(57)【要約】【課題】様々な走査形式で入力される画像に対して、自由度の高い画像処理を行うにあたって、回路構成を複雑化することなく画像処理が可能な画像処理装置と、それを備えた荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームを試料上で走査し、該試料から発生する信号を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの走査モードを設定する入力手段と、該入力手段で設定された走査モードに従って前記試料像を形成する画像処理装置とを備え、該画像処理装置は、前記荷電粒子ビームの走査モードに対応した試料上のアドレスデータを演算する並べ替え制御手段と、該アドレスデータの値に従って前記デジタル化された信号を並べ替える順次走査形式変換手段とを有する。【選択図】図１
2007335271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子ビームを走査して得られる信号をデジタル化してディスプレイに画像を表示する画像処理方法において、前記荷電粒子ビームの走査モードに対応した試料上のアドレスデータの値に従って前記デジタル化された信号を並べ替えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】
試料に荷電粒子ビームを走査して得られる信号をデジタル化してディスプレイに画像を表示する画像処理装置において、前記荷電粒子ビームの走査モードに対応した試料上のアドレスデータを演算する並べ替え制御手段と、該アドレスデータの値に従って前記デジタル化された信号を並べ替える順次走査形式変換手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
前記アドレスデータの値が順次走査形式変換手段へ送られるタイミングと、前記デジタル化された信号が順次走査形式変換手段へ送られるタイミングとが同期していることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
荷電粒子ビームを試料上で走査し、該試料から発生する信号を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの走査モードを設定する入力手段と、該入力手段で設定された走査モードに従って前記試料像を形成する画像処理装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記画像処理装置は、前記荷電粒子ビームの走査モードに対応した試料上のアドレスデータを演算する並べ替え制御手段と、該アドレスデータの値に従って前記デジタル化された信号を並べ替える順次走査形式変換手段とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記アドレスデータの値が順次走査形式変換手段へ送られるタイミングと、前記デジタル化された信号が順次走査形式変換手段へ送られるタイミングとが同期していることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームを試料上で走査し、該試料から発生する信号を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの走査モードとして互いに異なるパターンの走査モードを複数選択する手段と、前記選択された走査モードのもとで得られた複数の試料像を処理して表示像を発生する画像処理装置とを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記画像処理装置は、複数の試料像を重ね合わせ処理又は平均化処理するものであることを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記画像処理装置は、デジタル化された前記試料像を順次走査形式に変換する手段を有することを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査形電子顕微鏡，電子線描画装置，ＦＩＢ（focused ion beam）装置等の荷電粒子線装置における画像処理方法，画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置は、試料に電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを照射して、試料の観察や加工を行う装置である。例えば、走査形電子顕微鏡では、試料に電子ビームを照射して試料から発生する二次電子や反射電子を検出することで試料像を形成する。また、電子線描画装置やＦＩＢ装置は、試料に電子ビームやイオンビームを照射してパターン形成や加工を行うものであるが、電子ビームやイオンビームの照射時に試料から発生される二次電子を検出して試料像を形成することもできる。
【０００３】
荷電粒子ビームの試料上の走査は、通常、矩形の観察領域の左上隅から開始される。そして、直交するＸＹ座標系のもとでＸ方向に沿って観察領域の左端から右端まで走査し、このＸ方向の走査をＹ方向に一走査線分ずつずらしながら反復する順次走査が採用されている。試料像は、荷電粒子ビームの照射によって試料から発生する二次電子信号を輝度信号として、荷電粒子ビームの走査パターンに従って表示装置に表示される。
【０００４】
荷電粒子線装置では、検出される信号が微弱であるため、信号ノイズ比、すなわちＳ／Ｎが極めて悪いという特徴がある。このため、入力信号に対しては、Ｓ／Ｎを向上させる方法として、同一観察領域を複数回走査し、それぞれの走査で得られたフレーム単位の画像信号に対してフレーム積算処理を行ったり、畳み込み演算によるフィルタ処理を行ったりしている。また、試料の微細構造の画像のコントラストを向上させるために、複雑なコントラスト強調型フイルタ処理を施したりしている。
【０００５】
このようにして、画像処理を用いて形成した試料像を観察し、微小部分の構造を解析，確認したり、また試料像から微小部分の寸法を割り出して寸法管理等が行われている。特に、半導体デバイスの製造工程では、走査形電子顕微鏡を、寸法管理等を日常的に行う半導体検査装置として利用されている。
【０００６】
半導体検査装置として利用される場合、試料のホール底の観測のために、より複雑な画像処理による良好な視認性が必要とされ、さらに、高スループットも要求される。これらの要求に対し、現在は、基本的な画像処理をハードウエアで構成された専用回路が実行し、より複雑な画像処理を必要とする場合は、一旦、画像データを外部コンピュータに取り込み、ソフトウエアによる処理を行っている。専用の画像処理回路で行う基本画像処理には、前述したフレーム積算やフィルタ処理、コントラストの強調等がある。表示装置では、専用回路で処理された画像信号を一旦画像メモリに蓄積しておき、その蓄積した信号を表示装置に表示する事が行われている。
【０００７】
荷電粒子線装置による像形成は試料から発生した二次電子によって行われるため、像形成の過程で試料と装置の間に電荷のやりとりが生じる。この電荷のやりとりに起因した帯電現象が像形成に悪影響を与え、解析や寸法管理を行う上で問題となっている。この問題に対して、荷電粒子ビームの走査のパターンを複数設定できるようにし、試料の対称性に応じて走査のパターンを選択し、さらに複数の走査のパターンによる像を合成して試料像を形成することで帯電の影響を排除する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、走査形電子顕微鏡では、走査する電子ビームの走査垂直方向の走査周波数が、低い倍率で観察する際に、サンプリング定理を満たさなくなり、観察画像上にエイリアシングが発生するという問題がある。この問題に対して、電子ビームの走査間隔をオフセットし、加算平均を行うことで、分解能を維持しながら、エイリアシングの発生抑制及び、画像の雑音低減を行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１８０６６７号公報
【特許文献２】特開平５−７４４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの公知技術から、観察の目的・材質に合わせて、荷電粒子ビームの様々な走査パターンを用いることは、帯電・エイリアシング等、画質の改善を行う上で非常に有効である。しかしながら、様々な走査パターンにより取得される画像データは、順次走査により取得される画像データと異なり、データの構成が異なる。畳み込み演算によるフィルタ処理は一般にマスクにて行われるが、走査のパターンが様々である場合、走査のパターンに依存した演算回路が必要となり、演算回路の複雑化やコスト上昇が避けられない。また、フィルタ設計の自由度も損なわれるという問題がある。
【００１１】
本発明は、様々な走査に起因する上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、様々な走査形式で入力される画像に対して、自由度の高い画像処理を行うにあたって、回路構成を複雑化することなく画像処理が可能な画像処理装置と、それを備えた荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、荷電粒子ビームを試料上で走査し、該試料から発生する信号を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの走査モードを設定する入力手段と、該入力手段で設定された走査モードに従って前記試料像を形成する画像処理装置とを備える構成により、達成できる。
【００１３】
また、前記画像処理装置は、前記荷電粒子ビームの走査モードに対応した試料上のアドレスデータを演算する並べ替え制御手段と、該アドレスデータの値に従って前記デジタル化された信号を並べ替える順次走査形式変換手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、様々な走査形式で入力される画像に対して、自由度の高い画像処理を行うにあたって、回路構成を複雑化することなく画像処理が可能な画像処理装置と、それを備えた荷電粒子線装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。以下の説明では、本発明の理解のために、具体的な事柄を多数示してあるが、本発明は以下の説明に示した事例への適用に留まるものではない。また、実施例では、周知の回路がブロック図の形で示してあるが、これは不要な詳細を示して本発明を不明確にするのを避けるためである。ほとんどの場合、タイミング等に関する技術的な詳細は、本発明を理解するために必要ではなく、通常のディジタル回路技術者の技能の範囲であると思われる記述は省略している。
【００１６】
図１は、本発明を適用する一実施例である走査形電子顕微鏡（Scanning Electron 
Microscope）の主な構成を示す構成図である。試料室２０７には、試料２０５を倒置して移動可能な試料ステージ２０６が配置されている。試料室２０７の中は、図示しない真空ポンプによって高真空に保たれている。鏡体２０８の中には、電子銃２０１や電子レンズが配置されている。電子銃２０１から発生する電子ビーム２０９は、コンデンサレンズ
２０２を通り対物レンズ２１０で収束されて、試料２０５に照射される。偏向レンズ203は、収束される電子ビーム２０９を試料２０５の上に二次元的に走査させる役目を持つ。
【００１７】
電子ビーム２０９の走査パターンは、偏向レンズ２０３に印加する偏向信号によって決定される。偏向信号は、レンズ制御手段９の偏向レンズコントローラ１０によって発生される。偏向レンズコントローラ１０には、偏向信号としていくつかのパターンが準備されており、選択可能となっている。
【００１８】
走査パターンの選択は、操作者がホストコンピュータ２０に付属するマウス，キーボート等の入力制御手段を用いて、ホストコンピュータ２０と接続されているディスプレイ
１７に表示される画面を見ながら行う。
【００１９】
図２はディスプレイ１７に表示されるＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す画面図で、画面上には走査モードとして「ラスタスキャン」「螺旋スキャン」「往復スキャン」等の走査のパターンの名称が、選択ボタン１００１に表示されている。操作者がマウス，キーボード等の入力制御手段を通じて、所望の走査モードを決定し、該当する選択ボタン１００１を指定すると、ホストコンピュータ２０はこの操作を認識して、
ＳＥＭ制御手段２１に走査パターン選択の制御コマンドを与えるように指示する。
【００２０】
ひとつの試料に対して走査のパターンが複数必要な場合は、それぞれの走査のパターンを含む電子光学条件を設定する手順内で図２に示される画面が表示されるので、その都度所望の走査モードを指定する。
【００２１】
ＳＥＭ制御手段２１は、走査モード選択の制御コマンドを受けて、レンズ制御手段９に対して、選択された走査モードに対応するように、コンデンサレンズ２０２，偏向レンズ２０３，対物レンズ２１０の動作パラメータを制御する指示信号を与える。走査モードとこれらのパラメータとの関係は、例えばルック・アップ・テーブル形式のデータとして、ＳＥＭ制御手段２１に予め記憶させておく。レンズ制御手段９は、ＳＥＭ制御手段２１からの制御信号を受けて、偏向レンズコントローラ１０に記憶されている走査パターンのうちのひとつを設定し、偏向信号を発生する。
【００２２】
操作者は、予め準備されている走査モード以外の走査を行いたいことがある。この場合、操作者が、ホストコンピュータ２０に接続されたディスプレイ１７に表示される画面を見ながら、任意の走査のパターンを入力できることが望ましい。
【００２３】
図３はディスプレイ１７に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す画面図で、画面上には任意の走査のパターンを、走査座標Ｘで入力するウィンドウ１００２と、その入力された内容を確定するセットボタン１００３と、走査座標Ｙで入力するウィンドウ１００４と、その入力された内容を確定するセットボタン１００５とが表示され、セットボタン１００３およびセットボタン１００５が指定されると、領域１００６に走査の状態が矢印等で模式的に表示され、操作者にとって理解し易くなっている。
【００２４】
操作者がマウス，キーボードといった入力制御手段を通じて、図３に示したＧＵＩ画面で所望の走査のパターンを入力する操作を行うと、ホストコンピュータ２０はこの操作を認識して、入力された走査のパターンを試料上の座標情報に変換し、先に説明した走査モード選択時と同様に、ＳＥＭ制御手段２１へこの座標情報を制御コマンド形式で渡し、座標情報が偏向レンズコントローラ１０に設定される。偏向レンズコントローラ１０への座標情報の設定では、偏向レンズコントローラ１０のメモリに記憶されたルック・アップ・テーブルの値を追加したり更新したりする。
【００２５】
図３に示す画面で新たな走査のパターンを設定した場合、図示しない画面で新たな名称を入力することにより、図２に示した走査モードの画面にこの新たな走査モードの名称が表示される。
【００２６】
準備された走査モード、あるいは、任意の走査モードのパターンの設定が完了すると、偏向レンズコントローラ１０は、ＳＥＭ制御手段２１に対して設定完了のコマンドを送る。ＳＥＭ制御手段２１は、偏向レンズコントローラ１０から設定完了のコマンドを受けて、走査開始を示す制御コマンドをスキャン制御部１９へ送る。スキャン制御部１９は、
ＳＥＭ制御手段２１から走査開始を示す制御コマンドを受けて、レンズ制御手段９と前処理部１１に、スキャン制御信号を送る。
【００２７】
図４は、スキャンタイミング信号と偏向波形の関係を示すタイムチャートである。また、図５は、スキャンタイミング信号と座標データの関係を示すタイムチャートである。図４において、スキャン制御信号（４Ａ）を受けたレンズ制御手段９は、偏向レンズコントローラ１０に設定された走査モードに応じて、Ｘ方向用偏向波形（４Ｂ），Ｙ方向用偏向波形（４Ｃ）に示すような偏向信号を偏向レンズコントローラ１０を介して偏向レンズ
２０３に印加して、電子ビーム２０９の走査を行う。図４は偏向波形の一例であり、螺旋状の走査のパターンを示している。また、これと同時に、走査のパターンの座標情報を、図５に示す座標データ（５Ｂ）に示すようなタイミングで前処理部１１に送る。
【００２８】
電子ビーム２０９は、偏向レンズ２０３により２次元的に走査され、試料２０５と電子ビーム２０９との相互作用により発生する信号２１１が検出器２０４で検出される。信号２１１としては、二次電子信号，反射電子信号，オージェ電子信号，特性Ｘ線信号，カソード・ルミネセンス信号等がある。検出された信号２１１は、検出器２０４で増幅され、前処理部１１に入力される。
【００２９】
図６は、前処理部１１の構成図である。前処理部１１は、図６に示すように、入力される検出信号２１１を、アナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器１０２に合った信号レベルまで増幅器１０１で増幅し、Ａ／Ｄ変換器１０２でデジタルデータ１０７に変換を行う。デジタルデータ１０７は、順次走査形式変換手段１０５に入力され、順次走査形式に変換された後に、画像処理部１０６へ送られる。順次走査形式変換手段１０５には、書き換え可能なメモリデバイスが用いられる。
【００３０】
図５に示す座標データ（５Ｂ）は、図６に示す前処理部１１の並べ替え制御手段１０４が受け、順次走査形式変換手段１０５における書き込みアドレスが計算される。並べ替え制御手段１０４で計算されたアドレスデータ（５Ｃ）は、図５に示されるタイミングで順次走査形式変換手段１０５に入力される。
【００３１】
順次走査形式変換手段１０５は、入力されてくるデジタルデータ１０７を並べ替え制御手段１０４からのアドレスデータの値に従って並べていくことで、順次走査形式に変換されたデジタルデータ１０７が、前処理部１１のメモリに配置されることになる。
【００３２】
図５および図６で説明した一実施例では、並べ替え制御手段１０４にて演算されたアドレスデータの値が順次走査形式変換手段１０５に送られるタイミングと、デジタルデータ１０７が送られるタイミングとが同期している。実際に本回路を設計する場合、両者のタイミングを同期させるために詳細な設計が必要となるが、これは通常の回路技術者であれば容易に解決しうる問題であるので、ここでは詳細な回路の説明を省略する。
【００３３】
そして、画像処理部１０６で行われる画像処理が時系列的なデータ比較を含むもの、例えばマスク処理等である場合には、電子ビームの複数の走査モードに対応した複数の演算回路を構成する必要がなく、本実施例のように、順次走査形式のデジタルデータ用演算回路によって、入力されてくるデジタルデータをアドレスデータの値に従って並べていくことで、任意の走査モードのデジタルデータに対応できる。
【００３４】
図１に示す前処理部１１で画像処理されたデジタルデータは、フレームメモリ（１）
１２に格納される。フレームメモリ（１）１２に格納されたデジタルデータは、転送制御部１５による制御によって、入力バス１８を通じて、フレームメモリ（２）１３，フレームメモリ（３）１４へ格納される。フレームメモリ（２）１３は、画像処理ＰＣ
（Programable Controller）１６への転送用フレームメモリであり、フレームメモリ(３)１４は、ディスプレイ１７の表示用のホストコンピュータ２０への転送用フレームメモリである。なお、転送制御部１５による入力バス１８の制御速度は、リアルタイム性を確保するために、前処理部１１の転送速度を下回らないようにしておくことが望ましい。
【００３５】
以上の構成により、荷電粒子ビームの様々な走査モードに対しても対応可能で回路の複雑化を避けることができる画像処理回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を適用する一実施例である走査形電子顕微鏡の主な構成を示す構成図。
【図２】ディスプレイ１７に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す画面図。
【図３】ディスプレイ１７に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す画面図。
【図４】スキャンタイミング信号と偏向波形の関係を示すタイムチャート。
【図５】スキャンタイミング信号と座標データの関係を示すタイムチャート。
【図６】前処理部１１の構成図。
【符号の説明】
【００３７】
９…レンズ制御手段、１０…偏向レンズコントローラ、１１…前処理部、１７…ディスプレイ、１９…スキャン制御部、２０…ホストコンピュータ、２１…ＳＥＭ制御手段、
１００１…選択ボタン、１００２，１００４…ウィンドウ、１００３，１００５…セットボタン、１００６…領域。
【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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