(57)【要約】      （修正有）【課題】画像上に現れる走査方式に依存したアーチファクトを軽減する。【解決手段】ステップ７０１において走査方式を決定する。ステップ７０２では、決定された走査方式によって、画像上に現れるアーチファクトの周波数を決定する。ステップ７０３では、ステップ７０２の周波数位置に対して、予め実験等で決めておいた縦横の幅からアーチファクト除去のための周波数領域を決定する。ステップ７０４、ステップ７０５で撮影を行い、画像を取得する。取得した画像をステップ７０６でフーリエ変換し、ステップ７０３において決定した周波数領域を例えば“０”で置換する。その画像をステップ７０８で逆フーリエ変換し、ステップ７０９で表示/保存する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線により試料上を二次元的に第１の方向に走査し、該走査により検出された試料からの荷電粒子ビームに基づく信号により、前記走査領域の画像を表示する荷電粒子線装置であって、
走査領域を前記第１の方向とは異なる第２の方向において複数領域に分割する分割領域を画定し、前記第１の方向の走査を前記分割領域毎に順次飛び越して走査を行う分割飛び越し方式の荷電粒子線装置において、
走査線の走査方式に起因して発生するアーチファクトを除去するための画像処理を行う画像処理部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、
実画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像に現れる前記アーチファクトを除去する処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記画像処理部は、
実画像における前記第２の方向に関する画素数を前記分割数で除算した分割領域毎の画素数である第１の周期に対応し、前記実画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像である周波数画像に対して前記第１の周期に対応するフーリエ変換後の第２の周期で、前記第１の方向に並ぶ画素に関する前記周波数画像の輝度信号を“０”方向にする処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記画像処理部は、
実画像における前記第２の方向に関する画素数を前記分割数で除算した分割領域毎の画素数である第１の周期に対応し、前記実画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像である周波数画像に対して前記第１の周期に対応するフーリエ変換後の第２の周期で、前記第１の方向に並ぶ画素に関する前記周波数画像の輝度信号をバックグラウンドの値の方向にする処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記分割数と、少なくとも前記第２の方向におけるアーチファクト除去領域と、変更可能に設定するユーザインターフェイスを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
実画像データをフーリエ変換するフーリエ変換部と、周波数画像を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の荷電粒子装置。
【請求項７】
荷電粒子線により試料上を二次元的に第１の方向に走査し、該走査により検出された試料からの荷電粒子ビームに基づく信号により、前記走査領域の画像を表示する荷電粒子線装置であって前記第１の方向の走査を前記分割領域毎に順次飛び越して走査を行う分割飛び越し方式の荷電粒子線装置における画像処理方法であって、
走査領域を前記第１の方向とは異なる第２の方向において複数領域に分割する分割領域を画定するステップと、
走査線の走査方式に起因して発生するアーチファクトを除去するための画像処理を行うステップと
を有することを特徴とする画像処理方法。
【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関し、特に、走査線の走査方式に起因して発生するアーチファクト除去のための画像処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象試料に対して電子線を照射すると、２次電子が発生する。走査型電子顕微鏡では、２次電子の発生量が、試料の形状に依存して変化する現象を利用して、試料表面の観察像を得ている。ここで、一般的な走査型電子顕微鏡では、画面内の水平方向、すなわちラスター方向へライン（画面内水平線）毎に走査を行う。各ラインを走査する順番は、画面内垂直方向で上から下へ向かう並びとなっている。
【０００３】
このような一般的なスキャン方式を用いると、画面内の垂直方向で上から下へ向かって次々にラスタースキャンされるため、電子線照射によって発生する帯電現象に起因する垂直方向に関する偏りが発生しやすい。すなわち、あるラインがスキャンされているタイミングで、その直前において、既にスキャンされているライン上に残っている帯電がスキャン中の一次電子線および二次電子線へ影響を及ぼし、その軌道を変えることで最終的に得られる試料像を歪めていた。
【０００４】
下記特許文献１によれば、荷電粒子ビームを垂直方向にあるライン分だけ飛び越して水平方向に電子線を走査させることにより、帯電の影響を低減する技術について開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示の技術によれば、飛び越し走査によって、帯電の蓄積をある程度緩和することが可能である。しかしながら、近接する走査線が形成される時間間隔が十分に設けられていないため、帯電の偏りが残るという問題があった。
本発明は、上記飛び越し走査により帯電の影響を緩和した場合に、さらに残る問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、荷電粒子線により試料上を二次元的に第１の方向に走査し、該走査により検出された試料からの荷電粒子ビームに基づく信号により、前記走査領域の画像を表示する荷電粒子線装置であって、走査領域を前記第１の方向とは異なる第２の方向において複数領域に分割する分割領域を画定し、前記第１の方向の走査を前記分割領域毎に順次飛び越して走査を行う分割飛び越し方式の荷電粒子線装置において、走査線の走査方式に起因して発生するアーチファクトを除去するための画像処理を行う画像処理部を有することを特徴とする荷電粒子線装置が提供される。これにより、アーチファクト除去の画像処理をスキャン方向と垂直方向に生じるアーチファクト除去のためのフィルター処理とすることができる。
【０００８】
前記画像処理部は、実画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像に現れる前記アーチファクトを除去する処理を行うことを特徴とする。より詳細には、前記画像処理部は、実画像における前記第２の方向に関する画素数を前記分割数で除算した分割領域毎の画素数である第１の周期に対応し、前記実画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像である周波数画像に対して前記第１の周期に対応するフーリエ変換後の第２の周期で、前記第１の方向に並ぶ画素に関する前記周波数画像の輝度信号を“０”方向にする処理又はバックグラウンドの値の方向にする処理を行うものであっても良い。
【０００９】
前記分割数と、少なくとも前記第２の方向におけるアーチファクト除去領域と、変更可能に設定するユーザインターフェイスを有するのが好ましい。これにより、ユーザは、走査によりアーチファクトを除去することができる。
また、実画像データをフーリエ変換するフーリエ変換部と、周波数画像を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、を有していても良い。フーリエ変換部によりフーリエ変換した画像は、アーチファクトの位置と幅とを判断するのに適しており、これに基づいて、設定値を決めることができる。尚、フーリエ変換部は、修理業者が所持して装置に接続し、変換画像をモニタリングして調整できるようにしても良い。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、荷電粒子線により試料上を二次元的に第１の方向に走査し、該走査により検出された試料からの荷電粒子ビームに基づく信号により、前記走査領域の画像を表示する荷電粒子線装置であって前記第１の方向の走査を前記分割領域毎に順次飛び越して走査を行う分割飛び越し方式の荷電粒子線装置における画像処理方法であって、走査領域を前記第１の方向とは異なる第２の方向において複数領域に分割する分割領域を画定するステップと、走査線の走査方式に起因して発生するアーチファクトを除去するための画像処理を行うステップと、を有することを特徴とする画像処理方法が提供される。
【００１１】
上記ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムや、このようなプログラムをコンピュータ読みとり可能な記録媒体も本発明の範疇に入るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、走査方式に起因し発生するアーチファクト除去のための画像処理と必要なパラメータを走査線の走査方式に従い決定するので、予め決定された画像処理により、アーチファクトの無い良好な画像を取得できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について説明する前に、帯電の影響を低減するための先の出願（特願２００５−２２１１８５号）について説明を行う。先の出願では、特許文献１に記載された飛び越し走査方法において、例えば、第１の走査線、第２の走査線、第３の走査線、がそれぞれ走査された後に、複数本の走査線を走査する方法及び装置が提案されている。この構成によれば、第１、第２、第３の走査線間に、複数の走査線が介在するような隔たりがあるため、第１の走査線の残留帯電が、他の走査線に与える影響を抑制することができる。また、第１、第２、第３の走査線間に複数の走査線を走査している間に、帯電を緩和させることが可能になる。したがって、絶対的な帯電の影響を緩和させるとともにその偏りを抑制することが可能となる。このように、特許文献１を前提とし、また先の出願によって、走査線間の帯電の影響は緩和されることになる。
【００１４】
しかしながら、走査線の走査方式により、画像上にアーチファクトが生じる場合がある。アーチファクトの発生原因について、図２と図３とを参照しながら説明を行う。電子線の偏向は、外部からの交流磁場の影響により乱され、画像上にボケやアーチファクトを生じさせる。一般に交流磁場に対しては、電子線の走査を電源に同期させ、外部交流磁場の影響による電子線の変動を抑え、像にボケやアーチファクトが生じないようにしている。電流値の時間（ｔ）変化として示される図２に示すように、符号１〜１６までにより示される各走査線は、常に時間ｔに依存して変動する（例えば交流５０Ｈｚ）電源変動カーブの同じ位相位置において走査されることになる。そのため、図３に示す画像において、符号１〜１６で示すように、走査線に依存して画面の水平方向に交流のカーブに基づく連続的な変化（ゆらぎ）が生じてしまう。このように、画面において、微少なずれが少しずつ連続的に生じ、像自体に緩やかな歪みを生じさせるが、変化が微少であるため一般的には特に問題とならない。また、信号の積算等においても異なる位相の信号が積算されることがないため、画像のボケやアーチファクトが生じることはない。
【００１５】
次に、先の特許出願に開示されるように、第１の走査線と第２の走査線との間に位置的な間隔が空くような走査方式の場合について検討する。例えば、図４（Ａ）に示すように、画像を走査方向と垂直な方向に４分割し、その各々の領域に走査線を順番に配置する方法について提案されている。この方法は、垂直方向に例えば３つのラインＬ１〜Ｌ３により第１〜第４までの分割領域Ａ１〜Ａ４までを画定し、まず第１〜第４までの走査線を、これらの第１〜第４までの分割領域Ａ１〜Ａ４に配置していき、次いで、第５〜第８までの走査線を、同じように、第１〜第４までの分割領域Ａ１〜Ａ４までに配置する方法である。このようにすると、帯電の影響を低減することはできるものの、電源変動カーブ上の位相の異なる位置で走査される走査線が隣接するため、図４（Ｂ）に示すように、図３の場合と異なり、画像の変化が不連続になり、それに起因してアーチファクトが画像上に現れるという新たな問題が生じる。図４（Ｂ）に示す例では、特に第１〜第４までの分割領域Ａ１〜Ａ４の切れ目ごとに大きな画像の変化が生じ、分割の領域内でも不連続な変化が生じてしまう場合がある。
【００１６】
そこで、発明者は、先の出願の手法に関して走査線の走査方式に起因して発生するアーチファクト除去のための画像処理技術について考察した。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態による画像処理装置について図面を参照しながら説明を行う。
図１は、本発明の一実施の形態による画像処理装置の一実施例として示す走査電子顕微鏡装置の概略構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態による走査型電子顕微鏡において、符号１０１は試料台であり、符号１０２は試料台１０１上に載せられる撮影対象試料、符号１０４は陰極、符号１０５は走査コイル、符号１０６は電子レンズ、符号１０８は走査コイル制御回路、符号１０９はレンズ制御回路である。本実施の形態による走査型電子顕微鏡において、図示しない電子源から発射される電子ビーム１１４は、走査コイル１０５によって試料１０２上を走査されるように制御され、試料１０２から発生した電子は、反射電子の位置に設けられた検出器１０３により検出される。検出器１０３からの信号Ｓ１がＡＤ変換器１０７に入力されてデジタル信号Ｓ２へと変換される。デジタル信号Ｓ２は、画像処理プロセッサ１１０に入力され、画像処理と特徴量の抽出とが行われ、その結果は、制御用計算機１１１へ送られる。また、処理された画像は、表示装置１１２へ送られて表示される。制御用計算機１１１からの焦点制御信号Ｓ３は、レンズ制御回路１０９に入力され、レンズ１０６の励磁電流を調節することにより焦点制御を行うことができる。尚、符号１１３は、制御用計算機１１１に接続され、各種の走査やデータの入力などを行うための入力部である。
【００１８】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、先の特許出願による走査方式により生じるアーチファクトを模式化した画像例とその画像における周波数特性とをそれぞれ示す図である。図４（Ａ）に示したような走査方式であって、かつ、分割数を１６とした場合に、画像上に現れる大きな変化（図５（Ａ）の右半分の領域から分割数に対応して左側に突出する部分）は、分割の切れ目毎、つまり画像の大きさが５１２×５１２の場合は３２画素（５１２／１６＝３２）分の変化周期（第１の周期）を有している。図５（Ａ）のエッジ部分の輝度変化周期は３２画素である。ここで、図５（Ａ）の画像をフーリエ変換し、周波数空間で表したフーリエ変換画像を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）において、横軸が画像のＸ方向の周波数を、縦軸が画像のＹ方向の周波数を表す。図５（Ｂ）に示す画像の中央からＹ方向１６画素の位置に、ａの３２画素周期の変化に対応する高輝度ラインが現れている。これは、画像の大きさを５１２×５１２とした場合に、図５（Ａ）の変化周期＝５１２／分割数、図５（Ｂ）の高輝度ライン位置＝５１２／（図５（Ａ）の変化周期）との関係から、対応付けられて第２の周期を求めることができる。
【００１９】
ここで、図５（Ｂ）に示すＹ方向において第２の周期すなわち１６画素以上の部分に現れている高輝度ラインは、図５（Ａ）の輝度変化が矩形変化で模式化されているため含まれる周波数のラインである。このように、走査方式により、画像上に現れる変化（以下、「アーチファクト」と称する。）の周波数を推測することができる。発明者は、この結果から、アートファクトに対応した周波数部分を画像処理によって削除することにより画像上のアーチファクトを低減できることができることに思い至った。
【００２０】
図６（Ａ）は、図５（Ｂ）に示すフーリエ変換画像についてアーチファクトに対応した周波数部分を画像処理により削除したいわゆる０フィリング画像（アーチファクトに対応した周波数成分を０フィリング処理により除去したフーリエ変換画像）の例を示す図である。画像処理について簡単に説明すると、走査方式により予め中央からＹ方向１６画素目の位置にアーチファクトに対応した信号が存在することがわかるため、その位置の信号を画像処理により“０”に置換している。尚、アーチファクトに対応する信号は、周波数位置を走査方式により決定できるが、濃淡状態によってメイン周波数回りの分布状態が異なってくる。従って、“０”で置換し削除する縦横の幅に関しては、予め実験等によって決めておくのが好ましい。また、“０”で完全に置換するのではなく、そのまわりの輝度からなだらかに“０”に変化するように置換するように工夫することもできる。
【００２１】
図６（Ａ）に示す周波数空間画像を逆フーリエ変換した画像を図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）に示す逆フーリエ変換画像は、図５（Ａ）に示す変化部分がフィルタリングされ、なだらかな変化になっていることがわかる。
【００２２】
図７は、本実施の形態による画像変換を走査型電子顕微鏡において実現するための処理の流れを示すフローチャート図である。まず、ステップ７０１において走査方式を決定する。ステップ７０２では、ステップ７０１において決定された走査方式によって、図５を参照して説明した関係に基づいて、画像上に現れるアーチファクトの周波数を決定することができる。ステップ７０３では、ステップ７０２の周波数位置に対して、予め実験等で決めておいた縦横の幅からアーチファクト除去のための周波数領域を決定する。ステップ７０４、ステップ７０５で撮影を行い、画像を取得する。取得した画像をステップ７０６でフーリエ変換し、ステップ７０３において決定した周波数領域を例えば“０”で置換する。その画像をステップ７０８で逆フーリエ変換し、ステップ７０９で表示/保存する。このような処理の流れにより、画像上に現れる走査方式に依存したアーチファクトを軽減することができる。
【００２３】
尚、ステップ７０３において削除する周波数領域（縦横の幅）やステップ７０７における“０”置換の方法に関しては、対象試料の種類により予め決めておき、種類によって使い分けることもできる。
【００２４】
図８は、本実施の形態による走査方式に従うアーチファクト除去処理を操作者が選択的に行なう場合の操作画面の例を示す図である。この走査画面の構成は、例えば、メニュー表示されるようにしても良いし、ハードウェア的に各項目を設定できるようにしても良い。この操作画面１１２は、走査方式１３１と、アーチファクト除去処理のオン・オフ１３５と、領域分割数１３７と、Ｘ方向の領域除去幅１４１、Ｙ方向の領域除去幅１４３と、の入力領域を有している。ここで、走査方式１３１を入力し、アーチファクト除去のＯＮ／ＯＦＦ１３５を選択する。ＯＮの場合には、走査方式の画像分割数や除去する周波数領域の縦横の幅を入力する。領域除去幅Ｘは、一般的に画面の横方向の全幅である。ここでは、特に領域除去幅Ｙが重要であり、例えば３ではアーチファクトの除去が不十分であれば、４、５のように増加させながら、画面を見て適正値を決めることができる。
【００２５】
本実施の形態によれば、以下に述べるような効果を発揮する。
すなわち、従来、走査線間の帯電の影響を緩和するように考案された走査方式では、画像上にアーチファクトが発生するという問題があった。この問題に対して、走査方式に従い、走査方式に起因して発生するアーチファクトの周波数を予め求めておき、それに対応する周波数領域の画像成分を除去することにより、アーチファクトの影響が軽減された良好な画像を取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、荷電粒子線装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態による画像処理装置を備えた走査電子顕微鏡装置の概略構成例を示す機能ブロック図である。
【図２】電源同期時の電源変動カーブと走査線との関係を示す図である。
【図３】電源同期時の走査線の画像上の位置の変化例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、帯電抑止のために画像を４分割し走査する方式の原理図であって走査線の画像上の位置を示す図であり、図４（Ｂ）は、画面を分割した場合における画像の変動例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、３２画素周期でエッジがずれた画像の例を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す画像データをフーリエ画像変換した画像例を示す図である。
【図６】アーチファクトに対応した周波数部分を削除した０フィリング画像例（図６（Ａ））と、それを逆フーリエ変換して得たアーチファクトを低減した画像例（図６（Ｂ））である。
【図７】本実施の形態による画像処理の流れを示すフローチャート図である。
【図８】本実施の形態による走査型電子顕微鏡の操作画面例であって、アーチファクト処理に関する操作設定画面例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１…試料台、１０２…試料、１０３…検出器、１０４…陰極、１０５…走査コイル、１０６…電子レンズ、１０７…ＡＤ変換器、１０８…走査コイル制御回路、１０９…レンズ制御回路、１１０…画像処理プロセッサ、１１１…制御用計算機、１１２…表示装置、１１３…入力手段、１１４…電子ビーム。
【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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