JP2006003235A - Electron beam system and datum sample therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron beam system and a datum sample therefor, capable of carrying out a precise image measurement of a sample, without depending on the tilt angle nor the height of the sample. <P>SOLUTION: The electron beam system, which is shown in Figure for example, is equipped with: an electron beam source 1 emitting an electron beam; an electronic optical system 2 which converges the electron beam 7 emitted from the electron beam source 1 and irradiates a sample 9 with it; a detecting section 4 which receives an electron 7d from the sample 9 irradiated with the electron beam 7; a sample support section 3 which supports the sample 9; a sample tilting section 5(5a, 5b) which tilts the sample 9 relatively to the electron beam 7 impinging on the sample 9 being supported by the sample support section 3; and a data processing section 20 which receives detection signals from the detecting section 4 that receives electrons from the datum sample 9a being supported by the sample support section 3 so as to be relatively tiltable and having at least two tilt surfaces, at each state of the tilt surfaces, and which obtains a tilt angle of the datum sample 9a from images of the two tilt surfaces and the datum dimension of the datum sample 9a. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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システムと電子線システム用基準試料に関し、特に3D計測する際の走査型荷電粒子ビーム装置のビームや試料傾斜時の角度と倍率の補正や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のできる電子線システムと電子線システム用基準試料に関する。   The present invention relates to an electron beam system that accurately performs three-dimensional measurement of a sample using a sample image captured by an electron microscope, and a reference sample for an electron beam system, and more particularly to a scanning charged particle beam apparatus for 3D measurement. The present invention relates to an electron beam system capable of adjusting correction of an angle and magnification at the time of tilting a beam or a sample, or correction in an electron optical system so as to be suitable for image measurement, and a reference sample for the electron beam system.

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。   In a scanning charged particle beam apparatus such as a conventional scanning electron microscope (SEM), an off-axis aberration of an electron lens is corrected in order to increase the resolution of a scanning electron microscope image or the like. The off-axis aberration of the electron lens is performed, for example, by compensating for spherical aberration, coma aberration, field aberration, astigmatism, and field distortion. Also, with regard to spherical aberration, Zelzer's theorem is known, and it is known that an axially symmetric electron lens used in an electron microscope or the like cannot eliminate spherical aberration regardless of electrostatic type or magnetic type. It has been. Therefore, in order to compensate for spherical aberration, an aspherical mesh or an aspherical form is used as the electrostatic electrode shape or the magnetic pole shape.

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。   On the other hand, in the case of a transmission electron microscope (TEM), a sample is tilted, transmission images with different tilt angles are obtained, and stereo observation of the sample is performed using this as a left and right image. For example, as shown in Non-Patent Document 1, in the case of a scanning electron microscope (SEM), a sample is tilted or an electron beam is tilted to obtain reflected images having different tilt angles. Stereo observation is performed as left and right images. And, for example, as shown in Patent Documents 1 and 2, in the field of semiconductor manufacturing equipment, the stereo detection data obtained from the electron microscope is appropriately processed so that the sample image can be stereoscopically observed accurately and accurately, and Based on this, an electron beam apparatus and a data processing apparatus for an electron beam apparatus that can perform three-dimensional shape measurement have been proposed.

特開2002−270126号公報 [0005]、図3、図15JP, 2002-270126, A [0005], FIG. 3, FIG. 特開2002−270127号公報 [0005]、図3、図15JP-A-2002-270127 [0005], FIG. 3, FIG. 「医学・生物学電子顕微鏡観察法」 第278頁〜第299頁、1982年刊行"Medical / biological electron microscopy" pp. 278-299, published in 1982

ところが、特に半導体チップやシリコンウエハのような試料を3D計測しようとした場合、計測撮影時のビームや試料の傾斜角度や倍率を正確に求める必要がある。また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。傾斜角度や倍率が正確でなかったり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値が正しく求まらず、さらに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、従来のような概略の傾斜角度値や倍率、そして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。   However, in particular, when a sample such as a semiconductor chip or a silicon wafer is to be measured in 3D, it is necessary to accurately obtain the tilt angle and magnification of the beam and sample during measurement imaging. There are electron beam distortion and magnification distortion depending on the tilt direction and height direction of the sample. If the tilt angle or magnification is not accurate, or if electron beam distortion or magnification distortion is included in the measurement direction of the sample image, the value when measuring the sample by image measurement cannot be obtained correctly, and the accuracy further varies. There was a problem. In recent semiconductor microfabrication, for example, the pattern width formed on a chip is miniaturized to the submicron order, and the dimensional error allowed for three-dimensional shape measurement is more severe than in the past. Therefore, the conventional methods of compensating for the tilt angle value and magnification, and the off-axis aberration of the electronic lens such as spherical aberration, have a problem that the accuracy required for stereo image measurement cannot be obtained.

本発明は上述した課題を解決したもので、試料の傾斜角や高さに依存することなく、精度のよい試料の画像計測が行なえる電子線装置と電子線装置用基準試料を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and provides an electron beam apparatus and a reference sample for an electron beam apparatus that can perform accurate sample image measurement without depending on the inclination angle or height of the sample. Objective.

上記目的を達成する本発明の電子線システムは、例えば図1に示すように、電子線を射出する電子線源1と;電子線源1から射出された電子線7を収束し、試料9に照射する電子光学系2と;電子線7が照射された試料9からの電子7dを受け取る検出部4と;試料9を支持する試料支持部3と;試料支持部3で支持された試料9に照射される電子線7と試料3とを相対的に傾斜させる試料傾斜部5(5a,5b)と;前記相対的な傾斜が自在であるように試料支持部3で支持された少なくとも傾斜した2面を有する基準試料9aから電子を受け取った検出部4からの検出信号を、傾斜毎に受け取り、前記傾斜した2面の画像と基準試料9aの基準寸法とから、基準試料9aの傾斜角度を求めるデータ処理部20等とを備える。   An electron beam system according to the present invention that achieves the above-described object includes an electron beam source 1 that emits an electron beam, as shown in FIG. 1, for example, and converges an electron beam 7 emitted from the electron beam source 1 to a sample 9. Electron optical system 2 for irradiating; detecting unit 4 for receiving electrons 7d from sample 9 irradiated with electron beam 7; sample supporting unit 3 for supporting sample 9; sample 9 supported by sample supporting unit 3 A sample tilting portion 5 (5a, 5b) for relatively tilting the irradiated electron beam 7 and the sample 3; and at least tilted 2 supported by the sample support portion 3 so that the relative tilting is possible. The detection signal from the detection unit 4 that has received electrons from the reference sample 9a having a surface is received for each inclination, and the inclination angle of the reference sample 9a is determined from the two inclined images and the reference dimensions of the reference sample 9a. A data processing unit 20 and the like.

前記データ処理部は、前記電子線システムにおいて、さらに試料画像の倍率を求めるように構成されていてもよい。   The data processing unit may be further configured to obtain a magnification of the sample image in the electron beam system.

また、前記データ処理部は、得られた傾斜角度に基づき試料傾斜量の補正係数を求め、試料傾斜量の補正係数に基づき傾斜角度の補正を行うように構成されていてもよい。ここでいう試料は典型的には被計測試料である。   The data processing unit may be configured to obtain a correction coefficient for the sample inclination amount based on the obtained inclination angle, and to correct the inclination angle based on the correction coefficient for the sample inclination amount. The sample here is typically a sample to be measured.

前記データ処理部は、得られた複数の傾斜角度に基づき、測定された傾斜角度間の傾斜に関しても試料傾斜量の補正係数を求め、測定された傾斜角度以外の傾斜角度に関しても試料傾斜量の補正を行うように構成されていてもよい。   The data processing unit obtains a correction coefficient for the sample inclination amount with respect to the inclination between the measured inclination angles based on the obtained plurality of inclination angles, and the sample inclination amount with respect to an inclination angle other than the measured inclination angle. You may be comprised so that correction | amendment may be performed.

上記目的を達成する本発明の電子線システムは、例えば図1に示すように、電子線を射出する電子線源1と;電子線源1から射出された電子線7を収束し、試料に照射する電子光学系2と;電子線7が照射された試料9からの電子を受け取る検出部4と;試料9を支持する試料支持部3と;試料支持部3で支持された試料9に照射される電子線7と試料9とを相対的に傾斜させる試料傾斜部5(5a,5b)と;前記相対的な傾斜が自在であるように試料支持部3で支持された少なくとも傾斜した2面を有する基準試料9aから電子を受け取った検出部4からの検出信号を、傾斜毎に受け取り、試料9の画像のうち、試料9の傾斜によっても電子線光学系における変位が少ない位置の画像に基づき、その画像中の傾斜した2面の画像と、基準試料9aの基準寸法とから、基準試料9aの傾斜角度を求める処理と、周辺画像におけるその傾斜角度における倍率と、検出信号による画像の倍率の差に基づき補正係数を求める処理と、を行うデータ処理部とを備える。
本電子線システムは、典型的には、角度測定、電子レンズ歪、スキャン歪等の画像補正をするものであり、典型的には平行投影を行うものである。
An electron beam system according to the present invention that achieves the above object includes, as shown in FIG. 1, for example, an electron beam source 1 that emits an electron beam; and an electron beam 7 emitted from the electron beam source 1 is converged and irradiated onto a sample. An electron optical system 2; a detection unit 4 that receives electrons from a sample 9 irradiated with an electron beam 7; a sample support unit 3 that supports the sample 9; and a sample 9 supported by the sample support unit 3 A sample inclination part 5 (5a, 5b) for relatively inclining the electron beam 7 and the sample 9; and at least two inclined surfaces supported by the sample support part 3 so that the relative inclination can be freely performed. A detection signal from the detection unit 4 that has received electrons from the reference sample 9a is received for each tilt, and based on an image of the sample 9 at a position where the displacement of the electron beam optical system is small due to the tilt of the sample 9, Two inclined images in the image and the reference Data processing for performing processing for obtaining the tilt angle of the reference sample 9a from the reference dimensions of the material 9a, processing for obtaining a correction coefficient based on the difference between the magnification at the tilt angle in the peripheral image and the magnification of the image based on the detection signal A part.
The electron beam system typically performs image correction such as angle measurement, electron lens distortion, and scan distortion, and typically performs parallel projection.

前記電子線システムでは、試料傾斜部5は、試料9を電子線7に対して傾斜させる試料ホルダー3の傾斜制御5b(たとえば図1)、または、電子線7を試料9に対して異なる角度で照射するようにする電子線7の偏向制御5a(例えば図17)のいずれかをするように構成されているとよい。   In the electron beam system, the sample tilting unit 5 is configured to tilt the sample 9 with respect to the electron beam 7 by tilt control 5b (for example, FIG. 1) of the sample holder 3 or the electron beam 7 with respect to the sample 9 at different angles. It may be configured to perform any one of deflection control 5a (for example, FIG. 17) of the electron beam 7 to be irradiated.

前記データ処理部は、補正係数を用いて、電子線検出部4からの信号に基づき、電子レンズ歪、スキャン歪などを補正した試料画像を形成する画像形成部24を有するとよい。ここでいう試料は典型的には被計測試料である。電子線検出部4で検出する電子は、二次電子や反射電子が該当する。   The data processing unit may include an image forming unit 24 that forms a sample image in which electron lens distortion, scan distortion, and the like are corrected based on a signal from the electron beam detection unit 4 using a correction coefficient. The sample here is typically a sample to be measured. The electrons detected by the electron beam detector 4 correspond to secondary electrons and reflected electrons.

前記電子線システムでは、前記データ処理部は、測定が行われた傾斜に関する補正係数に加えて、測定が行われていない傾斜における補正係数も補間により求めるように構成されているとよい。   In the electron beam system, the data processing unit may be configured to obtain, by interpolation, a correction coefficient for an inclination for which measurement has not been performed, in addition to a correction coefficient for the inclination for which measurement has been performed.

上記目的を達成する本発明の基準試料9aは、所定のテーパ角により底部と、頂部とこれをつなぐ側面部とからなるパターンであって、各部の寸法、側面部の角度、高さが既知である、前記電子線システムに用いる基準試料である。   The reference sample 9a of the present invention that achieves the above object is a pattern comprising a bottom portion, a top portion, and a side surface portion connecting the top portion with a predetermined taper angle, and the dimensions, angle and height of each portion are known. A reference sample used in the electron beam system.

前記基準試料9aでは、前記パターンはラインアンドスペースパターンから構成されているとよい。   In the reference sample 9a, the pattern may be a line and space pattern.

前記基準試料9aでは、前記ラインアンドスペースパターンは、試料の傾斜方向と直交する方向に形成されているとよい。   In the reference sample 9a, the line and space pattern may be formed in a direction orthogonal to the tilt direction of the sample.

本発明の電子線装置と電子線装置用基準試料によれば、たとえば、傾斜角、倍率、電子光学系に付随するひずみを算出し、補正することにより撮影画像を修正し、精度のよい試料の計測を行うことができる。   According to the electron beam apparatus and the reference sample for the electron beam apparatus of the present invention, for example, the tilt angle, magnification, and distortion associated with the electron optical system are calculated and corrected to correct the photographed image. Measurement can be performed.

[高さ計測]
本発明の説明に先立ち、基本となる高さ計測の原理について説明する。
図2、図3は、傾斜画像取得の際のホルダの傾斜と、試料ホルダ3(図1参照)の座標系を説明する座標図と斜視図である。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。
[Height measurement]
Prior to the description of the present invention, the basic principle of height measurement will be described.
2 and 3 are a coordinate diagram and a perspective view for explaining the tilt of the holder at the time of tilt image acquisition and the coordinate system of the sample holder 3 (see FIG. 1). In the coordinate system of the sample holder 3, the Y axis is the rotation axis, and the angle θ is the clockwise direction in the + direction.

図4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 ……(1)
Ly=Y
右画像 Rx=(X×cosθ−Z×sinθ)×s ……(2)
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 ……(3)
Z=Lx−Rx
Y=Ly=Ry
式(3)は図5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6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。
FIG. 4 is a front view showing the relationship between the image and the sample when the measurement object 9 is irradiated with an electron beam. From geometric relationship,
Left image Lx = (X × cosθ + Z × sinθ) × s (1)
Ly = Y
Right image Rx = (X × cosθ−Z × sinθ) × s (2)
Ry = Y
s: Resolution (1 pixel)
Thus, when the three-dimensional coordinates are obtained from the orientation matrix in consideration of the rotation angle of the image and the sample, the following is obtained.
X = Lx + Rx (3)
Z = Lx−Rx
Y = Ly = Ry
As shown in FIG. 5, the expression (3) is effective only when the left and right images have an angle across the Z axis as the shooting direction of the stereo image. Next, we will derive a formula that can be used without depending on the angle. FIG. 6 shows a case where the left and right images are inclined by θ1 and θ2 with respect to the Z axis as the shooting direction of the stereo image, respectively.

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5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(2)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 ……(4)
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’ ……(5)
Z=X’×sinθ’+Z’×cosθ’
Y=Y

[原理]
本発明における基本原理は、基準試料としての基準テンプレートの既知の形状データと、電子線測定装置を傾斜させて得られる基準テンプレートのデータから基準テンプレートを撮影したときの傾斜角度θ、倍率、電子光学系に起因するひずみを求め、それら値を記憶させておき、補正した傾斜角度にて試料を計測する際には、あらかじめ基準テンプレートにて算出された傾斜角度、倍率、電子光学系のひずみを利用して画像修正し3D計測を行うものである。
基準テンプレートとしては、形状が既知なものを利用するか、既知でないものを利用する場合は計測して基準テンプレートとする。基準テンプレートとしては、凹凸のあるもの、たとえば図7に示すようなライン&スペースのようなものでよいが、基準テンプレートとして必要な既知データは、図8、図9に示されているような、凹凸の形状、すなわち凹凸間の間隔L(ライン&スペースパターンの場合はピッチ間隔L)や凹凸の高さh、テーパ角φなどである。
そして、本発明の電子線システムの撮影により得られたこの基準テンプレートの画像から、ピッチ間隔L’と側面の間隔d‘(x‘)を求める。
これらを求めると以下の式から、撮影したときの電子線測定装置の傾斜角θ、倍率sを算出することができる。

☆ 計算式:傾斜角、倍率算出
ピッチ間隔L[nm]、テーパ角φ[度]、高さh[nm]がわかっているL/S試料を、倍率S[倍]、傾斜角度θ[度]で撮影した時のsとθを求める。

θ傾斜した場合のピッチ間隔L’[pixel]は、1pixelの大きさをs[nm]として、
L’=L × cosθ / s ……E1

θ傾斜した時の側面の幅d’[pixel]は
d’=l × cos(φ−θ) / s
= (h / sinφ) × cos(φ−θ) /s ……E2

式E1と式E2をsについて解くと、
L× cosθ /L’= (h / sinφ)× cos(φ−θ)/ d’
= (h / sinφ) ×(cosφcosθ + sinφsinθ) / d’

∴θ = tan‐1( Ld’/h L’− (1 / tanφ) ) ……E3

☆ひずみ補正
さらに、電子光学系のひずみ補正パラメータ算出について説明する。
電子光学系のひずみについては、レンズ系の歪曲収差や電子線のスキャン歪、その他電子光学系全体でもつ歪について一括して補正係数を持たせることで補正が可能となる。
たとえば、基準テンプレートを図7のようなライン&スペースとした場合、この基準テンプレートの側面と上面、側面と底面の境界は直線となるので、この部分を直線として近似することにより補正が可能となる。
すなわち、直線は以下の式で近似できる(図19参照)。
xsinα+ycosα=q
電子光学系の歪を考慮した場合上式は、
(x+Δx)sinα+(y+Δy)cosα=q
ここでΔx、Δyはひずみ量である。
上式は、基準テンプレートの側面と底面、側面と上面の境界上のいくつかの点(ひずみのため曲がっている)が「直線上の点である」という条件を示している。
これらの点を補正したときに直線になるように、ひずむモデルを調整する。
The angle of the left image is θ1, and the angle of the right image is θ2, and a Z ′ axis obtained by inclining the Z axis by θ ′ is assumed. Here, it is assumed that the left and right shooting directions of the stereo image in FIG. 5 are symmetrical with respect to the Z ′ axis. Then, by applying the pseudo coordinates (X ′, Y ′, Z ′), the angle of the image becomes θ ′ ± θ, and the equation (2) is used to further change to the coordinates XYZ later by θ 'Rotate.
Z ′ = ((Lx−Rx) / (2 × sin θ)) × s (4)
X ′ = ((Lx + Rx) / (2 × cos θ)) × s
Y '= Ly = Ry
Therefore, the following equation is established.
X = X ′ × cos θ′−Z ′ × sin θ ′ (5)
Z = X ′ × sin θ ′ + Z ′ × cos θ ′
Y = Y

[principle]
The basic principle of the present invention is that the reference template is obtained from the known shape data of the reference template as the reference sample and the reference template data obtained by inclining the electron beam measuring device, the tilt angle θ, the magnification, and the electron optics. Calculate strains caused by the system, store these values, and use the tilt angle, magnification, and electron optical system strain calculated in advance in the reference template when measuring the sample at the corrected tilt angle. Then, the image is corrected and 3D measurement is performed.
As the reference template, a template having a known shape is used, or when a template having an unknown shape is used, it is measured and used as a reference template. The reference template may be uneven, such as a line and space as shown in FIG. 7, but the known data required as the reference template is as shown in FIGS. The shape of the unevenness, that is, the interval L between the unevenness (pitch interval L in the case of a line & space pattern), the height h of the unevenness, the taper angle φ, and the like.
Then, the pitch interval L ′ and the side surface interval d ′ (x ′) are obtained from the image of the reference template obtained by photographing with the electron beam system of the present invention.
When these are obtained, the tilt angle θ and the magnification s of the electron beam measuring apparatus when the image is taken can be calculated from the following equations.

☆ Calculation formula: Inclination angle, magnification calculation
S and θ when an L / S sample with a known pitch interval L [nm], taper angle φ [degrees], and height h [nm] is photographed at a magnification S [times] and an inclination angle θ [degrees] Ask for.

The pitch interval L '[pixel] when tilted by θ is defined as 1 pixel size s [nm].
L '= L x cosθ / s ...... E1

The side width d '[pixel] when tilted by θ is
d ′ = l × cos (φ−θ) / s
= (H / sinφ) × cos (φ−θ) / s …… E2

Solving E1 and E2 for s,
L × cosθ / L ′ = (h / sinφ) × cos (φ−θ) / d ′
= (H / sinφ) x (cosφcosθ + sinφsinθ) / d '

∴θ = tan -1 (Ld '/ h L'- (1 / tanφ)) ...... E3

☆ Distortion correction Furthermore, calculation of distortion correction parameters for the electron optical system will be described.
The distortion of the electron optical system can be corrected by providing correction coefficients for the distortion aberration of the lens system, the scanning distortion of the electron beam, and other distortions of the entire electron optical system.
For example, when the reference template is a line and space as shown in FIG. 7, the boundary between the side surface and the top surface and the side surface and the bottom surface of the reference template is a straight line, and correction can be performed by approximating this part as a straight line. .
That is, the straight line can be approximated by the following equation (see FIG. 19).
xsinα + ycosα = q
When considering the distortion of the electron optical system, the above equation is
(x + Δx) sinα + (y + Δy) cosα = q
Here, Δx and Δy are strain amounts.
The above equation shows the condition that several points (bent due to strain) on the side and bottom surfaces and the side and top surfaces of the reference template are “points on a straight line”.
The distortion model is adjusted so that it becomes a straight line when these points are corrected.

[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を求める場合は、式(6)によって補正することが可能となる。即ち、式(11)、(12)で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 ………(6)
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。
[Lens distortion correction]
When the distortion aberration of the electron lens constituting the electron optical system 2 is obtained, it can be corrected by the equation (6). That is, if the x and y coordinates obtained by correcting the lens distortion in equations (11) and (12) are x ′ and y ′, the following equation is established.
x ′ = x + Δx (6)
y ′ = y + Δy
Here, when k1 and k2 are radial lens distortion coefficients, the following equation is used.

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、直線上の多数の点を基準点として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(7)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(7)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。
以上のように基準テンプレートを傾斜させたい方向に傾斜させ、そのときの実際の傾斜角、倍率、電子光学系の歪を計算によりあらかじめ求めておき記憶させておけば、試料を計測する際の試料もしくはビームを傾斜させたときにそれら値を利用することで正確な三次元形状を求めることができる。測定の際の傾斜角を求め、その傾斜角に応じた各補正係数を演算により求め、補正を施すように構成してもかまわない。
The distortion of the electron lens is calculated by the successive approximation method by applying the above equation by measuring the image coordinates and the target coordinates. In the calculation of the distortion aberration of the electron lens, the lens distortion coefficient increases as an unknown variable. Therefore, it is preferable to measure the image coordinates and the target coordinates using a large number of points on the straight line as reference points, and calculate by the fitting successive approximation method. In addition, the lens distortion coefficient is the radial lens distortion in equation (7), but in addition to tangential lens distortion, spiral lens distortion, and other elements necessary for correcting the distortion aberration of the electronic lens, expression (7) is added. If a lens distortion coefficient is calculated | required, those calibration (calibration) will be attained.
For example, if the beam is scanned so as to correct the lens distortion using the obtained lens distortion coefficient, a corrected image can be acquired as a result. Alternatively, lens distortion in an image can be corrected by storing lens distortion in a memory and performing beam scanning so as to correct the lens distortion.
As described above, if the reference template is tilted in the direction in which it is desired to be tilted, and the actual tilt angle, magnification, and distortion of the electron optical system are calculated in advance and stored in advance, the sample is measured when the sample is measured. Alternatively, an accurate three-dimensional shape can be obtained by using these values when the beam is tilted. It may be configured such that an inclination angle at the time of measurement is obtained, each correction coefficient corresponding to the inclination angle is obtained by calculation, and correction is performed.

以下、図11のフローチャートに従って手順を説明する。
図7は、基準テンプレート9aとして、たとえばライン&スペースのパターンを示しており、図8はライン&スペースパターンのピッチ間隔とその傾斜について、また図9は側面の部分を説明している図である。
たとえば、基準テンプレート9aをたとえば図7のようなライン&スペースのパターンとする。
この基準テンプレートは、基準テンプレートとして販売されている市販のピッチスタンダードのようなものでもよいし、なければ、図7のようなライン&スペースパターンをCD−AFMなどの計測装置で計測してもよい。
この基準テンプレートから、試料のピッチ間隔L、テーパ角φ、高さhの値を市販品であれば利用し、そうでなければこれらデータをあらかじめ計測しておく。
S1000:電子線測定装置の試料もしくはビームの傾斜角を設定し、傾斜させる。
この傾斜角は、あらかじめ計測したい傾斜角についてすべて、あるいは代表的なものについて行う。
S1010:基準テンプレートを電子線測定装置により撮影する
S1020:撮影された基準テンプレートのピッチ間隔L‘と側面の幅d’(x’)を画像処理により算出する。
The procedure will be described below with reference to the flowchart of FIG.
FIG. 7 shows, for example, a line & space pattern as the reference template 9a. FIG. 8 is a diagram illustrating the pitch interval and inclination of the line & space pattern, and FIG. .
For example, the reference template 9a is a line and space pattern as shown in FIG.
This reference template may be a commercially available pitch standard sold as a reference template, or if not, a line & space pattern as shown in FIG. 7 may be measured by a measuring device such as a CD-AFM. .
From this reference template, values of the pitch interval L, taper angle φ, and height h of the sample are used if they are commercially available products, otherwise these data are measured in advance.
S1000: Set the tilt angle of the sample or beam of the electron beam measuring device and tilt it.
This tilt angle is performed for all or representative tilt angles to be measured in advance.
S1010: Shooting the reference template with an electron beam measuring device
S1020: The pitch interval L ′ and side width d ′ (x ′) of the photographed reference template are calculated by image processing.

[ラインのエッジ検出処理]
画像上のピッチ間隔を精度良く算出し倍率・角度の補正を行うために、ライン&スペースのエッジをサブピクセル精度で求める。方法は、取得した基準テンプレート(原器)の画像に対して直線検出オペレータを施し、エッジ点を検出する。
直線検出オペレータは画像処理でよく利用されている3×3のフィルタ型のものなどなんでもよい。
求まった全エッジ点を基に、エッジの連結性を利用して、閾値より連結したエッジ郡を基準テンプレートのライン(直線)として認識する。図21は実際にエッジ検出した例である。

S1030:撮影時の傾斜角と倍率、電子光学系に起因するひずみを算出する
これは先に原理で説明した式を用いて計算する
S1040:これら算出された傾斜角度、倍率、ひずみのパラメータを補正係数記憶部に記憶する
S1050:設定した傾斜角度につきすべて行っていれば終了、そうでなければS1000へ戻り繰り返し傾斜角度を変えて各パラメータを算出させる。
[Line edge detection processing]
In order to accurately calculate the pitch interval on the image and correct the magnification and angle, the edges of the line and space are obtained with sub-pixel accuracy. In the method, a straight line detection operator is applied to the acquired image of the reference template (generator) to detect an edge point.
The straight line detection operator may be anything such as a 3 × 3 filter type often used in image processing.
Based on the obtained all edge points, the edge group connected from the threshold is recognized as a line (straight line) of the reference template by using the edge connectivity. FIG. 21 shows an example of actual edge detection.

S1030: Calculate the tilt angle and magnification at the time of shooting, and distortion caused by the electron optical system. This is calculated using the formula explained in the principle above.
S1040: The calculated tilt angle, magnification, and distortion parameters are stored in the correction coefficient storage unit.
S1050: If all the set tilt angles have been performed, the process ends. If not, the process returns to S1000 to repeatedly change the tilt angle to calculate each parameter.

このように構成された装置において、電子線測定装置は、各傾斜角度において、基準テンプレート画像上の形状を取得しておき、それとあらかじめ計測されていた基準テンプレートから三次元計測の際に必要な傾斜角、倍率、そして電子光学系に起因する画像歪を取り除く為の補正係数を取得する。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。
In the apparatus configured as described above, the electron beam measuring apparatus acquires the shape on the reference template image at each inclination angle, and the inclination necessary for the three-dimensional measurement from the reference template measured in advance. The correction coefficient for removing the image distortion caused by the angle, the magnification, and the electron optical system is acquired. Next, a sample 9 instead of the reference template is placed on the sample holder 3 and an image of the sample 9 is acquired by an electron beam measuring apparatus using the sample 9 as an object at an arbitrary inclination angle.

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、電子線システム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が照射された対象物からの二次電子又は反射電子を検出する検出器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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a first embodiment of the present invention, and shows a case where a stereo image is obtained by adjusting a tilt angle of an object by adjusting a rotation angle of a holder that holds the object. . In the figure, an electron beam apparatus 10 (scanning microscope) as an image forming optical system in an electron beam system includes an electron beam source 1 that emits an electron beam 7 and an electron optical that irradiates an object 9 with an electron beam (beam) 7. System 2, sample holder 3 that holds the object 9 in a tiltable manner, a magnification changing unit 6 that changes the magnification of the electron optical system 2, a scanning power source 6 a that supplies power to the magnification changing unit 6, and an object irradiated with an electron beam 7 A detector 4 for detecting secondary electrons or reflected electrons from an object, a holder tilt control unit 5b as a tilt control unit 5 for controlling the tilt of the sample holder 3, and attenuating energy of secondary electrons emitted from the object 9. And a secondary electron conversion target 8 to be reflected by the detector 4. The beam tilt control unit 5a as the tilt control unit 5 that controls the tilt of the electron beam 7 is not used in the first embodiment, but is used in a third embodiment to be described later.

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。   The electron optical system 2 includes a condenser lens 2a that changes the electron flow density, opening angle, irradiation area, etc. of the electron beam 7 emitted from the electron beam source 1, and a deflection lens 2b that controls the incident angle of the electron beam 7 on the sample surface. A scanning lens 2c that deflects the finely focused electron beam 7 to scan the sample surface two-dimensionally, and an objective lens 2d that focuses the incident probe on the sample surface along with the function of the final stage reduction lens. ing. In accordance with the magnification change command of the magnification changing unit 6, the region on the sample surface where the electron beam 7 is scanned by the scanning lens 2c is determined. The beam tilt control unit 5b sends a tilt control signal to the sample holder 3, and the sample holder 3L in the first posture in which the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first relative tilt angle, and the second relative Switching is made between the sample holder 3R in the second posture having an inclination angle.

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Cは、電子線装置10側を固定座標系として表すと、(X,Y,Z)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Cは、電子線装置10側を固定座標系として表すと、(X,Y,Z)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。 Three-dimensional coordinate system C L of the object 9 to be placed on the sample holder 3L in the first posture, when an electron beam device 10 as a fixed coordinate system, the (X L, Y L, Z L) . Also, three-dimensional coordinate system C R of the object 9 to be placed on the sample holder 3R second posture, when an electron beam device 10 as a fixed coordinate system, (X R, Y R, Z R) It becomes. In addition, although the relative inclination angle of the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 by the holder inclination control unit 5b is set to be switched between two ways of rising to the right and rising to the left, here, two steps are illustrated. However, in order to obtain stereo detection data, a minimum of two stages is required. For example, when a yaw axis, a pitch axis, and a roll axis are set as the three-dimensional coordinate system of the object 9, the yaw axis corresponds to the Z axis, the pitch axis corresponds to the X axis, and the roll axis corresponds to the Y axis.

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。   The object 9 is, for example, a semiconductor chip such as a silicon semiconductor or a gallium / arsenic semiconductor, but may be an electronic component such as a power transistor, a diode, or a thyristor, or a glass such as a liquid crystal panel or an organic EL panel. The display device parts used may be used. Under typical scanning microscope observation conditions, the electron beam source 1 is applied to −3 kV, and the object 9 is applied to −2.4 kV. The secondary electrons emitted from the object 9 collide with the secondary electron conversion target 8 and the energy is weakened and detected by the detector 4.

図1において、電子線システムは、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、形態・座標測定部50、画像修正部60、補正係数算出部62、補正係数記憶部64を備えている。   1, the electron beam system includes a measurement unit 20 as a first measurement unit, a calibration data creation unit 30, a known reference data storage unit 32, a calibration unit 40, an electron lens aberration compensation unit 42, and a form / coordinate measurement unit 50. An image correction unit 60, a correction coefficient calculation unit 62, and a correction coefficient storage unit 64.

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の撮影画像に基づいて、基準テンプレート9aの形態または座標値(ピッチ間隔L、テーパ角φ、高さhその他)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。   The measuring unit 20 relatively tilts the reference template 9 a held by the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 by the sample tilting unit 5, and displays the captured image of the reference template 9 a captured by the electron beam detecting unit 4. Based on this, the form or coordinate values (pitch interval L, taper angle φ, height h, etc.) of the reference template 9a are obtained. The measuring unit 20 includes an incident angle adjusting unit 22, an image forming unit 24, a reference template measuring unit 26, and a display device 28.

入射角度調整部22は、対象物9(基準テンプレート9a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の画像に基づいて、基準テンプレート9a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。   The incident angle adjustment unit 22 adjusts the posture of the object 9 (including the reference template 9 a), and the relative incident angle between the electron beam 7 projected on the object 9 by the electron beam apparatus 10 and the object 9. Are adjusted so that a stereo image can be formed for the object 9. That is, the incident angle adjustment unit 22 adjusts the posture of the object 9 by sending a control signal to the holder inclination control unit 5b. Further, the incident angle adjusting unit 22 sends a control signal to the holder tilt control unit 5b to adjust the reference plane scanned by the electron beam 7 emitted from the electron beam source 1 and form a stereo image. Left and right images can be formed. The image forming unit 24 creates an image on the sample surface using the secondary electron beam detected by the detector 4 when the scanning lens 2c scans the region on the sample surface. The reference template measurement unit 26 obtains the form or coordinate value of the reference template 9a based on the image of the reference template 9a photographed by the electron beam detection unit 4. The display device 28 displays left and right images of the stereo image of the object 9 (including the reference template 9a) photographed by the electron beam detector 4, and for example, a CRT or a liquid crystal display is used.

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に関する既知基準データを利用して、電子線システムにより撮影されるステレオ画像の補正係数や校正データを作成する。基準テンプレート既知基準データ記憶部32は、基準テンプレート9aの形態(ピッチ間隔、テーパ角、高さ、他)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システムの校正データには、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。
The calibration data creation unit 30 creates correction coefficients and calibration data for a stereo image photographed by the electron beam system using the measurement result of the reference template in the measurement unit 20 and the known reference data regarding the reference template 9a. The reference template known reference data storage unit 32 stores the form of the reference template 9a (pitch interval, taper angle, height, etc.). The calibration data of the electron beam system created by the calibration data creation unit 30 includes the following.
(1) Calibration data of the tilt amount of the sample tilt portion 5.
(2) Calibration data of the irradiation direction with respect to the irradiation electron beam 7 of the electron optical system 2.
(3) Calibration data relating to the magnification of the electron optical system 2.
(4) Calibration data relating to distortion correction of the electron optical system 2.

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システム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。
The calibration unit 40 performs calibration based on the calibration data so as to reduce the aberration of the sample image detected by the electron beam detection unit 4. The calibration unit 40 has the following modes according to the calibration data of the electron beam system created by the calibration data creation unit 30 described above.
(1) The calibration unit 40 is configured so that the tilt amount of the sample tilting unit 5 is calibrated.
(2) The calibration unit 40 is configured so that the irradiation direction of the irradiation electron beam 7 of the electron optical system 2 is calibrated.
(3) The calibration unit 40 is configured so that the scanning range of the electron optical system 2 is calibrated.
(4) The calibration unit 40 is configured so that the scanning direction of the scanning coil of the electron optical system 2 is calibrated.

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。   The electron lens aberration compensation unit 42 compensates the distribution state of the magnetic field potential and electrostatic potential of the electron lens constituting the electron optical system 2 in accordance with the calibration signal output from the calibration unit 40, thereby reducing the aberration of the sample image. Thus, the electron optical system 2 suitable for image measurement is adjusted. When the electron beam apparatus 10 has an electromagnetic prism called ExB that separates the secondary electrons emitted from the sample 9 from the electron beam 7 emitted from the electron beam source 1 and sends them to the electron beam detector 4, the calibration is performed. The electron optical system 2 to be calibrated by the unit 40 includes an electromagnetic prism called ExB.

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。   The form / coordinate measuring unit 50 is a sample 9 placed on the sample holder 3 that has been calibrated by the calibrating unit 40, and is photographed by the electron beam detecting unit 4 in a tilted state formed by the sample tilting unit 5. On the basis of the stereo image of the sample 9, the form or coordinate value of the sample 9 is obtained. The form / coordinate measuring unit 50 uses the incident angle adjusting unit 22, the image forming unit 24, and the display device 28 of the measuring unit 20 in common with the reference template measuring unit 26.

次に、図12を参照して、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12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12では、基準テンプレート9a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。   Next, with reference to FIG. 12, a calibration procedure of the electron beam apparatus necessary for stereo image measurement by the apparatus configured as described above will be described. FIG. 12 is a flowchart of electron beam measurement including a calibration procedure for the electron beam apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 12 shows a processing flow in which the electron beam apparatus is calibrated using the reference template 9a and then the sample image measurement is performed (S100). First, the reference template 9a is placed on the sample holder 3, and the sample holder 3 or the electron beam 7 is shifted to an inclined state (S102). For example, a tilt control signal is sent to the sample holder 3 by the beam tilt control unit 5b, and the relative incident angle between the electron beam 7 and the object 9 is adjusted by the incident angle adjusting unit 22. This inclination angle is set with respect to the inclination angle of the reference template 9a to be measured. For example, the inclination angle is set to the inclination state shown in FIG. 2A or the inclination state shown in FIG. When there are a plurality of inclination angles, it is preferable to set the inclination angles to angles that can be measured in advance and acquire images.

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の画像に基づいて、基準テンプレート9aの形態を求める(S106)。S106の処理に関しては、原理で説明したエッジ抽出処理を用いるとよい。   The measurement unit 20 acquires an inclined image of the reference template 9a obtained from the electron beam detection unit 4 (S104). Then, the measurement unit 20 obtains the form of the reference template 9a based on the image of the reference template 9a photographed by the electron beam detection unit 4 (S106). Regarding the processing of S106, the edge extraction processing described in the principle may be used.

校正データ作成部30は、S106での基準テンプレート9aの測定結果と、基準テンプレート9aに関する既知基準データを利用して補正係数を算出し(原理の項で説明)、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)。   The calibration data creation unit 30 calculates a correction coefficient using the measurement result of the reference template 9a in S106 and the known reference data related to the reference template 9a (described in the principle section), and is photographed by the electron beam apparatus 10. Stereo image calibration data is created (S108). Based on the calibration data, the calibration unit 40 calibrates the electron beam apparatus 10 so as to reduce the aberration of the sample image detected by the electron beam detection unit 4 (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)。この処理は、2枚のステレオ画像からのステレオマッチング処理により求めることができる。   Next, the sample (measurement object) 9 is placed on the sample holder 3 (S112). Then, the electron beam 7 or the sample holder 3 is placed in a desired inclination state, and the sample 9 is photographed by the electron beam detector 4 (S114). For example, when a three-dimensional image measurement of the sample 9 is performed, a desired tilt state is selected such that an angle with a small blind spot or an angle at which a target to be measured is particularly well photographed. Then, based on the stereo image of the sample 9 in a desired tilt state, the form or coordinate value of the sample 9 is obtained (S116). This processing can be obtained by stereo matching processing from two stereo images.

[ステレオマッチング処理]
次に図13を参照して、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13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。
[Stereo matching processing]
Next, as an example of stereo matching processing, a matching method using an area-based normalized correlation coefficient will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram of the matching method using the normalized correlation coefficient. In the figure, the right image is a reference image and the left image is a search image. Here, M is a reference data block in a reference image composed of N pieces of data, and I is a search data block in a search image starting from coordinates (U, V).

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。   In the matching method using the normalized correlation coefficient, the similarity between the reference data block M and the search data block I at each position is obtained from the correlation coefficient while performing a raster scan of the reference data block M in the search data block I. Is the method. Here, the raster scanning means that the reference data block M is moved from the left to the right in the search data block I, goes down to the right end of the search data block I, returns to the left end, and the search data block I is moved from the left to the right. The scanning state moved to. If the maximum position of the correlation coefficient value R is searched, the same location as the reference data block M in the search data block I can be searched.

M=M(Xi,Yi) 1≦i≦N ……(8)
I=I(U+Xi,V+Yi) ……(9)
とすると、正規化相関係数R(U,V)は、
R(U,V)=(NΣIiMi−ΣIiΣMi)
/SQRT[{NΣIi−(ΣIi)}x{NΣMi−(ΣMi)}] ……(10)
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。
M = M (Xi, Yi) 1 ≦ i ≦ N (8)
I = I (U + Xi, V + Yi) (9)
Then, the normalized correlation coefficient R (U, V) is
R (U, V) = (NΣIiMi−ΣIiΣMi)
/ SQRT [{NΣIi 2 − (ΣIi) 2 } × {NΣMi 2 − (ΣMi) 2 }] (10)
It becomes. The correlation coefficient value R always takes a value from −1 to +1. When the correlation coefficient value R is +1, the template and the search image are completely matched.

そして、補正係数算出部62(図1参照)は、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の補正係数を求める。求めた第1の補正係数は、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。第1の補正係数は、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。
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)。
Then, the correction coefficient calculation unit 62 (see FIG. 1) uses the selected reference image and uses the correspondence relationship of the stereo pair image with respect to the non-reference image of the inclined image that is a stereo pair. A first correction coefficient for determining the reference image as an image distortion state of the reference image is obtained. The obtained first correction coefficient is stored in, for example, the correction coefficient storage unit 64 in a state where it can be used by the measurement unit 20, the form / coordinate measurement unit 50, and the image correction unit 60, for example. The first correction coefficient is modeled using points detected by the parallel projection calibration method, approximated by a curve approximation method using the least square method, affine transformation, etc., and the coefficient used for the approximation is calculated. The coefficient for performing the image conversion process while correcting the image distortion by various arithmetic processes such as a calculation method is obtained.
In order to observe the sample, a stereo image of the sample 9 is displayed on the display device 28 based on the electron beam detected by the electron beam detector 4 (S118). If the form or coordinate value of the sample 9 can be acquired, a return is returned (S120).

なお、今まで説明してきた校正データ作成部30、校正部40、電子レンズ収差補償部42を用いて校正せずとも、補正係数算出部62により算出された補正係数にて画像修正部60にて画像修正し、形態・座標測定部50にて三次元測定値を得ることにより正確な補正が可能な場合は、それらはなくてもよい。
その場合は、図12のフローチャートの、S108における校正データ作成およびS110の校正データに基づき電子線システムの校正を行う必要がない。
The image correction unit 60 uses the correction coefficient calculated by the correction coefficient calculation unit 62 without using the calibration data creation unit 30, the calibration unit 40, and the electron lens aberration compensation unit 42 described so far. If correct correction is possible by correcting the image and obtaining a three-dimensional measurement value in the form / coordinate measurement unit 50, they may be omitted.
In that case, it is not necessary to calibrate the electron beam system based on the calibration data creation in S108 and the calibration data in S110 in the flowchart of FIG.

[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。
[Parallel projection]
Here, parallel projection, which is a precondition for the calibration procedure of the electron beam apparatus, will be described. Since the electron microscope has a wide range of magnifications from low magnification to high magnification (ex. 2 to several million times), the electron optical system 2 can be regarded as center projection at low magnification and parallel projection at high magnification. The magnification that can be regarded as parallel projection is preferably determined based on the calculation accuracy of the deviation correction parameter. For example, 1000 or 10000 times is used as the reference magnification. The displacement correction parameter is a parameter for correcting the displacement of the left and right images of the sample so that the stereoscopic image can be stereoscopically viewed.

図14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(X,Y,Z)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。
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。
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。
FIG. 14 is an explanatory diagram of parallel projection. In the case of parallel projection, if the coordinate system (X R , Y R , Z R ) taking rotation into consideration is used as the target coordinate system 74 and K1 and K2 are selected as the scale factors, the following equation is established.
Then, using the origin (Xo, Yo, Zo) selected in the target coordinate system 74 and the orientation matrix A, it can be expressed as follows.
Here, for the elements a i, j of the orientation matrix A, the inclinations ω, φ, κ of the rotation matrix elements a i, j with respect to the three axes X, Y, Z constituting the target coordinate system 74 of the image coordinate system 72 are used. And can be expressed as:

偏位修正パラメータの算出においては、式(11)、(12)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(11)、(12)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。
In the calculation of the displacement correction parameter, six external orientation elements ω, φ, κ, Xo, Yo, and Zo included in the expressions (11) and (12) are obtained. In other words, these six external orientation elements are calculated from the above equations by forming an observation equation by using at least three reference marks and sequentially resolving them. Specifically, an approximate value of an unknown variable is given, Taylor expansion around the approximate value is linearized, a correction amount is obtained by the least square method, the approximate value is corrected, and the same operation is repeated to obtain a convergence solution These six external orientation elements can be obtained by an approximate solution method. Further, in place of the equations (11) and (12), the calculation may be performed by appropriately adopting from various arithmetic expressions used as external orientation in single photo orientation, relative orientation, and other aerial triangulation.

図15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、電子線システムは、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、画像修正部60、補正係数算出部62、補正係数記憶部64、補正係数推論部54を備えている。ここで、校正データ作成部30、既知基準データ記憶部32、校正部40、補正係数算出部62、補正係数記憶部64、補正係数推論部54などがデータ処理部を構成する。   FIG. 15 is a block diagram illustrating a second embodiment of the present invention. In the figure, the electron beam system includes the measurement unit 20, the calibration data creation unit 30, the known reference data storage unit 32, the calibration unit 40, the electron lens aberration compensation unit 42, the form / coordinate measurement unit 50, the image correction unit 60, A correction coefficient calculation unit 62, a correction coefficient storage unit 64, and a correction coefficient inference unit 54 are provided. Here, the calibration data creation unit 30, the known reference data storage unit 32, the calibration unit 40, the correction coefficient calculation unit 62, the correction coefficient storage unit 64, the correction coefficient inference unit 54, and the like constitute a data processing unit.

補正係数記憶部64は、各傾斜角度による傾斜角度、倍率、電子光学系などの補正係数を記憶しているが、補正係数推論部54は、これらの記憶していない傾斜角度においても、記憶している補正係数から推論(補間)してそれら補正係数を求めるものである。
推論(補間)は各係数においてカーブフィッティングやその他の手法によって補正関数を作成することにより行うことができる。この機能を追加することにより、あらゆる傾斜角度にて画像を撮影し補正した正確な三次元計測が可能となる。
Although the correction coefficient storage unit 64 stores correction coefficients such as the tilt angle, magnification, and electron optical system for each tilt angle, the correction coefficient inference unit 54 stores the tilt angles that are not stored. These correction coefficients are obtained by inferring (interpolating) from the correction coefficients.
Inference (interpolation) can be performed by creating a correction function for each coefficient by curve fitting or other methods. By adding this function, it is possible to perform accurate three-dimensional measurement in which an image is captured and corrected at any tilt angle.

次に図16を参照して、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16は本発明の実施例3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16では、基準テンプレート9a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の画像に基づいて、基準テンプレート9a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の測定結果と、基準テンプレート9aに関する既知基準データとを利用して補正係数を算出して、電子線装置10により撮影される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)。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に記憶し、補正係数推論部54によって各種補正係数の傾斜角度による補正関数を作成する(S212)。   Next, a procedure for calibrating the electron beam apparatus necessary for stereo image measurement by the apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart of electron beam measurement including a calibration procedure for the electron beam apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16 shows a processing flow in which the electron beam apparatus is calibrated using the reference template 9a and then the sample image measurement is performed (S200). First, S202 to S210 are the same as those described in S102 to S110. That is, the reference template 9a is placed on the sample holder 3, and the sample holder 3 or the electron beam 7 is shifted to an inclined state (S202). The measurement unit 20 acquires an inclined image of the reference template 9a obtained from the electron beam detection unit 4 (S204). Then, the measurement unit 20 obtains the form or coordinate value of the reference template 9a based on the image of the reference template 9a photographed by the electron beam detection unit 4 (S206). The calibration data creation unit 30 calculates a correction coefficient using the measurement result of the reference template 9a in S206 and the known reference data related to the reference template 9a, and obtains calibration data of an image photographed by the electron beam apparatus 10. Create (S208). The calibration unit 40 calibrates the electron beam apparatus 10 based on the calibration data so as to reduce the aberration of the sample image detected by the electron beam detection unit 4 (S210). The correction coefficient calculation unit 62 calculates a correction coefficient for an image photographed by the electron beam detection unit 4 for a plurality of tilt states formed by the sample tilting unit 5, stores the correction coefficient in the correction coefficient storage unit 64, and corrects the correction coefficient. The inference unit 54 creates correction functions based on the inclination angles of various correction coefficients (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)。   Next, the sample (measurement object) 9 is placed on the sample holder 3 (S214). Then, the electron beam 7 or the sample holder 3 is set in a desired inclination state, and the sample 9 is photographed by the electron beam detector 4 (S216). For example, when a three-dimensional image measurement of the sample 9 is performed, a desired tilt state is selected such that an angle with a small blind spot or an angle at which a target to be measured is particularly well photographed. Then, based on the stereo image of the sample 9 in a desired tilt state, the rough measurement unit 52 obtains the form or coordinate value of the sample 9 (S218).

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。
なお、複数傾斜させた場合、ステレオマッチングだけでなく、マルチマッチング(2枚以上からの画像で対応点を求め座標を計測する)を行ってもよい。当然この場合もこれら補正係数を利用する。
さらに傾斜方向は1軸方向だけでなく図20のようにさらに直角方向、斜め方向へ傾斜させ、それら補正係数について算出、あらゆる方向の傾斜に対応させるようにしてもよい。
さらにそれら複数方向への対応として、基準テンプレートを図10のように複数方向に混載させたもので補正してもよい。これら処理は方向が複数に増えるだけで同様となるので説明は省略する。
If the form or the coordinate value of the sample 9 can be acquired precisely, a return is returned (S226). Preferably, a stereo image corrected by the image correction unit 60 is displayed on the display device 28 in order to observe the sample.
In the case where a plurality of inclinations are used, not only stereo matching but also multi-matching (corresponding points are obtained from images from two or more images and coordinates are measured) may be performed. Of course, these correction coefficients are also used in this case.
Further, the tilt direction may be tilted not only in the uniaxial direction but also in a perpendicular direction and an oblique direction as shown in FIG. 20, and the correction coefficients may be calculated to correspond to tilts in all directions.
Further, as a correspondence to the plurality of directions, the reference template may be corrected with the reference template mixedly mounted in a plurality of directions as shown in FIG. Since these processes are the same only when the direction is increased to a plurality of directions, the description is omitted.

図17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17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。
FIG. 17 is an overall configuration block diagram for explaining the third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the holder is tilted when a stereo image is obtained. However, the third embodiment shows a case where a stereo image is obtained by deflecting an electron beam of a scanning microscope. Here, in FIG. 17, the same components as those in FIG. Here, a beam tilt control unit 5 a is provided as the tilt control unit 5 that controls the tilt of the electron beam 7. The beam tilt control unit 5a sends a tilt control signal to the deflecting lens 2b, and the electron beam 7R having the first relative tilt angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 and the electron having the second relative tilt angle. Switching with line 7L. Note that the relative tilt angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 by the beam tilt control unit 5a is not limited to two but may be set in multiple stages, but at least two are necessary to obtain stereo detection data. is there.

図18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。電子線システムは、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、補正係数算出部62、補正係数記憶部64、を備えている。そして、さらに補正係数推論部54が加わっている。その他は、試料傾斜がビーム傾斜に変わった以外は、図18において、図15と同じであり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。   FIG. 18 is an overall configuration block diagram for explaining the fourth embodiment of the present invention. In addition to the measurement unit 20 described in the first embodiment, the electron beam system includes a form / coordinate measurement unit 50, an image correction unit 60, a correction coefficient calculation unit 62, a correction coefficient storage unit 64, a third measurement unit, It has. Further, a correction coefficient inference unit 54 is added. Others are the same as those in FIG. 15 except that the sample tilt is changed to the beam tilt. In FIG.

このように構成された実施例4の装置の動作は、試料を傾斜させるかわりにビームを傾斜させる以外は図16のフローチャートと同一なため省略する。   Since the operation of the apparatus of the fourth embodiment configured in this way is the same as the flowchart of FIG. 16 except that the beam is tilted instead of tilting the sample, the description thereof is omitted.

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システム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。
なお、これら実施例においても校正データ作成部30、校正部40、電子レンズ収差補償部42を用いて校正せずとも、補正係数算出部62により算出された補正係数にて画像修正部60にて画像修正し、形態・座標測定部50にて三次元測定値を得ることにより正確な補正が可能な場合は、それらはなくてもよい。
In the above embodiment, as the calibration data of the electron beam system created by the calibration data creation unit, the calibration data of the tilt amount of the sample tilting unit 5 and the irradiation direction of the irradiation electron beam 7 of the electron optical system 2 Although the calibration data, the calibration data regarding the magnification of the electron optical system 2 and the calibration data regarding the distortion correction of the electron optical system 2 are shown, the present invention is not limited to this, and in short, the calibration created by the calibration data creation unit The data may be any data that can be calibrated by the calibration unit so as to reduce the aberration of the sample image detected by the electron beam detection unit 4.
In these embodiments as well, the image correction unit 60 uses the correction coefficient calculated by the correction coefficient calculation unit 62 without performing calibration using the calibration data creation unit 30, the calibration unit 40, and the electron lens aberration compensation unit 42. If correct correction is possible by correcting the image and obtaining a three-dimensional measurement value in the form / coordinate measurement unit 50, they may be omitted.

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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a whole block diagram explaining Example 1 of this invention. 電子線システムの試料ホルダにおける傾斜状態の説明図である。It is explanatory drawing of the inclination state in the sample holder of an electron beam system. 試料ホルダ3の座標系を説明する斜視図である。3 is a perspective view for explaining a coordinate system of a sample holder 3. FIG. 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。It is a front view which shows the relationship between an image and a sample when the measurement object 9 is irradiated with an electron beam. 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。As a stereo image shooting direction, a case where the left and right images have an angle with the Z axis interposed therebetween is shown. 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。As a stereo image capturing direction, the left and right images are inclined by θ1 and θ2 with respect to the Z axis, respectively. ライン&スペースで構成さらた基準テンプレートの平面図である。It is a top view of the reference | standard template which comprised the line & space. 図7の基準テンプレートのピッチ間隔と傾斜を説明する図である。凹凸の形状、すなわち凹凸間の間隔L(ライン&スペースパターンの場合はピッチ間隔L)や凹凸の高さh、テーパ角φなどである。It is a figure explaining the pitch space | interval and inclination of the reference | standard template of FIG. The shape of the unevenness, that is, the interval L between the unevenness (pitch interval L in the case of a line & space pattern), the height h of the unevenness, the taper angle φ, etc. 図7の基準テンプレートの側面を抽出して示す図である。It is a figure which extracts and shows the side surface of the reference | standard template of FIG. 図7に示すような基準テンプレートを複数方向に混載させた基準テンプレートの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the reference | standard template which mixedly mounted the reference | standard template as shown in FIG. 7 in several directions. 正確な三次元形状を求める手順の例を説明する前処理フローチャートである。It is a pre-process flowchart explaining the example of the procedure which calculates | requires an exact three-dimensional shape. 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。It is a flowchart of the electron beam measurement including the calibration procedure of the electron beam apparatus in Example 1 of this invention. 正規化相関係数によるマッチング法の説明図である。It is explanatory drawing of the matching method by a normalized correlation coefficient. 平行投影の説明図である。It is explanatory drawing of parallel projection. 本発明の実施例2を説明する構成ブロック図である。It is a block diagram explaining a second embodiment of the present invention. 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。It is a flowchart of the electron beam measurement including the calibration procedure of the electron beam apparatus in Example 2 of this invention. 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。It is a whole block diagram explaining Example 3 of the present invention. 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。It is a whole block diagram explaining Example 4 of the present invention. 図7のような基準テンプレートの側面と上面、側面と底面の境界部分を直線近似する式を説明する図である。It is a figure explaining the type | formula which carries out the linear approximation of the boundary part of the side surface and upper surface of a reference | standard template like FIG. 7, and a side surface and a bottom face. 傾斜方向は1軸方向だけでなく直角方向、斜め方向へ傾斜させてよいことを示す図である。It is a figure which shows that an inclination direction may be made to incline not only in a uniaxial direction but in a right angle direction and an oblique direction. 実際にエッジ検出した例を示す平面図である。It is a top view which shows the example which actually detected the edge.

符号の説明Explanation of symbols

9 試料(被計測対象物)
9a 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
9 Sample (object to be measured)
9a Reference template 10 Electron beam device 20 Measurement unit 30 Calibration data creation unit 40 Calibration unit 50 Form / coordinate measurement unit 52 Approximate measurement unit 54 Precision measurement unit 60 Image correction unit 64 Correction coefficient storage unit

Claims (11)

電子線を射出する電子線源と;
前記電子線源から射出された電子線を収束し、試料に照射する電子光学系と;
前記電子線が照射された試料からの電子を受け取る検出部と;
前記試料を支持する試料支持部と;
前記試料支持部で支持された試料に照射される電子線と前記試料とを相対的に傾斜させる試料傾斜部と;
前記相対的な傾斜が自在であるように前記試料支持部で支持された少なくとも傾斜した2面を有する基準試料から電子を受け取った前記検出部からの検出信号を、傾斜毎に受け取り、前記傾斜した2面の画像と前記基準試料の基準寸法とから、前記基準試料の傾斜角度を求めるデータ処理部とを備える;
電子線システム。
An electron beam source for emitting an electron beam;
An electron optical system that converges the electron beam emitted from the electron beam source and irradiates the sample;
A detector for receiving electrons from the sample irradiated with the electron beam;
A sample support for supporting the sample;
A sample tilting section for relatively tilting the electron beam irradiated to the sample supported by the sample support section and the sample;
A detection signal from the detection unit that receives electrons from a reference sample having at least two inclined surfaces supported by the sample support unit so as to allow the relative inclination is received for each inclination, and the inclination is performed. A data processing unit for obtaining an inclination angle of the reference sample from two-plane images and a reference dimension of the reference sample;
Electron beam system.
前記データ処理部は、さらに試料画像の倍率を求めるように構成されている、請求項1記載の電子線システム。 The electron beam system according to claim 1, wherein the data processing unit is further configured to obtain a magnification of the sample image. 前記データ処理部は、得られた傾斜角度に基づき試料傾斜量の補正係数を求め、試料傾斜量の補正係数に基づき傾斜角度の補正を行うように構成されている、請求項1又は請求項2に記載の電子線システム。 The data processing unit is configured to obtain a correction coefficient for the sample inclination amount based on the obtained inclination angle, and to correct the inclination angle based on the correction coefficient for the sample inclination amount. The electron beam system described in 1. 前記データ処理部は、得られた複数の傾斜角度に基づき、測定された傾斜角度間の傾斜に関しても試料傾斜量の補正係数を求め、測定された傾斜角度以外の傾斜角度に関しても試料傾斜量の補正を行うように構成されている、請求項3記載の電子線システム。 The data processing unit obtains a correction coefficient for the sample inclination amount with respect to the inclination between the measured inclination angles based on the obtained plurality of inclination angles, and the sample inclination amount with respect to an inclination angle other than the measured inclination angle. The electron beam system according to claim 3, wherein the electron beam system is configured to perform correction. 電子線を射出する電子線源と;
前記電子線源から射出された電子線を収束し、試料に照射する電子光学系と;
前記電子線が照射された試料からの電子を受け取る検出部と;
前記試料を支持する試料支持部と;
前記試料支持部で支持された試料に照射される電子線と前記試料とを相対的に傾斜させる試料傾斜部と;
前記相対的な傾斜が自在であるように前記試料支持部で支持された少なくとも傾斜した2面を有する基準試料から電子を受け取った前記検出部からの検出信号を、傾斜毎に受け取り、前記試料の画像のうち、前記試料の傾斜によっても電子線光学系における変位が少ない位置の画像に基づき、その画像中の傾斜した2面の画像と、前記基準試料の基準寸法とから、前記基準試料の傾斜角度を求める処理と、周辺画像におけるその傾斜角度における倍率と、検出信号による画像の倍率の差に基づき補正係数を求める処理と、を行うデータ処理部とを備える;
電子線システム。
An electron beam source for emitting an electron beam;
An electron optical system that converges the electron beam emitted from the electron beam source and irradiates the sample;
A detector for receiving electrons from the sample irradiated with the electron beam;
A sample support for supporting the sample;
A sample tilting section for relatively tilting the electron beam irradiated to the sample supported by the sample support section and the sample;
A detection signal from the detection unit that receives electrons from a reference sample having at least two inclined surfaces supported by the sample support unit so as to allow the relative inclination is received for each inclination, Based on the image of the image where the displacement in the electron beam optical system is small due to the tilt of the sample, the tilt of the reference sample is determined from the two tilted images in the image and the reference dimension of the reference sample. A data processing unit that performs processing for obtaining an angle, processing for obtaining a correction coefficient based on a difference between the magnification at the inclination angle of the peripheral image and the magnification of the image based on the detection signal;
Electron beam system.
前記試料傾斜部は、試料を電子線に対して傾斜させる試料ホルダーの傾斜制御、または、前記電子線を試料に対して異なる角度で照射するようにする前記電子線の偏向制御のいずれかをするように構成されている、請求項1または5記載の電子線システム。 The sample tilting part performs either tilt control of a sample holder that tilts the sample with respect to the electron beam or deflection control of the electron beam that causes the electron beam to be irradiated to the sample at different angles. The electron beam system according to claim 1 or 5, which is configured as described above. 前記データ処理部は、補正係数を用いて、前記電子線検出部からの信号に基づき、電子レンズ歪、スキャン歪などを補正した試料画像を形成する画像形成部を有する、請求項5記載の電子線システム。 The electron according to claim 5, wherein the data processing unit includes an image forming unit that forms a sample image in which electronic lens distortion, scan distortion, and the like are corrected based on a signal from the electron beam detection unit using a correction coefficient. Line system. 前記データ処理部は、測定が行われた傾斜に関する補正係数に加えて、測定が行われていない傾斜における補正係数も補間により求めるように構成されている、請求項5記載の電子線システム。 The electron beam system according to claim 5, wherein the data processing unit is configured to obtain, by interpolation, a correction coefficient for an inclination for which measurement has not been performed, in addition to a correction coefficient for the inclination for which measurement has been performed. 前記基準試料は、所定のテーパ角により底部と、頂部とこれをつなぐ側面部とからなるパターンであって、各部の寸法、側面部の角度、高さが既知である、請求項1または5記載の電子線システムに用いる基準試料。 The said reference sample is a pattern which consists of a bottom part with a predetermined taper angle, a top part, and the side part which connects this, The dimension of each part, the angle of a side part, and height are known. Reference sample used in the electron beam system. 前記基準試料は、前記パターンがラインアンドスペースパターンから構成されている、請求項9記載の電子線システムに用いる基準試料。 The reference sample used for the electron beam system according to claim 9, wherein the pattern is composed of a line and space pattern. 前記基準試料は、前記ラインアンドスペースパターンは、試料の傾斜方向と直交する方向に形成されている、請求項9記載の電子線システムに用いる基準試料。
The reference sample used for the electron beam system according to claim 9, wherein the line and space pattern is formed in a direction orthogonal to the inclination direction of the sample.
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