JP2014075192A - 画像処理装置、画像処理方法、及びコンピュータ読取可能な記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】走査電子顕微鏡によって半導体基板や絶縁物上のパターンを観察する時に像ドリフトが生じても鮮明なフレーム画像が得られるようにする。
【解決手段】垂直方向のドリフト量算出には、フレーム間の動き探索を用い、水平方向のドリフト量算出には、フィールド間の動き探索を用いる。また、ドリフト量算出のための基準画像を補正結果で逐次更新していく方法により、インタレース画像に対するノイズ耐性の高い位置合せ方法を実現し、測長再現性を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法、及びコンピュータ読取可能な記憶媒体に関し、例えば、走査電子顕微鏡によって観察する半導体基板や絶縁物上のパターンの画像取得に関するものである。

走査電子顕微鏡は、試料に細く絞った電子線を放射し、電子線照射により発生した二次元電子及び反射電子を検出し、検出量を基に輝度変調して画像を形成する装置である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３０８４７１号公報 ＷＯ２０１０／０７０８１５号公報

近年、半導体基板や絶縁体基板上に形成されるパターン寸法はますます微細化されてきており、走査電子顕微鏡を用いた観察や寸法測定でも高倍率による観察が可能であることが要求されるようになってきている。

ところが、高倍率で試料を観察すると、時間の経過とともに観察すべき微細パターンの像が移動する現象、いわゆる像ドリフトが生じる。そして、高倍率での撮像であるため、像ドリフトの画像取得に対する影響が大きくなってしまう。そのため、画像ぼけやそれに伴う測長精度の低下といった課題が発生する。例えば、１０万倍の観察倍率で、５１２×５１２画素のフレーム画像を取得しようとすると、１画素の大きさは試料上では約２．６ｎｍとなる。現在の寸法算出の精度は０．５ｎｍ以下が要求されているが、像ドリフトが顕著なパターンにおいては、１枚のフレーム画像を取得する時間（４０ミリ秒）に１〜２ｎｍ程度の像ドリフトが観察される。このようなドリフトパターンにおいて寸法を算出すると、２ｎｍ程度の寸法ずれが生じる。像ドリフトの発生要因の主なものとして、電子線照射に伴う試料の帯電が挙げられる。

この課題に対処する上で、特許文献１では、試料が搭載された試料台を移動させながら試料表面の画像（フレーム画像）取得を行うために、Ｓ／Ｎの良い積算画像を取得する際に、取得した複数枚の画像（フレーム画像）を数枚ごとのグループに分けてそれぞれ積算画像を作成する。そして、積算画像間の像移動量を算出して像移動量と撮像枚数の関係式を算出し、関係式を基に複数枚の画像の移動量を算出し、その移動量だけ画像を補正し積算するようにしている。この技術を用いることで、試料台を移動することにより観察視野内で像が移動しても、像ぼけの小さい積算画像を得ることができる。

しかしながら、特許文献１による、画像（フレーム画像）間の像の移動量を補正する方法を用いたとしても、高倍率（特に、観察視野１ミクロン程度以下で顕著）で画像ぼけが生じ、鮮明な画像やそれに伴う測長精度が十分えられないことが判明した。つまり、より小さな範囲で拡大（高倍率で）して画像を観察するため、ドリフトによって画像が少し移動しただけでも取得される画像に対するドリフトの影響がより大きくなってしまう。また、ドリフトの影響によって、積算するための各取得画像の位置合わせの精度を出すのも困難となる。

この課題に対し、特許文献２は、フレーム画像間の移動量をフィールド画像間の動きに変換して用いることにより、測長精度を高める方法を提案している。

しかし、特許文献２の方法を用いたとしても、像の移動量をフレーム画像間でしか探索していないため、像ドリフト量（像の移動量）が大きい場合には、正確なフィールド画像間の像ドリフト量を求めることが出来ず、はやり測長精度が十分得られない場合があることが判明した。つまり、１フレーム画像は、インタレース画像のようにフィールドによって構成されており、１フレーム内に２つ（フィールドが２つの場合）の動きが混在している。このため、フレーム同士で位置合わせをしても正確に位置合わせをすることができない。

また、画像のＳ／Ｎ比が悪い状態での画像間の位置合わせに関しては、特許文献１及び２のいずれの方法を用いても十分な精度が得られない。

さらに、近年の低消費電力化の動きから、帯電しやすい材料からなる試料を用いる傾向にある。このような試料は帯電電子を逃がさないようになっているため、この帯電電子の影響により、さらに、取得画像が動いているように見えてしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、高倍率で試料表面を観察する際に、像ドリフトが生じても鮮明な画像を得ることができる、走査電子顕微鏡画像を取得するための技術を提供するものである。

像ドリフトが生じても鮮明な画像を得るために、電子線を走査して試料に照射し、試料から放出される信号を検出して画像を形成する走査電子顕微鏡において、試料の観察視野を一度走査して得られるフレーム画像は、画像記憶部（画像メモリ）に保存される。保存されるフレーム数についてはオペレータ任意に決めることができるようになっている。補正演算処理部は、フレーム画像間及びフレーム画像を構成するフィールド画像間のドリフト量を算出する。この際、フィールド間の垂直方向のドリフト量はフレーム間の垂直方向ドリフト量から推定され、フィールド間においては、水平方向のドリフト量が算出される。そして、データ処理部が、算出して垂直方向及び水平方向のドリフト量を用いてフィールド画像同士を積算してドリフト補正したフレーム画像を生成する。

なお、複数のフレーム画像を積算して得られる積算フレーム画像は、フレーム画像内でドリフト補正して得られた複数のフレーム画像を最後に重ね合わせても良いし、フレーム画像を処理していく度に逐次位置合わせをしながら重ね合わせても良い。

本発明によれば、インタレース画像に対するノイズ耐性の高い位置合せ方法を実現し、測長再現性を高めることができる。つまり、高倍率で試料表面を観察する際に、像ドリフトが生じても鮮明な画像を得ることができる。そして、得られた鮮明な画像に基づき、試料表面に形成されたパターン寸法を精度よく算出することができるようになる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。

本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。

本発明の実施形態による画像ドリフト補正演算装置（画像処理装置）を備える走査電子顕微鏡の概略構成を示す図である。 本発明で課題としているドリフト量の概念図であり、図２Ａはラインパターン、図２Ｂはドットパターンのドリフトを示す図である。 走査電子顕微鏡で得られる画像の種類を示した図であり、図３Ａはインタレース走査におけるフィールド画像、図３Ｂは一度の走査で得られたフレーム画像、図３Ｃはフレーム画像を複数枚重ねた画像を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるドリフト補正処理を説明するためのフローチャートである。 ドリフト補正条件を設定するためのＧＵＩの構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるドリフト補正処理の概要を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態によるドリフト補正処理の詳細を説明するためフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

更に、本発明の実施形態は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。

以下では、データ処理部や補正演算部を主語（動作主体）として本発明の実施形態における各処理について説明を行うが、各処理部はプロセッサによって実行されることで定められた処理をメモリ及び通信ポート（通信制御装置）を用いながら行うため、プロセッサを主語とした説明としてもよい。また、各処理を実現するためのプログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、また、モジュール化されていても良い。各種プログラムはプログラム配布サーバや記憶メディアによって画像処理装置にインストールされてもよい。

（１）第１の実施形態
第１の実施形態は、フレーム画像内でのフィールド画像間のドリフト量を補正し得られる各フレーム画像をさらに位置合わせして積算画像を生成して出力する処理に関する。

＜走査電子顕微鏡の構成＞
図１は、本発明の実施形態による、ドリフト補正機能を備えた走査電子顕微鏡１００の概略構成を示す図である。当該走査電子顕微鏡１００は、試料観察時に像が時間の経過とともに移動する現象である像ドリフトが生じても、ドリフト量を算出して補正を行うことで鮮明なフレーム画像を得ることを可能とするものである。ここで、「ドリフト量」とは、図２に示したフレーム画像間のパターンの位置ずれ量（移動量）及びフィールド画像間での移動量を意味するものである。

画像補正機能を備えた走査電子顕微鏡１００は、電子顕微鏡部１０１と、制御部１０２と、表示部１０３と、を有している。

電子源１０４から放出された電子線は、集束レンズ１０５及び対物レンズ１０７で収束された後に試料１０８に照射される。なお、電子線は、偏向器１０６により、試料上を二次元的に走査される。そして、試料１０８から発生した二次電子及び／又は反射電子は、検出器１１０で検出される。データ処理部１１１は、検出信号を輝度変調してフレーム画像に変換し、画像記憶部１１２に格納する。

画像記憶部１１２に保存されたフレーム画像は、補正演算処理部１１３においてドリフト補正され、モニタ１１４において補正画像が表示される。なお、データ処理部１１１及び補正演算処理部１１３の機能はＣＰＵによってそれぞれ実行可能であり、画像記憶部１１２はＣＰＵに接続されるメモリ部として設けることができる。その場合、プログラムメモリ（図示せず）に、データ処理部１１１及び補正演算処理部１１３の機能を実現するためのプログラムを格納しておき、ＣＰＵが必要な処理をするときに各プログラムをプログラムメモリから読み出して内蔵メモリに展開しておくようにすれば良い。なお、それぞれの機能を専用ハードで構成してもよい。

走査電子顕微鏡１００を用いた計測では、一般に観察視野を複数回走査して得られたフレーム画像が用いられる。ここで「計測」とは、例えば半導体ウエハ上に形成されたパターン寸法の算出であり、測長とも言う。試料１０８を複数回走査して得られたフレーム画像は、１回だけ走査して得られたフレーム画像に比べてＳ／Ｎ比の良いフレーム画像となるため高い寸法精度が得られる。しかし、走査中に試料１０８の帯電が進行した場合、帯電により走査位置がずれてしまい、ぼけたフレーム画像が得られる。このぼけたフレーム画像を用いて寸法を算出しても高い寸法精度を保証できないため、画像処理を用いて１走査ごとのフレーム画像を補正して重ね合わせて、複数回走査時に鮮明なフレーム画像を得ることになる。帯電が特に顕著となる試料としては、レチクルに代表される絶縁体基板があげられる。

＜フレーム画像間のドリフト量＞
本実施形態によるドリフト補正の詳細について説明する前に、フレーム画像間のドリフト量について、図２を参照して説明する。

図２では、観察パターンを一次元と二次元に分類してドリフト量を定義している。ここで、一次元パターンとは、フレーム画像の或る一方向にほとんど一様なパターンであって、例えば図２Ａに示すようなラインパターンがあげられる。一方、二次元パターンとは、前記一次元パターン以外の全てが該当し、例えば図２Ｂに示すようなドットパターンがあげられる。図２では、１枚目フレーム画像と２枚目フレーム画像のパターンの位置関係が分かるように重ねて描いている。

図２Ａのラインパターンでは、ラインの長手方向にドリフトが進行してもドリフト量の算出ができないため、長手方向に垂直な方向にドリフト量を算出する。ここでは、１枚目のパターンに較べて２枚目のパターンが右方にシフトしており、その移動量のｄｘがドリフト量となる。一方、図２Ｂのドットパターンでは、パターンのドリフトは二次元方向となる。ここでは、１枚目のパターンに較べて２枚目のパターンが右上方にシフトしており、その移動量ｄｘｙがドリフト量となる。ドリフト量ｄｘｙは、フレーム画像の横方向のドリフト量ｄｘと縦方向のドリフト量ｄｙに分解することができる。ドリフト補正は、二枚目のフレーム画像を前記で得られたドリフト量だけずらして一枚目のフレーム画像に重ね合わせて行う。

なお、本発明では、発生するドリフト量は一定ではなく、画像間ごとに異なっている場合にも対応できるように、ドリフト補正処理を実行する。

＜取得される画像の種類＞
次に、走査電子顕微鏡で得られる画像の種類について、画像の形成過程と組み合わせて説明する。画像の種類としては、フレーム画像とフィールド画像に分類され、フレーム画像は観察視野全体を一度走査して得られた画像に相当し、フィールド画像は視野の一部を一度走査して得られた画像、すなわち、フレーム画像を構成する要素画像、と定義する。フレーム画像は全フィールド画像を足し合わせて作成される。

ここでは、代表的な走査方法の一つであるインタレース走査を用いた場合の画像の分類について説明する。簡単のため、画像のライン数は６にしている。インタレース走査とは、画像の奇数ラインを上から順番に走査した後に偶数ラインを上から順番に走査して１枚の画像を形成する手法である。

図３Ａは、インタレース走査におけるフィールド画像（奇数フィールド３０１、及び偶数フィールド３０８）を示す図である。インタレース走査では、まず、奇数ラインのみ走査した奇数フィールド画像３０１と偶数ラインのみ走査した偶数フィールド画像３０８が取得される。従って、奇数フィールド３０１と偶数フィールド３０８には、取得される時間に所定のずれが存在する。

奇数フィールド画像３０１は、走査した奇数ライン３０２、３０４、３０６のみに画像が形成され、偶数ライン３０３、３０５、３０７には画像が形成されない。一方、偶数フィールド画像３０８は、偶数ライン３１０、３１２、３１４のみに画像が形成され、奇数ライン３０９、３１１、３１３には画像が形成されない。

これら奇数フィールド画像と偶数フィールド画像から図３Ｂの１フレーム画像が形成される。図３Ｂの１フレーム画像においてパターンの形状を認識することは可能であるが、１フレーム画像は観察視野を一度だけ走査して得られた信号を用いて作成しているためＳ／Ｎ比が悪く、そのままではパターンの観察には適さない。

そこで、同じ観察視野を繰り返して走査し、図３Ｂの１フレーム画像を複数枚連続して取得し、これらを重ね合わせることでノイズを低減してＳ／Ｎ比を向上させた図３Ｃ複数フレーム画像が形成される。パターンの観察や計測には、図３Ｃの複数フレーム画像が用いられ、この複数フレーム画像を一般にＳＥＭ画像と呼ぶ。

＜画像補正処理の内容＞
以下に、図１に示される走査電子顕微鏡１００において実行される画像補正処理について説明する。図４は、本実施形態による画像補正処理を説明するためのフローチャートである。

まず、ステージ（試料台）を動かして測定点に移動し、ステージの位置を固定した状態において、電子線で試料１０８が走査される。試料１０８から発生した二次電子及び／又は反射電子を用いて、データ処理部１１１は、同一視野において複数のフィールド画像で構成される１フレームの画像を連続して複数枚取得する。得られた複数のフレーム画像はそれぞれ画像記憶部１１２に保存される（Ｓ４０１）。

次いで、補正演算処理部１１３は、１フレーム目の画像を基準として、２フレーム目の画像間のドリフト量を算出するが、ここでは、フレーム間の垂直方向の移動量を算出する（Ｓ４０２）。このフレーム間の垂直方向の移動量（垂直方向のドリフト量）は、画像記憶部１１２或いは図示しないメモリに一時的に保持される。そして、ここで算出されたフレーム画像間のドリフト量の垂直方向の動き量は、フィールド画像間の動き量に換算される。つまり、フレーム＃１（フィールド＃１−１及び＃１−２で構成される）及びフレーム＃２（フィールド＃２−１及び＃２−２で構成される）の間の垂直方向のドリフト量がｙ１であるとすると、フィールド＃１−１及び＃１−２、フィールド＃１−２及び＃２−１の間の垂直方向のドリフト量を、例えば、それぞれｙ１／２とする。フィールド間のドリフト量に換算されるフレーム間の垂直方向のドリフト量は、フィールド画像が撮影されるタイミングに応じて、フレーム間の垂直方向のドリフト量を内分すればよい。ここでは、フィールド画像が時間的に等間隔に撮影されると仮定する。

続いて、補正演算処理部１１３は、前フレーム画像（例えば、１フレーム目の画像）と、現フレーム画像（例えば、２フレーム目の画像）とを、それぞれフィールド画像１及び２に分離する（Ｓ４０３）。時間的に古いフィールド画像をフィールド画像１とし、時間的に新しいフィールド画像をフィールド画像２とする。フィールド画像は、垂直方向のライン数が少ないため、線形補間等を用いて、フレーム画像と同じサイズに補間したのちに、後述する水平方向のドリフト量を算出するものとする。

そして、補正演算処理部１１３は、フレーム間のドリフト量から換算されたフィールド間の垂直動き量を固定値として用い、前フィールド画像２と、現フィールド画像１との水平方向のドリフト量算出、および、現フィールド画像１と、現フィールド画像２との水平方向のドリフト量を算出する（Ｓ４０４）。前フィールド画像２と現フィールド画像１との水平方向のドリフト量は、各フレーム画像を積算する際に用いられる各フレーム画像間の水平方向のドリフト量に相当するものとして画像記憶部１１２或いは図示しないメモリに一時的に保持される。また、フレーム間の垂直ドリフト量（Ｓ４０２）からフィールド画像間のドリフト量への換算は、上述したように、フレーム間のドリフト量の半分とする。つまり、図３で図示したように、インタレース走査時には１フレームの画像は２フィールドの画像（奇数フィールド画像と偶数フィールド画像）から構成されている。インタレース走査では、フィールド画像の取得時間は１フレームの画像取得時間の半分であるため、ステップＳ４０２で算出したフレーム間の垂直ドリフト量の半分の値を、フィールド間ドリフト量の値として用いる。

さらに、補正演算処理部１１３は、Ｓ４０４の処理で算出したドリフト量、及びＳ４０２で算出した垂直方向のドリフト量の半分（上記ｙ１／２の量に相当）だけ各フィールド画像をシフトさせ、位置合わせする（Ｓ４０５）。

次いで、データ処理部１１１は、ドリフト量だけシフトされたフィールド１の画像（基準フィールド画像）をフィールド２の画像に重ね合わせ、新たなフレーム画像を作成する（Ｓ４０６）。なお、ここでは、時間的に古い画像であるフィールド１の画像を基準フィールド画像としている。もちろん、時間的に新しいフィールド画像２をシフトして基準フィールド画像であるフィールド画像１に位置合わせするようにしても良い。

また、補正演算処理部１１３及びデータ処理部１１１は、最終フレームの最終フィールドが補正されるまで、ドリフト補正処理（Ｓ４０２〜Ｓ４０６）を繰り返す（Ｓ４０７）。

そして、データ処理部１１１は、画像記憶部１１２或いは図示しないメモリから各フレーム間の垂直方向のドリフト量（それぞれ１／２にして用いる）及びフィールド間の水平方向のドリフト量（前フィールド画像２と現フィールド画像１との間における水平方向のドリフト量）を読み出し、当該垂直方向及び水平方向のドリフト量を用いて、フィールド間ドリフト量を補正して得られた各フレーム画像の位置合わせを行いながら積算して積算画像を生成する（Ｓ４０８）。

最後に、データ処理部１１１は、Ｓ４０８で作成された複数フレーム画像の積算画像をモニタ１１４に表示する（Ｓ４０９）。その後、モニタ１１４に表示された複数フレーム画像を用いてパターンの寸法算出が行われることになる。

なお、本実施形態のフレームごとにドリフト量を算出するステップＳ４０２については、低Ｓ／Ｎ比の画像でも高精度計算が可能な位相相関法を適用してもよいし、これに限らず、テンプレートマッチング等の画像間の位置ずれ量算出が可能な画像演算法を適用しても良い。

＜ＧＵＩの構成例＞
図６は、本発明の画像補正処理の環境設定を行うためのＧＵＩ（Graphical User Interface）の画面構成例を示す図である。

画像観察時において、オペレータは、ドリフト補正を実行するかしないかをスイッチ５０１（ラジオボタンで図示）により指示する。また、ドリフト補正を「する」を選択した場合には、補正方法が選択可能になっている（５０２参照）。例えば、ＧＵＩ上では、補正方法として、フレーム補正とフィールド補正、および本実施形態で示す補正（フレーム／フィールド補正）が選択可能となっている。

フレーム補正は、ドリフト補正の単位をフレームに限定し、１フレームごとにドリフト補正を行うモードである。フィールド補正では、ドリフト補正の単位をフィールドに限定し、１フィールドごとにドリフト補正を行うモードである。フレーム／フィールド補正は、垂直方向の動きはフレーム間のドリフト量算出を利用し、水平方向の動きはフィールド間のドリフト量算出を利用するモードである。ここでは、フィールドの単位を指定することもでき、例えばフィールド数を「２」と指定すれば、１フレームを２フィールドに分解し、それぞれ補正を行うことになる。

本実施形態で説明するような環境設定画面を設けることにより、ドリフト補正の具体的な手法を任意に設定することが可能となる。なお、ＧＵＩとして、モニタ１１４を共用することができる。

本実施形態において、フィールド画像補正を行うことにより、フレーム画像取得中のドリフトが補正され、鮮明なフレーム画像を得ることができることが分かっている。

（２）第２の実施形態
第２の実施形態は、フィールド画像間の各ドリフト量を補正しながら、取得した複数のフレームを積算した積算画像を生成して表示する処理に関する。なお、第１の実施形態で示した走査型電子顕微鏡の１００の構成（図１）、フレーム画像間のドリフト量の説明（図２）、及び取得される画像の種類の説明（図３）は、特段の事情がない限り、第２の実施形態でも適用されるものである。

＜積算画像生成の概要＞
図６は、第２の実施形態による積算画像を生成する処理の概要を説明するための図である。

まず、フレーム＃１とフレーム＃２の間の垂直方向の移動量（ドリフト量：ｙ１）が求められる（シーケンス（i））。

フィールド＃１−１とフィールド＃１−２との間の水平方向のドリフト量ｘ１が求められる（シーケンス（ii））。このとき、垂直方向のドリフト量は、第１の実施形態で説明したように、ｙ１／２に固定されている。

そして、取得時間が古い画像であるフィールド＃１−１を基準画像とし、それを水平方向ｘ１、垂直方向ｙ１／２だけシフトさせてフィールド＃１−２に位置合わせをして両者を積算する（シーケンス（iii））。

次に、フィールド＃１−２とフィールド＃２−１の間の水平方向の移動量（ドリフト量：ｘ２）が求められる（シーケンス（iv））。このとき垂直方向の移動量はシーケンス（ii）で用いたｙ１／２に固定されている。

シーケンス（iv）で求めたドリフト量ｘ２及びｙ１／２を用いて、シーケンス（iii）で求めた積算画像を、フィールド＃２−１の位置に合わせて積算する（シーケンス（v））。

さらに、シーケンス（v）で求めた積算画像にフィールド＃２−２を一時的に積算する（シーケンス（vi））。この時点ではこれら２つの画像の位置合わせは正確にできないが、フレーム＃３との間で位置合わせを行う（垂直方向の移動量ｙ２を求める）ために一時的な積算画像を生成する。

そして、シーケンス（vi）で求めた一時的な積算画像を基準画像としてフレーム＃３との間の垂直方向の移動量（ドリフト量：ｙ２）が求められる（シーケンス（vii））。

続いて、シーケンス（v）で求めた積算画像を基準画像とし、基準画像のフィールド画像（フィールド１に相当する画像）とフィールド＃２−２との間の水平方向の移動量（ドリフト量：ｘ３）が求められる（シーケンス（viii））。

そして、ドリフト量ｘ３とｙ２／２を用いて、シーケンス（v）で求めた積算画像をフィールド＃２−２に位置合わせをして積算する（シーケンス（ix））。ここまでで２フレーム分の画像の積算が完了したことになる。

さらに、シーケンス（ix）で求めた積算画像を基準画像として、フィールド＃３−１との間の水平方向の移動量（ドリフト量：ｘ４）が求められる（シーケンス（x））。このシーケンスは、シーケンス（iv）と同様の処理を行うものである。従って、垂直方向の移動量は、ｙ２／２に固定される。

そして、以降、シーケンス（v）からの処理が繰り返されて、ドリフト量補正を行いながら、所定数のフレーム画像の最終フィールドまでの積算演算が実行される。ただし、最終フィールドについては垂直方向の移動量を求めることができないため、その前のフィールドの垂直方向の移動量をコピーして用いることとする。

＜ドリフト補正及び積算画像生成処理の内容＞
図７は、本発明の第２の実施形態による、ドリフト補正（位置合わせ）をしながら積算フレーム画像を生成する処理を説明するためのフローチャートである。

まず、走査電子顕微鏡１００において、ステージを動かして測定点に移動し、データ処理部１１１は、同一視野において１フレームの画像を連続して複数枚取得する。なお、以下の処理フローは、全ての画像取得が終わった後に処理を開始としても良いし、１枚のフレーム画像が取得されるたびに開始することも可能である。

データ処理部１１１は、得られたフレーム画像は画像記憶部１１２に保存する（Ｓ７０１）。

補正演算処理部１１３は、１フレーム目の画像を基準フレーム画像とした２フレーム目の垂直方向の画像のドリフト量（移動量）を算出する（Ｓ７０２）。この処理は、図６のシーケンス（i）に相当する。

データ処理部１１１は、基準フレーム画像（例えば１フレーム目の画像）と、現フレーム画像（例えば２フレーム目の画像）をそれぞれ、フィールド画像１及び２に分離する（Ｓ７０３）。時間的に古いフィールド画像をフィールド画像１、時間的に新しいフィールド画像をフィールド画像２とする。フィールド画像は、垂直方向のライン数が少ないため、線形補間等を用いて、フレーム画像と同じサイズに補間したのちに、ドリフト量を算出するものとする。

補正演算処理部１１３は、Ｓ７０２で算出されたフレーム間の垂直方向のドリフト量（例えば、図６のｙ１）からフィールド間のドリフト量に換算した値（例えば、ｙ１／２）を算出し、垂直方向のドリフト量として固定した後に、基準フィールド画像１と、基準フィールド画像２の間の水平方向のドリフト量（例えば、図６のｘ１）を算出する（Ｓ７０４）。この時、基準フィールド画像１は、これまでのドリフト補正を用いた積算画像を用い、基準フィールド画像２はドリフト補正されていないフィールド画像を用いる。これらの画像間の関係は、図６のシーケンス（ii）に示されている。

補正演算処理部１１３は、Ｓ７０４の処理で算出したドリフト量（ｘ１及びｙ１／２）だけ基準フィールド画像１をシフトさせる（Ｓ７０５）。

そして、データ処理部１１１は、シフトされた基準フィールド画像にフィールド画像２を積算し、新たな基準フレーム画像を作成する（Ｓ７０６）。この処理は、図６のシーケンス（iii）に相当する。

次に、補正演算処理部１１３は、新たに積算された基準フレーム画像（ドリフト補正されて積算された合成（積算）画像）と現フィールド画像１（例えば、図２におけるフィールド＃２−１）の水平方向のドリフト量を算出する（Ｓ７０７）。この際、垂直方向のドリフト量は、Ｓ７０４と同じ値を用いる。この処理は、図６のシーケンス（iv）に相当する。

データ処理部１１１は、得られた水平方向のドリフト量及び垂直方向のドリフト量に基づいて、基準フレーム画像をシフトし（Ｓ７０８）、シフトされた基準フレーム画像に対し、現フィールド画像１を積算する（Ｓ７０９）。これらの処理は、図６のシーケンス（v）に相当する。

続いて、補正演算処理部１１３は、Ｓ７０９で求めた積算画像に、現フィールド画像２（例えば、図６のフィールド＃２−２）を一時的に積算し、その一時的な積算画像を基準フレーム画像とし次フレーム（例えば、図６のフレーム＃３）との間で垂直方向のドリフト量（例えば、図６のｙ２）を算出する（Ｓ７１０）。この処理は、図６のシーケンス（vi）及び（vii）に相当する。

そして、補正演算処理部１１３は、Ｓ７０９で求めた積算画像を基準画像として、その基準画像のフィールド画像と現フィールド画像２（例えば、図６のフィールド＃２−２）との間の水平方向のドリフト量（例えば、図６のｘ３）を求める（Ｓ７１１）。この処理は、図６のシーケンス（viii）に相当する。

さらに、データ処理部１１１は、Ｓ７０９で求めた積算画像を基準画像とし、この基準画像を、求めたドリフト量分シフトして（例えば、図６の水平方向にｘ３、垂直方向にｙ２／２）、現フィールド画像２（例えば、図６のフィールド＃２−２）と積算する（Ｓ７１２）。この処理は、図６のシーケンス（ix）に相当する。

データ処理部１１１は、最終フィールドまでの処理を終了したか否か判断し（Ｓ７１３）、最終フィールドまで処理が完了している場合には、それまでに求めた積算画像を出力する（Ｓ７１４）。

最終フィールドまでの処理が完了していない場合には、処理はＳ７１５に移行し、補正演算処理部１１３は、Ｓ７１２で求めた積算画像と次フレームのフィールド画像１（例えば、図６のフィールド＃３−１）との間の水平方向のドリフト量を求める（Ｓ７１５）。

そして、補正演算処理部１１３は、Ｓ７０９からの処理（各フレームのドリフト量算出および、基準画像のシフト処理）を最終フィールドに至るまで繰り返し、積算画像を求めて出力する。なお、最終フレームのフィールド画像の位置合わせに関しては、最終フィールドの垂直方向の移動量は求められないため（次フレームがないため）、その前のフィールドの垂直方向の移動量をコピーして用いるようにすれば良い。

データ処理部１１１は、Ｓ７１４で作成されたフレーム積算画像をモニタ１１４に表示する。そして、オペレータは、モニタ１１４に表示された積算フレーム画像を用いてパターンの寸法算出を行うことができる。

なお、位相限定相関法を用いた場合には、積算画像である基準画像と、ドリフト量算出対象であるフィールドもしくは、フレームの輝度差の調整を行う必要はない。しかし、テンプレートマッチング等の輝度差が相関演算に影響するような手法を用いた場合には、積算画像の積算枚数に応じて、一方の輝度値を調整することが必要となる。

以上、本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、ドリフト量算出の基準となる画像が、各フィールドもしくは、各フレームのドリフト量算出のたびに、ドリフト量を補正されながら、積算されて逐次更新されていくという特徴がある。このことにより、Ｓ／Ｎ比の悪いフレーム画像やフィールド画像であっても、ドリフト量算出精度をある程度高めることが可能となる。

（３）変形例
ここでは、ＧＵＩの変形例について説明する。走査電子顕微鏡１００の電子顕微鏡部１０１は、インタレース撮像が行われたという情報をデータ処理部１１１に伝送する。そして、データ処理部１１１は、操作メニュー（例えばＧＵＩ）において、インタレース位置合わせ処理、インタレース・プログレッシブ位置合わせ処理（本発明の第１及び第２の実施形態）をあらかじめ選択状態にしておくことにより、ユーザーに、インタレース特有の位置合わせ処理を行うことを促すという構成も考えられる。つまり、インタレースによって画像が取得された場合には、予めＧＵＩ（図５参照）において「ドリフト補正をする」が自動的に選択されるようになっている。従って、プログレッシブによって画像が取得された場合には、このような自動選択はなされない。

また、ドリフト補正の処理の自動選択をする際には、像ドリフトが発生しやすい条件（例えば加速電圧等）を加味し、像ドリフト補正をＯＮ（補正を行う）、ＯＦＦ（補正を行わない）等の操作メニューをあらかじめ選択状態にしておくことも可能である。

（４）その他
本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。

さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。

最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した内容に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益な場合もある。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。

加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。明細書と具体例は典型的なものに過ぎず、本発明の範囲と精神は後続する請求範囲で示される。

１００・・・走査電子顕微鏡、１０１・・・電子顕微鏡部、１０２・・・制御部、１０３・・・表示部、１０４・・・電子源、１０５・・・集束レンズ、１０６・・・偏向器、１０７・・・対物レンズ、１０８・・・試料、１０９・・・試料台、１１０・・・検出器、１１１・・・データ処理部、１１２・・・画像記憶部、１１３・・・補正演算処理部、１１４・・・モニタ

Claims (15)

1. 走査電子顕微鏡を用いて電子線を試料に照射しながら走査し、当該試料から放出される信号を検出して形成された画像を処理する画像処理装置であって、
   前記試料の観察視野を走査して得られるフレーム画像を複数枚保存する画像記憶部と、
   前記フレーム画像及び前記フレーム画像を構成するフィールド画像間のドリフト量を算出する補正演算処理部と、
   前記フィールド画像間のドリフト量に基づき前記フィールド画像をドリフト補正し、重ね合わせるデータ処理部と、を有し、
   前記補正演算処理部は、２つのフレーム画像を用いて当該フレーム画像間の垂直方向のドリフト量を算出し、当該フレーム画像間の垂直方向のドリフト量からフィールド画像間の垂直方向のドリフト量を算出し、２つのフィールド画像を用いて当該フィールド画像間の水平方向のドリフト量を算出し、
   前記データ処理部は、前記フィールド画像間の垂直方向のドリフト量と前記水平方向のドリフト量に基づいて、フィールド画像の位置合わせをして重ね合わせ、ドリフト補正を施したドリフト補正フレーム画像を生成することを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１において、
   前記データ処理部は、前記画像記憶部に記憶された複数枚のフレーム画像のそれぞれについて前記ドリフト補正フレーム画像を生成し、複数枚のドリフト補正フレーム画像を積算して積算フレーム画像を生成することを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項２において、
   前記補正演算部は、前記画像記憶部に記憶された前記複数のフレーム画像のそれぞれの間の垂直方向のドリフト量と、それから推定されるそれぞれのフィールド画像間の垂直方向のドリフト量と、各フレーム画像を構成するフィールド画像間の水平方向のドリフト量であるフレーム内水平方向ドリフト量と、連続するフレーム画像における、時間的に前のフレーム画像の第２のフィールド画像と時間的に後のフレーム画像の第１のフィールド画像との間の水平方向のドリフト量であるフレーム間水平方向ドリフト量と、を算出し、
   前記データ処理部は、前記フィールド画像間の垂直方向のドリフト量及び前記フレーム内水平方向ドリフト量を用いて、前記それぞれのフレーム画像において前記ドリフト補正フレーム画像を生成し、前記フィールド画像間の垂直方向のドリフト量及び前記フレーム間水平方向ドリフト量を用いて、前記生成した複数のドリフト補正フレーム画像を積算して前記積算フレーム画像を生成することを特徴とする画像処理装置。
4. 請求項１において、
   前記データ処理部は、前記補正演算部で算出された、前記フィールド画像間の垂直方向及び水平方向のドリフト量を用いて、前記複数のフレーム画像のそれぞれを構成する複数のフィールド画像の位置合わせをしながら順次積算して前記積算フレーム画像を生成することを特徴とする画像処理装置。
5. 請求項４において、
   前記補正演算部は、前記積算フレーム画像がある場合には、当該積算フレーム画像と、それよりも時間的に後に取得された対象フレーム画像との間の垂直方向のドリフト量及びそれから推定されるフィールド間の垂直方向のドリフト量と、前記積算フレーム画像の第１のフィールド画像と前記対象フレーム画像の第１のフィールド画像との間の水平方向のドリフト量と、を算出し、
   前記データ処理部は、前記フィールド間の垂直方向のドリフト量と、前記積算フレーム画像の第１のフィールド画像と前記対象フレーム画像の第１のフィールド画像との間の水平方向のドリフト量とを用いて、前記積算フレーム画像と前記対象フレームのフィールド画像を逐次積算することを特徴とする画像処理装置。
6. 請求項１において、
   前記データ処理部は、前記走査電子顕微鏡の撮像時の条件を取得し、当該撮像時の条件に応じたドリフト補正条件を表示部に提示することを特徴とする画像処理装置。
7. 請求項１において、
   さらに、前記ドリフト補正画像が積算されて生成される積算フレーム画像を表示するための表示部を有することを特徴とする画像処理装置。
8. 走査電子顕微鏡を用いて電子線を試料に照射しながら走査し、当該試料から放出される信号を検出して形成された画像を処理する画像処理方法であって、
   データ処理部が、前記試料の観察視野を走査して得られる複数のフレーム画像を画像記憶部に保存するステップと、
   補正演算処理部が、前記画像記憶部から読み出された２つのフレーム画像間の垂直方向のドリフト量を算出する第１のステップと、
   前記補正演算処理部が、前記フレーム画像を構成するフィールド画像間の水平方向のドリフト量を算出する第２のステップと、
   前記補正演算処理部が、前記フレーム画像間の垂直方向のドリフト量から当該フレーム画像を構成するフィールド画像間の垂直方向のドリフト量を算出する第３のステップと、
   前記データ処理部が、前記フィールド画像間の垂直方向のドリフト量と前記水平方向のドリフト量に基づいて、フィールド画像の位置合わせをして重ね合わせ、ドリフト補正を施したドリフト補正フレーム画像を生成する第４のステップと、
   を有することを特徴とする画像処理方法。
9. 請求項８において、さらに、
   前記データ処理部が、前記画像記憶部に記憶された複数枚のフレーム画像のそれぞれについて生成された複数のドリフト補正フレーム画像を積算して積算フレーム画像を生成する第５のステップを有することを特徴とする画像処理方法。
10. 請求項９において、
    前記第１のステップにおいて、前記補正演算部は、第１のフレーム画像と、当該第１のフレーム画像よりも時間的に後に取得された第２のフレーム画像との間で、前記フレーム画像間の垂直方向のドリフト量を算出し、
    前記方法は、さらに、前記データ処理部が、前記第１のフレーム画像と前記第２のフレーム画像のそれぞれを、第１のフィールド画像と第２のフィールド画像に分解するステップを含み、
    前記第２のステップは、
    前記補正演算部が、前記第１のフレーム画像の前記第２のフィールド画像と前記第２のフレーム画像の前記第１のフィールド画像との間で水平方向のドリフト量を算出してこれを第１種水平ドリフト量とするステップと、
    前記補正演算部が、前記第２のフレーム画像における前記第１及び第２のフィールド画像間で水平方向のドリフト量を算出してこれを第２種水平ドリフト量とするステップと、を含み、
    前記第４のステップにおいて、前記データ処理部は、前記フィールド画像間の垂直方向のドリフト量と前記第２種水平ドリフト量とを用いて前記ドリフト補正フレーム画像を生成し、
    前記第１乃至第４のステップが、前記画像記憶部に記憶された前記複数のフレーム画像についての処理が終了するまで繰り返され、
    前記第５のステップにおいて、前記データ処理部は、複数の前記フィールド画像間の垂直方向のドリフト量と、複数の前記第１種水平ドリフト量とを用いて、前記生成された複数のドリフト補正フレーム画像のそれぞれの位置合わせを行い、積算フレーム画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
11. 請求項８において、
    前記データ処理部は、前記補正演算部によって算出された、前記フィールド画像間の垂直方向及び水平方向のドリフト量を用いて、前記複数のフレーム画像のそれぞれを構成する複数のフィールド画像の位置合わせをしながら順次積算して前記積算フレーム画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
12. 請求項１１において、
    前記第１のステップにおいて、前記補正演算部は、第１のフレーム画像と、当該第１のフレーム画像よりも時間的に後に取得された第２のフレーム画像との間で、前記フレーム画像間の垂直方向のドリフト量を取得し、
    前記方法は、さらに、前記データ処理部が、前記第１のフレーム画像と前記第２のフレーム画像のそれぞれを、第１のフィールド画像と第２のフィールド画像に分解するステップを含み、
    前記第２のステップにおいて、前記補正演算部は、前記第１のフレーム画像の前記第１及び第２のフィールド画像の間の水平方向のドリフト量であるフレーム内水平方向ドリフト量を算出し、
    前記第４のステップにおいて、前記データ処理部は、前記フィールド間の水平方向のドリフト量及び前記フィールド間の垂直方向のドリフト量を用いて、前記第１のフレーム画像の前記第１のフィールド画像と前記第２のフィールド画像を、積算して前記ドリフト補正フレーム画像を生成し、
    前記方法は、さらに、
    前記補正演算部が、前記ドリフト補正フレーム画像の第１のフィールド画像と、前記第２のフレーム画像の第１のフィールド画像との間の水平方向のドリフト量であるフレーム間水平方向ドリフト量を算出する第５のステップと、
    前記データ処理部が、前記フレーム間水平方向ドリフト量と前記フィールド間の垂直方向のドリフト量を用いて、前記ドリフト補正フレーム画像と前記第２のフレーム画像の第１のフィールド画像を積算する第６のステップと、
    前記データ処理部が、前記第６のステップで生成した積算画像に前記第２のフレーム画像の第２フィールド画像を一時的に積算する第７のステップと、
    前記補正演算部が、前記第７のステップで生成した一時的な積算画像と前記第２のフレーム画像よりも後に取得された第３のフレーム画像との間で垂直方向のドリフト量を算出する第８のステップと、
    前記補正演算部が、前記第６のステップで生成した積算画像のフィールド画像と前記第２のフレーム画像の第２のフィールド画像との間の水平方向のドリフト量を算出する第９のステップと、
    前記データ処理部が、前記第９のステップで算出した水平方向のドリフト量と、前記第８のステップで算出された垂直方向のドリフト量から得られるフィールド間の垂直方向のドリフト量と、を用いて、前記第６のステップで生成された積算画像と前記第２のフレーム画像の第２のフィールド画像を位置合わせしながら積算する第１０のステップと、を有し、
    前記第５乃至第１０のステップが前記画像記憶部に記憶された前記複数のフレーム画像についての処理が終了するまで繰り返され、処理対象の全てのフレーム画像が積算されて出力されることを特徴とする画像処理方法。
13. 請求項８において、さらに、
    前記データ処理部が、前記走査電子顕微鏡の撮像時の条件を取得し、当該撮像時の条件に応じたドリフト補正条件を表示部に提示するステップを有することを特徴とする画像処理方法。
14. 請求項８において、さらに、
    前記データ処理部が、前記ドリフト補正画像が積算されて生成される積算フレーム画像を表示部に表示するステップを有することを特徴とする画像処理方法。
15. 請求項８に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納するコンピュータ読取可能な記憶媒体。

Images