JP5151277B2 - Sample observation apparatus and correction method thereof - Google Patents
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本発明は試料観察装置とその補正方法に関する。 The present invention relates to a sample observation apparatus and a correction method thereof.
LSI等の電子デバイスの微細化に伴い、電子デバイスの製造工程では、素子の微細構造を観察することが可能な走査型電子顕微鏡が多用されている。 Along with miniaturization of electronic devices such as LSIs, scanning electron microscopes capable of observing the fine structure of elements are frequently used in the manufacturing process of electronic devices.
例えば、電子デバイスの不良解析を行う場合では、電気的試験やOBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Charge)法によって一つのチップ内の不良箇所を特定した後、走査型電子顕微鏡によりその不良箇所を観察して、不良の原因を解明することが行われる。 For example, when performing failure analysis of an electronic device, after identifying the defective portion in one chip by an electrical test or OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Charge) method, observe the defective portion with a scanning electron microscope. The cause of the defect is elucidated.
このとき、チップの設計レイアウトを含むCAD(Computer Aided Design)データを走査型電子顕微鏡に入力することで、設計レイアウトと電子顕微鏡による観察像とを重ね合わせながら、走査型電子顕微鏡側でチップ内の不良箇所を自動的に認識させ、不良解析のスループットを向上させる試みもなされている。 At this time, CAD (Computer Aided Design) data including the design layout of the chip is input to the scanning electron microscope, so that the design layout and the observation image by the electron microscope are superimposed on the scanning electron microscope side. Attempts have also been made to automatically detect defective locations and improve the throughput of failure analysis.
また、走査型電子顕微鏡は、このようなチップの観察の他に、金属配線のようなデバイスパターンを測長する目的でも使用される。 The scanning electron microscope is also used for the purpose of measuring a device pattern such as a metal wiring in addition to the observation of the chip.
ところで、上記のような観察や測長を精度良く行うには、電子顕微鏡の観察像が素子形状を正確に反映していなければならない。 By the way, in order to perform the above observation and length measurement with high accuracy, the observation image of the electron microscope must accurately reflect the element shape.
しかしながら、走査型電子顕微鏡では、低倍率で広範囲の観察を行うときに画像の周囲で観察像が歪むため、電子顕微鏡像とCADの設計レイアウトとをうまく重ねることができない。このような観察像の歪みは、電子ビームを偏向するための偏向コイルの磁場が、偏向範囲の周縁部分で不均一となっており、その部分における電子ビームの偏向量が設定値から外れるために発生すると考えられる。 However, in the scanning electron microscope, the observation image is distorted around the image when a wide range of observation is performed at a low magnification, so that the electron microscope image and the CAD design layout cannot be overlapped well. Such distortion of the observed image is due to the fact that the magnetic field of the deflection coil for deflecting the electron beam is not uniform in the peripheral part of the deflection range, and the deflection amount of the electron beam in that part deviates from the set value. It is thought to occur.
しかも、観察像の歪みの度合いは電子顕微鏡の倍率によっても変動するうえ、CADの設計レイアウトの大きさも様々であるため、現状では観察像と設計レイアウトとを重ね合わせるのは極めて困難である。 Moreover, since the degree of distortion of the observation image varies depending on the magnification of the electron microscope and the CAD design layout varies in size, it is extremely difficult to superimpose the observation image and the design layout at present.
また、上記のように設計レイアウトと観察像とを重ね合わせる場合に、それらの回転ずれを無くす等の目的で、走査型電子顕微鏡には像回転機構が設けられるが、像回転機構を用いて電子顕微鏡像を回転する場合にも上記のような歪みが発生することが知られている。 In addition, when superimposing the design layout and the observation image as described above, the scanning electron microscope is provided with an image rotation mechanism for the purpose of eliminating the rotational deviation thereof, and the image rotation mechanism can It is known that the above distortion occurs even when a microscopic image is rotated.
このような観察像の歪みは、走査型電子顕微鏡に限って現れるものではなく、電子ビームを偏向して試料の像を得る機能を有する収束イオンビーム(FIB: Focused Ion Beam)装置でも現れる。 Such distortion of the observed image does not appear only in the scanning electron microscope, but also appears in a focused ion beam (FIB) apparatus having a function of deflecting the electron beam to obtain an image of the sample.
これらの装置で発生する観察像の歪みをハードウェアの調整で補正することも考えられるが、調整方法が複雑であり、また、個々の装置により歪みの特性が異なるので、実際には調整しきれない状況にある。更に、走査型電子顕微鏡でデバイスパターンの測長を行う場合には、ナノメートルオーダでの測長精度が求められるのに対し、高倍率ではハードウェアの調整だけでは微細な観察像の歪みを補正できない。そのため、低倍率から高倍率に至るまで正確に測長を行える評価装置は実現していない。 Although it is conceivable to correct the distortion of the observation image generated by these devices by hardware adjustment, the adjustment method is complicated, and the distortion characteristics differ depending on the individual devices. There is no situation. Furthermore, when measuring a device pattern with a scanning electron microscope, measurement accuracy on the order of nanometers is required, but at high magnification, distortion of minute observation images can be corrected only by hardware adjustment. Can not. Therefore, an evaluation apparatus that can accurately measure the length from a low magnification to a high magnification has not been realized.
本発明の目的は、観察像の歪みを簡単に低減することができる試料観察装置とその補正方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sample observation apparatus and a correction method thereof that can easily reduce distortion of an observation image.
本発明の一観点によれば、(S1) 電磁レンズ系を透過した荷電粒子ビームを、補正用パターンが形成された標準試料に当てるステップと、(S2) 前記標準試料に当てられた前記荷電粒子ビームを検出器で検出することにより、前記補正用パターンの観察像を得るステップと、(S3) 前記電磁レンズ系に起因して発生した前記観察像の歪みにより、該補正用パターンの複数の基準点が前記観察像においてどの程度位置ずれしたかを算出するステップと、(S4) 前記位置ずれが無くなるように、前記観察像の画像データを補正するステップとを有し、前記ステップ(S3)は、前記複数の基準点のそれぞれについて、前記観察像における前記基準点の位置をパターン認識により実際位置として特定し、前記歪がない場合の前記基準点の理想位置を始点とし前記実際位置を終点とする位置ずれベクトルを算出して行われることを特徴とする試料観察装置の補正方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, (S1) a step of applying a charged particle beam transmitted through an electromagnetic lens system to a standard sample on which a correction pattern is formed, and (S2) the charged particles applied to the standard sample A step of obtaining an observation image of the correction pattern by detecting a beam with a detector; and (S3) a plurality of references of the correction pattern due to distortion of the observation image caused by the electromagnetic lens system. a step where the points calculated whether the amount of deviation of the position in the observation image, (S4) so that the positional deviation is eliminated, possess a step of correcting the image data of the observation image, the step (S3) is For each of the plurality of reference points, the position of the reference point in the observation image is specified as an actual position by pattern recognition, and the actual position of the reference point when there is no distortion is used as the starting point. A correction method for a sample observation apparatus is provided, which is performed by calculating a displacement vector having an end point as an end point .
また、本発明の別の観点によれば、荷電粒子ビームを発生し加速する荷電粒子銃と、補正用パターンが形成された標準試料に前記荷電粒子ビームを収束させる電磁レンズ系と、前記標準試料に当てられた前記荷電粒子ビームの強度を検出信号に変換する検出器と、前記検出信号から画像データを作成する画像解析部とを有し、前記画像解析部が、前記電磁レンズ系に起因して発生した前記補正用パターンの観察像の歪みにより、該補正用パターンの複数の基準点が前記観察像においてどの程度位置ずれしたかを、前記複数の基準点のそれぞれについて、前記観察像における前記基準点の位置をパターン認識により実際位置として特定し、前記歪がない場合の前記基準点の理想位置を始点とし前記実際位置を終点とする位置ずれベクトルとして算出し、前記位置ずれが無くなるように前記画像データを補正することを特徴とする試料観察装置が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, a charged particle gun that generates and accelerates a charged particle beam, an electromagnetic lens system that focuses the charged particle beam on a standard sample on which a correction pattern is formed, and the standard sample A detector that converts the intensity of the charged particle beam applied to the detection signal into a detection signal, and an image analysis unit that creates image data from the detection signal, and the image analysis unit is caused by the electromagnetic lens system. The degree of displacement of the reference points of the correction pattern in the observation image due to the distortion of the observation image of the correction pattern generated by the The position of the reference point is specified as an actual position by pattern recognition, and a positional deviation vector having the ideal position of the reference point when there is no distortion as the start point and the actual position as the end point Out, the sample observation apparatus is provided, which comprises correcting the image data such that the positional deviation is eliminated.
次に、本発明の作用について説明する。 Next, the operation of the present invention will be described.
本発明によれば、電磁レンズ系に起因して発生した補正用パターンの位置ずれがなくなるように、補正用パターンの観察像の画像データを補正するので、試料観察装置の像回転機構を用いる場合や、低倍率で観察する場合に発生する観察像の歪みを簡単に防止することができる。 According to the present invention, since the image data of the observation image of the correction pattern is corrected so as to eliminate the positional deviation of the correction pattern caused by the electromagnetic lens system, the image rotation mechanism of the sample observation apparatus is used. In addition, it is possible to easily prevent distortion of the observation image that occurs when observing at a low magnification.
また、補正用パターンとして複数の格子線よりなる格子状のパターン使用し、基準点として格子線の交点を使用するのが好ましい。この場合、格子線のそれぞれの観察像をHough変換によりHough空間の点にマップし、該点の位置座標から複数の格子線の交点の位置を算出することができる。Hough変換では、像の歪みによって格子線が直線から外れて僅かに曲線状となった場合であっても、実空間の直線をHough空間の点として捉えるため、容易に格子点の座標を求めることができる。 Further, it is preferable to use a grid pattern composed of a plurality of grid lines as the correction pattern, and use an intersection of the grid lines as the reference point. In this case, each observation image of the grid line is mapped to a point in the Hough space by Hough transformation, and the position of the intersection of the plurality of grid lines can be calculated from the position coordinates of the point. In the Hough transform, even if the grid line is slightly curved due to image distortion, it is easy to obtain the coordinates of the grid point to capture the straight line in the real space as a point in the Hough space. Can do.
更に、基準点の位置ずれを、荷電粒子ビームの加速電圧、電磁レンズ系による荷電粒子ビームの偏向量、補正パターンの観察像の倍率、該観察像の回転角度の少なくとも一つを含む観察条件と対応付けてデータベースに格納してもよい。 Further, the reference point position shift is an observation condition including at least one of an acceleration voltage of the charged particle beam, a deflection amount of the charged particle beam by the electromagnetic lens system, a magnification of the observation image of the correction pattern, and a rotation angle of the observation image. You may associate and store in a database.
このようにすると、特定の観察条件で観察用試料を観察する場合に、該観察条件に対応したデータベース中の位置ずれを参照し、観察用試料の観察像に歪みがなくなるように該観察用試料の画像データを補正することができる。 In this way, when observing the observation sample under a specific observation condition, the observation sample is referred to the positional deviation in the database corresponding to the observation condition, so that the observation image of the observation sample is free from distortion. The image data can be corrected.
本発明によれば、補正用パターンの基準点の位置ずれが無くなるように画像データを補正することで、観察像の歪みを簡単に低減することができる。 According to the present invention, the distortion of the observation image can be easily reduced by correcting the image data so that the positional deviation of the reference point of the correction pattern is eliminated.
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る試料評価装置の構成図である。以下では試料評価装置として走査透過電子顕微鏡(STEM: Scanning Transmission Electron Microscope)について説明する。但し、本発明はこれに限定されず、走査反射電子顕微鏡(SREM: Scanning Reflection Electron Microscope)やFIB装置にも本発明を適用し得る。 FIG. 1 is a configuration diagram of a sample evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a scanning transmission electron microscope (STEM) will be described as a sample evaluation apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a scanning reflection electron microscope (SREM) and an FIB apparatus.
この試料評価装置10は、内部が減圧された筐体11の中に、電子銃12、電磁レンズ系13、走査・偏向コイル14、絞り15、試料搭載部16、及びSTEM検出器17を設けてなる。このうち、電磁レンズ系13は、第1、第2収束レンズ13a、13b、及び対物レンズ13cにより構成される。
This
電子銃12において発生し加速された電子ビーム(荷電粒子ビーム)EBは、第1、第2収束レンズ13a、13bにより、所望の大きさ且つ所望の電流量の電子線プローブとされる。第1、第2収束レンズ13a、13bにより形成された電子線プローブは不要な広がり部分をもつため、この広がり部分を絞り15でカットする。
The electron beam (charged particle beam) EB generated and accelerated in the
走査・偏向コイル14は、試料搭載部16に搭載された標準試料Sの表面上を電子ビームEBが走査するように電子ビームEBを屈折させる。また、対物レンズ13cは、標準試料Sの表面上に焦点が合うように電子ビームEBを屈折する。
The scanning /
標準試料Sを透過した電子ビームEBの強度は、STEM検出器17において検出信号Iに変換され、画像解析部19に取り込まれる。
The intensity of the electron beam EB transmitted through the standard sample S is converted into a detection signal I by the
画像解析部19では、走査・偏向コイル14の走査速度と同期して検出信号Iを取り込むことにより、走査した部分の標準試料Sの観察像の画像データを作成する。そして、その画像データに基づいて、不図示のCRTに観察像が表示される。
The
なお、画像解析部19は、後述のデータベース等を格納するための記憶部20も有する。
The
標準試料Sは、試料評価装置10を校正するために用いられ、フォトリソグラフィによりシリコン基板にパターンを形成して作製され得る。
The standard sample S is used to calibrate the
図2(a)はそのような標準試料Sの拡大平面図であり、図2(b)は図2(a)のI−I線に沿う断面図である。 FIG. 2 (a) is an enlarged plan view of such a standard sample S, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 2 (a).
図2(a)、(b)に示される標準試料Sでは、シリコン基板100に形成された溝100aの中に、補正用パターン101として酸化シリコン膜が埋め込まれている。このような標準試料Sは、例えば、シリコン基板100の溝100aに補正用パターン101として酸化シリコン膜を埋め込んだ後、そのシリコン基板100の裏面側を研磨して研磨面に補正用パターン101を露出させることで作成され得る。
In the standard sample S shown in FIGS. 2A and 2B, a silicon oxide film is embedded as the
補正用パターン101の平面形状は、図2(a)のように格子状であるのが好ましい。
The planar shape of the
ところで、通常の走査透過型電子顕微鏡やFIB装置の倍率レンジは、200〜2,000倍、4,000〜20,000倍、40,000〜200,000倍、及び400,000〜10,000,000倍である。画像サイズが1024×1024pixelであり、画素サイズが72dpiのとき、上記した各倍率レンジの1フレームの長さと、1pixelのサイズ(画像分解能)を次の表1〜表4に示す。 By the way, the magnification range of a normal scanning transmission electron microscope or FIB apparatus is 200 to 2,000 times, 4,000 to 20,000 times, 40,000 to 200,000 times, and 400,000 to 10,000. 1,000 times. When the image size is 1024 × 1024 pixels and the pixel size is 72 dpi, the length of one frame and the size (image resolution) of one pixel in each magnification range described above are shown in Tables 1 to 4 below.
標準試料Sは、表1〜表4の各倍率レンジにおいて補正用パターン101が解像し得るように、これらの倍率レンジに対応して個別に4種類作製するのが好ましい。
It is preferable to prepare four types of standard samples S individually corresponding to these magnification ranges so that the
但し、400,000〜10,000,000倍の高倍率領域の校正では、図2(a)、(b)のようにシリコン基板100を加工して標準試料Sを作製するのは難しいため、格子定数が既知の結晶、例えば金やシリコン等の結晶材料よりなる薄膜を標準試料Sとして用いるのが好ましい。この場合、これらの薄膜の結晶格子自身が格子状の補正用パターンとなる。
However, in the calibration of a high magnification region of 400,000 to 10,000,000 times, it is difficult to fabricate the standard sample S by processing the
図3は、この試料評価装置10における試料観察方法の原理図である。
FIG. 3 is a principle diagram of the sample observation method in the
走査・偏向コイル14は、コイル14a〜14cとコア14eとで構成される。電流量を各コイル14a〜14cで独立に制御し、これらのコイルの極性を任意に組み合わせることで、電子ビームEBの走査方向Aを自在に制御できる。
The scanning /
この特徴を利用して、走査方向Aを角度θだけ回転すると、標準試料Sの観察像を角度θだけ回転したような回転像を得ることができる。なお、角度θは、標準試料Sに設定した任意のX-Y直交座標系のX軸に対する回転角度である。このように、走査・偏向コイル14は、像回転機構としても機能する。
Using this feature, when the scanning direction A is rotated by an angle θ, a rotated image obtained by rotating the observation image of the standard sample S by the angle θ can be obtained. The angle θ is a rotation angle with respect to the X axis of an arbitrary XY orthogonal coordinate system set for the standard sample S. Thus, the scanning /
但し、像回転機構を用いて観察像を回転すると、回転後の観察像が歪むことが知られている。この歪みについて、図4及び図5を参照して説明する。 However, it is known that when an observation image is rotated using an image rotation mechanism, the observation image after rotation is distorted. This distortion will be described with reference to FIGS.
図4(a)は、像回転機構を用いない場合の走査方向Aを示す図である。また、図4(b)は、図4(a)のように電子ビームEBを走査して得られた標準試料Sの観察像である。 FIG. 4A is a diagram illustrating the scanning direction A when the image rotation mechanism is not used. FIG. 4B is an observation image of the standard sample S obtained by scanning the electron beam EB as shown in FIG.
図4(b)に示されるように、像回転機構を用いない場合は、補正用パターン101の観察像30に歪みは生じていない。
As shown in FIG. 4B, when the image rotation mechanism is not used, the observed
一方、図5(a)は、像回転機構により角度θだけ回転した走査方向Aを示す図である。また、図5(b)は、図5(a)のように電子ビームEBを走査して得られた標準試料Sの観察像である。 On the other hand, FIG. 5A is a diagram showing the scanning direction A rotated by an angle θ by the image rotation mechanism. FIG. 5B is an observation image of the standard sample S obtained by scanning the electron beam EB as shown in FIG.
上記のように回転した結果、補正用パターン101の観察像30は、歪みが無いと仮定した正位置(点線)から歪んでしまっている。
As a result of the rotation as described above, the observed
このような歪みは、像回転機構を用いなくても、低倍率で観察する場合にも発生する。図6及び図7は、低倍率で観察像が歪むことを説明するための図である。 Such distortion also occurs when observing at low magnification without using an image rotation mechanism. 6 and 7 are diagrams for explaining that the observation image is distorted at a low magnification.
図6(a)は、高倍率で観察する場合の走査方向Aを示す図である。そして、図6(b)は、図6(a)のように電子ビームEBを走査して得られた標準試料Sの観察像である。 FIG. 6A is a diagram showing the scanning direction A when observing at high magnification. FIG. 6B is an observation image of the standard sample S obtained by scanning the electron beam EB as shown in FIG.
高倍率で観察する場合には、電子ビームEBの走査範囲が狭いので、走査・偏向コイル14(図3参照)の中央付近の均一な磁場で電子ビームEBが走査される。そのため、走査方向Aは直線を折り返した形状となり、図6(b)のように観察像30に歪みは生じない。
When observing at a high magnification, since the scanning range of the electron beam EB is narrow, the electron beam EB is scanned with a uniform magnetic field near the center of the scanning / deflection coil 14 (see FIG. 3). Therefore, the scanning direction A has a shape in which a straight line is folded, and the observed
一方、図7(a)は、低倍率で観察する場合の走査方向Aを示す図である。そして、図7(b)は、図7(a)のように電子ビームEBを走査して得られた標準試料Sの観察像である。 On the other hand, FIG. 7A is a diagram showing the scanning direction A when observing at a low magnification. FIG. 7B is an observation image of the standard sample S obtained by scanning the electron beam EB as shown in FIG.
低倍率で観察する場合は、電子ビームEBの走査範囲が広い。そのため、電子ビームEBは、走査・偏向コイル14の周縁部分の不均一な磁場に曝され、図7(a)のように走査方向Aが湾曲することになる。
When observing at a low magnification, the scanning range of the electron beam EB is wide. Therefore, the electron beam EB is exposed to a non-uniform magnetic field at the peripheral portion of the scanning /
その結果、図7(b)に示されるように、観察像30は、図6の場合よりも歪むようになる。
As a result, as shown in FIG. 7B, the
本実施形態では、上記したような観察像の歪みを以下のようにして補正する。 In the present embodiment, the distortion of the observation image as described above is corrected as follows.
図8は、本実施形態に係る試料観察装置の補正方法について説明するためのフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the correction method of the sample observation apparatus according to the present embodiment.
図8の最初のステップS1はサブステップT1〜T6を有しており、オペレータが手動で各サブステップを行う。 The first step S1 in FIG. 8 has sub-steps T1 to T6, and the operator performs each sub-step manually.
そのうち、サブステップT1では、電子銃12に供給する加速電圧を設定すると共に、第1、第2収束レンズ13a、13bのレンズ条件と絞り13の絞り径とを調節して、電子ビームEBが所定の大きさに収束するようにする。
Among them, in sub-step T1, the acceleration voltage supplied to the
次に、ステップT2に移行して電子ビームEBと電磁レンズ系13との光軸合わせを行った後、ステップT3に移行して試料搭載部16に既述の標準試料S(図2参照)を載置する。
Next, the process proceeds to step T2, the optical axis alignment between the electron beam EB and the
その後に、ステップT4に移行し、電子ビームEBが標準試料Sの表面に垂直に入射するように試料搭載部を制御し、標準試料Sの傾斜角を調節する。 Thereafter, the process proceeds to step T4, the sample mounting portion is controlled so that the electron beam EB is perpendicularly incident on the surface of the standard sample S, and the inclination angle of the standard sample S is adjusted.
続いて、ステップT5に移行し、倍率、像回転機構による回転角度、及び画像サイズ等の観察条件を設定する。設定した観察条件は、観察条件データD1として画像解析部19が備える記憶部20に格納される。
Subsequently, the process proceeds to step T5, and observation conditions such as a magnification, a rotation angle by an image rotation mechanism, and an image size are set. The set observation conditions are stored in the
そして、ステップT6に移行して対物レンズ13cの焦点を標準試料Sの表面上に合わせる。
Then, the process proceeds to step T6, and the
このようにステップS1を終了した後は、ステップS2に移行する。 After step S1 is completed in this way, the process proceeds to step S2.
本ステップでは、標準試料S上で電子ビームEBを走査し、標準試料Sを透過した電子ビームEBを走査速度と同期してSTEM検出器17で捉えることにより、標準試料Sの観察像を得る。この一連の操作は、試料評価装置10が自動で行う。
In this step, an observation image of the standard sample S is obtained by scanning the electron beam EB on the standard sample S and capturing the electron beam EB transmitted through the standard sample S with the
図9は、このようにして得られた標準試料Sの観察像の拡大図である。同図では、標準試料Sの格子状の補正用パターン101(図2参照)の観察像において、X方向に延在する格子線を符号x1〜x21で、Y方向に延在する格子線をy1〜y21で示している。 FIG. 9 is an enlarged view of an observation image of the standard sample S obtained in this way. In the figure, in the observation image of the lattice-like correction pattern 101 (see FIG. 2) of the standard sample S, lattice lines extending in the X direction are denoted by reference numerals x 1 to x 21 and extending in the Y direction. Are indicated by y 1 to y 21 .
このようにして得られた補正用パターン101の観察像は、画像データD2として画像解析部19が備える記憶部20に格納される。その画像データD2は、各画素の位置(X、Y)と、その位置(X、Y)における輝度データI(X、Y)とを対応させてなる。
Thus the observation image of the
次に、図8のステップS3に移行する。 Next, the process proceeds to step S3 in FIG.
本ステップはサブステップP1〜P3を有しており、画像解析部19がこれらのサブステップP1〜P3の各々を自動で行う。
This step has sub-steps P1 to P3, and the
最初のサブステップP1では、図9に示した格子線x1〜x21、y1〜y21の観察像をHough変換する。 In a first sub-step P1, to Hough transform an observation image of the grating lines x 1 ~x 21, y 1 ~y 21 shown in FIG.
図10は、Hough変換について説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the Hough transform.
X-Y直交座標系が定義された実空間内の直線Lは、座標原点Oとの距離rと、その単位法線ベクトルnがX軸と成す角θとにより一意に決定される。このように、実空間内の任意の直線は原点を除く(r、θ)空間内の点と一対一対応しており、実空間の直線から(r、θ)空間内の点へのマップをHough変換という。また、(r、θ)空間はHough空間と呼ばれる。 The straight line L in the real space in which the XY orthogonal coordinate system is defined is uniquely determined by the distance r from the coordinate origin O and the angle θ formed by the unit normal vector n with the X axis. In this way, any straight line in real space has a one-to-one correspondence with a point in (r, θ) space excluding the origin, and a map from a straight line in real space to a point in (r, θ) space This is called Hough transformation. The (r, θ) space is called a Hough space.
ここで、実空間の原点Oから直線L上の任意の点(x、y)に向かうベクトルPと、上記の法線ベクトルnとの内積は、(法線ベクトルnの長さが1であるから)原点Oと直線Lとの距離rに等しい。よって、次の式(1)が成り立つ。 Here, the inner product of the vector P from the origin O in the real space to an arbitrary point (x, y) on the straight line L and the normal vector n described above (the length of the normal vector n is 1). To) is equal to the distance r between the origin O and the straight line L. Therefore, the following equation (1) is established.
このことから、式(1)は、実空間の点(x、y)から、その点(x、y)を通る直線群に対応したHough空間内の正弦曲線への対応を定義していると見ることもできる。 From this, equation (1) defines a correspondence from a point (x, y) in real space to a sinusoid in the Hough space corresponding to a group of straight lines passing through the point (x, y). You can also see it.
本実施形態では、実空間を複数のセルに分割して、そのうちの一つのセルに着目する。そして、そのセルを通る格子線x1〜x21、y1〜y21が存在する場合に、そのセルを通る直線群に対応した正弦曲線を式(1)により算出する。更に、Hough空間も複数のセルに分割し、上記の正弦曲線が通るセルについて「1」を投票する。このような手続を実空間の全てのセルに対して行うと、Hough空間の全てのセルへの投票数が確定する。 In the present embodiment, the real space is divided into a plurality of cells, and attention is paid to one of the cells. Then, when there are grid lines x 1 to x 21 and y 1 to y 21 passing through the cell, a sine curve corresponding to a group of straight lines passing through the cell is calculated by the equation (1). Further, the Hough space is also divided into a plurality of cells, and “1” is voted for the cell through which the above sine curve passes. When such a procedure is performed for all cells in the real space, the number of votes for all cells in the Hough space is determined.
図11は、Hough空間における投票数の分布を示す図である。同図では、投票数を濃淡で表しており、白色の部分で投票数が多いことを示している。投票数の分布のことを以下ではHough変換像と呼ぶ。 FIG. 11 is a diagram showing the distribution of the number of votes in the Hough space. In the figure, the number of votes is represented by shading, and the white portion indicates that the number of votes is large. Hereinafter, the distribution of the number of votes is referred to as a Hough transform image.
図12〜図15に、補正用パターンのHough変換像の別の例を示す。 12 to 15 show other examples of the Hough transform image of the correction pattern.
図12及び図13は、像回転機構を用いた場合の図である。 12 and 13 are diagrams when the image rotation mechanism is used.
このうち、図12(a)は歪みがない場合の観察像であり、図12(b)はその観察像のHough変換像である。 Among these, FIG. 12A is an observation image when there is no distortion, and FIG. 12B is a Hough transform image of the observation image.
一方、図13(a)は歪みがある場合の観察像であり、図13(b)はその観察像のHough変換像である。 On the other hand, FIG. 13A is an observation image when there is distortion, and FIG. 13B is a Hough transform image of the observation image.
また、図14及び図15は、低倍率領域での図である。 14 and 15 are diagrams in a low magnification region.
このうち、図14(a)は歪みがない場合の観察像であり、図14(b)はその観察像のHough変換像である。 Among these, FIG. 14A is an observation image when there is no distortion, and FIG. 14B is a Hough transform image of the observation image.
一方、図15(a)は歪みがある場合の観察像であり、図15(b)はその観察像のHough変換像である。 On the other hand, FIG. 15A is an observation image when there is distortion, and FIG. 15B is a Hough transform image of the observation image.
図11〜図15におけるHough変換像の投票数には閾値が予め設けられており、閾値以上の投票数のセルが存在する場合に、それらのセルの位置座標(r1、θ1)〜(rn、θn)に対応する格子線x1〜x21、y1〜y21が観察像に存在すると認識される。 In FIG. 11 to FIG. 15, a threshold is set in advance for the number of votes of the Hough transform image, and when there are cells with the number of votes equal to or greater than the threshold, the position coordinates (r 1 , θ 1 ) to ( r n, is recognized as grid lines x 1 ~x 21 corresponding to θ n), y 1 ~y 21 is present in the observation image.
但し、観察像における格子線x1〜x21、y1〜y21の歪みが激しいと、投票数が閾値以上となるセルが存在せず、格子線x1〜x21、y1〜y21を認識できない場合がある。 However, the distortion of the grid lines x 1 ~x 21, y 1 ~y 21 in the observation image is intense, there is no cell number of votes is equal to or greater than the threshold value, the grid lines x 1 ~x 21, y 1 ~y 21 May not be recognized.
そこで、図8に示される次のステップP2では、格子線x1〜x21、y1〜y21を認識できるかどうかの判断を行う。 Therefore, in the next step P2 shown in FIG. 8, it is determined whether to recognize grid lines x 1 ~x 21, y 1 ~y 21.
そして、ステップP2において格子線を認識できる(YES)と判断した場合は、ステップP3に移行する。 If it is determined in step P2 that the grid lines can be recognized (YES), the process proceeds to step P3.
ステップP3では、上記のHough変換像に基づいて、各格子線x1〜x21、y1〜y21の交点である格子点の位置座標を以下のようにして算出する。 In step P3, based on the Hough transform image of the to calculate the position coordinates of the grid point which is the intersection of each grid line x 1 ~x 21, y 1 ~y 21 as follows.
まず、投票数が閾値以上となったセルの座標が上記のように(r1、θ1)〜(rn、θn)であるとする。このうちの二つの座標(ri、θi)、(rj、θj)に対応する実空間の直線は、上記の式(1)から、それぞれ次の式(2)、(3)のように書ける。 First, it is assumed that the coordinates of cells whose number of votes is equal to or greater than the threshold are (r 1 , θ 1 ) to (r n , θ n ) as described above. The straight lines in the real space corresponding to the two coordinates (r i , θ i ) and (r j , θ j ) are the following equations (2) and (3) from the above equation (1). Can be written as
このような計算を(r1、θ1)〜(rn、θn)の全ての二組について行うことで、観察像における各格子線x1〜x21、y1〜y21の全ての二組xs、ytの格子点Pstの位置座標(xst、yst)を算出する。 Such calculations (r 1, θ 1) ~ (r n, θ n) By performing all of the two sets of all of the grid lines x 1 ~x 21, y 1 ~y 21 in the observation image two sets x s, the position coordinates of the grid point P st of y t (x st, y st ) is calculated.
このようにHough変換を用いたパターン認識により、観察像における全ての格子点Pstの位置が、電磁レンズ系13に起因して発生した観察像の歪みを反映した実際位置として特定されたことになる。
Thus, by pattern recognition using the Hough transform, the positions of all lattice points P st in the observation image are specified as actual positions reflecting the distortion of the observation image caused by the
既述のように、Hough変換は、Hough空間のセルへの投票数により実空間の格子線を認識するものであり、実空間の格子線の線幅の中心が分からなくても、その格子線を認識することができる。従って、格子線の線幅が試料観察装置10の空間分解能よりも僅かに狭く、格子線の観察像が多少ぼやけても、Hough変換を用いれば格子線を認識することができる。
As described above, the Hough transform recognizes the grid line in the real space by the number of votes for the cell in the Hough space, and the grid line can be obtained even if the center of the line width of the grid line in the real space is not known. Can be recognized. Therefore, even if the line width of the grid line is slightly narrower than the spatial resolution of the
従って、表1〜表4のそれぞれの倍率レンジに対応して個別に作製される4種類の標準サンプルSでは、補正用パターン101の線幅を各倍率の空間分解能の上限に設定しなくても、各表における空間分解能の中間の値に補正用パターン101の線幅を設定することができる。
Therefore, in the four types of standard samples S produced individually corresponding to the magnification ranges in Tables 1 to 4, the line width of the
例えば、200〜2,000倍、4,000〜20,000倍、及び40,000〜200,000倍の各レンジでは、補正用パターン101の線幅をそれぞれ3.5μm、250nm、及び20nmとすればよい。
For example, in each range of 200 to 2,000 times, 4,000 to 20,000 times, and 40,000 to 200,000 times, the line width of the
また、400,000〜10,000,000倍の高倍率領域では、標準試料Sとして使用される結晶材料よりなる薄膜を、格子定数が1nm程度の結晶材料から構成すればよい。 In the high magnification region of 400,000 to 10,000,000 times, a thin film made of a crystal material used as the standard sample S may be made of a crystal material having a lattice constant of about 1 nm.
その後、図16に示すように、電磁レンズ系13に起因した歪みが観察像にない場合の二つの格子線xs、ytの格子点を理想格子点Qstとする。そして、このような理想格子点Qstを始点とし、上記した実際の格子点Pstを終点とする位置ずれベクトルΔrstを算出する。
Thereafter, as shown in FIG. 16, the distortion caused by the
これにより、電磁レンズ系13に起因した観察像の歪みにより、各格子点Pstが実際にどの程度位置ずれしたかを把握することができる。
Thereby, it is possible to grasp how much each lattice point Pst is actually displaced due to the distortion of the observation image caused by the
なお、位置ずれベクトルΔrstの算出は全ての格子点に対して行ってもよいが、計算が大変なときは、全ての格子点の中から複数の代表を選び、それらの代表についてのみ位置ずれベクトルΔrstを算出してもよい。 Note that the calculation of the misregistration vector Δr st may be performed for all grid points. However, when the calculation is difficult, a plurality of representatives are selected from all the grid points, and the misregistration is performed only for those representatives. The vector Δr st may be calculated.
また、図16では像回転機構で観察像を回転させた場合について例示しているが、図17のように低倍率領域で観察する場合も、上記と同じようにして位置ずれベクトルΔrstが算出される。 Further, FIG. 16 illustrates the case where the observation image is rotated by the image rotation mechanism. However, when the observation image is observed in the low magnification region as shown in FIG. 17, the positional deviation vector Δr st is calculated in the same manner as described above. Is done.
ところで、各格子点Pstは観察像において離散的に分布しているので、このままでは観察像の任意の点の位置ずれが分からない。 By the way, since each lattice point Pst is discretely distributed in the observation image, the positional deviation of an arbitrary point of the observation image cannot be known as it is.
そこで、一般的に知られている二次元の線形補間法を用いることにより、位置ずれベクトルΔrstに基づいて観察像の任意の点(X、Y)での位置ずれベクトルΔr(X, Y)を算出する。 Therefore, by using a generally known two-dimensional linear interpolation method, a positional deviation vector Δr (X, Y) at an arbitrary point (X, Y) of the observation image based on the positional deviation vector Δr st. Is calculated.
そして、その位置ずれベクトルΔr(X, Y)の成分表示を(ΔX(X, Y)、ΔY(X, Y))と表し、これを位置ずれデータD3として画像解析部19が備える記憶部20に格納する。
Then, the positional deviation vector [Delta] r (X, Y) component Show (ΔX (X, Y), ΔY (X, Y)) and represents a storage unit for
その位置ずれデータD3は、サブステップT5で得た観察条件データD1と対応付けて、位置ずれデータベースDBとして記憶部20に格納するのが好ましい。
Its displacement data D 3, in association with the observation condition data D 1 obtained in substep T5, preferably stored in the
図22は、そのデータベースDBの構造を模式的に示す図である。 FIG. 22 is a diagram schematically showing the structure of the database DB.
データベースDBは、電子ビームEBの加速電圧、電磁レンズ系13による電子ビームEBの偏向量、補正パターンの観察像の倍率、回転機構による該観察像の回転角度よりなる観察条件A、B、C、・・・と、これらの観察条件の各々において得られた位置ずれデータD3とを対応付けてなる。
The database DB includes observation conditions A, B, C, which include the acceleration voltage of the electron beam EB, the deflection amount of the electron beam EB by the
以上により、ステップS3を終了する。 Thus, step S3 is completed.
次に、ステップS4に移行する。 Next, the process proceeds to step S4.
ステップS4では、位置ずれデータD3を参照して、ステップS2で取得した画像データD2の輝度データI(X、Y)を、観察像の全ての点(X、Y)に対してI(X-ΔX(X, Y)、Y-ΔY(X, Y))と補正する。この補正は画像解析部19が自動で行う。
In step S4, with reference to the displacement data D 3, the luminance data I (X, Y) of the image data D 2 obtained in Step S2, and for all the points of the observation image (X, Y) I ( X- ΔX (X, Y ), Y- ΔY (X, Y)) are corrected. This correction is automatically performed by the
この補正により、観察像における点(X、Y)の輝度が、実際には点(X−ΔX(X, Y)、Y−ΔY(X, Y))における輝度であると認識されることになり、電磁レンズ系13に起因した歪みがない標準試料Sの観察像を得ることができる。
By this correction, the luminance of the point (X, Y) in the observed image is actually recognized as the luminance at the point (X−ΔX (X, Y), Y−ΔY (X, Y)). Thus, an observation image of the standard sample S free from distortion due to the
次いで、ステップS9に移行する。 Next, the process proceeds to step S9.
本ステップでは、ステップS4で得た歪みのない観察像に対して再びHough変換を行い、ステップP3のようにして再び各格子点Pstの位置座標(xst、yst)を算出し、理想格子点Qstと格子点Pstとの位置ずれが解消しているかどうかを判断する。この判断は、オペレータが行ってもよいし、画像解析部19が行ってもよい。
In this step, the Hough transform is performed again on the undistorted observation image obtained in step S4, and the position coordinates (x st , y st ) of each lattice point P st are calculated again as in step P3. It is determined whether or not the positional deviation between the lattice point Q st and the lattice point P st is eliminated. This determination may be made by the operator or the
そして、位置ずれが解消している(YES)と判断された場合は、本実施形態に係る試料観察装置の補正を終える。 When it is determined that the positional deviation has been eliminated (YES), the correction of the sample observation apparatus according to the present embodiment is finished.
一方、位置ずれが解消していない(NO)と判断された場合は、ステップS2〜S4をやり直す。この場合、例えばステップS4で行った位置ずれベクトルΔrstに対する二次元の線形補間法を変更する等して、位置ずれがなくなるようにする。 On the other hand, if it is determined that the positional deviation has not been eliminated (NO), steps S2 to S4 are performed again. In this case, for example, the positional deviation is eliminated by changing the two-dimensional linear interpolation method for the positional deviation vector Δr st performed in step S4.
また、ステップP2において、格子線x1〜x21、y1〜y21を認識できない(NO)と判断された場合は、ステップS5に移行する。 If it is determined in step P2 that the lattice lines x 1 to x 21 and y 1 to y 21 cannot be recognized (NO), the process proceeds to step S5.
そのステップS5では、ステップS1で説明したサブステップT3〜T6が、オペレータにより手動で行われる。 In step S5, the sub-steps T3 to T6 described in step S1 are manually performed by an operator.
但し、最初のステップT3では、標準試料Sに代えて、図18(a)の平面図に示されるような粗補正用試料40を試料搭載部16(図1参照)に搭載する。
However, in the first step T3, instead of the standard sample S, a
この粗補正用試料40は、複数の島状パターン40aが行列状に等ピッチで配列されてなる。
The
図18(b)は、図18(a)のII−II線に沿う断面図である。 FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
島状パターン40aは例えばシリコンよりなり、各パターン40aの間には酸化シリコン膜40bが埋め込まれる。このような粗補正用試料40は、例えば、シリコン基板の表面側に溝を形成し、その溝に酸化シリコン膜40bを埋め込み、シリコン基板の裏面側から研磨を行って研磨面に酸化シリコン膜40bを露出させて形成され得る。
The
このような粗補正用試料40に対してサブステップT3〜T6を行った後は、ステップS6に移行する。
After performing the sub-steps T3 to T6 on the
そのステップS6では、粗補正用試料40上で電子ビームEBを走査し、粗補正用試料40を透過した電子ビームEBを走査速度と同期してSTEM検出器17で捉えることにより、島状パターン40aの各々の観察像を得る。この一連の操作は、試料評価装置10が自動で行う。
In step S6, the electron beam EB is scanned on the
図19は、このようにして得られた島状パターン40aの観察像50の拡大図である。
FIG. 19 is an enlarged view of the
図示のように、各観察像50は、電磁レンズ系13に起因した観察像の歪みにより、歪みがない理想位置像51からずれて観察される。
As shown in the figure, each
また、この観察像50は、画像データD4として画像解析部19が備える記憶部20に格納される。その画像データD4は、各画素の位置(X、Y)と、その位置(X、Y)における輝度データI(X、Y)とを対応させてなる。
Also, the
次に、ステップS7に移行する。本ステップは、以下の操作が画像解析部19により自動的に行われる。
Next, the process proceeds to step S7. In this step, the following operation is automatically performed by the
まず、各観察像50が、理想位置像51からどのくらいずれているかを算出する。
First, how much each
図20は、その算出方法を模式的に示す平面図である。 FIG. 20 is a plan view schematically showing the calculation method.
算出に際しては、n行m列目の理想位置像51の中心Qnmを始点とし、n行m列目の観察像50の中心Pnmを終点とする位置ずれベクトルΔrnmを算出する。
In calculation, the center Q nm of n row m-th column of the
そして、一般的に知られている二次元の線形補間法を用いて、位置ずれベクトルΔrnmに基づいて観察像の任意の点(X、Y)での位置ずれベクトルΔr(X, Y)を算出する。 Then, using a generally known two-dimensional linear interpolation method, a positional deviation vector Δr (X, Y) at an arbitrary point (X, Y) of the observation image is calculated based on the positional deviation vector Δr nm. calculate.
その後、位置ずれベクトルΔr(X, Y)の成分表示を(ΔX(X, Y)、ΔY(X, Y))と表し、これを位置ずれデータD5として画像解析部19が備える記憶部20に格納する。
Thereafter, the component display of the positional deviation vector Δr (X, Y) is represented as (ΔX (X, Y), ΔY (X, Y)), and this is stored as positional deviation data D 5 in the storage unit 20 included in the
更に、ステップS6で取得した画像データD4の輝度データI(X、Y)を、観察像の全ての点(X、Y)に対し、I(X-ΔX(X, Y)、Y-ΔY(X, Y))と補正する。 Further, the luminance data I (X , Y) of the image data D 4 acquired in step S6 is obtained by using I (X- ΔX (X, Y ), Y- Correct with Δ Y (X, Y)) .
これにより、観察像における点(X、Y)の輝度が、実際には点(X−ΔX(X, Y)、Y−ΔY(X, Y))における輝度であると認識されることになり、電磁レンズ系13に起因した歪みがない島状パターン40aの観察像を得ることができる。
As a result, the luminance of the point (X, Y) in the observed image is actually recognized as the luminance at the point (X−ΔX (X, Y), Y−ΔY (X, Y)). An observation image of the
以上により、ステップS7を終了する。 Thus, step S7 is completed.
次に、ステップS8に移行し、上記の補正によって各々の島状パターン40aの位置ずれがなくなったかどうかを判断する。この判断は、オペレータが行ってもよいし、画像解析部19が自動で行ってもよい。
Next, the process proceeds to step S8, where it is determined whether or not each
判断に際しては、図21に示すように、観察像50の二次元フーリエ変換像52を求める。フーリエ空間内の点は、実空間のX軸とY軸に対応した空間周波数kx、kyにより特定される。
In the determination, a two-dimensional
フーリエ変換像52の大きさは、観察像50の配列ピッチ(間隔)により定まる。例えば、観察像50に歪みがない場合、観察像50の配列ピッチがd0で、フーリエ変換像52の外接円C0の直径がk0であるとする。これに対し、観察像50が歪んでそのピッチdがd0よりも大きくなると、フーリエ変換像52の外接円Cの直径kはk0よりも小さくなる。
The size of the
従って、外接円Cの直径kがk0よりも小さい場合に観察像50の位置ずれがあると判断し、直径kがk0に等しい場合に位置ずれが解消されたと判断できる。
Accordingly, the diameter k of the circumscribed circle C is determined that there is a positional deviation of the
このような判断の結果、位置ずれが解消された(YES)と判断された場合は、粗補正を終了し、ステップS1のサブステップT3に戻り、標準試料SとHough変換とを用いた精密な補正を行う。 As a result of such determination, when it is determined that the positional deviation has been eliminated (YES), the coarse correction is finished, the process returns to the sub-step T3 of step S1, and a precise measurement using the standard sample S and the Hough transform is performed. Make corrections.
一方、位置ずれが解消されていない(NO)と判断された場合は、ステップS6、S7に戻り、位置ずれベクトルΔrnmに対する二次元の線形補間法を変更する等して、位置ずれが解消されるようにする。 On the other hand, if it is determined that the positional deviation has not been eliminated (NO), the process returns to steps S6 and S7, and the positional deviation is eliminated by changing the two-dimensional linear interpolation method for the positional deviation vector Δr nm . So that
以上により、本実施形態に係る試料観察装置の補正方法の主要ステップを終了する。 Thus, the main steps of the sample observation apparatus correction method according to the present embodiment are completed.
この後は、試料搭載部16(図1参照)から補正用試料Sを外し、半導体チップ等の観察用試料をその試料搭載部16に載せる。
Thereafter, the correction sample S is removed from the sample mounting portion 16 (see FIG. 1), and an observation sample such as a semiconductor chip is placed on the
そして、その観察用試料の観察条件に対応した位置ずれデータベースDB(図22参照)中の位置ずれデータD3を参照し、観察用試料の観察像に歪みがなくなるように、検出器17から出力される観察用試料の画像データを補正する。
Then, the corresponding to the viewing conditions of the observation specimen position displacement database DB with reference to the displacement data D 3 in (see FIG. 22), so that the distortion disappears in the observation image of the sample for observation, the output from the
その補正の仕方は、ステップS4におけるのと同様である。すなわち、画像解析部19で作製される観察用試料の画像データ中の輝度データI(X, Y)を、全ての点(X、Y)に対してI(X-ΔX(X, Y)、Y-ΔY(X, Y))と補正する。
The correction method is the same as in step S4. That is, the luminance data I (X, Y) in the image data of the observation sample produced by the
上記した本実施形態によれば、ステップ(S3)で算出された補正用パターン101の格子点Pstの位置ずれが無くなるように、ステップ(S4)で画像データD2を補正するので、像回転機構を用いる場合や、低倍率で観察する場合に発生する観察像の歪みを防止することができる。
According to the embodiment described above, so that the position deviation of the lattice point P st of the
また、格子点Pstを認識するために行われるHough変換では、像の歪みによって格子線が直線から外れて僅かに曲線状となった場合であっても、実空間の直線をHough空間の点として捉えるため、式(4)の連立方式を解くことで容易に格子点の座標を求めることができる。 In addition, in the Hough transform performed for recognizing the lattice point Pst , even if the lattice line deviates from the straight line due to image distortion and becomes slightly curved, the straight line in the real space is converted to a point in the Hough space. Therefore, the coordinates of the lattice points can be easily obtained by solving the simultaneous method of Equation (4).
更に、位置ずれの結果を位置ずれデータベースDB(図22参照)として格納しておくことで、半導体チップのような観察用試料を観察するときに、そのデータベースDBを参照して観察像の歪みを補正することができる。これにより、例えばチップの設計レイアウトを含むCADデータを試料観察装置10に入力することで、設計レイアウトと観察像とを精度良く重ね合わせながら、試料観察装置10側でチップ内の不良箇所を自動的に認識させることができるようになる。
Further, by storing the result of the positional deviation as a positional deviation database DB (see FIG. 22), when observing an observation sample such as a semiconductor chip, the distortion of the observation image can be reduced with reference to the database DB. It can be corrected. Thus, for example, by inputting CAD data including the design layout of the chip to the
以下に、本発明の特徴を付記する。 The features of the present invention are added below.
(付記1) (S1) 電磁レンズ系を透過した荷電粒子ビームを、補正用パターンが形成された標準試料に当てるステップと、
(S2) 前記標準試料に当てられた前記荷電粒子ビームを検出器で検出することにより、前記補正用パターンの観察像を得るステップと、
(S3) 前記電磁レンズ系に起因して発生した前記観察像の歪みにより、該補正用パターンの複数の基準点が前記観察像においてどの程度位置ずれしたかを算出するステップと、
(S4) 前記位置ずれが無くなるように、前記観察像の画像データを補正するステップと、
を有することを特徴とする試料観察装置の補正方法。
(Appendix 1) (S1) A step of applying a charged particle beam transmitted through an electromagnetic lens system to a standard sample on which a correction pattern is formed;
(S2) obtaining an observation image of the correction pattern by detecting the charged particle beam applied to the standard sample with a detector;
(S3) calculating how much the plurality of reference points of the correction pattern are displaced in the observation image due to distortion of the observation image caused by the electromagnetic lens system;
(S4) correcting the image data of the observation image so as to eliminate the displacement, and
A correction method for a sample observation apparatus, comprising:
(付記2) 前記ステップ(S3)は、前記観察像における前記基準点の位置をパターン認識により実際位置として特定し、前記歪みがない場合の前記基準点の理想位置と前記実際位置とのずれを算出して行われることを特徴とする付記1に記載の試料観察装置の補正方法。
(Supplementary Note 2) In the step (S3), the position of the reference point in the observation image is specified as an actual position by pattern recognition, and a deviation between the ideal position of the reference point and the actual position when there is no distortion is determined. The correction method of the sample observation apparatus according to
(付記3) 前記ステップ(S3)は、前記複数の基準点のそれぞれについて、前記理想位置を始点とし前記実際位置を終点とするベクトルを位置ずれベクトルとして算出して行われることを特徴とする付記2に記載の試料観察装置の補正方法。 (Supplementary Note 3) The step (S3) is performed by calculating, as a displacement vector, a vector having the ideal position as a start point and the actual position as an end point for each of the plurality of reference points. 3. A method for correcting the sample observation apparatus according to 2.
(付記4) 前記補正用パターンとして複数の格子線よりなる格子状のパターン使用し、前記基準点として前記格子線の交点を使用するとともに、
前記ステップ(S3)は、
(P1) 前記複数の格子線のそれぞれの観察像をHough変換によりHough空間の点にマップするステップと、
(P2) 前記Hough空間の前記点の位置座標から、前記複数の格子線の交点の位置を前記実際位置として算出するステップとを有することを特徴とする付記2に記載の試料観察装置の補正方法。
(Additional remark 4) While using the grid | lattice-like pattern which consists of a some grid line as said correction pattern, and using the intersection of the said grid line as said reference | standard point,
The step (S3)
(P1) mapping each observation image of the plurality of grid lines to a point in the Hough space by Hough transformation;
(P2) The method for correcting a sample observation apparatus according to appendix 2, further comprising: calculating the position of the intersection of the plurality of grid lines as the actual position from the position coordinates of the point in the Hough space. .
(付記5) 前記ステップ(P1)において、前記格子状の補正用パターンのHough変換像が得られない場合、
(S5) 前記電磁レンズ系を透過した前記荷電粒子ビームを、複数の島状パターンが行列状に配列されてなる粗補正用試料に当てるステップと、
(S6) 前記粗補正用試料に当てられた前記荷電粒子ビームを前記検出器で検出することにより、前記複数の島状パターンの各々の観察像を得るステップと
(S7) 前記電磁レンズ系に起因して発生した前記複数の島状パターンの各々の前記観察像の位置ずれを求め、該位置ずれが無くなるように、前記島状パターンの観察像の画像データを補正するステップとを更に有することを特徴とする付記4に記載の試料観察装置の補正方法。
(Supplementary Note 5) In the step (P1), when a Hough transform image of the lattice-shaped correction pattern cannot be obtained,
(S5) applying the charged particle beam transmitted through the electromagnetic lens system to a rough correction sample in which a plurality of island-shaped patterns are arranged in a matrix; and
(S6) obtaining an observation image of each of the plurality of island patterns by detecting the charged particle beam applied to the rough correction sample with the detector;
(S7) Obtain the positional deviation of the observation image of each of the plurality of island-shaped patterns generated due to the electromagnetic lens system, and image data of the observation image of the island-shaped pattern so as to eliminate the positional deviation The correction method of the sample observation apparatus according to appendix 4, further comprising a step of correcting.
(付記6) (S8) 前記ステップ(S7)を行ったことにより、前記複数の島状パターンの各々の前記観察像の位置ずれがなくなったかどうかを判断するステップを更に有することを特徴とする付記5に記載の試料観察装置の補正方法。 (Supplementary Note 6) (S8) The method further includes the step of determining whether or not the observation image of each of the plurality of island patterns has been misplaced by performing the step (S7). 5. A method for correcting a sample observation apparatus according to 5.
(付記7) 前記ステップ(S8)は、前記補正後の前記複数の島状パターンの観察像の二次元フーリエ変換像を求め、該二次元フーリエ変換像の外接円の直径が、位置ずれがない場合の直径よりも小さい場合に、前記島状パターンの位置ずれがあると判断して行われることを特徴とする付記6に記載の試料観察装置の補正方法。 (Additional remark 7) The said step (S8) calculates | requires the two-dimensional Fourier-transform image of the observation image of the said several island-shaped pattern after the correction | amendment, and the diameter of the circumcircle of this two-dimensional Fourier-transform image has no position shift. The correction method of the sample observation apparatus according to appendix 6, wherein the correction is performed by determining that there is a displacement of the island pattern when the diameter is smaller than the case diameter.
(付記8) 前記ステップ(S3)において、前記位置ずれを、前記荷電粒子ビームの加速電圧、前記電磁レンズ系による前記荷電粒子ビームの偏向量、前記補正パターンの前記観察像の倍率、及び該観察像の回転角度の少なくとも一つを含む観察条件と対応付けてデータベースに格納し、
特定の観察条件で観察用試料を観察する場合に、該観察条件に対応した前記データベース中の前記位置ずれを参照し、前記観察用試料の観察像に歪みがなくなるように、該観察用試料の画像データを補正することを特徴とする付記1に記載の試料観察装置の補正方法。
(Supplementary Note 8) In the step (S3), the positional deviation is determined based on the acceleration voltage of the charged particle beam, the deflection amount of the charged particle beam by the electromagnetic lens system, the magnification of the observation image of the correction pattern, and the observation. Store it in a database in association with viewing conditions that include at least one of the image rotation angles,
When observing an observation sample under a specific observation condition, refer to the positional deviation in the database corresponding to the observation condition, so that the observation image of the observation sample is free from distortion. The correction method of the sample observation apparatus according to
(付記9) 荷電粒子ビームを発生し加速する荷電粒子銃と、
補正用パターンが形成された標準試料に前記荷電粒子ビームを収束させる電磁レンズ系と、
前記標準試料に当てられた前記荷電粒子ビームの強度を検出信号に変換する検出器と、
前記検出信号から前記画像データを作成する画像解析部とを有し、
前記画像解析部が、前記電磁レンズ系に起因して発生した前記補正用パターンの前記観察像の歪みにより、該補正用パターンの複数の基準点が前記観察像においてどの程度位置ずれしたかを算出し、前記位置ずれが無くなるように前記画像データを補正することを特徴とする試料観察装置。
(Appendix 9) a charged particle gun that generates and accelerates a charged particle beam;
An electromagnetic lens system for focusing the charged particle beam on a standard sample on which a correction pattern is formed;
A detector that converts the intensity of the charged particle beam applied to the standard sample into a detection signal;
An image analysis unit that creates the image data from the detection signal;
The image analysis unit calculates how much the plurality of reference points of the correction pattern are displaced in the observation image due to distortion of the observation image of the correction pattern caused by the electromagnetic lens system. And correcting the image data so that the positional deviation is eliminated.
(付記10) 前記画像解析部における前記位置ずれの算出は、
前記観察像における前記基準点の位置をパターン認識により実際位置として特定し、前記歪みがない場合の前記基準点の理想位置と前記実際位置とのずれを算出して行われることを特徴とする付記9に記載の試料観察装置。
(Supplementary Note 10) The calculation of the displacement in the image analysis unit is as follows.
The position of the reference point in the observation image is specified as an actual position by pattern recognition, and a deviation between the ideal position of the reference point and the actual position when there is no distortion is calculated. 9. The sample observation apparatus according to 9.
(付記11) 前記画像解析部における前記位置ずれの算出は、
格子状のパターンよりなる前記補正用パターンの複数の格子線のそれぞれの観察像をHough変換によりHough空間の点にマップし、
前記Hough空間の前記点の位置座標から、前記複数の格子線の交点の位置を前記実際位置として算出して行われることを特徴とする付記10に記載の試料観察装置。
(Supplementary Note 11) The calculation of the positional deviation in the image analysis unit is as follows.
Each observation image of the plurality of grid lines of the correction pattern made of a grid pattern is mapped to a point in the Hough space by Hough transformation,
The sample observation apparatus according to
(付記12) 前記基準点の前記位置ずれを、前記荷電粒子ビームの加速電圧、前記電磁レンズ系による前記荷電粒子ビームの偏向量、前記補正パターンの前記観察像の倍率、及び該観察像の回転角度の少なくとも一つを含む観察条件と対応付けてなるデータベースが格納された記憶部を更に有し、
特定の観察条件で観察用試料を観察する場合に、前記画像解析部は、該観察条件に対応した前記データベース中の前記位置ずれを参照し、前記観察用試料の観察像に歪みがなくなるように、前記観察用試料の画像データを補正することを特徴とする付記9に記載の試料観察装置。
(Supplementary Note 12) The positional deviation of the reference point is determined by the acceleration voltage of the charged particle beam, the deflection amount of the charged particle beam by the electromagnetic lens system, the magnification of the observation image of the correction pattern, and the rotation of the observation image. A storage unit storing a database associated with an observation condition including at least one of the angles;
When observing an observation sample under a specific observation condition, the image analysis unit refers to the positional deviation in the database corresponding to the observation condition so that the observation image of the observation sample is free from distortion. The sample observation apparatus according to appendix 9, wherein image data of the observation sample is corrected.
10…試料評価装置、11…筐体、12…電子銃、13…電磁レンズ系、13a、13b…第1、第2収束レンズ、13c…対物レンズ、14…走査・偏向レンズ、15…絞り、16…試料搭載部、17…STEM検出器、19…画像解析部、20…記憶部、30…観察像、40…粗補正用試料、40a…島状パターン、40b…酸化シリコン膜、50…観察像、51…理想位置像、52…観察像の二次元フーリエ変換像、100…シリコン基板、100a…溝、101…補正用パターン、S…補正用試料。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
(S2) 前記標準試料に当てられた前記荷電粒子ビームを検出器で検出することにより、前記補正用パターンの観察像を得るステップと、
(S3) 前記電磁レンズ系に起因して発生した前記観察像の歪みにより、該補正用パターンの複数の基準点が前記観察像においてどの程度位置ずれしたかを算出するステップと、
(S4) 前記位置ずれが無くなるように、前記観察像の画像データを補正するステップと、
を有し、
前記ステップ(S3)は、前記複数の基準点のそれぞれについて、前記観察像における前記基準点の位置をパターン認識により実際位置として特定し、前記歪がない場合の前記基準点の理想位置を始点とし前記実際位置を終点とする位置ずれベクトルを算出して行われることを特徴とする試料観察装置の補正方法。 (S1) applying a charged particle beam transmitted through the electromagnetic lens system to a standard sample on which a correction pattern is formed;
(S2) obtaining an observation image of the correction pattern by detecting the charged particle beam applied to the standard sample with a detector;
(S3) calculating how much the plurality of reference points of the correction pattern are displaced in the observation image due to distortion of the observation image caused by the electromagnetic lens system;
(S4) correcting the image data of the observation image so as to eliminate the displacement, and
I have a,
In the step (S3), for each of the plurality of reference points, the position of the reference point in the observation image is specified as an actual position by pattern recognition, and the ideal position of the reference point when there is no distortion is used as a starting point. A correction method for a sample observation apparatus, which is performed by calculating a displacement vector having the actual position as an end point .
前記ステップ(S3)は、
(P1) 前記複数の格子線のそれぞれの観察像をHough変換によりHough空間の点にマップするステップと、
(P2) 前記Hough空間の前記点の位置座標から、前記複数の格子線の交点の位置を前記実際位置として算出するステップとを有することを特徴とする請求項1に記載の試料観察装置の補正方法。 Using a lattice-shaped pattern composed of a plurality of lattice lines as the correction pattern, and using an intersection of the lattice lines as the reference point,
The step (S3)
(P1) mapping each observation image of the plurality of grid lines to a point in the Hough space by Hough transformation;
(P2) The correction of the sample observation apparatus according to claim 1, further comprising a step of calculating a position of an intersection of the plurality of grid lines as the actual position from a position coordinate of the point in the Hough space. Method.
特定の観察条件で観察用試料を観察する場合に、該観察条件に対応した前記データベース中の前記位置ずれベクトルを参照し、前記観察用試料の観察像に歪みがなくなるように、該観察用試料の画像データを補正することを特徴とする請求項1に記載の試料観察装置の補正方法。 In the step (S3), the positional deviation vector is calculated using the acceleration voltage of the charged particle beam, the deflection amount of the charged particle beam by the electromagnetic lens system, the magnification of the observation image of the correction pattern , and the observation image. Store in the database in association with the observation conditions including at least one of the rotation angles,
When observing an observation sample under a specific observation condition, refer to the positional displacement vector in the database corresponding to the observation condition so that the observation image of the observation sample is free from distortion. The correction method of the sample observation apparatus according to claim 1, wherein the image data is corrected.
補正用パターンが形成された標準試料に前記荷電粒子ビームを収束させる電磁レンズ系と、
前記標準試料に当てられた前記荷電粒子ビームの強度を検出信号に変換する検出器と、
前記検出信号から画像データを作成する画像解析部とを有し、
前記画像解析部が、前記電磁レンズ系に起因して発生した前記補正用パターンの観察像の歪みにより、該補正用パターンの複数の基準点が前記観察像においてどの程度位置ずれしたかを、前記複数の基準点のそれぞれについて、前記観察像における前記基準点の位置をパターン認識により実際位置として特定し、前記歪がない場合の前記基準点の理想位置を始点とし前記実際位置を終点とする位置ずれベクトルとして算出し、前記位置ずれが無くなるように前記画像データを補正することを特徴とする試料観察装置。 A charged particle gun that generates and accelerates a charged particle beam;
An electromagnetic lens system for focusing the charged particle beam on a standard sample on which a correction pattern is formed;
A detector that converts the intensity of the charged particle beam applied to the standard sample into a detection signal;
An image analysis unit that creates image data from the detection signal;
The image analysis unit determines how much the plurality of reference points of the correction pattern are displaced in the observation image due to distortion of the observation image of the correction pattern caused by the electromagnetic lens system. For each of a plurality of reference points, the position of the reference point in the observation image is specified as an actual position by pattern recognition, and the ideal position of the reference point when there is no distortion is the start point and the actual position is the end point A sample observation apparatus, wherein the sample data is calculated as a deviation vector and the image data is corrected so that the positional deviation is eliminated.
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