(57)【要約】【目的】本発明は、輪郭線抽出方法、輪郭線抽出プログラムおよび面積測定方法に関し、走査型電子顕微鏡を用いて測定対象の任意形状の図形の全方位のエッジ位置をラインプロファイルでそれぞれ検出して当該図形の各エッジ位置を正確に決定して出力およびその面積を極めて高精度に測定する目的とする。【構成】電子線ビームを測定対象の任意形状の図形に面走査してパターン画像を取得するステップと、パターン画像の輪郭線を抽出するステップと、輪郭線の所定各点において、直交する直交角度θを算出するステップと、算出した直交角度θの方向に、細く絞った電子線ビームでライン走査してラインプロファイルを生成するステップと、ラインプロファイルからエッジの位置を検出し、エッジの位置を図形の輪郭線の位置と決定するステップと、生成した図形の輪郭線の情報を出力および内部の面積を算出するステップとを有する。【選択図】        図１
2013037009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡を用いて任意形状の閉領域からなる図形の輪郭線を抽出する輪郭線抽出方法において、
コンピュータが、  
前記走査型電子顕微鏡を用いて細く絞った電子線ビームを、測定対象の前記任意形状の図形に面走査して画像を取得するステップと、
前記取得した画像の輪郭線を抽出するステップと、
前記抽出した画像の輪郭線が連続して閉領域と判明したときに検査対象の閉領域からなる図形と自動判定するステップと、
前記自動判定された検査対象の閉領域からなる図形について、前記抽出した輪郭線上の所定各点において、直交する直交角度θを算出するステップと、
前記輪郭線上の所定各点において算出した直交角度θの方向に、前記細く絞った電子線ビームをライン走査してラインプロファイルを生成することを、当該輪郭線上の全ての所定各点について繰り返すステップと、
前記所定各点におけるラインプロファイルからエッジの位置を検出し、当該エッジの位置を、前記図形の輪郭線の位置と決定することを繰り返して正確な図形の輪郭線を生成するステップと、
前記生成した図形の輪郭線の情報を出力するステップと
を実行することを特徴とする輪郭線抽出方法。
【請求項２】
前記図形の輪郭線の情報を出力するとして、該輪郭線の情報を画面上に表示あるいはファイルに出力することを特徴とする請求項１記載の輪郭線抽出方法。
【請求項３】
前記図形の輪郭線の情報を出力するとして、前記ラインプロファイルから検出したエッジ位置座標を出力することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の輪郭線抽出方法。
【請求項４】
前記出力した図形の輪郭線の情報を読み込んで、前記生成した図形の輪郭線の内部の１つあるいは複数の点のうちのいずれか１つの点と、前記図形の輪郭線上の隣接する２つの点とで形成した３角形の面積を順次求めてその総和を算出し、当該図形の面積を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の面積測定方法。
【請求項５】
前記出力した図形の輪郭線の情報を読み込んで、前記生成した図形の輪郭線に外接する外接矩形を求め、当該求めた外接矩形の４つの各頂点のうちの１つと前記図形の輪郭線上の隣接する２つの点とで形成した３角形の面積を順次求めてその総和を算出し、外接矩形の面積から、当該４つの各頂点について求めた３角形の面積の総和を減算し、当該図形の面積を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の面積測定方法。
【請求項６】
前記出力した図形の輪郭線の情報を読み込んで、前記生成した図形の輪郭線に外接する外接矩形を求め、当該求めた外接矩形の４つの各頂点のうちの１つと前記図形の輪郭線上の隣接する２つの点とを含む台形を形成して当該台形の面積を順次求めてその総和を算出し、外接矩形の面積から、当該４つの各頂点について求めた台形の面積の総和を減算し、当該図形の面積を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の面積測定方法。
【請求項７】
前記出力した図形の輪郭線の情報を読み込んで、前記生成した図形の輪郭線に外接する外接矩形を求め、当該求めた外接矩形の４つの各頂点のうちの１つと前記図形の輪郭線上の隣接する２つの点とを含む台形を形成できたときは当該台形の面積を求め、台形を形成できないときは頂点のうちの１つと前記図形の輪郭線上の隣接する２つの点とで三角形を形成あるいは輪郭線上の隣接する３つの点で三角形を形成してその面積を求めてその総和を算出し、外接矩形の面積から、当該４つの各頂点について求めた３角形あるいは台形の面積の総和あるいは一部の面積を減算した総和を減算し、当該図形の面積を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の面積測定方法。
【請求項８】
前記出力した図形の輪郭線の情報を読み込んで、前記取得した画像を画面上に表示する際に、前記直交角度θだけ当該角度θに同期して回転させた画像を表示すると共に、必要に応じて前記ラインプロファイルとそのエッジ位置、および画像の輪郭線上の各所定点の直交方向を示す線分を表示することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の面積測定方法。
【請求項９】
走査型電子顕微鏡を用いて任意形状の閉領域からなる図形の輪郭線を抽出する輪郭線抽出プログラムにおいて、
コンピュータを、  
前記走査型電子顕微鏡を用いて細く絞った電子線ビームを、測定対象の前記任意形状の図形に面走査して画像を取得する手段と、
前記取得した画像の輪郭線を抽出する手段と、
前記抽出した画像の輪郭線が連続して閉領域と判明したときに検査対象の閉領域からなる図形と自動判定する手段と、
前記自動判定された検査対象の閉領域からなる図形について、前記抽出した輪郭線上の所定各点において、直交する直交角度θを算出する手段と、
前記輪郭線上の所定各点において算出した直交角度θの方向に、前記細く絞った電子線ビームをライン走査してラインプロファイルを生成することを、当該輪郭線上の全ての所定各点について繰り返す手段と、
前記所定各点におけるラインプロファイルからエッジの位置を検出し、当該エッジの位置を、前記図形の輪郭線の位置と決定することを繰り返して正確な図形の輪郭線を生成する手段と、
前記生成した図形の輪郭線の情報を出力する手段と
して機能させるための輪郭線抽出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて任意形状の図形の輪郭線を抽出およびその面積を測定する輪郭線抽出方法、輪郭線抽出プログラム、および面積測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＡＤデータから生成したＣＡＤ画像をマスクに露光して現像した当該マスク上のパターンや、更に、マスクを用いて露光して現像したウェハ上のパターンについて、走査型電子顕微鏡を用いたパターン検査装置で実画像のパターンを撮影してメモリに記憶し、メモリ上の実画像のパターンと、元のＣＡＤ画像のパターンとをパターンマッチングして対応づけ、当該マスクやウェハ上の実画像のパターンの寸法を測長する技術がある。
【０００３】
また、マスクやウェハ上の実画像のパターンの寸法の測長精度を向上させるために、指定されたパターンの指定された１次元方向に走査型電子顕微鏡でライン走査して得られラインプロファイルをもとに当該パターンの１次元方向の両サイドのエッジの位置を求めてその距離からパターンの幅を測長することで精度を向上させる技術がある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−１７０９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の上述した前者のマスクやウェハ上のパターンを走査型電子顕微鏡で撮影した実画像のパターンから直接に当該マスクやウェハ上のパターンの面積を求めることは可能であるが、正確に面積を求められないという問題があった。
【０００５】
また、従来の上述した後者の走査型電子顕微鏡でマスクやウェハ上のパターンをライン走査して得たラインプロファイルからパターンの両サイドのエッジの位置を検出してその距離からパターンの幅（寸法）を測定することで、正確にパターンの幅などの１次元寸法を測長できるのみであった。このため、走査型電子顕微鏡を用いてマスクやウェハなどのパターンの面積を正確に測定することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決するため、走査型電子顕微鏡を用いて任意形状の図形の面積を測定する面積測定方法において、走査型電子顕微鏡を用いて細く紋った電子線ビームを、測定対象の任意形状の図形に面走査して画像を取得するステップと、取得した画像の輪郭線を抽出するステップと、抽出した輪郭線上の所定各点において、直交する直交角度θを算出するステップと、輪郭線上の所定各点において算出した直交角度θの方向に、細く絞った電子線ビームでライン走査してラインプロファイルを生成することを、輪郭線上の全ての所定各点について繰り返すステップと、所定各点におけるラインプロファイルからエッジの位置を検出し、エッジの位置を、図形の輪郭線の位置と決定することを繰り返して正確な図形の輪郭線を生成するステップと、生成した正確な図形の輪郭線の情報を表示あるいはファイルに出力し、更に、出力した輪郭線の情報を読み込んで図形の輪郭線で囲まれた内部の面積を算出する。
【０００７】
この際、生成した図形の輪郭線の内部の１つあるいは複数の点のうちのいずれか１つの点と、図形の輪郭線上の隣接する２つの点とで形成した３角形の面積を順次求めてその総和を算出し、図形の面積を算出するようにしている。
【０００８】
また、生成した図形の輪郭線に外接する外接矩形を求め、求めた外接矩形の４つの各頂点のうちの１つと図形の輪郭線上の隣接する２つの点とで形成した３角形の面積を順次求めてその総和を算出し、外接矩形の面積から、４つの各頂点について求めた３角形の面積の総和を減算し、図形の面積を算出するようにしている。
【０００９】
また、生成した図形の輪郭線に外接する外接矩形を求め、求めた外接矩形の４つの各頂点のうちの１つと図形の輪郭線上の隣接する２つの点とを含む台形を形成して台形の面積を順次求めてその総和を算出し、外接矩形の面積から、４つの各頂点について求めた台形の面積の総和を減算し、図形の面積を算出するようにしている。
【００１０】
また、生成した図形の輪郭線に外接する外接矩形を求め、求めた外接矩形の４つの各頂点のうちの１つと図形の輪郭線上の隣接する２つの点とを含む台形を形成できたときは台形の面積を求め、台形を形成できないときは頂点のうちの１つと図形の輪郭線上の隣接する２つの点とで三角形を形成あるいは輪郭線上の隣接する３つの点で三角形を形成してその面積を求めてその総和を算出し、外接矩形の面積から、４つの各頂点について求めた３角形あるいは台形の面積の総和あるいは一部の面積を減算した総和を減算し、図形の面積を算出するようにしている。
【００１１】
また、取得した画像を画面上に表示する際に、直交角度θだけ同期して回転させた画像を表示すると共に、必要に応じてラインプロファイルとそのエッジ位置、および画像の輪郭線上の各所定点の直交方向を示す線分を表示するようにしている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて細く紋った電子線ビームを測定対象の任意形状の図形に面走査してパターン画像を取得してその輪郭線を抽出し、抽出した輪郭線の所定各点において直交する直交角度θをそれぞれ算出して当該直交角度θの方向に細く絞った電子線ビームでライン走査してラインプロファイルを生成してエッジの位置を正確に検出し、エッジの位置を図形の輪郭線の位置と決定して面積を算出することにより、走査型電子顕微鏡を用いて測定対象の任意形状の図形の全方位のエッジ位置をラインプロファイルでそれぞれ検出して当該図形の各エッジ位置を正確に決定して出力およびその面積を極めて高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて測定対象の任意形状の図形の全方位のエッジ位置をラインプロファイルでそれぞれ検出して当該図形の各エッジ位置を正確に決定して出力およびその面積を極めて高精度に測定することを実現した。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明のシステム構成図を示す。
図１において、走査型電子顕微鏡１は、試料３の拡大画像を生成するものであって、電子線ビーム２を発生する電子銃、発生された電子線ビーム２を集束する集束レンズ、集束された電子線ビーム２を試料３の上で細く絞る対物レンズ、微細かつ高速に電子線ビーム２を試料３の上に細く絞る（フォーカス調整、フォーカス合わせする）ためのダイナミックコイル、試料３の上で細く絞られた電子線ビーム２を平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）するための２段の偏向系、更に、細く紋った電子線ビーム２で試料３の上を平面走査したときに放出された２次電子、光、反射された反射電子を検出する検出器などから構成され、試料３の表面の画像（２次電子画像、反射電子画像）などを生成する公知のものである。
【００１５】
電子線ビーム２は、電子銃から放出され、細く紋られた電子線ビームであって、試料３上に照射しつつ平面走査するものである。
【００１６】
試料（マスク、ウエハ）３は、測定対象の任意形状の図形（パターン）を形成したマスクやウェハなどの試料である。
【００１７】
コンピュータ１０は、パソコンであって、プログラムに従い各種処理を実行するものであり、ここでは、画像取得手段１１、ラインプロファイル取得手段１２、画像の前処理手段１３、微分処理手段１４、データ合成手段１５、ラベリング手段１６、輪郭抽出手段１７、エッジ抽出手段１８、面積算出手段１９、画像ファイル２１、結果ファイル２２、ＣＡＤ又は設計データ２３、表示装置２４、入出力装置２５、線分ファイル２６などから構成されるものである。
【００１８】
画像取得手段１１は、走査型電子顕微鏡１を制御し、細く紋った電子線ビーム２を、試料３上の任意形状の図形（パターン）に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された例ぇば２次電子を図示外の検出器で検出・増幅して任意形状の図形の画像を取得し、画像フィル２１に記憶するものである。
【００１９】
ラインプロファイル取得手段１２は、走査型電子顕微鏡１を制御し、細く紋った電子線ビーム２を、試料３上の任意形状の図形（パターン）の指定された方向（回転角度θに対応する角度）に照射しつつライン走査し、そのときに放出された例えば２次電子を図示外の検出器で検出・増幅して任意形状の図形の回転角度θの方向のラインプロファイルを取得し、画像ファイル２１に記憶するものである。
【００２０】
画像の前処理手段１３は、画像取得手段１１が取得して画像ファイル２１に格納した任意形状の図形の画像について、前処理（例えば画像のノーマライズ、スムージングなどの前処理）を行い、画像ファイル２１に記憶するものである。
【００２１】
微分処理手段１４は、画像の前処理手段１３で前処理した後の画像（画像ファイル２１中の画像）について、微分処理（例えば２次微分処理）を行って画像中の図形の輪郭部分を強調などするものである（図３参照）。
【００２２】
データ合成手段１５月、微分処理手段１４で微分処理した後の画像と、微分処理前の画像とを合成し、図形の輪郭（エッジ）に相当する部分を強調するものである。
【００２３】
ラベリング手段１６は、データ合成手段１５で合成した後の画像について、公知のラベリングを行い連続した領域に同じラベル値を付与し、閉領域（図形）を自動検出するものである。
【００２４】
輪郭抽出手段１７は、ラベリング手段１６で同一ラベル値の付与された閉領域について、その輪郭線を抽出するものである。
【００２５】
エッジ抽出手段１８は、輪郭抽出手段１７で画像から抽出した図形の輪郭線をもとに、当該輪郭線の所定各点で直交する直交角度８を算出し、当該直交角度∂の方向のラインプロファイルを取得し、当該ラインプロファイル上でエッジの位置を検出して図形の正確な輪郭線の位置を決定するものである（図２から図１１参照）。
【００２６】
面積算出手段１９は、エッジ抽出手段１８によりラインプロファイルから検出したエッジの位置によって決定した正確な図形の輪郭線をもとに、当該図形の面積を算出するものである（図２から図１１参照）。
【００２７】
画像ファイル２１は、画像取得手段１１が取得した画像、ラインプロファイル取得手段１２が取得したラインプロファイルなどを記憶するものである。
【００２８】
結果ファイル２２は、測定した結果（図形毎の面積など）を格納するものである。
ＣＡＤ又は設計データ２３は、マスクやウェハに形成した図形（パターン）のＣＡＤデータまはは設計データであって、測定した結果（図形の面積など）と比較し、誤差、偏差などをチェックするためのものである。
【００２９】
表示装置２４は、画像、ラインプロファイルを表示したり、測定結果を表示したりなどするものである。
【００３０】
入出力装置２５は、各種指示などを入力するものであって、マウスやキーボードなどである。
【００３１】
線分テーブル２６は、輪郭線の情報を格納して管理するものであって、ここでは、輪郭線上の始点座標、終点座標、中点座標、角度８、エッジ位置座標などを格納して管理するものである（図７参照）。
【００３２】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の全体の動作を説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。
【００３３】
図２において、Ｓｌは、前処理を行う。これは、既述した図１の画像の前処理手段３、微分処理手段１４、データ合成手段１５、ラベリング手段１６などからなる前処理を行う。
【００３４】
Ｓ２は、輪郭抽出する。これは、既述した図１の輪郭抽出手段１７が画像中の領域の輪郭を抽出する（図３参照）。
【００３５】
Ｓ３は、輪郭が連続か判別する。ＹＥＳの場合には、領域の輪郭が連続して閉領域と判したので、Ｓ４に進む。ＮＯの場合には、領域の輪郭が連続しなく閉領域でないと判明したので、ここでは、終了する。
【００３６】
Ｓ４は、輪郭の直交角度を算出する。これは、後述する図６の閉領域（図形）の輪郭線上の所定各点における直交角度∂を算出する。
【００３７】
Ｓ５は、画像回転する。
Ｓ６は、ラインプロファイルからエッジを検出する。これらＳ５、Ｓ６は、Ｓ４で閉領域（図形）の輪郭線上の所定の各点において算出した直交角度θだけ、電子線ビーム２を回転させて設定する（即ち、電子線ビーム２が閉領域の輪郭線の当該各点を通りかつ輪郭線に直交する方向に走査されるように設定する）。そして、設定した方向に電子線ビームを走査してラインプロファイルを取得する。取得したラインプロファイルからエッジ位置を検出し、当該検出したエッジ位置を、正確な図形の輪郭線の位置と決定する。
【００３８】
Ｓ７は、図形の外接矩形を作図する。これは、Ｓ６で決定した正確な図形の輪郭線について、外接する矩形（外接矩形）を作成する。
【００３９】
Ｓ８は、三角形を作る。これは、Ｓ７で作成した図形の輪郭線上の隣接する２点と外接矩形の頂点の１点とで三角形を作る（図１２参照）。
【００４０】
Ｓ９は、三角形の面積総和を求める。
Ｓ１０は、面積を求める。これらＳ９、Ｓ１０は、Ｓ８で三角形を作成して面積を求めることを、図形の輪郭線上の全ての隣接する２点について繰り返し、三角形の面積総和を求めて図形の輪郭線内の面積を算出する。例えば図１２の例では、外接矩形の左上の１点と図形の輪郭線上の隣接する２点とで三角形をそれぞれ作成し、作成した三角形の面積の総和を求める（図１２の（１））。同様に、外接矩形の左下の１点、右下の１点、右上の１点についても三角形の面積の総和をそれぞれ求める（図１２の（２）、（３）、（４））。そして、全ての総和の面積（（１）＋（２）＋（３）＋（４））を求め、外接矩形の面積（０）から減算し、図形の輪郭線内の面積を算出する。
【００４１】
以上によって、走査型電子顕微鏡を用いて試料３上の図形を撮影した画像から、閉領域（図形）の輪郭線を検出し、当該輪郭線上の所定各点における直交角度θをそれぞれ算出する。算出した輪郭線上の各点における直交角度θだけ電子線ビーム２を回転させてラインプロファイルを取得する。取得したラインプロファイルからエッジ位置を抽出し、図形の輪郭線の正確な位置と決定することを、当該輪郭線の全周囲の各点について繰り返し、図形の正確な輪郭線を決定する。そして、図形の正確な輪郭線内の面積を算出する。これらにより、走査型電子顕微鏡を用いて測定対象の任意形状の図形の全方位のエッジ位置を正確にラインプロファイルでそれぞれ検出し、当該図形の各エッジ位置を正確に決定した後、その面積を極めて高精度に測定することが可能となる。以下順次詳細に説明する。
【００４２】
図３は、本発明の輪郭抽出フローチャートを示す。
図３において、Ｓｌｌは、画像を取得する。これは、図１の画像取得手段１１が走査型電子顕微鏡１を制御し、細く絞った電子線ビーム２を試料３上の図形（パターン）に面走査し、放出された２次電子を検出・増幅して生成した画像を取得し、画像ファイル２１に格納する。
【００４３】
Ｓ１２は、画像のノーマライズを行う。これは、Ｓｌｌで取得した画像について、規格化などを行う。
【００４４】
Ｓ３は、スムージング処理を行う。これは、Ｓ１２で規格化した画像中の図形などのパターンについてスムージングを行い滑らかにする。
【００４５】
Ｓ１４は、２次微分処理を行う。これは、Ｓ１３でスムージング処理した後の画像について、２次微分処理を行い、図形の輪郭線の部分を強調する０例えば図４の（ａ）のように強調処理する（２次電子画像について、２次微分処理することで、パターンの左端および右端で図示のように、上（白を表す）および下（黒を表す）の方向に強調された画像となる）。
【００４６】
Ｓ１５は、８方向画像シフトのＸＯＲデータ作成する０これは、Ｓ１４の２次微分処理の代わりに、Ｓ１３でスムージング処理した後の画像（パターン）について８方向（４５°間隔で８方向）にそれぞれ微小に移動させた画像を合成し、輪郭線の強調処理を行う。
【００４７】
Ｓ１６は、データ合成する。これは、Ｓ１３でスムージングした後の画像と、Ｓ１４あるいはＳ１５で輪郭線（エッジ部分）の強調処理した後の画像と合成し、輪郭線（エッジ部分）の強調を行う。
【００４８】
Ｓ１７は、エッジの追従を行う。
Ｓ１８は、閉ざされている図形の検出を行う。これらＳ１７、Ｓ１８は、Ｓ１６で合成した後の画像中のエッジの追従を行い、領域にラベルを付与して連続した領域を閉領域（図形）として検出する。
【００４９】
Ｓ１９は、測定対象の輪郭点を求める。これは、Ｓ１８で検出した閉領域（図形）の輪郭点の座標をそれぞれ求める。
【００５０】
Ｓ２０は、輪郭線抽出完成する。これは、Ｓ１９で求めた閉領域（図形）の輪郭点の座標について後述する図７の線分テーブル２６に設定し、輪郭線の抽出を完成する。
【００５１】
以上によって、画像取得手段１１によって取得した画像を２次微分などして図形のエッジを強調した後、エッジを追従して閉領域（図形）を検出してその輪郭点を求めて当該閉領域（図形）の輪郭線を決定することにより、画像中から図形の指定なしに、全ての閉領域（図形）とその輪郭線をそれぞれ自動検出することが可能となる。
【００５２】
図４は、本発明の説明図を示す。
図４の（ａ）は、２次微分波形例を示す。これは、図３のＳ１４で画像を２次微分したときに、パターンの左端および右端で上（白）と下（黒）にそれぞれ強調された様子の１例を模式的に示す。
【００５３】
図４の（ｂ）は、輪郭線例を示す。これは、図３のＳ２０で完成した輪郭線例を示す。
図５は、本発明のエッジ抽出フローチャートを示す。これは、図２のＳ４からＳ６の処理を詳細に説明するフローチャートである。
【００５４】
図５において、Ｓ３１は、輪郭線を読み込む。これは、図３のＳ２０で完成した輪郭線を読み込む。
【００５５】
Ｓ３２は、１点又は１点以上の点の（Ｘ、Ｙ）の平均値を求める。これは、後述する図６の（ａ）の輪郭線上の点、例えば３点の（Ｘ、Ｙ）の平均値を求める。
【００５６】
Ｓ３３は、点と点の線分に直交する角度θ１、θ２、・・・θｎを求める。これは、図６の（ａ）に示すように、Ｓ３２の処理で求めた３点の（Ｘ，Ｙ）の平均値の点と、これら３点を結んで求めた線分に直交する角度が、ここでは、水平方向からずれている角度θ１を求める。同様に、輪郭線上の次の点（３点）についても、図６の（ａ）に図示のように角度θ２を求める。
【００５７】
Ｓ３４は、角度θ回転しラインプロファイルよりエッジを求める。これは、Ｓ３３で求めた角度θ１，θ２・・・θｎだけそれぞれ電子線ビーム２を回転させ、電子線ビーム２が輪郭線に対して常に直交する方向からライン走査し、当該輪郭線を持つ図形のラインプロファイルを取得できるようにする。そして、取得したラインプロファイルからエッジ位置を検出し、輪郭線の各点における正確な位置と決定することを当該輪郭線の全周囲の各点について繰り返す。
【００５８】
Ｓ３５は、ラインプロファイルよりエッジ検出完了する。
以上により、Ｓ３１で読み込んだ輪郭線（画像から自動生成した閉領域毎の輪郭線）をもとに常に直交する方向に回転させてからライン走査して取得したラインプロファイルのエッジ位置を検出し、当該検出したエッジ位置を図形の正確な輪郭線の位置と測定することが可能となる。
【００５９】
尚、横軸を距離、縦軸を輝度で表したラインプロファイルからエッジ位置を検出する方法は、例えば下記のようなものがある。
【００６０】
（１）ラインプロファイル上で図形の端に相当する部分で輝度が上昇（あるいは下降）するので、その輝度が０．５（中点）の位置をエッジ位置として検出する。
【００６１】
（２）ラインプロファイル上で図形の端に相当する部分で輝度が上昇（あるいは下降）するので、輝度が０．２と０．８の点を結んだ線分の中点の輝度０．５の点の位置をエッジ位置として検出する。
【００６２】
（３）ラインプロファイルの端（パターンの端）の部分について、予め１次、２次などの曲線を決めておき、当該曲線がラインプロファイルと一致する点をエッジ位置（左端、右端）と求め、当該求めた位置（左端、右端）がエッジ位置として検出する。
【００６３】
（４）測長対象領域から取得したラインプロファイルの１本あるいは複数本からモデル曲線を生成し、当該生成したモデル曲線とラインプロファイルのエッジ付近の曲線との差の絶対値が最小のフィッティングポイントを求め、これに所定閥値のときのシフト量を加算してエッジ位置と決定する（本願出願人の出願である特願２００５−３７７７９９号）。
【００６４】
（５）上記の方法以外の他の方法であっても、いずれにしてもラインプロファイルからエッジ位置を検出できればよい。
【００６５】
図６は、本発明の説明図を示す。
図６の（ａ）は、直交角度θの例を示す。これは、既述した図５のＳ３３で、輪郭線上の３点の平均の点の座標を求め、平均の点において直交する線分が水平からずれている角度θ１、θ２をそれぞれ求めた様子を模式的に示す。そして、水平方向から求めた角度θ１、θ２・・・だけ回転させた方向から電子線ビームで輪郭線（図形）をライン走査してラインプロファイルを取得する。次に、当該ラインプロファイルから直接にエッジ位置を検出し、輪郭線のエッジ位置とすることにより、極めて高精度にエッジ位置を検出して輪郭線の位置（エッジ位置）を測定することが可能となる。
【００６６】
図６の（ｂ）は、エッジ検出例を示す。これは、既述した図５のＳ３５のラインプロファイルよりエッジを検出した様子を模式的に示す。図中の短い線分が、角度θだけ回転させて輪郭線にほぼ直交方向から電子線ビーム２を走査して得たラインプロファイルの一部を模式的に示す。そして、ラインプロファイルから検出したエッジ位置が白い輪郭線の部分に相当する。
【００６７】
図７は、本発明の線分テーブル例を示す。線分テーブル２６は、輪郭線上の始点座標、終点座標、中点座標、角度などを図示の下記のように対応づけて登録して管理するものである。
【００６８】
・ＮＯ：
・始点座標：
・終点座標：
・中点座標：
・角度：
・エッジ位置座標：
・エッジ対象点座標：
・その他：
ここで，ＮＯは輪郭線（図形の輪郭線）上の始点座標と終点座標で決まる線分（区間）で分割したときに付与したシーケンシャルな番号である。始点座標、終点座標は輪郭線上で分割した始点座標と終点座標であり、中点座標は始点座標と終点座標との平均値である。角度は、中点座標の点と、始点座標、中点座標、終点座標で決まる線分に直交する線分が水平からずれている角度θである（図６の（ａ）のθ１など）。エッジ位置座標は、ラインプロファイルより求めたエッジ位置座標である（図５参照）。エッジ対象点座標は、エッジ位置座標を求めたときの回転角度のときのラインプロファイルから、反対側の輪郭線のエッジ位置座標を併せて求めたものである。このように、輪郭線が左右対称などの対称の場合には、ラインプロファイルの取得回数を半数に低減することが可能となる。
【００６９】
図８は、本発明の面積の算出フローチャート（その１）を示す。
図８において、Ｓ４１は、エッジを読み込みむ。これは、図７の線分テーブル２６の先頭からエッジ位置座標を順に１つづつ読み込む。
【００７０】
Ｓ４２は、台形で面積が求まるか判別する。これは、Ｓ４１で読み込んだエッジ位置座標をもとに台形を生成して面線を求めることができるか（図１３の（ａ）参照）か、あるいは台形を生成できないが、三角形を生成して面積を求めることができるか判別する。台形で面線を求めることができると判明した場合には、Ｓ４３で台形の面積を計算する（後述する図１３の（ａ）参照）。そして、Ｓ４５に進む。一方、台形で面積を求めることができないが、三角形を生成して面積を求めることができると判明した場合には、Ｓ４４で三角形の面積を計算する（後述する図１３の（ｂ）の点線の三角形の部分）。そして、Ｓ４５に進む。
【００７１】
Ｓ４５は、エッジ終わりか判別する。ＹＥＳの場合には、図７の線分テーブル２６から輪郭線上の全てのエッジ位置座標を取り出してＳ４１からＳ４４の処理を終了したと判明したので、Ｓ４６に進む。一方、ＮＯの場合には、図７の線分テーブル２６から次のエッジ位置座標を取り出し、Ｓ４１以降を繰り返す。
【００７２】
Ｓ４６は、台形と三角形の面積の総和を求める。これにより、輪郭線で囲まれた図形の面積を算出できたこととなる。
【００７３】
以上によって、図７の線分テーブル２６から輪郭線上のエッジ位置座標を１つつづ順番に取り出して台形を形成できるときは台形を形成して面積を求め、一方、台形を形成できないときは三角形を形成して面積を求めることを繰り返し、全てのエッジ位置座標について繰り返し、台形および三角形の面線の総和を求めて当該輪郭線で囲まれた図形の面積を正確に算出することが可能となる。ここで、台形の面積を優先したのは台形の面積算出は加減算で済み、三角形の面積のときの三角関数の乗算が必要な場合に比して高速かつ高精度に算出可能なためである。
【００７４】
図９は、本発明の面積の算出フローチャート（その２）を示す。これは、外接矩形の面積（０）を求め、これから外接矩形と輪郭線とで挟まれた部分の面積（１）、（２）、（３）、（４）を求め、面積（０）から（面積（１）＋面積（２）＋面積（３）＋面積（４））を減算し、輪郭線で囲まれた図形の面積を算出するものである。
【００７５】
図９において、Ｓ５１は、外接矩形の面積（０）を算出する。これは、図７の線分テーブル２６のエッジ位置座標のＸ方向、Ｙ方向の最小値、最大値を取り出し、図１２の外接矩形を形成して当該外接矩形の面積（０）を算出する。
【００７６】
Ｓ５２は、面積（０）から各頂点で求めた面積（１）（２）（３）（４）を減算し、輪郭線で囲まれた図形の面積を算出する。これは、図１２の外接矩形の面積（０）から、当該外接矩形の各頂点で求めた面積（１）、面積（２）、面積（３）、面積（４）を減算して輪郭線で囲まれた図形の面積を算出する。
【００７７】
Ｓ５３は、対象図形の面積とする。これは、Ｓ５２で算出した面積を、対象図形の面積とする。
【００７８】
以上によって、図７の線分テーブル２６のエッジ位置座標からＸ方向、Ｙ方向の最小値、最大値をそれぞれ抽出して図１２の外接矩形を生成し、当該外接矩形の面積（０）を算出すると共に、外接矩形の各頂点で面積（１）、面積（２）、面積（３）、面積（４）をそれぞれ求め、面積（０）から（面積（１）＋面積（２）＋面積（３）＋面積（４））を減算して対象図形の面積とすることにより、図７の線分テーブル２６のエッジ位置座標をもとに高精度かつ迅速に輪郭線で囲まれた対象図形の面積を算出することが可能となる。
【００７９】
図１０は、本発明の面積の算出フローチャート（その３）を示す。
図１０において、Ｓ６１は、外接矩形を求める。これは、図７の線分テーブル２６のエッジ位置座標のＸ方向、Ｙ方向の最小値、最大値を取り出し、図１２の外接矩形を形成する。
【００８０】
Ｓ６２は、各頂点の隠れた領域の数ｎｌを算出する。これは、Ｓ６１で形成した例えば図１２の外接矩形の各頂点から見て隠れた領域の数の総和を求める。例えば図１３の（ａ）の頂点Ｘから見て隠れた領域は無く、ゼロである。一方、図１３の（ｂ）の頂点Ｙから見た隠れた領域は有り、ここでは、数１である。
【００８１】
Ｓ６３は、対象図形の重心から見た隠れた領域の数ｎ２を算出する。これは、図７の線分テーブル２６のエッジ位置座標をつないで表される図１２の対象図形の重心から見て隠れた領域の数ｎ２を算出する。図１２ではなしでｎ２＝０である。
【００８２】
Ｓ６４は、ｎｌ＜ｎ２か判別する。各項点から見た隠れた領域の数ｎｌが、対象図形の重心から見た隠れた領域の数ｎ２よりも小さいか判別する。ＹＥＳの場合には、隠れた領域の数が前者の方が小さいと判明したので、Ｓ６５に進む。一方、ＮＯの場合には、重心の方が隠れた領域の数が小さいと判明したので、Ｓ６６に進む。
【００８３】
Ｓ６５は、各頂点をもとに面積を算出し、外接矩形の面積から減算し、対象図形の面積を算出する。これは、図１２の外接矩形の各項点から見た隠れた領域の数が小さいと判明したので、外接矩形の各頂点をもとに既述した図９のＳ５２の面積（１）、面積（２）、面積（３）、面積（４）を算出し、外接矩形の面積（０）からこれら（面積（１）＋面積（２）＋面積（３）＋声積（４））を減算し、対象図形の面積を算出する。これにより、隠れた領域の数の小さい方で面積を算出することにより、簡単なロジックかつ高速に面積を算出することが可能となる。
【００８４】
Ｓ６６は、重心をもとに面積を算出する。これは、対象図形の重心から見て隠れた領域の数が小さいと判明したので、対象図形の重心をもとに面積を算出する。これにより、隠れた領域の数の小さい方で面積を算出することにより、簡単なロジックかつ高速に面積を算出することが可能となる。
【００８５】
図１１は、本発明の出力の評価フローチャートを示す。
図１１において、Ｓ７１は、測定対象パターンの面積を取り込む。これは、既述した対象図形について求めた面積を取り込む。
【００８６】
Ｓ７２は、平均値および偏差（σ）を算出する。これは、Ｓ７１で取り込んだ多数の測定対象の面積の、多数の平均値およびその偏差（σ）を算出する。
【００８７】
Ｓ７３は、ＣＡＤ又はパターンデータとの比較を行う。これは、Ｓ７２で算出した測定対象の面積の平均値およびその偏差（σ）と、ＣＡＤ又はパターンデータとの比較を行う。
【００８８】
Ｓ７４は、平均値の差、偏差の差を出力する。これは、Ｓ７３で比較した結果（平均値とＣＡＤ又はパターンデータとの差とその偏差（σ’））を出力する。
【００８９】
以上によって、試料３上に測定対象パターンが多数存在した場合に、既述した図１から図１０によって自動的に全測定対象パターンを抽出してその面積をそれぞれ算出し、その平均値および偏差（σ）を自動算出してＣＡＤ又はパターンデータとの差とその偏差（σ’）を自動的に出力することが可能となる。
【００９０】
図１２は、本発明の面積算出説明図（その１）を示す。
図１２において、外接矩形は、既述した図７の線分テーブル２６中の、ラインプロファイルから検出したエッジ位置座標のＸ方向、Ｙ方向の最小値、最大値をそれぞれ検索して取り出し、これらエッジ位置座標をもとに形成した外接矩形であって、輪郭線に外接する矩形である。輪郭線で囲まれた対象図形の面積を算出する方法は、下記のような方法がある。
【００９１】
（１）輪郭線の重心位置と、輪郭線上の隣接する２つのエッジ位置座標とで三角形を形成して当該三角形の面積を算出することを、全エッジ位置座標について繰り返した後、三角形の面積の総和を求め、輪郭線で囲まれた対象図形の面積とする方法。
【００９２】
（２）外接矩形の各頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄのいずれか１つの点と、輪郭線上の隣接する２つのエッジ位置座標とで三角形を形成して面積を算出することを繰り返し、各頂点毎の三角形の面積の総和の面積（１）、面積（２）、面積（３）、面積（４）を求め、外接矩形の面積（０）から（面積（１）＋面積（２）＋面積（３）＋面積（４））を減算し、対象図形の面積を算出する方法。
【００９３】
（３）外接矩形の各頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄのいずれか１つの点と、輪郭線上の隣接する２つのエッジ位置座標とを含む台形を形成して面積を算出することを繰り返し、各頂点毎の台形の面積の総和の面積（１）、面積（２）、面積（３）、面積（４）を求め、外接矩形の面積（０）から（面積（１）＋面積（２）＋面積（３）＋面積（４））を減算し、対象図形の面積を算出する方法。
【００９４】
（４）更に、図１３の（ｂ）で後述する、台形形成を優先、台形形成できないときは三角形を形成してそれぞれの面積を求め、外接矩形の面積（０）から（面積（１）＋面積（２）＋面積（３）＋面積（４））を減算し、対象図形の面積を算出する方法。
【００９５】
図１３は、本発明の面積算出説明図（その２）を示す。
図１３の（ａ）は、台形で面積を求める様子を模式的に示す。これは、外接矩形の１つの頂点Ｘと、輪郭線上の２つのエッジ位置座標とを含む台形を形成し、当該台形の面積を順次求め、求めた台形の面積の総和を算出し、当該頂点Ｘにおける面積を算出する様子を模式的に示す。
【００９６】
図１３の（ｂ）は、台形を形成できるときは台形で面積を求め、台形を形成できないときは三角形を形成して当該三角形の面積を求める様子を模式的に示す。これは、外接矩形の１つの頂点Ｙと、輪郭線上の２つのエッジ位置座標とを含む台形を形成し、当該台形の面積を順次求めようとしたが、凹部分があって台形を形成できないので、そのときは三角形（３つのエッジ位置座標または頂点座標を含めた２つのエッジ位置座標）を形成して面積を求め、求めた台形および三角形の面積の総和（あるいは一部は減算した総和）を算出し、当該頂点Ｙにおける面積を算出する様子を模式的に示す。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、走査型電子顕微鏡を用いて測定対象の任意形状の図形の全方位のエッジ位置をラインプロファイルでそれぞれ検出して当該図形の各エッジ位置を正確に決定して出力およびその面積を極めて高精度に測定する輪郭線抽出方法、輪郭線抽出プログラムおよび面積測定方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明のシステム構成図である。
【図２】本発明の動作説明フローチャートである。
【図３】本発明の輪郭抽出フローチャートである。
【図４】本発明の説明図である。
【図５】本発明のエッジ抽出フローチャートである。
【図６】本発明の説明図である。
【図７】本発明の線分テーブル例である。
【図８】本発明の面積の算出フローチャート（その１）である。
【図９】本発明の面積の算出フローチャート（その２）である。
【図１０】本発明の面積の算出フローチャート（その３）である。
【図１１】本発明の出力の評価フローチャートである。
【図１２】本発明の面積算出説明図（その１）である。
【図１３】本発明の面積算出説明図（その２）である。
【符号の説明】
【００９９】
１：走査型電子顕微鏡
２：電子線ビーム
３：試料
１０：コンピュータ（パソコン）
１１：画像取得手段
１２：ラインプロファイル取得手段
１３：画像の前処理手段
１４：微分処理手段
１５：データ合成手段
１６：ラベリング手段
１７：輪郭抽出手段
１８：エッジ抽出手段
１９：面積算出手段
２１：画像ファイル
２２：結果ファイル
２３：ＣＡＤ又は設計データ
２４：表示装置
２５：入出力装置
２６：線分テーブル
【図１】
2013037009.tif 000003
【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】
2013037009.tif 000009
【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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