(57)【要約】【課題】  本発明は、位置合わせ処理において、パターンの変形等に基づく位置合わせ精度等の低下を抑制する荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器と、当該検出器の出力に基づいて形成される画像の処理を行う画像処理装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記画像処理装置は、前記２以上の検出器によって得られた荷電粒子に基づいて得られる画像のエッジ領域にマスク処理を施す荷電粒子線装置を提案する。更にマスク処理が施された画像を用いてマッチング処理等を実行する荷電粒子線装置を提案する。【選択図】  図８
2017126398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器と、当該検出器の出力に基づいて形成される画像の処理を行う画像処理装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記画像処理装置は、前記２以上の検出器によって得られた荷電粒子に基づいて得られる画像のエッジ領域にマスク処理を施すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記画像処理装置は、前記２以上の画像の差分演算を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記画像処理装置は、前記差分演算に基づいて、前記画像の領域分けを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記画像処理装置は、前記２以上の画像の合成エッジを形成し、当該合成エッジ領域について、マスク処理を施すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記２以上の検出器は、前記荷電粒子ビームの光軸方向に配列される検出器を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記２以上の検出器は、前記荷電粒子線の光軸に対し、軸対称に配置される検出器を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記画像処理装置は、予め記憶された参照画像を用いて、前記検出器の出力に基づいて形成される画像上でマッチング処理を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記画像処理装置は、前記マスク処理が施された画像を被探索画像として、前記マッチング処理を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記画像処理装置は、前記画像の領域わけを行うと共に、当該領域わけされた少なくとも１つの領域に隣接するエッジを選択的に測定、或いは検査することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器と、予め記憶された参照画像を用いて、前記検出器の出力に基づいて形成される画像上でマッチング処理を実行する画像処理装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記画像処理装置は、前記２以上の検出器によって得られた荷電粒子に基づいて得られる２以上の画像のそれぞれのエッジ領域にマスク処理を施し、当該マスク処理に基づいて得られる画像を被探索画像として、前記参照画像を用いたマッチング処理を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【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係り、特に複数の検出器を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置を備えた半導体検査、測定装置（以下、単に半導体検査装置と称することもある）は、微細なパターンを測定、或いは検査する装置である。微細なパターンに正確に視野を位置づけるため、或いは視野ずれを補正するために、参照画像（テンプレート）を用いた位置合わせが行われる。例えば、特許文献１には２次電子検出器を用いて撮影された被検査画像と、設計データを用いた視野ずれ検出のための位置合わせ法が説明されている。また、特許文献２には、複数の反射電子検出器による反射電子検出に基づいて、二次電子画像を領域分けし、領域分けされた画像について、パターンマッチング処理を経て、検査位置を特定する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２４８３６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６５４７９号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，６５３，４５６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、昨今の半導体パターンの微細化に伴い、パターン変形が位置合わせ処理に与える影響が無視できなくなりつつある。パターンのコーナーやラインエンドの丸まり、ホールパターンの大きさの変動や位置ずれ等によって、撮像画像上の本来の位置合わせ位置とは異なる位置に、参照画像が位置合わせされる場合がある。特に電子顕微鏡等で得られた画像は、エッジ効果によってパターンエッジが強調された画像となる。ホワイトバンドと呼ばれるパターンエッジ部分の高輝度部分は、撮像画像内において特徴的な部分であるため、エッジ部分の出来栄えによって、位置合わせ位置が大きく変化することになる。特許文献１、２には、このようなエッジの変形に基づく位置合わせの影響を抑制する手法についての開示がない。
【０００５】
以下に、位置合わせ処理、或いは測定対象や検査対象を特定する処理において、パターンの変形等に基づく位置合わせや位置特定精度の低下、或いは測長対象や検査対象の特定性能の低下の抑制を目的とする荷電粒子線装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための一態様として以下に、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する少なくとも２以上の検出器と、当該検出器の出力に基づいて形成される画像の処理を行う画像処理装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記画像処理装置は、前記２以上の検出器によって得られた荷電粒子に基づいて得られる画像のエッジ領域にマスク処理を施す荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によれば、パターンの変形等に基づく位置合わせ精度や位置特定精度の低下を抑制することが可能となる。また、測長対象や検査対象の特定性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】２以上の検出器を備えた荷電粒子線装置によって得られた２以上の画像を用いて、画像を領域分けする工程を示すフローチャート。
【図２】２次電子像の一例を示す図。
【図３】半導体デバイスのパターン断面の一例を示す図。
【図４】下層が写り込んだ２次電子像の一例を示す図。
【図５】画像データを取得するための走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図６】試料にビームを照射したときに試料から放出される２次電子の軌道を示す図。
【図７】下段検出器と上段検出器によって検出された電子に基づいて形成される画像の一例を示す図。
【図８】２以上の検出器を備えた荷電粒子線装置によって得られた２以上の画像を用いて、画像を領域分けする工程を示すフローチャート。
【図９】Ｕｐｐｅｒ検出器で得られた画像とＬｏｗｅｒ検出器で得られた画像の差分を輝度信号としたＬ＆Ｓパターン画像の一例を示す図。
【図１０】試料にビームを照射したときに試料から放出される２次電子の軌道を示す図。
【図１１】２次電子偏向用のアライナによって２次電子を偏向した場合の電子の挙動を示した図。
【図１２】紙面左方向に放出された電子をアライナで偏向して検出する例を示す図。
【図１３】２以上の検出器を備えた荷電粒子線装置によって得られた２以上の画像を用いて、画像を領域分けする工程を示すフローチャート。
【図１４】２次電子像について仮決め領域を設定した例を示す図。
【図１５】特定方向のエッジが強調された画像を合成した例を示す図。
【図１６】画像データを取得するための走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図１７】Ｌｅｆｔ検出器とＲｉｇｈｔ検出器の出力に基づいて形成される画像の一例を示す図。
【図１８】走査電子顕微鏡によって得られた画像に基づいて、画像の領域分けを行う工程を示すフローチャートの一例を示す図。
【図１９】画像データを取得するための走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図２０】４つの検出器によって検出される電子に基づいて形成される画像の一例を示す図。
【図２１】ＬＲ検出器と試料との位置関係を示す図。
【図２２】電子顕微鏡の制御装置の一例を示す図。
【図２３】Ｕｐｐｅｒ検出器とＬｏｗｅｒ検出器によって得られる画像の一例を示す図。
【図２４】多層構造パターンへのビーム照射によって得られる電子を、複数の検出器で検出したときに形成される画像の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施例では、例えば外観検査装置、パターン測定装置、欠陥検査装置等が有する走査電子顕微鏡などによって得られた画像信号を処理する画像処理装置に係り、特に測定装置や検査装置で撮影した被検査画像と半導体設計データを用いて被検査画像の視野ずれを検出するための画像処理技術、およびそれを搭載する半導体検査装置、及びそれを実現する画像処理装置等を説明する。
【００１０】
本実施例では、主に撮影条件の違う２枚以上の２次電子画像と、その撮影条件から、回路パターンの凹凸領域の領域わけを実施する。この凹凸領域を用いて位置合わせをおこなう画像処理装置を備えた荷電粒子線装置について説明する。このような画像処理装置を備えた荷電粒子線装置によれば、高密度な回路パターンの存在するレイアウトや、変形、欠陥の発生などに影響を受けないロバストな位置合わせが可能になる。
【００１１】
上記画像処理装置は、汎用のコンピュータによって実現することができ、同装置は図示しない入出力インターフェイス（ディスプレイ、キーボード、マウス、ＬＡＮポート、ＵＳＢポート等）、ＣＰＵ（演算部）、メモリ（記憶部）といった基本的なコンピュータの構成要素を備える。以下の説明は、上記コンピュータを動作させるプログラムとしての説明でもある。
【００１２】
図１は、２以上の検出器を備えた荷電粒子線装置によって得られた２以上の画像を用いて、画像を領域分けする工程を示すフローチャートである。図１に例示するような処理は、後述する制御装置（画像処理装置）、或いは外部の画像処理装置等によって実行される。図１に例示するフローチャートには、撮像条件の違う２枚以上のＳＥ像を読み込むステップ１０１と、各ＳＥ像からエッジ領域を抽出するステップ１０２と、各画像のエッジ領域を組み合わせて平坦領域を区分するステップ１０３と、平坦領域とエッジ領域と撮影条件から、平坦領域のレイヤー情報を取得するステップ１０４が含まれている。
【００１３】
ステップ１０１の撮影条件とは、検査装置の２次電子検出器の３次元上の位置、検出器が取得する電子の角度や向きや、取得する電子のエネルギー量の設定値、後述するアライナの偏向度合いを数理化した値などである。
【００１４】
ステップ１０２のエッジ領域とは、図２のようなＳＥ画像イメージにおいて、ＳＥ画像上にホワイトバンド２０１と呼ばれる帯状に現れるパターンのエッジ部のことである。ステップ１０３の平坦領域の区分とは、ステップ１０２で抽出したエッジ領域を用いて、画像内をエッジ部とパターン部２０２とスペース部２０３を区分することである。
【００１５】
ステップ１０４のレイヤー情報とは、図３のような断面図で半導体を見た場合、３次元空間上でより上にある領域凸部３０１と、凸部３０１より低い位置にある領域凹部が、パターン部２０２とスペース部２０３のどちらであるかを表す情報である。また、ＳＥ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）像では図４のように、上層パターン部４０１と、それに一部をそれに隠された下層パターン部４０２と、スペース部４０３のように、２層以上の回路パターンが写りこむ場合がある。このような場合において、ステップ１０４で取得するレイヤー情報は、上層パターン部、下層パターン部４０２、スペース部４０３と取得する。
【００１６】
また、単にパターン部とスペース部とに分けてもよい。レイヤー情報は、前述した２層、３層のものに限定しない。また、ステップ１０４の後に前記レイヤー情報を用いた位置合わせが行われる。 以下に、撮影条件ごとに各ステップの詳細な処理を述べる。
【００１７】
図５に、画像データを取得するための走査電子顕微鏡の概要を示す。なお、以下の説明では画像取得装置として走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を採用した例を説明するが、試料にイオンビームを走査することによって得られる荷電粒子の検出に基づいて画像を形成する集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）装置のような他の荷電粒子線装置を画像取得装置とするようにしても良い。
【００１８】
電子源５０１から引出電極５０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子線５０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ５０４によって、絞られた後に、図示しない走査偏向器によって、により、試料(半導体ウェハ)５０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム５０３は試料台５０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ５０６のレンズ作用によって集束されて試料５０９上に照射される。
【００１９】
電子ビーム５０３が試料５０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子５１０が放出される。放出された電子５１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速されると共に、アライナ５０５によって偏向される。アライナ５０５によって偏向された電子５１０は、変換電極５１２に衝突し、二次電子５１１を生じさせる。
【００２０】
変換電極５１２から放出された二次電子５１１は、検出器５１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器５１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器５０５への偏向信号と、検出器５１３の出力Ｉとの同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図５に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。
【００２１】
制御装置５１４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。
【００２２】
図２２は制御装置（画像処理装置）５１４の詳細な構成例である。制御装置５１４はＣＰＵ２２０１、画像メモリ２２０２、ＬＳＩ２２０３、出力装置２２０４、記憶デバイス２２０５といった基本的なコンピュータの構成要素を備える。また設計データ等の受け取るため、設計システム２２０８やその制御装置２２０７とＬＡＮなどのネットワークで接続されている。
【００２３】
画像取得装置のハード構成に応じて、撮影される画像に違いが表れる。その理由は、ウェハ上での２次電子の振る舞いにある。まず、ウェハ上で２次電子がどのように放出されるかを述べる。電子源５０１から半導体ウェハ５０９に向かって電子が照射されると、図６のように２次電子６０１が発生する。２次電子は回路パターンの側壁部６０２に照射された際、発生した電子は検出器によって観測（検出）される電子６０３と、回路パターンに阻まれて検出器に観測されない電子６０４となる。観測されない電子６０４は、照射された電子線５０３とのなす角がある電子の一部である。
【００２４】
回路パターンの上部６０５では，遮蔽する回路パターンが存在しないため、なす角が比較的ある電子でも検出器によって観測される。しかし、回路パターンのスペース部６０６では、回路パターンに電子が阻まれるため、上部と比べて比較的なす角の小さな電子しか検出器に観測されない。また、片側に遮蔽する回路パターンがない側壁部６０７では、照射電子とのなす角が特定の角度の電子は回路パターンに阻まれて観測されない電子６０４となる。
【００２５】
図５のように，Ｕｐｐｅｒ検出器５１３ａとＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂの２つの検出器によって得られる画像を、図２３に例示する。回路パターンの形状として、ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンと、ホール（Ｈｏｌｅ）パターンを例に挙げている。Ｌ＆Ｓパターンは、回路パターンの配線部とスペース部が交互に一定方向に配置されたパターンである。Ｈｏｌｅパターンは平面の上部パターンにその下の材質まで届く穴が開いたパターンである。Ｌ＆Ｓパターンは上部（ライン部）が窒化チタンＴｉＮ、下部（スペース部）がケイ素Ｓｉで構成されている。Ｈｏｌｅパターンは上部（ホールのトップ側）が窒化ケイ素ＳｉＮ、下部（ホールのボトム）がケイ素Ｓｉで構成されている。
【００２６】
図２３の上段がＵｐｐｅｒ検出器５１３ａでの取得画像、下段がＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂでの取得画像である。図６を用いて説明したように、Ｌｏｗｅｒ検出器５１３ｂによって得られる電子は、パターンのスペース部７０１では、少なくなる傾向にある。このため、パターンの上部７０２と比較して暗くなる特性がある。一方、Ｕｐｐｅｒ検出器によって得られる電子は、主に照射電子の軌道とのなす角が小さい２次電子が含まれており、深穴深溝の底から放出される電子であっても、深穴、深溝の側壁に補足されない電子であるため、スペース部７０３ａ、ボトム部７０３ｂは、スペース部７０１ａ、ボトム部７０１ｂに対して相対的に明るくなる。また、上述のように、深穴や深溝の底から放出された電子は、Ｕｐｐｅｒ検出器の方がＬｏｗｅｒ検出器より多く検出されるが、試料を構成する材質によっては、この条件に当てはまらない場合がある。同じ条件で電子線が照射された場合に，２次電子の放出量が違うため，検出器で観測した電子量を画像化する際に，コントラストが逆転する場合がある。材質によってコントラストが変化する為，Ｌｏｗｅｒ検出器の画像では必ずスペース部が相対的に暗くなるわけではない。
【００２７】
上述のような前提をもとに、図５のようなＵｐｐｅｒ検出器とＬｏｗｅｒ検出器を備えた電子顕微鏡を用いて、回路パターンの凹凸領域の領域わけを行う方法を以下に示す。
【００２８】
図８は、２以上の検出器を備えた荷電粒子線装置によって得られた２以上の画像を用いて、画像を領域分けする工程を示すフローチャートである。図８に例示するフローチャートによれば、パターンのエッジ部分に相当する部分を画像から消失させているので、パターンマッチングを行う際のパターンの変形等に基づくマッチング位置精度の低下を抑制することが可能となる。
【００２９】
画像を読み込むステップ１０１とエッジ領域を抽出するステップ１０２は図１と同様である。ここで，エッジ領域を抽出するステップ１０２でのエッジ抽出法は，例えばソーベルフォルタやラプラシアンフィルタといったエッジ抽出フィルタを用いることで行える。また，エッジ部は平坦部より輝度の高いホワイトバンドとして画像に映るため、２値化などを用いて抽出することもできる。また、フィルタや２値化を組み合わせてより高度なエッジ領域抽出を行ってもよい。
【００３０】
エッジ領域を合成するステップ８０１では、Ｕｐｐｅｒ画像から得られたエッジ領域と、Ｌｏｗｅｒ画像から得られたエッジ領域を組み合わせて合成エッジ領域を作成する。合成エッジ領域とは，例えばエッジ部が１、非エッジ部が０である２値の画像で与えてもよい。合成エッジ領域の形式はこれに限定しない。また、組み合わせ方法は、和を求めて２値化するなどの処理を行えばよい。また、多層画像の場合、Ｕｐｐｅｒ画像から得られたエッジ領域が、Ｌｏｗｅｒ画像から得られたエッジ領域には存在しない場合がある。このような場合、その領域を無視して上層とそれ以外に分割してもよいし、下層を考慮して領域を３種類以上に分けてもよい。下層を考慮する場合の手法は後述する。
【００３１】
エッジ領域の合成方法は、前述の和を用いる手法に限定するものではない。エッジ部のマスクステップ８０２では，合成エッジ領域を用いてＵｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像のエッジ領域をマスクする。例えば、画素値をマイナスの値とするなどの処理を行えばよい。マスクの方法はこれに限定しない。また、後述の処理を行う際、合成エッジ領域かをその都度判定して、各画像に対する処理を行うかの有無を判定してもよい。
【００３２】
本実施例では、２つの検出器を用いて得られた２つの画像から、マッチング処理のための被探索画像を生成するため、２つの画像のエッジを消失させるべく、上述のように合成エッジ領域の作成に基づいて、マスク領域を設定する。
【００３３】
輝度差の算出を行うステップ８０３では、エッジ領域マスクされた部分を分割領域として（領域間の境界として）エリアを分ける。例えば隣接する画素がマイナスでないなら同じラベルを付ける等の処理を行う。Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像ともに同一ラベル内で画素値の平均を計算し、その差を算出する。また、Ｕｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像の各画素で差を取ってから、差の平均を求めてもよい。
【００３４】
図９は、Ｕｐｐｅｒ検出器で得られた画像とＬｏｗｅｒ検出器で得られた画像の差分を輝度信号としたＬ＆Ｓパターン画像の一例を示す図である。破線で囲まれたグレー領域９０１はＵｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像で輝度差大きい領域であり、黒領域９０２は輝度差が小さい領域である。画像として視認はできないが、グレー領域９０１と黒領域９０２の境界付近は，マスクされた不感領域となっている。領域分類を行うステップ８０４では、輝度差の算出を行うステップ８０３で得られた輝度差を指標値として各領域をクラス分けする。その手法は、例えば各輝度差を１次元上にプロットした場合に、最も距離があいている点間で２クラス分類してもよいし、Ｋ平均法のようなアルゴリズムを用いてもよい。分類手法はこれに限定するものではない。
【００３５】
レイヤー情報化を行うステップ８０５では、クラス分けしたクラスを各領域に割り当てる。例えば、別画像としてエッジ部はマイナス値、各平坦領域では任意に定めたクラス番号を輝度値とする画像形式で所持すればよい。レイヤー情報の記述方法はこれに限定しない。
【００３６】
以上のように、上層と下層の違いが顕在化し易い２つの検出器によって得られた画像の差画像を作成することによって、試料の材質等によらず、上層と下層との間の輝度差を明確にすることができる。また、当該輝度差に応じたクラス分けに基づいて、マッチング処理のための被探索画像と、参照画像を作成することによって、明るさの変化等に左右されることなく、安定したマッチング処理を実現することが可能となる。なお、図９に例示するような差画像を被探索画像、及び参照画像とする場合、これらの画像は、特定の明るさを持つ領域Ａと、領域Ａとは異なる明るさを持つ領域Ｂの領域にクラス分けされているので、例えば被探索画像と参照画像間の領域Ａの重畳面積と、領域Ｂの重畳面積が最大となる位置をマッチング位置とするような処理に基づいて、位置合わせ処理を行うこともできる。
【００３７】
また、上記領域わけ処理は、参照画像を用いたマッチング処理だけではなく、測定や検査の対象となるエッジを特定する処理を行う場合にも適用できる。ステップ８０５でクラス分け（領域分け）された領域の中で、予め測定、検査対象として設定されたパターンのエッジを選択的に抽出すべく、以下のような処理を実行する。
【００３８】
例えば測定対象がホールパターンのボトム径である場合、ボトムとしてクラス分けされた画像領域に近接するエッジを抽出すれば、目的の測定を容易に行うことができる。そのために本例では、領域分けされた特定層の領域に隣接するエッジを探索し、探索に基づいて抽出されるエッジを選択的に測定、検査する手法を提案する。このような手法によれば、測定対象となるエッジにカーソル等を設定することなく、測定対象の選択を行うことが可能となる。特に画像内に含まれる複数のホールパターンの径を測定し、その平均値を求める処理を行うような場合、複数のホールにカーソル等を設定しなくても、選択的にエッジを抽出することが可能となる。
【００３９】
この場合、１のホールパターン（領域分けされた領域）ごとに、クラス分けされた領域の重心（測定基準位置）を求め、当該重心から特定方向に延びる直線上に位置するエッジ間の寸法を測定するようなアルゴリズム等を備えることによって、自動的な測定対象の選択と測定が可能となる。
【００４０】
また、領域の垂線方向の輝度や輝度勾配からエッジを特定することができる。例えば法線上で輪郭部を基準に、輪郭部から離れるように画素の探索を行った場合に、輝度勾配の大きさが前記領域分けされた領域の輪郭部と比較して１度目ないし２度目に同等の大きさまで減少した際に、その間をエッジ領域とする。大きさの比較は、しきい値での判定や、分散などの統計量を用いた手法などがある。これはＳＥ像がパターンのエッジ領域の輝度が大きくなる特性を用いた手法である。このような手法を用いれば、複雑な形状を持ったパターンに対してもエッジの特定が可能である。特定したエッジと、例えば特定したエッジの法線方向にある同様に特定された別のエッジの位置からエッジ間の寸法を測定するようなアルゴリズム等を備えることによって、自動的な測定対象の選択と測定が可能となる。
【００４１】
以上のように、マッチング処理や位置特定処理等の測定、検査の前処理の際に、エッジ消失処理と領域わけ処理を行うことによって、その後の測定、検査を高精度に行うことが可能となる。
【００４２】
次に、回路パターンが多層である場合に、各レイヤーを定義する例を説明する。図１０は多層回路パターンに電子ビームを照射したときに、試料から放出される電子の軌道を説明する図である。下層に電子線５０３が照射されて発生した２次電子１００１は，上層の側壁１００２にさえぎられるため、検出可能な電子の量は制限される。しかしこの量は，スペース部に電子線が照射されて発生した２次電子１００３よりは多い。したがって、図４に示した多層画像のように、Ｌｏｗｅｒ画像では回路パターンの平坦領域の輝度は、基本的には上層４０１＞下層４０２＞スペース部４０３となる。ただし、前記式は材質によって成り立たない場合もある。しかし、下層が有る場合でもＵｐｐｅｒ画像とＬｏｗｅｒ画像の特性は変わらないことから、平坦領域の輝度差は、スペース部＞下層領域＞上層領域が成り立つ。
【００４３】
そこで，領域分類を行うステップ８０４において、含まれる階層分の分割を行う。画像に何層の配線が写りこむかが不明な場合には、例えば赤池情報量規準やベイズ情報量規準などの指標値を用いＫ−Ｍｅａｎｓ法等を用いて分割数を自動決定すればよい。また入力パラメータとして写りこむレイヤー数や、位置合わせに利用する設計データが与えられるならば、その情報に基づいて分割数を決定すればよい。分割数の決定方法はこれに限定しない。分割数を決定することができれば，後はレイヤー情報化を行うステップ８０５と同様の手法でレイヤー情報化が可能である。マッチング処理のための被探索画像と参照画像を、レイヤー情報化に基づいて作成することによって、明るさの変化等に左右されることなく、安定したマッチング処理を実現することが可能となる。
【００４４】
次に、アライナ５０５を用いて任意の角度の２次電子を検出する例について説明する。図１１はアライナ５０５によって２次電子を偏向した場合の電子の挙動を示した図である。
【００４５】
半導体ウェハ５０９から放出された２次電子１１０１は、アライナ５０５によって軌道を補正され、変換電極５１２の隙間を抜け、再度アライナ５０５で軌道を修正され、上部の変換電極５１２に衝突し、Ｕｐｐｅｒ検出器に検出される。
【００４６】
Ｕｐｐｅｒ検出器によって検出される電子の軌道以外の軌道を通過する電子は、下段のアライナ５０５によって偏向され、下部の変換電極５１２に衝突し、Ｌｏｗｅｒ検出器によって検出される。図１２は左方向に発生した電子をアライナで偏向し観測したものである。Ｕｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンド１２０１は左方向に発生した電子のみを観測したものであり、十字の凸パターンの右側面では左方向の電子が発生しないため黒い影領域１２０２となっている。
【００４７】
また，スペース部１２０３では近くにパターンが無く，左方向に放出された電子が遮られないため影領域１２０２よりは明るくなっている。Ｌｏｗｅｒ検出画像ではパターンの左側面以外がホワイトバンド１２０４として検出される。左側面部１２０５は左側面方向の電子をＵｐｐｅｒ検出器に取られているため暗くなるが、例えば真上方向の電子は検出されており、エッジ部から多量の２次電子を放出するという特性を考えれば、平面よりは暗くならない。したがって図１２のようにエッジ部のホワイトバンドが薄くなる。
【００４８】
図１２のような画像に対して領域分けを行う処理フローを図１３に示す。エッジ抽出までは図８と同様である。本例では左方向に放出される電子をＵｐｐｅｒ検出器で観測しているため、Ｕｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドより右の領域はパターン部となる。領域の仮決めを行うステップ１３０１では、図１４のように仮決め領域１４０１を決定する。これをＬｏｗｅｒ検出画像から得られたホワイトバンドのエッジ１４０２と、Ｕｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドから得られたエッジで区分する処理を行うステップ１３０２を行う。仮決め領域の内部にＵｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドが存在する場合、そこでも領域区分を行う。エッジで囲われた閉領域１４０３と、エッジの外側領域１４０４に区分される。区分された領域の内、仮決め領域を作成した方向と同方向に有る領域、本例ではエッジの外側領域１４０４を削除する。削除されなかった仮決め領域をパターン部、仮決め領域に含まれない領域をスペース部として分類（ステップ１３０４）を行い、レイヤー情報化（ステップ８０５）を実施する。
【００４９】
また、アライナ５０５を用いた場合、図１５に示すような特定の方向のエッジにフォーカスした画像１５０１やその合成画像１５０２の作成が可能になる。合成画像１５０２のホワイトバンドを利用すれば，図１３の処理においてＵｐｐｅｒ検出器画像のホワイトバンドを仮決め領域の区分に用いる必要が無くなる。合成画像の作成方法は、例えば方向フォーカス画像１５０１ａ〜１５０１ｄまでの画像の輝度最大値を示す部分を選択的に合成すること等が考えられる。合成画像の作成方法や画像の組み合わせはこれに限定しない。また、図１５では４方向の例を示したが、４方向以外の複数方向のエッジを選択するようにしても良い。
【００５０】
図１６に被検査画像を取得するための新たな検査装置の構成例を示す。図５との差分は、図５でいうところのＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂが２台設置されている点である。図に向かって左をＬｅｆｔ検出器１６１３ａ、右をＲｉｇｈｔ検出器１６１３ｂとする。また二つをまとめてＬＲ検出器と呼称する。また図１６ではＵｐｐｅｒ検出器は省略している。Ｕｐｐｅｒ検出器は図１６の装置構成において領域分けを行う場合には必須ではない。
【００５１】
図１７にＬｅｆｔ検出器１６１３ａとＲｉｇｈｔ検出器１６１３ｂから得られた画像の一例を示す。それぞれをＬ像、Ｒ像と呼称し、これら画像の組をＬＲ像と呼ぶ。ＬＲ像は、図１５で示した画像１５０１ｂおよび画像１５０１ｃと類似している。検出器が検出する電子は、図２１に示したように、Ｌｅｆｔ検出器２１０１によって左方向に放出された電子が、Ｒｉｇｈｔ検出器２１０２によって右方向に放出された電子が画像化される。
【００５２】
図１８は、図１６に例示する走査電子顕微鏡によって得られた画像に基づいて、画像の領域分けを行う工程を示すフローチャートの一例を示す図である。画像読み込みステップ（ステップ１０１）ではＬＲ像を読み込む。エッジ領域の抽出工程（ステップ１８０１）では、ＬＲ像からホワイトバンドを抽出し、それを合成してエッジ領域を求めてもよい。また、ＬＲ像を合成して合成画像のホワイトバンドからエッジ領域を求めてもよい。画像の合成方法は、例えば輝度の大きい画像の値を示す部分を選択的に合成すること等が考えられる。
【００５３】
ホワイトバンドの抽出には、ステップ１０２と同等の処理法を適用することができる。ステップ１８０２のパターン算出工程では、図１４に例示した処理を、Ｌ像またはＲ像の最低どちらか一方に行い、パターン部を求めればよい。また両方について行ってもよい。これにより、パターン部とエッジ部とそれ以外に分類が可能である。
【００５４】
この分類結果に基づいてレイヤー情報化（ステップ８０５）を行う。また、図１７に例示するように、パターン部が複数存在しないならば，合成されたエッジ領域を算出せず、Ｌ像とＲ像それぞれに図１４に例示した仮決め領域を求め、その重複部分をパターン部としてもよい。各処理は上述した手法に限定するものではない。
【００５５】
図１９に、画像取得のための走査電子顕微鏡の概要を例示する。図１６に例示した構成との違いは、図５を用いて説明したＬｏｗｅｒ検出器５１３ｂが四方に計４台設置されている点である。今後各検出器を、Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−検出器と呼称する。各検出器が画像化のために検出する電子は、図２１に示したものと同様であり、Ｘ方向に配置されている２つの検出器に加えて、ビーム光軸を挟んで２つの検出器が配置される。各検出器によって検出される電子に基づいて形成される画像例を図２０に示す。各検出器から得られた画像の特性は、アライナを用いた例における，4方向に類似しており，同様の処理で領域分類が可能である。
【００５６】
また多層画像に対する領域分け手法を以下に示す。図２４は多層画像の各検出器の出力に基づいて形成される画像の例を示す図である。Ｕｐｐｅｒ検出器画像では下層パターン２４０１がはっきり見えているが、図１６のＬＲ検出器に当たるＸ＋、Ｘ−検出器では、下層のパターンが写りこまない場合がある。これは，パターン密度が高いため、下層パターンから放出されたなす角の大きな電子が上層パターンに阻まれてＸ＋、Ｘ−検出器で検出されないためである。このような状況はＬＲ検出器にも起こりえる。
【００５７】
しかし、Ｙ＋、Ｙ−検出器画像では遮蔽物が無いため下層２４０２が観測できる。このため、まずＸ＋、Ｘ−検出器画像を用いて、これまでで述べた手法、例えば図１６を用いて説明した領域わけの手法を用い、上層パターン２４０３とそれ以外の領域２４０４に領域分けを行う。さらに、Ｙ＋、Ｙ−検出器画像に対し上層パターン２４０３とそのエッジ領域２４０５をマスクした画像を作成し、その画像を入力度してＸ＋、Ｘ−検出器画像と同様に下層パターン２４０２とスペース部２４０６の領域分けを行う。これをレイヤー情報とする。このように、多層画像に対してこれまで述べた手法の組み合わせで領域分けが可能となる。４方向多層画像に対する処理はこれに限定するものではない。
【００５８】
また、検出器が１つの場合においても、エネルギーフィルタ等の電子検出量を調整する機能や、アライナで検出する電子の方向を制御し、そのパラメータを変えて複数枚画像を作成することで、Ｕｐｐｅｒ、Ｌｏｗｅｒ検出器やＬＲ検出器でえた画像と同特性の画像を取得することが可能である。このような画像に対しても，これまでに述べた処理を用いて領域分けが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
５０１  電子源
５０２  引出電極
５０３  電子線
５０４  コンデンサレンズ
５０５  アライナ
５０６  対物レンズ
５０７  真空試料室
５０８  試料ステージ
５０９  試料
５１０  試料から放出された電子
５１１  ２次電子
５１２  変換電極
５１３  検出器
５１４  制御装置
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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