(57)【要約】【課題】  簡単にＳＥＭバイアスの変動を補正し、ＣＤ測定を正確かつ効率良く実行することができる画像処理法および画像処理装置を提供する。【解決手段】  画像処理方法は、試料へ荷電粒子を照射して得られた二次電子の検出量に基づいて該試料の表面形状を画像化し、この画像を処理する画像処理方法であって、試料の表面形状のうち画像処理の基準となる基準領域の画像から、二次電子の検出量を階調値で示した基準プロファイルを抽出するステップと、試料の表面形状のうち画像処理の対象となる対象領域の画像から、二次電子の検出量を階調値で示した対象プロファイルを抽出するステップと、対象領域の画像を補正するために対象プロファイルを基準プロファイルに置換するステップとを具備する。【選択図】  図２
2005228560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料へ荷電粒子を照射して得られた二次電子の検出量に基づいて該試料の表面形状を画像化し、この画像を処理する画像処理方法であって、
前記試料の表面形状のうち画像処理の基準となる基準領域の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した基準プロファイルを抽出するステップと、
前記試料の表面形状のうち画像処理の対象となる対象領域の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した対象プロファイルを抽出するステップと、
前記対象領域の画像を補正するために前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換するステップとを具備する画像処理方法。
【請求項２】
前記基準プロファイルは、前記試料のラインとスペースとにおける前記二次電子の検出量の差が前記対象プロファイルのそれよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
【請求項３】
前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換するステップは、
前記基準領域のラインとスペースとの間の段差部分における前記基準プロファイルの立上り位置を決定するステップと、
前記対象領域のラインとスペースとの間の段差部分における前記対象プロファイルの立上り位置を決定するステップと、
前記対象プロファイルの立上り位置と前記基準プロファイルの立上り位置とが一致するように前記対象プロファイルおよび前記基準プロファイルを重複させるステップと、
前記対象プロファイルおよび前記基準プロファイルを重複させた状態で、前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換するステップとを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像処理方法。
【請求項４】
前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに変換するステップは、
前記基準プロファイルの振幅を変更し、前記基準プロファイルと前記対象プロファイルとの立上り形状をほぼ同一にするステップと、
前記基準プロファイルと前記対象プロファイルとの相対位置を変更し、前記基準プロファイルと前記対象プロファイルとの立上り形状を重複させるステップと、
前記基準プロファイルと前記対象プロファイルとの立上り形状を重複させた状態で、前記基準プロファイルの振幅をもとの振幅に戻すステップと、
前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換するステップとを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像処理方法。
【請求項５】
前記基準プロファイルおよび前記対象プロファイルのそれぞれの立上り形状を、前記基準領域の表面形状に基づいて予め作成した基準プロファイルモデルおよび対象プロファイルモデルを予め登録するステップと、
基準プロファイルモデルおよび対象プロファイルモデルのそれぞれに対する立上り位置を予め登録するステップとをさらに具備し、
前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに変換するステップは、
前記基準プロファイルと前記基準プロファイルモデルとの相対位置を変更し、前記基準プロファイルと前記基準プロファイルモデルとを重複させるステップと、
前記対象プロファイルと前記対象プロファイルモデルとの相対位置を変更し、前記対象プロファイルと前記対象プロファイルモデルとを重複させるステップと、
前記基準プロファイルと前記基準プロファイルモデルとが重複し、かつ、前記対象プロファイルと前記対象プロファイルモデルとが重複した状態で、前記基準プロファイルモデルおよび前記対象プロファイルモデルの立上り位置を一致させるステップと、
前記基準プロファイルモデルおよび前記対象プロファイルモデルの立上り位置を一致させた状態で、前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換するステップとを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像処理方法。
【請求項６】
前記対象プロファイルを抽出するステップにおいて、前記対象プロファイルは前記対象領域の画像から複数抽出され、
前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに変換するステップにおいて、それぞれの前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに変換し、
変換後の複数のプロファイルによって前記対象領域の画像を生成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像処理方法。
【請求項７】
前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換した後、
置換後の該プロファイルを用いて、前記試料のライン幅またはスペース幅を測定するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の画像処理方法。
【請求項８】
試料へ荷電粒子を照射して得られた二次電子の検出量に基づいて該試料の表面形状を画像化し、この画像を処理する画像処理装置であって、
荷電粒子を試料へ照射する荷電粒子銃と、
荷電粒子の照射により前記試料から発生する二次電子を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された二次電子量に基づいて前記試料の表面形状を表示することができるモニタと、
前記試料の表面形状のうち画像処理の基準となる基準領域の表面形状の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した基準プロファイルを抽出し、前記試料の表面形状のうち画像処理の対象となる対象領域の表面形状の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した対象プロファイルを抽出し、前記対象領域の画像を補正するために前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換する演算部とを備えた画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理方法および画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、半導体の表面パターンも益々微細化されている。このため、表面パターンのＣＤ（Critical Dimension）測定では、測定誤差の許容範囲が厳格になってきている。
【０００３】
ＣＤ測定の精度を高めるために、ＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension - Scanning Electron Microscopy）などの走査型電子顕微鏡が一般的に用いられている。ＣＤ−ＳＥＭは、電子ビームを試料へ照射し、その試料から放出された二次電子を検出する。二次電子の検出量は主に表面パターンに依存するので、この二次電子の検出量によって試料の表面形状を画像化することができる。以下、二次電子の検出量によって得られた画像を“二次電子画像”という。ＣＤ−ＳＥＭは、この二次電子画像から表面パターンの輪郭を抽出して、表面パターンの所望部分の寸法を測定する。
【０００４】
二次電子画像は、試料の表面パターンや材質などによりコントラストが変動する。よって、ＣＤ−ＳＥＭにより安定した測定を行うためには、二次電子画像のコントラストを改善する必要がある。コントラストの改善方法としては、画像内の関心領域の濃淡による階調値から全体の濃度レベルを算出し、これにより、二次電子画像のコントラストを変換する方法がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９６６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二次電子画像は、試料の表面パターンのみに依存するわけでなく、試料の材質、試料の電位、および、試料近傍の電界にも依存する。試料の表面形状に依存したコントラストは形状コントラスト、試料の材質に依存したコントラストは材質コントラスト、試料の電位および試料近傍の電界に依存したコントラストは電位コントラストと呼ばれる。このように、二次電子画像は、様々なコントラストから構成されている。
【０００６】
ＣＤ測定に必要なコントラストは表面形状に起因した形状コントラストであり、その他のコントラストは測定誤差を生じさせる原因となる。このような測定誤差は、“ＳＥＭバイアス”と呼ばれている。ＳＥＭバイアスは、ＣＤ−ＳＥＭ等により試料の上方から得た表面画像に基づいて算出した測定値と試料の劈開面の断面画像に基づいて算出した正確な測定値との差である。形状コントラストのみの表面画像によって測定値を算出すれば、ＳＥＭバイアスは一定となる。しかし、一般に、スペース幅が小さくなり電位コントラストの影響が顕著になると、スペース幅を測定するときのＳＥＭバイアスは小さくなる。これは、“ＳＥＭバイアスの変動”と呼ばれている。
【０００７】
例えば、表面画像のコントラストは、図１１に示すようにスペース幅によって変化する。スペース幅が大きいと、Ａ−Ａ線に沿ったプロファイルで示すように、ラインＬとスペースＳとにおける階調値はほぼ等しいので、表面画像のコントラストは、ラインＬとスペースＳとでほとんど差がない。一方、Ｂ−Ｂ線やＣ−Ｃ線に沿ったプロファイルで示すように、スペース幅が小さくなるに従い、スペースＳ側の階調値がラインＬ側よりも低くなる。よって、このときの表面画像はスペースＳの部分において暗くなる。これは、隣り合うラインの間隔が狭くなり、ライン上に蓄積された電荷による電界が、スペースＳの底面から放出される二次電子に影響し、それにより検出器に検出される二次電子量が減少するからである。このようにスペース幅に依存してコントラストが変化するために、ＳＥＭバイアスの変動が生じる。
【０００８】
もし、ＳＥＭバイアスが一定であれば、試料の一箇所の表面画像および断面画像からＳＥＭバイアスを算出すれば足りる。しかし、ＳＥＭバイアスは上述のように変動するため、様々なパターンを有する多数箇所の表面画像および断面画像からＳＥＭバイアスを算出しなければならない。この作業は、膨大量であり、作業効率が悪い。また、複雑なデバイス構造では、様々なコントラストが複合しているので、ＳＥＭバイアスを計算によって算出することは困難である。これらの問題点は、ガンマ補正や特許文献１に記載された従来技術でも解決できない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、従来よりも簡単にＳＥＭバイアスの変動を補正し、試料の表面パターンの測定を正確かつ効率良く実行することができる画像処理法および画像処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る実施形態に従った画像処理方法は、試料へ荷電粒子を照射して得られた二次電子の検出量に基づいて該試料の表面形状を画像化し、この画像を処理する画像処理方法であって、
前記試料の表面形状のうち画像処理の基準となる基準領域の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した基準プロファイルを抽出するステップと、前記試料の表面形状のうち画像処理の対象となる対象領域の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した対象プロファイルを抽出するステップと、前記対象領域の画像を補正するために前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換するステップとを具備する。
【００１１】
本発明に係る実施形態に従った画像処理装置は、試料へ荷電粒子を照射して得られた二次電子の検出量に基づいて該試料の表面形状を画像化し、この画像を処理する画像処理装置であって、
荷電粒子を試料へ照射する荷電粒子銃と、荷電粒子の照射により前記試料から発生する二次電子を検出する検出部と、前記検出部によって検出された二次電子量に基づいて前記試料の表面形状を表示することができるモニタと、前記試料の表面形状のうち画像処理の基準となる基準領域の表面形状の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した基準プロファイルを抽出し、前記試料の表面形状のうち画像処理の対象となる対象領域の表面形状の画像から、前記二次電子の検出量を階調値で示した対象プロファイルを抽出し、前記対象領域の画像を補正するために前記対象プロファイルを前記基準プロファイルに置換する演算部とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る画像処理法および画像処理装置は、従来よりも簡単にＳＥＭバイアスの変動を補正し、試料の表面パターンを正確かつ効率良く実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。これらの実施形態は本発明を限定するものではない。
【００１４】
図１は、本発明に係る実施形態に従った走査型電子顕微鏡（以下、ＣＤ−ＳＥＭともいう）１００のブロック図である。ＣＤ−ＳＥＭ１００は、鏡体部１、荷電粒子銃２、電子検出器６、増幅器７、偏向器４、画像処理プロセッサ９、制御用計算機１０、表示装置１１および入力手段１２を備えている。
【００１５】
鏡体部１に配置された荷電粒子銃２は荷電粒子線３を放射する。荷電粒子線３は、図示されていない電子レンズによって収束され、試料５に照射される。荷電粒子線３は、例えば、電子やイオンである。偏向器４は、制御用計算機１０からの制御信号８によって荷電粒子線３の位置を移動させることができる。これにより、偏向器４は、荷電粒子線３を試料５の表面上でラスタ走査させる。
【００１６】
荷電粒子３の照射によって、試料５の表面から二次電子が発生する。電子検出器６はこの二次電子を検出する。電子検出器６によって検出された二次電子量を示す信号は、増幅器７で増幅される。画像処理プロセッサ９は増幅器７から出力された信号をＡＤ変換し、試料５の表面形状のデジタル画像データを生成する。この画像データは、モニタ１１に表示される。画像表示プロセッサ９は、デジタル画像データを格納するメモリ９１、画像処理を行う画像処理演算回路９２、並びに、モニタ１１の制御を行う表示制御回路９３を含む。制御用計算機１０には、キーボードやマウス等の入力手段１２が接続されている。
【００１７】
尚、制御用計算機１０は、ＣＤ−ＳＥＭ１００内に設けられてもよく、ＣＤ−ＳＥＭ１００の外部に配置されたコンピュータでもよい。画像表示プロセッサ９およびモニタ１１は、制御用計算機１０とは個別に配置してもよいが、制御用計算機１０に組み込んでもよい。あるいは、制御用計算機１０に内蔵されているプロセッサおよびモニタを画像表示プロセッサ９およびモニタ１１として利用してもよい。
【００１８】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）および図３を参照して、ＣＤ−ＳＥＭ１００の動作を説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図である。図３は、第１の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図である。尚、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すプロファイルは、スペースＳの片側のエッジの濃淡プロファイルを示す。例えば、図２（Ａ）は、図１１に示す表面画像のＡ−Ａ線に沿ったプロファイルに相当し、図２（Ｂ）は、図１１に示す表面画像のＣ−Ｃ線に沿ったプロファイルに相当する。また、これらのプロファイルの階調値は、検出器６によって検出された二次電子の量に従う。
【００１９】
これらのプロファイルは二次電子の検出量に基づいた一次元的な階調値によって表されたものである。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、まず、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、試料５の基準領域の表面形状の画像を取得し（Ｓ１０）、この画像から画像処理の基準となる基準プロファイルを抽出する（Ｓ２０）。ここで、ラインＬとスペースＳとにおける二次電子量の差が比較的小さい試料上の表面領域を基準領域とする。即ち、基準領域は、画像におけるラインＬとスペースＳとのコントラスト差が比較的小さくなるように、スペース幅が充分に広い領域を試料５の表面領域から選択する。
【００２１】
基準プロファイルは、基準領域の二次電子画像の濃淡プロファイルを抽出することによって生成される。例えば、ラインＬまたはスペースＳの延伸方向に対してほぼ垂直方向に、ラインＬ−スペースＳ間の濃淡プロファイルを画像のピクセルごとに抽出し、これらの濃淡プロファイルをラインＬまたはスペースＳの延伸方向に平均化する。これにより、ノイズの影響を抑えた、即ち、形状コントラスト以外のコントラストの影響を抑えた高Ｓ／Ｎ比の画像を取得することができる。
【００２２】
ラインＬ−スペースＳ間のエッジ部Ｅには段差があるため段差の側壁を考慮すると、そのエッジ部Ｅから検出される二次電子量は、ラインＬまたはスペースＳから検出される二次電子量よりも多くなる。よって、ラインＬ−スペースＳ間のエッジ部Ｅは、ラインＬまたはスペースＳよりも高コントラストになる。
【００２３】
次に、基準プロファイルの立上り位置を決定する（Ｓ３０）。ラインＬからスペースＳに向かうエッジ部Ｅの立上り位置をＸＬ０とし、スペースＳからラインＬに向かうエッジ部Ｅの立上り位置をＸＳ０とする。基準プロファイルの立上り位置ＸＬ０およびＸＳ０は、例えば、基準プロファイルの階調値が所定の閾値を超えた位置に設定してよい。あるいは、エッジ部Ｅの２つの傾斜、ラインＬおよびスペースＳの各曲線をそれぞれ直線に近似し、エッジ部ＥのラインＬ側の傾斜部に対応する直線とラインＬに対応する直線との交点位置を立上り位置ＸＬ０と設定し、エッジ部ＥのスペースＳ側の傾斜部に対応する直線とスペースＳに対応する直線との交点位置を立上り位置ＸＳ０と設定してもよい。立上り位置ＸＬ０およびＸＳ０の決定方法は、これらの方法に限定されず、他の様々な方法を採用してもよい。
【００２４】
次に、立上り位置ＸＬ０とＸＳ０との距離、即ち、エッジ部Ｅの幅Ｗ０を算出する（Ｓ４０）。この幅Ｗ０は、（ＸＬ０−ＸＳ０）を演算すればよい。次に、基準プロファイルのラインＬおよびスペースＳにおける階調値ＧＬ０およびＧＳ０のそれぞれの平均値を算出する（Ｓ５０）。
【００２５】
図２（Ｂ）に示すように、次に、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、試料５の表面領域のうちＣＤ測定の対象である対象領域の二次電子画像を取得する（Ｓ６０）。さらに、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、この画像から画像処理の対象となる対象プロファイルを抽出する（Ｓ７０）。対象プロファイルでは、ラインＬとスペースＳとにおける二次電子量の差が比較的大きいため、図２（Ｂ）に示すように、ラインＬとスペースＳとにおける階調値の差が大きい。
【００２６】
次に、対象プロファイルの立上り位置を決定する（Ｓ８０）。ここで、ラインＬからスペースＳに向かうエッジ部Ｅの立上り位置をＸＬ１とし、スペースＳからラインＬに向かうエッジ部Ｅの立上り位置をＸＳ１とする。立上り位置ＸＬ１およびＸＳ１は、基準プロファイルの立上り位置ＸＬ０およびＸＳ０と同様の方法を用いて決定すればよい。
【００２７】
次に、立上り位置ＸＬ１とＸＳ１との距離、即ち、エッジ部Ｅの幅Ｗ１を算出する（Ｓ９０）。この幅Ｗ１は、（ＸＬ１−ＸＳ１）を演算すればよい。次に、基準プロファイルのラインＬおよびスペースＳにおける階調値ＧＬ１およびＧＳ１のそれぞれの平均値を算出する（Ｓ１００）。
【００２８】
次に、基準プロファイルのエッジ部Ｅの幅Ｗ０と対象プロファイルのエッジ部Ｅの幅Ｗ１とが一致するように、基準プロファイルのエッジ部Ｅの幅を調整する（Ｓ１１０）。幅Ｗ０、Ｗ１の調整方法には、エッジ部Ｅ全体の幅を拡大または縮小する方法、エッジ部Ｅのピーク位置からラインＬ側のみの幅を拡大または縮小する方法、エッジ部Ｅのピーク位置からスペースＳ側のみの幅を拡大または縮小する方法などがある。幅Ｗ０、Ｗ１の調整方法は、これらに限定されず、他の様々な方法を採用してもよい。
【００２９】
図２（Ｃ）に示すように、次に、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、基準プロファイルの立上り位置ＸＬ０と対象プロファイルの立上り位置ＸＬ１とを一致させ、かつ、基準プロファイルの立上り位置ＸＳ０と対象プロファイルの立上り位置ＸＳ１とを一致させる（Ｓ１２０）。このとき、階調値ＧＬ０と階調値ＧＬ１のレベルも一致させる。ラインＬの領域では基準プロファイルの二次電子の検出量が基準プロファイルの二次電子の検出量とほぼ等しいので、ラインＬの階調値ＧＬ０と階調値ＧＬ１のレベルを一致させることによって、次のステップＳ１３０において適切な置換が可能となる。
【００３０】
さらに、基準プロファイルの立上り位置ＸＬ０、ＸＳ０と対象プロファイルの立上り位置ＸＬ１、ＸＳ１とを一致させた状態で、対象プロファイルを基準プロファイルに置換する（Ｓ１３０）。これにより、対象領域のスペースＳの片側のエッジ部分のプロファイルが修正された。スペースＳの他方のエッジについてもステップＳ１０〜Ｓ１３０が実行される。最後に、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、置換後の対象プロファイルを用いてライン幅またはスペース幅の測定を行なう（Ｓ１４０）。
【００３１】
本実施形態においては、画像処理プロセッサ９がステップＳ１０〜Ｓ１４０を実行してよい。画像処理プロセッサ９に代えて、制御用計算機１０がステップＳ１０〜Ｓ１４０を実行してもよい。モニタ１１は、基準領域の画像、対象領域の画像、基準プロファイル、対象プロファイル、置換後の対象プロファイルまたはＣＤ測定値をそれぞれ表示してもよく、これらの一部を選択的に表示してもよい。
【００３２】
基準プロファイルの処理ステップ（Ｓ１０〜Ｓ５０）は対象プロファイルの処理ステップ（Ｓ６０〜Ｓ１００）の後に実行してもよい。
【００３３】
二次電子量に基づく画像には、二次電子像のほか、反射電子像、吸収電流像などがある。本実施形態は、荷電粒子線の照射により試料５から発生する任意の信号に基づく画像に対しても適用することができる。荷電粒子は、代表的には、電子、イオンであるが、例えば、光子等であってもよい。
【００３４】
図２（Ｃ）を再度参照して、本実施形態の効果を説明する。基準プロファイルおよび対象プロファイルのスペースＳ側におけるコントラストのレベルをそれぞれＬＳ０およびＬＳ１とし、基準プロファイルおよび対象プロファイルのピークをそれぞれＰ０およびＰ１とする。一般に、ＣＤ測定は、レベルＬＳ１とピークＰ１との中間位置Ｍ１を用いて実行される。
【００３５】
背景技術において説明したように、スペース幅が小さくなると、スペース幅を測定する際に、ＳＥＭバイアスは上昇する。即ち、表面画像における中間位置Ｍ１を用いて測定されたスペース幅は、実際のスペース幅よりも大きくなってしまう（図１１参照）。
【００３６】
しかし、本実施形態は、レベルＬＳ０とピークＰ０との中間位置Ｍ０を用いてＣＤ測定を実行する。中間位置Ｍ１とＭ０とには、Ｍｄの差がある。中間位置Ｍ０は、中間位置Ｍ１に比べて差Ｍｄだけスペース幅を小さくするように、即ち、ＳＥＭバイアスを緩和するようにシフトしている（図１０参照）。これは、対象プロファイルを基準プロファイルに置換した結果、上述のように、形状コントラスト以外のコントラストの影響が抑制されたためである。
【００３７】
このように、本実施形態は、試料を何回も劈開して断面画像を得ることを要せず、簡単にＳＥＭバイアスの変動を補正することができる。これによりＣＤ測定を正確かつ効率良く実行することができる。
【００３８】
また、本実施形態は、試料５の材質の相違によりコントラストが変動している場合にも適用することができる。この場合、基準領域は、形状コントラストや電界コントラストを小さくするために、平坦な領域とする。これにより、ノイズの影響を抑えた、即ち、材質コントラスト以外のコントラストの影響を抑えた高Ｓ／Ｎ比の画像を取得することができる。これを基準プロファイルとして使用すればよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、本発明に係る第２の実施形態に従い、対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図である。第２の実施形態は、ＣＤ−ＳＥＭ１００を用いて実施することができる。図５は、第２の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図である。第２の実施形態は、図３に示すステップＳ１０からステップＳ１００まで第１の実施形態と同様のステップを実行する。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、次に、基準プロファイルの位置を対象プロファイルの位置に適合するために用いるマッチング領域を指定する（Ｓ１１１）。本実施形態において、マッチング領域は、ラインＬからスペースＳに向かう立上り部分に設定した。ラインＬの領域においては基準プロファイルの二次電子の検出量が基準プロファイルのそれとほぼ等しいので、ラインＬ側のプロファイルを一致させることによって、後のステップＳ１５１において適切な置換が可能となる。
【００４１】
図４（Ｂ）に示すように、次に、基準プロファイルの振幅を変更する（Ｓ１２１）。このとき、基準プロファイルのマッチング領域の形状が対象プロファイルの立上り部分の形状とほぼ同一になるように、基準プロファイルの振幅を変更する。尚、本実施形態において、対象プロファイルの振幅は変更しない。
【００４２】
図４（Ｃ）に示すように、次に、振幅変更後の基準プロファイルと対象プロファイルとの相対位置を変更し、この基準プロファイルと対象プロファイルとの立上り形状を重複させる（Ｓ１３１）。このとき、重複作業は、マッチング領域における基準プロファイルと対象プロファイルとの階調値の差分の絶対値が最小となるように実行される。
【００４３】
図４（Ｄ）に示すように、次に、基準プロファイルと対象プロファイルとの立上り形状を重複させた状態で、図４（Ａ）に示す基準プロファイルの振幅をもとの振幅に戻す（Ｓ１４１）。
【００４４】
図４（Ｅ）に示すように、さらに、対象プロファイルを基準プロファイルに置換する（Ｓ１５１）。ステップＳ１０〜Ｓ１５１は、スペースＳの両方のエッジについて実行される。最後に、図３のステップＳ１４０と同様に、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、置換後の対象プロファイルを用いてライン幅またはスペース幅の測定を行なう。
【００４５】
ステップＳ１３１において基準プロファイルの振幅を変更する方法を説明する。図６では、基準プロファイルの振幅を変更するために、基準プロファイルおよび対象プロファイルの階調値を用いる。例えば、スペース幅が狭い場合には、画像におけるスペース部が暗くなる。そこで、基準プロファイルのスペースＳの階調値ＧＳ０と対象プロファイルのスペースＳの階調値ＧＳ１との比（ＧＳ１／ＧＳ０）を基準プロファイルの振幅へ乗じる。あるいは、階調値ＧＳ０と階調値ＧＳ１との差を用いてプロファイルの振幅を変更できる。
【００４６】
本実施形態においては、画像処理プロセッサ９がステップＳ１０〜Ｓ１５１を実行してよい。画像処理プロセッサ９に代えて、制御用計算機１０がステップＳ１０〜Ｓ１５１を実行してもよい。
【００４７】
基準プロファイルの振幅を変更するために、試料５の表面パターンの特徴を表す特徴量を用いてもよい。特徴量は、スペースＳとラインＬとの階調比や階調差のほか、スペース幅、スペースの深さ、スペース幅とその深さの比（アスペクト比）等である。例えば、スペースＳのアスペクト比をＲとすると、図４（Ａ）に示す基準プロファイルの振幅に（１／Ｒ）を乗じることによって、基準基準プロファイルの振幅を変更してもよい。
【００４８】
このように、本実施形態において、基準プロファイルの振幅、および、基準プロファイルと対象プロファイルとの相対位置は、ステップＳ１２１およびステップＳ１３１をそれぞれ一回実行することによって決定してもよいが、これらのステップを試行錯誤的に繰り返すことによって決定してもよい。
【００４９】
本実施形態では、基準プロファイルの振幅を変更したが、これに代えて対象プロファイルの振幅を変更してもよい。この場合、対象プロファイルの振幅を変更する方法としては、（ＧＳ０／ＧＳ１）を対象プロファイルの振幅に乗じる方法やアスペクト比Ｒを対象プロファイルの振幅に乗じる方法が考えられる。
【００５０】
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。また、第２の実施形態では、マッチング領域を指定し、基準プロファイルの振幅を変更するので、スペース幅や試料の材質に依存して変動する二次電子の検出量を正確に補正することができる。第２の実施形態は、画像にノイズが多く微妙な信号の立上りを決定することが困難な場合に特に有効である。
【００５１】
（第３の実施形態）
図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、本発明に係る第３の実施形態に従い、対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図である。第３の実施形態は、ＣＤ−ＳＥＭ１００を用いて実施することができる。図７は、第３の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図である。
【００５２】
図６（Ａ）に示すように、まず、プロファイルモデルＰＭ０およびＰＭ１を登録する（Ｓ５）。プロファイルモデルＰＭ０およびＰＭ１のそれぞれには、予めエッジ部Ｅの立上り位置ＸＭ０およびＸＭ１を設定し、これらを登録する。プロファイルモデルＰＭ０、ＰＭ１および立上り位置ＸＭ０、ＸＭ１はメモリ９１（図１参照）に格納してもよく、制御用計算機１０に格納してもよい。
【００５３】
プロファイルモデルＰＭ０およびＰＭ１はそれぞれ基準プロファイルおよび対象プロファイルに適用される。プロファイルモデルＰＭ０およびＰＭ１のそれぞれについて、形状の異なる複数のプロファイルモデルを予め登録することが好ましい。尚、本実施形態では、スペースＳからラインＬに向かうエッジ部Ｅの立上り位置に着目している。
【００５４】
次に、本実施形態は、図３に示すステップＳ１０からステップＳ１００まで第１の実施形態と同様のステップを実行する。
【００５５】
図６（Ｂ）に示すように、試料５の対象領域の特徴量に応じてプロファイルモデルＰＭ１を選択する（Ｓ１１２）。同様に、試料５の基準領域の特徴量に応じてプロファイルモデルＰＭ０を選択する（Ｓ１２２）。
【００５６】
図６（Ｃ）に示すように、対象プロファイルとプロファイルモデルＰＭ１との相対位置を変更し、対象プロファイルとプロファイルモデルＰＭ１とを重複させる（Ｓ１３２）。同様に、基準プロファイルとプロファイルモデルＰＭ０との相対位置を変更し、基準プロファイルとプロファイルモデルＰＭ０とを重複させる（Ｓ１４２）。
【００５７】
このとき、プロファイルモデルＰＭ０およびＰＭ１のそれぞれに対応する立上り位置ＸＭ０およびＸＭ１を、基準プロファイルおよび対象プロファイルの立上り位置に設定する（Ｓ１５２）。
【００５８】
図６（Ｄ）に示すように、基準プロファイルおよび対象プロファイルの立上り位置ＸＭ０およびＸＭ１を一致させる（Ｓ１６２）。このとき、ラインＬ側の階調値ＧＬ０と階調値ＧＬ１のレベルも一致させる。ラインＬの領域では基準プロファイルの二次電子の検出量が基準プロファイルの二次電子の検出量とほぼ等しいので、ラインＬの階調値ＧＬ０と階調値ＧＬ１のレベルを一致させることによって、次のステップＳ１７２において適切な置換が可能となる。
【００５９】
図６（Ｅ）に示すように、対象プロファイルを基準プロファイルに置換する（Ｓ１７２）。ステップＳ５〜Ｓ１７２は、スペースＳの両方のエッジについて実行される。最後に、図３のステップＳ１４０と同様に、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、置換後の対象プロファイルを用いてライン幅またはスペース幅の測定を行なう。
【００６０】
本実施形態においては、画像処理プロセッサ９がステップＳ１０〜Ｓ１７２を実行してよい。画像処理プロセッサ９に代えて、制御用計算機１０がステップＳ１０〜Ｓ１７２を実行してもよい。
【００６１】
本実施形態では、スペースＳからラインＬに向かうエッジ部Ｅの立上りに着目しているが、ラインＬからスペースＳに向かうエッジ部Ｅの立上りに着目してもよい。
【００６２】
第３の実施形態は、第２の実施形態と組み合せることができる。例えば、基準または対象プロファイルにプロファイルモデルを位置合わせするときに、第２の実施形態で述べたマッチング領域を指定してよい。これによって、基準または対象プロファイルとプロファイルモデルとの位置合わせが容易になる。
【００６３】
プロファイルモデルは、様々な表面パターンから実験的に作成することができる。あるいは、プロファイルモデルは、表面パターンに依存した試料近傍の電界分布をシミュレーションにより算出することによって作成することもできる。
【００６４】
本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。また、本実施形態は、基準または対象プロファイルにプロファイルモデルを適合させることで自動的に立上り位置が決定する。よって、基準または対象プロファイルの立上り位置の決定が容易である。さらに、第２の実施形態と組み合せることによって、本実施形態は、第２の実施形態の効果をも有する。
【００６５】
（第４の実施形態）
図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、本発明に係る第４の実施形態に従い、対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図である。図９は、第４の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図である。第４の実施形態は、第１から第３の実施形態によって得られた置換後のプロファイルを複数用いて二次元的に表面画像を補正する。第４の実施形態は、ＣＤ−ＳＥＭ１００を用いて実施することができる。
【００６６】
まず、第１から第３の実施形態と同様に基準プロファイルおよび対象プロファイルを抽出する（Ｓ２００）。ここで、対象プロファイルは複数抽出される。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、例えば、対象プロファイルは、対象領域の画像のピクセルごとに抽出される。対象領域の画像のピクセル数がｎである場合には、ｎ個の対象プロファイルを抽出する。
【００６７】
図８（Ｃ）に示すように、次に、第１から第３の実施形態のいずれかの方法を用いて総ての対象プロファイルを基準プロファイルに変換する（Ｓ２１０）。変換後のプロファイルは対象領域の画像のピクセル数と同数だけあるので、変換後のプロファイルによって対象領域の画像を生成することができる。
【００６８】
図８（Ｄ）に示すように、次に、対象領域の画像を変換後のプロファイルによって得られた画像に置換する（Ｓ２２０）。これにより、対象領域の画像のコントラストが二次元的に補正される。
【００６９】
本実施形態においては、画像処理プロセッサ９がステップＳ２００〜Ｓ２１０を実行してよい。画像処理プロセッサ９に代えて、制御用計算機１０がステップＳ２００〜Ｓ２１０を実行してもよい。
【００７０】
第４の実施形態は、ＣＤ測定に適用することができるだけなく、表面パターンを二次元的に評価することができる。また、第４の実施形態は、第１から第３の実施形態の効果も有し得る。
【００７１】
以上の実施形態は、画像の無用なコントラストを低減することで、パターン寸法に依存した寸法誤差などを低減することができる。さらに、ＳＥＭバイアスを測定するのに、パターン寸法の依存性を調べる必要が無い。よって、半導体製造プロセスの開発効率を向上させることができる。
【００７２】
図１０は、第１〜第４の実施形態による効果を示すグラフである。これらの実施形態によれば、形状コントラスト以外のコントラストの影響を抑制することができるので、ＳＥＭバイアスを緩和することができる。
【００７３】
以上の実施形態による画像処理方法は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、これらの画像処理方法を実現するプログラムをフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納し、コンピュータに読み込んで実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００７４】
また、上述した画像処理方法を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る実施形態に従ったＣＤ−ＳＥＭ１００のブロック図。
【図２】第１の実施形態に従って対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図。
【図３】第１の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図。
【図４】第２の実施形態に従って対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図。
【図５】第２の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図。
【図６】第３の実施形態に従って対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図。
【図７】第３の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図。
【図８】第４の実施形態に従って対象プロファイルを基準プロファイルへ置換する様子を示した図。
【図９】第４の実施形態におけるＣＤ−ＳＥＭ１００の動作の流れを示すフロー図。
【図１０】第１〜第４の実施形態による効果を示すグラフ。
【図１１】従来のＣＤ測定の様子を示す図。
【符号の説明】
【００７６】
１００  ＣＤ−ＳＥＭ
２  荷電粒子銃
３  荷電粒子線
５  試料
６  電子検出器
９  画像処理プロセッサ
１０  制御用計算機
１１  表示装置
Ｌ  ライン
Ｓ  スペース
Ｅ  エッジ部
【図１】
2005228560.tif 000003
【図２】
2005228560.tif 000004
【図３】
2005228560.tif 000005
【図４】
2005228560.tif 000006
【図５】
2005228560.tif 000007
【図６】
2005228560.tif 000008
【図７】
2005228560.tif 000009
【図８】
2005228560.tif 000010
【図９】
2005228560.tif 000011
【図１０】
2005228560.tif 000012
【図１１】
2005228560.tif 000013