のうちの少なくとも２つの平均値である
ことを特徴とする荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項２】
前記平均間隔を求めるための間隔は、前記観察画像内の、前記荷電粒子線装置の光軸に対応する位置を含み且つ前記観察画像のサイズよりも小さい領域から選択されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項３】
前記平均間隔は全ての前記間隔の平均値であることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項４】
前記Ｘ軸は互いに平行な複数の軸であることを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項５】
前記基準画像は前記Ｘ軸上で１画素ずつ移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項６】
前記標準試料は、前記境界線が得られるよう少なくとも所定の一方向に対して周期構造を有することを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項７】
前記観察画像において前記境界線の１つを参照境界線として特定し、
前記参照境界線の前記Ｘ軸に対する回転角を求め、
前記回転角に基づいて各前記間隔を各前記境界線に対応付ける、
ことを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項８】
各前記歪み量から所定の閾値以下の歪み量を選択し、この歪み量の位置によって画成された直線を少なくともその一辺とする領域を観察することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【請求項９】
前記評価画像は倍率２万倍以下の観察によって取得された画像であることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置によって取得される画像の歪み評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスは、集積度や消費電力などの観点から高度に微細化されている。そのための加工プロセスは複雑であり、形状観察や測長による評価が非常に重要となる。この評価を行う手段としては、測長機能をもつ走査電子顕微鏡(SEM; Scanning Electron Microscope)などの荷電粒子線装置が良く知られている。
【０００３】
荷電粒子線装置による観察では、収差等の光学的要因や機械的・電気的ノイズ等の擾乱による歪みが問題となる。このような歪みは、高精度な測長が要求される場合には無視できない。例えば走査電子顕微鏡による観察では、画像の周辺部の歪みが中央部に比べて大きくなることが懸念される。これは、１つの要因として、電子ビームの照射位置が光軸から離れるほど本来照射されるべき位置から離れる傾向があるためであり、測長においては観察画像の周辺部における測定誤差が中央部に比べて大きいことを意味する。
【０００４】
上記の歪み補正方法として、標準試料を用いた技術が特許文献１に開示されている。この技術では、既知の寸法の周期構造を有する標準試料を第１の倍率で観察して、その観察像内の歪み量の分布を絶対歪みとして定義する。次に、標準試料と異なる試料を第１の倍率と第２の倍率で観察し、第１の倍率による観察像を等方的に伸縮させて第２の倍率による観察像と比較する。この比較から第２の倍率における相対歪みを算出し、第２の倍率における相対歪みと第１の倍率における絶対歪みから第２の倍率における絶対歪みを求めている。最終的にこれらの絶対歪みを用いて観察像を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の通り、形状観察では、画像上の歪みがさほど問題とならない。しかしながら、高精度な測長が低倍率から中倍率（例えば二万倍程度まで）で要求される場合、その校正試料としてピッチが数百ｎｍである既存の標準試料を用いると、観察画像上に現れる縞の数は膨大になる。特に、近年の荷電粒子線装置は高度に調整されていることから、歪み量は画像上で数ピクセル以下であり、目視による確認は事実上困難となる。
【０００７】
そこで本発明は、荷電粒子線装置による観察において、目視では確認が困難とされる観察画像上の歪みを評価する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法であって、（ａ）標準試料の観察画像内に境界線を特定し、（ｂ）観察画像又は該観察画像と同倍率で取得した標準試料の他の画像から基準画像を抽出し、（ｃ）基準画像内の境界線から基準線を特定し、観察画像のＸ軸上で基準画像を移動させ、その移動量に対する各境界線と基準線とのＸ軸上の距離を求め、（ｄ）境界線と基準線との距離の変化から各境界線の間隔を算出し、（ｅ）各間隔と平均間隔との差を歪み量として算出する、各工程を備えることを特徴とする。なお、上記平均間隔は各間隔のうちの少なくとも２つの平均値である。
【０００９】
また、前記距離の変化は一次関数によって近似してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の荷電粒子線装置による画像の歪み評価方法では、境界線と基準線との距離の変化を一次関数で近似して各境界線の間隔が１ピクセル未満の精度で求められる。従って、その歪み量も同精度で算出できる。目視では困難とされる数ピクセル程度の歪み量が確認できるため、測長も同精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡による観察画像の歪みの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における、標準試料の観察画像の一例である。
【図３】本発明の一実施形態に係る画像の歪み評価方法を示すフローチャートである。
【図４】標準試料の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態における、境界線と基準線との距離の変化を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態における歪み量の算出過程を表す図であり、（ａ）は観察画像の境界線を表す図、（ｂ）は（ａ）の各境界線について求めた距離の変化とその一次関数を示す図、（ｃ）は（ｂ）に示す間隔の歪み量を表す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る基準画像を観察画像上で移動させる様子を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態における、観察画像と抽出される画像の一例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態における、標準試料の観察画像の一例である。
【図１１】図１０に示す観察画像の境界線のみを示す模式図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る回転角の算出過程を示す図であり、（ａ）は基準線をＹ軸方向に移動させる様子を示す模式図、（ｂ）は基準線の移動によって求められる基準線と参照境界線と距離を示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施形態において、回転角を考慮する前に得られる各軸上の歪み量の分布を示す模式図である。
【図１４】本発明の一実施形態において、回転角を考慮して得られた各軸上の歪み量の分布を示す模式図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る歪みの評価方法を実際の観察画像に適用した例である。
【図１６】図１５の観察画像における歪み量の分布の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態は走査電子顕微鏡によって取得された観察画像を用いて説明するが、本発明は、他の荷電粒子線装置、例えば、透過電子顕微鏡(TEM; Transmission Electron Microscope)、走査透過電子顕微鏡(STEM; Scanning Transmission Electron Microscope)、収束イオンビーム加工装置(FIB; Focused Ion Beam)等にも適用可能である。また、ここで言う観察画像は複数の画素で構成された所謂デジタル画像である。
【００１３】
（原理）
図１はSEMによる観察画像の歪みの一例を表している。この図では、観察画像上の歪みは原点Ｏから離れるに連れて外方に向かって大きくなる歪みを矢印で示している。図１の観察画像１０において、点線１２は画像に歪みが無い場合に観察される試料の各位置を示しており、実線１３は点線１２が歪みの有る状態で観察される同試料の各位置を示している。
【００１４】
画像上の歪み量（即ち、歪みの有無によって生じる画像上の各点の移動量）はＸ軸方向とＹ軸方向の二成分に分解できる。従って、図２に示すようなＹ軸に平行な縞状のパターン（以下、単にパターンと称する）を用いてＸ軸方向の成分を算出でき、Ｘ軸に平行な縞状の用いればＹ軸方向の成分を算出できる。なお、Ｘ軸は通常、荷電粒子線を二次元走査するときの走査線方向にとる。
【００１５】
そこで、Ｘ軸方向の歪みの評価方法を以下に述べる。なお、下記の説明で理解されるように、Ｙ軸方向に対する歪みの評価は、下記のＸ軸とＹ軸を互いに読み替えて行えばよい。
【００１６】
本発明に係る歪み量の評価では、標準試料として、図２の観察画像２０に示すような明部２１と暗部２２の境界線２３が現れる試料を用いる。このような試料としては、例えば回折格子のように、既知の寸法をもつ凸部１４と凹部１５が周期的に形成された試料１３が挙げられる（図４参照）。また、試料１３は、観察画像２０の境界線２３が明瞭に現れるように、凸部１４の上面１４ａと側面１４ｂが直角又は鋭角に形成されていることが望ましい。即ち、凸部１４の両側面１４ｂ、１４ｂがオーバーハングしている試料が最も好適である。このような試料はフォトリソ法など用いたエッチングによって作製可能である。また、別の標準試料としては、表面上に二次電子放出率の異なる物質を交互に形成させた試料（図示せず）も考えられる。上述の標準試料は形態は一例であり、基準画像を移動させる観察画像の軸上で、歪み量の算出に必要とされる境界線が現れるような周期的構造を有すればよい。
【００１７】
図３に示すフローチャートに基づき、本発明を実施する手順を説明する。
まず、走査電子顕微鏡（図９参照）によって観察画像２０を取得し、同画像内の境界線２３を特定する（ステップＳ１）。境界線２３は、明部２１或いは暗部２２内の所定の強度範囲内にある画素を一連に繋げることで構成された線として定義される。この線は、理想的には、図２に示すような一様な強度の画素が一列に配列した線、即ち、強度が等しく且つＸ座標が一定の画素を繋げることで構成される線である。しかし、実際の画像では、明部２１及び暗部２２がＹ軸と平行に配置されたとしても、画素毎の強度は変化し、或いは、これらの境界上の画素のＸ座標も１ピクセル程度で変動している場合が多い。本実施形態で定義する境界線は、幾何学的に理想的な直線を意味するだけではなく、このような各座標に変動がある画素で構成される線も含めるものとする。
【００１８】
次に、観察画像２０から基準画像２４を抽出して基準画像２４内の１本の境界線を選択し、これを基準線２５とする（ステップＳ２）。このとき選択される基準画像２４の画像サイズは、観察画像２０よりも小さい。観察画像２０の画像サイズが例えば縦１２００×横１４００ピクセル程度である場合は、基準画像２４の画像サイズを例えば２５６×２５６ピクセル程度に設定する。基準画像２４は、観察画像２０の中で最も歪みが少ない領域から抽出されるのが望ましい。一般的にこのような領域は、荷電粒子線装置の光軸Ｐ（図参照）に対応する位置を含む領域である。図２に示す例では原点Ｏが光軸に対応する位置となっている。なお、基準画像２４は観察画像２０の取得時と同倍率で試料１３を観察した別の観察画像から抽出しても良い。
【００１９】
次に、基準画像２４を観察画像２０のＸ軸上で移動させ、その移動量に応じて観察画像２０の境界線２３と基準画像２４の基準線２５との距離を算出する（ステップＳ３）。ここで、境界線２３と基準線２５との距離とは、境界線２３とＸ軸との交点（以下、参照点）２３ａと、基準線２５とＸ軸との交点（以下、基準点）２５ａとの距離を意味する。参照点２３ａが基準点２５ａよりもＸ軸の正の方向にある場合、その距離は正の値をとり、参照点２３ａが基準点２５ａよりもＸ軸の負の方向にある場合、その距離は負の値をとると定義する。
【００２０】
基準画像２４をＸ軸の正方向に移動させたときの、境界線２３と基準線２５との距離の変化を模式的に図５（ａ）〜（ｇ）に示す。各左図は境界線２３と基準線２５の相対的な配置を示しており、各右図は左図の配置から得られた交点２３ａ、２５ａ間の距離を累積的に示す。これらの図に示すように、基準画像２５の移動量に応じた距離は右下がりに変化する（即ち、移動量が増加するに連れて距離は減少する）。
【００２１】
このようにして１本の境界線２３について参照点２３ａ‐基準点２５ａ間の距離を複数求め、更に他の境界線に対しても同様の距離を複数求める。なお、処理速度に支障を来たさない限り、算出される距離の数は多いほど良い。従って、基準画像２４をＸ軸上で１ピクセルずつ移動させてその移動量毎の距離を求める、或いは、一回の移動量が１ピクセルではない場合、１本の境界線が距離の算出対象とされる領域を広く設定することが好ましい。例えば図５（ａ）〜（ｇ）では、算出対象に設定された領域を基準画像と同サイズに設定している。
【００２２】
次に、各境界線２３に対して求めた距離の変化を一次関数で近似する（ステップＳ４）。図６（ａ）は観察画像２０の一部であり、説明の便宜上、明部２１、暗部２２は図示を省略し、境界線２３のみを表している。図６（ｂ）は図６（ａ）の各境界線２３について求めた距離の変化とその一次関数２７を示す。図６（ｂ）は図５とは異なり、境界線２３上のこの近似の一般的な方法は最小二乗法であるが、他の近似法を用いてもよい。
【００２３】
そして、これら一次関数３３ａ〜３３ｊが０になるときの基準画像２４の移動量（Ｘ座標）を求め（ステップＳ５）、この移動量から隣接する境界線の間隔を算出する（ステップＳ６）。例えば、図６（ｂ）に示す間隔Ｇ１は、一次関数２７ａ及び一次関数２７ｂのＸ軸上の位置から算出される。間隔Ｇ２〜Ｇ９についても同様であり、隣接する一次関数のＸ軸上の位置から算出される。なお、以降の説明の便宜上、間隔Ｇ１から間隔Ｇ７は同じ値であり、間隔Ｇ８は間隔Ｇ７よりも大きく、さらに間隔Ｇ９は間隔Ｇ８よりも大きいと仮定した。
【００２４】
このように、各境界線２３の間隔を強度に関する１本のラインプロファイル（例えばＸ軸上のラインプロファイル）から求めるのではなく、境界線と基準線との距離の変化からＸ軸上の境界線の位置を求め、これらの位置から隣接する境界線の間隔を求める。一次関数を用いてＸ軸上の境界線の位置を定めるので、各境界線の間隔を正確に算出することができる。
【００２５】
次に、各境界線２３の間隔Ｇ１〜Ｇ９を用いて平均値を求め、間隔Ｇ１〜Ｇ９と平均値との差を歪み量とする（ステップＳ７）。平均値は、全間隔のうちの少なくとも２つを用いて算出する。例えば、歪みが最も少ないとされる画像の中央部、即ち、光軸に対応する位置を含んだ領域における複数の間隔を選択し、これらから平均値を求めてもよい。また、中倍率以下で取得した観察画像で、画像の歪みが非常に小さいと考えられる場合は、全ての間隔に対する平均値を求めてもよい。
【００２６】
図６（ｃ）の各点は、それぞれ図６（ｂ）に示す間隔Ｇ１〜Ｇ９の歪み量２８ａ〜２８ｉを示している。なお、この例では、平均値が間隔Ｇ１に等しいと仮定した。従って、間隔Ｇ１から間隔Ｇ７までの歪み量２８a〜２８ｇは０である。また、間隔Ｇ８の歪み量２８ｈは歪み量２８a〜２８ｇよりも大きく、さらに、間隔Ｇ９の歪み量２８ｉは歪み量２８ｈよりも大きくなっている
算出された歪み量２８ａ〜２８ｉと当該歪み量が生じた画像上の位置（座標）は、荷電粒子装置の記憶手段等に記憶され（ステップＳ８）、算出結果として例えば荷電粒子装置の表示部（図９参照）に出力される（ステップＳ９）。なお、歪み量の位置としては、当該歪み量の算出に用いた２つの一次関数のＸ軸上の位置の何れか、またはその間の位置が記憶される。
【００２７】
このように、本発明に係る歪みの評価方法では、上述の通り、各境界線の間隔が正確に算出されるので、これを用いた歪み量も正確に算出できる。即ち、距離の変化を一次関数で近似し、その一次関数から境界線の位置を定めるので、境界線の位置は１ピクセル未満の精度で算出できる。従って、歪み量も１ピクセル未満の精度で算出できる。
【００２８】
また、図７に示すように、観察画像２０上に互いに平行な複数の軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を定義し、これらの軸上で基準画像２４を移動させて、それぞれの軸上での歪み量を算出してもよい。Ｘ軸と平行な軸を複数定義した場合には、Ｘ軸方向の歪み量について二次元的な分布が得られる。
【００２９】
一方、Ｙ軸方向の歪み量を算出する場合には、縞状のパターンがＸ軸と平行になる観察画像を取得し、上記の歪み量の算出においてＸ軸とＹ軸を読み替えて実行すればよい。即ち、Ｙ軸方向に基準画像を移動させ、観察画像上の各境界線と基準画像上の基準線との距離の変化を求め、その変化を一次関数で近似し、求めた一次関数から隣接する境界線の距離を求め、その距離を用いてＹ軸方向の歪み量を算出する。そして、算出された歪み量と、当該歪み量が生じたの画像上の位置（座標）を荷電粒子装置の記憶手段に記憶する。Ｙ軸方向の歪み量の算出についてもＹ軸と平行な軸を複数定義し、これらの軸上で基準画像を移動させて、それぞれの軸上での歪み量を算出してもよい。Ｙ軸と平行な軸を複数定義した場合には、Ｙ軸方向の歪み量について二次元的な分布が得られる。
【００３０】
Ｘ軸方向及びＹ軸方向の歪み量が求まれば、その位置から歪み量の二次元的な分布が得られる。そこで、所定の閾値を設定して、歪み量が閾値以下となる画像上の領域を特定し、その領域のみを観察する。即ち、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の歪み量の位置（座標）によって画成された直線を少なくともその一辺する領域を観察する。
【００３１】
例えば、図８は画像３０を示しており、格子状の線３１が当該画像上の歪みを表している。この場合、所定の閾値以下となる歪み量の領域３２のみを観察する。この観察は領域３２のみ電子線を走査するか、電子線の走査領域を変更せずに当該特定領域のみを観察画像として抽出することで可能である。このように、歪み量の大きい部分を排除することで歪みの少ない画像が得られ、側長時の精度が高まる。換言すれば、測長誤差の上限が規定された画像を取得できる。
【００３２】
なお、上記の歪み量算出方法では基準線と共に基準画像を移動させたが、原理的には基準点のみをＸ軸又はＹ軸上で移動させ、境界線上の参照点との距離を算出しても良い。
【００３３】
（応用例１）
本実施形態に係る歪み評価方法を走査電子顕微鏡に適用した例について説明する。図９は本発明に係る走査電子顕微鏡の構成図である。
【００３４】
図９に示すように走査電子顕微鏡４０は、光軸Ｐに沿って電子線４１を出射する電子銃４２と、集束レンズ４３と、ビーム偏向器（走査コイル）４４と、対物レンズ４５と、試料ステージ４６と、検出器４７と、電源部４８と、制御装置５０とを備える。
【００３５】
電源部４８は各レンズ４３、４５およびビーム偏向器４４に電流又は電圧を印加する。電源部４８は制御装置５０によって制御される。
【００３６】
電子銃４２から出射した電子線４１は加速された後、集束レンズ４３及び対物レンズ４５によって集束され、且つビーム偏向器４４によって周期的な偏向を受けながら試料１３に照射される。この照射によって試料１３から放出される二次電子・反射電子は、検出器４７によって検出される。
【００３７】
制御装置５０は、コンピュータを構成するＣＰＵ（中央演算処理装置）５１と、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶手段５２と、そのインターフェースであるマウスやキーボード等の入力部５３と、観察画像や操作画像等を表示する表示部５４と、電源部４８や検出器４７等を制御する制御部５５とを備える。
【００３８】
ＣＰＵ５１は、検出器４７からの画像信号、入力部５３からの入力信号、記憶手段５２に記憶されたプログラム及びデータ等に基づいて、各種の処理を行う。例えば、ＣＰＵ５１は、検出器４７からの画像信号に基づいて、表示部５４に観察画像を出力する。
【００３９】
具体的に、制御装置内の各処理について説明する。
【００４０】
まず、試料１３の観察画像２０が記憶手段５２に記憶される。このとき、観察画像２０を表示部５４に出力しても良い。ＣＰＵ５１は観察画像３０を記憶手段５２から読み込み、その中から基準画像（図２参照）を抽出する。或いは、当該観察画像とは別の試料１３の画像を読み込み、その中から基準画像２４を抽出する。基準画像２４は記憶手段５２に記憶される。
【００４１】
ＣＰＵ５１は観察画像２０及び基準画像２４の強度分布から、境界線２３、基準線２５を特定する。更に、観察画像２０のＸ軸及びＹ軸を定義し、Ｘ軸上に基準画像２４を配置する。これは基準画像２４内の各座標を観察画像内の各座標に対応付ければよい。そして、基準画像２４を、Ｘ軸の正方向に移動させ、その移動量に対する境界線２３と基準線２５との距離を算出する。具体的には境界線２３とＸ軸の交点の座標と基準線２５とＸ軸の交点の座標との差を算出する。つまり、両交点のＹ座標の差を求めればよい。そして、移動量に対する各距離はテーブル（図示せず）として記憶手段５２に記憶される。
【００４２】
ＣＰＵ５１はテーブルを参照して、各境界線２３と基準線２５と距離の変化を一次関数（図６（ｂ）参照）で近似し、これら一次関数とＸ軸との交点を求める。各交点の座標は記憶手段５２に記憶される。
【００４３】
次に、ＣＰＵ５１は隣接する２つの境界線２３の各交点を選択し、その間隔を算出する。全ての間隔が算出されたときには、これらの間隔から少なくとも２つを選択し、その平均値を平均間隔として記憶手段５２に記憶する。
【００４４】
さらにＣＰＵ１１は、各境界線２３の間隔から平均値を減じ、その値を歪み量として記憶手段５２に記憶する。その歪み量が生じた画像上の位置として、隣接する境界線の交点の座標又はその間の座標が併せて記憶される。
【００４５】
以上の処理をＹ軸方向の歪み量算出に対しても実行する。これにより、歪み量の２次元的な分布が得られる。この分布を表示部５４に出力する場合、その出力方法は、例えば、数表、色調、等高線、ベクトル図などオペレータが認識しやすい方法が適用される。
【００４６】
歪み量の閾値は予め記憶手段に記憶しておくか、オペレータによる入力部５３からの入力によって設定される。ＣＰＵ１１は、この閾値に基づいて、記憶された歪み量分布の中の当該閾値以下となる領域を選択し、その領域の座標を記憶手段５２に記憶する。オペレータがこの閾値以下となる歪み量の領域を観察したい場合、ＣＰＵ１１は記憶した当該領域の座標に基づいて、観察に必要な制御信号の生成を制御部５５に指示する。制御部５５はこの指示に基づいてビーム偏向部４４を制御する。得られた画像は記憶手段５２に記憶され、表示部５４に出力される。或いは、このような照射領域の変更を行わずに観察画像を記憶し、その中の当該閾値以下となる領域のみを抽出し、抽出された画像を改めて記憶手段５２に記憶する。何れの場合においても、測長に用いられる画像の歪み量は設定閾値以下となる。
【００４７】
（応用例２）
本実施形態の応用例として、試料１３の隣接する凸部１４の間隔の歪み量を算出する方法について説明する。前述の通り、試料１３の観察では図２に示す縞状のパターンが現れるが、実際の観察ではこのパターンが画像上で回転して、即ちＸ、Ｙ両軸に対して傾いて観察される場合が多い。これは、観察画像２０の画像が得られるよう、正確に試料１３を配置するのが困難であり、荷電粒子線装置の種類によっては電子光学系の特性から観察倍率に応じて画像が回転してしまうからである。
【００４８】
そこで、パターンが観察画像上で回転している場合は、各境界線の間隔及び歪み量を次のように求める。図１０は試料１３の観察画像の一例であり、パターンが回転した状態を示す。図１１は図１０の明部６１と暗部６２の境界線６３を示している。図１１の画像６０において、パターンの回転角、即ち、各境界線６３がＸ軸と成す角度をθとする。なお、角度θはこの時点は未知であり、後述の処理によって算出される。
【００４９】
まず、画像６０から、または試料１３を画像６０と同倍率で観察した画像から基準画像を抽出する。基準画像５０の抽出については、上述した基準画像２４の場合と同様である。
【００５０】
次に、画像６０内の境界線６３のうちの１本を参照境界線６６として特定し、さらに基準画像６４内の境界線のうちの１本を基準線６５として特定する。そして、この基準画像６４を画像６０のＹ軸上で移動させる。例えば図１２（ａ）中の矢印で示すように、基準画像６４をＹ軸の正の方向に移動させる。そして、基準画像６４の移動量毎に、基準画像６４内の基準線６５と参照境界線６６とのＸ軸方向の距離を求める。具体的にこの距離は、基準線６５とＹ軸の交点（基準点）６５ａと、当該交点を含むＸ軸に平行な直線と境界線の交点（参照点）６６ａとの距離である。このとき、参照点６６ａが基準点６５ａよりもＸ軸の正の方向にある場合、その距離は正の値をとり、参照点６６ａが基準点６５ａよりもＸ軸の負の方向にある場合、その距離は負の値をとると定義する。
【００５１】
この定義の下で基準画像６４をＹ軸の正方向に移動させた場合、角度θが９０度未満であったときには、基準画像６４の移動量に応じた距離は右下がりに変化する（即ち、移動量が増加するに連れて距離は減少する）。図１２（ｂ）に示すように、この距離の変化を最小二乗法等を用いて一次関数６７で近似する。つまり、図１２（ａ）、（ｂ）に示す各距離は基準線６５の移動量に応じて単純に比例しているが、多くの場合は各交点６６ａが一直線上に位置しないため、理想的な直線を一次関数として近似的に求めている。求めた一次関数は記憶手段に記憶され、この一次関数６７の傾きからパターンの回転角θが求められる。
【００５２】
次に、画像６０においてＸ軸に平行な複数の軸を定義し、これらの軸上での基準線６５と各境界線６３との距離を基準画像６４の移動量毎に算出する。距離の算出方法は、原理の項で述べた方法と同様である。例えば、図１１に示すように軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の３本の軸を定義する。さらに、これらの軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上で基準線６５を含む基準画像６４を移動させ、その移動量毎に、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上での基準線と各境界線との距離を算出する。そして、図６（ｂ）に示すように、これらの距離の変化を一次関数で近似し、各一次関数と軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３との交点を求める。
【００５３】
次に各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上の各交点の間隔を算出する。その後の処理は、原理の項で述べた方法と同様に、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上を歪み量を算出する。ただし、この段階では図１３に示すように、算出した各歪み量がどの境界線間の間隔に対応するのかが特定されていない。
【００５４】
そこで、参照境界線６６と基準線６５の距離に関して求められた一次関数６７を用いて、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上を歪み量と各境界線６３との対応付けを行う。各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のＹ軸上の位置（Ｙ座標）が既知であることから、これらの位置を一次関数に代入することで、各軸上の歪み量が位置する移動量（Ｘ座標）の相対的なズレ量が求まる。このズレ量を用いて、各歪み量の移動量（Ｘ座標）を補正する。例えば、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のＹ座標をこの一次関数６６に代入した場合に得られた値がそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３であったとすると、これらの値が上述のズレ量となる（図１２参照、但しｄ２は０とした）。次に、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３において、各間隔を求めた移動量から、それぞれズレ量ｄ１、ｄ２、ｄ３を減じると、図１４に示すように、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３で求めた各歪み量の移動量（Ｘ座標）が一致する。つまり、各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上の各歪み量を求めたときの境界線が特定される。
【００５５】
以上の処理を行うことで、歪み量と隣接する境界線とを特定した例を図１５、１６に示す。これらの図は、実際に取得した観察画像６８を用いて各境界線の間隔の歪み量を求めた結果を示している。図１５において、観察画像６８の中央部の白枠は、抽出される基準画像６９を表しており、他の白枠はこの基準画像６９を各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上を矢印の方向に移動させるときの様子を示している。図１６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、観察画像６８から得られた各軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３上の歪み量と、回転角を考慮して補正した歪み量のＸ軸方向の位置を表している。これらの図から理解されるように、観察画像６８の歪み量は１ピクセル以内の範囲で小刻みに変動していることが確認できる。この結果からは、例えば、観察画像６８の歪み量が右方に向かうに連れて増加傾向にあり、特に軸Ｘ３上では右端付近で歪み量が１．２ピクセルと最大値を示していることも判別できる。
【００５６】
このように本発明によれば、多数の境界線を含み目視では確認が困難とされる歪み量を１ピクセル未満の精度で算出することができるため、同精度での観察が可能となる。従って、同精度での測長も可能となる。
【符号の説明】
【００５７】
１３  標準試料
２０、３０、６０、６８  観察画像
２３、６３  境界線
２４、６４、６９  基準画像
２５、６５  基準線
２７、６７  一次関数
４０  走査電子顕微鏡
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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