JP2002270124A

JP2002270124A - 基準テンプレートの製造方法及び当該方法によって製造された基準テンプレート

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Publication number: JP2002270124A
Application number: JP2001062688A
Authority: JP
Inventors: Hirotami Koike; 紘民小池; Nobuo Takachi; 伸夫高地
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP4677109B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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
すると共に、試料の三次元形状計測を行う為に、偏位修
正画像を作成するために基準点となる基準マークを有す
る基準テンプレート及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の基準テンプレートの製造方法
は、試料ホルダ３に基準テンプレートとなる基準テンプ
レート基板４０ｂを装着し（Ｓ１００）、電子線７を基
準テンプレート基板４０ｂの基準マーク作成位置に移動
して照射し（Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８）、電子線
検出部４で検出された電子線７に基づいて、基準テンプ
レート基板４０ｂの基準マークを作成する（Ｓ１１０）
工程を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子顕微鏡により得
られたステレオ画像を偏位修正したり、レンズ歪を修正
する場合に必要なパラメータを得るのに用いる基準テン
プレート及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、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（「医学・生物学電子顕微鏡観察法」第
278頁〜第299頁、1982年刊行参照）。そして、肉眼にお
いてステレオ観察をする場合のように、試料の概括的な
凸凹形状を観察する用途には十分な画像が得られてい
る。

【０００３】他方、傾斜角の異なった画像を立体視可能
な画像に偏位修正し、立体観察を行うと同時に三次元計
測を行う測定原理が空中写真測量などで知られている。
図１０は３本の同じ長さの直線パターンが等間隔に存在
している被写体に対して所定の傾斜角度で撮影したステ
レオ画像の説明図で、図１０（Ａ）は０度（平行）、図
１０（Ｂ）は１０度傾斜している場合を示している。平
行の場合、図１０（Ａ）に示すように、等間隔ｄで同じ
長さｌの直線パターンが映っていた場合、１０度に傾い
た画像では、図１０（Ｂ）に示されるように異なる間隔
ｄ１２，ｄ２３で、異なる長さｌ１、ｌ２、ｌ３とな
る。

【０００４】図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）の画像をステ
レオメーター（視差測定かん）で立体視しようとして
も、立体視ができないばかりでなく、視差差の測定に基
づく比高の正確な計測もできないという課題がある。さ
らに三次元計測するために画像相関処理によるステレオ
マッチングを行おうとしても、左右画像の傾斜角度が異
なるために旨くいかないという課題がある。

【０００５】図１１は図１０（Ａ）、（Ｂ）の傾斜画像
を偏位修正画像に修正したステレオ画像の説明図で、図
１１（Ａ）、（Ｂ）共に平行状態に偏位修正している場
合を示している。偏位修正された結果、傾いて撮影され
た図１０（Ａ）、（Ｂ）の傾斜画像は対象物に対して平
行となり、縮尺も等しくなって縦視差が除去されて、図
１１（Ａ）、（Ｂ）に示されるように立体視が可能とな
る。立体視可能なステレオ画像は、同一エピポーラライ
ン上にある左右画像の対応点を求めることにより正確な
三次元座標が求めることができるようになる。偏位修正
画像を作成するためには、２枚の画像上で最低３点以上
の既知の基準点座標が画像上に必要である。また、それ
ら基準点から、二つの画像の傾き、位置（これらを外部
標定要素と呼ぶ）等を算出することができる。これら外
部標定要素が最初から判っていれば偏位修正処理を行う
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、空中写真測量
の原理を用いて、異なる傾斜角度の画像から左右画像を
得てステレオ観察を行って、試料の正確な三次元形状の
計測を行う場合には、電子顕微鏡の電子レンズ系におけ
る収差の影響や試料の傾斜角度、或いは電子線の傾斜角
度を数秒程度の非常に正確な角度で制御する必要があ
る。しかしながら、従来の傾斜角度は数度若しくは数分
程度の概括的な制御しか行われておらず、左右画像の立
体視から正確な三次元形状の計測を行うには不十分であ
るという課題があった。

【０００７】本発明は、上述した課題を解決したもの
で、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すると
共に、試料の三次元形状計測を行う為に、偏位修正画像
を作成するために基準点となる基準マークを有する基準
テンプレート及びその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明の基準テンプレートの製造方法は、図３に示すよう
に、電子線７を放射する電子線源１、電子線７を試料９
に照射する電子光学系２、試料９を保持する試料ホルダ
３、試料９から出射される電子線を検出する電子線検出
部４とを有する電子線装置１０を用いる。

【０００９】本発明の基準テンプレートの製造方法は、
図２に示すように、試料ホルダ３に基準テンプレートと
なる基準テンプレート基板４０ｂを装着し（Ｓ１０
０）、電子線７を基準テンプレート基板４０ｂの基準マ
ーク作成位置に移動して照射し（Ｓ１０４、Ｓ１０６、
Ｓ１０８）、電子線検出部４で検出された電子線７に基
づいて、基準テンプレート基板４０ｂの基準マークを作
成する（Ｓ１１０）工程を有している。

【００１０】好ましくは、基準マークは、少なくとも３
点のコンタミネーション若しくは欠陥により形成される
と、偏位修正画像を作成するために基準点となる基準マ
ークとして好ましい。また、基準マークは、電子線検出
部４で検出された電子線の検出信号が所定レベルとなっ
たとき、作成が完了したと判定する工程とすると、基準
マークの作成終了時点が客観的に把握でき、基準点の形
状が均一になる。また、基準マークを作成する電子線
は、電子線装置１０が試料９の検出像を電子線検出部４
で検出する場合の電子線に比較して、ビーム径を変更す
る工程とすると、基準マークの画像認識が円滑に行え
る。また、基準マークを作成する電子線は、基準テンプ
レート基板４０ｂを移動している間の電子線に比較し
て、電子線密度を大きくする制御を行うと、基準マーク
の作成に付随して基準テンプレート基板４０ｂの基準面
の変形が少なくてすむ。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は基準テンプレートに形成される
基準マークの説明図で、（Ａ）は四隅に基準マークを有
する平面図、（Ｂ）は格子状に基準マークを有する平面
図、（Ｃ）はレンズ歪補正用の基準テンプレートの断面
図である。基準テンプレート４０は、ステレオ画像を形
成する基準面となる平坦面を有するもので、好ましくは
ステレオ画像の撮影を行う試料を構成する材料と同一の
組成成分を有し、凸凹のない平坦なものがよい。基準テ
ンプレート４０の四隅に基準マーク４０ａを形成する
と、後で説明するようにデータ修正部３１による偏位修
正が行いやすい。基準マーク４０ａは基準テンプレート
４０のなるべく広い範囲に３点以上形成すると、外部標
定要素として使用しやすい。基準マーク４０ａとは、外
部標定要素に必要とされる三次元位置が既知の基準点で
ある。また、基準テンプレート基板４０ｂは基準マーク
４０ａを作成して基準テンプレート４０とする基板であ
る。

【００１２】基準テンプレート４０の場合は、基準マー
ク４０ａを基準テンプレート基板４０ｂの任意の位置に
形成できるので、例えば格子状に基準マークを形成す
る。格子状に基準マークを設けると、外部標定要素に加
えて電子線のレンズ歪まで補正するのに用いることがで
きる。電子線のレンズ歪を補正する場合は、平坦な基準
テンプレートの場合には複数方向から撮影する必要があ
る。図１（Ｃ）のように基準テンプレート基板４０ｂに
段差を付けて、且つこの段差方向の縁に格子状に基準マ
ーク４０ａを設けると、基準マーク４０ａに高さ成分が
含まれる為、電子顕微鏡における電子線のレンズ歪が正
確に補正できる。なお、レンズ歪にはザイデル収差であ
る球面収差、コマ収差、湾曲収差、非点収差、歪み収差
等があり、色収差として軸上収差、倍率色収差、回転色
収差等がある。

【００１３】続いて、基準テンプレート基板に基準マー
クを作成する方法について説明する。基準テンプレート
基板４０ｂの場合には、後で説明する基準マークパター
ン発生器２３を用いて電子線７を位置決めして照射する
ことでコンタミネーション、欠陥等を試料９面上に形成
して基準マークとすることができる。電子線７を用いる
ことで、基準マークは非常に精密な位置決め精度で基準
テンプレート基板４０ｂに形成される。

【００１４】コンタミネーションは試料上の炭化水素の
分子が電子線照射により焼き付く現象で、その大きさ
は、電子線のプローブ径に依存するが、電子線密度、照
射時間が大きいほど、コンタミ量は多くなり、ほぼ裾野
を持つ円錐状に育つ。従ってプローブをゆっくり走査さ
せると、コンタミネーションはその走査の形状に沿って
付くようになる。コンタミネーションを任意の形状や任
意の分布をさせるには、その形状に従って電子線プロー
ブを走査して一定時間保持する。コンタミネーションを
作成する場合、その大きさをビーム径、電流値等で電子
線密度、照射時間を制御する。画像処理しやすくするた
めに、基準マークは、画像上で１０画素以上とするのが
望ましく、照射するビーム径を画素以上にする。好まし
くは、基準マークパターン発生器２３に電子線照射制御
の最適値を設定しておく。

【００１５】コンタミネーションが付きやすい時は、照
射系の一部に電子線７をカットするビームブランキング
を設けて、電子線の走査に伴う移動の時は、電子線７が
試料９に当たらなくするとよい。また、検出器４から得
られる二次電子信号のレベルを基準マークパターン発生
器２３に帰還して、電子線７の照射時間を調整すること
によりコンタミネーションの量を制御することができ
る。

【００１６】図２は基準テンプレート基板に基準マーク
を作成する手順を示す流れ図である。まず、基準マーク
を作成する基準テンプレート基板４０ｂを試料ホルダ３
に収容し、基準マークパターン発生器２３に基準マーク
を作成する位置を読み込ませる（Ｓ１００）。そして、
電子線源１から電子線７を照射しつつ、走査レンズ２ｃ
により電子線７を基準テンプレート基板４０ｂの面上で
スキャンさせる（Ｓ１０２）。次に、電子線７の照射位
置が、予めプログラムされた基準マークの作成位置か確
認する（Ｓ１０４）。基準マークの作成位置であれば、
電子線７をその位置で停止させ（Ｓ１０６）、電子線７
を照射させる（Ｓ１０８）。ここで検出器４によって得
られた信号が予め設定された閾値以上か判定し、閾値以
上となるまで基準マークの作成位置にて照射し続ける
（Ｓ１１０）。閾値以上となると、基準マークを所定数
作成したか確認する（Ｓ１１２）。仮に所定数に達して
いなければ、Ｓ１０２に戻り、再び電子線７をスキャン
させ、所定数の基準マークを作成していれば終了する
（Ｓ１１４）。

【００１７】なお、図１（Ｃ）のように基準テンプレー
ト基板に段差の形状があって、コンタミネーションを段
差上に付ける場合は次のように行う。まず、基準テンプ
レート基板の段差の作製は、レジストの露光、エッチン
グを繰り返すことにより任意の形状で段差を作ることが
可能である。電子顕微鏡は焦点深度が高いため段差の任
意の場所に電子線プローブをとどめることにより、電子
線プローブが止まったところにコンタミネーションの基
準マークを作ることが可能である。

【００１８】図３は基準テンプレート基板に基準マーク
を作成する電子線装置の一例を説明する構成ブロック図
で、走査型顕微鏡の電子線を偏向させてステレオ画像を
得ることのできる電子線装置を示している。図におい
て、走査型顕微鏡としての電子線装置１０は、電子線７
を放射する電子線源１、電子線７を試料９に照射する電
子光学系２、試料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、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、試料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、試料ホル
ダ３を傾斜制御する傾斜制御部５として、ホルダ傾斜制
御部５ｂを用いても良い。

【００１９】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２
ｃ、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の倍率変更信号に従って、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。

【００２０】試料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、試
料９は−２．４ｋＶに印加されている。試料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。な
お、試料９をマースポテンシャルにした場合には、二次
電子は霧のように振る舞いエネルギが弱く、検出器４で
直接検出することができ、２次電子変換ターゲット８は
不要である。

【００２１】データ処理装置２０は、画像作成処理部２
１、表示装置２２、基準マークパターン発生器２３、測
定条件判別部２５、データ修正部３１、形状測定部３
２、立体画像観察部３３、並びにステレオ画像記憶部３
４を有している。画像作成処理部２１は、走査レンズ２
ｃ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。表示装置２２は画像作成処理部２１で作
成された画像をオペレータが観察できるように表示する
もので、例えばＣＲＴや液晶パネルが用いられる。表示
装置２２は通常の一画面モニタでもよく、ステレオ表示
可能なモニタでもよく、或いは両方備えていてもよい。

【００２２】基準マークパターン発生器２３は、電子線
７を制御して基準テンプレート基板４０ｂに基準マーク
４０ａを作成するものである。好ましくは、基準マーク
パターン発生器２３に基準マークの作成数と作成位置を
記憶させておくとよい。

【００２３】測定条件判別部２５は、電子線装置１０の
種類、並びに電子光学系２の倍率のの情報を用いて測定
条件の判別を行う。電子線装置１０の種類としては、透
過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡の別があるが、基準
テンプレート基板４０ｂに基準マーク４０ａを作成する
には検出器４を有する走査型電子顕微鏡が適している。
電子光学系２の倍率としては、低倍率と高倍率の区別が
あり、例えばデータ修正部３１において複数傾斜角度で
の検出データを矯正する演算形態として、中心投影と平
行投影のどちらを選択するかの要素として用いる。

【００２４】データ修正部３１は、画像作成処理部２１
で作成した画像を偏位修正画像に修正して立体視可能な
ステレオ画像とするもので、リアルタイムで偏位修正画
像に修正する場合は直接、画像作成処理部２１から電子
顕微鏡１０での測定条件を受け取っている。なお、電子
顕微鏡１０での測定条件は、一旦ステレオ画像記憶部３
４に画像を記憶させている場合は、測定条件判別部２５
から受取っても良く、またステレオ画像記憶部３４に画
像と共に記憶された電子顕微鏡１０での測定条件を用い
ても良い。

【００２５】形状測定部３２は、データ修正部３１によ
り修正されたステレオ画像に基づき試料９の三次元形状
を測定する。立体画像観察部３３は、データ修正部３１
により修正されたステレオ画像に基づき試料９の立体的
な画像を形成する。ステレオ画像記憶部３４は、画像作
成処理部２１で作成した画像を記憶すると共に、データ
修正部３１により修正されたステレオ画像を記憶するも
ので、例えば磁気ハードディスク、ＣＲ−ＲＯＭ、フロ
ッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスクのような
情報記憶媒体に画像データを記憶している。なお、ステ
レオ画像記憶部３４が、画像作成処理部２１で作成した
偏位修正されていない画像を記憶する場合は電子顕微鏡
１０での測定条件も記憶しておくと良い。

【００２６】データ修正部３１は、基準マーク４０ａを
有する基準テンプレート４０を用いて試料９のデータ修
正をするもので、偏位修正パラメータ取得手段３１ａと
画像データ偏位修正手段３１ｂとを有している。偏位修
正パラメータ取得手段３１ａは、基準テンプレート４０
の基準マーク４０ａを用いて、ステレオの検出データを
得る試料ホルダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度に
おける偏位修正パラメータを取得する。ここで、ステレ
オの検出データとは、試料ホルダ３と照射電子線７とが
第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電
子線検出部４で試料９に対する第１及び第２の検出デー
タを検出することを言う。画像データ偏位修正手段３１
ｂは、取得した偏位修正パラメータを用いて、試料９の
ステレオの検出データを偏位修正データに修正する。

【００２７】このように作成された基準テンプレートを
用いて偏位修正パラメータを取得する処理手順について
説明する。図４は基準テンプレートを用いて偏位修正パ
ラメータを取得する処理の流れ図である。まず、電子顕
微鏡の倍率を決定する（Ｓ２０２）。これによって中心
投影か平行投影かを決定する。なお、中心投影と平行投
影については後で説明する。次に、基準マークを有する
基準テンプレート４０を試料ホルダ３にセットする（Ｓ
２０４）。外部標定要素を補正する場合は、基準マーク
が３点以上の基準テンプレート４０を用い、レンズ歪補
正まで行う場合は基準マークが多数作成されている方の
基準テンプレート４０を使用する。ただし、外部標定要
素のみであっても、基準マークが多数作成されている基
準テンプレート４０を使用することもできる。また、レ
ンズ歪補正を正確に行う場合は、段差付きの基準テンプ
レート４０が望ましい。

【００２８】試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び
第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出
部４で基準テンプレート４０に対する第１及び第２の検
出データを検出する（Ｓ２０６）。外部標定要素の補正
であれば、この第１及び第２の相対的傾斜角度は試料９
を計測するのと同じ角度とし、少なくとも２方向以上の
傾斜角度にて撮影する。レンズ歪補正を行う場合は、試
料９を計測するのと同じ２方向の傾斜角度に加えて、第
３の傾斜角度（例えばプラス３方向）から撮影する。次
に、撮影された画像から画像相関処理等を用いて基準マ
ークを抽出して、計測する（Ｓ２０８）。

【００２９】図５は画像相関処理の説明図である。図
中、探索画像Ｔは縦Ｎ１、横Ｎ１で左上座標が(a,b)と
なっている小さな矩形図である。対象画像Ｉは縦Ｍ、横
Ｍの大きな矩形図である。画像相関処理は、正規化相関
法や残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）など、どれを用いて
もよい。残差逐次検定法を使用すれば処理が高速化でき
る。残差逐次検定法は次式を用いる。

【数１】ここで、Ｔ(m1,n1)は探索画像、Ｉ(a,b)(m1,n1)は対象
画像の部分画像、(a,b)は探索画像の左上座標、Ｒ(a,b)
は残差である。残差Ｒ(a,b)が最小になる点が求める画
像の位置である。処理の高速化をはかるため、式（１）
の加算において、Ｒ(a,b)の値が過去の残差の最小値を
越えたら加算を打ち切り、次のＲ(a,b)に移るよう計算
処理を行う。

【００３０】再び図４に戻り、基準マークを外部標定要
素として用いて、ステレオの検出データを得る試料ホル
ダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度における偏位修
正パラメータの計算を行う（Ｓ２１０）。計測された基
準マークの画像座標と実際の座標から、中心投影の場合
は後述する式（２）〜（４）を使って偏位修正パラメー
タを算出する。平行投影の場合は式（５）、（６）を使
って偏位修正パラメータを算出する。レンズ歪補正まで
行う場合は、式（７）を使って偏位修正パラメータを算
出する。そして、試料ホルダ３から基準テンプレート４
０を取り出して、偏位修正パラメータの取得が完了する
（Ｓ２１２）。

【００３１】［平行投影と中心投影］電子顕微鏡では倍
率が低倍率〜高倍率（ex.数倍〜数百万倍）までレンジ
が幅広いため、電子光学系２が低倍率では中心投影、高
倍率では平行投影とみなせる。中心投影と平行投影とを
切替える倍率は、偏位修正パラメータの算出精度を基準
にして定めるのがよく、例えば1000倍乃至10000倍から
適宜選択される。図６は中心投影の説明図である。中心
投影の場合、投影中心点Ｏｃを基準にして試料９の置か
れる対象座標系５０と、検出器４の置かれる画像座標系
５２が図６のような位置関係にある。対象座標系５０に
おける基準マークのような対象物の座標を（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）、投影中心点Ｏｃの座標を（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）と
する。画像座標系５２における座標を（ｘ，ｙ）、投影
中心点Ｏｃから画像座標系５２までの画面距離をＣとす
る。このとき、中心投影式として次式が成立する。

【００３２】

【数２】ここで、ｋは係数、ａi,j：(i＝1,2,3；j＝1,2,3)は回
転行列の要素である。式（２）を画像座標系５２の座標
（ｘ，ｙ）について解くと次式が成立する。

【数３】また、回転行列の要素ａi,jは画像座標系５２の対象座
標系５０を構成する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する傾きω、
φ、κを用いて次のように表せる。

【数４】

【００３３】図７は平行投影の説明図である。平行投影
の場合は、中心投影の投影中心点Ｏｃに相当する点がな
い。そこで、対象座標系５４として回転を考慮した座標
系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）を用い、縮尺係数としてＫ_１、
Ｋ_２を選定すると次式が成立する。

【数５】すると、対象座標系５４で選択した原点（Ｘｏ，Ｙｏ，
Ｚｏ）とオリエンテーション行列Ａを用いて、次のよう
に表せる。

【数６】ここで、オリエンテーション行列Ａの要素ａi,jに関し
ては式（４）に相当する関係が成立している。

【００３４】偏位修正パラメータの算出においては、式
（２）〜（４）又は式（５）、（６）に含まれる６つの
外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを求める。
即ち、Ｓ２１０において、これらの式を、最低３点以上
の基準マークにより観測方程式をたて、逐次近似解法に
よってこれら６つの外部標定要素を算出する。具体的に
は、未知変量の近似値を与え、近似値のまわりにテーラ
ー展開して線形化し、最小二乗法により補正量を求めて
近似値を補正し、同様の操作を繰り返し収束解を求める
逐次近似解法によってこれら６つの外部標定要素を求め
ることができる。また、式（２）〜（４）又は式
（５）、（６）に代えて、単写真標定や相互標定、その
他空中三角測量で外部標定として用いられている各種の
演算式のうちから適宜採択して演算を行うとよい。

【００３５】［レンズ歪補正］電子光学系２を構成する
電子レンズの歪曲収差まで求める場合は、図１（ｂ）、
図１（Ｃ）に示すように、複数の基準マーク４０ａを備
える基準テンプレート４０を用意し、複数方向からの画
像を得ることにより式（７）、（８）によって補正する
ことが可能となる。即ち、式（２）〜（４）又は式
（５）、（６）でさらにレンズ歪を補正したｘ、ｙ座標
をｘ'、ｙ'とすれば、次式が成立する。ｘ'＝ｘ＋Δｘ・・・…（７）ｙ'＝ｙ＋Δｙここで、ｋ１、ｋ２を放射方向レンズ歪み係数とする
と、Δｘ、Δｙは次式により表される。

【数７】

【００３６】電子レンズの歪曲収差の計算は、画像座標
と対象座標を計測することにより、上式にあてはめ逐次
近似解法によって算出される。また、レンズ歪係数は、
式（８）では放射方向レンズ歪みとしているが、さらに
タンジェンシャルレンズ歪みやスパイラルレンズ歪み、
その他電子レンズの歪曲収差の修正に必要な要素を式
（８）に加えてレンズ歪係数を求めれば、それらの較正
（キャリブレーション）が可能となる。

【００３７】続いて、偏位修正パラメータを取得した後
で、試料のステレオ画像を処理する処理手順について説
明する。図８は偏位修正パラメータを用いて試料のステ
レオ画像を処理する手順の流れ図である。まず、観察・
計測したい試料９を試料ホルダ３にセットする（Ｓ２５
２）。続いて、ビーム傾斜制御部５ａにより、電子線７
の試料ホルダ３に対する傾斜角を２つ以上にして、電子
線検出部４で試料９に対する第１及び第２の検出データ
を検出し、ステレオ撮影を行って画像を取り込む（Ｓ２
５４）。この２つ以上の傾斜角は、Ｓ２０６において偏
位修正パラメータを取得するのに用いた、試料ホルダ３
と照射電子線７とがなす第１及び第２の相対的傾斜角度
と同じ角度とする。

【００３８】次に、倍率変更部６の設定倍率により、試
料９の撮影は中心投影か平行投影かを判別する（Ｓ２５
６）。中心投影の場合には、偏位修正パラメータとして
の６つの外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを
用いて、対象座標に該当する画像座標を式（２）〜
（４）に代入して求め、それをステレオ表示したい立体
画像観察部３３の座標系に変換して、再配列を行えば、
データ修正部３１により検出器４で検出するステレオ画
像の偏位修正画像を作成することができる（Ｓ２５
８）。平行投影の場合には、６つの外部標定要素ω、
φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを用いて、対象座標に該当す
る画像座標を式（５）、（６）に代入して求め、それを
ステレオ表示したい立体画像観察部３３の座標系に変換
して、再配列を行えば、データ修正部３１により検出器
４で検出するステレオ画像の偏位修正画像を作成するこ
とができる（Ｓ２６０）。

【００３９】そして、偏位修正パラメータによって偏位
修正されたステレオ画像は一旦ステレオ画像記憶部３４
に記録されると共に、立体画像観察部３３で立体表示す
る（Ｓ２６２）。なお、立体画像観察部３３のような立
体モニタがない場合は、代替手段として表示部２２の１
画面上に２画像表示すると、オペレータ側の対処で立体
視が可能となる。

【００４０】次に、形状測定部３２により、データ修正
部３１により修正されたステレオ画像に基づき試料９の
三次元計測したい箇所を計測する（Ｓ２６４）。三次元
計測は立体表示させた左右画像を計測することにより
（横視差を求める）、三角測量の原理により算出され
る。左右画像の計測はマニュアル、或いは画像相関処理
等を用いて行うことができる。

【００４１】そして、測定終了であるか判断し（Ｓ２６
６）、測定を継続するのであれば既に求めてある偏位修
正パラメータが利用できるか判断する（Ｓ２６７）。同
じ倍率で別試料を測定する場合と、違う倍率で測定を行
う場合であっても電子顕微鏡の倍率再現性があるとき
は、既に求めてある偏位修正パラメータを利用して、Ｓ
２５２に戻って計測を繰り返す。電子顕微鏡に倍率再現
性がない場合、或いは経時変化がある場合は、既に求め
てある偏位修正パラメータが利用できないので、図４の
Ｓ２０２に戻り、最初から基準テンプレート４０を使用
して倍率に応じた偏位修正パラメータを算出する。測定
終了の場合は試料９を試料ホルダ３から抜いて終了する
（Ｓ２６８）。

【００４２】［第２の実施の形態］図９は本発明の第２
の実施の形態を説明する構成ブロック図で、試料ホルダ
の傾斜角度を変えて走査型顕微鏡のステレオ画像を得る
場合を示している。第２の実施の形態では、試料ホルダ
３を傾斜制御する傾斜制御部５としてホルダ傾斜制御部
５ｂを用いており、ビーム傾斜制御部５ａは作動させな
い。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。試料９
を所定角度（±θ）傾けて検出器４で撮影することは、
試料９を固定して電子線７を所定角度（±θ）傾けて照
射し、検出器４で撮像することと等価となる。

【００４３】このように構成された装置においても、第
１の実施の形態と同様に基準テンプレート４０に基準マ
ーク４０ａを作成することができると共に、試料９につ
いて検出した生の画像を偏位修正画像に修正して立体視
できるようにできる。この場合には、図４、図８に示す
流れ図のように、基準テンプレートを用いて偏位修正パ
ラメータを取得し、その後試料のステレオ画像を偏位修
正画像に修正する。

【００４４】なお、上記の実施の形態においては、基準
テンプレートに基準マークを作成する場合を示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、試料に基準マ
ークを形成して試料自体を基準テンプレートとして用い
ても良い。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の基準テン
プレートの製造方法によれば、電子線を放射する電子線
源、電子線を試料に照射する電子光学系、試料を保持す
る試料ホルダ、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を用いて、試料ホルダ
に基準テンプレートとなる基準テンプレート基板を装着
し、電子線を基準テンプレート基板の基準マーク作成位
置に移動して照射し、電子線検出部で検出された電子線
に基づいて、基準テンプレート基板の基準マークを作成
する工程を有している。そこで、非常に正確な作成位置
に基準マークを基準テンプレートが有しており、試料の
三次元形状計測を行う為の偏位修正画像を作成するのに
必要な偏位修正パラメータが正確に得られる。

【００４６】また、本発明の実施の形態のように、試料
ホルダと照射電子線とを相対的に傾斜させる試料傾斜部
と、試料の撮影画像を用いてステレオ画像を作成するデ
ータ処理装置を有する電子線装置を用いて、基準テンプ
レート基板に基準マークを作成する場合には、基準テン
プレートと試料とが同一の電子線装置を用いて撮影でき
るので、基準テンプレート基板に基準マークを作成する
電子線装置と試料を撮影する電子線装置とが異なる場合
に生ずる電子線源と電子光学系の微妙な相違に起因する
誤差を心配する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】基準テンプレートに形成される基準マークの
説明図である。

【図２】基準テンプレート基板に基準マークを作成す
る手順を示す流れ図である。

【図３】基準テンプレート基板に基準マークを作成す
る電子線装置の一例を説明する構成ブロック図である。

【図４】基準テンプレートを用いて偏位修正パラメー
タを取得する処理の流れ図である。

【図５】画像相関処理の説明図である。

【図６】中心投影の説明図である。

【図７】平行投影の説明図である。

【図８】偏位修正パラメータを用いて試料のステレオ
画像を処理する手順の流れ図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態を説明する構成ブ
ロック図で、試料ホルダの傾斜角度を変えて走査型顕微
鏡のステレオ画像を得る場合を示している。

【図１０】３本の同じ長さの直線パターンが等間隔に
存在している被写体に対して所定の傾斜角度で撮影した
画像の説明図である。

【図１１】図１０（Ａ）、（Ｂ）の傾斜画像を偏位修
正画像に修正したステレオ画像の説明図である。

【符号の説明】

１電子線源２電子光学系３試料ホルダ４電子線検出部７電子線９試料１０電子線装置２０データ処理装置２３基準マークパターン発生器４０基準テンプレート４０ａ基準マーク４０ｂ基準テンプレート基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F067 AA53 HH06 HH13 JJ05 KK04 2G001 AA03 BA07 CA03 DA02 FA06 GA01 GA06 GA13 HA01 HA07 HA09 JA01 JA02 JA03 JA08 KA20 PA12 RA06 5C001 BB07 CC04

Claims

【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を用いて基準テンプレー
トを製造する方法であって；前記試料ホルダに前記基準
テンプレートとなる基準テンプレート基板を装着し；前
記電子線を前記基準テンプレート基板の基準マーク作成
位置に移動して照射し;前記電子線検出部で検出された
電子線に基づいて、前記基準テンプレート基板の基準マ
ークを作成する；基準テンプレートの製造方法。
【請求項２】前記基準マークは、少なくとも３点のコ
ンタミネーション若しくは欠陥により形成される；請求
項１に記載の基準テンプレートの製造方法。
【請求項３】前記基準マークは、前記電子線検出部で
検出された電子線の検出信号が所定レベルとなったと
き、作成が完了したと判定する；請求項１又は請求項２
に記載の基準テンプレートの製造方法。
【請求項４】前記基準マークを作成する電子線は、前
記電子線装置が前記試料の検出像を前記電子線検出部で
検出する場合の電子線に比較して、ビーム径を変更す
る；請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の基準テン
プレートの製造方法。
【請求項５】前記基準マークを作成する電子線は、前
記基準テンプレートを移動している間の電子線に比較し
て、電子線密度を大きくする制御を行う；請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の基準テンプレートの製造方
法。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の基準テンプレートの製造方法によって製造された基準
テンプレート。