(57)【要約】 【課題】  ある撮影姿勢で撮影された画像を画像の使用目的に適した撮影姿勢で撮影された画像に変換できる電子線測定装置を提供する。【解決手段】  電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定部４０と、基準画像を用いて前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める第１の補正係数測定部４４と、第１の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第１の画像変換部４６と、基準画像と画像変換された非基準画像とを、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換部４８と、座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部５２とを備える。【選択図】  図１
2005078854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を放射する電子線源、前記電子線を試料に照射する電子光学系、前記試料を保持する試料ホルダ、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、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、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を有する電子線装置と接続される電子線測定装置であって；
前記電子線検出部から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定部と；
前記基準画像選定部で選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を前記基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める第１の補正係数測定部と；
前記第１の補正係数測定部で求められた第１の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第１の画像変換部と；
前記基準画像と前記第１の画像変換部で画像変換された非基準画像とを、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換部と；
前記画像座標変換部で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部と；
を備えることを特徴とする電子線測定装置。
【請求項２】
さらに、前記画像座標変換部で座標変換された非基準画像と基準画像を、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する前記基準画像の画像歪み状態を除去する第２の画像補正係数を用いて、前記基準画像と前記非基準画像を画像変換する第２の画像変換部を備え、
前記座標測定部は、前記第２の画像変換部で画像変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求めるる請求項１に記載の電子線測定装置。
【請求項３】
さらに、前記基準画像と前記第１の画像変換部で画像変換された非基準画像を、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する前記基準画像の画像歪み状態を除去する第２の画像補正係数を用いて、画像変換する第３の画像変換部を備え、
前記画像座標変換部は、前記第３の画像変換部で画像変換された基準画像と非基準画像を前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する請求項１に記載の電子線測定装置。
【請求項４】
電子線を放射する電子線源、前記電子線を試料に照射する電子光学系、前記試料を保持する試料ホルダ、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、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、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を有する電子線装置と接続される電子線測定装置であって；
前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する基準画像記憶部と；
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレートを、前記電子線検出部で撮影して、傾斜基準画像を取得する傾斜基準画像記憶部と；
前記基準画像記憶部に記憶された基準画像を前記試料撮影傾斜角度での画像に写像する基準画像写像変換部と；
基準画像写像変換部で写像された基準画像と、前記傾斜基準画像記憶部に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める補正係数測定部と；
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、前記電子線検出部で撮影して取得する傾斜試料画像取得部と；
前記補正係数測定部で求められた画像補正係数を用いて、前記試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する画像変換部と；
前記画像変換部で画像変換された試料画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部と；
を備えることを特徴とする電子線測定装置。
【請求項５】
前記試料傾斜部は、電子光学系の電子線の照射方向を試料に対して変更する第１の試料傾斜態様と、前記試料ホルダを電子線に対して傾斜させる第２の試料傾斜態様の、少なくとも一方の試料傾斜態様により、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るように構成した請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電子線測定装置。
【請求項６】
前記補正係数測定部で求められる補正係数は；
予め形状または座標値の分かっている特徴点が設けられた基準テンプレートを試料ホルダに載置し；
前記試料傾斜部により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；
前記電子線検出部により、前記基準テンプレートのステレオ画像を取得し；
前記座標測定部によって、前記基準テンプレートの特徴点と、前記ステレオ画像に基づいて測定された前記基準テンプレートの特徴点の形状または座標値とを比較して求められる；
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電子線測定装置。
【請求項７】
前記基準テンプレートの基準マークは、少なくとも２種類の高さに関連付けて設けられており；
請求項１に記載の第１の補正係数測定部、又は請求項４に記載の補正係数測定部は、更に前記電子光学系のレンズ歪を補正するレンズ歪補正パラメータを取得し；
請求項１に記載の第１の画像変換部又は請求項４に記載の画像変換部は、更に前記レンズ歪補正パラメータを用いて、請求項１に記載の第１の画像補正係数、又は請求項４に記載の第３の画像補正係数により画像補正された画像データに関して前記レンズ歪を矯正する；
請求項６に記載の電子線測定装置。
【請求項８】
前記基準テンプレートは、平面チャートで構成され；
前記基準テンプレートは、少なくとも試料傾斜部により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てステレオ画像を取得する第１の傾斜角度に加えて、当該第１の傾斜角度と異なる第２の傾斜状態にも保持され；
前記電子線検出部により、第１の傾斜角度と第２の傾斜状態における前記基準テンプレート画像を取得し；
前記第１の傾斜角度と第２の傾斜状態における前記基準テンプレート画像に基づき、請求項１に記載の第１の補正係数測定部により第１の画像補正係数が求められ、又は請求項４に記載の補正係数測定部により第３の画像補正係数が求められる；
請求項６に記載の電子線測定装置。
【請求項９】
電子線を放射する電子線源、前記電子線を試料に照射する電子光学系、前記試料を保持する試料ホルダ、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る試料傾斜部、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を有する電子線装置を用いて、前記試料の形状を測定する電子線測定方法であって；
前記電子線検出部から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定ステップと；
前記選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を前記基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める第１の補正係数測定ステップと；
前記第１の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第１の画像変換ステップと；
前記基準画像と前記第１の画像変換部で画像変換された非基準画像とを、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換ステップと；
前記画像座標変換部で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップと；
を有することを特徴とする電子線測定方法。
【請求項１０】
電子線を放射する電子線源、前記電子線を試料に照射する電子光学系、前記試料を保持する試料ホルダ、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る試料傾斜部、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を有する電子線装置を用いて、前記試料の形状を測定する電子線測定方法であって；
前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する基準画像記憶ステップと；
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレートを、前記電子線検出部で撮影して、傾斜基準画像を取得する傾斜基準画像記憶ステップと；
前記記憶された基準画像を前記試料撮影傾斜角度での画像に写像する基準画像写像変換ステップと；
前記写像された基準画像と、前記傾斜基準画像記憶ステップで記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める補正係数測定ステップと；
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、前記電子線検出部で撮影して取得する傾斜試料画像取得ステップと；
前記補正係数測定ステップで求められた画像補正係数を用いて、前記試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する画像変換ステップと；
前記画像変換ステップで画像変換された試料画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップと；
を有することを特徴とする電子線測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子顕微鏡で撮像された試料画像を用いて、試料の三次元計測を精度よく行なう電子線測定装置及び電子線測定方法に関し、特に現実に計測対象物を撮影する姿勢と計測対象物の標準となる撮影画像とで撮影姿勢が相違する場合に、現実に撮影された姿勢を標準となる姿勢に変換する場合の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の場合には試料を傾斜させ、異なる傾斜角度の透過画像を得て、これを左右画像としてステレオ観察が行われている。また、例えば非特許文献１で示すように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の場合には試料を傾斜させたり、電子線を傾斜させたりして、異なる傾斜角度の反射画像を得て、これを左右画像としてステレオ観察が行われている。そして、例えば特許文献１、２で示すように、半導体製造装置の分野において、電子顕微鏡から得られたステレオの検出データを適切に処理して、試料像を正確に精度よく立体観察可能とし、かつこれに基づき三次元形状計測を行うことができる電子線装置や電子線装置用データ処理装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７０１２６号公報  ［０００５］、図３、図１５
【特許文献２】特開２００２−２７０１２７号公報  ［０００５］、図３、図１５
【非特許文献１】「医学・生物学電子顕微鏡観察法」  第278頁〜第299頁、1982年刊行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特に半導体チップやシリコンウェーハのような試料を計測しようとした場合、試料の傾斜方向や高さ方向に依存する電子線歪みや倍率歪みが存在している。試料画像の計測方向に電子線歪みや倍率歪みが含まれていると、画像計測によって試料を測定する際の精度が変動するという課題があった。近年の半導体微細加工において、例えばチップに形成するパターン幅がサブミクロンオーダーに微細化しており、従来に比較して三次元形状計測に許容される寸法誤差は一段と厳しくなっている。
【０００５】
そこで、現実に電子顕微鏡によつて計測対象物を撮影する場合の撮影姿勢としては、半導体微細加工において欠陥の発生しやすい場所や製造プロセス管理に適した方向から撮影するのが望ましい。しかし、多様な方向から計測対象物を撮影していたのでは、撮影作業に時間が掛かって半導体微細加工のスループットが低下するという課題があった。そこで、ある特定姿勢で撮影された計測対象物の画像を、製品管理や工程管理に適する標準姿勢に変換できると共に、変換に要する画像処理の時間が多様な撮影姿勢から撮影するのに比較して短時間で行なえれば、半導体微細加工のスループットが低下せず好都合になる。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決したもので、試料の傾斜角や高さに依存することなく、精度のよい試料の三次元画像計測が行なえると共に、ある撮影姿勢で撮影された画像を画像の使用目的に適した撮影姿勢で撮影された画像に変換できる電子線測定装置及び電子線測定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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の電子線測定装置は、例えば図１、図１７に示すように、電子線源１から放射される電子線７を試料９に照射する電子光学系２と、試料９を保持する試料ホルダ３、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部５と、試料９から放出される電子線７を検出する電子線検出部４とを備える電子線装置１０と接続される電子線測定装置２０であって、次の構成としたものである。即ち、電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定部４０と、基準画像選定部４０で選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める第１の補正係数測定部４４と、第１の補正係数測定部４４で求められた第１の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第１の画像変換部４６と、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像とを、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換部４８と、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部５２とを備える。
【０００８】
このように構成された電子線測定装置においては、例えば図５に示すように、基準画像選定部４０は電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定するもので、例えば撮影対象には基準ターゲットのような基準点の位置が予め判っている試料が用いられると共に、撮影姿勢には試料の撮影に適する傾斜状態が選定される。第１の補正係数測定部４４は、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求めるもので、例えば撮影対象には基準ターゲットが用いられる。第１の画像変換部４６は、第１の画像補正係数を用いて、非基準画像を画像変換して、非基準画像の画像歪み状態を基準画像と同様にするもので、例えば撮影対象には計測対象となる試料が用いられる。画像座標変換部４８は、基準画像と画像変換された非基準画像とを、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する。座標変換では、画像歪み状態に特段の補正が施されないため、画像変換と比較して簡便な画像処理となる。また、基準状態での画像に座標変換することで、傾斜状態で撮影された試料の撮影画像を利用することが容易になる。座標測定部５２は、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、試料の形状または座標値を求める。
【０００９】
本発明の電子線測定装置において、例えば図１に示すように、好ましくは、さらに、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像を、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する基準画像の画像歪み状態を除去する第２の画像補正係数を用いて、基準画像と前記非基準画像を画像変換する第２の画像変換部５４を備え、座標測定部５２は、第２の画像変換部５４で画像変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める構成とするとよい。電子線装置１０の画像歪み状態が、試料の撮影に適する傾斜状態と試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態の場合で相違する為に、第１の補正係数測定部４４で求められた第１の画像補正係数により、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像を補正したのでは、画像歪みの修正が不充分な場合が存在する。このとき、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像に対して、第２の画像変換部５４により第２の画像補正係数を用いて補正することで、座標測定部による試料の形状または座標値を正確に求めることが出来る。
【００１０】
本発明の電子線測定装置において、例えば図１７に示すように、好ましくは、さらに、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像を、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する基準画像の画像歪み状態を除去する第３の画像補正係数を用いて、画像変換する第３の画像変換部５５を備え、画像座標変換部４８は、第３の画像変換部５５で画像変換された基準画像と非基準画像を試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する構成とするとよい。電子線装置１０の画像歪み状態が、試料の撮影に適する傾斜状態と試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態の場合で相違する為に、第１の補正係数測定部４４で求められた第１の画像補正係数により、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像を補正したのでは、画像歪みの修正が不充分な場合が存在する。このとき、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像に対して、第３の画像変換部５５により第３の画像補正係数を用いて補正することで、画像座標変換部４８が第３の画像変換部５５で画像変換された基準画像と非基準画像を試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換することにより、座標測定部による試料の形状または座標値を正確に求めることが出来る。
【００１１】
上記目的を達成する本発明の電子線測定装置は、例えば図１３に示すように、電子線源１から放射される電子線７を試料９に照射する電子光学系２と、試料９を保持する試料ホルダ３、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部５と、試料９から放出される電子線７を検出する電子線検出部４とを備える電子線装置１０と接続される電子線測定装置２０であって、次の構成としたものである。試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する基準画像記憶部６０と、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレートを、電子線検出部４で撮影して、傾斜基準画像を取得する傾斜基準画像記憶部６４と、基準画像記憶部６０に記憶された基準画像を前記試料撮影傾斜角度での画像に写像する基準画像写像変換部６２と、基準画像写像変換部６２で写像された基準画像と、傾斜基準画像記憶部６４に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める補正係数測定部６６と、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、電子線検出部４で撮影して取得する傾斜試料画像取得部６８と、補正係数測定部６６で求められた画像補正係数を用いて、前記試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する画像変換部７０と、画像変換部７０で画像変換された試料画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部７２とを備える。
【００１２】
このように構成された電子線測定装置において、例えば図１４に示すように、基準テンプレートの画像として、基準画像記憶部６０に試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態のものを記憶すると共に、傾斜基準画像記憶部６４に試料傾斜部５の傾斜角度が試料撮影傾斜角度のものを記憶しており、基準画像写像変換部６２によって基準画像記憶部６０に記憶された基準画像を試料撮影傾斜角度での画像に写像する。補正係数測定部６６は、基準画像写像変換部６２で写像された基準画像と、傾斜基準画像記憶部６４に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求めている。そして、傾斜試料画像取得部６８によって、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を撮影した傾斜試料画像が取得されている。画像変換部７０は、補正係数測定部６６で求められた画像補正係数を用いて、試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する。座標測定部７２は、画像変換部７０で画像変換された試料画像をステレオ画像として、試料の形状または座標値を求めている。
【００１３】
本発明の電子線測定装置において、好ましくは、試料傾斜部５は、電子光学系２の電子線７の照射方向を試料に対して変更する第１の試料傾斜態様と、試料ホルダ３を電子線７に対して傾斜させる第２の試料傾斜態様の、少なくとも一方の試料傾斜態様により、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させるように構成されていると良い。電子線装置１０でステレオペア画像を取得するには、視差差を生成する左右画像を取得するために、電子光学系２の電子線７の照射方向を試料に対して変更してもよく、また試料ホルダ３を電子線７に対して傾斜させてもよい。
【００１４】
本発明の電子線測定装置において、好ましくは、補正係数測定部６６で求められる補正係数は、予め形状または座標値の分かっている特徴点が設けられた基準テンプレートを試料ホルダ３に載置し、試料傾斜部５により試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させ、電子線検出部４により、前記基準テンプレートのステレオ画像を取得し、座標測定部５２によって、前記基準テンプレートの特徴点と、前記ステレオ画像に基づいて測定された前記基準テンプレートの特徴点の形状または座標値とを比較して求められるように構成されていると良い。
【００１５】
本発明の電子線測定装置において、好ましくは、前記基準テンプレートの基準マークは、少なくとも２種類の高さに関連付けて設けられており、第１の補正係数測定部４４又は補正係数測定部６６は、更に前記電子光学系２のレンズ歪を補正するレンズ歪補正パラメータを取得し、第２の画像変換部５４又は画像変換部７０は、更に前記レンズ歪補正パラメータを用いて、前記複数傾斜角度での検出データに含まれるレンズ歪を矯正するように構成されていると良い。
【００１６】
本発明の電子線測定装置において、好ましくは、基準テンプレートは、平面チャートで構成され、前記基準テンプレートは、少なくとも試料傾斜部５により試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させてステレオ画像を取得する第１の傾斜角度に加えて、当該第１の傾斜角度と異なる第２の傾斜状態にも保持され、電子線検出部４により、第１の傾斜角度と第２の傾斜状態における前記基準テンプレート画像を取得し、前記第１の傾斜角度と第２の傾斜状態における前記基準テンプレート画像に基づき、第１の補正係数測定部４４又は補正係数測定部６６により画像補正係数が求められるように構成されていると良い。
【００１７】
上記目的を達成する本発明の電子線測定方法は、例えば図１に示すように、電線源１から放射される電子線７を試料９に照射する電子光学系２と、試料９を保持する試料ホルダ３、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部５と、試料９から放出される電子線７を検出する電子線検出部４とを備える電子線装置１０を用いて、試料９の形状を測定する電子線測定方法であって、以下の工程を有する。即ち、本発明の電子線測定方法は、例えば図６、図８に示すように、電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定ステップ（図６：Ｓ１１２）と、前記選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める第１の補正係数測定ステップ（図６：Ｓ１１６）と、前記第１の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第１の画像変換ステップ（図８：Ｓ２１２）と、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像とを、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換ステップ（図８：Ｓ２１４）と、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップ（図８：Ｓ２１６、Ｓ２１８）とを有する。
【００１８】
上記目的を達成する本発明の電子線測定方法は、例えば図１３に示すように、電子線源１から放射される電子線７を試料９に照射する電子光学系２と、試料９を保持する試料ホルダ３、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部５と、試料９から放出される電子線７を検出する電子線検出部４とを備える電子線装置１０を用いて、前記試料の形状を測定する電子線測定方法であって、以下の工程を有する。即ち、本発明の電子線測定方法は、例えば図１５、図１６に示すように、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する基準画像記憶ステップ（図１５：Ｓ３０４、Ｓ３０６）と、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレートを、電子線検出部４で撮影して、傾斜基準画像を取得する傾斜基準画像記憶ステップ（図１５：Ｓ３０８、Ｓ３１０）と、前記記憶された基準画像を前記試料撮影傾斜角度での画像に写像する基準画像写像変換ステップ（図１５：Ｓ３１２）と、前記写像された基準画像と、前記傾斜基準画像記憶ステップで記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める補正係数測定ステップ（図１５：Ｓ３１４）と、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、電子線検出部４で撮影して取得する傾斜試料画像取得ステップ（図１６：Ｓ４０４、Ｓ４０６）と、補正係数測定ステップで求められた画像補正係数を用いて、前記試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する画像変換ステップ（図１６：Ｓ４１０）と、画像変換ステップで画像変換された試料画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップ（図１６：Ｓ４１２、Ｓ４１４）とを有する。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明の電子線測定装置によれば、第１の画像変換部により、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を用いて、試料傾斜部の傾斜角に応じてステレオ画像を修正する構成としている。そこで、試料の撮影に適した任意の傾斜状態のステレオペア画像を取得し、ステレオペア画像の左右画像のどちらか一方の画像歪にあわせて三次元計測（ステレオマッチング）を行なうことにより、試料の傾斜角や高さに依存することなく、精度のよい試料の三次元画像計測が行なえる。
【００２０】
また、第２の発明の電子線測定装置によれば、補正係数測定部により、基準画像写像変換部で写像された基準画像と、傾斜基準画像記憶部に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を用いて、試料傾斜部の傾斜角に応じてステレオ画像を修正する構成としているので、試料の傾斜角や高さに依存することなく、精度のよい三次元画像を用いて試料の観察が行なえる。
【００２１】
更に、本発明によれば、ある撮影姿勢で撮影された試料のステレオ画像を、使用目的に適した撮影姿勢のステレオ画像に変換できるので、ステレオ画像計測、例えば工程管理や製品検査に用いて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
[原理]
以下、図面を用いて本発明の原理を説明する。図２は、電子線測定装置の試料ホルダにおける傾斜状態の説明図で、（Ａ）は水平状態を基準状態として傾斜状態を実現する場合、（Ｂ）は傾斜状態を基準状態として傾斜状態を実現する場合を示している。試料ホルダ３に対する傾斜状態は、水平状態を基準状態として、基準状態から任意の角度（±θ）傾斜させる第１の態様（図２（Ａ）参照）と、所定の角度（Φ）傾斜した状態を基準状態として、基準状態から任意の角度（±θ）傾斜させる第２の態様（図２（Ｂ）参照）とがある。傾斜状態では、試料ホルダ３に載置された基準テンプレート９ａや試料９と、入射する電子線との角度が調整されて、ステレオ画像計測に必要な試料の左右画像が電子線測定装置によって取得できる状態となる。ここで、基準テンプレート９ａの厚さをｔとする。
【００２３】
図３は、平面型の基準テンプレートに配置されたターゲットの分布を説明する図である。平面型の基準テンプレート９ａには、正確に計測された複数のターゲット９ｂが配置されている。ここで、ターゲット９ｂは、計測基準点や特徴点とも言われるもので、基準テンプレート９ａの表面に視認容易に形成されたマークをいう。基準テンプレート９ａは、電子線装置１０の試料ホルダ３に載置されて、水平状態や傾斜状態の姿勢となる。
【００２４】
図４は、立体型の基準テンプレートの説明図で、ここでは平面型の基準テンプレートを３段重ねた形態の場合を示してある。立体型の基準テンプレートでは、基準テンプレート９ｃの高さ分は、各段の平面基準テンプレートの厚みを積算したものと同様になる。すなわち、立体型の立体基準テンプレート９ｃを試料ホルダ３に載置して、任意の傾斜状態とする。そして、任意の傾斜状態の立体基準テンプレート９ｃを撮影すると、撮影画像に映写されたそれぞれの高さにおける基準ターゲットによって、高さ方向の画像歪が計算できる。そこで、計算された高さ方向の画像歪値を、試料ホルダ３の回転軸Ｏからの距離を用いて、立体基準テンプレート９ｃの基準水平高さから換算した高さ方向に換算すれば、高さ方向の空間の補正が可能となる。
【００２５】
このように構成された装置において、電子線測定装置２０は、各傾斜角度毎に、基準テンプレート画像上のターゲット位置を取得し、基準テンプレート高さ方向の歪を取り除く為の補正係数を取得する。次に、基準テンプレートに代わる試料９を試料ホルダ３に置いて、任意の傾斜角度で試料９を被写体として、試料９の画像を電子線測定装置２０によって取得する。
【００２６】
次に、電子線測定装置２０は、試料９の概略高さと位置から、試料９の画像を修正する。即ち、被写体（試料９）の概略高さと位置から、電子線測定装置２の補正用に使用した基準テンプレート９ａの各傾斜角度がわかり、当該傾斜角度における画像の歪パターンにより、当該傾斜角度での被写体各部における画像歪を算出することができる。被写体各部における画像歪の算出は、各被写体ごとに全体に関して計算しながら行なわれ、次にこの画像歪を補償するように試料９の画像を補正する。もしくは、電子線測定装置２０の各高さ（空間）における画像歪パターンとして計算し、この画像歪パターンを電子線測定装置２０のメモリ上に記憶させてもよい。すなわち、図３に示すような基準テンプレート９ａのターゲットの位置情報を用いて、各傾斜角度における基準テンプレート９ａのターゲットの歪係数を取得することができる。
【実施例１】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明の実施例１を説明する構成ブロック図で、対象物を保持するホルダの回転角を調整して対象物の傾斜角を調整することで、ステレオ画像を得る場合を示している。図において、像形成光学系としての電子線装置１０（走査型顕微鏡）は、電子線７を放射する電子線源１、電子線（ビーム）７を対象物９に照射する電子光学系２、対象物９を傾斜可能に保持する試料ホルダ３、電子光学系２の倍率を変える倍率変更部６、倍率変更部６に電力を供給する走査電源６ａ、電子線７を検出する検出器４、試料ホルダ３を傾斜制御する傾斜制御部５としてのホルダ傾斜制御部５ｂ、対象物９から出射される二次電子のエネルギを減衰させて検出器４に反射させる２次電子変換ターゲット８を備えている。なお、電子線７を傾斜制御する傾斜制御部５としてのビーム傾斜制御部５ａは、実施例１で用いないが、後で説明する実施例３で用いる。
【００２８】
電子光学系２は、電子線源１から放射された電子線７の電子流密度、開き角、照射面積等を変えるコンデンサレンズ２ａ、電子線７の試料面上の入射角度を制御する偏向レンズ２ｂ、細かく絞られた電子線７を偏向して試料面上を二次元的に走査させる走査レンズ２ｃ、最終段縮小レンズの働きと共に試料面上での入射プローブの焦点合わせを行う対物レンズ２ｄを備えている。倍率変更部６の倍率変更命令に従って、走査レンズ２ｃにより電子線７を走査する試料面上の領域が定まる。ビーム傾斜制御部５ｂは試料ホルダ３に傾斜制御信号を送り、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１の相対的傾斜角度をなす第１の姿勢の試料ホルダ３Ｌと、第２の相対的傾斜角度をなす第２の姿勢の試料ホルダ３Ｒとで切替えている。
【００２９】
第１の姿勢の試料ホルダ３Ｌに載置される対象物９の三次元座標系ＣＬは、電子線装置１０側を固定座標系として表すと、（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）となる。また、第２の姿勢の試料ホルダ３Ｒに載置される対象物９の三次元座標系ＣＲは、電子線装置１０側を固定座標系として表すと、（ＸＲ，ＹＲ，ＺＲ）となる。なお、ホルダ傾斜制御部５ｂによる試料ホルダ３と照射電子線７の相対的傾斜角度は、ここでは右側上がりＲと左側上がりＬの二通りに切替えて設定する場合を図示しているが、２段に限らず多段に設定してよいが、ステレオの検出データを得る為には最小２段必要である。対象物９の三次元座標系として、例えばヨー軸、ピッチ軸、ロール軸を設定した場合に、ヨー軸がＺ軸、ピッチ軸がＸ軸、ロール軸がＹ軸に対応する。
【００３０】
対象物９は、例えばシリコン半導体やガリウム・ヒ素半導体のような半導体のチップであるが、電力用トランジスタ、ダイオード、サイリスタのような電子部品でもよく、また液晶パネルや有機ＥＬパネルのようなガラスを用いた表示装置用部品でもよい。典型的な走査型顕微鏡の観察条件では、電子線源１は−３ｋＶ、対象物９は−２．４ｋＶに印加されている。対象物９から放出された二次電子は、２次電子変換ターゲット８に衝突して、エネルギが弱められて検出器４で検出される。
【００３１】
電子線測定装置２０は、入射角度調整部２２、画像形成部２４、基準画像選定部４０、原左右画像記憶部４２、第１の補正係数測定部４４、第１の画像変換部４６、画像座標変換部４８、ステレオ画像記憶部５０、座標測定部５２、第２の画像変換部５４、第２の補正係数測定部５６、基準テンプレートデータベース５８を備えている。
【００３２】
入射角度調整部２２は、対象物９の姿勢を調整して、電子線装置１０により対象物９に投影される電子線７と対象物９との相対的な入射角度を、対象物９についてステレオ画像を形成可能に調整する。即ち、入射角度調整部２２は、ホルダ傾斜制御部５ｂに制御信号を送って、対象物９の姿勢を調整している。更に、入射角度調整部２２は、ホルダ傾斜制御部５ｂに制御信号を送って、電子線源１から放射される電子線７の走査する基準面を調整して、ステレオ画像を形成するのに必要とされる左右画像を形成可能としている。画像形成部２４は、走査レンズ２ｃにより電子線７が試料面上の領域を走査する際に、検出器４で検出される二次電子線を用いて、試料面上の画像を作成する。
【００３３】
基準画像選定部４０は、電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定するもので、例えばオペレータが左右画像の一方を指定した指定信号を用いてもよく、また電子線測定装置２０が予め定められた規範に従って選定しても良い。原左右画像記憶部４２は、画像形成部２４で作成された画像を、ステレオ画像を構成する左右画像として記憶するもので、基準画像選定部４０では左右画像を基準画像又は非基準画像として取扱う。第１の補正係数測定部４４は、基準画像選定部４０で選定された基準画像を用いて、左右画像の非基準画像に対して、左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める。
【００３４】
第１の画像変換部４６は、第１の補正係数測定部４４で求められた第１の画像補正係数を用いて、非基準画像を画像変換する。画像座標変換部４８は、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像とを、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する。ステレオ画像記憶部５０は、画像座標変換部４８により処理されたステレオ画像を保持するもので、画像情報を記憶する記憶装置が用いられる。座標測定部５２は、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める。
【００３５】
第２の画像変換部５４は、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像を、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する基準画像の画像歪み状態を除去する第２の画像補正係数を用いて、基準画像と非基準画像を画像変換する。第２の補正係数測定部５６は、ステレオ画像に基づき測定された基準テンプレート９ａ、９ｃの形状または座標値と、特徴点の形状または座標値とを比較することにより補正係数を求める。基準テンプレートデータベース５８は、基準テンプレート９ａ、９ｃに設けられているターゲット位置が記憶されている。なお、座標測定部５２は、第２の画像変換部５４で画像変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める構成とするとよい。
【００３６】
次に、このように構成された装置によるステレオ画像の取得手続きに関して説明する。図５は原左右画像記憶部に記憶される左右画像と基準状態での画像とを説明する図で、（Ａ）は非基準画像、（Ｂ）は基準画像並びに画像変換処理される非基準画像、（Ｃ）は画像座標変換部で処理される基準状態での画像を示している。非基準画像は、第１の画像補正係数を用いて基準画像での傾斜状態に画像変換処理される（図８：Ｓ２１２参照）。さらに図５（Ｂ）の画像は画像座標変換部で処理される（図８：Ｓ２１４参照）。
【００３７】
図６は本発明の第１の実施の形態を説明する基準テンプレートのフローチャートである。図６では、基準テンプレート９ａ、９ｃを用いて画像変換処理の為の補正係数を測定する計測フローを示している（Ｓ１００）。まず、試料ホルダ３に基準テンプレート９ａ、９ｃを載せる（Ｓ１０２）。次に、試料ホルダ３もしくは電子線７を傾斜状態に移行させる（Ｓ１０４）。例えば、ビーム傾斜制御部５ｂによって試料ホルダ３に傾斜制御信号を送り、入射角度調整部２２により電子線７と対象物９との相対的な入射角度が調整される。この傾斜角度は、計測する基準テンプレート９ａ、９ｃの傾斜角度に対して設定されるもので、例えば図２（Ａ）に示す傾斜状態や図２（Ｂ）に示す傾斜状態に設定する。傾斜角度が複数存在する場合は、予め計測可能性のある角度にすべて傾斜角を設定して、画像を取得しておくとよい。
【００３８】
電子線測定装置２０は、電子線検出部４から得られる基準テンプレートの傾斜画像を取得する（Ｓ１０６）。そして、電子線測定装置２０は、傾斜画像取得処理に必要な画像数を取得したか判定する（Ｓ１０８）。Ｓ１０８で、まだ必要な画像数に達していなければ、Ｓ１０４に戻って、さらに傾斜画像を得る。Ｓ１０８で、必要な画像数に達している場合は、基準傾斜状態の基準テンプレート画像、例えば水平方向（傾斜角度０度）の画像を取得する（Ｓ１１０）。なお、基準テンプレート９ａ、９ｃの設計値もしくは計測値が既知であれば、画像計測と共に、或いは画像計測に代えて設計値もしくは既存計測値を使用してもよい。また、傾斜角度０度でビーム系の調整がしてあれば、傾斜角度０度の基準テンプレート画像を基準傾斜状態としてもよい。
【００３９】
続いて、電子線測定装置２０は、変数係数取得処理（Ｓ１１２〜Ｓ１１８）を行なう。まず、基準画像選定部４０は、ステレオペアとなっている傾斜画像、即ち電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する（Ｓ１１２）。次に、ステレオペアとなっている傾斜画像につきターゲット検出を行う（Ｓ１１４）。なお、基準画像についても、傾斜角度０度の画像を取得している場合は、ターゲット検出を行う。この場合、特徴点の概略配置関係がわかっているので、誤対応は回避でき、以下の＜ｉ＞〜＜ｖ＞で記述される一連の処理を行えば、ターゲットとなる特徴点を数点指定（自動認識）するだけで、ターゲットと類似する点が画像中に存在していても、画像計測が可能となる。
【００４０】
＜ｉ＞：試料が半導体チップの場合には、パターンの概略位置を読み込む。この場合に、半導体チップの設計値、もしくはパターンの間隔等が判明していれば、判明している値を用いる。これを基準点座標とする。
＜ｉｉ＞：基準画像と捜索画像上の３点以上対応する点を概略指定する。これを画像座標とする。
＜ｉｉｉ＞：以下の式により、基準画像、捜索画像のそれぞれ各パラメータを算出する。
すなわち、画像座標と対応する基準点座標を式（１）に示す二次の射影変換式に代入し、観測方程式をたてパラメータｂ１〜ｂ８を求める。
Ｘ＝（ｂ１・ｘ＋ｂ２・ｙ＋ｂ３）／（ｂ７・ｘ＋ｂ８・ｙ＋１）  （１）
Ｙ＝（ｂ４・ｘ＋ｂ５・ｙ＋ｂ６）／（ｂ７・ｘ＋ｂ８・ｙ＋１）
ここで、Ｘ，Ｙは画像座標、ｘ，ｙは基準点座標を表している。
【００４１】
＜ｉｖ＞：求めたパラメータｂ１〜ｂ８により、画像上の全パターン位置を基準画像、捜索画像につき計算で求める。
＜ｖ＞：各パターンに対応した求められた位置の周辺について、ステレオマッチング処理を行い計測する。
【００４２】
［ステレオマッチング処理］
次に、ステレオマッチング処理の一例として、エリアベースの正規化相関係数によるマッチング法について説明する。図７は、正規化相関係数によるマッチング法の説明図で、図中の右画像を基準画像、左画像を捜索画像とする。ここでは、Ｎ個のデータからなる基準画像中の基準データブロックをＭ、座標（Ｕ，Ｖ）を起点とする捜索画像中の捜索データブロックをＩとする。
【００４３】
正規化相関係数によるマッチング法は、捜索データブロックＩ中で基準データブロックＭのラスタ走査を行いながら、各位置での基準データブロックＭと捜索データブロックＩとの類似度を相関係数により求める方法である。ここで、ラスタ走査とは、基準データブロックＭを捜索データブロックＩの中を左から右に動かし、捜索データブロックＩの右端まで行くと下がって左端に戻り、また捜索データブロックＩを左から右に動かす走査状態をいう。相関係数値Ｒの最大の位置を探せば、捜索データブロックＩ中の基準データブロックＭと同じ場所を探す事ができる。
【００４４】
Ｍ＝Ｍ（Ｘｉ，Ｙｉ）  １≦ｉ≦Ｎ                  （２）
Ｉ＝Ｉ（Ｕ＋Ｘｉ，Ｖ＋Ｙｉ）                      （３）
とすると、正規化相関係数Ｒ（Ｕ，Ｖ）は、
Ｒ（Ｕ，Ｖ）＝（ＮΣＩｉＭｉ−ΣＩｉΣＭｉ）
／ＳＱＲＴ［｛ＮΣＩｉ２−（ΣＩｉ）２｝ｘ｛ＮΣＭｉ２−（ΣＭｉ）２｝］  （４）
となる。相関係数値Ｒは常に−１から＋１までの値をとる。相関係数値Ｒが＋１の場合には、テンプレートと探索画像が完全に一致した事になる。
【００４５】
そして、Ｓ１１２で選定された基準画像を用いて、ステレオペアとなっている傾斜画像の非基準画像に対して、ステレオペア画像の対応関係を用いて、非基準画像を基準画像の画像歪み状態とする第１の画像補正係数を求める（Ｓ１１６）。Ｓ１１６で求めた第１の画像補正係数は、例えば第１の画像変換部４６が利用可能な状態で記憶される（Ｓ１１８）。第１の画像補正係数は、後述する平行投影のキャリブレーション法により検出された点を使ってモデル化したり、最小二乗法により曲線近似する方法、アフィン変換等を使って近似し、その近似に用いた係数を求める方法等、各種の演算処理によって画像歪みを修正しつつ画像変換処理を行なう係数を求めるものである。
【００４６】
なお、Ｓ１１６の後で、第２の補正係数測定部５６により、ステレオ画像に基づき測定された基準テンプレート９ａ、９ｃの形状または座標値と、特徴点の形状または座標値とを比較することにより第２の補正係数を求め、Ｓ１１８にて第２の画像変換部５４が利用可能な状態で記憶してもよい。第２の画像補正係数は、電子線装置１０の画像歪み状態が、試料の撮影に適する傾斜状態と試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態の場合で相違する為に、第１の補正係数測定部４４で求められた第１の画像補正係数により、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像を補正したのでは、画像歪みの修正が不充分な場合が存在する場合に用いられる。
【００４７】
［アフィン変換式］
ここでは画像変換処理の一例として、アフィン変換について説明する。
ｘ’＝ｂ１ｘ＋ｂ２ｙ＋ｂ３        （５）
ｙ’＝ｂ４ｘ＋ｂ５ｙ＋ｂ６
これら係数ｂ１、…、ｂ６の計算は、左右画像上の対応点４点以上計測することにより、逐次近似解法によって算出される。従って、ターゲット検出された座標値を使って、ステレオペア画像の左右画像について対応させ、計算すればよい。次に、Ｓ１１２で選定された基準画像の検出位置と、傾斜角度０度で取得された画像のターゲット位置もしくは基準値（設計値）とに対し、同様に変換係数を算出する。
【００４８】
図８は本発明の第１の実施の形態における試料９に対する三次元画像計測のフローチャートである。図８では、図６で求めた第１の画像補正係数を用いて、試料９に対する三次元画像計測を行なう場合のフローが説明される（Ｓ２００）。まず、試料ホルダ３に計測対象物９を載せる（Ｓ２０２）。そして、電子線７もしくは試料ホルダ３を所望の傾斜状態にする（Ｓ２０４）。所望の傾斜状態は、例えば試料９の三次元画像計測を行う場合に、死角の少ない角度や、特に測定したいターゲットが良好に撮影される角度を選定する。そして、所望の傾斜状態における試料９のステレオペア画像を取得する（Ｓ２０６）。そして、基準画像選定部４０は、ステレオペアとなっている傾斜画像、即ち電子線検出部４から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する（Ｓ２０８）。次に、ステレオペアとなっている傾斜画像につきターゲット検出を行う（Ｓ２１０）。
【００４９】
第１の画像変換部４６は、第１の画像補正係数を用いて、ステレオ画像の左右画像の非基準画像を画像変換する（Ｓ２１２）。続いて、画像座標変換部４８は、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像とを、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する（Ｓ２１４）。座標測定部５２は、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、ステレオマッチング処理を行う（Ｓ２１６）。
【００５０】
そして、座標測定部５２は、ステレオ画像計測を行い、撮影された試料９の三次元座標を算出して、試料の形状や座標値を求める（Ｓ２１８）。なお、上記実施の形態においては、ステレオマッチング処理を第１の画像変換部４６と画像座標変換部４８による処理の後で行なう場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステレオマッチング処理は第１の画像変換部４６による処理の後であって、画像座標変換部４８による処理の前に行っても良い。
【００５１】
また、Ｓ２１４とＳ２１６の間に、第２の画像変換部５４により、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像を、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する基準画像の画像歪み状態を除去する第２の画像補正係数を用いて、基準画像と非基準画像を画像変換するステップを挿入してもよい。電子線装置１０の画像歪み状態が、試料の撮影に適する傾斜状態と試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態の場合で相違する場合に、画像座標変換部４８で座標変換された非基準画像と基準画像に対して、第２の画像変換部５４により第２の画像補正係数を用いて補正することで、座標測定部による試料の形状または座標値を正確に求めることが出来る。
【００５２】
［高さ計測］
続いて、第１の画像補正係数に、被計測対象物９の高さ方向のレンズ歪みを補正するパラメータを含める場合を説明する。試料ホルダ３に載置された試料９に関しては、図２（Ｂ）に示すように、各傾斜角度Φにおける高さ補正が可能となる。そこで、その角度において空間補正を施し、それぞれの角度における高さの歪補正係数を第１の画像補正係数に含めて記憶させてもよい。そして、被計測対象物９を傾斜角Φ傾けて撮影する事は、電子線７あるいは観察光軸傾斜機構を設けて、角度Φ傾けて電子線７をあてて、被計測対象物９を撮影する事と均等である。図９は、試料ホルダ３の座標系を説明する斜視図である。試料ホルダ３の座標系において、Ｙ軸が回転軸で、角度θは時計回り方向を＋方向としている。
【００５３】
図１０は電子線を被計測対象物９に照射した時の、画像と試料の関係を示す正面図である。幾何学的関係より、
左画像  Ｌｘ＝(Ｘ×cosθ＋Ｚ×sinθ)×s      （６）
Ｌｙ＝Ｙ
右画像  Ｒｘ＝(Ｘ×cosθ−Ｚ×sinθ)×s      （７）
Ｒｙ＝Ｙ
ｓ：分解能(1pixel)
となる。そこで、画像と試料の回転角を考慮して、三次元の座標を求めると、以下のようになる。
Ｘ＝Ｌｘ＋Ｒｘ              （８）
Ｚ＝Ｌｘ−Ｒｘ
Ｙ＝Ｌｙ＝Ｒｙ
式（８）は図１１に示すように、ステレオ画像の撮影方向として、左右画像がＺ軸を挟んだ角度を持つ場合のみに有効である。次に角度に依存することなく使える式を導く。図１２は、ステレオ画像の撮影方向として、左右画像がＺ軸に対して夫々θ１、θ２傾斜している場合を示している。
【００５４】
左画像の角度はθ１、右画像の角度はθ２であるが、Ｚ軸をθ’傾けたＺ’軸を想定する。ここで、図１２のステレオ画像の左右撮影方向は、Ｚ’軸を中心として左右対称であるとする。すると、擬似的な座標（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を適用することにより、画像の角度はθ’±θとなり、式（７）を使い、さらに座標ＸＹＺに直すように、後でθ’回転させる。
Ｚ’＝((Ｌｘ−Ｒｘ)／(２×sinθ))×s    （９）
Ｘ’＝((Ｌｘ＋Ｒｘ)／(２×cosθ))×s
Ｙ’＝Ｌｙ＝Ｒｙ
よって、次式が成立している。
Ｘ＝Ｘ’×cosθ’−Ｚ’×sinθ’        （１０）
Ｚ＝Ｘ’×sinθ’＋Ｚ’×cosθ’
Ｙ＝Ｙ’
【００５５】
そこで、試料９の傾斜状態に応じて式（８）や式（１０）を適用して、ステレオペアとなっている傾斜画像に対して被計測対象物９の高さ方向のレンズ歪みを補正する。即ち、電子線測定装置２０の第１の補正係数測定部４４と第１の画像変換部４６を用いて、被計測対象物９の概略位置と高さ、並びに第１の画像補正係数に含まれる高さ補正パラメータを用いて、レンズ歪みの修正された被計測対象物９のステレオペア画像を生成する。ここで、電子線測定装置２０のＣＲＴのような表示装置に、生成された被計測対象物９のステレオペア画像を表示することが可能となる。
【００５６】
実施例１においては、ステレオペア画像の左右画像どちらかを基準画像として非基準画像を基準画像側の画像座標を修正し、ステレオマッチング処理を行ってから、さらに基準座標に変換して、試料９の三次元座標を算出するものである（図８参照）。このように、非基準画像を基準画像側の画像座標を修正することで、左右画像の歪を合わせると、ステレオマッチング処理の際のミスマッチング発生率が低減し、ステレオマッチングの信頼性が向上するという利点がある。
【実施例２】
【００５７】
図１３は本発明の実施例２を説明する構成ブロック図である。図において、電子線測定装置２０は、入射角度調整部２２、画像形成部２４、基準画像記憶部６０、基準画像写像変換部６２、傾斜基準画像記憶部６４、補正係数測定部６６、傾斜試料画像取得部６８、画像変換部７０、座標測定部７２を備えている。
【００５８】
基準画像記憶部６０は、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する。基準画像写像変換部６２は、基準画像記憶部６０に記憶された基準画像を試料撮影傾斜角度での画像に写像する。傾斜基準画像記憶部６４は、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレート９ａ、９ｃを、電子線検出部４で撮影して、傾斜基準画像を取得する。
【００５９】
補正係数測定部６６は、基準画像写像変換部６２で写像された基準画像と、傾斜基準画像記憶部６４に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める。なお、立体型の基準テンプレート９ｃを基準テンプレートとして用いる場合は、立体型の基準テンプレート９ｃの基準マークが少なくとも２種類の高さに関連付けて設けられている関係で、補正係数測定部６６は、更に電子光学系２のレンズ歪（特に高さ方向）を補正するレンズ歪補正パラメータを取得し、座標測定部５２は、更にレンズ歪補正パラメータを用いて、複数傾斜角度での検出データに含まれるレンズ歪を矯正するように構成される。このレンズ歪の矯正は、前述の［高さ計測］にて説明されている。
【００６０】
傾斜試料画像取得部６８は、試料傾斜部５の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、電子線検出部４で撮影して、ステレオペア画像として取得する。画像変換部７０は、補正係数測定部６６で求められた画像補正係数を用いて、試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する。座標測定部７２は、画像変換部７０で画像変換された試料画像をステレオ画像として、ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を画像計測により求める。
【００６１】
次に、このように構成された装置によるステレオ画像の取得手続きに関して説明する。図１４は傾斜試料画像取得部に記憶される左右画像と傾斜基準画像記憶部に記憶される傾斜基準画像とを説明する図で、（Ａ）は傾斜試料画像取得部に記憶される左画像、（Ｂ）は傾斜試料画像取得部に記憶される右画像、（Ｃ）は傾斜基準画像記憶部に記憶される傾斜基準画像と画像変換部で処理される基準状態での画像を示している。実施例２によれば、左右画像それぞれを基準画像の歪に変換してから、ステレオマッチング処理を行なうので、実施例１の非基準画像に対する画像変換処理が、基準画像を基準とする画像補正⇒基準傾斜画像への座標変換という二段処理となるのに比較して、画像変換に伴う演算量が少なくて済む。
【００６２】
図１５は本発明の第２の実施の形態を説明する基準テンプレートのフローチャートである。図１５では、基準テンプレート９ａ、９ｃを用いて画像変換処理の為の第３の画像補正係数を測定する計測フローを示している（Ｓ３００）。まず、試料ホルダ３に基準テンプレート９ａ、９ｃを載せる（Ｓ３０２）。次に、試料ホルダ３もしくは電子線７を基準状態の傾斜角、例えば０度の状態に移行させる（Ｓ３０４）。この基準状態は、計測する基準テンプレート９ａ、９ｃに対して設定されるもので、例えば図２（Ａ）に示す水平状態や図２（Ｂ）に示す中間の傾斜状態に設定する。そして、像形成光学系は、電子線検出部４から得られる基準テンプレート９ａ、９ｃの基準画像を、ステレオペア画像として撮影して、基準画像記憶部６０が基準画像として取得する（Ｓ３０６）。
【００６３】
続いて、電子線測定装置２０は、試料ホルダ３もしくは電子線７の状態を試料撮影傾斜角度にする（Ｓ３０８）。像形成光学系は、試料撮影傾斜角度での基準テンプレート９ａ、９ｃのステレオペア画像を撮影し、傾斜基準画像記憶部６４は傾斜基準画像として記憶する（Ｓ３１０）。
【００６４】
基準画像写像変換部６２は、基準画像記憶部６０に記憶された基準画像を試料撮影傾斜角度での画像に写像する（Ｓ３１２）。そして、補正係数測定部６６は、基準画像写像変換部６２で写像された基準画像と、傾斜基準画像記憶部６４に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める（Ｓ３１４）。補正係数測定部６６は、取得された画像補正係数を、画像変換部７０が利用可能な状態で記憶する（Ｓ３１６）。そして、電子線測定装置２０は、試料撮影傾斜角度での試料９の撮影は終了か判断し（Ｓ３１８）、未了であればＳ３０８に戻って他の試料撮影傾斜角度に設定する。終了していれば、基準テンプレート９ａ、９ｃの撮影は終了し、リターンとする。
【００６５】
図１６は本発明の第２の実施の形態における試料９に対する三次元画像計測のフローチャートである。図１６では、図１５で示す処理で求めた画像補正係数を用いて、試料９に対する三次元画像計測を行なう場合のフローが説明される（Ｓ４００）。まず、試料ホルダ３に計測対象物９を載せる（Ｓ４０２）。そして、電子線７もしくは試料ホルダ３の状態を試料撮影傾斜角度にする（Ｓ４０４）。試料撮影傾斜角度は、例えば試料９の三次元画像計測を行う場合に、死角の少ない角度や、特に測定したいターゲットが良好に撮影される角度を選定する。そして、傾斜試料画像取得部６８は、試料撮影傾斜角度における試料９のステレオペア画像を取得する（Ｓ４０６）。そして、画像変換部７０は、試料撮影傾斜角度で撮影された試料９のステレオペア画像につきターゲット検出を行う（Ｓ４０８）。
【００６６】
画像変換部７０は、補正係数測定部６６で求められた画像補正係数を用いて、傾斜試料画像取得部６８に取得されている試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する。（Ｓ４１０）。座標測定部７２は、画像変換部７０で画像変換された試料画像をステレオ画像として、ステレオマッチング処理を行う（Ｓ４１２）。そして、座標測定部７２は、ステレオ画像計測を行い、撮影された試料９の三次元座標を算出して、試料の形状や座標値を求める（Ｓ４１４）。
【００６７】
実施例２においては、試料撮影傾斜角度で撮影した試料のステレオペア画像を、基準となる傾斜角度で撮影した試料のステレオペア画像に画像変換処理しているので、ある撮影姿勢で撮影された試料のステレオ画像を、使用目的に適した撮影姿勢のステレオ画像に画像変換処理することが、容易に行なえる。また、被計測対象物９が半導体チップのような量産品である場合には、予め被計測対象物９の高さや位置情報が既知なので、プロセス管理に適する基準となる傾斜角度での試料のステレオペア画像が簡単に得られる。
【実施例３】
【００６８】
図１７は、本発明の実施例３を説明する構成ブロック図である。実施例１、２では、ステレオ画像を得る場合に、ホルダを傾斜させていたが、実施例３は走査型顕微鏡の電子線を偏向させてステレオ画像を得る場合を示している。ここでは、図１７において、図１と共通する構成要素について同一符号を付して説明を省略する。ここでは、電子線７を傾斜制御する傾斜制御部５としてのビーム傾斜制御部５ａが設けられている。ビーム傾斜制御部５ａは偏向レンズ２ｂに傾斜制御信号を送り、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１の相対的傾斜角度をなす電子線７Ｒと、第２の相対的傾斜角度をなす電子線７Ｌとで切替えている。なお、ビーム傾斜制御部５ａによる試料ホルダ３と照射電子線７の相対的傾斜角度は、２個に限らず多段に設定してよいが、ステレオの検出データを得る為には最小２個必要である。
【００６９】
電子線測定装置２０は、入射角度調整部２２、画像形成部２４、基準画像選定部４０、原左右画像記憶部４２、第１の補正係数測定部４４、第１の画像変換部４６、画像座標変換部４８、ステレオ画像記憶部５０、座標測定部５２、基準テンプレートデータベース５８に加えて、第３の画像変換部５５と第３の補正係数測定部５７を備えている。第３の画像変換部５５は、基準画像と第１の画像変換部４６で画像変換された非基準画像を、試料傾斜部５の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する基準画像の画像歪み状態を除去する第３の画像補正係数を用いて、画像変換する。第３の補正係数測定部５７は、ステレオ画像に基づき測定された基準テンプレート９ａ、９ｃの形状または座標値と、特徴点の形状または座標値とを比較することにより第３の補正係数を測定する。
【００７０】
なお、上記実施の形態においては、対象物の姿勢を調整する傾斜軸方向として単一の場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、傾斜軸方向は複数選択しても良い。傾斜軸方向として複数の方向を用いると、さまざまな方向にも補正が可能となり、精度のよい三次元計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例１を説明する全体構成ブロック図である。
【図２】電子線測定装置の試料ホルダにおける傾斜状態の説明図である。
【図３】平面型の基準テンプレートに配置されたターゲットの分布を説明する図である。
【図４】立体型の基準テンプレートの説明図である。
【図５】原左右画像記憶部に記憶される左右画像と基準状態での画像とを説明する図である。
【図６】実施例１における基準テンプレートのフローチャートである。
【図７】正規化相関係数によるマッチング法の説明図である。
【図８】実施例１における試料９に対する三次元画像計測のフローチャートである。
【図９】試料ホルダ３の座標系を説明する斜視図である。
【図１０】電子線を被計測対象物９に照射した時の、画像と試料の関係を示す正面図である。
【図１１】ステレオ画像の撮影方向として、左右画像がＺ軸を挟んだ角度を持つ場合を示している。
【図１２】ステレオ画像の撮影方向として、左右画像がＺ軸に対して夫々θ１、θ２傾斜している場合を示している。
【図１３】本発明の実施例２を説明する全体構成ブロック図である。
【図１４】傾斜試料画像取得部に記憶される左右画像と傾斜基準画像記憶部に記憶される傾斜基準画像とを説明する図である。
【図１５】実施例２における基準テンプレートのフローチャートである。
【図１６】実施例２における試料９に対する三次元画像計測のフローチャートである。
【図１７】本発明の実施例３を説明する構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００７２】
９  試料（被計測対象物）
９ａ、９ｃ  基準テンプレート
１０  電子線装置
２０  電子線測定装置
２２  入射角度調整部
４０  基準画像選定部
４２  原左右画像記憶部
４４  第１の補正係数測定部
４６  第１の画像変換部
４８  画像座標変換部
５０  座標測定部
５４  第２の画像変換部
５６  第２の補正係数測定部
６０  基準画像記憶部
６２  基準画像写像変換部
６４  傾斜基準画像記憶部
６６  補正係数測定部
６８  傾斜試料画像取得部
７０  画像変換部
７２  座標測定部
【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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【図１７】
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