JP4160880B2 - 電子線測定装置及び電子線測定方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を用いて本発明の原理を説明する。図2は、電子線測定装置の試料ホルダにおける傾斜状態の説明図で、(A)は水平状態を基準状態として傾斜状態を実現する場合、(B)は傾斜状態を基準状態として傾斜状態を実現する場合を示している。試料ホルダ3に対する傾斜状態は、水平状態を基準状態として、基準状態から任意の角度(±θ)傾斜させる第1の態様(図2(A)参照)と、所定の角度(Φ)傾斜した状態を基準状態として、基準状態から任意の角度(±θ)傾斜させる第2の態様(図2(B)参照)とがある。傾斜状態では、試料ホルダ3に載置された基準テンプレート9aや試料9と、入射する電子線との角度が調整されて、ステレオ画像計測に必要な試料の左右画像が電子線測定装置によって取得できる状態となる。ここで、基準テンプレート9aの厚さをtとする。
<ii>:基準画像と捜索画像上の3点以上対応する点を概略指定する。これを画像座標とする。
<iii>:以下の式により、基準画像、捜索画像のそれぞれ各パラメータを算出する。
すなわち、画像座標と対応する基準点座標を式(1)に示す二次の射影変換式に代入し、観測方程式をたてパラメータb1〜b8を求める。
X=(b1・x+b2・y+b3)/(b7・x+b8・y+1) (1)
Y=(b4・x+b5・y+b6)/(b7・x+b8・y+1)
ここで、X,Yは画像座標、x,yは基準点座標を表している。
<v>:各パターンに対応した求められた位置の周辺について、ステレオマッチング処理を行い計測する。
次に、ステレオマッチング処理の一例として、エリアベースの正規化相関係数によるマッチング法について説明する。図7は、正規化相関係数によるマッチング法の説明図で、図中の右画像を基準画像、左画像を捜索画像とする。ここでは、N個のデータからなる基準画像中の基準データブロックをM、座標(U,V)を起点とする捜索画像中の捜索データブロックをIとする。
I=I(U+Xi,V+Yi) (3)
とすると、正規化相関係数R(U,V)は、
R(U,V)=(NΣIiMi−ΣIiΣMi)
/SQRT[{NΣIi2−(ΣIi)2}x{NΣMi2−(ΣMi)2}] (4)
となる。相関係数値Rは常に−1から+1までの値をとる。相関係数値Rが+1の場合には、テンプレートと探索画像が完全に一致した事になる。
ここでは画像変換処理の一例として、アフィン変換について説明する。
x’=b1x+b2y+b3 (5)
y’=b4x+b5y+b6
これら係数b1、…、b6の計算は、左右画像上の対応点4点以上計測することにより、逐次近似解法によって算出される。従って、ターゲット検出された座標値を使って、ステレオペア画像の左右画像について対応させ、計算すればよい。次に、S112で選定された基準画像の検出位置と、傾斜角度0度で取得された画像のターゲット位置もしくは基準値(設計値)とに対し、同様に変換係数を算出する。
続いて、第1の画像補正係数に、被計測対象物9の高さ方向のレンズ歪みを補正するパラメータを含める場合を説明する。試料ホルダ3に載置された試料9に関しては、図2(B)に示すように、各傾斜角度Φにおける高さ補正が可能となる。そこで、その角度において空間補正を施し、それぞれの角度における高さの歪補正係数を第1の画像補正係数に含めて記憶させてもよい。そして、被計測対象物9を傾斜角Φ傾けて撮影する事は、電子線7あるいは観察光軸傾斜機構を設けて、角度Φ傾けて電子線7をあてて、被計測対象物9を撮影する事と均等である。図9は、試料ホルダ3の座標系を説明する斜視図である。試料ホルダ3の座標系において、Y軸が回転軸で、角度θは時計回り方向を+方向としている。
左画像 Lx=(X×cosθ+Z×sinθ)×s (6)
Ly=Y
右画像 Rx=(X×cosθ−Z×sinθ)×s (7)
Ry=Y
s:分解能(1pixel)
となる。そこで、画像と試料の回転角を考慮して、三次元の座標を求めると、以下のようになる。
X=Lx+Rx (8)
Z=Lx−Rx
Y=Ly=Ry
式(8)は図11に示すように、ステレオ画像の撮影方向として、左右画像がZ軸を挟んだ角度を持つ場合のみに有効である。次に角度に依存することなく使える式を導く。図12は、ステレオ画像の撮影方向として、左右画像がZ軸に対して夫々θ1、θ2傾斜している場合を示している。
Z’=((Lx−Rx)/(2×sinθ))×s (9)
X’=((Lx+Rx)/(2×cosθ))×s
Y’=Ly=Ry
よって、次式が成立している。
X=X’×cosθ’−Z’×sinθ’ (10)
Z=X’×sinθ’+Z’×cosθ’
Y=Y’
9a、9c 基準テンプレート
10 電子線装置
20 電子線測定装置
22 入射角度調整部
40 基準画像選定部
42 原左右画像記憶部
44 第1の補正係数測定部
46 第1の画像変換部
48 画像座標変換部
50 座標測定部
54 第2の画像変換部
56 第2の補正係数測定部
60 基準画像記憶部
62 基準画像写像変換部
64 傾斜基準画像記憶部
66 補正係数測定部
68 傾斜試料画像取得部
70 画像変換部
72 座標測定部
Claims (11)
- 電子線を放射する電子線源、
前記電子線を試料に照射する電子光学系、
前記試料を保持する試料ホルダ、
前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、
前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部
とを有する電子線装置と接続される電子線測定装置であって;
前記電子線検出部から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定部と;
前記基準画像選定部で選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を前記基準画像の画像歪み状態とする第1の画像補正係数を求める第1の補正係数測定部と;
前記第1の補正係数測定部で求められた第1の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第1の画像変換部と;
前記基準画像と前記第1の画像変換部で画像変換された非基準画像とを、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換部と;
前記画像座標変換部で座標変換された非基準画像と基準画像を、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する前記基準画像の画像歪み状態を除去する第2の画像補正係数を用いて、前記基準画像と前記非基準画像を画像変換する第2の画像変換部と;
前記第2の画像変換部で画像変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部と;
を備えることを特徴とする電子線測定装置。 - 電子線を放射する電子線源、
前記電子線を試料に照射する電子光学系、
前記試料を保持する試料ホルダ、
前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、
前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部
とを有する電子線装置と接続される電子線測定装置であって;
前記電子線検出部から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定部と;
前記基準画像選定部で選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を前記基準画像の画像歪み状態とする第1の画像補正係数を求める第1の補正係数測定部と;
前記第1の補正係数測定部で求められた第1の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第1の画像変換部と;
前記基準画像と前記第1の画像変換部で画像変換された非基準画像を、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する前記基準画像の画像歪み状態を除去する第3の画像補正係数を用いて、画像変換する第3の画像変換部と;
前記第3の画像変換部で画像変換された基準画像と非基準画像を前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換部と;
前記画像座標変換部で座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部と;
を備えることを特徴とする電子線測定装置。 - 電子線を放射する電子線源、
前記電子線を試料に照射する電子光学系、
前記試料を保持する試料ホルダ、
前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、
前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部
とを有する電子線装置と接続される電子線測定装置であって;
前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する基準画像記憶部と;
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレートを、前記電子線検出部で撮影して、傾斜基準画像を取得する傾斜基準画像記憶部と;
前記基準画像記憶部に記憶された基準画像を前記試料撮影傾斜角度での画像に写像する基準画像写像変換部と;
前記基準画像写像変換部で写像された前記基準画像と、前記傾斜基準画像記憶部に記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める補正係数測定部と;
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、前記電子線検出部で撮影して取得する傾斜試料画像取得部と;
前記補正係数測定部で求められた画像補正係数を用いて、前記試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する画像変換部と;
前記画像変換部で画像変換された試料画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定部と;
を備えることを特徴とする電子線測定装置。 - 前記試料傾斜部は、電子光学系の電子線の照射方向を試料に対して変更する第1の試料傾斜態様と、前記試料ホルダを電子線に対して傾斜させる第2の試料傾斜態様の、少なくとも一方の試料傾斜態様により、前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させるように構成した請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電子線測定装置。
- 前記画像補正係数は;
予め形状または座標値の分かっている特徴点が設けられた基準テンプレートを試料ホルダに載置し;
前記電子線検出部により、前記基準テンプレートの画像を取得し;
前記座標測定部によって、前記基準テンプレートの特徴点と、前記画像に基づいて測定された前記基準テンプレートの特徴点の形状または座標値とを比較して求められる;
請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の電子線測定装置。 - 前記基準テンプレートの基準マークは、少なくとも2種類の高さに関連付けて設けられており;
前記補正係数測定部は、更に前記電子光学系のレンズ歪を補正するレンズ歪補正パラメータを取得し;
前記第1の画像変換部は、更に前記レンズ歪補正パラメータを用いて、前記第1の画像補正係数により画像補正された画像データに関して前記レンズ歪を矯正する;
請求項1乃至請求項2に記載の電子線測定装置。 - 前記基準テンプレートの基準マークは、少なくとも2種類の高さに関連付けて設けられており;
前記補正係数測定部は、更に前記電子光学系のレンズ歪を補正するレンズ歪補正パラメータを取得し;
請求項3に記載の画像変換部は、更に前記レンズ歪補正パラメータを用いて、請求項3に記載の画像補正係数により画像補正された画像データに関して前記レンズ歪を矯正する;
請求項3に記載の電子線測定装置。 - 前記基準テンプレートは、平面チャートで構成され;
前記基準テンプレートは、少なくとも試料傾斜部により前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させてステレオ画像を取得する第1の傾斜角度に加えて、当該第1の傾斜角度と異なる第2の傾斜状態にも保持され;
前記電子線検出部により、第1の傾斜角度と第2の傾斜状態における前記基準テンプレート画像を取得し;
前記第1の傾斜角度と第2の傾斜状態における前記基準テンプレート画像に基づき、前記補正係数測定部により画像補正係数が求められる;
請求項5に記載の電子線測定装置。 - 電子線を放射する電子線源、
前記電子線を試料に照射する電子光学系、
前記試料を保持する試料ホルダ、
前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、
前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部とを有する電子線装置を用いて、前記試料の形状を測定する電子線測定方法であって;
前記電子線検出部から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定ステップと;
前記基準画像選定ステップで選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を前記基準画像の画像歪み状態とする第1の画像補正係数を求める第1の補正係数測定ステップと;
前記第1の補正係数測定ステップで求められた第1の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第1の画像変換ステップと;
前記基準画像と前記第1の画像変換ステップで画像変換された非基準画像とを、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換ステップと;
前記画像座標変換ステップで座標変換された非基準画像と基準画像を、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する前記基準画像の画像歪み状態を除去する第2の画像補正係数を用いて、前記基準画像と前記非基準画像を画像変換する第2の画像変換ステップと;
前記第2の画像変換ステップで画像変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップと;
を有することを特徴とする電子線測定方法。 - 電子線を放射する電子線源、
前記電子線を試料に照射する電子光学系、
前記試料を保持する試料ホルダ、
前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させ、ステレオ画像を取得する状態を形成する試料傾斜部、
前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部
とを有する電子線装置を用いて、前記試料の形状を測定する電子線測定方法であって;
前記電子線検出部から得られるステレオ画像の左右画像のいずれか一方を基準画像として選定する基準画像選定ステップと;
前記基準画像選定ステップで選定された基準画像を用いて、前記左右画像の非基準画像に対して、前記左右画像の対応関係を用いて、非基準画像を前記基準画像の画像歪み状態とする第1の画像補正係数を求める第1の補正係数測定ステップと;
前記第1の補正係数測定ステップで求められた第1の画像補正係数を用いて、前記非基準画像を画像変換する第1の画像変換ステップと;
前記基準画像と前記第1の画像変換ステップで画像変換された非基準画像を、前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に対する前記基準画像の画像歪み状態を除去する第3の画像補正係数を用いて、画像変換する第3の画像変換ステップと;
前記第3の画像変換ステップで画像変換された基準画像と非基準画像を前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での画像に座標変換する画像座標変換ステップと;
前記画像座標変換ステップで座標変換された非基準画像と基準画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップと;
を有することを特徴とする電子線測定方法。 - 電子線を放射する電子線源、
前記電子線を試料に照射する電子光学系、
前記試料を保持する試料ホルダ、
前記試料ホルダと前記照射電子線とを相対的に傾斜させる試料傾斜部、
前記試料から出射される電子線を検出する電子線検出部を有する電子線装置を用いて、前記試料の形状を測定する電子線測定方法であって;
前記試料傾斜部の相対的傾斜角度が基準状態での基準テンプレートの画像を基準画像として記憶する基準画像記憶ステップと;
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする基準テンプレートを、前記電子線検出部で撮影して、傾斜基準画像を取得する傾斜基準画像記憶ステップと;
前記記憶された基準画像を前記試料撮影傾斜角度での画像に写像する基準画像写像変換ステップと;
前記基準画像写像変換ステップで写像された前記基準画像と、前記傾斜基準画像記憶ステップで記憶された基準テンプレート画像とを対比して、前記基準テンプレート画像の画像歪み状態を除去する画像補正係数を求める補正係数測定ステップと;
前記試料傾斜部の傾斜角度を試料撮影傾斜角度とする試料を、前記電子線検出部で撮影して取得する傾斜試料画像取得ステップと;
前記補正係数測定ステップで求められた画像補正係数を用いて、前記試料撮影傾斜角度での試料画像を画像変換する画像変換ステップと;
前記画像変換ステップで画像変換された試料画像をステレオ画像として、前記ステレオ画像に撮影されている試料の形状または座標値を求める座標測定ステップと;
を有することを特徴とする電子線測定方法。
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