JP2007335271A - Image processing method, image processing device, and charged particle beam device - Google Patents
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Description
本発明は、走査形電子顕微鏡,電子線描画装置,FIB(focused ion beam)装置等の荷電粒子線装置における画像処理方法,画像処理装置に関する。 The present invention relates to an image processing method and an image processing apparatus in a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope, an electron beam drawing apparatus, and an FIB (focused ion beam) apparatus.
荷電粒子線装置は、試料に電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを照射して、試料の観察や加工を行う装置である。例えば、走査形電子顕微鏡では、試料に電子ビームを照射して試料から発生する二次電子や反射電子を検出することで試料像を形成する。また、電子線描画装置やFIB装置は、試料に電子ビームやイオンビームを照射してパターン形成や加工を行うものであるが、電子ビームやイオンビームの照射時に試料から発生される二次電子を検出して試料像を形成することもできる。 A charged particle beam apparatus is an apparatus that observes and processes a sample by irradiating the sample with a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam. For example, in a scanning electron microscope, a sample image is formed by irradiating a sample with an electron beam and detecting secondary electrons and reflected electrons generated from the sample. Electron beam lithography equipment and FIB equipment perform pattern formation and processing by irradiating a sample with an electron beam or ion beam. Secondary electrons generated from the sample during irradiation with the electron beam or ion beam are emitted from the sample. A sample image can also be formed by detection.
荷電粒子ビームの試料上の走査は、通常、矩形の観察領域の左上隅から開始される。そして、直交するXY座標系のもとでX方向に沿って観察領域の左端から右端まで走査し、このX方向の走査をY方向に一走査線分ずつずらしながら反復する順次走査が採用されている。試料像は、荷電粒子ビームの照射によって試料から発生する二次電子信号を輝度信号として、荷電粒子ビームの走査パターンに従って表示装置に表示される。 The scanning of the charged particle beam on the sample usually starts from the upper left corner of the rectangular observation area. Then, sequential scanning is adopted in which scanning is performed from the left end to the right end of the observation area along the X direction under an orthogonal XY coordinate system, and this X direction scanning is repeated while shifting by one scanning line in the Y direction. Yes. The sample image is displayed on the display device according to the scanning pattern of the charged particle beam, using the secondary electron signal generated from the sample by irradiation of the charged particle beam as a luminance signal.
荷電粒子線装置では、検出される信号が微弱であるため、信号ノイズ比、すなわちS/Nが極めて悪いという特徴がある。このため、入力信号に対しては、S/Nを向上させる方法として、同一観察領域を複数回走査し、それぞれの走査で得られたフレーム単位の画像信号に対してフレーム積算処理を行ったり、畳み込み演算によるフィルタ処理を行ったりしている。また、試料の微細構造の画像のコントラストを向上させるために、複雑なコントラスト強調型フイルタ処理を施したりしている。 The charged particle beam apparatus is characterized in that the signal to noise ratio, that is, the S / N, is extremely poor because the detected signal is weak. For this reason, as a method for improving the S / N for the input signal, the same observation area is scanned a plurality of times, and frame integration processing is performed on the image signal in units of frames obtained by each scanning, Filter processing by convolution calculation is performed. Moreover, in order to improve the contrast of the image of the fine structure of the sample, a complicated contrast-enhanced filter process is performed.
このようにして、画像処理を用いて形成した試料像を観察し、微小部分の構造を解析,確認したり、また試料像から微小部分の寸法を割り出して寸法管理等が行われている。特に、半導体デバイスの製造工程では、走査形電子顕微鏡を、寸法管理等を日常的に行う半導体検査装置として利用されている。 In this way, the sample image formed by using image processing is observed, the structure of the minute portion is analyzed and confirmed, and the size of the minute portion is determined from the sample image to perform dimension management. In particular, in a semiconductor device manufacturing process, a scanning electron microscope is used as a semiconductor inspection apparatus that performs daily dimensional management and the like.
半導体検査装置として利用される場合、試料のホール底の観測のために、より複雑な画像処理による良好な視認性が必要とされ、さらに、高スループットも要求される。これらの要求に対し、現在は、基本的な画像処理をハードウエアで構成された専用回路が実行し、より複雑な画像処理を必要とする場合は、一旦、画像データを外部コンピュータに取り込み、ソフトウエアによる処理を行っている。専用の画像処理回路で行う基本画像処理には、前述したフレーム積算やフィルタ処理、コントラストの強調等がある。表示装置では、専用回路で処理された画像信号を一旦画像メモリに蓄積しておき、その蓄積した信号を表示装置に表示する事が行われている。 When used as a semiconductor inspection apparatus, good visibility by more complicated image processing is required for observing the hole bottom of a sample, and high throughput is also required. In response to these demands, a dedicated circuit configured with hardware executes basic image processing. When more complicated image processing is required, image data is once taken into an external computer and software is downloaded. Processing by wear. Basic image processing performed by a dedicated image processing circuit includes the above-described frame integration, filter processing, contrast enhancement, and the like. In a display device, an image signal processed by a dedicated circuit is temporarily stored in an image memory, and the stored signal is displayed on the display device.
荷電粒子線装置による像形成は試料から発生した二次電子によって行われるため、像形成の過程で試料と装置の間に電荷のやりとりが生じる。この電荷のやりとりに起因した帯電現象が像形成に悪影響を与え、解析や寸法管理を行う上で問題となっている。この問題に対して、荷電粒子ビームの走査のパターンを複数設定できるようにし、試料の対称性に応じて走査のパターンを選択し、さらに複数の走査のパターンによる像を合成して試料像を形成することで帯電の影響を排除する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Since image formation by the charged particle beam apparatus is performed by secondary electrons generated from the sample, charge exchange occurs between the sample and the apparatus during the image formation process. The charging phenomenon resulting from the exchange of electric charges has an adverse effect on image formation, which is a problem in performing analysis and dimensional management. To solve this problem, it is possible to set multiple scanning patterns of charged particle beams, select the scanning pattern according to the symmetry of the sample, and combine the images from the multiple scanning patterns to form the sample image Thus, a technique for eliminating the influence of charging is known (for example, see Patent Document 1).
また、走査形電子顕微鏡では、走査する電子ビームの走査垂直方向の走査周波数が、低い倍率で観察する際に、サンプリング定理を満たさなくなり、観察画像上にエイリアシングが発生するという問題がある。この問題に対して、電子ビームの走査間隔をオフセットし、加算平均を行うことで、分解能を維持しながら、エイリアシングの発生抑制及び、画像の雑音低減を行う方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Further, in the scanning electron microscope, when the scanning frequency of the scanning electron beam in the scanning vertical direction is observed at a low magnification, there is a problem that the sampling theorem is not satisfied and aliasing occurs on the observation image. In order to solve this problem, there is known a method for suppressing the occurrence of aliasing and reducing image noise while maintaining the resolution by offsetting the scanning interval of the electron beam and performing averaging (for example, patents). Reference 2).
これらの公知技術から、観察の目的・材質に合わせて、荷電粒子ビームの様々な走査パターンを用いることは、帯電・エイリアシング等、画質の改善を行う上で非常に有効である。しかしながら、様々な走査パターンにより取得される画像データは、順次走査により取得される画像データと異なり、データの構成が異なる。畳み込み演算によるフィルタ処理は一般にマスクにて行われるが、走査のパターンが様々である場合、走査のパターンに依存した演算回路が必要となり、演算回路の複雑化やコスト上昇が避けられない。また、フィルタ設計の自由度も損なわれるという問題がある。 From these known techniques, using various scanning patterns of a charged particle beam in accordance with the purpose and material of observation is very effective in improving image quality such as charging and aliasing. However, image data acquired by various scanning patterns is different from image data acquired by sequential scanning, and has a different data configuration. Filter processing by convolution calculation is generally performed using a mask. However, when there are various scanning patterns, an arithmetic circuit that depends on the scanning pattern is required, which complicates the arithmetic circuit and increases costs. There is also a problem that the degree of freedom in filter design is also impaired.
本発明は、様々な走査に起因する上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、様々な走査形式で入力される画像に対して、自由度の高い画像処理を行うにあたって、回路構成を複雑化することなく画像処理が可能な画像処理装置と、それを備えた荷電粒子線装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems caused by various scans, and its purpose is to perform image processing with a high degree of freedom on images input in various scan formats. An object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of image processing without complicating a circuit configuration and a charged particle beam apparatus including the image processing apparatus.
上記課題は、荷電粒子ビームを試料上で走査し、該試料から発生する信号を検出して試料像を形成する荷電粒子線装置において、前記荷電粒子ビームの走査モードを設定する入力手段と、該入力手段で設定された走査モードに従って前記試料像を形成する画像処理装置とを備える構成により、達成できる。 In the charged particle beam apparatus that scans a charged particle beam on a sample, detects a signal generated from the sample, and forms a sample image, an input unit that sets a scanning mode of the charged particle beam; This can be achieved by a configuration including an image processing apparatus that forms the sample image in accordance with the scanning mode set by the input means.
また、前記画像処理装置は、前記荷電粒子ビームの走査モードに対応した試料上のアドレスデータを演算する並べ替え制御手段と、該アドレスデータの値に従って前記デジタル化された信号を並べ替える順次走査形式変換手段とを備えたものである。 The image processing apparatus includes a rearrangement control unit that calculates address data on the sample corresponding to the scanning mode of the charged particle beam, and a sequential scanning format that rearranges the digitized signals according to the value of the address data. Conversion means.
本発明によれば、様々な走査形式で入力される画像に対して、自由度の高い画像処理を行うにあたって、回路構成を複雑化することなく画像処理が可能な画像処理装置と、それを備えた荷電粒子線装置を得ることができる。 According to the present invention, an image processing apparatus capable of performing image processing without complicating a circuit configuration when performing image processing with a high degree of freedom for an image input in various scanning formats, and the image processing apparatus are provided. A charged particle beam apparatus can be obtained.
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。以下の説明では、本発明の理解のために、具体的な事柄を多数示してあるが、本発明は以下の説明に示した事例への適用に留まるものではない。また、実施例では、周知の回路がブロック図の形で示してあるが、これは不要な詳細を示して本発明を不明確にするのを避けるためである。ほとんどの場合、タイミング等に関する技術的な詳細は、本発明を理解するために必要ではなく、通常のディジタル回路技術者の技能の範囲であると思われる記述は省略している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, in order to understand the present invention, many specific matters are shown, but the present invention is not limited to application to the examples shown in the following description. Also, in the examples, well-known circuits are shown in block diagram form in order to avoid unnecessarily obscuring the present invention by showing unnecessary details. In most cases, technical details regarding timing and the like are not necessary to understand the present invention, and descriptions that appear to be within the skill of ordinary digital circuit engineers are omitted.
図1は、本発明を適用する一実施例である走査形電子顕微鏡(Scanning Electron
Microscope)の主な構成を示す構成図である。試料室207には、試料205を倒置して移動可能な試料ステージ206が配置されている。試料室207の中は、図示しない真空ポンプによって高真空に保たれている。鏡体208の中には、電子銃201や電子レンズが配置されている。電子銃201から発生する電子ビーム209は、コンデンサレンズ
202を通り対物レンズ210で収束されて、試料205に照射される。偏向レンズ203は、収束される電子ビーム209を試料205の上に二次元的に走査させる役目を持つ。
FIG. 1 shows a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope) which is an embodiment to which the present invention is applied.
It is a block diagram which shows the main structures of Microscope. In the
電子ビーム209の走査パターンは、偏向レンズ203に印加する偏向信号によって決定される。偏向信号は、レンズ制御手段9の偏向レンズコントローラ10によって発生される。偏向レンズコントローラ10には、偏向信号としていくつかのパターンが準備されており、選択可能となっている。
The scanning pattern of the
走査パターンの選択は、操作者がホストコンピュータ20に付属するマウス,キーボート等の入力制御手段を用いて、ホストコンピュータ20と接続されているディスプレイ
17に表示される画面を見ながら行う。
The scanning pattern is selected by the operator using an input control means such as a mouse or a keyboard attached to the
図2はディスプレイ17に表示されるGUI(Graphical User Interface)画面の一例を示す画面図で、画面上には走査モードとして「ラスタスキャン」「螺旋スキャン」「往復スキャン」等の走査のパターンの名称が、選択ボタン1001に表示されている。操作者がマウス,キーボード等の入力制御手段を通じて、所望の走査モードを決定し、該当する選択ボタン1001を指定すると、ホストコンピュータ20はこの操作を認識して、
SEM制御手段21に走査パターン選択の制御コマンドを与えるように指示する。
FIG. 2 is a screen view showing an example of a GUI (Graphical User Interface) screen displayed on the
The SEM control means 21 is instructed to give a scan pattern selection control command.
ひとつの試料に対して走査のパターンが複数必要な場合は、それぞれの走査のパターンを含む電子光学条件を設定する手順内で図2に示される画面が表示されるので、その都度所望の走査モードを指定する。 When a plurality of scanning patterns are required for one sample, the screen shown in FIG. 2 is displayed within the procedure for setting the electro-optical conditions including each scanning pattern. Is specified.
SEM制御手段21は、走査モード選択の制御コマンドを受けて、レンズ制御手段9に対して、選択された走査モードに対応するように、コンデンサレンズ202,偏向レンズ203,対物レンズ210の動作パラメータを制御する指示信号を与える。走査モードとこれらのパラメータとの関係は、例えばルック・アップ・テーブル形式のデータとして、SEM制御手段21に予め記憶させておく。レンズ制御手段9は、SEM制御手段21からの制御信号を受けて、偏向レンズコントローラ10に記憶されている走査パターンのうちのひとつを設定し、偏向信号を発生する。
Upon receiving the scanning mode selection control command, the
操作者は、予め準備されている走査モード以外の走査を行いたいことがある。この場合、操作者が、ホストコンピュータ20に接続されたディスプレイ17に表示される画面を見ながら、任意の走査のパターンを入力できることが望ましい。
The operator may want to perform a scan other than the scan mode prepared in advance. In this case, it is desirable that the operator can input an arbitrary scanning pattern while viewing the screen displayed on the
図3はディスプレイ17に表示されるGUI画面の一例を示す画面図で、画面上には任意の走査のパターンを、走査座標Xで入力するウィンドウ1002と、その入力された内容を確定するセットボタン1003と、走査座標Yで入力するウィンドウ1004と、その入力された内容を確定するセットボタン1005とが表示され、セットボタン1003およびセットボタン1005が指定されると、領域1006に走査の状態が矢印等で模式的に表示され、操作者にとって理解し易くなっている。
FIG. 3 is a screen diagram showing an example of a GUI screen displayed on the
操作者がマウス,キーボードといった入力制御手段を通じて、図3に示したGUI画面で所望の走査のパターンを入力する操作を行うと、ホストコンピュータ20はこの操作を認識して、入力された走査のパターンを試料上の座標情報に変換し、先に説明した走査モード選択時と同様に、SEM制御手段21へこの座標情報を制御コマンド形式で渡し、座標情報が偏向レンズコントローラ10に設定される。偏向レンズコントローラ10への座標情報の設定では、偏向レンズコントローラ10のメモリに記憶されたルック・アップ・テーブルの値を追加したり更新したりする。
When the operator performs an operation of inputting a desired scanning pattern on the GUI screen shown in FIG. 3 through input control means such as a mouse and a keyboard, the
図3に示す画面で新たな走査のパターンを設定した場合、図示しない画面で新たな名称を入力することにより、図2に示した走査モードの画面にこの新たな走査モードの名称が表示される。 When a new scanning pattern is set on the screen shown in FIG. 3, the new scanning mode name is displayed on the scanning mode screen shown in FIG. 2 by inputting a new name on a screen (not shown). .
準備された走査モード、あるいは、任意の走査モードのパターンの設定が完了すると、偏向レンズコントローラ10は、SEM制御手段21に対して設定完了のコマンドを送る。SEM制御手段21は、偏向レンズコントローラ10から設定完了のコマンドを受けて、走査開始を示す制御コマンドをスキャン制御部19へ送る。スキャン制御部19は、
SEM制御手段21から走査開始を示す制御コマンドを受けて、レンズ制御手段9と前処理部11に、スキャン制御信号を送る。
When the setting of the prepared scanning mode or pattern of the arbitrary scanning mode is completed, the
In response to a control command indicating the start of scanning from the
図4は、スキャンタイミング信号と偏向波形の関係を示すタイムチャートである。また、図5は、スキャンタイミング信号と座標データの関係を示すタイムチャートである。図4において、スキャン制御信号(4A)を受けたレンズ制御手段9は、偏向レンズコントローラ10に設定された走査モードに応じて、X方向用偏向波形(4B),Y方向用偏向波形(4C)に示すような偏向信号を偏向レンズコントローラ10を介して偏向レンズ
203に印加して、電子ビーム209の走査を行う。図4は偏向波形の一例であり、螺旋状の走査のパターンを示している。また、これと同時に、走査のパターンの座標情報を、図5に示す座標データ(5B)に示すようなタイミングで前処理部11に送る。
FIG. 4 is a time chart showing the relationship between the scan timing signal and the deflection waveform. FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the scan timing signal and the coordinate data. In FIG. 4, the lens control means 9 that has received the scan control signal (4A), according to the scanning mode set in the
電子ビーム209は、偏向レンズ203により2次元的に走査され、試料205と電子ビーム209との相互作用により発生する信号211が検出器204で検出される。信号211としては、二次電子信号,反射電子信号,オージェ電子信号,特性X線信号,カソード・ルミネセンス信号等がある。検出された信号211は、検出器204で増幅され、前処理部11に入力される。
The
図6は、前処理部11の構成図である。前処理部11は、図6に示すように、入力される検出信号211を、アナログ信号をデジタル信号へ変換するA/D変換器102に合った信号レベルまで増幅器101で増幅し、A/D変換器102でデジタルデータ107に変換を行う。デジタルデータ107は、順次走査形式変換手段105に入力され、順次走査形式に変換された後に、画像処理部106へ送られる。順次走査形式変換手段105には、書き換え可能なメモリデバイスが用いられる。
FIG. 6 is a configuration diagram of the
図5に示す座標データ(5B)は、図6に示す前処理部11の並べ替え制御手段104が受け、順次走査形式変換手段105における書き込みアドレスが計算される。並べ替え制御手段104で計算されたアドレスデータ(5C)は、図5に示されるタイミングで順次走査形式変換手段105に入力される。
The coordinate data (5B) shown in FIG. 5 is received by the rearrangement control means 104 of the
順次走査形式変換手段105は、入力されてくるデジタルデータ107を並べ替え制御手段104からのアドレスデータの値に従って並べていくことで、順次走査形式に変換されたデジタルデータ107が、前処理部11のメモリに配置されることになる。
The sequential scanning
図5および図6で説明した一実施例では、並べ替え制御手段104にて演算されたアドレスデータの値が順次走査形式変換手段105に送られるタイミングと、デジタルデータ107が送られるタイミングとが同期している。実際に本回路を設計する場合、両者のタイミングを同期させるために詳細な設計が必要となるが、これは通常の回路技術者であれば容易に解決しうる問題であるので、ここでは詳細な回路の説明を省略する。
In the embodiment described with reference to FIGS. 5 and 6, the timing at which the value of the address data calculated by the rearrangement control means 104 is sent to the sequential scanning format conversion means 105 is synchronized with the timing at which the
そして、画像処理部106で行われる画像処理が時系列的なデータ比較を含むもの、例えばマスク処理等である場合には、電子ビームの複数の走査モードに対応した複数の演算回路を構成する必要がなく、本実施例のように、順次走査形式のデジタルデータ用演算回路によって、入力されてくるデジタルデータをアドレスデータの値に従って並べていくことで、任意の走査モードのデジタルデータに対応できる。
When the image processing performed in the
図1に示す前処理部11で画像処理されたデジタルデータは、フレームメモリ(1)
12に格納される。フレームメモリ(1)12に格納されたデジタルデータは、転送制御部15による制御によって、入力バス18を通じて、フレームメモリ(2)13,フレームメモリ(3)14へ格納される。フレームメモリ(2)13は、画像処理PC
(Programable Controller)16への転送用フレームメモリであり、フレームメモリ(3)14は、ディスプレイ17の表示用のホストコンピュータ20への転送用フレームメモリである。なお、転送制御部15による入力バス18の制御速度は、リアルタイム性を確保するために、前処理部11の転送速度を下回らないようにしておくことが望ましい。
The digital data image-processed by the preprocessing
12. The digital data stored in the frame memory (1) 12 is stored in the frame memory (2) 13 and the frame memory (3) 14 through the
The frame memory (3) 14 is a frame memory for transfer to the
以上の構成により、荷電粒子ビームの様々な走査モードに対しても対応可能で回路の複雑化を避けることができる画像処理回路を得ることができる。 With the above configuration, it is possible to obtain an image processing circuit that can cope with various scanning modes of a charged particle beam and can avoid circuit complexity.
9…レンズ制御手段、10…偏向レンズコントローラ、11…前処理部、17…ディスプレイ、19…スキャン制御部、20…ホストコンピュータ、21…SEM制御手段、
1001…選択ボタン、1002,1004…ウィンドウ、1003,1005…セットボタン、1006…領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Lens control means, 10 ... Deflection lens controller, 11 ... Pre-processing part, 17 ... Display, 19 ... Scan control part, 20 ... Host computer, 21 ... SEM control means,
1001 ... Selection button, 1002, 1004 ... Window, 1003, 1005 ... Set button, 1006 ... Area.
Claims (9)
The charged particle beam apparatus according to claim 7, wherein the image processing apparatus includes means for sequentially converting the digitized sample image into a scanning format.
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JP2006166804A JP2007335271A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Image processing method, image processing device, and charged particle beam device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013242994A (en) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Hitachi High-Technologies Corp | Image processing system, and image processing method |
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2006
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