JP2549647B2 - Sem画像の復元処理方法 - Google Patents

Sem画像の復元処理方法

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JP2549647B2 JP62044779A JP4477987A JP2549647B2 JP 2549647 B2 JP2549647 B2 JP 2549647B2 JP 62044779 A JP62044779 A JP 62044779A JP 4477987 A JP4477987 A JP 4477987A JP 2549647 B2 JP2549647 B2 JP 2549647B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はSEM(走査電子顕微鏡)画像の復元処理方法
に関するものである。
(従来の技術) SEM画像でチャージアップが著しい場合、従来は、以
下の各種の方法を場合に応じて選択して実施していた。
即ち、 (1) ステージ傾き角度を変えて観察する。
(2) ビームの走査方向を変えて観察する。
(3)−1 加速電圧を低加速にして観察する。
(3)−2 試料ダメージの心配がない物である場合に
は、加速電圧を高加速にして観察する。
(4) ビーム電流下げて観察する。
(5) 試料をAuコートして観察する。
等の方法を場合に応じて選択してきた。
(発明が解決しようとする問題点) 前記(1),(2)の方法は、ストライプパタン等に
対しては効果があるが、等方的なパタンに対してはあま
り効果がみられないという欠点がある。前記(3)−1,
(4)の方法では、画質の劣化が生じ、そのため、加算
平均処理とか平滑化処理を行うことにより画質の改善を
行ってきた。しかし、この様な処理を行うと、その分処
理時間がかかり、特に平滑化処理に於いては、 (i) ハードウエアで行う場合には、そのカットオフ
周波数の選定により大きく影響を受ける。
(ii) ソフトウエアで行う場合には、フィルタリング
マトリックス値の設定により大きく影響を受け、また画
像によっても多少効果の違いが生じている。
等の欠点がある。(5)のAuコートを用いる方法では、
チャージアップはなくなるが、試料を加工するため、そ
の試料を再利用ができなくなるという欠点がある。
以上述べたように、従来技術では、チャージアップ等
の発生を低下させる方法をとってきたが、それぞれに欠
点がある。
本発明は、従来の方法と異なる方法によって、チャー
ジアップを発生している画像からS/Nの向上した画像を
復元することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明のSEM画像の復元処理方法は、SEM原画像のうち
のSN比の劣るパターンが表わされている特定領域につい
ての画像データを抽出する工程と、 前記特定領域の前記画像データを、前記パターンの辺
縁の情報を保存する組み合わせとしての、 なるフィルタマトリックス係数を有するフィルタにより
平滑化処理する工程と、 前記平滑化処理により得られる画像データを、線型あ
るいは対数変換により、この画像データによって表わさ
れる前記パターンのコントラストを強めるための画像強
調をする工程と、 を備えたものとして構成する。
(作 用) SEM原画像からSN比の劣るパターンの特定領域を指定
し、その特定領域の画像データが抽出される。
その画像データは、SEMとの関係において、即ち、ビ
ーム径とSEM倍率に対応するピクセルサイズとの関係やS
EM特有のビーム走査等に基づいてフィルタ値が決定され
た、前記パターンの辺縁の情報を保存する組み合わせの
3×3のフィルタマトリックスを有するメディアンフィ
ルタあるいは空間フィルタにより平滑化処理される。
その平滑化処理された画像データは、チャージアップ
等によりコントラストが減少しているのを補償するた
め、線型あるいは対数変換により処理画像の全画素に対
するコントラスト強調が行われる。これにより、上記平
滑化処理に伴うコントラストの減衰が補償され、且つ、
特に凹パターンのように、二次電子信号のとりにくい場
所における情報が強調される。例えば、一般的に、LSI
パターンでは表面の平坦性を重視し且つ対象材質が絶縁
性のためコントラストがとりにくいが、このような場合
に有効である。
その画像強調された画像データに基づいて画像が復元
される。
(実施例) 本発明の実施例を説明するに先立ち、本発明がなされ
るに至った経緯、裏付け並びに原理等について説明す
る。
一般に、SEMのビーム径は10〜15nm程度である。この
ようなビーム径のSEMを用いての対象物の観察には、観
察対象領域を探すためのいわゆる視野探しと、その視野
探しによって得た観察領域について見るいわゆる本来の
観察がある。この視野探しは、10k倍ぐらいの低倍率で
行われる。さらに、今、SEMモニタ画面の長さを17.6c
m、SEM倍率を1万倍、横方向画素を512画素とする。以
上のような条件の場合には、画素(ピクセル)の大きさ
は30nm以上であり、ビーム径<画素サイズ(1画素に対
する観察対象領域の大きさ)となる。この場合には、低
倍率ゆえ、観察対象領域の単位面積当りに対する照射電
流が低く、チャージアップ現象は生じない。視野探し
は、あくまでも、観察目的とするパターンがどこにある
か速かに識別することを目的とするものである。このよ
うなことから、視野探しにおいては画像の復元処理は必
要ない。
これに対し、上記本来の観察は、10k〜100k倍位のい
わゆる通常の観察倍率で行われる。この場合において
は、画素サイズは10〜15nmとなり、ビーム径とほぼ等し
いものとなる。このような場合においては、画質は、画
像処理によって極めて有効に改善される。即ち、各1画
素の情報を処理するに当り、そのまわりの8画素を含め
た都合9画素の情報について係数 によってフィルタリング処理することにより、SEM本来
の分解能が達成される。この後、コントラスト強調処理
を連続的に行うことにより、画像全体が強調処理される
ことになり、復元処理が一層効果的に行われることにな
る。
なお、参考までに、100k倍以上の高倍率での観察につ
いて鑑みる。この場合においては、画素サイズは3nmと
なり、ビーム径>画素サイズの関係が成立する。この関
係は、ビーム径の2倍の領域から2次電子が放出してい
ることを考慮しても、成立する。このような場合には、
上述した係数での空間フィルタリング処理しても有効で
はない。さらに、たとえ1画素のサイズが3nmであって
も、ビーム径が10〜15nmであることから、分解能(ビー
ム径)は追随していないといえる。つまり、倍率は高い
ものの高分解能は得られず、画質は劣化することにな
る。
次に、空間フィルタリング係数の値として を用いたことの理由を説明する。
SEMでは、電子ビームをX方向に走査し、Y方向に
は、X方向の走査が終了するごとに順次上から下へと走
査され、これによって1フレームの画像が形成されてい
く。従って、例えば、X方向に8kHzで走査し512回のサ
ンプリングをする場合には、X方向の隣接画素間のサン
プリング時間は240μsecとなるのに対し、Y方向の隣接
画素間のサンプリング時間は125msecとなる。これは、8
kHz=125msecであり、125msec÷512pix=240μsecであ
ることによる。
このように、X方向及びY方向のサンプリング時間が
異なる結果、SEM画像をフーリエ変換し、その周波数分
布を求めると、Y方向に隣接する画素からの信号には高
周波数成分(ノイズ成分)が多く含まれることになる。
一般に、SEM画像では、パターン(即ち信号)の周波数
は低く、ノイズ成分は高周波数成分として現れる。そこ
で3×3のフィルタリングマトリックスの係数を求める
場合、X方向に比べてY方向の重みを少なくしてノイズ
成分の混入を抑える必要がある。このため、対象画素
(自分自身の画素)に対してY方向に並ぶ上下の係数を
すべて1に設定している。さらにX方向について見る
と、自分自身の画素の重みをX方向において最大にし、
X方向に隣接する画素の重みは自分自身のそれよりも小
さく、且つ、上述のY方向に並ぶ画素の係数よりも自分
自身の係数を大きくすることにより、適正なフィルタリ
ングが行われる。このため、X方向において両側に隣接
する画素の重みは2に設定し、自分自身の係数は4に設
定している。さらに、このとき、自分自身の係数が3で
はなく4である理由は次の通りである。即ち、観察倍率
はSEMの性能限界に近い倍率が設定されるのが一般的で
ある。そのような条件では、前にも述べたように、ビー
ム径≒画素サイズ、の関係にある。従って、2次電子信
号の量は、照射ビームが、断面がほぼ円形で、電子の濃
度が中心より周辺にいくに従ってガウス関数に従って減
少するガウシアンビームであることを考慮すれば、自分
自身の画素内からは隣接画素内からよりも2倍以上が見
積られる。そこで自分自身の係数は、X方向の両側の画
素の2倍である4に設定する。以上から空間フィルタリ
ング係数は、上述のように、 が最適と考えられる。
第1図は、本発明を実施する装置の一例を示すもので
ある。以下に、この装置により本発明を実施する場合に
ついて説明する。
第2図aは、本発明の実施に際して用いられる原画像
を示す。この画像は、倍率2万倍のレジストパタンの顕
微鏡写真をその特徴部分に着目して描いたものである。
同図aにおいて、外枠Aに囲まれた白地として表わされ
た部分は、現実の顕微鏡写真においては、真黒につぶれ
た部分である。この第2図aから、画像下部約1/3の領
域で白っぽく波状にチャージアップが発生しているのが
明らかである。そのチャージアップに起因して、画像の
特に上半分の部分Cが黒く画像がつぶれ、本来観察され
るべきレジストパタンDがほとんど見ることができな
い。即ち、この第2図aのパタンは、等方的であると共
に非導電性であり、そのため加速電圧を1.3KVまで低下
してもチャージアップを防ぐことが困難である。その結
果、A/D変換後の画像では、チャージアップの発生模様
は把握できるが、実際のパタン情報の観察は殆ど不能で
ある。
この原画像は第1図の原画像データ入力装置11に原画
像データとして入力される。その現画像データから次段
の特定領域の画像データ抽出装置12によって上部半分の
画像データが抽出される。この抽出された上部半分の画
像データは次段の平滑化処理装置13において3×3のフ
ィルタマトリックスに基づく平滑化処理が施される。こ
こでは、 の値から中心画素の濃淡値を求めた。抽出領域のコント
ラストがチャージアップの影響で極端に悪いので、次
に、次段の画像強調処理装置で画像強調を行う。ここで
は、画像強調前後の濃淡値を、S(x,y)及びS′(x,
y)とおいた場合に、 なる式で線型に画像強調を行った。(1)式で、Smax及
びSminは、それぞれ抽出した画像データのうち、濃淡値
が最大及び最小となる値を示す。このようにして画像強
調されたデータは、画像復帰装置15によって画像復元さ
れ、それがさらに次段の復元画像表示装置16に表示され
る。
第2図bは、このような画像処理によって得られた復
元画像を示すものである。この復元画像は、2万倍の顕
微鏡写真を、その特徴を抽出して描いたものである。同
図bにおいて、外枠Aに囲まれた白地として表わされた
部分は、同図aの場合と同様に、現実の顕微鏡写真にお
いては真黒につぶれた部分である。この復元画像によれ
ば、レジストパタンDが明確に観察できる。よって、本
発明の方法が極めて効果的であるのがわかる。(上述の
第2図a,bは、相互に正確に対比した関係にある。) また、画像強調処理として線型の強調を述べたが、こ
れに限らず、 のように対数変換して強調することも可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、SEM画像のうちのSN比の劣るパター
ンが存在する特定領域についての画像データを抽出し、
その特定領域の画像データを、その画像データで表わさ
れるパターンの辺縁の情報を保存する組み合わせのフィ
ルタ値 を有するマトリックスにより平滑化するようにしたの
で、その画像データをそれによって表わされるパターン
の辺縁の情報が保存された状態で平滑化できる。
つまり、本発明では、空間フィルタリングの係数のう
ちのY方向の両側に隣り合う6つの係数の重みをそれぞ
れ“1"としたので、対象画素に対してY方向の両側に隣
接する計6つの画素からの2次電子信号に含まれるノイ
ズ成分の影響を極力抑えることができると共に、X方向
に隣り合う2つの係数の重みをそれぞれ“2"とし、自己
の係数の重みを“4"としたので、これらの3つの画素の
うちの中央の対象画素からの2次電子信号の量を、X方
向の両側の画素のそれぞれからの信号量の2倍としてフ
ィルタリングすることができ、これによりSEMにおける
照射ビームの形状に沿ってフィルタリングが行えること
になり、画像データを適正なものとして得ることができ
る。
この後さらに上記パターンのコントラストを強調する
ための画像強調を行うようにしたので、前記平滑化処理
によるコントラストの減衰の補償や、チャージアップ
や、凹パターン等に起因する低コントラストパターンの
コントラストを強調することができ、これによりS/N比
の向上した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に使用する装置の一例を示すブロ
ック図、第2図a,bは本発明による画像処理の前、後の
状態を示すためレジストパタンを2万倍に拡大した顕微
鏡写真の特徴抽出図である。 11……原画像データ入力装置、12……特定領域の画像デ
ータ抽出装置、13……平滑化処理装置、14……画像強調
処理装置、15……画像復元装置、16……復元画像表示装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−146366(JP,A) 特開 昭60−142775(JP,A) 特開 昭54−92133(JP,A) 特開 昭52−73747(JP,A) 特開 昭58−222383(JP,A) 特開 昭57−97269(JP,A) ディジタル画像処理(昭53−12−10) 長尾真監訳近代利学社PP.173−177, PP.201−204

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SEM原画像のうちのSN比の劣るパターンが
    表わされている特定領域についての画像データを抽出す
    る工程と、 前記特定領域の前記画像データを、前記パターンの辺縁
    の情報を保存する組み合わせとしての、 なるフィルタマトリックス係数を有するフィルタにより
    平滑化処理する工程と、 前記平滑化処理により得られる画像データを、線型ある
    いは対数変換により、その画像データによって表わされ
    る前記パターンのコントラストを強めるための画像強調
    をする工程と、 前記画像強調した画像データに基づいて画像を復元する
    工程と、 を備えたことを特徴とするSEM画像の復元処理方法。
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