JP2005122933A - 電子線測定または観察装置、電子線測定または観察方法 - Google Patents

電子線測定または観察装置、電子線測定または観察方法 Download PDF

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【課題】 走査型荷電粒子ビーム装置の電子光学系を画像計測に適するように調整することで、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電子線測定装置を提供する。
【解決手段】 試料ホルダ３に保持された基準テンプレートと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影されたステレオ画像に基づいて基準テンプレートの形態または座標値を求める測定部２０と、測定部２０での測定結果と既知基準データとを比較して、電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成部３０と、前記校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正部４０を備え、校正部４０による校正が行なわれたステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める。
【選択図】 図１

Description

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、特に走査型荷電粒子ビーム装置の電子光学系における補正を画像計測に適するように調整する場合の改良に関する。
従来の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のような走査型荷電粒子ビーム装置では、走査型電子顕微鏡像等の分解能を高めるために、電子レンズの軸外収差を補正することが行なわれている。電子レンズの軸外収差は、例えば球面収差、コマ収差、像面収差、非点収差、像面歪曲収差を補償することにより行なわれている。また、球面収差に関しては、ツェルツァーの定理が知られており、電子顕微鏡等に用いられている軸対称な電子レンズでは、静電型や磁界型に拘らず、球面収差をゼロにできないことが知られている。そこで、球面収差を補償するために、非球面メッシュや非球面フォルムが静電電極形状や磁極形状として用いられている。
他方、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試料の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。
特開２００２−２７０１２６号公報 ［０００５］、図３、図１５ 特開２００２−２７０１２７号公報 ［０００５］、図３、図１５ 「医学・生物学電子顕微鏡観察法」 第278頁〜第299頁、1982年刊行
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。そこで、従来の球面収差のような電子レンズの軸外収差の補償方式では、ステレオ画像計測で必要とされる精度が得られないという課題があった。
本発明は上述した課題を解決したもので、走査型荷電粒子ビーム装置の電子光学系における補正を画像計測に適するように調整することで、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。
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とを備える電子線測定装置であって、次の構成としたものである。即ち、試料ホルダ３に保持された基準テンプレートと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定部（例えば、測定部２０）と、第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成部３０と、前記校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正部４０と、校正部４０による校正が行なわれた試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める第２の測定部（例えば、形態・座標測定部５０）とを備えている。
このように構成された装置において、電子線測定装置の電子線装置は、電子線源１、電子光学系２、試料ホルダ３、試料傾斜部５、電子線検出部４を備えている。第１の測定部は、所定の傾斜状態の基準テンプレートを電子線検出部４で撮影して、取得したステレオ画像に基づいて、基準テンプレートの形態または座標値を求める。校正データ作成部３０は、第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と、基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する。校正部４０は、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う。第２の測定部は、校正部４０による校正が行なわれた試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める。このようにして、走査型荷電粒子ビーム装置の電子光学系における補正を画像計測に適するように調整することで、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。
本発明の電子線測定装置において、例えば図６に示すように、好ましくは、さらに、試料傾斜部５によって形成される複数の傾斜状態について、電子線検出部４により撮影されるステレオ画像に対する補正係数を記憶する補正係数記憶部６４と、ステレオ画像が撮影された傾斜状態に対応する補正係数を補正係数記憶部６４から読み出し、前記ステレオ画像を修正する画像修正部６０とを備えている。そして、第２の測定部（例えば、形態・座標測定部５０）が、前記ステレオ画像に撮影されている試料９の概略の形態または座標値を求める概略測定部５２と、画像修正部６０によって修正されたステレオ画像に基づき試料９の形態または座標値を求める精密測定部５４を有し、画像修正部６０によって、概略測定部５２で求められた試料９の形態または座標値に基づいて、補正係数記憶部６４から読み出された補正係数を用いて、前記ステレオ画像を修正するように構成されている。
上記目的を達成する本発明の電子線観察装置は、例えば図１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とを備える電子線測定装置であって、次の構成としたものである。即ち、試料ホルダ３に保持された基準テンプレートと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定部（例えば、測定部２０）と、第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成部３０と、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正部４０と、校正部４０による校正が行なわれる試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める第２の測定部（例えば、形態・座標測定部５０）と、電子線検出部４により検出された電子線に基づき、試料９のステレオ画像を表示する画像表示部２８とを備えている。
本発明の電子線測定または観察装置において、例えば図１及び図１６に示すように、好ましくは、試料傾斜部５は、電子光学系２の電子線の照射方向を試料９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よい。
本発明の電子線測定または観察装置において、好ましくは、校正データ作成部３０によって、試料傾斜部５の傾斜量の校正データが作成され、校正部４０によって、前記試料傾斜部５の傾斜量が校正されるように構成されているとよい。
本発明の電子線測定または観察装置において、好ましくは、校正データ作成部３０によって、電子光学系２の照射電子線７に対する照射方向の校正データが作成され、校正部４０によって、電子光学系２の照射電子線７の照射方向が校正されるように構成されているとよい。
本発明の電子線測定または観察装置において、好ましくは、校正データ作成部３０によって、電子光学系２の倍率に関する校正データが作成され、校正部４０によって、電子光学系２の走査範囲が校正されるように構成されているとよい。
本発明の電子線測定または観察装置において、好ましくは、校正データ作成部３０によって、電子光学系２の歪み補正に関する校正データが作成され、校正部４０によって、電子光学系２の走査コイルの走査方向が校正されるように構成されているとよい。
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４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とを有する電子線測定装置を用いた電子線測定方法であって、以下の工程を有する。即ち、試料ホルダ３に保持された基準テンプレートと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定ステップ（Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６）と、第１の測定ステップでの基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成ステップ（Ｓ１０８）と、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正ステップと（Ｓ１１０）と、校正ステップによる校正が行なわれる試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める第２の測定ステップ（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６）とをコンピュータに実行させるものである。
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７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とを有する電子線測定装置を用いた電子線測定方法であって、以下の工程を有する。即ち、試料ホルダに保持された基準テンプレートと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定ステップ（Ｓ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２０６）と、第１の測定ステップでの基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成ステップ（Ｓ２０８）と、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正ステップ（Ｓ２１０）と、試料傾斜部５によって形成される複数の傾斜状態について、電子線検出部４により撮影されるステレオ画像に対する補正係数を記憶する補正係数記憶ステップ（Ｓ２１２）と、校正ステップによる校正が行なわれた試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の概略の形態または座標値を求める概略測定ステップ（Ｓ２１４、Ｓ２１６、Ｓ２１８）と、ステレオ画像が撮影された傾斜状態に対応する補正係数を、前記補正係数記憶ステップで記憶された補正係数から読み出して、前記概略測定ステップで求められた試料９の形態または座標値に対して前記補正係数を適用して、前記ステレオ画像を修正する画像修正ステップ（Ｓ２２０、Ｓ２２２）と、画像修正ステップによって修正されたステレオ画像に基づき試料９の形態または座標値を求める精密測定ステップ（Ｓ２２４）とをコンピュータに実行させるものである。
上記目的を達成する本発明の電子線観察方法は、例えば図４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とを有する電子線測定装置を用いた電子線測定方法であって、以下の工程を有する。即ち、試料ホルダに保持された基準テンプレートと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定ステップ（Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６）と、第１の測定ステップでの基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成ステップ（Ｓ１０８）と、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正ステップ（Ｓ１１０）と、校正ステップによる校正が行なわれる試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める第２の測定ステップ（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６）と、電子線検出部４により検出された電子線に基づき、試料９のステレオ画像を表示する画像表示ステップ（Ｓ１１８）とをコンピュータに実行させるものである。
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とを備える電子線測定装置であって、次の構成としたものである。即ち、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態により得られたステレオ画像に相当する出力に基づき試料９の形態または座標値を求める第３の測定部（例えば、形態・座標測定部５０）と、基準テンプレートを試料ホルダ３に載置し、照射電子線７と基準テンプレートとを相対的に傾斜させ、電子線検出部４から出力されるステレオ画像に相当する信号に基づき、基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定部と、第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と前記基準テンプレートに関して判明している基準データとを比較して、試料傾斜部５により試料９を傾斜させる傾斜面以外の空間における補正係数を記憶しておく補正係数記憶部６４と、補正係数記憶部６４から対応する補正係数を読み出し、画像を修正する画像修正部６０とを有している。
そして、例えば図１７、図１８に示すように、第３の測定部が、電子線検出部４のステレオ画像に相当する出力に基づき概略の試料９の形態または座標値を求める概略測定ステップ（Ｓ４０２）を実行し、画像修正部６０が、概略測定ステップで求められた試料９の形態または座標値に基づいて、補正係数記憶部６４から対応す像補正係数を読み出して画像を修正する画像修正ステップ（Ｓ４０４、Ｓ４０６）と、第３の測定部が、画像修正部６０で修正された修正ステレオ画像に基づき試料９の形態または座標値を求める精密測定ステップ（Ｓ４０８）とを実行する。
本発明の電子線測定または観察装置によれば、校正データ作成部により、第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と、基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成して、当該校正データに基づき、校正部により電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う構成としているので、校正部により走査型荷電粒子ビーム装置の電子光学系における補正を画像計測に適するように調整することで、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。
[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。
図３（Ａ）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。
図３（Ｂ）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。任意の傾斜状態とは、測定される対象が存在しうる空間での校正が行なえるように、当該空間の角度として選択された傾斜角度に、立体型の立体基準テンプレート９ｃの傾斜状態をすることを言う。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補償するように、電子線測定装置の電子光学系の磁界ポテンシャルや静電ポテンシャルの補償値を算出して、電子線測定装置の電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行うことで、高さ方向（例えばビームの光軸方向）空間に対する校正が可能となる。
このように構成された装置において、電子線測定装置は、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画像歪を取り除く為の校正データを取得する。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によって取得する。
このように電子線測定装置の校正を行なった後でも、まだ画像計測に必要とされる画像歪みが残存している場合には、画像修正部６０を用いて試料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のメモリ上に記憶させてもよい。すなわち、図３（Ａ）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。
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、電子線測定装置における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。
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。
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。
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。
電子線測定装置は、第１の測定部としての測定部２０、校正データ作成部３０、既知基準データ記憶部３２、校正部４０、電子レンズ収差補償部４２、第２の測定部としての形態・座標測定部５０を備えている。
測定部２０は、試料ホルダ３に保持された基準テンプレート９ａ、９ｃと照射電子線７とを試料傾斜部５により相対的に傾斜させて、電子線検出部４で撮影された基準テンプレート９ａ、９ｃのステレオ画像に基づいて、基準テンプレート９ａ、９ｃの形態または座標値を求めるものである。測定部２０は、入射角度調整部２２、画像形成部２４、基準テンプレート測定部２６並びに表示装置２８を有している。
入射角度調整部２２は、対象物９（基準テンプレート９ａ、９ｃを含む）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。基準テンプレート測定部２６は、電子線検出部４で撮影された基準テンプレート９ａ、９ｃのステレオ画像に基づいて、基準テンプレート９ａ、９ｃの形態または座標値を求める。表示装置２８は、電子線検出部４で撮影された対象物９（基準テンプレート９ａ、９ｃを含む）のステレオ画像の各左右画像を表示するもので、例えばＣＲＴや液晶ディスプレイが用いられる。
校正データ作成部３０は、測定部２０での基準テンプレートの測定結果と、基準テンプレート９ａ、９ｃに関する既知基準データとを比較して、電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する。既知基準データ記憶部３２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。校正データ作成部３０によって作成される電子線測定装置の校正データには、以下のものがある。
（１）試料傾斜部５の傾斜量の校正データ。
（２）電子光学系２の照射電子線７に対する照射方向の校正データ。
（３）電子光学系２の倍率に関する校正データ。
（４）電子光学系２の歪み補正に関する校正データ。
校正部４０は、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う。校正部４０は、上述の校正データ作成部３０によって作成される電子線測定装置の校正データに応じて、以下の態様がある。
（１）試料傾斜部５の傾斜量が校正されるように校正部４０を構成する。
（２）電子光学系２の照射電子線７の照射方向が校正されるように校正部４０を構成する。
（３）電子光学系２の走査範囲が校正されるように校正部４０を構成する。
（４）電子光学系２の走査コイルの走査方向が校正されるように校正部４０を構成する。
電子レンズ収差補償部４２は、校正部４０から出力される校正信号に従って、電子光学系２を構成する電子レンズの磁界ポテンシャルや静電ポテンシャルの分布状態を補償して、試料像の収差を減少させて、画像計測に適する電子光学系２に調整する。電子線装置１０が、試料９から放射される二次電子を電子線源１から放射される電子線７と分離して電子線検出部４に送るＥｘＢと呼ばれる電磁プリズムを有する場合には、校正部４０による校正対象となる電子光学系２に、このＥｘＢと呼ばれる電磁プリズムを含むものとする。
形態・座標測定部５０は、校正部４０による校正が行なわれた試料ホルダ３に載置された試料９であって、試料傾斜部５によって形成される傾斜状態で電子線検出部４により撮影された試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める。形態・座標測定部５０は、測定部２０の入射角度調整部２２、画像形成部２４並びに表示装置２８を、基準テンプレート測定部２６と共通に用いている。
次に、このように構成された装置によるステレオ画像計測に必要な電子線装置の校正手続きに関して説明する。図４は本発明の実施例１における電子線装置の校正手続きを含む電子線測定のフローチャートである。図４では、基準テンプレート９ａ、９ｃを用いて電子線装置の校正処理を行ない、次に試料の画像計測を行う処理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を載せて、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（Ｓ１０２）。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。
測定部２０は、電子線検出部４から得られる基準テンプレート９ａ、９ｃの傾斜画像を取得する（Ｓ１０４）。そして、測定部２０は、電子線検出部４で撮影された基準テンプレート９ａ、９ｃのステレオ画像に基づいて、基準テンプレート９ａ、９ｃの形態または座標値を求める（Ｓ１０６）。Ｓ１０６の処理に関しては、後で説明するターゲット検出とステレオマッチング処理を用いるとよい。
校正データ作成部３０は、Ｓ１０６での基準テンプレート９ａ、９ｃの測定結果と、基準テンプレート９ａ、９ｃに関する既知基準データとを比較して、電子線装置１０により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する（Ｓ１０８）。校正部４０は、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように、電子線装置１０の校正を行う（Ｓ１１０）。
次に、試料ホルダ３に試料（計測対象物）９を載せる（Ｓ１１２）。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して、電子線検出部４により試料９を撮影する（Ｓ１１４）。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のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める（Ｓ１１６）。試料の観察を行なう為に、電子線検出部４により検出された電子線に基づき、表示装置２８に試料９のステレオ画像を表示する（Ｓ１１８）。試料９の形態または座標値が取得できれば、リターンとなる（Ｓ１２０）。
［平行投影］
ここで、電子線装置の校正手続きの前提となる平行投影について説明する。電子顕微鏡では倍率が低倍率〜高倍率（ex.２〜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。平行投影と見なせる倍率は、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倍や10000倍を基準倍率とする。偏位修正パラメータは、ステレオ画像で立体視できるように、試料の左右画像を偏位修正する為のパラメータである。
図５は平行投影の説明図である。平行投影の場合は、対象座標系７４として回転を考慮した座標系（ＸＲ，ＹＲ，ＺＲ）を用い、縮尺係数としてＫ１、Ｋ２を選定すると次式が成立する。
Figure 2005122933
 すると、対象座標系７４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。
Figure 2005122933
 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、回転行列の要素ａi,jが画像座標系７２の対象座標系７４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。
Figure 2005122933
偏位修正パラメータの算出においては、式（１）、（２）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、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（１）、（２）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。
［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、さらに複数の基準マークを用意し、複数方向からの画像を得ることにより、式（４）によって補正することが可能となる。即ち、式（１）、（２）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 ・・・…（４）
ｙ’＝ｙ＋Δｙ
ここで、ｋ１、ｋ２を放射方向レンズ歪み係数とすると、次式により行われる。
Figure 2005122933
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。電子レンズの歪曲収差の計算では、レンズ歪係数が未知変量として増えるので、更に基準点を増やし画像座標と対象座標を計測して、あてはめ逐次近似解法によって算出するとよい。また、レンズ歪係数は、式（５）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（５）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。例えば、求められたレンズ歪係数を利用して、レンズ歪みを補正するようにビームをスキャンすれば、結果として補正した画像を取得することが可能となる。あるいは、レンズ歪をメモリに記憶させ、レンズ歪を補正するようにビームスキャンさせれば、画像におけるレンズ歪補正が可能となる。
図６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、電子線測定装置は、前述の測定部２０、校正データ作成部３０、既知基準データ記憶部３２、校正部４０、電子レンズ収差補償部４２、形態・座標測定部５０に加えて、画像修正部６０、画像補正係数算出部６２、補正係数記憶部６４を備えている。
形態・座標測定部５０は、概略測定部５２と精密測定部５４を備えている。概略測定部５２は、ステレオ画像に撮影されている試料９の概略の形態または座標値を求める。精密測定部５４は、画像修正部６０によって修正されたステレオ画像に基づき試料９の形態または座標値を求める。
画像修正部６０は、概略測定部５２で求められた試料９の形態または座標値に基づいて、ステレオ画像が撮影された傾斜状態に対応する補正係数を補正係数記憶部６４から読み出し、ステレオ画像を修正する。画像補正係数算出部６２は、試料傾斜部５によって形成される複数の傾斜状態について、電子線検出部４により撮影されるステレオ画像に対する補正係数を算出する。この補正係数の算出過程に関しては、後で詳細に説明する。補正係数記憶部６４は、画像補正係数算出部６２で算出された補正係数を、試料傾斜部５によって形成される複数の傾斜状態毎に記憶する。
次に、このように構成された装置によるステレオ画像計測に必要な電子線装置の校正手続きに関して説明する。図７は本発明の実施例２における電子線装置の校正手続きを含む電子線測定のフローチャートである。図７では、基準テンプレート９ａ、９ｃを用いて電子線装置の校正処理を行ない、次に試料の画像計測を行う処理フローを示している（Ｓ２００）。まず、Ｓ２０２〜Ｓ２１０に関しては、前述のＳ１０２〜Ｓ１１０の説明と同様である。即ち、試料ホルダ３に基準テンプレート９ａ、９ｃを載せて、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（Ｓ２０２）。測定部２０は、電子線検出部４から得られる基準テンプレート９ａ、９ｃの傾斜画像を取得する（Ｓ２０４）。そして、測定部２０は、電子線検出部４で撮影された基準テンプレート９ａ、９ｃのステレオ画像に基づいて、基準テンプレート９ａ、９ｃの形態または座標値を求める（Ｓ２０６）。校正データ作成部３０は、Ｓ２０６での基準テンプレート９ａ、９ｃの測定結果と、基準テンプレート９ａ、９ｃに関する既知基準データとを比較して、電子線装置１０により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する（Ｓ２０８）。校正部４０は、校正データに基づき、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように、電子線装置１０の校正を行う（Ｓ２１０）。画像補正係数算出部６２は、試料傾斜部５によって形成される複数の傾斜状態について、電子線検出部４により撮影されるステレオ画像に対する補正係数を算出して、補正係数記憶部６４に記憶する（Ｓ２１２）。
次に、試料ホルダ３に試料（計測対象物）９を載せる（Ｓ２１４）。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して、電子線検出部４により試料９を撮影する（Ｓ２１６）。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、概略測定部５２により、所望の傾斜状態における試料９のステレオ画像に基づいて、試料９の形態または座標値を求める（Ｓ２１８）。
画像修正部６０は、ステレオ画像が撮影された傾斜状態に対応する補正係数を、補正係数記憶部６４に記憶された補正係数から読み出す（Ｓ２２０）。そして、画像修正部６０は、概略測定部５２により求められた試料９の形態または座標値に対して、Ｓ２２０で読み出した補正係数を適用して、ステレオ画像を修正する（Ｓ２２２）。精密測定部５４は、画像修正部６０によって修正されたステレオ画像に基づき試料９の形態または座標値を求める（Ｓ２２４）。試料９の形態または座標値が精密に取得できれば、リターンとなる（Ｓ２２６）。好ましくは、試料の観察を行なう為に、画像修正部６０によって修正されたステレオ画像を、表示装置２８に表示するとよい。
続いて、図４のＳ１０６、Ｓ１１６や図７のＳ２０６、Ｓ２１８で行なわれる処理の一例を説明する。この処理は、所望の傾斜状態における基準テンプレート９ａ、９ｃや試料９のステレオ画像に基づいて、基準テンプレート９ａ、９ｃや試料９の形態または座標値を求めるものである。図８は電子線検出部４で撮影されたステレオ画像の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）は画像座標変換処理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。さらに図８（Ｂ）の画像は画像座標変換処理される。画像座標変換処理は、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もので、例えば測定部２０や形態・座標測定部５０により行なわれる。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。
図９は基準テンプレートの形態または座標値を求める処理の一例を説明するフローチャートである。図９では、測定部２０が、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（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を傾斜状態に移行させる（Ｓ３０４）。次に、電子線測定装置は、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（Ｓ３０６）。そして、電子線測定装置は、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（Ｓ３０８）。Ｓ３０８で、まだ必要な画像数に達していなければ、Ｓ３０４に戻って、さらに傾斜画像を得る。
Ｓ３０８で、必要な画像数に達している場合は、測定部２０が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（Ｓ３１０）。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。
続いて、測定部２０は、変数係数取得処理（Ｓ３１２〜Ｓ３１８）を行なう。まず、測定部２０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（Ｓ３１２）。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（Ｓ３１４）。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。
＜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（６）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） （６）
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。
＜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。
［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１０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。
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。
Ｍ＝Ｍ（Ｘｉ，Ｙｉ） １≦ｉ≦Ｎ （７）
Ｉ＝Ｉ（Ｕ＋Ｘｉ，Ｖ＋Ｙｉ） （８）
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｝］ （９）
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。
そして、画像補正係数算出部６２は、Ｓ３１２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（Ｓ３１６）。Ｓ３１６で求めた第１の画像補正係数は、例えば測定部２０、形態・座標測定部５０や画像修正部６０による利用可能な状態で、例えば補正係数記憶部６４に記憶される（Ｓ３１８）。第１の画像補正係数は、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。
［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 （１０）
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、Ｓ３１２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。
図１１は試料の形態または座標値を求める処理の一例を説明するフローチャートである。図１１では、図９のＳ３１６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（Ｓ３５０）。まず、試料ホルダ３に計測対象物９を載せる（Ｓ３５２）。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（Ｓ３５４）。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（Ｓ３５６）。そして、測定部２０の基準画像選定処理は、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（Ｓ３５８）。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（Ｓ３６０）。
測定部２０の画像変換処理は、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（Ｓ３６２）。続いて、測定部２０の画像座標変換処理では、基準画像と測定部２０の画像変換処理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（Ｓ３６４）。形態・座標測定部５０は、測定部２０の画像座標変換処理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（Ｓ３６６）。
そして、形態・座標測定部５０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（Ｓ３６８）。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測定部２０の画像変換処理と画像座標変換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測定部２０の画像変換処理の後であって、測定部２０の画像座標変換処理の前に行っても良い。
また、Ｓ３６４とＳ３６６の間に、測定部２０の画像座標変換処理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、測定部２０の画像座標変換処理で座標変換された非基準画像と基準画像に対して、第２の画像補正係数を用いて補正することで、形態・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。
［高さ計測］
続いて、第１の画像補正係数に関して、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１２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。
図１３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 （１１）
Ｌｙ＝Ｙ
右画像 Ｒｘ＝(Ｘ×cosθ−Ｚ×sinθ)×s （１２）
Ｒｙ＝Ｙ
ｓ：分解能(1pixel)
となり、画像と試料の回転角度を考慮してオリエンテーション行列により三次元の座標を求めると、以下のようになる。
Ｘ＝Ｌｘ＋Ｒｘ （１３）
Ｚ＝Ｌｘ−Ｒｘ
Ｙ＝Ｌｙ＝Ｒｙ
式（１３）は図１４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１５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。
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１４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（１２）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 （１４）
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’ （１５）
Ｚ＝Ｘ’×sinθ’＋Ｚ’×cosθ’
Ｙ＝Ｙ’
そこで、試料９の傾斜状態に応じて式（１３）や式（１５）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。
実施例２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。
図１６は、本発明の実施例３を説明する全体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１６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。
図１７は、本発明の実施例４を説明する全体構成ブロック図である。図において、電子線測定装置は、実施例１で説明された測定部２０に加えて、第３の測定部としての形態・座標測定部５０、画像修正部６０、画像補正係数算出部６２、補正係数記憶部６４を備えている。形態・座標測定部５０には、概略測定ステップＳ４０２と精密測定ステップＳ４０８を実行する機能が設けられている。画像修正部６０には、画像修正ステップ（Ｓ４０４、Ｓ４０６）を実行する機能が設けられている。なお、実施例１〜３では電子線装置の校正手続きを行なうために、校正データ作成部３０、既知基準データ記憶部３２、校正部４０、電子レンズ収差補償部４２を設けていたが、実施例４では電子線装置の校正手続きが完了したものとして、画像修正を単独で行なう場合を示している。
このように構成された装置の動作を次に説明する。図１８は本発明の実施例４における電子線測定のフローチャートである。概略測定ステップでは、形態・座標測定部５０が、電子線検出部４のステレオ画像に相当する出力に基づき概略の試料９の形態または座標値を求める（Ｓ４０２）。画像修正ステップでは、画像修正部６０が、概略測定ステップで求められた試料９の形態または座標値に基づいて、補正係数記憶部６４から対応する像補正係数を読み出し（Ｓ４０４）、この像補正係数を用いてステレオ画像を修正する（Ｓ４０６）。精密測定ステップでは、形態・座標測定部５０が、画像修正部６０で修正された修正ステレオ画像に基づき試料９の形態または座標値を求める（Ｓ４０８）。試料９の形態または座標値が精密に取得できれば、リターンとなる（Ｓ４１０）。好ましくは、試料の観察を行なう為に、画像修正部６０によって修正されたステレオ画像を、表示装置２８に表示するとよい。
なお、上記の実施の形態においては、校正データ作成部によって作成される電子線測定装置の校正データとして、試料傾斜部５の傾斜量の校正データ、電子光学系２の照射電子線７に対する照射方向の校正データ、電子光学系２の倍率に関する校正データ、電子光学系２の歪み補正に関する校正データを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、要するに校正データ作成部によって作成される校正データは、校正部によって、電子線検出部４で検出される試料像の収差を減少させるように校正ができるものであれば良い。
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。 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。 （Ａ）は平面型の基準テンプレート、（Ｂ）は立体型の基準テンプレートの説明図である。 本発明の実施例１における電子線装置の校正手続きを含む電子線測定のフローチャートである。 平行投影の説明図である。 本発明の実施例２を説明する構成ブロック図である。 本発明の実施例２における電子線装置の校正手続きを含む電子線測定のフローチャートである。 電子線検出部４で撮影されたステレオ画像の左右画像と基準状態での画像とを説明する図である。 基準テンプレートの形態または座標値を求める処理の一例を説明するフローチャートである。 正規化相関係数によるマッチング法の説明図である。 試料の形態または座標値を求める処理の一例を説明するフローチャートである。 試料ホルダ３の座標系を説明する斜視図である。 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。 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。 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。 本発明の実施例３を説明する全体構成ブロック図である。 本発明の実施例４を説明する全体構成ブロック図である。。 本発明の実施例４における電子線測定のフローチャートである。
符号の説明
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 測定部
３０ 校正データ作成部
４０ 校正部
５０ 形態・座標測定部
５２ 概略測定部
５４ 精密測定部
６０ 画像修正部
６４ 補正係数記憶部

Claims (12)

  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測定装置であって；
    前記試料ホルダに保持された基準テンプレートと前記照射電子線とを前記試料傾斜部により相対的に傾斜させて、前記電子線検出部で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定部と；
    前記第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成部と；
    前記校正データに基づき、前記電子線検出部で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正部と；
    前記校正部による校正が行なわれた試料ホルダに載置された試料であって、前記試料傾斜部によって形成される傾斜状態で前記電子線検出部により撮影された前記試料のステレオ画像に基づいて、前記試料の形態または座標値を求める第２の測定部と；
    を備える電子線測定装置。
  2. さらに、前記試料傾斜部によって形成される複数の傾斜状態について、前記電子線検出部により撮影されるステレオ画像に対する補正係数を記憶する補正係数記憶部と；
    前記ステレオ画像が撮影された傾斜状態に対応する補正係数を、前記補正係数記憶部から読み出し、前記ステレオ画像を修正する画像修正部と；
    を備え；
    前記第２の測定部が、前記ステレオ画像に撮影されている試料の概略の形態または座標値を求める概略測定部と、前記画像修正部によって修正されたステレオ画像に基づき試料の形態または座標値を求める精密測定部を有し；
    前記画像修正部によって、前記概略測定部で求められた試料の形態または座標値に基づいて、前記補正係数記憶部から読み出された補正係数を用いて、前記ステレオ画像を修正するように構成された請求項１記載の電子線測定装置。
  3. 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；
    前記試料ホルダに保持された基準テンプレートと前記照射電子線とを前記試料傾斜部により相対的に傾斜させて、前記電子線検出部で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定部と；
    前記第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成部と；
    前記校正データに基づき、前記電子線検出部で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正部と；
    前記校正部による校正が行なわれる試料ホルダに載置された試料であって、前記試料傾斜部によって形成される傾斜状態で前記電子線検出部により撮影された前記試料のステレオ画像に基づいて、前記試料の形態または座標値を求める第２の測定部と；
    前記電子線検出部により検出された電子線に基づき、前記試料のステレオ画像を表示する画像表示部と；
    を備える電子線観察装置。
  4. 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又は請求項２に記載の電子線測定装置又は請求項３に記載の電子線観察装置。
  5. 前記校正データ作成部によって、前記試料傾斜部の傾斜量の校正データが作成され；
    前記校正部によって、前記試料傾斜部の傾斜量が校正される；
    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または観察装置。
  6. 前記校正データ作成部によって、前記電子光学系の照射電子線に対する照射方向の校正データが作成され；
    前記校正部によって、前記電子光学系の照射電子線の照射方向が校正される；
    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または観察装置。
  7. 前記校正データ作成部によって、前記電子光学系の倍率に関する校正データが作成され；
    前記校正部によって、前記電子光学系の走査範囲が校正される；
    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または観察装置。
  8. 前記校正データ作成部によって、前記電子光学系の歪み補正に関する校正データが作成され；
    前記校正部によって、前記電子光学系の走査コイルの走査方向が校正される；
    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または観察装置。
  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、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測定装置を用いた電子線測定方法であって；
    前記試料ホルダに保持された基準テンプレートと前記照射電子線とを前記試料傾斜部により相対的に傾斜させて、前記電子線検出部で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定ステップと；
    前記第１の測定ステップでの基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成ステップと；
    前記校正データに基づき、前記電子線検出部で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正ステップと；
    前記校正ステップによる校正が行なわれる試料ホルダに載置された試料であって、前記試料傾斜部によって形成される傾斜状態で前記電子線検出部により撮影された前記試料のステレオ画像に基づいて、前記試料の形態または座標値を求める第２の測定ステップと；
    をコンピュータに実行させる電子線測定方法。
  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、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測定装置を用いた電子線測定方法であって；
    前記試料ホルダに保持された基準テンプレートと前記照射電子線とを前記試料傾斜部により相対的に傾斜させて、前記電子線検出部で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定ステップと；
    前記第１の測定ステップでの基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成ステップと；
    前記校正データに基づき、前記電子線検出部で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正ステップと；
    前記試料傾斜部によって形成される複数の傾斜状態について、前記電子線検出部により撮影されるステレオ画像に対する補正係数を記憶する補正係数記憶ステップと；
    前記校正ステップによる校正が行なわれた試料ホルダに載置された試料であって、前記試料傾斜部によって形成される傾斜状態で前記電子線検出部により撮影された前記試料のステレオ画像に基づいて、前記試料の概略の形態または座標値を求める概略測定ステップと；
    前記ステレオ画像が撮影された傾斜状態に対応する補正係数を、前記補正係数記憶ステップで記憶された補正係数から読み出して、前記概略測定ステップで求められた試料の形態または座標値に対して前記補正係数を適用して、前記ステレオ画像を修正する画像修正ステップと；
    前記画像修正ステップによって修正されたステレオ画像に基づき試料の形態または座標値を求める精密測定ステップと；
    をコンピュータに実行させる電子線測定方法。
  11. 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測定装置を用いた電子線観察方法であって；
    前記試料ホルダに保持された基準テンプレートと前記照射電子線とを前記試料傾斜部により相対的に傾斜させて、前記電子線検出部で撮影された前記基準テンプレートのステレオ画像に基づいて、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定ステップと；
    前記第１の測定ステップでの基準テンプレートの測定結果と、前記基準テンプレートに関する既知基準データとを比較して、前記電子線測定装置により撮影されるステレオ画像の校正データを作成する校正データ作成ステップと；
    前記校正データに基づき、前記電子線検出部で検出される試料像の収差を減少させるように校正を行う校正ステップと；
    前記校正ステップによる校正が行なわれる試料ホルダに載置された試料であって、前記試料傾斜部によって形成される傾斜状態で前記電子線検出部により撮影された前記試料のステレオ画像に基づいて、前記試料の形態または座標値を求める第２の測定ステップと；
    前記電子線検出部により検出された電子線に基づき、前記試料のステレオ画像を表示する画像表示ステップと；
    をコンピュータに実行させる電子線観察方法。
  12. 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測定装置であって；
    試料傾斜部によって形成される傾斜状態により得られたステレオ画像に相当する出力に基づき、試料の形態または座標値を求める第３の測定部と；
    基準のデータとして形状または座標値が判明している基準テンプレートを試料ホルダに載置し、前記照射電子線と前記基準テンプレートとを相対的に傾斜させ、前記電子線検出部から出力されるステレオ画像に相当する信号に基づき、前記基準テンプレートの形態または座標値を求める第１の測定部と；
    前記第１の測定部での基準テンプレートの測定結果と前記基準テンプレートの判明している基準データとを比較し、前記試料傾斜部により試料を傾斜させる傾斜面以外の空間における補正係数を記憶しておく補正係数記憶部と；
    前記補正係数記憶部から対応する補正係数を読み出し、画像を修正する画像修正部とを備え；
    前記第３の測定部が、前記電子線検出部のステレオ画像に相当する出力に基づき概略の試料の形態または座標値を求める概略測定ステップを実行し；
    前記画像修正部が、前記概略測定ステップで求められた試料の形態または座標値に基づいて、前記補正係数記憶部から対応す像補正係数を読み出して画像を修正する画像修正ステップを実行し；
    前記第３の測定部が、前記画像修正部で修正された修正ステレオ画像に基づき試料の形態または座標値を求める精密測定ステップを実行する；
    電子線測定装置。

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