JP2012142299A - Scanning charged particle microscope device, and processing method of image taken by scanning charged particle microscope device - Google Patents
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本発明は、走査型イオン顕微鏡や走査型電子顕微鏡などの荷電粒子を用いて試料表面を走査して画像を取得する走査型荷電粒子顕微鏡に係り、特に取得した画像に対して画像処理による分解能向上やS/Nを向上させることが可能な走査型荷電粒子顕微鏡および走査型荷電粒子顕微鏡で取得した画像の画像復元方法に関する。 The present invention relates to a scanning charged particle microscope that scans a sample surface using charged particles such as a scanning ion microscope or a scanning electron microscope to acquire an image, and in particular, improves resolution by image processing on the acquired image. The present invention relates to a scanning charged particle microscope capable of improving S / N and an image restoration method of an image acquired by a scanning charged particle microscope.
微細な物体を鮮明に観察するために、光学顕微鏡に比べ分解能が非常に高い走査型荷電粒子顕微鏡が広く利用されている。走査型荷電粒子顕微鏡では、集束した電子ビームを対象試料に照射し、試料から放出される、または試料を透過する荷電粒子(照射する荷電粒子とは別種の場合もある)を検出することで、ビーム照射位置における対象試料の情報を得る。荷電粒子ビームで試料上をスキャンすることにより、対象試料の拡大画像を取得することができる。走査型イオン顕微鏡(Scanning Ion Microscope : 以下SIMと記す)や走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:以下SEMと記す)は走査型荷電粒子顕微鏡の一つとして良く知られている。特に、半導体製造プロセスにおいては、画像観察のためのみでなく、半導体の検査やパターン計測などの対象試料の特徴量を求める用途として、半導体ウェーハ上に発生した欠陥の検出および欠陥の原因調査、パターンの寸法や形状の計測のために使われている。パターンの微細化に伴い、微小欠陥の検査や、パターンの高精度計測の必要性が増してきており、高分解能な画像を取得することが重要になってきている。しかし、どんな走査型荷電粒子顕微鏡でも分解能の限界がある。粒子が波動の性質を持つことにより発生する回折収差や、レンズの特性に起因する色収差、球面収差のため、荷電粒子ビーム(イオンビームや電子ビームなど)はこれらの収差により広がったビーム強度波形を持って試料表面に入射する。 In order to clearly observe a minute object, a scanning charged particle microscope having a very high resolution as compared with an optical microscope is widely used. In a scanning charged particle microscope, a focused electron beam is irradiated onto a target sample, and charged particles that are emitted from the sample or transmitted through the sample (which may be different from the charged particles to be irradiated) are detected. Information on the target sample at the beam irradiation position is obtained. By scanning the sample with a charged particle beam, an enlarged image of the target sample can be acquired. A scanning ion microscope (hereinafter referred to as SIM) and a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) are well known as one of scanning charged particle microscopes. In particular, in the semiconductor manufacturing process, not only for image observation, but also for the purpose of obtaining feature quantities of target samples such as semiconductor inspection and pattern measurement, detection of defects generated on semiconductor wafers, defect cause investigation, patterns It is used for the measurement of dimensions and shapes. With the miniaturization of patterns, the need for inspection of minute defects and high-precision measurement of patterns has increased, and it has become important to acquire high-resolution images. However, any scanning charged particle microscope has limited resolution. Due to diffraction aberration caused by the wave nature of the particles, chromatic aberration due to lens characteristics, and spherical aberration, the charged particle beam (ion beam, electron beam, etc.) has a beam intensity waveform spread by these aberrations. And enter the sample surface.
また、試料内に入射した荷電粒子ビームは、一般に試料内で拡散した後、試料から放出される、または試料を透過する。これらの現象は、分解能劣化の要因となる。また、走査型荷電粒子顕微鏡では、荷電粒子ビームを多く入射するほど、試料にダメージを与えたり撮像時間が長くなるという問題がある。このため、十分な量の荷電粒子ビームを入射することができず、検出される信号量が減少するため、走査型荷電粒子顕微鏡では光学顕微鏡に比べて撮像画像のS/Nは低い。一方、画像の分解能向上およびS/N向上を可能とする画像処理として、画像復元が知られている。カメラや望遠鏡、顕微鏡などの機器で得られた画像には、必ず分解能の劣化やノイズの重畳がある。画像復元は、これらの画像から分解能の劣化やノイズを除いた、鮮明で高S/Nの画像(以下理想画像と記す)を推定する処理である。通常画像復元では、まず理想画像が分解能劣化度合いを表す劣化関数との畳込みにより分解能が劣化し、さらにノイズが重畳した画像を撮像画像とモデル化し、次にこのモデルを用いて撮像画像から逆に理想画像を推定する。画像復元に関し、天体画像や光学画像などを対象に多くの研究が行われている(例えば、非特許文献1、2を参照)。また、走査型光学顕微鏡や走査型荷電粒子顕微鏡においても、画像復元を用いて分解能を向上する手法が、特許文献1や非特許文献3で提案されている。更に、撮像画像の分解能劣化要因の一つである試料表面でのビーム強度波形を求める計算方法については、例えば非特許文献4に記載されている。
The charged particle beam incident on the sample is generally diffused in the sample and then emitted from the sample or transmitted through the sample. These phenomena cause resolution degradation. Further, in the scanning charged particle microscope, there is a problem that the more the charged particle beam is incident, the more the sample is damaged or the imaging time becomes longer. For this reason, a sufficient amount of charged particle beam cannot be incident, and the amount of signal to be detected is reduced, so that the S / N of the captured image is lower in the scanning charged particle microscope than in the optical microscope. On the other hand, image restoration is known as image processing that can improve image resolution and S / N. Images obtained with devices such as cameras, telescopes, and microscopes always have resolution degradation and noise superposition. Image restoration is processing for estimating a clear and high S / N image (hereinafter referred to as an ideal image) obtained by removing resolution degradation and noise from these images. In normal image restoration, the resolution of the ideal image is first degraded by convolution with a degradation function indicating the resolution degradation level, and then an image with noise superimposed is modeled as a captured image, and then this model is used to reverse the captured image. Estimate the ideal image. Regarding image restoration, many studies have been conducted on celestial images and optical images (see, for example, Non-Patent
また、特許文献2には、試料に斜め方向から電子ビームを照射して画像撮像を行うことにより、試料の側面の情報を得ることが記載されている。
Further,
しかし、特許文献1や非特許文献3で提案されている手法では、劣化関数には固定されたビーム強度波形が用いられており、これは以下の問題点がある。
However, in the methods proposed in
例えば、ビーム強度波形は、加速電圧、プローブ電流、ビーム開き角などの撮像条件を決めるパラメータによって大きく異なることもあり、ビームをチルトして撮像する場合にはビームチルト角によっても異なる。さらに、ビーム強度波形は、荷電粒子ビームを集束するレンズ等の性能に影響を受けやすく、異なる装置や、同じ装置であっても装置の状態によりレンズの性能が若干異なるだけで変化する場合がある。これらの撮像条件に応じて適した劣化関数を用いなければ、ビーム強度波形による分解能の劣化を十分に低減できない。 For example, the beam intensity waveform may vary greatly depending on parameters that determine imaging conditions such as acceleration voltage, probe current, and beam opening angle, and also varies depending on the beam tilt angle when imaging with the beam tilted. Furthermore, the beam intensity waveform is easily affected by the performance of a lens or the like that focuses the charged particle beam, and even if it is a different device or the same device, the performance of the lens may vary depending on the state of the device. . Unless a degradation function suitable for these imaging conditions is used, resolution degradation due to the beam intensity waveform cannot be sufficiently reduced.
また、例えば、対象試料が焦点深度に比べて十分な高さを持つような場合では、試料の高さによってビーム強度波形が大きく異なる。この理由は、通常焦点位置を固定して1枚の画像を撮像するので、焦点位置が試料表面に近い場合には焦点が合うが、逆に試料表面から遠くなるほど焦点外れを引き起こすためである。この場合、試料の高さ情報に応じて劣化関数を変更しなければ、焦点外れのある領域の分解能を十分に向上することはできない。 For example, when the target sample has a sufficient height compared to the depth of focus, the beam intensity waveform varies greatly depending on the height of the sample. The reason for this is that, since a single image is picked up with a fixed focal position, the focus is focused when the focal position is close to the sample surface, but conversely, the farther from the sample surface, the more defocusing occurs. In this case, unless the deterioration function is changed according to the height information of the sample, the resolution of the out-of-focus region cannot be sufficiently improved.
また、例えば、更なる分解能向上のため、試料内での荷電粒子ビームの拡散による影響やビームスキャンによる影響など、ビーム強度波形以外の分解能劣化要因も低減したい場合がある。 In addition, for example, in order to further improve the resolution, there are cases where it is desirable to reduce resolution degradation factors other than the beam intensity waveform, such as the influence of the diffusion of the charged particle beam in the sample and the influence of the beam scan.
また、例えば、半導体パターンの寸法や形状の計測などにおいては、安定した計測精度を実現するために、装置間での計測値の差や装置の経時変化による計測の変動を防ぐための処理が必要である。この場合の計測値の差や変動の大きな要因は、ビーム強度波形の差であると考えられるため、ビーム強度波形そのものを劣化関数として画像復元を行うことにより、ビーム強度波形の差を低減する考え方は有効である。しかし、撮像画像のS/Nが低く、また画像復元を短時間で行わなければならない場合には、分解能を十分に向上することが困難であり、したがってビーム強度波形そのものを劣化関数に用いても、ビーム強度波形の差を十分に低減することは非常に難しい。 In addition, for example, when measuring the dimensions and shape of semiconductor patterns, in order to achieve stable measurement accuracy, it is necessary to perform processing to prevent measurement fluctuations due to differences in measured values between devices and changes over time of devices. It is. In this case, the major cause of the difference or fluctuation in the measured value is considered to be the difference in the beam intensity waveform. Therefore, the idea of reducing the difference in the beam intensity waveform by performing image restoration using the beam intensity waveform itself as a degradation function. Is valid. However, when the S / N of the captured image is low and image restoration must be performed in a short time, it is difficult to sufficiently improve the resolution. Therefore, even if the beam intensity waveform itself is used as the degradation function, It is very difficult to sufficiently reduce the difference in beam intensity waveform.
上記課題を解決するために、本発明では、集束させた荷電粒子線をパターンが形成された試料上に照射して走査する荷電粒子線照射光学系手段と、この荷電粒子線照射光学系手段により荷電粒子線が照射されて走査された試料から発生した荷電粒子を検出する荷電粒子検出光学系手段と、この荷電粒子検出光学系手段で検出した信号を処理して試料の荷電粒子画像を得る画像取得手段と、この画像取得手段で取得した試料の荷電粒子画像を処理する画像処理手段とを備えた走査型荷電粒子顕微鏡装置において、画像処理手段が、画像取得手段で取得した画像の画像取得条件又は撮像した試料の情報のうち少なくとも一方を含む撮像情報を用いて算出した劣化関数を用いて画像取得手段で取得した画像の復元画像を求めるようにした。 In order to solve the above problems, in the present invention, charged particle beam irradiation optical system means for irradiating and scanning a focused charged particle beam on a pattern-formed sample, and this charged particle beam irradiation optical system means Charged particle detection optical system means for detecting charged particles generated from a scanned sample irradiated with a charged particle beam, and an image for obtaining a charged particle image of the sample by processing a signal detected by the charged particle detection optical system means In a scanning charged particle microscope apparatus including an acquisition unit and an image processing unit that processes a charged particle image of a sample acquired by the image acquisition unit, the image processing unit acquires an image acquisition condition of an image acquired by the image acquisition unit Alternatively, a restored image of the image acquired by the image acquisition unit is obtained using a deterioration function calculated using imaging information including at least one of information on the sampled image.
また、本発明では、走査型荷電粒子顕微鏡装置を用いて集束させた荷電粒子線をパターンが形成された試料上に照射して走査することにより試料から発生した荷電粒子を検出して試料の荷電粒子画像を取得し、この取得した試料の荷電粒子画像を処理する走査型荷電粒子顕微鏡装置で取得した画像の処理方法において、取得した画像の画像取得条件又は撮像した試料の情報のうち少なくとも一方を含む撮像情報を用いて算出した劣化関数を用いて前記取得した荷電粒子画像の復元画像を求めるようにした。 Further, in the present invention, charged particles generated from a sample are detected by irradiating and scanning a charged particle beam focused by a scanning charged particle microscope apparatus on the sample on which the pattern is formed. In a processing method of an image acquired by a scanning charged particle microscope apparatus that acquires a particle image and processes a charged particle image of the acquired sample, at least one of an image acquisition condition of the acquired image or information of the imaged sample is acquired. A restored image of the acquired charged particle image is obtained using a deterioration function calculated using imaging information that includes the image pickup information.
本発明によれば、走査型荷電粒子顕微鏡において、撮像条件や試料情報、用途に適応した劣化関数を用いて画像復元処理を行うことで、微細構造の観察や対象試料の特徴量の高精度計算が可能になる。 According to the present invention, in a scanning charged particle microscope, image reconstruction processing is performed using a deterioration function adapted to imaging conditions, sample information, and application, thereby observing a fine structure and calculating a feature amount of a target sample with high accuracy. Is possible.
本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
[画像復元の原理の説明]
本発明は、撮像画像の分解能向上およびS/N向上を行うために、適切な劣化関数を用いて画像復元を行うものである。以下に、本発明による画像復元に原理について説明する。
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Description of the principle of image restoration]
The present invention restores an image using an appropriate deterioration function in order to improve the resolution and S / N of a captured image. The principle of image restoration according to the present invention will be described below.
図1は、画像を撮像して画像復元を行うシーケンスの一実施例である。まず、予め設定された撮像条件を元に、101のステップで画像撮像を行い、111の撮像画像gを得る。該撮像条件とは、装置に関する情報を表す装置の機種、装置ID、装置の状態、および撮像時のパラメータを表す加速電圧、プローブ電流、ビーム開き角、ビームチルト角、焦点位置等のことである。また、102のステップで該撮像条件と試料情報に基づき、劣化関数Aを生成する。次に、103のステップで画像復元を行うことにより、112の復元画像fを求める。また、ステップ104、105のようにユーザにより劣化関数を修正できる機能が付いていても良い。ステップ104でユーザに劣化関数を修正する必要があるか否かを尋ね、必要がある場合には、ステップ105で修正した劣化関数を用いて、ステップ103で画像復元を行い、劣化関数を修正する必要がなくなるまで繰り返す。画像を連続して撮像する場合には、最初に撮像した画像に対してステップ104、105の処理を行う場合はあるが、通常2枚目以降の撮像画像に対してはステップ104、105の処理は行われない。
FIG. 1 is an example of a sequence for capturing an image and performing image restoration. First, based on preset imaging conditions, an image is captured in 101 steps to obtain 111 captured images g. The imaging conditions are the device model, device ID, device state, and acceleration voltage, probe current, beam opening angle, beam tilt angle, focus position, etc., representing parameters at the time of imaging. . In
図2は、本発明の一実施形態であるSEMの基本構成である。SEMは、例えば、撮像装置201、制御部221、処理部222、記憶部223、および入出力部224等から構成される。撮像画像の取得では、電子銃202から1次電子ビーム203を発生し、この1次電子ビーム203をコンデンサレンズ204に通し、さらに対物レンズ205に通すことにより試料206の表面に集束する。次に、試料206から発生する2次電子や反射電子等の電子を検出器208により検出し、画像生成器209により該検出信号からディジタル画像を生成することにより、撮像画像を取得する。撮像画像は、記憶部223に保存される。ステージ207を移動することにより、試料の任意の位置での画像撮像が可能である。検出器208は、例えば2次電子を多く検出するようにした2次電子検出器と、反射電子を多く検出するようにした反射電子検出器のように、複数の検出器があっても良い。また、試料の高さを計測するための高さ計測センサ214があっても良い。1次電子ビーム210のように試料に斜め方向から電子ビームを照射して画像撮像を行うことにより、試料の側面の情報を得ることができる。斜め方向から電子ビームを照射する方法としては、例えば特許文献2には、光軸から離れて電子ビームを偏向させるための偏向ユニット211と、電子ビームを分散することにより試料表面における色収差を実質的に補正する補正ユニット212を用いることにより、電子ビームを傾斜させる手法が述べられている。このような手法以外にも、複数のカラムを用いる方法、あるいはカラムを傾ける方法、あるいはステージ207を傾ける方法等により、試料に斜め方向から荷電粒子線を照射して画像撮像を行うことが可能である。ただし、通常は試料に対して斜めから照射するほどビーム強度波形が広がり、撮像画像の分解能が低下する。
FIG. 2 shows the basic configuration of an SEM that is an embodiment of the present invention. The SEM includes, for example, an
制御部221は、電子銃202周辺に印加する電圧、コンデンサレンズ204および対物レンズ205の焦点位置調整、ステージ207の移動、画像生成器209の動作タイミング等を制御する。処理部222によりステップ102の劣化関数の生成やステップ103の画像復元、ステップ104の劣化関数の修正要否の判断、ステップ105の劣化関数の修正等が行われる。
The
記憶部223にて撮像画像、復元画像、撮像条件や試料情報等が保存される。撮像条件の入力、撮像画像または復元画像の出力、劣化関数の修正等は、入出力部224により行われる。撮像画像gには、必ず何らかの要因による分解能劣化とノイズ重畳によるS/N低下が起こる。撮像画像g(x、y)は、分解能劣化の様子を表す劣化関数A(x’、y’)と復元画像f(x、y)との畳み込みに、ノイズn(x、y)が重畳した画像として、
The
と表すことができる。ここで、復元画像fは劣化関数Aによる分解能劣化や、ノイズnの重畳がない画像である。ノイズnは復元画像fと独立な白色ガウスノイズと仮定される場合が多いが、fと独立でないノイズや、ガウス分布以外の、例えばポアソン分布に従うノイズであっても良い。 It can be expressed as. Here, the restored image f is an image without resolution degradation due to the degradation function A and no superimposition of noise n. The noise n is often assumed to be white Gaussian noise independent of the restored image f, but may be noise that is not independent of f or noise other than Gaussian distribution, for example, according to Poisson distribution.
また、ノイズは加法的でなくても良く、例えば Also, noise does not have to be additive, for example
のように表せるようなノイズでも良い。復元画像fは、必ずしも全ての分解能劣化要因や全てのノイズを除いた画像である必要はない。例えば、劣化関数がA1(x’、y’)、A2(x’、y’)で表される二つの分解能劣化要因がある場合、劣化関数A(x’、y’)を Noise that can be expressed as shown in FIG. The restored image f does not necessarily need to be an image excluding all resolution deterioration factors and all noises. For example, if there are two resolution degradation factors represented by A 1 (x ', y') and A 2 (x ', y'), the degradation function A (x ', y')
とおいて、この二つの分解能劣化がないように復元画像fを設定することもできるし、劣化関数A(x’、y’)をA(x’、y’)=A1(x’、y’)またはA(x’、y’)=A2(x’、y’)とおいて、どちらか一方の分解能劣化のみを低減することもできる。 In addition, the restored image f can be set so that these two resolution degradations do not occur, and the degradation function A (x ′, y ′) is set to A (x ′, y ′) = A 1 (x ′, y It is also possible to reduce only one of the resolution degradations by setting ') or A (x', y ') = A 2 (x', y ').
また、例えば、画像からノイズを完全に除去することは実質的には不可能であり、ノイズを強く除去するほど微細構造も除去してしまう等の悪影響を及ぼす可能性がある。これを防ぐため、復元画像fにある程度ノイズを残しておくこともできる。分解能劣化要因としては、試料表面でのビーム強度波形の広がり、試料内でのビームの拡散、ビームスキャンによる影響などが考えられる。それぞれの分解能劣化要因に対応する劣化関数を用いて画像復元を行うことにより、各現象による分解能劣化を低減することが可能である。また、劣化関数は、これらの分解能劣化要因に直接対応している必要はない。例えば、異なる撮像条件における試料表面でのビーム強度波形が図5に示すような関数Aa(x’、y’)およびAb(x’、y’)であるような場合、 In addition, for example, it is practically impossible to completely remove noise from an image, and there is a possibility that a fine structure is removed as noise is strongly removed. In order to prevent this, it is possible to leave some noise in the restored image f. Possible causes of resolution degradation include the spread of the beam intensity waveform on the surface of the sample, the diffusion of the beam within the sample, and the effects of beam scanning. By performing image restoration using a degradation function corresponding to each resolution degradation factor, resolution degradation due to each phenomenon can be reduced. Further, the degradation function does not need to directly correspond to these resolution degradation factors. For example, when the beam intensity waveforms on the sample surface under different imaging conditions are functions A a (x ′, y ′) and A b (x ′, y ′) as shown in FIG.
を満たすような関数A(x’、y’)を劣化関数としても良い。この劣化関数を用いることで、二つのビーム強度波形による分解能の差を低減することが可能である。関数A(x’、y’)の計算方法としては、例えば、関数Aa(x’、y’)とAb(x’、y’)をフーリエ変換し、それにより得られる関数FAa(fx’、fy’)、 FAb(fx’、fy’)の除算FAa(fx’、fy’)/FAb(fx’、fy’)を計算し、その結果を逆フーリエ変換する方法がある。画像復元では、与えられた撮像画像gに対して、式(1)を逆に解くことにより復元画像fを求める。画像復元の解法としては、劣化関数Aの逆関数、または逆関数に対応する関数A+を求めて撮像画像gにA+を直接作用させる非反復法や、反復して処理を行うことでより分解能の高い復元画像fを求めてゆく反復法がある。非反復法は一般に高速に復元画像fを求められるという利点を持ち、Wienerフィルタなどの手法が有名である。一方、反復法のほうが一般に高分解能で画質の良好な復元画像fを得ることができる。 A function A (x ′, y ′) that satisfies the above may be used as a degradation function. By using this deterioration function, it is possible to reduce the difference in resolution between the two beam intensity waveforms. As a calculation method of the function A (x ′, y ′), for example, the function A a (x ′, y ′) and A b (x ′, y ′) are Fourier-transformed, and the function FA a ( f x ', f y '), FA b (f x ', f y ') division FA a (f x ', f y ') / FA b (f x ', f y ') There is a method of inverse Fourier transforming the result. In the image restoration, the restored image f is obtained by solving Equation (1) in reverse for the given captured image g. As a solution for image restoration, the inverse function of the degradation function A or a function A + corresponding to the inverse function is obtained, and a non-iterative method in which A + is directly applied to the captured image g, or iterative processing is performed. There is an iterative method for obtaining a restored image f with high resolution. Non-iterative methods generally have the advantage that a restored image f can be obtained at high speed, and methods such as the Wiener filter are well known. On the other hand, the iterative method can generally obtain a restored image f with high resolution and good image quality.
図4は、反復法に基づく画像復元の一実施例である。反復法では、画像fiを反復して更新することにより画像fiの分解能向上やノイズ低減を行ってゆき、復元画像fを求める方法である。まず、撮像画像gを用いてステップ401により画像fiの初期値である画像f0を作成する。画像f0は撮像画像gそのものとしても良いし、撮像画像gにノイズ除去等の前処理を施した画像や、他の画像復元手法により求められた復元画像としても良い。次に、ステップ402で画像f0と劣化関数Aとの畳込み結果である画像g0を計算する。その後、403の画像fi更新のステップで撮像画像g、画像f0、画像g0を用いて画像f0を更新し、画像f1を得る。
FIG. 4 is an example of image restoration based on an iterative method. The iterative method, by updating iteratively the image f i Yuki performing resolution enhancement and noise reduction of an image f i, is a method of obtaining a restored image f. First, create an image f 0 is the initial value of the image f i in
以下、ステップ404で終了条件を満たすまで、ステップ402〜404を繰返すことにより画像fiを更新し、終了条件を満たしたら画像fiを復元画像fとして出力する。終了条件は、一定の反復回数実施後や、一定の処理時間経過後、または画像fiの更新量が十分小さくなったとき、画像fiがある特定の条件を満たしたとき等が考えられる。403の画像fi更新のステップでは、多くの手法が提案されている。例えば、反復法として広く知られた手法であるRichardson-Lucy法では、次式
Hereinafter, until the end condition is satisfied in
に従って画像fiの更新を行う。この手法では、画像fiはノイズがポアソン分布に従うときの最尤解に収束する。また、例えば、拘束条件 The image f i is updated according to the following. In this method, the image f i converges to the maximum likelihood solution when the noise follows the Poisson distribution. Also, for example, constraint conditions
のもとで評価関数H(fi(x、y))を小さくするようにfi(x、y)を更新する方法もある。ここで、σはノイズnの標準偏差である。式(6)は、画像fiが式(1)における復元画像fに等しいときに、画像giと撮像画像gの差がノイズnになるという性質に基づいている。この問題は、ラグランジェの未定係数ηを用いて、 There is also a method of updating f i (x, y) so as to make the evaluation function H (f i (x, y)) smaller. Here, σ is a standard deviation of the noise n. Equation (6), the image f i is at equal to the restored image f in equation (1), the difference image g i and captured image g is based on the property that becomes noise n. This problem is solved using Lagrange's undetermined coefficient η
を最小化する問題と置き換えることができるため、最急降下法やニュートン法等の最適化法を用いて画像fiを更新してゆくことが可能である。非特許文献1に、その詳細な手法が説明されている。
It is possible to replace the problem of minimizing the, it is possible to slide into updating the image f i using an optimization method such as the steepest descent method or Newton's method.
図5は、撮像画像の分解能劣化要因の一つである、試料表面でのビーム強度波形の一例である。図5(a)において(1)、(2)のビームは301、302はどちらもある幅を持ったビームであり、試料303の表面で集束してビームの幅が狭くなるように入射している。(1)のビーム301は、x軸およびy軸に対して垂直な方向から入射されている。一方、図5(a)(2)のビーム302は、y軸に対しては垂直な方向であるが、x軸に対してはビームチルト角θでビームチルトしている。ビーム301、302の試料表面(xy平面に平行とする)でのビーム強度波形を図5(b〜(e)に示す。ビーム301、302の入射方向以外の性質が全て同一ならば、図5(c)および(e)に示すようにy方向に対するそれぞれのビーム強度波形、即ち図5(c)の波形312、図5(e)の波形314は同じとみなせる。一方、x方向に対するそれぞれのビーム強度波形、即ち図5(b)の波形311、図5(d)の波形313を比較すると、斜めから入射したビーム302のほうが広がったようになる。試料表面でのビーム強度波形が広がりを持つほど分解能劣化を引き起こすため、通常ビームチルト角θが増すほど分解能は劣化する。
FIG. 5 is an example of a beam intensity waveform on the sample surface, which is one of the factors that degrade the resolution of the captured image. In FIG. 5A, the beams (1) and (2) in FIG. 5 (a) are
他の条件が異なった場合にもビーム強度波形は異なった形になる。ビーム強度波形の広がりを表す値としては、荷電粒子が持つ波としての性質に起因する回折収差ddや、レンズの特性である色収差dc、球面収差ds等がある。各収差dd、dc、dsは、それぞれ次式のように表される。 Even when other conditions are different, the beam intensity waveform is different. Examples of values representing the spread of the beam intensity waveform include diffraction aberrations d d caused by the properties of charged particles as waves, chromatic aberrations d c , which are lens characteristics, and spherical aberrations d s . Each aberration d d , d c , d s is expressed as follows.
ここで、λは荷電粒子のドブロイ波長、αは試料表面におけるビーム開き角、Φは荷電粒子ビームの加速電圧、ΔΦは加速電圧Φの変動、Ccは色収差係数、Csは球面収差係数である。図6(a)に、これらの収差が撮像条件により変化する一例として、色収差係数Ccおよび球面収差係数Csの値を一定とした場合におけるビーム開き角αと各収差dd、dc、dsとの関係、および加速電圧Φと、各収差dd、dc、dsとの関係を示す。尚、図6(b)で回折収差ddが加速電圧Φにより変化している理由は、荷電粒子のドブロイ波長λが加速電圧Φの-1/2乗に比例するためである。色収差係数Ccと球面収差係数Csは、荷電粒子ビームを集束するためのレンズの特性を表す値であり、通常は加速電圧Φやビーム開き角α等によって変化する。ビーム強度波形は、各収差dd、dc、dsを用いて近似的に求めることもできるし、例えば非特許文献4記載の計算方法により精確に求めることもできる。また、条件毎に実測をしてビーム強度波形を推定しても良い。収差が加速電圧Φやビーム開き角αによって変化するのと同様に、ビーム強度波形もこれらの条件によって変化する。また、ビーム強度波形は、荷電粒子ビームの電流(プローブ電流)や焦点位置等によっても変化する。したがって、ビーム強度波形による分解能劣化要因を劣化関数に含める場合、適切に画像復元を行うためには、加速電圧Φ、ビーム開き角α、プローブ電流、焦点位置等の撮像条件に応じて適した劣化関数を用いる必要がある。 Where λ is the de Broglie wavelength of the charged particle, α is the beam opening angle on the sample surface, Φ is the acceleration voltage of the charged particle beam, ΔΦ is the variation of the acceleration voltage Φ, C c is the chromatic aberration coefficient, and C s is the spherical aberration coefficient is there. FIG. 6A shows an example in which these aberrations change depending on imaging conditions. The beam opening angle α and the aberrations d d , d c when the values of the chromatic aberration coefficient C c and the spherical aberration coefficient C s are constant. The relationship between d s and the acceleration voltage Φ and each aberration d d , d c and d s are shown. In FIG. 6B, the reason why the diffraction aberration d d is changed by the acceleration voltage Φ is that the de Broglie wavelength λ of the charged particles is proportional to the −1/2 power of the acceleration voltage Φ. The chromatic aberration coefficient C c and the spherical aberration coefficient C s are values representing the characteristics of the lens for focusing the charged particle beam, and usually change depending on the acceleration voltage Φ, the beam opening angle α, and the like. The beam intensity waveform can be approximately obtained using each aberration d d , d c , d s , or can be accurately obtained by a calculation method described in Non-Patent Document 4, for example. Further, the beam intensity waveform may be estimated by actual measurement for each condition. Just as the aberration changes with the acceleration voltage Φ and the beam opening angle α, the beam intensity waveform also changes with these conditions. The beam intensity waveform also changes depending on the charged particle beam current (probe current), the focal position, and the like. Therefore, when the resolution degradation factor due to the beam intensity waveform is included in the degradation function, in order to perform image restoration appropriately, degradation suitable for the imaging conditions such as acceleration voltage Φ, beam opening angle α, probe current, focal position, etc. It is necessary to use a function.
図7は、撮像条件に応じてビーム強度波形を計算するステップの一実施例である。ビーム強度波形を劣化関数として画像復元を行う場合、501のビーム強度波形を計算するステップは、図1の102の劣化関数生成のステップとして利用できる。ビーム強度波形を計算するのに必要な、撮像条件に応じて変化するパラメータを、複数の撮像条件に対して502のように予め記憶しておく。502のパラメータは、例えば色収差係数Ccや球面収差係数Cs等である。次に503のスイッチにより与えられた撮像条件に対応するパラメータを選択する。このパラメータの選択の後、504のビーム強度波形計算によって該撮像条件に応じたビーム強度波形を計算する。与えられた撮像条件に完全に一致する撮像条件のパラメータが502に記憶されていない場合には、503のスイッチは、例えば与えられた撮像条件に最も近い撮像条件におけるパラメータを選択しても良いし、与えられた撮像条件に近い複数の撮像条件に対応するパラメータを用いて推定しても良い。
FIG. 7 is an example of the step of calculating the beam intensity waveform according to the imaging conditions. When performing image restoration using the beam intensity waveform as a deterioration function, the step of calculating the beam intensity waveform of 501 can be used as the step of generating the deterioration function of 102 in FIG. Parameters necessary for calculating the beam intensity waveform, which change according to the imaging conditions, are stored in advance as 502 for a plurality of imaging conditions. The
図8は、撮像条件に応じてビーム強度波形を計算するステップの別の一実施例である。複数の撮像条件に対するビーム強度波形を602のように予め記憶しておく。次に、603のスイッチにより与えられた撮像条件に対応するビーム強度波形を選択する。与えられた撮像条件に完全に一致する撮像条件のパラメータが602に記憶されていない場合には、603のスイッチは、例えば与えられた撮像条件に最も近い撮像条件におけるビーム強度波形を選択しても良いし、与えられた撮像条件に近い複数の撮像条件におけるビーム強度波形を補間しても良い。
FIG. 8 is another example of the step of calculating the beam intensity waveform in accordance with the imaging conditions. Beam intensity waveforms for a plurality of imaging conditions are stored in advance as 602. Next, the beam intensity waveform corresponding to the imaging condition given by the
劣化関数の計算に試料情報が必要な場合もある。図9に、高低差の大きい試料に対して荷電粒子ビームを照射した場合の様子を示す。図9(a)で荷電粒子ビーム802は、試料803の表面において合焦であり、そのビーム強度波形は812のようにあまり広がっていない。一方、荷電粒子ビーム801は、試料803の表面において焦点が外れており、そのビーム強度波形は図8(c)に示すように811のようにビーム強度波形812に比べて広がっている。試料803のように、荷電粒子ビームの焦点深度に対して対象とする試料の高低差が大きい場合には、荷電粒子ビーム801のように焦点が外れることが起こる。この場合、荷電粒子ビームのビーム径sは例えば図9(b)に示した821のようにビーム照射位置によって変化する。この変化のため、位置により分解能が異なる撮像画像が取得される。このような画像に対して、ビーム強度波形による分解能劣化を適切に低減するためには、試料の形状、特に試料の高さと焦点位置を表す情報を用いてビーム照射位置(x、y)毎のビーム強度波形を求め、該ビーム強度波形を劣化関数Aとする必要がある。尚、ビーム照射位置(x、y)によって変化するような劣化関数Aを用いる場合には、劣化関数はA(x’、y’;x、y)のように表され、撮像画像g(x、y)の分解能劣化モデルは
In some cases, sample information is required to calculate the degradation function. FIG. 9 shows a state in which a charged particle beam is irradiated on a sample having a large difference in elevation. In FIG. 9A, the charged
のようになる。試料の高さは、例えば図2に示した高さ計測センサ214等により計測しても良いし、走査プローブ顕微鏡等により計測した試料の高さを利用しても良い。また、試料が半導体パターンの場合には、パターン設計用のCAD(Computer Aided Design)データ等を利用することもできる。 become that way. The height of the sample may be measured by, for example, the height measurement sensor 214 shown in FIG. 2, or the height of the sample measured by a scanning probe microscope or the like may be used. Further, when the sample is a semiconductor pattern, CAD (Computer Aided Design) data for pattern design can also be used.
図9では、試料の高さにより劣化関数が変化する例を示した。試料情報によって劣化関数が変化する別の例として、試料内での荷電粒子ビームの拡散を劣化関数に含める場合がある。 FIG. 9 shows an example in which the deterioration function changes depending on the height of the sample. As another example in which the deterioration function changes depending on the sample information, there is a case where diffusion of a charged particle beam in the sample is included in the deterioration function.
図10に、試料内での荷電粒子ビームの拡散領域の例を示す。拡散は荷電粒子と試料との相互作用によって起こり、該相互作用は試料の材質によって異なる。したがって、該拡散領域の広さは試料の材質により異なり、例えば同一の荷電粒子ビーム901を照射した場合でも、試料921では911のように拡散領域は狭く、一方試料922では912のように拡散領域は広くなることがある。試料毎の拡散領域は、試料内での荷電粒子の軌道計算を行うモンテカルロシミュレータ等により計算することが可能である。また、拡散領域はビーム照射位置近傍の試料の形状によっても異なり、例えば試料923のように段差がある場合には、段差の近傍における拡散領域は、近傍に段差がない位置での拡散領域とは異なった形となる。
FIG. 10 shows an example of the diffusion region of the charged particle beam in the sample. Diffusion occurs due to the interaction between the charged particles and the sample, and the interaction varies depending on the material of the sample. Therefore, the width of the diffusion region differs depending on the material of the sample. For example, even when the same charged
したがって、荷電粒子ビームの拡散による分解能劣化をできるだけ低減するためには、試料の形状や材質に基づいて劣化関数を計算する必要がある。試料の形状は、例えば図2に示した高さ計測センサ214等を利用して計測しても良いし、走査プローブ顕微鏡等を用いて計測しても良い。また、試料が半導体パターンの場合には、パターン設計用のCADデータから取得しても良い。試料の材質は、例えば欠陥の組成を調べるEDX(Energy Dispersion X-ray spectrum)等により取得しても良いし、試料が半導体パターンの場合にはパターン設計用のCADデータから取得しても良い。 Therefore, in order to reduce the resolution degradation due to the diffusion of the charged particle beam as much as possible, it is necessary to calculate the degradation function based on the shape and material of the sample. The shape of the sample may be measured using, for example, the height measurement sensor 214 shown in FIG. 2, or may be measured using a scanning probe microscope or the like. Further, when the sample is a semiconductor pattern, it may be obtained from CAD data for pattern design. The material of the sample may be acquired by, for example, EDX (Energy Dispersion X-ray spectrum) for examining the composition of defects, or may be acquired from CAD data for pattern design when the sample is a semiconductor pattern.
別の分解能劣化要因の例として、ビームのスキャンに関係する劣化がある。走査型荷電粒子顕微鏡では、図11の試料1903に対して荷電粒子ビームを、例えば1901のように一方向(x方向)にスキャンしながら、試料から放出される、または試料を透過する荷電粒子を検出する。ビーム照射位置を変えながら画素1902毎に荷電粒子数の検出を行うが、検出中にもスキャンを行うため、結果としてスキャン方向であるx方向に平滑化された値が得られる。また、検出器の応答時間に比べ、1画素当たりのスキャン時間が短いほど、x方向に平滑化されることになる。これらの分解能劣化要因を低減するため、ビームスキャン速度に応じて1911、1912のようなx方向にのみ幅を持つ劣化関数を生成し、該劣化関数を用いて画像復元を行うことができる。
Another example of a resolution degradation factor is degradation related to beam scanning. In the scanning charged particle microscope, the charged particle beam emitted from the sample or transmitted through the sample is scanned while scanning the charged particle beam with respect to the
図12は、ビーム強度波形による分解能劣化、および試料内での荷電粒子ビームの拡散による分解能劣化を低減するための劣化関数を計算するステップの一実施例である。まず、複数の撮像条件に対してビーム強度波形を計算するのに必要なパラメータを1001のように予め記憶しておく。次に与えられた撮像条件に対応するパラメータをスイッチ1002により選択する。また、撮像条件と試料の形状から、1003のステップで焦点位置と試料表面位置との距離を計算する。次に、該距離とスイッチ1002から出力されるパラメータに基づいて1004のステップでビーム強度波形の計算を行う。次に、該ビーム強度波形と撮像条件、試料の形状、試料の材質を用いて1005のステップで荷電粒子ビームの試料内での拡散領域を計算し、最後に該ビーム強度波形と該拡散領域を用いて1006のステップで劣化関数を求める。試料の形状に応じてビーム強度波形を計算する必要がない場合にはステップ1003はなくても良い。また、ビーム強度波形による分解能低下を低減しない場合にはステップ1002〜1004はなくても良い。
FIG. 12 is an example of steps for calculating a degradation function for reducing resolution degradation due to the beam intensity waveform and resolution degradation due to diffusion of the charged particle beam in the sample. First, parameters necessary for calculating a beam intensity waveform for a plurality of imaging conditions are stored in advance as 1001. Next, a parameter corresponding to the given imaging condition is selected by the
劣化関数を細かく設定するため、劣化関数を生成した後、図1におけるステップ105のような劣化関数の修正が必要となる場合が考えられる。図13は、劣化関数の修正方法をユーザに促すGUI画面の一実施例である。このGUI画面は、ビーム強度波形および試料内での荷電粒子ビームの拡散による分解能劣化を低減するための劣化関数を設定するためのGUI画面である。与えられた撮像条件1101に対し、劣化関数を表示する領域1104や、該劣化関数を表すパラメータのデフォルト値を表示する領域1103、該劣化関数を表すパラメータを設定するための領域1107がある。該劣化関数を表すパラメータは、例えば劣化関数A(x’、y’)の幾つかの位置(x’、y’)における値でも良いし、劣化関数A(x’、y’)をフーリエ変換した関数FA(fx’、fy’)の幾つかの周波数(fx’、fy’)における値でも良い。または、例えば、色収差係数Ccや球面収差係数Cs等のような劣化関数を計算するために使用するパラメータであっても良い。領域1104には、領域1107で設定されたパラメータに対応する劣化関数のみを表示しても良いし、さらに領域1103に表示されているパラメータのデフォルト値に対応する劣化関数を表示しても良い。領域1101のように図13のGUI画面から撮像条件を設定できるようにしても良い。
In order to finely set the deterioration function, it may be necessary to correct the deterioration function as in
また、図13のGUI画面には、領域1106のように、撮像画像や、領域1107で設定されたパラメータに対応する劣化関数を用いて画像復元を行うことにより得られる復元画像を表示するための領域がある。さらに領域1108のように、各画像から計算できる、分解能、ノイズ量、パターン寸法などの値を表示する領域があっても良い。領域1106、1108には、領域1103に表示されているようなデフォルトのパラメータに対応する劣化関数を用いる画像復元の結果を表示しても良い。また、劣化関数を計算するのに必要な試料情報を設定する領域1102や、画像復元の処理パラメータを設定する領域1105があっても良い。これらの表示領域や設定領域は、複数のGUI画面を用いて別々に表示しても良い。
In addition, on the GUI screen in FIG. 13, a restored image obtained by performing image restoration using a degradation function corresponding to a captured image or a parameter set in the
上記に説明した画像復元の原理を欠陥レビューSEMに適用した場合の実施例を以下に説明する。 An example in which the principle of image restoration described above is applied to a defect review SEM will be described below.
画像復元により高分解能化、または高S/N化した復元画像は、微細構造観察や高精度計測などのために使うこともできる。図14は、SEM検査装置や欠陥レビューSEMなどの半導体検査用SEMにおいて、画像復元により得られた復元画像を用いて欠陥検出または欠陥分類を行うシーケンスの一実施例である。101〜105のステップは図1で説明したステップと同じである。112の復元画像に対し、1301のステップで欠陥の検出または欠陥種類への分類を行う。従来の撮像画像に対して欠陥検出を行った場合、欠陥1311のような低コントラストの欠陥や微小な欠陥が画像に含まれていても、撮像画像が低分解能であったり、低S/Nであるとその欠陥を検出できないことがある。これに対し、画像復元を行うことにより欠陥1312のように欠陥の顕在化を行うことができるため、ステップ1301の欠陥検出により、欠陥を検出しやすくなる。ステップ1301で欠陥分類を行う場合でも、同様の理由により、分類精度の向上が可能となる。
The restored image with high resolution or high S / N by image restoration can also be used for fine structure observation, high precision measurement, etc. FIG. 14 is an example of a sequence for performing defect detection or defect classification using a restored image obtained by image restoration in a semiconductor inspection SEM such as an SEM inspection apparatus or a defect review SEM.
ステップ1301の具体的な例として、図15に、欠陥レビューSEMにおいて欠陥画像を自動撮像し、分類するシーケンスの例を示す。欠陥レビューSEMで欠陥画像を自動撮像する場合、予め例えば特開平2−170279号公報や特開2000-105203号公報、特開2001−255278号公報などに記載されているような種々の光学式の欠陥検査用装置や、特開2006−261162号公報に記載されているようなレビューSEMに含まれる光学顕微鏡等を用いて欠陥検出および欠陥位置を測定しておき、この測定した欠陥位置情報を用いてレビューSEMで詳細に観察する。該欠陥位置は位置精度が低く、レビューSEMで直接高倍画像を撮像するのに十分な精度ではない場合が多い。この場合、先ず光学式欠陥検査装置やレビューSEMの光学顕微鏡で検出した欠陥の位置情報を用いてステップ1701で試料を載置したテーブルを駆動して欠陥をSEMの観察視野内に移動させる。
As a specific example of
次に、ステップ1702でSEM低倍画像を撮像し、ステップ1704で撮像した低倍画像を用いて欠陥検出を行い、高倍画像を撮像するのに十分な欠陥位置座標を取得する。このとき、該欠陥検出の性能向上のため、ステップ1703のように、低倍撮像後に低倍画像に対して画像復元を行うことにより復元画像を生成し、該復元画像を用いて欠陥検出を行うことができる。
Next, an SEM low-magnification image is captured in
また、メモリ部などの繰り返しパターン部において欠陥を検出する場合に、撮像して得た欠陥を含まないパターンの低倍画像を記憶しておいてこれを低倍の参照画像として用い、欠陥検出時にはこの記憶しておいた低倍の参照画像と毎回撮像して得た低倍の欠陥を含む画像とを比較して欠陥を検出することにより毎回低倍の参照画像を撮像する工程を省略でき欠陥検出の効率化を図ることができるが、この記憶しておく低倍の参照画像に対して上記に説明した画像復元を行うことにより、ノイズ成分が低減された画像を低倍の参照画像として用いることができる。これにより、この低倍の参照画像と上記した画像復元した低倍の欠陥を含む画像との差画像を求めることにより、より高精度に欠陥を検出することが可能になる。 Also, when detecting a defect in a repetitive pattern portion such as a memory portion, a low-magnification image of a pattern that does not include a defect obtained by imaging is stored and used as a low-magnification reference image. By comparing the stored low-magnification reference image with the image containing the low-magnification defect obtained every time, and detecting the defect, the process of imaging the low-magnification reference image every time can be omitted. Although the detection efficiency can be improved, an image with a reduced noise component is used as a low-magnification reference image by performing the above-described image restoration on the low-magnification reference image stored. be able to. As a result, by obtaining a difference image between the low-magnification reference image and the image including the low-magnification defect restored as described above, the defect can be detected with higher accuracy.
次に、1704の欠陥検出のステップで欠陥が検出された場合には、検出した欠陥のSEM上の位置座標を登録し、ステップ1705で登録された該欠陥位置座標においてSEM高倍画像を撮像し、ステップ1707で高倍画像を用いて欠陥種類への分類を行う。この際、ステップ1707の欠陥分類を高性能に行うために、ステップ1706のように、高倍撮像して得られた高倍画像に対して画像復元を行い、該画像復元により得られた復元画像を用いて欠陥分類を行う。ステップ1708で対象とする全ての欠陥の検出を終了したかを判定し、終了していない場合にはステップ1701〜1707までの処理を、対象とする欠陥毎に繰り返す。ステップ1703またはステップ1706のどちらかの画像復元処理は省くこともできる。ステップ1706で生成した復元画像は、1808のようなデータベースに蓄えられる。また、ステップ1703で生成した復元画像等も同様に、1808のデータベースに蓄えることもできる。
Next, when a defect is detected in the
本実施例によれば、ノイズ成分を除去した画像を用いて、より微細な欠陥を観察することが可能になる。また、欠陥のより鮮明な画像を画像を得ることができるので、欠陥の特徴量をより正確に求めることができ、検出した欠陥の分類精度を向上させることができる。 According to this embodiment, it is possible to observe a finer defect using an image from which a noise component has been removed. In addition, since a clearer image of the defect can be obtained, the feature amount of the defect can be obtained more accurately, and the classification accuracy of the detected defect can be improved.
次に、上記に説明した画像復元の原理を測長SEMなどの半導体計測用SEMに適用した場合の実施例を以下に説明する。 Next, an embodiment in which the principle of image restoration described above is applied to a semiconductor measurement SEM such as a length measurement SEM will be described below.
図16は、測長SEMなどの半導体計測用SEMにおいて、復元画像を用いてパターン寸法やパターン形状の計測を行うシーケンスの一実施例である。101〜105のシーケンスは図1と同じである。112の復元画像に対し、1201のステップで画像に含まれるパターンの寸法計測または形状計測を行う。測長SEM等では、寸法計測や形状計測等を行いたい点(評価点)において、この処理が行われる。測長SEMでは通常2次電子を検出することにより撮像画像を生成する。2次電子検出数が多いほど明度値が大きくなるように画像を生成すれば、パターンエッジにおいて明度値が大きいライン状の領域(ホワイトバンド)ができるような画像を得ることができる。パターンの寸法計測や形状計測はホワイトバンドを用いて行われる。しかし、分解能が低い画像であるほど、ホワイトバンドの幅が広くなることに起因して精度の低下を引き起こすという問題がある。このため、復元画像に対してパターンの寸法計測や形状計測を行ったほうが、撮像画像に対して同様の計測を行うよりも精度を向上することが可能である。
FIG. 16 shows an example of a sequence for measuring pattern dimensions and pattern shapes using a restored image in a semiconductor measurement SEM such as a length measurement SEM. The sequence of 101 to 105 is the same as that in FIG. In
半導体計測用SEMにおいて評価点画像を自動撮像し、寸法や形状を計測するシーケンスの例を図17に示す。評価点画像は十万倍以上の高倍率で撮像することが多いが、評価点画像の画像領域に比べて位置精度が低い。そこで、まず図17(a)に示したシーケンスにおいて、ステップ1801で位置精度を合わせるためにアドレシング点の画像を撮像した後、ステップ1802で該撮像画像を用いて位置ずれ量の補正を行う。次に、ステップ1803で評価点の画像を撮像し、ステップ1804でこの撮像画像に対して画像復元を行うことにより復元画像を生成し、ステップ1805で該復元画像を用いて、画像に含まれるパターンの寸法計測や形状計測を行う。ステップ1801〜1805の処理を、対象とする評価点毎に繰り返す。ステップ1804で生成した復元画像を、1807のようにデータベースに蓄えることもできる。
FIG. 17 shows an example of a sequence in which an evaluation point image is automatically captured in a semiconductor measurement SEM and the dimensions and shape are measured. The evaluation point image is often taken at a high magnification of 100,000 times or more, but the position accuracy is lower than the image area of the evaluation point image. In view of this, in the sequence shown in FIG. 17A, first, an image of an addressing point is captured in
一方、図17(a)に示したシーケンスにおいて、ステップ1801のアドレシング点画像撮像により得られた撮像画像をそのまま用いてステップ1802で位置ずれを補正しているのに対し、図17(b)に示したシーケンスにおいては、ステップ1801で撮像したアドレッシング点の画像をステップ1807で画像復元して復元画像を生成し、ステップ1808では該復元画像を用いて位置ずれ量の補正を行う。このシーケンスは、アドレシング点の撮像画像の分解能やS/Nが低く位置ずれ量の補正が困難な場合に特に有効である。
On the other hand, in the sequence shown in FIG. 17 (a), the misalignment is corrected in
また、図17(a)のシーケンスの代わりに、図17(c)のようにステップ1812で評価点の撮像画像に対して復元画像を生成するが、ステップ1811の寸法計測および形状計測では該復元画像の代わりに該撮像画像を用いて行うこともできる。また、図17(d)のように評価点の撮像画像を1821のデータベースに蓄えた後、別途ステップ1822で該データベースから読み込んだ撮像画像に対して復元画像を生成することもできる。
In addition, instead of the sequence of FIG. 17A, a restored image is generated for the captured image at the evaluation point in
図18は、復元画像に対してパターンの寸法計測や形状計測を行うシーケンスの、別の一実施例である。異なる撮像条件1424、1427で画像を撮像してそれぞれの撮像画像1421、1423を取得し、撮像画像1421に処理を施すことにより撮像画像1421と1423との分解能を合わせる。撮像画像1421の分解能が撮像画像1423の分解能より高い場合には、撮像画像1421に低域通過フィルタを畳込む等の処理により分解能を撮像画像1423に合わせることができる。一方、撮像画像1421の分解能が低い場合には、撮像画像1421に対してステップ1404の画像復元を行うことにより、撮像画像1423に合わせることができる。
FIG. 18 is another example of a sequence for performing pattern dimension measurement and shape measurement on a restored image. Images are captured under
撮像画像1421と1423は、同一の装置で撮像しても良いし、異なる装置でも良い。シーケンス1432では、まず、予め設定された撮像条件1427に基づき1408のステップで画像撮像を行い、1423の撮像画像g2を得る。次に、1409のステップでパターンの寸法計測または形状計測を行う。また、1407のステップで該撮像条件と試料情報を用いて、対象とする分解能劣化要因に対応する劣化モデルを計算する。シーケンス1431でも同様に、撮像条件1424に基づき1401のステップで画像撮像を行い、1421の撮像画像g1を得る。また、1402のステップで撮像条件1424と試料情報から劣化モデルを計算する。その後、ステップ1402、1407で求めた劣化モデルから、1403のステップで劣化関数Aを生成する。ステップ1402、1407で求めた劣化モデルがそれぞれAa、Abの場合、例えば劣化関数Aは式(4)を用いて求めることができる。次に、該劣化関数Aを用いて1404のステップで画像復元を行うことにより、1422の復元画像f1を求める。必要に応じて、ステップ1405、1406のように劣化関数を修正することもできる。1406のステップでは、1422の復元画像f1の分解能が1423の撮像画像g2の分解能と一致するように修正が行われる。劣化関数の修正が終わった後、1410のステップで復元画像f1を用いてパターンの寸法計測または形状計測を行う。
The captured
図18の実施例では、復元画像f1の分解能を撮像画像g2の分解能に合わせたが、撮像画像g2に対しても画像復元を行い、その結果得られる復元画像g2の分解能と復元画像g1の分解能を合わせるようにしても良い。ステップ1405、1406では、劣化関数の修正が必要か否か、またはその修正方法をユーザに尋ねても良いし、予め指定された基準を元に自動的に修正を行っても良い。自動的に修正を行う方法としては、例えば次式
In the embodiment of FIG. 18, but the combined resolution of the restored image f 1 on the resolution of the captured image g 2, performs image restoration even for captured image g 2, restore the resolution of the reconstructed image g 2 obtained as a result of it may be matched to the resolution of the image g 1. In
で表されるような、復元画像f1と撮像画像g2の差分の二乗和Sがある特定の値より大きいならばステップ1405で劣化関数を修正する必要ありとみなし、後段のステップ1406では、復元画像f1の分解能が撮像画像g2の分解能より高ければ劣化関数の幅が狭くなるように修正し、逆に復元画像f1の分解能が高ければ劣化関数の幅が広くなるように修正することができる。また、復元画像f1と比較するための基準画像やステップ1407が出力する劣化モデルには、実際に得られる撮像画像や、その撮像画像に対応する劣化モデルを用いなくとも良く、例えば基準画像にはシミュレーション画像を用いても良い。また、基準画像と比較を行う代わりに、例えば復元画像f1から分解能等を計算し、基準とする分解能等と比較しても良い。
If the sum of squares S of the difference between the restored image f 1 and the captured image g 2 is larger than a certain value, it is considered that the deterioration function needs to be corrected in
本実施例によれば、ノイズ成分が低減されたパターンの画像を得ることができ、この画像を用いることにより、より精度の高いパターン寸法計測やパターン形状計測を行うことが可能になる。 According to the present embodiment, an image of a pattern with reduced noise components can be obtained, and by using this image, more accurate pattern dimension measurement and pattern shape measurement can be performed.
装置の状態が経時変化することにより撮像画像の分解能が変化することもある。特にパターンの寸法計測や形状計測の用途等、安定した分解能を得なければいけない場合においては、装置の状態を常に把握して劣化関数にフィードバックをかける必要がある。図19に、装置の状態を計測するシーケンスの一実施例を示す。まず711のようなサンプル試料を準備しておき、701のステップにより該サンプル試料の画像を撮像して712の撮像画像gを得る。次に702のステップにより装置の状態を計測する。装置の状態として、例えば撮像画像gの分解能や、パターン寸法等を計測する。装置の状態は、撮像条件の一つとみなすことができる。
The resolution of the captured image may change as the state of the apparatus changes with time. Especially when it is necessary to obtain a stable resolution, such as for pattern dimension measurement and shape measurement, it is necessary to always grasp the state of the apparatus and apply feedback to the degradation function. FIG. 19 shows an example of a sequence for measuring the state of the apparatus. First, a sample sample such as 711 is prepared, and an image of the sample sample is captured in
図18の1406のステップである劣化関数修正において、劣化関数Aの修正方法をユーザに促すGUI画面を図20に示す。図18の撮像条件1424および試料情報1425を表示する領域1601と、撮像条件1427および試料情報1426を表示する領域1602がある。また、図18と同様に、劣化関数を表示する領域1605や、該劣化関数を表すパラメータのデフォルト値を表示する領域1603、該劣化関数を表すパラメータを設定するための領域1604がある。さらに、画像復元の処理パラメータを設定する領域1606があっても良い。
FIG. 20 shows a GUI screen that prompts the user to correct the deterioration function A in the deterioration function correction that is the
また、図20のGUI画面には、領域1607のように、1421の撮像画像g1、1423の撮像画像g2、復元画像f1を表示するための領域がある。これらの画像の他に、撮像画像g2と復元画像f1を合わせることが容易に行えるように、例えば1611のような撮像画像g2と復元画像f1の差分画像等を表示しても良い。さらに領域1108と同様に、各画像から計算できる、分解能、ノイズ量、パターン寸法などの値を表示する領域1608があっても良い。
In addition, the GUI screen in FIG. 20 includes an area for displaying the captured
上記実施例1及び実施例2では走査型荷電粒子線装置としてSEMを用いた場合について説明したが、SIMを用いた場合にも同様な画像の処理方法を適用できることは明らかである。
以上、本発明者によってなされた発明を実施するためにの最良の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施するための最良の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることはいうまでもない。
In the first and second embodiments, the case where the SEM is used as the scanning charged particle beam apparatus has been described. However, it is obvious that the same image processing method can be applied even when the SIM is used.
While the present invention has been described in detail based on the best mode for carrying out the invention, the present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention, and departs from the gist thereof. It goes without saying that various changes can be made without departing from the scope.
111…撮像画像、112…復元画像、201…SEM、202…電子銃、203…電子ビーム、204…コンデンサレンズ、205…対物レンズ、206…試料、207…ステージ、208…検出器、209…画像生成器、210…電子ビーム、211…偏向ユニット、212…補正ユニット、213…電極、221…制御部、222…処理部、223…記憶部、224…入出力部、301…荷電粒子ビーム、302…荷電粒子ビーム、411…撮像画像、414…復元画像
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該荷電粒子線照射光学系手段により荷電粒子線が照射されて走査された前記試料から発生した同種または別種の荷電粒子を検出する荷電粒子検出光学系手段と、
該荷電粒子検出光学系手段で検出した信号を処理して前記試料の荷電粒子画像を得る画像取得手段と、
該画像取得手段で取得した前記試料の荷電粒子画像を処理する画像処理手段とを備えた走査型荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記画像処理手段は、前記画像取得手段で取得した画像の画像取得条件又は前記撮像した試料の情報のうち少なくとも一方を含む撮像情報を用いて算出した劣化関数を用いて前記画像取得手段で取得した画像の復元画像を求めることを特徴とする走査型荷電粒子顕微鏡装置。 A charged particle beam irradiation optical system means for irradiating and scanning a focused charged particle beam on a pattern-formed sample;
Charged particle detection optical system means for detecting the same kind or different kind of charged particles generated from the sample scanned by being irradiated with the charged particle beam by the charged particle beam irradiation optical system means;
Image acquisition means for processing a signal detected by the charged particle detection optical system means to obtain a charged particle image of the sample;
A scanning charged particle microscope apparatus comprising image processing means for processing a charged particle image of the sample obtained by the image obtaining means,
The image processing means is acquired by the image acquisition means using a degradation function calculated using image acquisition conditions including at least one of image acquisition conditions of the image acquired by the image acquisition means or information of the imaged sample. A scanning charged particle microscope apparatus characterized by obtaining a restored image of an image.
前記取得した画像の画像取得条件又は前記撮像した試料の情報のうち少なくとも一方を含む撮像情報を用いて算出した劣化関数を用いて前記取得した荷電粒子画像の復元画像を求めることを特徴とする走査型荷電粒子顕微鏡装置で取得した画像の処理方法。 A charged particle beam focused using a scanning charged particle microscope is irradiated onto a sample on which a pattern is formed and scanned to detect charged particles generated from the sample and acquire a charged particle image of the sample. And a method of processing the acquired charged particle image of the sample,
Scanning characterized in that a restored image of the acquired charged particle image is obtained using a deterioration function calculated using image acquisition conditions including at least one of image acquisition conditions of the acquired image or information of the imaged sample. For processing images acquired with a scanning charged particle microscope apparatus.
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