JP3345060B2 - 走査形電子顕微鏡における画像信号処理方法およびその装置 - Google Patents

走査形電子顕微鏡における画像信号処理方法およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査形電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）における画像信号処理方法およびその装置に関する
ものであり、特に、走査形電子顕微鏡を用いて半導体デ
バイスなどの検体についての画像データを採取して検体
の検査を行う場合に、走査形電子顕微鏡から検体への一
次電子ビームの照射量を極力減少させるとともに画像デ
ータの画質を向上しうる走査形電子顕微鏡における画像
信号処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形電子顕微鏡を用いて非破壊式に半
導体デバイスなどの微細な検査を行うことはすでに知ら
れている。たとえば、６４メガビットダイナミックラン
ダムアクセスメモリ（６４ＭＤＲＡＭ）などの実現にと
もなって、０．５μｍルール、あるいは、さらに０．３
５μｍルールもの微細ルールによる半導体デバイスの実
現が試みられており、走査形電子顕微鏡による微細かつ
正確な半導体デバイスの検査が要望されている。微細か
つ正確な半導体デバイスなどの検査を可能にする方法と
しては、走査形電子顕微鏡自体の改善方法と、走査形電
子顕微鏡で得られる画像データを改善する方法とが知ら
れている。本発明は特に後者に関する。
【０００３】走査形電子顕微鏡で得られる画像データを
改善するには、ノイズ、主としてサーマルノイズを低減
させるため、通常、検査対象となる半導体デバイスなど
の検体への走査形電子顕微鏡の走査回数を多くする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスなどの
検体への走査形電子顕微鏡の走査回数を増加させると、
半導体デバイスなどへの一次電子照射量が過剰になり、
半導体デバイス自体を劣化させるという問題が発生す
る。特に、６４メガビットもの高密度のＤＲＡＭなどの
検査においては、半導体デバイス内の線幅、種々の層の
厚さが薄くなっており、走査形電子顕微鏡の過剰な一次
電子の照射による劣化は顕著になる。また、検体に対す
る走査形電子顕微鏡の走査回数を増加させると検査時間
が長くなり、検査能率が低下するという問題がある。
【０００５】したがって、本発明は、走査形電子顕微鏡
の走査回数を増加させることなく、また、検体の損傷ま
たは劣化を生じさせることなく、走査形電子顕微鏡で検
体を走査して得られる画像データの画質の改善が可能な
走査形電子顕微鏡における画像信号処理方法およびその
装置を提供することを目的とする。また本発明は、検査
時間を短縮可能な走査形電子顕微鏡における画像信号処
理方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、パイロット検体と本来の検査対
象となる検体とが同一条件として形成され、走査形電子
顕微鏡でパイロット検体と検査対象の検体とを同じ条件
で走査して走査画像データを採取したとき、それぞれの
走査における走査形電子顕微鏡の電子光学鏡筒の推定相
対特性関数がエルゴード性（定常不規則過程）を持つこ
とを前提として、まず、（１）パイロット検体について
走査形電子顕微鏡を用いて多数回の走査を行って電子光
学鏡筒の推定相対特性関数を算出し、ついで、（２）検
査対象とする検体についてパイロット検体よりも少ない
回数の走査を行い、得られた画像データを電子光学鏡筒
の推定相対特性関数で補償し、電子光学鏡筒による劣化
画像を復元して画像データの改善を図る。
【０００７】したがって、本発明によれば、走査形電子
顕微鏡をパイロット検体について複数回走査して得られ
たパイロット画像データから前記走査形電子顕微鏡の電
子光学鏡筒の推定相対特性関数を算出する段階と、前記
走査形電子顕微鏡を検査対象とする検体について前記パ
イロット検体を走査した回数より少ない回数だけ走査し
て検体画像データを得る段階と、前記検体画像データを
前記推定相対特性関数を用いて修正する段階と、を有す
る走査形電子顕微鏡における画像信号処理方法が提供さ
れる。
【０００８】また本発明によれば、走査形電子顕微鏡を
パイロット検体について複数回走査して得られたパイロ
ット画像データを周波数空間のデータに変換し、該周波
数空間のデータのスペクトラムを計算して前記走査形電
子顕微鏡の電子光学鏡筒の推定特性関数を算出する手段
と、前記走査形電子顕微鏡を検査対象とする検体につい
て前記パイロット検体を走査した回数より少ない回数だ
け走査して検体画像データを得る手段と、該検体画像デ
ータを周波数空間のデータに変換する手段と、該周波数
空間に変換した前記検体画像データに含まれるノイズ成
分を前記推定相対特性関数を用いて抑制する手段と、ノ
イズ成分が抑制された周波数空間の検体画像データを実
空間のデータに戻す手段とを有する走査形電子顕微鏡に
おける画像信号処理装置が提供される。
【０００９】
【作用】まず、パイロット検体、たとえば、パイロット
半導体デバイス（パイロットウェーハ）に対して複数
回、走査形電子顕微鏡を走査してそのパイロット半導体
デバイスに対する走査形電子顕微鏡の電子光学鏡筒の推
定相対特性関数を推定する。この電子光学鏡筒の推定相
対特性関数は一種の電子光学鏡筒の特徴を示すものであ
り、画像データの劣化の様相を示す。パイロット検体に
は多数回、走査形電子顕微鏡を走査させてより正確な走
査形電子顕微鏡の電子光学鏡筒の推定相対特性関数を算
出する。次いで、パイロット検体と同じ条件で製造され
た検査対象とする検体について、上記パイロット検体に
対する走査回数より少なく、即ち一次電子の照射量がパ
イロット検体よりもはるかに少ない程度の回数だけ走査
形電子顕微鏡を走査して、その検体についての走査形電
子顕微鏡による画像データを採取する。この検体につい
ての画像データを、上記パイロット検体を用いて算出し
た電子光学鏡筒の推定相対特性関数を用いて、劣化画像
の修正を行う。これにより、電子光学鏡筒に依存する劣
化画像が復元できる。
【００１０】好適には、上記走査形電子顕微鏡の電子光
学鏡筒の特性を推定するには、パイロット検体について
の多数回走査の画像データを、離散コサイン変換（ＤＣ
Ｔ）処理して周波数空間のデータに変換し、パワースペ
クトラムなどのスペクトラムを算出して上記電子光学鏡
筒の推定相対特性関数を算出する。また、上記処理に対
応して、上記画像復元処理は、後続検体について複数回
走査して得られた画像データについて、ＤＣＴ処理によ
り周波数空間のデータに変換し、この周波数空間に変換
したデータを上記電子光学鏡筒の推定相対特性関数を用
いて修正し、さらに、逆ＤＣＴ処理をして周波数空間領
域における画像データを実空間領域における画像データ
に変換する。このように画質改善された画像データが、
ＣＲＴ表示装置などの表示装置に表示されて検体の検査
に使用される。
【００１１】
【実施例】図１に本発明の走査形電子顕微鏡における画
像信号処理装置の第１実施例の構成図を示す。この走査
形電子顕微鏡を用いた画像信号処理装置は、走査形電子
顕微鏡（ＳＥＭ）１、走査形電子顕微鏡駆動制御部３、
画像データを入力する画像データ入力部５、推定ＳＥＭ
電子光学鏡筒相対特性関数演算処理部７（以下、相対特
性関数とは電子光学鏡筒特性関数を示す。）、全体制御
処理部１０、後続半導体デバイス画像処理部１２、およ
び、画像表示部１４を有する。推定ＳＥＭ相対特性関数
演算処理部７は、ＤＣＴ演算部７ａ、パワースペクトラ
ム（ＰＳ）計算部７ｂ、ＳＥＭ相対特性関数計算部７
ｃ、および、推定ＳＥＭ相対特性関数記憶部７ｄを有す
る。後続半導体デバイス画像処理部１２は、画像データ
記憶部１２ａ、ＤＣＴ演算部１２ｂ、劣化画像復元処理
部１２ｃ、および、ＩＤＣＴ演算部１２ｄを有する。
【００１２】走査形電子顕微鏡１はパイロット検体とし
てのパイロット半導体デバイス（パイロットウェーハ）
または後続半導体デバイス（後続ウェーハ）を走査す
る。走査形電子顕微鏡駆動制御部３は、全体制御処理部
１０の制御のもとに、走査形電子顕微鏡１の走査を駆動
制御する。画像データ入力部５は走査形電子顕微鏡１を
走査して得られた画像データを入力する。推定ＳＥＭ相
対特性関数演算処理部７は、パイロット半導体デバイス
について走査形電子顕微鏡１を走査して得られた画像デ
ータからその走査形電子顕微鏡１の電子光学鏡筒の相対
特性関数ＥＲＦＦを推定する。後続半導体デバイス画像
処理部１２は、推定ＳＥＭ相対特性関数演算処理部７に
よる電子光学鏡筒の推定特性が算出された後、検査対象
としての検体、すなわち、パイロット半導体デバイスに
後続するパイロット半導体デバイスと同じ条件で製造さ
れた半導体デバイスについて、走査形電子顕微鏡１を走
査して得られた画像データを、上記電子光学鏡筒の推定
特性を用いて、電子光学鏡筒によって劣化した劣化画像
を復元する。画像表示部１４は、推定ＳＥＭ相対特性関
数演算処理部７および後続半導体デバイス画像処理部１
２で処理された画像データを表示する。全体制御処理部
１０は上記走査形電子顕微鏡を用いた画像信号処理装置
における全体制御を行う。
【００１３】走査形電子顕微鏡１を用いる半導体デバイ
スの検査は、半導体デバイスの製造段階の種々の段階に
おいて行うことができる。たとえば，ステッパで描画し
た後のエッチング処理の前の段階など、ウェーハの状態
において行う。このように検査対象は、半導体デバイス
の製造段階途中の半製品（ウェーハ）または半導体デバ
イスとして完成品の段階などで検査されるが、本実施例
において、検査段階を特定せず述べるので、以下、本明
細書においては、検体となる半導体デバイスまたはウェ
ーハは半製品、完成品を問わず、便宜的に半導体デバイ
スと呼ぶ。
【００１４】走査形電子顕微鏡における画像信号処理装
置の概略動作を図２を参照して述べる。図２は走査形電
子顕微鏡における画像信号処理装置の基本処理動作を示
すフローチャートである。 ステップＳ０１：パイロット半導体デバイスを用いた推
定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特性関数ＥＲＦＦ（Evalua
ted Relative Feature Function)の算出 まず、パイロット半導体デバイスを複数回（多数回）、
走査形電子顕微鏡１で走査して画像データを採取し、こ
れらの画像データから推定ＳＥＭ相対特性関数演算処理
部７において推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特性関数Ｅ
ＲＦＦを算出する。走査形電子顕微鏡１を用いたパイロ
ット半導体デバイスの走査回数は、走査形電子顕微鏡１
の電子光学鏡筒の相対特性関数が充分推定可能な程度だ
け、多数回、たとえば、６４回程度とする。 ステップＳ０２：検査対象とする後続半導体デバイスに
ついての画像データの劣化画像データを推定ＳＥＭ電子
光学鏡筒の相対特性関数を用いて復元 その後、パイロット半導体デバイスと同じ条件（工程）
で製造された検査対象となる後続半導体デバイスについ
て、複数回、走査形電子顕微鏡１を走査させて画像デー
タを採取し、これらの画像データの劣化画像を上記電子
光学鏡筒の推定特性で修正して正確な画像データを得
る。この後続半導体デバイスに対する走査形電子顕微鏡
１の走査回数は、走査形電子顕微鏡１の走査による後続
半導体デバイスの劣化が最小限ですむ程度の回数とす
る。この走査回数は当然、パイロット半導体デバイスに
対する走査回数より少ないものとなり、たとえば、３〜
４回程度の回数となる。 ステップＳ０３：画像表示による検査 以上のように劣化画像を復元して得られた検査対象とす
る半導体デバイスの正確な画像データを表示装置に表示
してその半導体デバイスの検査または評価を行う。
【００１５】つまり、ある撮影条件における走査形電子
顕微鏡１の電子光学鏡筒の特性をパイロット半導体デバ
イスを用いて算出してその特性依存性を補償することに
より、後続半導体デバイスについて採取した画像データ
における電子光学鏡筒に依存する画像劣化を改善する。
このように、検査対象とする後続半導体デバイスに対し
て走査形電子顕微鏡１の一次電子のドーズ量を少なくで
き、しかも、画質改善ができる。走査回数が少なくてす
むから、検査時間も短縮できる。上記ステップＳ０３に
おいて述べた表示による検査は従来と同様であるから、
以下の記述においてその詳細は述べない。
【００１６】以下、本発明の走査形電子顕微鏡における
画像信号処理装置の信号処理の詳細を述べる。まず、下
記の記述において使用する記号の説明を行う。
【表１】 表−１ 記号 意 味 ｆi パイロット観測画像データ パイロットとする半導体デバイスについてＳＥＭをｉ回走査して 得られた画像データを平滑化処理したパイロット観測画像 以下、サフィックスｉはＳＥＭをｉ回走査して得られた画像デー タを平滑化処理したものを示しており、ｉ番目を示すものではな い。 ｏi 後続観測画像 パイロットとする半導体デバイスに後続の試験対象とする半導体 デバイスについてＳＥＭを用いて得られた後続観測画像データ ｓi 真値画像データ 誤差のない仮想的な真実の画像データ ｎi ノイズ画像データ 誤差のない仮想的な真実のノイズ画像データ ｈi 処理画像データ 実際に処理している画像データ Ｆi パイロット観測画像データのＤＣＴ（離散コサイン変換）値 Ｏi 後続観測画像データのＤＣＴ値 Ｓi 真値画像データのＤＣＴ値 Ｎi ノイズ画像データのＤＣＴ値 ＰＦi パイロット観測画像データのパワースペクトラム ＰＳi 真値画像データのパワースペクトラム ＰＮi ノイズ画像データのパワースペクトラム ＥＲＦＦ 推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特性関数（Evaluated Relative Feature Function) ＣＥＲＦＦ 推定相対関数係数
【００１７】まず、図２のステップＳ０１として示した
処理の詳細を述べる。以下の考察においては、走査形電
子顕微鏡１によって採取されるパイロット観測画像デー
タｆi とノイズ画像データｎi との間には相関がないも
のとする。パイロット観測画像データｆi を線形ローパ
スフィルタを通して高周波成分を取り除いた処理画像デ
ータｈi とパイロット観測画像データｆi との差（ｈi
−ｆi ）の二乗平均を式１で示す。
【数１】 式１で示した二乗平均を最小にするウィーナー・フィル
タ（最適線形フィルタ）関数Ｇi は、真値画像データの
パワースペクトラムＰＳi とノイズ画像データのパワー
スペクトラムＰＮi とを用いて式２で与えられる。ウィ
ーナー・フィルタは、ノイズと真値とのパワースペクト
ラムが既知であるという理想的なフィルタである。
【数２】
【００１８】この場合、真値画像データのパワースペク
トラムＰＳi とノイズ画像データのパワースペクトラム
ＰＮi とが、各画素が他の画素の影響を受けないという
確率過程でエルゴード性を有すると仮定すると、換言す
れば、集合平均と時間平均とが一致すると仮定すると、
式３および式４に示すように、真値画像データのパワー
スペクトラムＰＳi とノイズ画像データのパワースペク
トラムＰＮi とがそれぞれ、真値画像データｓi のＤＣ
Ｔ値Ｓi の二乗とノイズ画像データのＤＣＴ値Ｎi の二
乗とに一致する。
【数３】
【数４】 なお、画像データのＤＣＴ処理を行うことは、実（物
理）空間の画像データから周波数空間の画像データに変
換することを意味する。また、後述する逆ＤＣＴ処理を
行うことは、周波数空間の画像データから実空間の画像
データに戻すことを意味する。
【００１９】しかしながら、真値画像データのパワース
ペクトラムＰＳi は未知である。ノイズは主としてサー
マルノイズであり、画像信号とは相関がないと仮定する
から、式２を下記式５と置くことができる。
【数５】 さらに真値画像データとノイズ画像データとのエルゴー
ド性を考慮すると、式５は下記式６として表すことがで
きる。
【数６】
【００２０】本実施例においては、パイロット観測画像
データｆi としてパイロット半導体デバイスについて走
査形電子顕微鏡を６４回の走査した（ｉ＝６４）パイロ
ット観測画像データｆ64を得ており、６４回走査したパ
イロット観測画像データのＤＣＴ値Ｆ64についてのウィ
ーナー・フィルタ関数Ｇ64と、１回走査のパイロット観
測画像データのＤＣＴ値Ｆ1 のウィーナー・フィルタ関
数Ｇ1 を示すと、式６からそれぞれ、下記式７および式
８が得られる。
【数７】
【数８】
【００２１】式７と式８から下記式９が得られる。
【数９】 真値画像データｓi は未知であるが、パイロット半導体
デバイスについて走査形電子顕微鏡を６４回走査して得
られたパイロット観測画像データにおける真値画像デー
タｓ64と１回走査した得られたパイロット観測画像デー
タにおける真値画像データｓ1 とは一致するから、下記
式１０で示す関係が成立する。
【数１０】 式１０を式９に代入すると、式１１が得られる。
【数１１】
【００２２】このことは、パイロット半導体デバイスを
６４回走査した場合と１回走査した場合のそれぞれのノ
イズ自身は測定できないが、それぞれのパイロット観測
画像データｆi のＤＣＴの二乗の差を算出することによ
り、ノイズの絶対値の差が検出できることを意味してい
る。信号論上でのノイズは、観測系（オブザーバ）での
伝達関数に対応するから、ノイズの絶対値の差は観測系
における特性関数のエネルギの差として扱うことと等価
である。すなわち、下記式１２
【数１２】 として表す値は、パイロット半導体デバイスについての
６４回走査したときのパイロット観測画像データと１回
走査したときのパイロット観測画像データとの推定ＳＥ
Ｍ電子光学鏡筒の相対特性関数ＥＲＦＦとして考えるこ
とができる。
【００２３】実際には、走査回数の相違による信号強度
の差を整合させるための因子として係数ｋ1 を考慮する
と、下記式１３が得られる。
【数１３】 式１３から、推定ＳＥＭ相対特性関数ＥＲＦＦは式１４
となる。
【数１４】 ただし、係数ｋ2 は推定相対特性関数係数ＣＥＲＦＦ
（Coefficient of ERFF)を示しており、係数ｋ1 と係数
ｋ2 とを実験から求める。この係数ｋ1 ，ｋ2 は、ＥＲ
ＦＦを所望の値にするためのものである。
【００２４】上述した推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特
性関数ＥＲＦＦの算出方法を図３にフローチャートとし
て示す。この演算は、まず図１に示す走査形電子顕微鏡
駆動制御部３により走査形電子顕微鏡１を駆動してパイ
ロット半導体デバイスを６４回連続して走査し、この６
４回走査によって得られた画像データを画像データ入力
部５に入力し、推定ＳＥＭ相対特性関数演算処理部７に
おいて上述した演算処理を行う。 ステップＳ１１：パイロット半導体デバイスについて６
４回、走査形電子顕微鏡１を走査して得られたパイロッ
ト観測画像データｆi を入力する。 ステップＳ１２：ＤＣＴ演算部７ａにおいて、上記パイ
ロット観測画像データｆi についてＤＣＴ処理を行い、
そのＤＣＴ値Ｆi を算出する。 ステップＳ１３：パワースペクトラム計算部７ｂにおい
て、パイロット観測画像データのＤＣＴ値Ｆi からパワ
ースペクトラムＰＦi を計算する。 ステップＳ１４：ＳＥＭ相対特性関数計算部７ｃにおい
て、式１４に基づいて推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特
性関数ＥＲＦＦを算出する。 この算出された推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特性関数
ＥＲＦＦが推定ＳＥＭ相対特性関数記憶部７ｄに記憶さ
れる。
【００２５】次いで、図２にステップＳ０２として示し
た処理の詳細な内容を述べる。パイロット検体（パイロ
ット半導体デバイス）と後続検体（半導体デバイス）と
が同一デバイスとして同一条件で形成され、走査形電子
顕微鏡でパイロット検体と後続検体とを同じ条件で走査
して走査画像データを採取したとき、それぞれの走査に
おける走査形電子顕微鏡の電子光学鏡筒の推定相対特性
関数にはエルゴード性が成立する。したがって、上述し
て算出した推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特性関数ＥＲ
ＦＦを用いて、電子光学鏡筒に依存して劣化した後続半
導体デバイスの画像データの劣化画像データを復元（改
善）できる。
【００２６】実空間の画像データをＤＣＴ処理した空間
周波数領域で考えると、信号域の周波数成分である場
合、走査形電子顕微鏡１による後続半導体デバイスを走
査する走査回数を増加させることは、２次電子像のコン
トラストを向上させることに寄与するから、下記式１５
が成立する。
【数１５】 式１５は走査形電子顕微鏡１の走査回数を増加させても
ノイズの単調な減少は期待できないと同時に、信号域の
多数回走査による強度の程度が推定可能であることを示
している。つまり、式１５が成立する周波数領域におい
て、パイロット半導体デバイスについてのパワースペク
トラムが強調された分だけ、以下に述べる処理によって
信号域を強調する。
【数１６】 ただし、ｋ3 は比例定数である。
【００２７】一方、実空間の画像データをＤＣＴ処理し
た空間周波数領域で考えたとき、信号域のノイズ成分で
ある場合、走査形電子顕微鏡１による後続半導体デバイ
スを走査する走査回数を増加させることは、信号域とは
逆に、２次電子像のコントラストを低下させることに寄
与するから、つまり、走査回数の増加にともなってノイ
ズのエネルギは単調に減少するから、下記式１７が成立
する。
【数１７】 式１７の辺々に｜Ｆi ｜2 （Ｆi の絶対値の二乗）を足
して平方根をとると、式１８が得られる。
【数１８】 つまり、ノイズ域の周波数成分には式１８で示す関係が
成立する。
【００２８】後続観測画像データのＤＣＴ値Ｏi のノイ
ズの符号状態は推定できないが、少なくとも、ノイズ域
と判断された周波数に関してはそのエネルギを抑制し、
複数回走査して得られたパイロット画像データのノイズ
域状態に接近させる必要がある。そこで、ノイズ域と判
断された周波数の画像データについて、そのエネルギが
小さくなるように、上述した得られた推定ＳＥＭ電子光
学鏡筒の相対特性関数ＥＲＦＦを用いて劣化画像データ
を復元（補正）する。走査回数ｉ＝１の場合、式１３を
参照して、
【数１９】
【数２０】 とする処理を行ってエネルギを抑制し、複数回（多数
回）走査したときの画像データのノイズ状態に近似す
る。
【００２９】このようにして得られた画像データを逆Ｄ
ＣＴ（ＩＤＣＴ）処理を行って、周波数空間の画像デー
タを実（物理）空間の画像データ、つまり、実画像デー
タに戻す。この実画像データを表示装置に表示して、後
続半導体デバイスの検査に使用する。この実画像データ
は劣化画像が改善されているから、検査に好適に使用で
きる。
【００３０】図４は上述した劣化画像の処理内容を示す
フローチャートである。図１に示した走査形電子顕微鏡
における画像信号処理装置の動作に関連させてその処理
内容を述べる。 ステップＳ２１：後続半導体デバイスについて数回、た
とえば、３〜４回程度、走査形電子顕微鏡１を走査して
得られた後続観測画像データｏi を入力する。入力され
た後続観測画像データｏi は後続半導体デバイス画像処
理部１２内の画像データ記憶部１２ａに記憶される。画
像データ入力部５はこの実施例では、パイロット半導体
デバイスの画像データを入力する場合とこの後続半導体
デバイスの画像データを入力する場合の両者に使用す
る。 ステップＳ２２：後続半導体デバイス画像処理部１２内
のＤＣＴ演算部１２ｂにおいて、画像データ記憶部１２
ａに記憶された後続観測画像データｏi についてＤＣＴ
処理を行い、そのＤＣＴ値Ｏi を算出する。 ステップＳ２３：劣化画像復元処理部１２ｃは、推定Ｓ
ＥＭ相対特性関数記憶部７ｄに記憶されている推定ＳＥ
Ｍ電子光学鏡筒の相対特性関数ＥＲＦＦを読み出し、Ｄ
ＣＴ演算部１２ｂにおいて計算した後続観測画像のＤＣ
Ｔ値Ｏi を補正する。これにより、電子光学鏡筒によっ
て劣化した劣化画像データの復元が行われる。 ステップＳ２４：ＩＤＣＴ演算部１２ｄにおいて、復元
された画像データについて逆ＤＣＴ処理を行い、実空間
の画像データに戻す。 上記各ステップの処理の後、画像表示部１４に得られた
実空間の画像データを表示する。
【００３１】以上のように、後続半導体デバイスについ
ては走査形電子顕微鏡１の走査回数は少なくてすむか
ら、走査形電子顕微鏡１からの一次電子の後続半導体デ
バイスに対するドーズ量は少なくてすみ、後続半導体デ
バイスの損傷が少ない。しかも、推定ＳＥＭ電子光学鏡
筒の相対特性関数ＥＲＦＦを用いることで、鮮明な画像
データが得られる。後続半導体デバイスに対する走査形
電子顕微鏡１の走査回数は少なくてすむから、複数（多
数）の後続半導体デバイスに対する検査時間が短縮でき
る。また、本発明においては、走査形電子顕微鏡１自体
を改造したり、複雑な調整を行う必要がなく、上述した
画像信号処理で実現できるので、容易に実施することが
できる。
【００３２】本発明の走査形電子顕微鏡における画像信
号処理方法の実施に際しては、上述した実施例に限ら
ず、種々の変形態様をとることができる。たとえば、図
１に示した走査形電子顕微鏡における画像信号処理装置
に代えて、図５に示す特定的な走査形電子顕微鏡におけ
る画像信号処理装置にも適用できる。この走査形電子顕
微鏡における画像信号処理装置を使用するに当たって
は、事前にパイロット半導体デバイスについて推定ＳＥ
Ｍ電子光学鏡筒の相対特性関数ＥＲＦＦを算出してお
く。この走査形電子顕微鏡における画像信号処理装置
は、走査形電子顕微鏡１からの２次電子像画像データｇ
（ｘ，ｙ）をＤＣＴ処理して物理空間のデータから周波
数空間のデータに変換するＤＣＴ回路１０１、ＤＣＴ処
理して周波数空間に変換された画像データの平均を演算
する平均演算回路１０２、平均した周波数空間の画像デ
ータを走査形電子顕微鏡１の推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の
相対特性関数ＥＲＦＦだけ並列的に低減させる演算回路
１１１〜１１９、周波数空間のデータを物理空間のデー
タに戻す逆ＤＣＴ処理回路１２１〜１２９、統計的な手
法で物理空間のノイズ成分を減少させる処理回路１３１
〜１３９、物理空間のデータを周波数空間のデータに変
換するＤＣＴ回路１４１〜１４９、ウィーナー・フィル
タによるノイズ低減処理を行う回路１５１〜１５９、平
均値計算回路１６１、周波数空間の画像データを物理空
間の画像データに戻す逆ＤＣＴ回路１６２を有する。図
５に示した走査形電子顕微鏡における画像信号処理装置
によっても、上述した走査形電子顕微鏡における画像信
号処理装置と同様に、走査形電子顕微鏡１で走査した画
像データの画質を向上させることができる。
【００３３】以上の実施例においては、検体として半導
体デバイスまたはウェーハを例示したが、本発明の走査
形電子顕微鏡における画像信号処理方法およびその装置
は、半導体デバイスまたはウェーハに限らず、電子光学
鏡筒の特性による画像データへの影響を防止して高い精
度の２次電子像データを必要とする、他の種々の検体の
検査に適用できる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の走査形電子顕微鏡における画像
信号処理方法によれば、本来の検体への走査形電子顕微
鏡からの一次電子の照射量を低減した状態で、走査形電
子顕微鏡の電子光学鏡筒の特性に依存されずに、鮮明な
画質の画像データを得ることができる。また本発明の走
査形電子顕微鏡における画像信号処理方法によれば、走
査形電子顕微鏡の検体への走査回数が少ないので、検体
の検査時間が短縮でき、検査能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査形電子顕微鏡における画像信号処
理装置の第１実施例の構成図である。
【図２】図１に示した走査形電子顕微鏡における画像信
号処理装置の基本処理動作を示すフローチャートであ
る。
【図３】図２に示したフローチャートにおける走査形電
子顕微鏡の推定ＳＥＭ電子光学鏡筒の相対特性関数を算
出する処理を示すフローチャートである。
【図４】図２に示したフローチャートにおける推定ＳＥ
Ｍ電子光学鏡筒の相対特性関数を用いて後続半導体デバ
イスについての劣化画像データ改善処理を示すフローチ
ャートである。
【図５】本発明の走査形電子顕微鏡における画像信号処
理装置の第２実施例の構成図である。
【符号の説明】
１・・・走査形電子顕微鏡 ３・・・走査形電子顕微鏡駆動制御部 ５・・・画像データ入力部 ７・・・推定ＳＥＭ相対特性関数演算処理部 ７ａ・・ＤＣＴ演算部 ７ｂ・・パワースペクトラム計算部 ７ｃ・・ＳＥＭ相対特性関数計算部 ７ｄ・・推定ＳＥＭ相対特性関数記憶部 １０・・・全体制御処理部 １２・・・後続半導体デバイス画像処理部 １２ａ・・画像データ記憶部 １２ｂ・・ＤＣＴ演算部 １２ｃ・・劣化画像復元処理部 １２ｄ・・ＩＤＣＴ演算部 １４・・・画像表示部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】走査形電子顕微鏡をパイロット検体につい
    て複数回走査して得られたパイロット画像データから前
    記走査形電子顕微鏡の電子光学鏡筒の推定相対特性関数
    を算出する段階と、 前記走査形電子顕微鏡を検査対象とする検体について前
    記パイロット検体を走査した回数より少ない回数だけ走
    査して検体画像データを得る段階と、 前記検体画像データを前記推定相対特性関数を用いて修
    正する段階と、 を有する走査形電子顕微鏡における画像信号処理方法。
  2. 【請求項２】走査形電子顕微鏡をパイロット検体につい
    て複数回走査して得られたパイロット画像データを周波
    数空間のデータに変換し、該周波数空間のスペクトラム
    を計算して前記走査形電子顕微鏡の電子光学鏡筒の推定
    特性関数を算出する手段と、 前記走査形電子顕微鏡を試験対象とする検体について前
    記パイロット検体を走査した回数より少ない回数だけ走
    査して検体画像データを得る手段と、 該検体画像データを周波数空間のデータに変換する手段
    と、 該周波数空間に変換した前記検体画像データに含まれる
    ノイズ成分を前記推定相対特性関数を用いて抑制する手
    段と、 ノイズ成分が抑制された周波数空間の検体画像データを
    実空間のデータに戻す手段とを有する走査形電子顕微鏡
    における画像信号処理装置。
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