JP4750958B2

JP4750958B2 - Electron beam apparatus, data processing apparatus for electron beam apparatus, and stereo image creation method of electron beam apparatus

Info

Publication number: JP4750958B2
Application number: JP2001062686A
Authority: JP
Inventors: 伸夫高地; 紘民小池
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002270126A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電子顕微鏡により得られた画像をステレオ観察可能な画像としたり、試料の形状を求めたりする電子線装置、電子線装置用データ処理装置、電子線装置のステレオデータ作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の場合には試料を傾斜させ、異なる傾斜角度の透過画像を得て、これを左右画像としてステレオ観察が行われている。また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の場合には試料を傾斜させたり、電子線を傾斜させたりして、異なる傾斜角度の反射画像を得て、これを左右画像としてステレオ観察が行われている（「医学・生物学電子顕微鏡観察法」第278頁〜第299頁、1982年刊行参照）。そして、肉眼においてステレオ観察をする場合のように、試料の概括的な凸凹形状を観察する用途には十分な画像が得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
他方、異なる傾斜角度の画像から左右画像を得てステレオ観察を行って、試料の正確な三次元形状の計測を行う場合には、電子顕微鏡の電子レンズ系における収差の影響や試料の傾斜角度、或いは電子線の傾斜角度を数秒程度の非常に正確な角度で制御する必要がある。しかしながら、従来の傾斜角度は数度若しくは数分程度の概括的な制御しか行われておらず、左右画像の立体視から正確な三次元形状の計測を行うには不十分であるという課題があった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決したもので、電子顕微鏡から得られたステレオの検出データを適切に処理して、試料像を正確に精度よく立体観察可能とし、かつこれに基づき三次元形状計測を行うことができる電子線装置、電子線装置用データ処理装置、電子線装置のステレオデータ作成方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成する本発明の電子線装置は、図３、図１５、並びに図１６に示すように、電子線７を放射する電子線源１と、電子線７を試料９に照射する電子光学系２と、試料９を保持する試料ホルダ３と、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させる試料傾斜部と、試料９から出射される電子線７ｄを検出する電子線検出部４と、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させた際のステレオの検出データを所定の関係にデータ修正するデータ修正部３１とを備えている。
【０００６】
ここで、試料傾斜部は、試料ホルダ３の傾斜角度を制御して、試料９を照射電子線７に対して傾斜させるホルダ傾斜制御部５ｂを用いて構成されていてもよい。或いは、試料傾斜部は、照射電子線７を試料９に対して傾斜して照射するように電子光学系２を制御するビーム傾斜制御部５ａを用いて構成されていてもよい。また、電子線検出部４は、試料９から出射される二次電子を検出するように構成されていると、走査型電子顕微鏡として好ましい。
【０００７】
また、ステレオの検出データとは、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で試料９に対する第１及び第２の検出データを検出することを言う。試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態は、図３に示すように、ビーム傾斜制御部５ａを用いる場合には第１の相対的傾斜角度では照射電子線７Ｒとなり、第２の相対的傾斜角度では照射電子線７Ｌとなる。また、図１５並びに図１６に示すように、ホルダ傾斜制御部５ｂを用いる場合には第１の相対的傾斜角度では試料ホルダ３の傾斜角度Ｒとなり、第２の相対的傾斜角度では試料ホルダ３の傾斜角度Ｌとなる。
【０００８】
データ修正部３１の「所定の関係にデータを修正する」とは、ステレオの検出データとしての２枚の画像の標定を行い、偏位修正できる状態にすることを言う。偏位修正とは、傾斜して検出された画像データの歪みを直し、縮尺を一定に統一することをいう。画像の標定とは、試料９に照射電子線７を照射したときと同じ投影状態で、２枚の画像データを逆投影して立体視できるようにし、空中三角測量のデータ処理方法に準拠して、試料９の三次元形状測定や立体的な画像を形成できる状態にすることを言う。
【０００９】
好ましくは、本発明の電子線装置は、さらにデータ修正部３１により修正された修正データに基づき試料９の形状を測定する形状測定部３２、若しくはデータ修正部３１により修正された修正データに基づき、試料９の立体的な画像を形成する立体画像観察部３３の少なくとも一方を備える構成とするとよい。
【００１０】
好ましくは、試料９は基準位置となる基準マークを有し、データ修正部３１は、前記基準マークを用いて、前記ステレオの検出データを偏位修正データに修正する構成とすると、試料９に設けられた基準マークを用いてステレオの検出データを偏位修正データに修正することが容易に行える。基準マークは、試料９に電子線７を照射して形成したり、試料９に既に存在するパターン等の特徴点を用いる。
【００１１】
好ましくは、データ修正部３１は、基準テンプレートの基準マークを用いて、試料ホルダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度における偏位修正パラメータを取得する偏位修正パラメータ取得手段３１ａと、取得した偏位修正パラメータを用いて、試料９のステレオの検出データを偏位修正データに修正する画像データ偏位修正手段３１ｂを有する構成とすると、基準テンプレートを用いて偏位修正が容易に行える。画像データ偏位修正手段３１ｂは偏位修正パラメータ取得手段３１ａで取得した偏位修正パラメータを用いて、試料９のステレオの検出データを偏位修正データに修正するので、試料９に基準マークを作成する必要がなく、測定効率が高くなる。偏位修正パラメータ取得手段３１ａで取得する偏位修正パラメータは、画像データ偏位修正手段３１ｂで偏位修正する試料９のステレオの検出データを検出した試料ホルダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度で取得するのが較正のために望ましい。
【００１２】
上記課題を達成する本発明の電子線装置用データ処理装置は、図３、図１５、並びに図１６に示すように、電子線装置１０に接続されるデータ処理装置２０であって、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜した際のステレオの検出データを受け取り、所定の関係にデータを修正するデータ修正部３１とを備えている。ここで、電子線装置１０は、電子線７を放射する電子線源１と、電子線７を試料９に照射する電子光学系２と、試料９を保持する試料ホルダ３と、試料ホルダ３と照射電子線７とを相対的に傾斜させる試料傾斜部と、試料９から出射される電子線７ｄを検出する電子線検出部４とを有する。
【００１３】
好ましくは、本発明の電子線装置用データ処理装置は、さらにデータ修正部３１により修正された修正データに基づき試料９の形状を測定する形状測定部３２、若しくはデータ修正部３１により修正された修正データに基づき、試料９の立体的な画像を形成する立体画像観察部３３の少なくとも一方を備える構成とするとよい。
【００１４】
上記課題を達成する本発明の電子線装置のステレオデータ作成方法は、図１１に示すように、試料９には基準位置となる基準マークが作成されており（Ｓ３１１、Ｓ３１４）、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で第１の検出データを検出し（Ｓ３１６）、試料ホルダ３と照射電子線７とが第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で第２の検出データを検出し（Ｓ３１６）、前記基準マークを用いて、前記第１及び第２の検出データを偏位修正データに修正する（Ｓ３２２、Ｓ３２６）工程を有している。
【００１５】
上記課題を達成する本発明の電子線装置のステレオデータ作成方法は、図６に示すように、試料９の代わりに、基準位置となる基準マークが作成された基準テンプレート４０を試料ホルダ３に挿入し（Ｓ２０４）、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で基準テンプレート４０に対する第１及び第２の検出データを検出し（Ｓ２０６）、前記基準マークを用いて試料ホルダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度における偏位修正パラメータを取得する（Ｓ２０８，Ｓ２１０）。
【００１６】
続いて、図１０に示すように、試料９を試料ホルダ３に挿入し（Ｓ２５２）、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で試料９に対する第１及び第２の検出データを検出し（Ｓ２５４）、前記取得した偏位修正パラメータを用いて、試料９の第１及び第２の検出データを偏位修正データに修正する（Ｓ２５８、Ｓ２６０）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［ステレオ画像を用いた三次元形状測定の原理］
まず、本発明の電子線装置を説明する前に、傾斜角の異なった画像を立体視可能な画像に偏位修正し、立体観察を行うと同時に三次元計測を行う測定原理について説明する。図１は３本の同じ長さの直線パターンが等間隔に存在している被写体に対して所定の傾斜角度で撮影したステレオ画像の説明図で、図１（Ａ）は０度（平行）、図１（Ｂ）は１０度傾斜している場合を示している。平行の場合、図１（Ａ）に示すように、等間隔ｄで同じ長さｌの直線パターンが映っていた場合、１０度に傾いた画像では、図１（Ｂ）に示されるように異なる間隔ｄ_１２，ｄ_２３で、異なる長さｌ_１、ｌ_２、ｌ_３となる。
【００１８】
図１（Ａ）と図１（Ｂ）の画像をステレオメーター（視差測定かん）で立体視しようとしても、立体視ができないばかりでなく、視差差の測定に基づく比高の正確な計測もできないという課題がある。さらに三次元計測するために画像相関処理によるステレオマッチングを行おうとしても、左右画像の傾斜角度が異なるために旨くいかないという課題がある。
【００１９】
図２は図１（Ａ）、（Ｂ）の傾斜画像を偏位修正画像に修正したステレオ画像の説明図で、図２（Ａ）、（Ｂ）共に平行状態に偏位修正している場合を示している。偏位修正された結果、傾いて撮影された図１（Ａ）、（Ｂ）の傾斜画像は対象物に対して平行となり、縮尺も等しくなって縦視差が除去されて、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように立体視が可能となる。立体視可能なステレオ画像は、同一エピポーラライン上にある左右画像の対応点を求めることにより正確な三次元座標が求めることができるようになる。偏位修正画像を作成するためには、２枚の画像上で最低３点以上の既知の基準点座標が画像上に必要である。
【００２０】
また、それら基準点から、二つの画像の傾き、位置（これらを外部標定要素と呼ぶ）等を算出することができる。これら外部標定要素が最初から判っていれば偏位修正処理を行うことができる。本発明においては、偏位修正画像を作成するために基準点となる基準マークを有する基準テンプレートを予め作成、若しくは試料面上を電子線で撮影中に試料に基準点となる基準マークを作成し、画像の偏位修正処理によるデータ修正をして外部標定要素を求めるものである。偏位修正処理後のステレオ画像は、立体視可能であると同時に三次元計測も可能な状態となっている。
【００２１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図３は本発明の第１の実施の形態を説明する構成ブロック図で、走査型顕微鏡の電子線を偏向させてステレオ画像を得る場合を示している。図において、走査型顕微鏡としての電子線装置１０は、電子線７を放射する電子線源１、電子線７を試料９に照射する電子光学系２、試料９を傾斜可能に保持する試料ホルダ３、電子光学系２の倍率を変える倍率変更部６、倍率変更部６に電力を供給する走査電源６ａ、電子線７を検出する検出器４、電子線７を傾斜制御する傾斜制御部５としてのビーム傾斜制御部５ａ、試料９から出射される二次電子のエネルギを減衰させて検出器４に反射させる２次電子変換ターゲット８を備えている。なお、試料ホルダ３を傾斜制御する傾斜制御部５としてのホルダ傾斜制御部５ｂは、第１の実施の形態で用いないが、後で説明する第２の実施の形態で用いる。
【００２２】
電子光学系２は、電子線源１から放射された電子線７の電子流密度、開き角、照射面積等を変えるコンデンサレンズ２ａ、電子線７の試料面上の入射角度を制御する偏向レンズ２ｂ、細かく絞られた電子線７を偏向して試料面上を二次元的に走査させる走査レンズ２ｃ、最終段縮小レンズの働きと共に試料面上での入射プローブの焦点合わせを行う対物レンズ２ｄを備えている。倍率変更部６の倍率変更命令に従って、走査レンズ２ｃにより電子線７を走査する試料面上の領域が定まる。ビーム傾斜制御部５ａは偏向レンズ２ｂに傾斜制御信号を送り、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１の相対的傾斜角度をなす電子線７Ｒと、第２の相対的傾斜角度をなす電子線７Ｌとで切替えている。なお、ビーム傾斜制御部５ａによる試料ホルダ３と照射電子線７の相対的傾斜角度は、２個に限らず多段に設定してよいが、ステレオの検出データを得る為には最小２個必要である。
【００２３】
試料９は、例えばシリコン半導体やガリウム・ヒ素半導体のような半導体のチップであるが、電力用トランジスタ、ダイオード、サイリスタのような電子部品でもよく、また液晶パネルや有機ＥＬパネルのようなガラスを用いた表示装置用部品でもよい。典型的な走査型顕微鏡の観察条件では、電子線源１は−３ｋＶ、試料９は−２．４ｋＶに印加されている。試料９から放出された二次電子は、２次電子変換ターゲット８に衝突して、エネルギが弱められて検出器４で検出される。なお、試料９をマースポテンシャルにした場合には、二次電子は霧のように振る舞いエネルギが弱く、検出器４で直接検出することができ、２次電子変換ターゲット８は不要である。
【００２４】
データ処理装置２０は、画像作成処理部２１、表示装置２２、基準マークパターン発生器２３、測定条件判別部２５、データ修正部３１、形状測定部３２、立体画像観察部３３、並びにステレオ画像記憶部３４を有している。画像作成処理部２１は、走査レンズ２ｃにより電子線７が試料面上の領域を走査する際に、検出器４で検出される二次電子線を用いて、試料面上の画像を作成する。表示装置２２は画像作成処理部２１で作成された画像をオペレータが観察できるように表示するもので、例えばＣＲＴや液晶パネルが用いられる。表示装置２２は通常の一画面モニタでもよく、ステレオ表示可能なモニタでもよく、或いは両方備えていてもよい。
【００２５】
基準マークパターン発生器２３は、電子線７を制御して試料９に基準マークを作成するものである。好ましくは、基準マークパターン発生器２３に、予め試料９の面上からパターン形状やエッチングパターン等から特徴点を抽出し、既に存在する特徴点では不足する場合に基準マークを作成すべき位置と個数を定める機能も持たせるとよい。基準テンプレートに基準マークを作成する場合にも、基準マークパターン発生器２３に基準マークの作成数と作成位置を記憶させておくとよい。
【００２６】
測定条件判別部２５は、電子線装置１０の種類、並びに電子光学系２の倍率のの情報を用いて測定条件の判別を行う。電子線装置１０の種類としては、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡の別がある。電子光学系２の倍率としては、低倍率と高倍率の区別があり、例えばデータ修正部３１において複数傾斜角度での検出データを矯正する演算形態として、中心投影と平行投影のどちらを選択するかの要素として用いる。
【００２７】
データ修正部３１は、画像作成処理部２１で作成した画像を偏位修正画像に修正して立体視可能なステレオ画像とするもので、リアルタイムで偏位修正画像に修正する場合は直接、画像作成処理部２１から電子顕微鏡１０での測定条件を受け取っている。なお、電子顕微鏡１０での測定条件は、一旦ステレオ画像記憶部３４に画像を記憶させている場合は、測定条件判別部２５から受取っても良く、またステレオ画像記憶部３４に画像と共に記憶された電子顕微鏡１０での測定条件を用いても良い。形状測定部３２は、データ修正部３１により修正されたステレオ画像に基づき試料９の三次元形状を測定する。立体画像観察部３３は、データ修正部３１により修正されたステレオ画像に基づき試料９の立体的な画像を形成する。ステレオ画像記憶部３４は、画像作成処理部２１で作成した画像を記憶すると共に、データ修正部３１により修正されたステレオ画像を記憶するもので、例えば磁気ハードディスク、ＣＲ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、光磁気ディスクのような情報記憶媒体に画像データを記憶している。なお、ステレオ画像記憶部３４が、画像作成処理部２１で作成した偏位修正されていない画像を記憶する場合は電子顕微鏡１０での測定条件も記憶しておくと良い。
【００２８】
データ修正部３１は、基準位置となる基準マークを有する試料９を用いて直接データ修正する場合と、基準マークを有する基準テンプレートを用いて試料９のデータ修正をする場合の二通りに対処している。試料９が基準位置となる基準マークを有する場合は、データ修正部３１は基準マークを用いて、ステレオの検出データを偏位修正データに修正する。
【００２９】
基準マークを有する基準テンプレートを用いて試料９のデータ修正をする場合に備えて、データ修正部３１は偏位修正パラメータ取得手段３１ａと画像データ偏位修正手段３１ｂとを有している。偏位修正パラメータ取得手段３１ａは、基準テンプレートの基準マークを用いて、ステレオの検出データを得る試料ホルダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度における偏位修正パラメータを取得する。ここで、ステレオの検出データとは、試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で試料９に対する第１及び第２の検出データを検出することを言う。画像データ偏位修正手段３１ｂは、取得した偏位修正パラメータを用いて、試料９のステレオの検出データを偏位修正データに修正する。
【００３０】
図４は試料若しくは基準テンプレート基板に形成する基準マークの説明図で、（Ａ）は四隅に基準マークを有する平面図、（Ｂ）は格子状に基準マークを有する平面図、（Ｃ）はレンズ歪補正用の基準テンプレートの断面図である。試料９の場合には、四隅に基準マーク９ａを形成すると、データ修正部３１による偏位修正が行いやすい。基準マーク９ａは試料９のなるべく広い範囲に３点以上形成すると使用しやすい。基準マーク９ａとは、三次元位置が既知の基準点である。基準テンプレート４０であっても、四隅に基準マークを形成してよい。基準テンプレート４０とは、ステレオ画像を形成する基準面となる平坦面を有するもので、好ましくは試料９を構成する材料と同一の組成成分を有し、凸凹のない平坦なものがよい。基準テンプレート基板４０ｂとは、基準マークを作成して基準テンプレート４０とする基板である。
【００３１】
基準テンプレート４０の場合は、基準マーク４０ａを基準テンプレート基板４０ｂの任意の位置に形成できるので、例えば格子状に基準マークを形成する。格子状に基準マークを設けると、外部標定要素に加えて電子線のレンズ歪まで補正するのに用いることができる。電子線のレンズ歪を補正する場合は、平坦な基準テンプレートの場合には複数方向から撮影する必要がある。図４（Ｃ）のように基準テンプレートに段差を付けて、且つこの段差方向の縁に格子状に基準マークを設けると、基準マークに高さ成分が含まれる為、電子線のレンズ歪が正確に補正できる。なお、レンズ歪にはザイデル収差である球面収差、コマ収差、湾曲収差、非点収差、歪み収差等があり、色収差として軸上収差、倍率色収差、回転色収差がある。
【００３２】
［試料若しくは基準テンプレート基板に基準マークを作成する方法］
続いて、試料若しくは基準テンプレート基板に基準マークを作成する方法について説明する。試料９や基準テンプレート基板４０ｂの場合には、基準マークパターン発生器２３を用いて電子線７を位置決めして照射することでコンタミネーション、欠陥等を試料９面上に形成して基準マークとすることができる。電子線７を用いることで、基準マークは非常に精密な位置決め精度で試料９や基準テンプレート基板４０ｂに形成される。
【００３３】
コンタミネーションは試料上の炭化水素の分子が電子線照射により焼き付く現象で、その大きさは、電子線のプローブ径に依存するが、電子線密度、照射時間が大きいほど、コンタミ量は多くなり、ほぼ裾野を持つ円錐状に育つ。従ってプローブをゆっくり走査させると、コンタミネーションはその走査の形状に沿って付くようになる。コンタミネーションを任意の形状や任意の分布をさせるには、その形状に従って電子線プローブを走査して一定時間保持する。コンタミネーションを作成する場合、その大きさをビーム径、電流値等で電子線密度、照射時間を制御する。画像処理しやすくするために、基準マークは、画像上で１０画素以上とするのが望ましく、照射するビーム径を画素以上にする。好ましくは、基準マークパターン発生器２３に電子線照射制御の最適値を設定しておく。
【００３４】
コンタミネーションが付きやすい時は、照射系の一部に電子線７をカットするビームブランキングを設けて、電子線の走査に伴う移動の時は、電子線７が試料９に当たらなくするとよい。また、検出器４から得られる二次電子信号のレベルを基準マークパターン発生器２３に帰還して、電子線７の照射時間を調整することによりコンタミネーションの量を制御することができる。
【００３５】
図５は試料若しくは基準テンプレート基板に基準マークを作成する手順を示す流れ図である。まず、基準マークを作成する試料９若しくは基準テンプレート基板４０ｂを試料ホルダ３に収容し、基準マークパターン発生器２３に基準マークを作成する位置を読み込ませる（Ｓ１００）。そして、電子線源１から電子線７を照射しつつ、走査レンズ２ｃにより電子線７を試料９若しくは基準テンプレート基板４０ｂの面上でスキャンさせる（Ｓ１０２）。次に、電子線７の照射位置が、予めプログラムされた基準マークの作成位置か確認する（Ｓ１０４）。基準マークの作成位置であれば、電子線７をその位置で停止させ（Ｓ１０６）、電子線７を照射させる（Ｓ１０８）。ここで検出器４によって得られた信号が予め設定された閾値以上か判定し、閾値以上となるまで基準マークの作成位置にて照射し続ける（Ｓ１１０）。閾値以上となると、基準マークを所定数作成したか確認する（Ｓ１１２）。仮に所定数に達していなければ、Ｓ１０２に戻り、再び電子線７をスキャンさせ、所定数の基準マークを作成していれば終了する（Ｓ１１４）。
【００３６】
なお、図４（Ｃ）のように基準テンプレート基板４０ｂに段差の形状があって、コンタミネーションを段差上に付ける場合は次のように行う。まず、基準テンプレート基板４０ｂの段差の作製は、レジストの露光、エッチングを繰り返すことにより任意の形状で段差を作ることが可能である。電子顕微鏡は焦点深度が高いため段差の任意の場所に電子線プローブをとどめることにより、電子線プローブが止まったところにコンタミネーションの基準マークを作ることが可能である。
【００３７】
このように作成された基準テンプレートを用いて偏位修正パラメータを取得する処理手順について説明する。図６は基準テンプレートを用いて偏位修正パラメータを取得する処理の流れ図である。まず、電子顕微鏡の倍率を決定する（Ｓ２０２）。これによって中心投影か平行投影かを決定する。なお、中心投影と平行投影については後で説明する。次に、基準マークを有する基準テンプレート４０を試料ホルダ３にセットする（Ｓ２０４）。外部標定要素を補正する場合は、基準マークが３点以上の基準テンプレート４０を用い、レンズ歪補正まで行う場合は基準マークが多数作成されている方の基準テンプレート４０を使用する。ただし、外部標定要素のみであっても、基準マークが多数作成されている基準テンプレート４０を使用することもできる。また、レンズ歪補正を正確に行う場合は、段差付きの基準テンプレート４０が望ましい。
【００３８】
試料ホルダ３と照射電子線７とが第１及び第２の相対的傾斜角度をなす状態において、電子線検出部４で基準テンプレート４０に対する第１及び第２の検出データを検出する（Ｓ２０６）。外部標定要素の補正であれば、この第１及び第２の相対的傾斜角度は試料９を計測するのと同じ角度とし、少なくとも２方向以上の傾斜角度にて撮影する。レンズ歪補正を行う場合は、試料９を計測するのと同じ２方向の傾斜角度に加えて、第３の傾斜角度（例えばプラス３方向）から撮影する。次に、撮影された画像から画像相関処理等を用いて基準マークを抽出して、計測する（Ｓ２０８）。
【００３９】
図７は画像相関処理の説明図である。図中、探索画像Ｔは縦Ｎ１、横Ｎ１で左上座標が(a,b)となっている小さな矩形図である。対象画像Ｉは縦Ｍ、横Ｍの大きな矩形図である。画像相関処理は、正規化相関法や残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）など、どれを用いてもよい。残差逐次検定法を使用すれば処理が高速化できる。残差逐次検定法は次式を用いる。
【数１】

ここで、Ｔ(m1,n1)は探索画像、Ｉ(a,b)(m1,n1)は対象画像の部分画像、(a,b)は探索画像の左上座標、Ｒ(a,b)は残差である。残差Ｒ(a,b)が最小になる点が求める画像の位置である。処理の高速化をはかるため、式（１）の加算において、Ｒ(a,b)の値が過去の残差の最小値を越えたら加算を打ち切り、次のＲ(a,b)に移るよう計算処理を行う。
【００４０】
再び図６に戻り、基準マークを用いて、ステレオの検出データを得る試料ホルダ３と照射電子線７との相対的傾斜角度における偏位修正パラメータの計算を行う（Ｓ２１０）。計測された基準マークの画像座標と実際の座標から、中心投影の場合は後述する式（２）〜（４）を使って偏位修正パラメータを算出する。平行投影の場合は式（５）、（６）を使って偏位修正パラメータを算出する。レンズ歪補正まで行う場合は、式（７）を使って偏位修正パラメータを算出する。そして、試料ホルダ３から基準テンプレート４０を取り出して、偏位修正パラメータの取得が完了する（Ｓ２１２）。
【００４１】
［平行投影と中心投影］
電子顕微鏡では倍率が低倍率〜高倍率（ex.数倍〜数百万倍）までレンジが幅広いため、電子光学系２が低倍率では中心投影、高倍率では平行投影とみなせる。中心投影と平行投影とを切替える倍率は、偏位修正パラメータの算出精度を基準にして定めるのがよく、例えば1000倍乃至10000倍から適宜選択される。図８は中心投影の説明図である。中心投影の場合、投影中心点Ｏｃを基準にして試料９の置かれる対象座標系５０と、検出器４の置かれる画像座標系５２が図８のような位置関係にある。対象座標系５０における基準マークのような対象物の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、投影中心点Ｏｃの座標を（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）とする。画像座標系５２における座標を（ｘ，ｙ）、投影中心点Ｏｃから画像座標系５２までの画面距離をＣとする。このとき、中心投影式として次式が成立する。
【００４２】
【数２】

ここで、ｋは係数、ａi,j：(i＝1,2,3；j＝1,2,3)は回転行列の要素である。式（２）を画像座標系５２の座標（ｘ，ｙ）について解くと次式が成立する。
【数３】

また、回転行列の要素ａi,jは画像座標系５２の対象座標系５０を構成する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する傾きω、φ、κを用いて次のように表せる。
【数４】

【００４３】
図９は平行投影の説明図である。平行投影の場合は、中心投影の投影中心点Ｏｃに相当する点がない。そこで、対象座標系５４として回転を考慮した座標系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）を用い、縮尺係数としてＫ_１、Ｋ_２を選定すると次式が成立する。
【数５】

すると、対象座標系５４で選択した原点（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）とオリエンテーション行列Ａを用いて、次のように表せる。
【数６】

ここで、オリエンテーション行列Ａの要素ａi,jに関しては式（４）に相当する関係が成立している。
【００４４】
偏位修正パラメータの算出においては、式（２）〜（４）又は式（５）、（６）に含まれる６つの外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを求める。即ち、Ｓ２１０において、これらの式を、最低３点以上の基準マークにより観測方程式をたて、逐次近似解法によってこれら６つの外部標定要素を算出する。具体的には、未知変量の近似値を与え、近似値のまわりにテーラー展開して線形化し、最小二乗法により補正量を求めて近似値を補正し、同様の操作を繰り返し収束解を求める逐次近似解法によってこれら６つの外部標定要素を求めることができる。また、式（２）〜（４）又は式（５）、（６）に代えて、単写真標定や相互標定、その他空中三角測量で外部標定として用いられている各種の演算式のうちから適宜採択して演算を行うとよい。
【００４５】
［レンズ歪補正］
電子光学系２を構成する電子レンズの歪曲収差まで求める場合は、さらに複数の基準マークを用意し、複数方向からの画像を得ることにより式（７）、（８）によって補正することが可能となる。即ち、式（２）〜（４）又は式（５）、（６）でさらにレンズ歪を補正したｘ、ｙ座標をｘ'、ｙ'とすれば、次式が成立する。
ｘ'＝ｘ＋Δｘ・・・…（７）
ｙ'＝ｙ＋Δｙ
ここで、ｋ１、ｋ２を放射方向レンズ歪み係数とすると、Δｘ、Δｙは次式により表される。
【数７】

【００４６】
電子レンズの歪曲収差の計算は、画像座標と対象座標を計測することにより、上式にあてはめ逐次近似解法によって算出される。また、レンズ歪係数は、式（８）では放射方向レンズ歪みとしているが、さらにタンジェンシャルレンズ歪みやスパイラルレンズ歪み、その他電子レンズの歪曲収差の修正に必要な要素を式（８）に加えてレンズ歪係数を求めれば、それらの較正（キャリブレーション）が可能となる。
【００４７】
続いて、偏位修正パラメータを取得した後で、試料のステレオ画像を処理する処理手順について説明する。図１０は偏位修正パラメータを用いて試料のステレオ画像を処理する手順の流れ図である。まず、観察・計測したい試料９を試料ホルダ３にセットする（Ｓ２５２）。続いて、ビーム傾斜制御部５ａにより、電子線７の試料ホルダ３に対する傾斜角を２つ以上にして、電子線検出部４で試料９に対する第１及び第２の検出データを検出し、ステレオ撮影を行って画像を取り込む（Ｓ２５４）。この２つ以上の傾斜角は、Ｓ２０６において偏位修正パラメータを取得するのに用いた、試料ホルダ３と照射電子線７とがなす第１及び第２の相対的傾斜角度と同じ角度とする。
【００４８】
次に、倍率変更部６の設定倍率により、試料９の撮影は中心投影か平行投影かを判別する（Ｓ２５６）。中心投影の場合には、偏位修正パラメータとしての６つの外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを用いて、対象座標に該当する画像座標を式（２）〜（４）に代入して求め、それをステレオ表示したい立体画像観察部３３の座標系に変換して、再配列を行えば、データ修正部３１により検出器４で検出するステレオ画像の偏位修正画像を作成することができる（Ｓ２５８）。平行投影の場合には、６つの外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを用いて、対象座標に該当する画像座標を式（５）、（６）に代入して求め、それをステレオ表示したい立体画像観察部３３の座標系に変換して、再配列を行えば、データ修正部３１により検出器４で検出するステレオ画像の偏位修正画像を作成することができる（Ｓ２６０）。
【００４９】
そして、偏位修正パラメータによって偏位修正されたステレオ画像は一旦ステレオ画像記憶部３４に記録されると共に、立体画像観察部３３で立体表示する（Ｓ２６２）。なお、立体画像観察部３３のような立体モニタがない場合は、代替手段として表示部２２の１画面上に２画像表示すると、オペレータ側の対処で立体視が可能となる。
【００５０】
次に、形状測定部３２により、データ修正部３１により修正されたステレオ画像に基づき試料９の三次元計測したい箇所を計測する（Ｓ２６４）。三次元計測は立体表示させた左右画像を計測することにより（横視差を求める）、三角測量の原理により算出される。左右画像の計測はマニュアル、或いは画像相関処理等を用いて行うことができる。
【００５１】
そして、測定終了であるか判断し（Ｓ２６６）、測定を継続するのであれば既に求めてある偏位修正パラメータが利用できるか判断する（Ｓ２６７）。同じ倍率で別試料を測定する場合と、違う倍率で測定を行う場合であっても電子顕微鏡の倍率再現性があるときは、既に求めてある偏位修正パラメータを利用して、Ｓ２５２に戻って計測を繰り返す。電子顕微鏡に倍率再現性がない場合、或いは経時変化がある場合は、既に求めてある偏位修正パラメータが利用できないので、図６のＳ２０２に戻り、最初から基準テンプレート４０を使用して倍率に応じた偏位修正パラメータを算出する。測定終了の場合は試料９を試料ホルダ３から抜いて終了する（Ｓ２６８）。
【００５２】
図１１は試料に存在する基準マークを用いてステレオ画像の観察を行う手順の流れ図である。まず、試料９を試料ホルダ３に挿入する（Ｓ３０２）。続いて、倍率変更部６により試料９を観察又は計測する倍率を設定する（Ｓ３０４）。そして、設定した倍率にて電子線７により試料９の面上をプリスキャンする（Ｓ３０６）。プリスキャンにより検出器４が二次電子を検出して、画像作成処理部２１により画像が作成される。基準マークパターン発生器２３では、画像作成処理部２１により作成された画像から特徴点を抽出する（Ｓ３０８）。ここで、特徴点とは基準マークのように偏位修正パラメータの算出に適する位置に存在する明認できるマークである。
【００５３】
［特徴点の抽出処理］
ここで、基準マークパターン発生器２３で行う特徴点の抽出処理について説明する。入力画像をｆ（ｉ，ｊ）、入力画像のラプラシアンを∇^２ｆ（ｉ，ｊ）とすると、画像の鮮鋭化処理が行われる。
ｇ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ、ｊ）−∇^２ｆ（ｉ，ｊ）・・・…（９）
ここで、ｇ（ｉ，ｊ）は鮮鋭化画像である。また、入力画像のラプラシアン∇^２ｆ（ｉ，ｊ）に関しては、ラプラシアン・オペレータ、線検出オペレータ等のいろいろな形の微分オペレータがある。
【００５４】
図１２は３ｘ３画素用の画像鮮鋭化処理の微分オペレータで、（Ａ）はラプラシアン・オペレータ、（Ｂ）は線検出オペレータである。中心の画素に重い重み付けをし、隣接する画素に軽い重み付けをすることで鮮鋭化処理を行っている。なお、画像鮮鋭化処理の微分オペレータは、図１２の３ｘ３画素用微分オペレータにガウス曲線による重み付けの修正を施したものとしてもよい。
【００５５】
画像の鮮鋭化処理の次に、エッジ抽出処理が行われる。エッジ抽出処理は、鮮鋭化画像の濃度値のゼロ交差点をエッジとすることにより行うことができる。すなわち、ゼロとなった点のみを画像化する、或いはゼロを境にしてプラス領域を白、マイナス領域を黒とすることにより画像化される。
【００５６】
また、式（９）を用いたデジタル画像処理に代えて、下式に示されるような計算処理によって求めてもよい。
【数８】

式（１０）は、計算処理の中にガウス曲線による濃淡の激変緩和措置を内蔵させたものである。
【００５７】
図１１に戻り、基準マークパターン発生器２３では、特徴点の位置と数が十分か判断し（Ｓ３１０）、十分であれば特徴点を基準マークとして扱う（Ｓ３１１）。不十分であれば既存の特徴点を基準マークとして扱うと共に、追加して形成すべき基準マークの位置決定をし（Ｓ３１２）、基準マークパターン発生器２３により基準マークを作成する（Ｓ３１４）。特徴点の位置と数が十分か否か判断するために、画像作成処理部２１により作成された画像をブロック分けしてから判断するとよい。
【００５８】
図１３は特徴点の抽出処理後に、画像作成処理部により作成された画像をブロック分けする場合の説明図である。画像作成処理部２１により作成された画像は、例えば４個のブロックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに区分する。好ましくは、画像のブロック分けは各ブロックに１個若しくは２個の特徴点が存在するように定めると共に、各ブロックの面積と形状は均等になるようにするとよい。もし、あるブロックに特徴点が存在しない場合は、基準マークの作成位置を決める。
【００５９】
図１４は基準マークの形成された試料面の一例を示す平面図である。試料９は既に所定のパターン９ｂを有する半導体基板とする。試料９の画像の四隅には基準マーク９ａが形成されている。このような基準マーク９ａは、試料面を対象画像Ｉとし、標準的な基準マークを有する探索画像Ｔにてマッチングをとることで、容易に検出できる。
【００６０】
図１１に戻り、ビーム傾斜制御部５ａにて電子線７の傾斜角を制御して電子線７Ｒ、７Ｌを切替えて、画像作成処理部２１に画像を必要枚数取り込む（Ｓ３１６）。倍率変更部６で設定される倍率により、データ修正部３１にて中心投影により偏位修正パラメータを算出するのか、平行投影により偏位修正パラメータを算出するのか選択する（Ｓ３１８）。続いて、画像中の基準マークの座標を検出する（Ｓ３２０、Ｓ３２４）。図１３に示すように、基準マークがどのブロックにあるか予め判っているので、図７及び図１４に示すように、画像相関処理によってその領域を探索、検出する。
【００６１】
データ修正部３１は、検出された基準マークの画像座標の座標から、中心投影の場合は前述した式（２）〜（４）を使って偏位修正パラメータを算出する。そして、偏位修正パラメータとしての６つの外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを用いて、対象座標に該当する画像座標を式（２）〜（４）に代入して求め、それをステレオ表示したい立体画像観察部３３の座標系に変換して、再配列を行えば、データ修正部３１により検出器４で検出するステレオ画像の偏位修正画像を作成することができる（Ｓ３２２）。
【００６２】
平行投影の場合は前述した式（５）、（６）を使って偏位修正パラメータを算出する。レンズ歪補正まで行う場合は、式（７）を使って偏位修正パラメータを算出する。そして、６つの外部標定要素ω、φ、κ、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを用いて、対象座標に該当する画像座標を式（５）、（６）に代入して求め、それをステレオ表示したい立体画像観察部３３の座標系に変換して、再配列を行えば、データ修正部３１により検出器４で検出するステレオ画像の偏位修正画像を作成することができる（Ｓ３２６）。
【００６３】
続いて、ステレオ画像の偏位修正画像を立体画像観察部３３に表示して、立体観察可能とする（Ｓ３２８）。次に、形状測定部３２により、データ修正部３１により修正されたステレオ画像に基づき試料９の三次元計測したい箇所を計測する（Ｓ３３０）。そして、測定終了であるか判断し（Ｓ３３２）、さらに同じ倍率で別試料を測定する場合、或いは倍率を変更して行う場合は、Ｓ３０４に戻って計測を繰り返す。測定終了の場合は試料９を試料ホルダ３から抜いて終了する（Ｓ３３４）。ここで、倍率を変更して同じ試料９を計測する場合、基準マークを既に作成してあるので、それが特徴点として使用可能かは、Ｓ３０８の特徴抽出処理にて判定して使用可能であれば使用する。使用できなければ、基準マークを新たに作成する（Ｓ３１２、Ｓ３１４）。
【００６４】
なお、図１１に示す処理は画像作成処理部２１を介して自動で行う実施の形態を示したが、表示装置２２にプリスキャン画像を表示しながらオペレータがマニュアルにて実行してもよい。
【００６５】
［第２の実施の形態］
図１５は本発明の第２の実施の形態を説明する構成ブロック図で、試料ホルダの傾斜角度を変えて走査型顕微鏡のステレオ画像を得る場合を示している。第２の実施の形態では、試料ホルダ３を傾斜制御する傾斜制御部５としてホルダ傾斜制御部５ｂを用いており、ビーム傾斜制御部５ａは作動させない。ホルダ傾斜制御部５ｂによる試料ホルダ３と照射電子線７の相対的傾斜角度は、ここでは右側上がりＲと左側上がりＬの二通りに切替えて設定する場合を図示しているが、２段に限らず多段に設定してよいが、ステレオの検出データを得る為には最小２段必要である。試料９を所定角度（±θ）傾けて検出器４で撮影することは、試料９を固定して電子線７を所定角度（±θ）傾けて照射し、検出器４で撮像することと等価となる。
【００６６】
このように構成された装置においても、第１の実施の形態と同様に検出した生の画像を偏位修正画像に修正して立体視できるようにする。偏位修正画像に修正する態様としては、図６、図１０に示すように基準テンプレートを用いて偏位修正パラメータを取得し、その後試料のステレオ画像を処理するものと、図１１に示すように試料の基準マークを用いて直接ステレオ画像を処理するものとがある。
【００６７】
［第３の実施の形態］
図１６は本発明の第３の実施の形態を説明する構成ブロック図で、試料ホルダの傾斜角度を変えて透過型顕微鏡のステレオ画像を得る場合を示している。電子線装置１０が透過型顕微鏡であるため、電子線検出部４ａ、４ｂが試料ホルダ３を挟んで電子線源１の反対側にある。電子光学系２は、電子線７を試料９に照射する第１の電子光学系と、試料９を透過した電子線７をＣＣＤ(Charge-coupled devices)等の検出器４ａに導く第２の電子光学系を有している。第１の電子光学系として、電子線源１から放射された電子線７の電子流密度、開き角、照射面積等を変えるコンデンサレンズ２ａが設けられている。第２の電子光学系として、結像レンズ系の初段にある対物レンズ２ｇ、対物レンズ２ｇの像面に作られる像、あるいは後焦点面に作られる回折像を拡大・投影する中間レンズ２ｅと投影レンズ２ｆが設けられている。
【００６８】
検出器４ａの検出信号はＣＣＤ制御部４ｂを介して画像作成処理部２１に送られる。倍率変更部６は電子光学系２の倍率を変えるもので、ここでは対物レンズ２ｇ、中間レンズ２ｅ、投影レンズ２ｆに倍率制御信号を送っている。試料ホルダ３を傾斜制御する傾斜制御部５としてホルダ傾斜制御部５ｂを用いている。なお、透過型顕微鏡であっても、試料ホルダ３を傾斜制御する傾斜制御部５としてビーム傾斜制御部に相当する構成要素を用いても良い。
【００６９】
このように構成された装置においても、第１の実施の形態と同様に検出した生の画像を偏位修正画像に修正して立体視できるようにする。偏位修正画像に修正する態様としては、図６、図１０に示すように基準テンプレートを用いて偏位修正パラメータを取得し、その後試料のステレオ画像を処理するものと、図１１に示すように試料の基準マークを用いて直接ステレオ画像を処理するものとがある。
【００７０】
なお、上記実施の形態においては、電子顕微鏡としてビーム傾斜制御部により電子線を偏向させてステレオ画像を得る方式と、ホルダ傾斜制御部により試料を傾斜させてステレオ画像を得る方式との両方式が採用できる構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ビーム傾斜制御部とホルダ傾斜制御部の何れか一方を備える電子顕微鏡としても構わない。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子線装置によれば、電子線を放射する電子線源と、電子線を試料に照射する電子光学系と、試料を保持する試料ホルダと、試料ホルダと照射電子線とを相対的に傾斜させる試料傾斜部と、試料から出射される電子線を検出する電子線検出部と、試料ホルダと照射電子線とを相対的に傾斜させた際のステレオの検出データを所定の関係にデータ修正するデータ修正部とを備えている。そこで、データ修正部によって、ステレオの検出データとしての２枚の画像データを偏位修正して、画像の標定をできる状態にでき、空中三角測量のデータ処理方法に準拠して、試料の三次元形状測定や立体的な画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３本の同じ長さの直線パターンが等間隔に存在している被写体に対して所定の傾斜角度で撮影した画像の説明図である。
【図２】図１（Ａ）、（Ｂ）の傾斜画像を偏位修正画像に修正したステレオ画像の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明する構成ブロック図で、走査型顕微鏡の電子線を偏向させてステレオ画像を得る場合を示している。
【図４】試料若しくは基準テンプレート基板に形成する基準マークの説明図である。
【図５】試料若しくは基準テンプレート基板に基準マークを作成する手順を示す流れ図である。
【図６】基準テンプレートを用いて偏位修正パラメータを取得する処理の流れ図である。
【図７】画像相関処理の説明図である。
【図８】中心投影の説明図である。
【図９】平行投影の説明図である。
【図１０】偏位修正パラメータを用いて試料のステレオ画像を処理する手順の流れ図である。
【図１１】試料に存在する基準マークを用いてステレオ画像の観察を行う手順の流れ図である。
【図１２】３ｘ３画素用の画像鮮鋭化処理の微分オペレータである。
【図１３】特徴点の抽出処理後に、画像作成処理部により作成された画像をブロック分けする場合の説明図である。
【図１４】基準マークの形成された試料面の一例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態を説明する構成ブロック図で、試料ホルダの傾斜角度を変えて走査型顕微鏡のステレオ画像を得る場合を示している。
【図１６】本発明の第３の実施の形態を説明する構成ブロック図で、試料ホルダの傾斜角度を変えて透過型顕微鏡のステレオ画像を得る場合を示している。
【符号の説明】
１電子線源
２電子光学系
３試料ホルダ
４電子線検出部
５データ修正部
５ａビーム傾斜制御部
５ｂホルダ傾斜制御部
６倍率変更部
７電子線
９試料
１０電子線装置
２０データ処理装置
２１画像作成処理部
２２表示装置
２３基準マークパターン発生器
２５測定条件判別部
３１データ修正部
３１ａ偏位修正パラメータ取得手段
３１ｂ画像データ偏位修正手段
３２形状測定部
３３立体画像観察部
３４ステレオ画像記憶部[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electron beam apparatus, an electron beam apparatus data processing apparatus, and a method for creating stereo data of an electron beam apparatus, which make an image obtained by an electron microscope an image that can be observed in stereo or obtain the shape of a sample.
[0002]
[Prior art]
In the case of a transmission electron microscope (TEM), a specimen is tilted to obtain transmission images with different tilt angles, and stereo observation is performed using these as left and right images. In the case of a scanning electron microscope (SEM), a sample is tilted or an electron beam is tilted to obtain reflection images having different tilt angles, and stereo observation is performed using these as left and right images. (See “Medical and Biological Electron Microscopy”, pages 278-299, published in 1982). And sufficient image is obtained for the use which observes the general uneven | corrugated shape of a sample like the case of stereo observation with the naked eye.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, when the right and left images are obtained from images with different tilt angles and the stereo observation is performed to measure the accurate three-dimensional shape of the sample, the influence of aberration in the electron lens system of the electron microscope, the tilt angle of the sample, Alternatively, it is necessary to control the tilt angle of the electron beam at a very accurate angle of about several seconds. However, the conventional tilt angle is only generally controlled by several degrees or several minutes, and there is a problem that it is insufficient for accurate three-dimensional shape measurement from the stereoscopic view of the left and right images. It was.
[0004]
The present invention solves the above-described problems, and appropriately processes stereo detection data obtained from an electron microscope to enable accurate and accurate stereoscopic observation of a sample image, and based on this, three-dimensional shape measurement An object of the present invention is to provide an electron beam apparatus, a data processing apparatus for an electron beam apparatus, and a stereo data creation method for the electron beam apparatus.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The electron beam apparatus of the present invention that achieves the above-described object includes an electron beam source 1 that emits an electron beam 7 and an electron optical that irradiates a sample 9 with the electron beam 7 as shown in FIGS. 3, 15, and 16. System 2, sample holder 3 holding sample 9, sample tilting unit that relatively tilts sample holder 3 and irradiation electron beam 7, and electron beam detection unit that detects electron beam 7 d emitted from sample 9 4 and a data correction unit 31 for correcting the stereo detection data when the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 are relatively inclined to a predetermined relationship.
[0006]
Here, the sample tilting section may be configured using a holder tilt control section 5 b that controls the tilt angle of the sample holder 3 to tilt the sample 9 with respect to the irradiation electron beam 7. Or the sample inclination part may be comprised using the beam inclination control part 5a which controls the electron optical system 2 so that the irradiation electron beam 7 may be inclined and irradiated with respect to the sample 9. FIG. The electron beam detector 4 is preferably used as a scanning electron microscope if it is configured to detect secondary electrons emitted from the sample 9.
[0007]
The stereo detection data refers to the first and second detections for the sample 9 by the electron beam detector 4 in a state where the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first and second relative inclination angles. Say to detect data. The state in which the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first and second relative tilt angles is as shown in FIG. 3 when the beam tilt control unit 5a is used. The irradiation electron beam 7R becomes the irradiation electron beam 7L at the second relative tilt angle. Further, as shown in FIGS. 15 and 16, when the holder inclination control unit 5b is used, the inclination angle R of the sample holder 3 is obtained at the first relative inclination angle, and the sample holder 3 is obtained at the second relative inclination angle. Of the inclination angle L.
[0008]
“Correcting data to a predetermined relationship” in the data correcting unit 31 means that the two images as stereo detection data are standardized so that the deviation can be corrected. Deflection correction means correcting the distortion of image data detected at an inclination and unifying the scale at a constant level. Image orientation is based on the data processing method of aerial triangulation so that two image data can be back-projected and viewed stereoscopically in the same projection state as when the irradiation electron beam 7 is irradiated on the sample 9. In other words, it means that the three-dimensional shape of the sample 9 can be measured and a three-dimensional image can be formed.
[0009]
Preferably, the electron beam apparatus of the present invention is further based on the shape measuring unit 32 that measures the shape of the sample 9 based on the correction data corrected by the data correcting unit 31, or the correction data corrected by the data correcting unit 31. A configuration including at least one of the three-dimensional image observation units 33 that form a three-dimensional image of the sample 9 may be employed.
[0010]
Preferably, the sample 9 has a reference mark serving as a reference position, and the data correction unit 31 is provided in the sample 9 when the stereo detection data is corrected to the deviation correction data using the reference mark. It is possible to easily correct the stereo detection data to the displacement correction data using the reference marks. The reference mark is formed by irradiating the sample 9 with the electron beam 7 or uses a feature point such as a pattern already existing in the sample 9.
[0011]
Preferably, the data correction unit 31 uses a reference mark of the reference template to acquire a deviation correction parameter acquisition unit 31a that acquires a deviation correction parameter at a relative inclination angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7, and an acquisition. If the configuration includes the image data deviation correction means 31b that corrects the stereo detection data of the sample 9 to the deviation correction data using the deviation correction parameter, the deviation correction can be easily performed using the reference template. The image data deviation correction means 31b uses the deviation correction parameter acquired by the deviation correction parameter acquisition means 31a to correct the stereo detection data of the sample 9 to the deviation correction data, so that a reference mark is created on the sample 9. Measurement efficiency is increased. The displacement correction parameter acquired by the displacement correction parameter acquisition means 31a is a relative value between the sample holder 3 that detects the stereo detection data of the sample 9 to be corrected by the image data displacement correction means 31b and the irradiation electron beam 7. Obtaining at an inclination angle is desirable for calibration.
[0012]
The data processing apparatus for an electron beam apparatus of the present invention that achieves the above object is a data processing apparatus 20 connected to the electron beam apparatus 10 as shown in FIG. 3, FIG. 15, and FIG. And a data correction unit 31 that receives stereo detection data when the irradiation electron beam 7 is relatively inclined and corrects the data to a predetermined relationship. Here, the electron beam apparatus 10 includes an electron beam source 1 that emits an electron beam 7, an electron optical system 2 that irradiates the sample 9 with the electron beam 7, a sample holder 3 that holds the sample 9, and a sample holder 3 It has a sample tilting section that tilts the irradiation electron beam 7 relatively, and an electron beam detecting section 4 that detects an electron beam 7d emitted from the sample 9.
[0013]
Preferably, the data processing apparatus for an electron beam apparatus according to the present invention further includes a shape measuring unit 32 for measuring the shape of the sample 9 based on the correction data corrected by the data correcting unit 31, or a correction corrected by the data correcting unit 31. A configuration including at least one of the stereoscopic image observation units 33 that form a stereoscopic image of the sample 9 based on the data may be employed.
[0014]
In the method for creating stereo data of the electron beam apparatus according to the present invention that achieves the above-mentioned object, as shown in FIG. 11, a reference mark serving as a reference position is created on the sample 9 (S311, S314). In a state where the irradiation electron beam 7 forms the first relative inclination angle, the first detection data is detected by the electron beam detector 4 (S316), and the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 are in the second relative relationship. The second detection data is detected by the electron beam detection unit 4 in a state where the inclination angle is at a desired angle (S316), and the first and second detection data are corrected to deviation correction data using the reference mark. (S322, S326) Steps are included.
[0015]
As shown in FIG. 6, the stereo data creation method of the electron beam apparatus according to the present invention that achieves the above-described problem inserts a reference template 40 in which a reference mark serving as a reference position is created into the sample holder 3 instead of the sample 9. (S204) In the state where the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first and second relative tilt angles, the electron beam detector 4 detects the first and second detection data for the reference template 40. Then, using the reference mark, a deviation correction parameter for the relative tilt angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 is acquired (S208, S210).
[0016]
Subsequently, as shown in FIG. 10, the sample 9 is inserted into the sample holder 3 (S252), and the electron beam is irradiated in a state where the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first and second relative inclination angles. First and second detection data for the sample 9 is detected by the detection unit 4 (S254), and the first and second detection data of the sample 9 are converted into displacement correction data using the obtained displacement correction parameter. It corrects (S258, S260).
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Principle of three-dimensional shape measurement using stereo images]
First, before explaining the electron beam apparatus of the present invention, the measurement principle of performing three-dimensional measurement at the same time as performing stereoscopic observation by correcting displacement of images having different inclination angles to images that can be stereoscopically viewed will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a stereo image taken at a predetermined inclination angle with respect to a subject in which three linear patterns of the same length exist at equal intervals. FIG. 1 (A) is 0 degree (parallel). FIG. 1B shows a case where the tilt is 10 degrees. In the case of parallel, as shown in FIG. 1 (A), when a straight line pattern of the same length l is shown at equal intervals d, an image inclined by 10 degrees is different as shown in FIG. 1 (B). Interval d ₁₂ , D ₂₃ And different length l ₁ , L ₂ , L ₃ It becomes.
[0018]
1A and 1B cannot be stereoscopically viewed with a stereometer (parallax measuring instrument), and cannot be accurately measured based on the measurement of parallax difference. There is a problem. Furthermore, there is a problem that even if an attempt is made to perform stereo matching by image correlation processing for three-dimensional measurement, the left and right images have different inclination angles, which does not work.
[0019]
FIG. 2 is an explanatory diagram of a stereo image obtained by correcting the tilted images in FIGS. 1A and 1B into a displacement corrected image. FIGS. 2A and 2B are both corrected in a parallel state. Is shown. As a result of the displacement correction, the tilted images shown in FIGS. 1A and 1B are parallel to the object, the scales are equal, and the vertical parallax is removed. FIG. , (B), stereoscopic viewing becomes possible. Stereoscopic stereo images can be obtained with accurate three-dimensional coordinates by obtaining corresponding points of left and right images on the same epipolar line. In order to create a displacement corrected image, at least three known reference point coordinates on the two images are required on the image.
[0020]
In addition, the inclination and position of these two images (these are called external orientation elements) and the like can be calculated from these reference points. If these external orientation elements are known from the beginning, deviation correction processing can be performed. In the present invention, a reference template having a reference mark serving as a reference point is created in advance in order to create a displacement correction image, or a reference mark serving as a reference point is created on a sample while photographing on the sample surface with an electron beam. The external orientation element is obtained by correcting the data by the image displacement correction processing. The stereo image after the displacement correction process is in a state where it can be stereoscopically viewed and simultaneously three-dimensionally measured.
[0021]
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram illustrating the first embodiment of the present invention, and shows a case where a stereo image is obtained by deflecting an electron beam of a scanning microscope. In the figure, an electron beam apparatus 10 as a scanning microscope includes an electron beam source 1 that emits an electron beam 7, an electron optical system 2 that irradiates a sample 9 with the electron beam 7, and a sample holder 3 that holds the sample 9 in a tiltable manner. A magnification changing unit 6 that changes the magnification of the electron optical system 2, a scanning power source 6 a that supplies power to the magnification changing unit 6, a detector 4 that detects the electron beam 7, and a tilt control unit 5 that controls the tilt of the electron beam 7. A beam tilt control unit 5 a and a secondary electron conversion target 8 that attenuates the energy of secondary electrons emitted from the sample 9 and reflects the energy to the detector 4 are provided. Note that the holder tilt control unit 5b as the tilt control unit 5 that controls the tilt of the sample holder 3 is not used in the first embodiment, but is used in a second embodiment described later.
[0022]
The electron optical system 2 includes a condenser lens 2a that changes the electron flow density, opening angle, irradiation area, etc. of the electron beam 7 emitted from the electron beam source 1, and a deflection lens 2b that controls the incident angle of the electron beam 7 on the sample surface. A scanning lens 2c that deflects the finely focused electron beam 7 to scan the sample surface two-dimensionally, and an objective lens 2d that focuses the incident probe on the sample surface along with the function of the final stage reduction lens. ing. In accordance with the magnification change command of the magnification changing unit 6, the region on the sample surface where the electron beam 7 is scanned by the scanning lens 2c is determined. The beam tilt control unit 5a sends a tilt control signal to the deflecting lens 2b, and the electron beam 7R having the first relative tilt angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 and the electron having the second relative tilt angle. Switching with line 7L. Note that the relative tilt angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 by the beam tilt control unit 5a is not limited to two but may be set in multiple stages, but at least two are necessary to obtain stereo detection data. is there.
[0023]
The sample 9 is, for example, a semiconductor chip such as a silicon semiconductor or a gallium / arsenic semiconductor, but may be an electronic component such as a power transistor, a diode, or a thyristor, or a glass such as a liquid crystal panel or an organic EL panel. It may be a display device part. Under typical scanning microscope observation conditions, the electron beam source 1 is applied to −3 kV and the sample 9 is applied to −2.4 kV. The secondary electrons emitted from the sample 9 collide with the secondary electron conversion target 8, the energy is weakened and detected by the detector 4. In addition, when the sample 9 is set to a mass potential, the secondary electrons behave like mist and have low energy, and can be directly detected by the detector 4, and the secondary electron conversion target 8 is unnecessary.
[0024]
The data processing device 20 includes an image creation processing unit 21, a display device 22, a reference mark pattern generator 23, a measurement condition determination unit 25, a data correction unit 31, a shape measurement unit 32, a stereoscopic image observation unit 33, and a stereo image storage unit. 34. The image creation processing unit 21 creates an image on the sample surface using the secondary electron beam detected by the detector 4 when the electron beam 7 scans the region on the sample surface with the scanning lens 2c. The display device 22 displays an image created by the image creation processing unit 21 so that the operator can observe it. For example, a CRT or a liquid crystal panel is used. The display device 22 may be a normal one-screen monitor, a monitor capable of stereo display, or both.
[0025]
The reference mark pattern generator 23 creates a reference mark on the sample 9 by controlling the electron beam 7. Preferably, feature points are previously extracted from the pattern shape, etching pattern, etc. from the surface of the sample 9 in the reference mark pattern generator 23, and the positions and number of reference marks to be created when the existing feature points are insufficient. It is good to have a function to determine Even when a reference mark is created in the reference template, the reference mark pattern generator 23 may store the number of created reference marks and the creation position.
[0026]
The measurement condition discriminating unit 25 discriminates the measurement condition using information on the type of the electron beam apparatus 10 and the magnification of the electron optical system 2. The electron beam apparatus 10 is classified into a transmission electron microscope and a scanning electron microscope. As the magnification of the electron optical system 2, there is a distinction between a low magnification and a high magnification. For example, as a calculation form for correcting detection data at a plurality of inclination angles in the data correction unit 31, which of central projection and parallel projection is selected? Used as an element of
[0027]
The data correction unit 31 corrects the image created by the image creation processing unit 21 into a displacement corrected image to form a stereoscopically viewable stereo image. Measurement conditions with the electron microscope 10 are received from the processing unit 21. Note that the measurement conditions in the electron microscope 10 may be received from the measurement condition determination unit 25 once stored in the stereo image storage unit 34 and stored together with the images in the stereo image storage unit 34. Measurement conditions with the electron microscope 10 may be used. The shape measuring unit 32 measures the three-dimensional shape of the sample 9 based on the stereo image corrected by the data correcting unit 31. The stereoscopic image observation unit 33 forms a stereoscopic image of the sample 9 based on the stereo image corrected by the data correction unit 31. The stereo image storage unit 34 stores the image created by the image creation processing unit 21 and also stores the stereo image corrected by the data correction unit 31. For example, a magnetic hard disk, CR-ROM, floppy disk, magneto-optical Image data is stored in an information storage medium such as a disk. When the stereo image storage unit 34 stores an image that has been created by the image creation processing unit 21 and has not been corrected for displacement, the measurement conditions of the electron microscope 10 may be stored.
[0028]
The data correction unit 31 copes with two cases of directly correcting the data using the sample 9 having the reference mark serving as the reference position and correcting the data of the sample 9 using the reference template having the reference mark. Yes. When the sample 9 has a reference mark serving as a reference position, the data correction unit 31 corrects the stereo detection data to the deviation correction data using the reference mark.
[0029]
In preparation for correcting data of the sample 9 using a reference template having a reference mark, the data correction unit 31 includes a displacement correction parameter acquisition unit 31a and an image data displacement correction unit 31b. The deviation correction parameter acquisition unit 31a acquires a deviation correction parameter at a relative inclination angle between the sample holder 3 for obtaining stereo detection data and the irradiation electron beam 7, using the reference mark of the reference template. Here, the stereo detection data means that the first and second electron beam detectors 4 with respect to the sample 9 in the state where the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first and second relative inclination angles. This means detecting the detection data. The image data deviation correction means 31b corrects the stereo detection data of the sample 9 to the deviation correction data using the obtained deviation correction parameter.
[0030]
4A and 4B are explanatory views of a reference mark formed on a sample or a reference template substrate. FIG. 4A is a plan view having reference marks at four corners, FIG. 4B is a plan view having reference marks in a lattice shape, and FIG. It is sectional drawing of the reference | standard template for distortion correction. In the case of the sample 9, if the reference marks 9a are formed at the four corners, the data correction unit 31 can easily correct the deviation. The fiducial mark 9a is easy to use if three or more points are formed in as wide a range of the sample 9 as possible. The reference mark 9a is a reference point whose three-dimensional position is known. Even in the reference template 40, reference marks may be formed at the four corners. The reference template 40 has a flat surface that serves as a reference surface for forming a stereo image. Preferably, the reference template 40 has the same composition component as that of the material constituting the sample 9 and is flat without unevenness. The reference template substrate 40b is a substrate that forms a reference mark and serves as the reference template 40.
[0031]
In the case of the reference template 40, since the reference mark 40a can be formed at an arbitrary position on the reference template substrate 40b, the reference mark is formed in a lattice shape, for example. If fiducial marks are provided in a lattice shape, they can be used to correct lens distortion of an electron beam in addition to external orientation elements. When correcting the lens distortion of the electron beam, it is necessary to photograph from a plurality of directions in the case of a flat reference template. When a step is added to the reference template as shown in FIG. 4C and a reference mark is provided in a grid pattern on the edge in the step direction, the reference mark includes a height component, so that the lens distortion of the electron beam is accurate. Can be corrected. Lens distortion includes Seidel aberrations such as spherical aberration, coma aberration, curvature aberration, astigmatism, and distortion aberration, and chromatic aberration includes axial aberration, lateral chromatic aberration, and rotational chromatic aberration.
[0032]
[Method for creating fiducial mark on sample or fiducial template substrate]
Next, a method for creating a reference mark on a sample or a reference template substrate will be described. In the case of the sample 9 or the reference template substrate 40b, the reference mark pattern generator 23 is used to position and irradiate the electron beam 7, thereby forming contamination, defects, etc. on the surface of the sample 9 to serve as a reference mark. be able to. By using the electron beam 7, the reference mark is formed on the sample 9 and the reference template substrate 40b with a very precise positioning accuracy.
[0033]
Contamination is a phenomenon in which hydrocarbon molecules on a sample are burned by electron beam irradiation, the size of which depends on the probe diameter of the electron beam, but as the electron beam density and irradiation time increase, the amount of contamination increases. It grows in a cone with almost a foot. Therefore, when the probe is scanned slowly, the contamination will follow the shape of the scan. In order to make the contamination have an arbitrary shape or an arbitrary distribution, the electron beam probe is scanned according to the shape and held for a predetermined time. When creating contamination, the electron beam density and irradiation time are controlled by the size of the contamination by the beam diameter, current value, and the like. In order to facilitate image processing, the reference mark is desirably 10 pixels or more on the image, and the irradiation beam diameter is set to be larger than the pixel. Preferably, an optimum value for electron beam irradiation control is set in the reference mark pattern generator 23.
[0034]
When contamination is likely to occur, a beam blanking for cutting the electron beam 7 is provided in a part of the irradiation system, and the electron beam 7 does not hit the sample 9 when moving along with scanning of the electron beam. The amount of contamination can be controlled by feeding back the level of the secondary electron signal obtained from the detector 4 to the reference mark pattern generator 23 and adjusting the irradiation time of the electron beam 7.
[0035]
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for creating a reference mark on a sample or a reference template substrate. First, the sample 9 or the reference template substrate 40b for generating the reference mark is accommodated in the sample holder 3, and the position for generating the reference mark is read by the reference mark pattern generator 23 (S100). Then, while irradiating the electron beam 7 from the electron beam source 1, the scanning lens 2c scans the electron beam 7 on the surface of the sample 9 or the reference template substrate 40b (S102). Next, it is confirmed whether the irradiation position of the electron beam 7 is a pre-programmed reference mark creation position (S104). If it is the creation position of the reference mark, the electron beam 7 is stopped at that position (S106), and the electron beam 7 is irradiated (S108). Here, it is determined whether the signal obtained by the detector 4 is greater than or equal to a preset threshold value, and irradiation is continued at the reference mark creation position until the signal exceeds the threshold value (S110). If the threshold value is exceeded, it is confirmed whether a predetermined number of reference marks have been created (S112). If the predetermined number has not been reached, the process returns to S102, the electron beam 7 is scanned again, and if a predetermined number of reference marks have been created, the process ends (S114).
[0036]
In addition, as shown in FIG. 4C, when the reference template substrate 40b has a stepped shape and contamination is applied on the step, the following steps are performed. First, the step of the reference template substrate 40b can be formed in any shape by repeating exposure and etching of the resist. Since the electron microscope has a high depth of focus, it is possible to make a reference mark for contamination where the electron beam probe stops by stopping the electron beam probe at an arbitrary position of the step.
[0037]
A processing procedure for acquiring the deviation correction parameter using the reference template created in this way will be described. FIG. 6 is a flowchart of a process for obtaining a deviation correction parameter using a reference template. First, the magnification of the electron microscope is determined (S202). This determines whether it is central projection or parallel projection. The center projection and parallel projection will be described later. Next, the reference template 40 having the reference mark is set on the sample holder 3 (S204). When correcting external orientation elements, the reference template 40 having three or more reference marks is used, and when performing lens distortion correction, the reference template 40 having a larger number of reference marks is used. However, it is possible to use a reference template 40 in which a large number of reference marks are created even with only external orientation elements. In addition, when the lens distortion correction is performed accurately, the reference template 40 with a step is desirable.
[0038]
In a state where the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 form the first and second relative tilt angles, the electron beam detector 4 detects the first and second detection data for the reference template 40 (S206). If the external orientation element is corrected, the first and second relative inclination angles are the same as those for measuring the sample 9, and images are taken at least at two or more inclination angles. When performing lens distortion correction, the image is taken from a third tilt angle (for example, plus three directions) in addition to the same two tilt angles as when the sample 9 is measured. Next, a reference mark is extracted from the photographed image using image correlation processing or the like and measured (S208).
[0039]
FIG. 7 is an explanatory diagram of image correlation processing. In the figure, the search image T is a small rectangular diagram with N1 in the vertical direction and N1 in the horizontal direction and the upper left coordinate is (a, b). The target image I is a large rectangular figure with vertical M and horizontal M. As the image correlation processing, any of a normalized correlation method and a residual successive test method (SSDA method) may be used. If the residual sequential test method is used, the processing speed can be increased. The residual sequential test method uses the following equation.
[Expression 1]

Here, T (m1, n1) is the search image, I (a, b) (m1, n1) is the partial image of the target image, (a, b) is the upper left coordinates of the search image, and R (a, b) is It is a residual. The point where the residual R (a, b) is minimized is the position of the image to be obtained. In order to speed up the processing, in the addition of equation (1), if the value of R (a, b) exceeds the minimum value of the past residuals, the addition is aborted and the process proceeds to the next R (a, b). Perform the calculation process.
[0040]
Returning to FIG. 6 again, using the reference mark, the deviation correction parameter at the relative tilt angle between the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 for obtaining stereo detection data is calculated (S210). In the case of center projection, deviation correction parameters are calculated from the measured image coordinates of the reference mark and actual coordinates using equations (2) to (4) described later. In the case of parallel projection, deviation correction parameters are calculated using equations (5) and (6). When the lens distortion correction is performed, the deviation correction parameter is calculated using Equation (7). And the reference | standard template 40 is taken out from the sample holder 3, and acquisition of the deviation correction parameter is completed (S212).
[0041]
[Parallel and central projection]
Since the electron microscope has a wide range of magnification from low magnification to high magnification (ex. Several times to several million times), the electron optical system 2 can be regarded as center projection at low magnification and parallel projection at high magnification. The magnification for switching between the central projection and the parallel projection is preferably determined based on the calculation accuracy of the deviation correction parameter, and is appropriately selected from, for example, 1000 to 10000 times. FIG. 8 is an explanatory diagram of central projection. In the case of central projection, the target coordinate system 50 on which the sample 9 is placed and the image coordinate system 52 on which the detector 4 is placed have a positional relationship as shown in FIG. 8 with respect to the projection center point Oc. Assume that the coordinates of an object such as a reference mark in the object coordinate system 50 are (X, Y, Z), and the coordinates of the projection center point Oc are (Xo, Yo, Zo). The coordinates in the image coordinate system 52 are (x, y), and the screen distance from the projection center point Oc to the image coordinate system 52 is C. At this time, the following expression is established as the central projection expression.
[0042]
[Expression 2]

Here, k is a coefficient, and ai, j: (i = 1, 2, 3; j = 1, 2, 3) is an element of a rotation matrix. When Expression (2) is solved for the coordinates (x, y) of the image coordinate system 52, the following expression is established.
[Equation 3]

Further, the elements a i, j of the rotation matrix can be expressed as follows using inclinations ω, φ, κ with respect to the three axes X, Y, Z constituting the target coordinate system 50 of the image coordinate system 52.
[Expression 4]

[0043]
FIG. 9 is an explanatory diagram of parallel projection. In the case of parallel projection, there is no point corresponding to the projection center point Oc of the center projection. Therefore, a coordinate system (X _R , Y _R , Z _R ) And K as the scale factor ₁ , K ₂ The following formula is established.
[Equation 5]

Then, using the origin (Xo, Yo, Zo) selected in the target coordinate system 54 and the orientation matrix A, it can be expressed as follows.
[Formula 6]

Here, with respect to the elements a i, j of the orientation matrix A, the relationship corresponding to the equation (4) is established.
[0044]
In the calculation of the deviation correction parameter, six external orientation elements ω, φ, κ, Xo, Yo, and Zo included in the equations (2) to (4) or the equations (5) and (6) are obtained. That is, in S210, these six external orientation elements are calculated by the successive approximation method by forming an observation equation from these equations using at least three reference marks. Specifically, an approximate value of an unknown variable is given, Taylor expansion around the approximate value is linearized, a correction amount is obtained by the least square method, the approximate value is corrected, and the same operation is repeated to obtain a convergence solution These six external orientation elements can be obtained by an approximate solution method. Moreover, it replaces with Formula (2)-(4) or Formula (5), (6), suitably from various arithmetic formulas used as external orientation in single photograph orientation, mutual orientation, and other aerial triangulation. It is good to adopt the calculation.
[0045]
[Lens distortion correction]
When obtaining even the distortion aberration of the electron lens constituting the electron optical system 2, it is possible to correct by the equations (7) and (8) by preparing a plurality of reference marks and obtaining images from a plurality of directions. Become. That is, if the x and y coordinates obtained by further correcting the lens distortion in the equations (2) to (4) or the equations (5) and (6) are x ′ and y ′, the following equation is established.
x ′ = x + Δx (7)
y ′ = y + Δy
Here, if k1 and k2 are radial lens distortion coefficients, Δx and Δy are expressed by the following equations.
[Expression 7]

[0046]
The distortion of the electron lens is calculated by the successive approximation method by applying the above equation by measuring the image coordinates and the target coordinates. In addition, the lens distortion coefficient is the radial lens distortion in equation (8), but in addition to tangential lens distortion, spiral lens distortion, and other elements necessary for correcting the distortion aberration of the electronic lens, equation (8) is added. If a lens distortion coefficient is calculated | required, those calibration (calibration) will be attained.
[0047]
Subsequently, a processing procedure for processing a stereo image of a sample after obtaining a deviation correction parameter will be described. FIG. 10 is a flowchart of a procedure for processing a stereo image of a sample using the deviation correction parameter. First, the sample 9 to be observed and measured is set in the sample holder 3 (S252). Subsequently, the beam inclination control unit 5a increases the inclination angle of the electron beam 7 with respect to the sample holder 3 to two or more, and the electron beam detection unit 4 detects the first and second detection data for the sample 9, and stereo imaging. To capture the image (S254). The two or more tilt angles are set to the same angle as the first and second relative tilt angles formed by the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 used to acquire the deviation correction parameter in S206.
[0048]
Next, it is determined whether the photographing of the sample 9 is center projection or parallel projection based on the set magnification of the magnification changing unit 6 (S256). In the case of central projection, the image coordinates corresponding to the target coordinates are expressed by equations (2) to (4) using six external orientation elements ω, φ, κ, Xo, Yo, and Zo as displacement correction parameters. By substituting it, converting it to the coordinate system of the stereoscopic image observation unit 33 to be displayed in stereo, and rearranging it, the data correction unit 31 creates a deviation correction image of the stereo image detected by the detector 4. (S258). In the case of parallel projection, using the six external orientation elements ω, φ, κ, Xo, Yo, Zo, the image coordinates corresponding to the target coordinates are obtained by substituting them into equations (5) and (6), Is converted into the coordinate system of the stereoscopic image observation unit 33 to be displayed in stereo and rearranged, a deviation correction image of the stereo image detected by the detector 4 can be created by the data correction unit 31 (S260). .
[0049]
Then, the stereo image corrected by the displacement correction parameter is temporarily recorded in the stereo image storage unit 34 and is stereoscopically displayed by the stereoscopic image observation unit 33 (S262). In the case where there is no stereoscopic monitor such as the stereoscopic image observation unit 33, stereoscopic display is possible by handling the operator side by displaying two images on one screen of the display unit 22 as an alternative means.
[0050]
Next, the shape measurement unit 32 measures a portion of the sample 9 that is desired to be three-dimensionally measured based on the stereo image corrected by the data correction unit 31 (S264). The three-dimensional measurement is calculated based on the principle of triangulation by measuring the left and right images displayed in three dimensions (determining the lateral parallax). Measurement of the left and right images can be performed using a manual or image correlation processing.
[0051]
Then, it is determined whether the measurement is completed (S266). If the measurement is continued, it is determined whether the already obtained deviation correction parameter can be used (S267). If there is a magnification reproducibility of the electron microscope even when different samples are measured at the same magnification and when measurement is performed at a different magnification, the deviation correction parameter already obtained is used to return to S252. Repeat measurement. If the electron microscope has no magnification reproducibility or changes over time, the already obtained deviation correction parameter cannot be used, so the process returns to S202 in FIG. 6 and the reference template 40 is used from the beginning according to the magnification. The deviation correction parameter is calculated. When the measurement is completed, the sample 9 is removed from the sample holder 3 (S268).
[0052]
FIG. 11 is a flowchart of a procedure for observing a stereo image using a reference mark present on a sample. First, the sample 9 is inserted into the sample holder 3 (S302). Subsequently, a magnification for observing or measuring the sample 9 is set by the magnification changing unit 6 (S304). Then, the surface of the sample 9 is pre-scanned with the electron beam 7 at the set magnification (S306). The detector 4 detects secondary electrons by pre-scanning, and the image creation processing unit 21 creates an image. The reference mark pattern generator 23 extracts feature points from the image created by the image creation processing unit 21 (S308). Here, the feature point is an identifiable mark that exists at a position suitable for the calculation of the deviation correction parameter, such as a reference mark.
[0053]
[Feature point extraction]
Here, the feature point extraction processing performed by the reference mark pattern generator 23 will be described. The input image is f (i, j), and the Laplacian of the input image is ² If f (i, j), image sharpening processing is performed.
g (i, j) = f (i, j) −∇ ² f (i, j) (9)
Here, g (i, j) is a sharpened image. The input image Laplacian ² Regarding f (i, j), there are various types of differential operators such as a Laplacian operator and a line detection operator.
[0054]
FIG. 12 is a differential operator for image sharpening processing for 3 × 3 pixels, (A) is a Laplacian operator, and (B) is a line detection operator. The sharpening process is performed by weighting the central pixel heavily and lightly weighting adjacent pixels. Note that the differential operator of the image sharpening process may be a 3 × 3 pixel differential operator in FIG. 12 that is weighted with a Gaussian curve.
[0055]
Following the image sharpening process, an edge extraction process is performed. The edge extraction process can be performed by setting the zero crossing point of the density value of the sharpened image as an edge. That is, the image is formed by imaging only the point that has become zero, or by setting the plus region to white and the minus region to black with zero as a boundary.
[0056]
Further, instead of the digital image processing using Expression (9), it may be obtained by calculation processing as shown in the following expression.
[Equation 8]

Expression (10) is one in which a light and shade drastic change mitigation measure by a Gaussian curve is incorporated in the calculation process.
[0057]
Returning to FIG. 11, the reference mark pattern generator 23 determines whether the position and number of feature points are sufficient (S310), and if sufficient, treats the feature points as reference marks (S311). If it is insufficient, the existing feature point is handled as a reference mark, and the position of the reference mark to be additionally formed is determined (S312), and the reference mark is generated by the reference mark pattern generator 23 (S314). In order to determine whether the position and the number of feature points are sufficient, it may be determined after the image created by the image creation processing unit 21 is divided into blocks.
[0058]
FIG. 13 is an explanatory diagram when the image created by the image creation processing unit is divided into blocks after the feature point extraction processing. The image created by the image creation processing unit 21 is divided into, for example, four blocks A, B, C, and D. Preferably, the image is divided into blocks so that one or two feature points exist in each block, and the area and shape of each block are equal. If a feature point does not exist in a certain block, the reference mark creation position is determined.
[0059]
FIG. 14 is a plan view showing an example of a sample surface on which fiducial marks are formed. The sample 9 is a semiconductor substrate having a predetermined pattern 9b. Reference marks 9 a are formed at the four corners of the sample 9 image. Such a reference mark 9a can be easily detected by using the target image I as a target image I and matching in a search image T having a standard reference mark.
[0060]
Returning to FIG. 11, the beam tilt control unit 5a controls the tilt angle of the electron beam 7 to switch between the

electron beams

7R and 7L, and the necessary number of images are taken into the image creation processing unit 21 (S316). Depending on the magnification set by the magnification change unit 6, the data correction unit 31 selects whether to calculate the displacement correction parameter by center projection or to calculate the displacement correction parameter by parallel projection (S318). Subsequently, the coordinates of the reference mark in the image are detected (S320, S324). As shown in FIG. 13, since it is known in advance in which block the reference mark is, the area is searched and detected by image correlation processing as shown in FIGS.
[0061]
The data correction unit 31 calculates the deviation correction parameter from the coordinates of the detected image coordinates of the reference mark using the above-described equations (2) to (4) in the case of center projection. Then, by using the six external orientation elements ω, φ, κ, Xo, Yo, Zo as the displacement correction parameters, the image coordinates corresponding to the target coordinates are obtained by substituting into the equations (2) to (4), If it is converted into the coordinate system of the stereoscopic image observation unit 33 to be displayed in stereo and rearranged, the data correction unit 31 can create a deviation correction image of the stereo image detected by the detector 4 (S322). ).
[0062]
In the case of parallel projection, the deviation correction parameter is calculated using the above-described equations (5) and (6). When the lens distortion correction is performed, the deviation correction parameter is calculated using Equation (7). Then, using the six external orientation elements ω, φ, κ, Xo, Yo, and Zo, the image coordinates corresponding to the target coordinates are obtained by substituting them into the equations (5) and (6), and the three-dimensional object to be displayed in stereo If the image is converted into the coordinate system of the image observation unit 33 and rearrangement is performed, a deviation correction image of the stereo image detected by the detector 4 can be created by the data correction unit 31 (S326).
[0063]
Subsequently, the displacement correction image of the stereo image is displayed on the stereoscopic image observation unit 33 to enable stereoscopic observation (S328). Next, the shape measurement unit 32 measures a portion of the sample 9 that is desired to be three-dimensionally measured based on the stereo image corrected by the data correction unit 31 (S330). Then, it is determined whether the measurement is completed (S332), and when another sample is measured at the same magnification, or when the magnification is changed, the process returns to S304 and the measurement is repeated. When the measurement is completed, the sample 9 is removed from the sample holder 3 (S334). Here, when the same sample 9 is measured by changing the magnification, since a reference mark has already been created, whether or not it can be used as a feature point can be determined and used in the feature extraction process of S308. Use it. If it cannot be used, a new reference mark is created (S312 and S314).
[0064]
11 shows an embodiment in which the processing is automatically performed via the image creation processing unit 21, but the operator may execute it manually while displaying the prescan image on the display device 22.
[0065]
[Second Embodiment]
FIG. 15 is a block diagram illustrating a second embodiment of the present invention, and shows a case where a stereo image of a scanning microscope is obtained by changing the tilt angle of the sample holder. In the second embodiment, the holder tilt control unit 5b is used as the tilt control unit 5 for controlling the tilt of the sample holder 3, and the beam tilt control unit 5a is not operated. Although the relative inclination angle of the sample holder 3 and the irradiation electron beam 7 by the holder inclination control unit 5b is set by switching between two types of rising rightward R and rising leftward L here, it is limited to two steps. However, a minimum of two stages are required in order to obtain stereo detection data. Taking the sample 9 at a predetermined angle (± θ) and photographing with the detector 4 is equivalent to fixing the sample 9 and irradiating the electron beam 7 at a predetermined angle (± θ) and photographing with the detector 4. It becomes.
[0066]
Also in the apparatus configured as described above, the raw image detected in the same manner as in the first embodiment is corrected to a displacement corrected image so that stereoscopic viewing is possible. As a mode for correcting the displacement correction image, as shown in FIGS. 6 and 10, the displacement correction parameter is obtained using the reference template and then the stereo image of the sample is processed, as shown in FIG. 11. Some directly process a stereo image using a reference mark of a sample.
[0067]
[Third Embodiment]
FIG. 16 is a configuration block diagram for explaining the third embodiment of the present invention, and shows a case where a stereo image of a transmission microscope is obtained by changing the tilt angle of the sample holder. Since the electron beam apparatus 10 is a transmission microscope, the

electron beam detectors

4 a and 4 b are on the opposite side of the electron beam source 1 with the sample holder 3 interposed therebetween. The electron optical system 2 includes a first electron optical system that irradiates the sample 9 with the electron beam 7 and a second electron that guides the electron beam 7 transmitted through the sample 9 to a detector 4a such as a CCD (Charge-coupled devices). It has an optical system. As the first electron optical system, a condenser lens 2a is provided that changes the electron flow density, the opening angle, the irradiation area, and the like of the electron beam 7 emitted from the electron beam source 1. As the second electron optical system, the objective lens 2g in the first stage of the imaging lens system, an image formed on the image plane of the objective lens 2g, or an intermediate lens 2e for enlarging and projecting a diffraction image formed on the back focal plane are projected. A lens 2f is provided.
[0068]
The detection signal of the detector 4a is sent to the image creation processing unit 21 via the CCD control unit 4b. The magnification changing unit 6 changes the magnification of the electron optical system 2, and here, a magnification control signal is sent to the objective lens 2g, the intermediate lens 2e, and the projection lens 2f. A holder tilt control unit 5 b is used as the tilt control unit 5 that controls the tilt of the sample holder 3. Even in a transmission microscope, a component corresponding to a beam tilt control unit may be used as the tilt control unit 5 that controls the tilt of the sample holder 3.
[0069]
Also in the apparatus configured as described above, the raw image detected in the same manner as in the first embodiment is corrected to a displacement corrected image so that stereoscopic viewing is possible. As a mode for correcting the displacement correction image, as shown in FIGS. 6 and 10, the displacement correction parameter is obtained using the reference template and then the stereo image of the sample is processed, as shown in FIG. 11. Some directly process a stereo image using a reference mark of a sample.
[0070]
In the above embodiment, there are both a method of obtaining a stereo image by deflecting an electron beam by a beam tilt control unit as an electron microscope and a method of obtaining a stereo image by tilting a sample by a holder tilt control unit. Although it can be adopted, the present invention is not limited to this, and an electron microscope including any one of a beam tilt control unit and a holder tilt control unit may be used.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the electron beam apparatus of the present invention, the electron beam source that emits the electron beam, the electron optical system that irradiates the sample with the electron beam, the sample holder that holds the sample, and the sample holder and irradiation Sample tilt part for relatively tilting the electron beam, electron beam detector for detecting the electron beam emitted from the sample, and stereo detection data when the sample holder and the irradiated electron beam are relatively tilted And a data correction unit that corrects the data to a predetermined relationship. Therefore, the data correction unit can correct the displacement of the two pieces of image data as stereo detection data so that the image can be positioned, and in accordance with the aerial triangulation data processing method, Shape measurement and stereoscopic images can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an image captured at a predetermined inclination angle with respect to a subject in which three linear patterns having the same length exist at equal intervals.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a stereo image obtained by correcting the tilted images of FIGS. 1A and 1B into a displacement corrected image.
FIG. 3 is a configuration block diagram for explaining a first embodiment of the present invention, showing a case where a stereo image is obtained by deflecting an electron beam of a scanning microscope.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a reference mark formed on a sample or a reference template substrate.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for creating a reference mark on a sample or a reference template substrate.
FIG. 6 is a flowchart of processing for obtaining a deviation correction parameter using a reference template.
FIG. 7 is an explanatory diagram of image correlation processing.
FIG. 8 is an explanatory diagram of central projection.
FIG. 9 is an explanatory diagram of parallel projection.
FIG. 10 is a flowchart of a procedure for processing a stereo image of a sample using a displacement correction parameter.
FIG. 11 is a flowchart of a procedure for observing a stereo image using a reference mark present on a sample.
FIG. 12 is a differential operator for image sharpening processing for 3 × 3 pixels.
FIG. 13 is an explanatory diagram when an image created by an image creation processing unit is divided into blocks after feature point extraction processing;
FIG. 14 is a plan view showing an example of a sample surface on which fiducial marks are formed.
FIG. 15 is a configuration block diagram for explaining a second embodiment of the present invention, showing a case where a stereo image of a scanning microscope is obtained by changing the tilt angle of a sample holder.
FIG. 16 is a configuration block diagram for explaining a third embodiment of the present invention, showing a case where a stereo image of a transmission microscope is obtained by changing the tilt angle of the sample holder.
[Explanation of symbols]
1 electron beam source
2 Electron optical system
3 Sample holder
4 electron beam detector
5 Data correction part
5a Beam tilt control unit
5b Holder tilt control unit
6 Scale change part
7 electron beam
9 samples
10 electron beam equipment
20 Data processing device
21 Image creation processing unit
22 Display device
23 Reference mark pattern generator
25 Measurement condition discriminator
31 Data correction part
31a Deviation correction parameter acquisition means
31b Image data deviation correction means
32 Shape measuring unit
33 Stereoscopic image observation unit
34 Stereo image storage

Claims

An electron beam source emitting an electron beam;
An electron optical system for irradiating the sample with the electron beam;
A sample holder for holding the sample;
A sample tilting section for relatively tilting the sample holder and the irradiation electron beam;
An electron beam detector for detecting an electron beam emitted from the sample;
An image creation processing unit that creates an image on the sample surface using the electron beam detected by the electron beam detection unit;
Said a sample holder and the electron beam irradiation and detection data at the time of are relatively inclined, the data correcting section for rectified at least two images created by the image creation processing unit;
An electron beam apparatus comprising:

Furthermore, the shape measuring unit for measuring the shape of the specimen based on the rectified image which has been rectified by the data correcting section, or based on the rectified image which has been rectified by the data correcting section, of the sample Including at least one of a stereoscopic image observation unit for forming a stereoscopic image;
The electron beam apparatus according to claim 1.

The sample tilting portion is configured to tilt the sample with respect to the irradiation electron beam;
The electron beam apparatus according to claim 1 or 2.

The sample tilting part is configured to control the electron optical system so as to irradiate the irradiation electron beam with tilting the sample;
The electron beam apparatus according to claim 1 or 2.

The sample has a reference mark as a reference position;
The data correction unit uses the reference mark, you rectified at least two images created by the image creation processing unit;
Electron beam apparatus according to any one of claims 1 to 4.

The deviation correction parameter acquisition means for acquiring a deviation correction parameter in a relative inclination angle between the sample holder and the irradiation electron beam using a reference mark of a reference template;
Image data displacement correction means for correcting at least two images created by the image creation processing unit into a displacement corrected image using the acquired displacement correction parameter;
Electron beam apparatus according to any one of claims 1 to 4.

A reference mark pattern generator for forming a reference mark used for correction of displacement by positioning and irradiating an electron beam;
The electron beam apparatus according to claim 1 .

An electron beam source that emits an electron beam, an electron optical system that irradiates the sample with the electron beam, a sample holder that holds the sample, a sample tilt portion that relatively tilts the sample holder and the irradiated electron beam, and the sample A data processing apparatus for an electron beam apparatus connected to an electron beam apparatus having an electron beam detector for detecting an electron beam emitted from the electron beam apparatus;
An image creation processing unit that receives data detected by the electron beam detection unit and creates an image on the sample surface;
This is detection data when the sample holder and the irradiation electron beam are relatively inclined, receives at least two images created by the image creation processing unit, and corrects the displacement of the at least two images. Data correction unit to perform;
A data processing apparatus for an electron beam apparatus.

Furthermore, the shape measuring unit for measuring the shape of the specimen based on the rectified image which has been rectified by the data correcting section, or based on the rectified image which has been rectified by the data correcting section, of the sample Including at least one of a stereoscopic image observation unit for forming a stereoscopic image;
Electron beam apparatus for data processing apparatus as claimed in 請 Motomeko 8.

An electron beam source that emits an electron beam, an electron optical system that irradiates the sample with the electron beam, a sample holder that holds the sample, a sample tilt portion that relatively tilts the sample holder and the irradiated electron beam, and the sample Using an electron beam apparatus having an electron beam detector that detects an electron beam emitted from the electron beam apparatus, and an image creation processing unit that creates an image on a sample surface using the electron beam detected by the electron beam detector , A method for producing a stereo image of an electron beam apparatus for measuring a shape of a sample or forming a three-dimensional image of the sample;
A reference mark serving as a reference position is created on the sample;
In a state where the sample holder and the irradiation electron beam form a first relative inclination angle, the electron beam detector detects first detection data;
In a state where the sample holder and the irradiation electron beam form a second relative inclination angle, the second detection data is detected by the electron beam detector;
Using the reference mark to correct the image based on the first and second detection data into a displacement corrected image ;
A method for creating a stereo image of an electron beam apparatus.

An electron beam source that emits an electron beam, an electron optical system that irradiates the sample with the electron beam, a sample holder that holds the sample, a sample tilt portion that relatively tilts the sample holder and the irradiated electron beam, and the sample Using an electron beam apparatus having an electron beam detector that detects an electron beam emitted from the electron beam apparatus, and an image creation processing unit that creates an image on a sample surface using the electron beam detected by the electron beam detector , A method for producing a stereo image of an electron beam apparatus for measuring a shape of a sample or forming a three-dimensional image of the sample;
Instead of the sample, a reference template in which a reference mark serving as a reference position is created is inserted into the sample holder;
First and second detection data for the reference template are detected by the electron beam detector in a state where the sample holder and the irradiation electron beam form first and second relative inclination angles;
Obtaining a deviation correction parameter in a relative inclination angle between the sample holder and the irradiation electron beam using the reference mark;
Inserting the sample into the sample holder;
First and second detection data for the sample are detected by the electron beam detector in a state where the sample holder and the irradiation electron beam form first and second relative inclination angles;
Using rectified parameters the acquired, corrects the image by the first and second detection data of the sample rectified image;
A method for creating a stereo image of an electron beam apparatus.