JP6403196B2 - 画像評価方法および荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像評価方法および荷電粒子ビーム装置に関する。
例えば、ＦＩＢ−ＳＥＭ（ＦＩＢ機能を付加した走査電子顕微鏡）を用いた３次元画像再構築や、エネルギー分散型Ｘ線分析、波長分散型Ｘ線分析、電子線後方散乱回折法等を行う際には、電子顕微鏡を用いて長時間にわたって連続的に画像を取得したり分析結果のデータを蓄積したりしなければならない。
このような分析や、観察、加工を行う際には、データ取得が長期的であること、特に、ＦＩＢ−ＳＥＭの場合、試料を加工する破壊検査であるため、失敗が許されず電子線照射領域を一定に保つ技術が必要となる。電子線照射領域を一定に保つための手法の一つとして、パターンマッチングを用いて電子線照射位置を補正する手法が知られている。
例えば、特許文献１には、ＦＩＢ−ＳＥＭを用いて３次元画像を再構築する際にあらかじめ集束イオンビームを利用して補正用マークを形成し、当該補正用マークを基準としてパターンマッチングを行い、照射位置を補正する技術が開示されている。
具体的には、ＦＩＢを利用して補正用マークを試料に形成し、ＦＩＢにより試料をエッチング加工して断面を露出させた後に、当該露出させた断面を補正用マークが視野に含まれるようにＳＥＭ観察して断面像を取得する。そして、補正用マークを基準としてパターンマッチングにより照射位置を補正した後に、再びＦＩＢにより試料を加工して断面を露出させ、ＳＥＭ観察を行う。これを繰り返すことにより、ドリフトの影響が低減された複数の断面像を取得することができる。したがって、複数の断面像を正確に重ね合わせて３次元画像の再構築を行うことができる。
パターンマッチングは、例えば、あらかじめ取得された画像（基準画像）の一部をテンプレート画像とし、その後に同一の観察条件（加速電圧、倍率など）で撮影された画像との間で、テンプレート画像のずれの大きさやずれの方向を比較することで行われる。
特開２００８−２７００７３号公報
しかしながら、どのような画像がテンプレートとして適切か否かは、マッチングの手法によるところが大きく、マッチングの手法に精通し経験が豊富なユーザーでなければ、その判断は難しい。テンプレートが適切でない場合、比較用画像に対するパターンマッチングを正確に行うことができずに、画像間のずれの大きさやずれの方向を正確に求めることができない。
そのため、従来、テンプレート画像が適切か否かの評価は、実際に連続的に画像を取得してパターンマッチングを行うことで行わなければならなかった。このとき、ユーザーはパターンマッチングが正確に行われて装置が正常に動作するかを常に監視していなければならず負担が大きい。
したがって、このようなマッチングの手法に精通し経験が豊富なユーザー等でなくても、また実際に連続的に画像を取得してパターンマッチングを行わなくても、パターンマッチングに使用するテンプレート画像が適切か否かの評価を行うことができる評価方法が望まれている。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる画像評価方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
（１）本発明に係る画像評価方法は、
荷電粒子ビーム装置におけるパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法であって、
基準画像の領域の一部を指定して前記テンプレート画像を取得するテンプレート画像取得工程と、
前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を、第１方向に第１移動量だけ移動させて第１比較画像を取得する第１比較画像取得工程と、
前記テンプレート画像と前記第１比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う第１評価工程と、
前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を、前記第１方向と直交する第２方向に第２移動量だけ移動させて第２比較画像を取得する第２比較画像取得工程と、
前記テンプレート画像と前記第２比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う第２評価工程と、
を含み、
前記第１評価工程では、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第１比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第１移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行い、
前記第２評価工程では、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第２比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第２移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行う。
このような画像評価方法では、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる。また、このような画像評価方法では、第１方向におけるテンプレート画像の評価および第２方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。したがって、テンプレート画像がどの方向に特徴が少ないのかを評価することができる。
また、このような画像評価方法では、第１方向におけるテンプレート画像の評価および第２方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。
（２）本発明に係る画像評価方法において、
前記第１比較画像取得工程では、前記荷電粒子ビーム装置において観察視野を移動させて撮影を行うことで前記第１比較画像を取得し、
前記第２比較画像取得工程では、前記荷電粒子ビーム装置において観察視野を移動させて撮影を行うことで前記第２比較画像を取得してもよい。
このような画像評価方法では、荷電粒子ビーム装置で撮影を行うことによって、第１比較画像および第２比較画像を取得することができる。
（３）本発明に係る画像評価方法において、
前記第１比較画像取得工程では、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて前記第１比較画像を取得し、
前記第２比較画像取得工程では、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて前記第２比較画像を取得してもよい。
このような画像評価方法では、画像処理により第１比較画像および第２比較画像を取得することができるため、例えば荷電粒子ビーム装置で撮影を行うことで第１比較画像および第２比較画像を取得する場合と比べて、撮影に係る時間や手間を省くことができ、効率よくテンプレート画像の評価を行うことができる。
（４）本発明に係る画像評価方法は、
荷電粒子ビーム装置におけるパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法であって、
基準画像の領域の一部を指定して前記テンプレート画像を取得するテンプレート画像取得工程と、
前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を、第１方向に第１移動量だけ移動させ、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に第２移動量だけ移動させて比較画像を取得する比較画像取得工程と、
前記テンプレート画像と前記比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う評価工程と、
を含み、
前記評価工程では、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記比較画像における前記テンプレート画像の位置との間の前記第１方向のずれ量および前記第２方向のずれ量を求め、前記第１方向のずれ量と前記第１移動量との比、および前記第２方向のずれ量と前記第２移動量との比の少なくとも一方から、前記テンプレート画像の評価を行う。
このような画像評価方法では、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる。また、このような画像評価方法では、第１方向におけるテンプレート画像の評価および第２方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。したがって、テンプレート画像がどの方向に特徴が少ないのかを評価することができる。
さらに、このような画像評価方法では、１つの比較画像でテンプレート画像を評価することができるため、例えば２つの比較画像でテンプレート画像を評価する場合と比べて、比較画像を取得する時間や手間を低減させることができる。
また、このような画像評価方法では、第１方向におけるテンプレート画像の評価および第２方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。
（５）本発明に係る画像評価方法において、
前記比較画像取得工程では、前記荷電粒子ビーム装置において観察視野を移動させて撮影を行うことで前記比較画像を取得してもよい。
このような画像評価方法では、荷電粒子ビーム装置で撮影を行うことによって、テンプ
レート画像を評価するための比較画像を取得することができる。
（６）本発明に係る画像評価方法において、
前記比較画像取得工程では、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて前記比較画像を取得してもよい。
このような画像評価方法では、画像処理により比較画像を取得することができるため、例えば荷電粒子ビーム装置で撮影を行うことで比較画像を取得する場合と比べて、撮影に係る時間や手間を省くことができ、効率よくテンプレート画像の評価を行うことができる。
（７）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
試料に荷電粒子ビームを照射して画像を取得する荷電粒子ビーム装置であって、
基準画像の領域の一部を指定して得られたテンプレート画像、前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を第１方向に第１移動量だけ移動させた第１比較画像、および前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を前記第１方向と直交する第２方向に第２移動量だけ移動させた第２比較画像を取得する画像取得部と、
前記テンプレート画像と前記第１比較画像および前記テンプレート画像と前記第２比較画像の少なくとも一方をパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う評
価部と、
を含み、
前記評価部は、
パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第１比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第１移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行い、
パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第２比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第２移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行う。
このような荷電粒子ビーム装置では、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる。また、このような荷電粒子ビーム装置では、第１方向におけるテンプレート画像の評価および第２方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。したがって、テンプレート画像がどの方向に特徴が少ないのかを評価することができる。
（８）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記第１比較画像および前記第２比較画像は、観察視野を移動させて撮影を行うことで得られた画像であってもよい。
（９）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記第１比較画像および前記第２比較画像は、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させた画像であってもよい。
（１０）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
試料に荷電粒子ビームを照射して画像を取得する荷電粒子ビーム装置であって、
基準画像の領域の一部を指定して得られたテンプレート画像、および前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を第１方向に第１移動量だけ移動させ、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に第２移動量だけ移動させた比較画像を取得する画像取得部と、
前記テンプレート画像と前記比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う評価部と、
を含み、
前記評価部は、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記比較画像における前記テンプレート画像の位置との間の前記第１方向のずれ量および前記第２方向のずれ量を求め、前記第１方向のずれ量と前記第１移動量との比、および前記第２方向のずれ量と前記第２移動量との比の少なくとも一方から、前記テンプレート画像の評価を行う。
このような荷電粒子ビーム装置では、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる。また、このような荷電粒子ビーム装置では、第１方向におけるテンプレート画像の評価および第２方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。したがって、テンプレート画像がどの方向に特徴が少ないのかを評価することができる。
さらに、このような荷電粒子ビーム装置では、１つの比較画像でテンプレート画像を評価することができるため、例えば２つの比較画像でテンプレート画像を評価する場合と比べて、比較画像を取得する時間や手間を低減させることができる。
（１１）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記比較画像は、観察視野を移動させて撮影を行うことで得られた画像であってもよい。
（１２）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記比較画像は、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて得られた画像であってもよい。
第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を模式的に示す図。 基準画像の一例を模式的に示す図。 第１比較画像の一例を模式的に示す図。 第２比較画像の一例を模式的に示す図。 第１比較画像におけるテンプレート画像の移動方向および第２比較画像におけるテンプレート画像の移動方向を説明するための図。 第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を用いた３次元画像再構築方法の一例を示すフローチャート。 第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を用いたパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャート。 第３比較画像の一例を模式的に示す図。 第１実施形態の変形例に係る荷電粒子ビーム装置を用いたパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を模式的に示す図。 基準画像の一例を示すＳＥＭ像。 画像処理により視野をＸ方向に移動させた第１比較画像の一例を示す画像。 画像処理により視野をＹ方向に移動させた第２比較画像の一例を示す画像。 第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を用いたパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャート。 第２実施形態の変形例に係る荷電粒子ビーム装置を用いたパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャート。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． 荷電粒子ビーム装置
まず、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の構成を模式的に示す図である。
荷電粒子ビーム装置１００は、図１に示すように、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置と走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）とを合わせたデュアルビーム（Ｄｕａｌ Ｂｅａｍ、ＤＢ）装置である。荷電粒子ビーム装置１００では、ＦＩＢによる試料Ｓの加工、およびＳＥＭによる試料Ｓの撮影（観察）を行うことができる。
荷電粒子ビーム装置１００は、集束イオンビーム光学系１０と、電子ビーム光学系２０と、試料ステージ３０と、二次電子検出器４０と、ＦＩＢ制御装置５０と、ＳＥＭ制御装置５２と、ステージ制御装置５４と、処理部６０と、操作部７０と、表示部７２と、記憶部７４と、情報記憶媒体７６と、を含む。
集束イオンビーム光学系１０は、イオン源１１と、引き出し電極１２と、加速電極１３と、集束レンズ１４と、ビームブランキング電極１５と、可変マルチアパーチャー１６と、ビーム偏向電極１７と、対物レンズ１８と、を含んで構成されている。
イオン源１１は、イオンビームＩＢを発生させる。引き出し電極１２は、イオン源１１からイオンを引き出すための電極である。加速電極１３は、引き出し電極１２によってイオン源１１から引き出されたイオンを加速する電極である。
イオン源１１、引き出し電極１２、加速電極１３によって、イオンビームＩＢを発生させるためのイオン銃が構成される。イオン銃では、イオン源１１から引き出し電極１２によって引き出されたイオンを、加速電極１３で加速させることで、所定の加速電圧で加速されたイオンビームＩＢを放出することができる。
集束レンズ１４は、イオン源１１（イオン銃）で発生したイオンビームＩＢを集束させる。集束レンズ１４としては、静電レンズが用いられる。
ビームブランキング電極１５は、集束レンズ１４によって集束されたイオンビームＩＢの試料Ｓへの照射のオン・オフを制御する。
可変マルチアパーチャー１６は、ビームブランキング電極１５で照射がオンとされたイオンビームＩＢの電流を選択的に制限する。
ビーム偏向電極１７は、可変マルチアパーチャー１６によって電流が選択的に制限されたイオンビームＩＢを偏向する。ビーム偏向電極１７によってイオンビームＩＢを偏向させることで、イオンビームＩＢで試料Ｓ上を二次元的に走査することができる。
対物レンズ１８は、イオンビームＩＢの焦点を試料Ｓ上に合わせるためのレンズである。対物レンズ１８としては、静電レンズが用いられる。
荷電粒子ビーム装置１００では、集束イオンビーム光学系１０によりイオンビームＩＢを試料Ｓに照射させることにより、試料Ｓを加工（エッチング加工）することができる。
電子ビーム光学系２０は、電子源２１と、引き出し電極２２と、加速電極２３と、集束レンズ２４と、ビームブランキング電極２５と、アパーチャー２６と、ビーム偏向器２７と、対物レンズ２８と、を含んで構成されている。
電子源２１は、電子線（電子ビーム）ＥＢを発生させる。引き出し電極２２は、電子源２１から電子を引き出すための電極である。加速電極２３は、引き出し電極２２によって電子源２１から引き出された電子を加速する。
電子源２１、引き出し電極２２、加速電極２３によって、電子線ＥＢを発生させるための電子銃が構成される。電子銃では、電子源２１から引き出し電極２２によって引き出された電子を、加速電極２３で加速させることで、所定の加速電圧で加速された電子線ＥＢを放出することができる。なお、電子銃の構成は特に限定されず、例えば熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。
集束レンズ２４は、電子源２１（電子銃）で発生した電子線ＥＢを集束させる。集束レンズ２４としては、電磁レンズが用いられる。
ビームブランキング電極２５は、集束レンズ２４によって集束された電子線ＥＢの試料Ｓへの照射のオン・オフを制御する。
アパーチャー２６は、ビームブランキング電極２５で照射がオンとされた電子線ＥＢの電流を選択的に制限する。
ビーム偏向器２７は、電子線ＥＢを偏向させて、集束レンズ２４および対物レンズ２８で集束された電子線ＥＢで試料Ｓ上を走査するための部材である。
対物レンズ２８は、電子線ＥＢの焦点を試料Ｓ上に合わせるためのレンズである。対物レンズ２８としては、電磁レンズが用いられる。
荷電粒子ビーム装置１００では、電子ビーム光学系２０によって電子線ＥＢで試料Ｓを走査することにより、ＳＥＭ像を得ることができる。
試料ステージ３０は、試料Ｓを支持する。試料ステージ３０は、試料Ｓを水平方向（ＸＹ方向）へ２次元移動させることができる。試料ステージ３０は、さらに、試料Ｓを回転させたり、傾斜させたりすることができる。
二次電子検出器４０は、イオンビームＩＢや電子線ＥＢが試料Ｓに照射されることにより、試料Ｓで発生した二次電子を検出する。二次電子検出器４０は、例えば、シンチレーターおよび光電子増倍管を含んで構成されている。二次電子検出器４０で検出された二次電子の検出信号（強度信号）は、例えば、電子線ＥＢの走査信号と同期された画像データとして、処理部６０に送られる。これにより、ＳＥＭ像が得られる。
ＦＩＢ制御装置５０は、集束イオンビーム光学系１０を構成している各部１１，１２，
１３，１４，１５，１６，１７，１８を制御するための装置である。ＦＩＢ制御装置５０は、制御部６２から送られる制御信号に基づいて、集束イオンビーム光学系１０を構成している各部１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を制御する。
ＳＥＭ制御装置５２は、電子ビーム光学系２０を構成している各部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８を制御するための装置である。ＳＥＭ制御装置５２は、制御部６２から送られる制御信号に基づいて、電子ビーム光学系２０を構成している各部２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８を制御する。
ステージ制御装置５４は、試料ステージ３０を制御するための装置である。ステージ制御装置５４は、制御部６２から送られる制御信号に基づいて、試料ステージ３０を制御する。
操作部７０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部６０に送る処理を行う。操作部７０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
表示部７２は、処理部６０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部７２は、例えば、処理部６０で生成されたＳＥＭ像を表示する。また、表示部７２は、後述するパターンマッチングで使用するテンプレート画像の評価結果を表示する。
記憶部７４は、処理部６０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。記憶部７４は、処理部６０が各種の制御処理や計算処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部７４は、処理部６０の作業領域として用いられ、処理部６０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部７４には、後述するパターンマッチングに使用するためのテンプレート画像や、第１比較画像、第２比較画像を記憶させることができる。
情報記憶媒体７６（コンピューターにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部６０は、情報記憶媒体７６に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。情報記憶媒体７６には、処理部６０の各部としてコンピューターを機能させるためのプログラムを記憶することができる。
処理部６０は、情報記憶媒体７６に記憶されているプログラムに従って、各種の制御処理や計算処理を行う。処理部６０は、情報記憶媒体７６に記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する、制御部６２、画像取得部６４、評価部６６として機能する。処理部６０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。なお、処理部６０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。
処理部６０は、制御部６２と、画像取得部６４と、評価部６６と、を含む。
制御部６２は、集束イオンビーム光学系１０、電子ビーム光学系２０、および試料ステージ３０を制御する。制御部６２は、集束イオンビーム光学系１０を制御するための制御信号を生成し、当該制御信号を集束イオンビーム光学系１０に送る処理を行うことで、集束イオンビーム光学系１０を制御する。制御部６２は、電子ビーム光学系２０および試料ステージ３０についても、同様の処理を行うことで、電子ビーム光学系２０および試料ス
テージ３０を制御する。
制御部６２は、集束イオンビーム光学系１０、電子ビーム光学系２０、および試料ステージ３０を制御して、ＦＩＢによる試料Ｓの断面加工およびＳＥＭ観察を繰り返して３次元画像を構築するための複数の断面像（ＳＥＭ像）を撮影する連続撮影処理を行うことができる。
また、制御部６２では、電子ビーム光学系２０および試料ステージ３０を制御して、第１比較画像および第２比較画像を撮影する処理を行うことができる。これらの制御部６２の処理の詳細については、後述する「１．２． 画像評価方法」で説明する。
画像取得部６４は、テンプレート画像、第１比較画像、および第２比較画像を取得する。
テンプレート画像とは、パターンマッチングに使用される基準となる画像である。第１比較画像および第２比較画像は、テンプレート画像を評価するための画像である。
図２は、テンプレート画像Ｔを含む基準画像ＩＳの一例を模式的に示す図である。図３は、第１比較画像ＩＣ１の一例を模式的に示す図である。図４は、第２比較画像ＩＣ２の一例を模式的に示す図である。図２〜図４において、実線で示す外枠は、ＳＥＭ像のフレームを表している。図２〜図４には、互いに直交する２つの軸として、Ｘ軸およびＹ軸を図示している。
テンプレート画像Ｔは、図２に示すように、基準画像ＩＳの領域の一部を指定して得られた画像である。テンプレート画像Ｔは、例えば、電子ビーム光学系２０で試料Ｓを撮影して得られた基準画像ＩＳ（ＳＥＭ像）の領域の一部をユーザーが任意に指定することで得られる。テンプレート画像Ｔおよび基準画像ＩＳは、例えば、記憶部７４に記憶される。画像取得部６４は、記憶部７４からテンプレート画像Ｔを取得する。
第１比較画像ＩＣ１は、図３に示すように、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置をＸ方向（第１方向）に第１移動量Ｌｘだけ移動させた画像である。すなわち、第１比較画像ＩＣ１は、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置から、テンプレート画像Ｔを、Ｘ方向に第１移動量Ｌｘだけ移動させた画像である。第１比較画像ＩＣ１は、例えば、荷電粒子ビーム装置１００において基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野から観察視野を移動させて撮影を行うことで得ることができる。
第２比較画像ＩＣ２は、図４に示すように、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置をＹ方向（第２方向）に第２移動量Ｌｙだけ移動させた画像である。すなわち、第２比較画像ＩＣ２は、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置から、テンプレート画像Ｔを、Ｙ方向に第２移動量Ｌｙだけ移動させた画像である。第２比較画像ＩＣ２は、例えば、荷電粒子ビーム装置１００において基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野から観察視野を移動させて撮影を行うことで得ることができる。
移動量Ｌｘ，Ｌｙは、一定のピクセル量であることが好ましい。すなわち、観察倍率に連動させて試料ステージ３０による試料Ｓの移動量を変化させて、移動量Ｌｘ，Ｌｙを一定のピクセル量とすることが好ましい。例えば、移動量Ｌｘ，Ｌｙを１μｍ等の固定値にした場合、低い倍率では比較画像ＩＣ１，ＩＣ２の移動量Ｌｘ，Ｌｙが小さくなってしまい、パターンマッチングの精度が悪くなってしまう。移動量Ｌｘ，Ｌｙは、パターンマッチングの精度の観点から１００ピクセル以上であることが好ましい。第１移動量Ｌｘと第２移動量Ｌｙとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
図５は、第１比較画像ＩＣ１におけるテンプレート画像Ｔの移動方向および第２比較画像ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの移動方向を説明するための図である。図５に示すように、テンプレート画像Ｔが基準画像ＩＳのどの象限に位置しているかによって、比較画像ＩＣ１，ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの移動方向（比較画像ＩＣ１、ＩＣ２を取得する際にテンプレート画像Ｔを移動させる方向）を決定する。
具体的には、基準画像ＩＳにおいてテンプレート画像Ｔが第１象限に位置している場合には、第１比較画像ＩＣ１におけるテンプレート画像Ｔの移動方向は−Ｘ方向であり、第２比較画像ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの移動方向は−Ｙ方向である。テンプレート画像Ｔが第２象限に位置している場合には、第１比較画像ＩＣ１における移動方向は−Ｘ方向であり、第２比較画像ＩＣ２における移動方向は＋Ｙ方向である。テンプレート画像Ｔが第３象限に位置している場合には、第１比較画像ＩＣ１における移動方向は＋Ｘ方向であり、第２比較画像ＩＣ２における移動方向は−Ｙ方向である。テンプレート画像Ｔが第４象限に位置している場合には、第１比較画像ＩＣ１における移動方向は＋Ｘ方向であり、第２比較画像ＩＣ２における移動方向は＋Ｙ方向である。
このようにテンプレート画像Ｔが基準画像ＩＳのどの象限に位置しているかによって比較画像ＩＣ１，ＩＣ２を取得する際のテンプレート画像Ｔの移動方向を決定することにより、比較画像ＩＣ１，ＩＣ２においてテンプレート画像Ｔの一部が隠れてしまったりテンプレート画像Ｔが消えてしまったりすることを防ぐことができる。
第１比較画像ＩＣ１および第２比較画像ＩＣ２は、制御部６２が電子ビーム光学系２０および試料ステージ３０を制御することにより撮影される。比較画像ＩＣ１，ＩＣ２を撮影する際の視野の移動は、例えば、試料ステージ３０を制御することにより行われてもよい。なお、比較画像ＩＣ１，ＩＣ２を撮影する際の視野の移動は、ビーム偏向器２７を制御してイメージシフトにより行われてもよい。なお、イメージシフトとは、電子線ＥＢをビーム偏向器２７で偏向して視野を移動させることをいう。このようにして撮影された比較画像ＩＣ１，ＩＣ２を画像取得部６４で取得する。
評価部６６は、テンプレート画像Ｔと第１比較画像ＩＣ１とをパターンマッチングして、テンプレート画像Ｔの評価を行う。具体的には、評価部６６は、パターンマッチングにより基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置と第１比較画像ＩＣ１におけるテンプレート画像Ｔの位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と第１移動量Ｌｘとの比から、テンプレート画像Ｔの評価を行う。
例えば、評価部６６は、パターンマッチングにより第１比較画像ＩＣ１からテンプレート画像Ｔを検出し、第１比較画像ＩＣ１におけるテンプレート画像Ｔの位置情報を取得する。そして、評価部６６は、第１比較画像ＩＣ１におけるテンプレート画像Ｔの位置情報、および基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置情報から、基準画像ＩＳと第１比較画像ＩＣ１との間のテンプレート画像Ｔのずれ量を求める。パターンマッチングの手法は、特に限定されず正規化相関法等の公知の手法により行われる。
次に、評価部６６は、求めたずれ量と第１比較画像ＩＣ１の第１移動量Ｌｘとの比を求める。求めたずれ量をＤｘとすると、ずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比は、Ｄｘ／Ｌｘで表される。理想的には、求めたずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘは同じ値となるため、比Ｄｘ／Ｌｘは１となる。なお、ずれ量Ｄｘおよび第１移動量Ｌｘの単位は、例えば、ピクセル［ｐｉｘｅｌ］である。また、ずれ量Ｄｘおよび第１移動量Ｌｘは、その方向（正負）を考慮する必要がある。
評価部６６は、比Ｄｘ／Ｌｘが所定の範囲内にある場合には、Ｘ方向において、テンプレート画像Ｔが適切と判定する。また、評価部６６は、比Ｄｘ／Ｌｘが所定の範囲外である場合には、Ｘ方向において、テンプレート画像Ｔが適切でないと判定する。
判定基準となる比Ｄｘ／Ｌｘの範囲は、任意に設定することができる。例えば、視野移動を行う機構、すなわち、試料ステージ３０により視野移動、ビーム偏向器２７のイメージシフトによる視野移動には誤差を伴うため、判定基準となる範囲はこの誤差に基づき決定されてもよい。例えば、視野移動を行う機構が５％の誤差を持つ場合、判定基準は、０．９５≦Ｄｘ／Ｌｘ≦１．０５としてもよい。すなわち、評価部６６は、この不等式を満たした場合にテンプレート画像Ｔが適切と判定し、この不等式を満たさない場合にテンプレート画像Ｔが適切でないと判定する。
また、評価部６６は、同様に、テンプレート画像Ｔと第２比較画像ＩＣ２とをパターンマッチングして、テンプレート画像Ｔの評価を行う。具体的には、評価部６６は、パターンマッチングにより基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置と第２比較画像ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と第２移動量Ｌｙとの比から、テンプレート画像Ｔの評価を行う。
例えば、評価部６６は、パターンマッチングにより第２比較画像ＩＣ２からテンプレート画像Ｔを検出し、第２比較画像ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの位置情報を取得する。そして、評価部６６は、第２比較画像ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの位置情報、および基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置情報から、基準画像ＩＳと第２比較画像ＩＣ２との間のテンプレート画像Ｔのずれ量Ｄｙを求める。次に、評価部６６は、求めたずれ量Ｄｙと第２比較画像ＩＣ２の第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙを求め、比Ｄｙ／Ｌｙが所定の範囲内にある場合には、Ｙ方向において、テンプレート画像Ｔが適切と判定する。また、評価部６６は、比Ｄｙ／Ｌｙが所定の範囲外である場合には、Ｙ方向において、テンプレート画像Ｔが適切でないと判定する。
評価部６６は、例えば、テンプレート画像Ｔの評価結果を、表示部７２に表示させる制御を行う。評価部６６は、例えば、Ｘ方向におけるテンプレート画像Ｔの評価結果、およびＹ方向におけるテンプレート画像Ｔの評価結果をそれぞれ表示部７２に表示させる制御を行う。
１．２． 画像評価方法
次に、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を用いた、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、パターンマッチングで使用するテンプレート画像の画像評価方法を、荷電粒子ビーム装置１００における３次元画像再構築を行うための連続撮影処理に適用した例について説明する。
図６は、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００を用いた、３次元画像再構築を行うための連続撮影方法の一例を示すフローチャートである。
まず、テンプレート画像Ｔを取得する（ステップＳ１０）。
テンプレート画像Ｔは、荷電粒子ビーム装置１００で試料Ｓの任意の領域を撮影して得られた基準画像ＩＳから、ユーザーが任意の領域（特徴的なパターン等を含む領域）を指定することで決定される。このようにして基準画像ＩＳの領域の一部を指定して得られたテンプレート画像Ｔは、画像取得部６４で取得される。
次に、テンプレート画像Ｔを評価する画像評価処理を行う（ステップＳ１１）。この画像評価処理については後述する。
テンプレート画像Ｔの評価が行われた後（ステップＳ１１の後）に、３次元画像を構築するための複数の断面像を取得するための連続撮影を開始する（ステップＳ１２）。
例えば、ユーザーが試料Ｓの任意の領域（撮影領域）を指定し、操作部７０を介して、処理部６０に連続撮影の開始を要求すると、処理部６０は操作部７０からの操作信号を受け付けて連続撮影処理を開始する。なお、撮影領域は、テンプレート画像Ｔを含まない領域であってもよいし、テンプレート画像Ｔを含む領域であってもよい。
以下で説明する連続撮影処理（ステップＳ１３〜ステップＳ１９）は、処理部６０によって行われる。すなわち、荷電粒子ビーム装置１００では、３次元像再構築のための連続撮影が自動で行われる。
制御部６２は、まず、電子ビーム光学系２０および試料ステージ３０を制御して、試料Ｓの撮影領域の撮影を行う（ステップＳ１３）。撮影されたＳＥＭ像（断面像）は、記憶部７４に記憶される。
次に、制御部６２は、集束イオンビーム光学系１０を制御して、試料Ｓの撮影領域をＦＩＢによりエッチング加工する（ステップＳ１４）。これにより、試料Ｓの新たな断面が露出する。
次に、制御部６２は、電子ビーム光学系２０および試料ステージ３０を制御して、パターンマッチング用の画像を撮影し、パターンマッチング用の画像（ＳＥＭ像）を取得する（ステップＳ１５）。パターンマッチング用の画像は、基準画像ＩＳと同じ観察条件（試料Ｓの位置、観察倍率等）で撮影される。
次に、制御部６２は、テンプレート画像ＴとステップＳ１５で取得したパターンマッチング用の画像と、をパターンマッチングする（ステップＳ１６）。これにより、基準画像ＩＳとパターンマッチング用の画像との間のテンプレート画像Ｔのずれ量を求めることができる。
次に、制御部６２は、パターンマッチングの結果に基づいて試料ステージ３０を制御して、撮影視野を移動させる（ステップＳ１７）。これにより、試料Ｓのドリフト等による視野ずれを補正することができ、撮影視野を前回の撮影視野（ステップＳ１３で撮影したときの視野）に戻す（近づける）ことができる。
次に、制御部６２は、ステップＳ１７においてドリフトが補正された撮影視野で試料Ｓの撮影領域の撮影を行う（ステップＳ１８）。撮影されたＳＥＭ像（断面像）は、記憶部７４に記憶される。
次に、制御部６２は、予め設定された規定回数だけステップＳ１４〜ステップＳ１８の処理が行われたか否かを判定する処理を行う（ステップＳ１９）。
規定回数だけ処理が行われていない場合（ステップＳ１９でＮｏの場合）、制御部６２は、再び、ステップＳ１４〜ステップＳ１９の処理を行う。
規定回数だけ処理が行われた場合（ステップＳ１９でＹｅｓの場合）、制御部６２は、連続撮影処理を終了する。
以上の処理により、３次元像再構築するための複数の断面像（ＳＥＭ像）を撮影することができる。
次に、テンプレート画像の評価を行う画像評価処理（ステップＳ１１）について説明する。図７は、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００を用いた、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０（図６参照）においてテンプレート画像Ｔが取得されると、制御部６２は基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野から、Ｘ方向（例えば＋Ｘ方向）に所定の量だけ観察視野を移動させる処理を行う（ステップＳ１００）。これにより、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置から、テンプレート画像ＴをＸ方向に第１移動量Ｌｘだけ移動させることができる。
例えば、制御部６２は、基準画像ＩＳの撮影の後に、試料ステージ３０を制御して試料Ｓを移動させることにより、基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野を移動させる。
なお、制御部６２は、ビーム偏向器２７によるイメージシフトにより、観察視野を移動させてもよい。このことは、後述する視野を移動させる処理（ステップＳ１０４、Ｓ１０５，Ｓ１０９）においても同様である。
次に、画像取得部６４は、第１比較画像ＩＣ１を取得する（ステップＳ１０１）。第１比較画像ＩＣ１はステップＳ１００の観察視野において制御部６２が電子ビーム光学系２０を制御して電子線ＥＢで試料Ｓを走査することにより撮影される。そして、撮影された第１比較画像ＩＣ１を画像取得部６４が取得する。
次に、評価部６６がテンプレート画像Ｔと第１比較画像ＩＣ１とをパターンマッチングする（ステップＳ１０２）。これにより、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置と第１比較画像ＩＣ１におけるテンプレート画像Ｔの位置との間のずれ量Ｄｘを求めることができる。
次に、評価部６６がパターンマッチングの結果に基づいて、テンプレート画像Ｔが適切か否かの判定（テンプレート画像の評価）を行う（ステップＳ１０３）。評価部６６は、ステップＳ１０２で求めたずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比Ｄｘ／Ｌｘから、テンプレート画像Ｔの評価を行う。
パターンマッチングの結果、テンプレート画像Ｔが適切と判定された場合（ステップＳ１０３でＹｅｓの場合）、制御部６２は、試料ステージ３０を制御して、ステップＳ１００とは反対方向に（例えば−Ｘ方向に）所定の量だけ視野を移動させて、視野をもとの位置、すなわち基準画像ＩＳを撮影した位置に戻す処理を行う（ステップＳ１０４）。
次に、制御部６２は、基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野から、Ｙ方向（例えば＋Ｙ方向）に所定の量だけ観察視野を移動させる処理を行う（ステップＳ１０５）。これにより、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置から、テンプレート画像ＴをＹ方向に第２移動量Ｌｙだけ移動させることができる。
例えば、制御部６２は、視野を戻した後に（ステップＳ１０４の後に）、試料ステージ３０を制御して試料Ｓを移動させることにより観察視野を移動させる。
次に、画像取得部６４は、第２比較画像ＩＣ２を取得する（ステップＳ１０６）。第２
比較画像ＩＣ２はステップＳ１０５の観察視野において制御部６２が電子ビーム光学系２０を制御して電子線ＥＢで試料Ｓを走査することにより撮影される。そして、撮影された第２比較画像ＩＣ２を画像取得部６４が取得する。
次に、評価部６６がテンプレート画像Ｔと第２比較画像ＩＣ２とをパターンマッチングする（ステップＳ１０７）。これにより、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置と第２比較画像ＩＣ２におけるテンプレート画像Ｔの位置との間のずれ量Ｄｙを求めることができる。
次に、評価部６６がパターンマッチングの結果に基づいて、テンプレート画像Ｔが適切か否かの判定（テンプレート画像の評価）を行う（ステップＳ１０８）。評価部６６は、ステップＳ１０７で求めたずれ量Ｄｙと第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙから、テンプレート画像Ｔの評価を行う。
パターンマッチングの結果、テンプレート画像Ｔが適切と判定された場合（ステップＳ１０８でＹｅｓの場合）、制御部６２は、試料ステージ３０を制御して、ステップＳ１０５とは反対方向に（例えば−Ｙ方向に）所定の量だけ観察視野を移動させて、視野をもとの位置、すなわち基準画像ＩＳを撮影した位置に戻す処理を行う（ステップＳ１０９）。そして、処理部６０は画像評価処理を終了する。
一方、パターンマッチングの結果、テンプレート画像Ｔが適切でないと判定された場合（ステップＳ１０３でＮｏの場合、およびステップＳ１０８でＮｏの場合）、評価部６６は、例えば、Ｘ方向におけるテンプレート画像Ｔの評価結果、およびＹ方向におけるテンプレート画像Ｔの評価結果をそれぞれ表示部７２に表示させる制御（エラーメッセージを通知する制御）を行う（ステップＳ１１０）。そして、処理部６０は画像評価処理を終了する。
以上の処理により、テンプレート画像の画像評価を行うことができる。
荷電粒子ビーム装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
荷電粒子ビーム装置１００では、画像取得部６４がテンプレート画像、第１比較画像、および第２比較画像を取得し、評価部６６がテンプレート画像と第１比較画像およびテンプレート画像と第２比較画像の少なくとも一方をパターンマッチングして、テンプレート画像の評価を行う。そのため、荷電粒子ビーム装置１００では、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価、すなわち、テンプレート画像を用いて精度よくパターンマッチングを行うことができるか否かの評価を行うことができる。また、荷電粒子ビーム装置１００では、Ｘ方向におけるテンプレート画像の評価およびＹ方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。したがって、テンプレート画像がどの方向に特徴が少ないのかを評価することができる。このように荷電粒子ビーム装置１００では、マッチングの手法に精通し経験が豊富なユーザーでなくても、適切なテンプレート画像を使用してパターンマッチングを行うことができる。
第１実施形態に係る画像評価方法は、例えば、以下の特徴を有する。
本実施形態に係る画像評価方法は、基準画像の領域の一部を指定してテンプレート画像を取得するテンプレート画像取得工程（ステップＳ１０）と、基準画像におけるテンプレート画像の位置を、第１方向（Ｘ方向）に第１移動量Ｌｘだけ移動させて第１比較画像を取得する第１比較画像取得工程（ステップＳ１０１）と、テンプレート画像と第１比較画像とをパターンマッチングして、テンプレート画像の評価を行う第１評価工程（ステップ
Ｓ１０３）と、基準画像におけるテンプレート画像の位置を、第１方向と直交する第２方向（Ｙ方向）に第２移動量Ｌｙだけ移動させて第２比較画像を取得する第２比較画像取得工程（ステップＳ１０６）と、テンプレート画像と第２比較画像とをパターンマッチングして、テンプレート画像の評価を行う第２評価工程（ステップＳ１０８）と、を含む。これにより、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の評価を行うことができる。また、Ｘ方向におけるテンプレート画像の評価およびＹ方向におけるテンプレート画像の評価を行うことができる。
本実施形態に係る画像評価方法では、ステップＳ１０１では荷電粒子ビーム装置１００で観察視野を移動させて撮影を行うことで第１比較画像を取得し、ステップＳ１０６では荷電粒子ビーム装置１００で観察視野を移動させて撮影を行うことで第２比較画像を取得する。これにより、荷電粒子ビーム装置１００において試料Ｓの撮影を行うことによって、第１比較画像および第２比較画像を取得することができる。
１．３． 変形例
次に、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の変形例について説明する。本変形例に係る荷電粒子ビーム装置の構成は、図１に示す荷電粒子ビーム装置１００の構成と同様でありその説明を省略する。また、本変形例では、上述した荷電粒子ビーム装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
上述した荷電粒子ビーム装置１００の例では、画像取得部６４は、テンプレート画像、基準画像におけるテンプレート画像の位置をＸ方向に第１移動量Ｌｘだけ移動させた第１比較画像、および基準画像におけるテンプレート画像の位置をＹ方向に第２移動量Ｌｙだけ移動させた第２比較画像を取得し、評価部６６は、テンプレート画像と第１比較画像とをパターンマッチングしてＸ方向におけるテンプレート画像の評価を行い、テンプレート画像と第２比較画像とをパターンマッチングしてＹ方向におけるテンプレート画像の評価を行っていた。
これに対して、本変形例では、画像取得部６４は、テンプレート画像、および基準画像におけるテンプレート画像の位置をＸ方向に第１移動量だけ移動させ、かつ、Ｙ方向に第２移動量だけ移動させた比較画像（以下「第３比較画像」ともいう）を取得し、評価部６６は、テンプレート画像と第３比較画像とをパターンマッチングしてテンプレート画像の評価を行う。
図８は、第３比較画像ＩＣ３の一例を模式的に示す図である。図８において、実線で示す外枠は、ＳＥＭ画像のフレームを表している。
第３比較画像ＩＣ３は、図８に示すように、基準画像ＩＳ（図２参照）におけるテンプレート画像Ｔの位置をＸ方向に第１移動量Ｌｘだけ移動させ、かつ、Ｙ方向に第２移動量Ｌｙだけ移動させた画像である。すなわち、第３比較画像ＩＣ３は、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置から、テンプレート画像ＴをＸ方向に第１移動量Ｌｘだけ移動させ、かつ、Ｙ方向に第２移動量Ｌｙだけ移動させた画像である。第３比較画像ＩＣ３は、例えば、荷電粒子ビーム装置１００において基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野を移動させて撮影を行うことで得ることができる。
第３比較画像ＩＣ３は、制御部６２が電子ビーム光学系２０および試料ステージ３０を制御することにより撮影される。第３比較画像ＩＣ３を撮影する際の観察視野の移動は、例えば、制御部６２が試料ステージ３０またはビーム偏向器２７を制御することにより行われる。
評価部６６は、テンプレート画像Ｔと第３比較画像ＩＣ３とをパターンマッチングして、テンプレート画像Ｔの評価を行う。評価部６６は、例えば、パターンマッチングにより基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置と、第３比較画像ＩＣ３におけるテンプレート画像Ｔの位置との間のＸ方向のずれ量ＤｘおよびＹ方向のずれ量Ｄｙを求める。そして、評価部６６は、Ｘ方向のずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比Ｄｘ／Ｌｘ、およびＹ方向のずれ量Ｄｙと第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙから、テンプレート画像Ｔの評価を行う。
図９は、本変形例に係る荷電粒子ビーム装置を用いた、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャートである。なお、図９に示すフローチャートにおいて、図７に示すフローチャートと同様の処理については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
ステップＳ１０（図６参照）においてテンプレート画像Ｔが取得されると、制御部６２は、試料ステージ３０を制御して、基準画像ＩＳを撮影したときの観察視野から、Ｘ方向（例えば＋Ｘ方向）に所定の量だけ観察視野を移動させる処理を行う（ステップＳ１００）。
次に、制御部６２は、試料ステージ３０を制御して、ステップＳ１００における観察視野から、Ｙ方向（例えば＋Ｙ方向）に所定の量だけ観察視野を移動させる処理を行う（ステップＳ１０５）。ステップＳ１００およびステップＳ１０５の処理により、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置から、テンプレート画像ＴをＸ方向に第１移動量Ｌｘだけ移動させ、かつ、Ｙ方向に第２移動量Ｌｙだけ移動させることができる。
次に、画像取得部６４は、第３比較画像ＩＣ３を取得する（ステップＳ１２０）。第３比較画像ＩＣ３は、ステップＳ１０５の観察視野において制御部６２が電子ビーム光学系２０を制御して電子線ＥＢで試料Ｓを走査することにより撮影され、撮影された第３比較画像ＩＣ３を画像取得部６４が取得する。
次に、評価部６６がテンプレート画像Ｔと第３比較画像ＩＣ３とをパターンマッチングする（ステップＳ１２１）。これにより、基準画像ＩＳにおけるテンプレート画像Ｔの位置と第３比較画像ＩＣ３におけるテンプレート画像Ｔの位置との間のＸ方向におけるずれ量Ｄｘ、およびＹ方向におけるずれ量Ｄｙが求められる。
次に、評価部６６がパターンマッチングの結果に基づいて、テンプレート画像Ｔが適切か否かの判定を行う（ステップＳ１２２）。評価部６６は、ステップＳ１２１で求めたずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比Ｄｘ／Ｌｘ、およびずれ量Ｄｙと第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙから、テンプレート画像Ｔの評価を行う。評価部６６は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれもが適切であった場合にテンプレート画像Ｔが適切と判定し、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方が適切でなかった場合にはテンプレート画像Ｔが適切でないと判定する。
パターンマッチングの結果、テンプレート画像Ｔが適切と判定された場合（ステップＳ１２２でＹｅｓの場合）、制御部６２は、試料ステージ３０を制御して、視野をもとの位置、すなわち基準画像ＩＳを撮影した位置に戻す処理を行う（ステップＳ１２３）。そして、処理部６０は画像評価処理を終了する。
一方、パターンマッチングの結果、テンプレート画像Ｔが適切でないと判定された場合（ステップＳ１２２でＮｏの場合）、評価部６６は、例えば、Ｘ方向におけるテンプレート画像Ｔの評価結果、およびＹ方向におけるテンプレート画像Ｔの評価結果をそれぞれ表
示部７２に表示させる制御を行う（ステップＳ１１０）。そして、処理部６０は画像評価処理を終了する。
以上の処理により、テンプレート画像の画像評価を行うことができる。
本変形例に係る荷電粒子ビーム装置、および画像評価方法によれば、上述した第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置および画像評価方法と同様の作用効果を奏することができる。さらに、本変形例によれば、１つの比較画像でテンプレート画像を評価することができるため、例えば２つの比較画像でテンプレート画像を評価する場合と比べて、比較画像を取得する時間や手間を低減させることができる。
２． 第２実施形態
２．１． 荷電粒子ビーム装置
次に、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００の構成を模式的に示す図である。以下、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００において、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上述した荷電粒子ビーム装置１００では、第１比較画像および第２比較画像を、観察視野を移動させて撮影を行うことで取得していた。
これに対して、荷電粒子ビーム装置２００では、処理部６０が画像処理部２１０を含んでおり、画像処理部２１０は、基準画像に対して画像処理を行うことによって視野を移動させることにより、第１比較画像および第２比較画像を生成し、生成された第１比較画像および第２比較画像を画像取得部６４が取得する。
図１１は、テンプレート画像を含む基準画像の一例を示す画像（ＳＥＭ像）である。図１１において、四角で囲まれた領域がテンプレート画像に対応する。
テンプレート画像は、図１１に示すように、電子ビーム光学系２０を用いて撮影された基準画像の一部の領域を指定して得られた画像である。
図１２は、画像処理により視野をＸ方向に第１移動量だけ移動させた第１比較画像の一例を示す画像である。図１３は、画像処理により視野をＹ方向に第２移動量だけ移動させた第２比較画像の一例を示す画像である。
画像処理部２１０では、図１１に示す基準画像に対して画像処理を行うことにより、図１２に示すように、視野をＸ方向に第１移動量だけ移動させて第１比較画像を生成する。
同様に、画像処理部２１０では、図１１に示す基準画像に対して画像処理を行うことにより、図１３に示すように、視野をＹ方向に第２移動量だけ移動させて第２比較画像を生成する。このようにして画像処理部２１０で生成された第１比較画像および第２比較画像は、画像取得部６４で取得される。
２．２． 画像評価方法
次に、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を用いた、パターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法について、図面を参照しながら説明する。図１４は、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００を用いた、テンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０（図６参照）においてテンプレート画像が取得されると、画像処理部２１０は、基準画像に対して画像処理を行い、第１比較画像および第２比較画像を生成する。そして、画像処理部２１０で生成された第１比較画像および第２比較画像を画像取得部６４が取得する（ステップＳ２００）。
次に、評価部６６がテンプレート画像と第１比較画像とをパターンマッチングする（ステップＳ２０１）。これにより、基準画像におけるテンプレート画像の位置と第１比較画像におけるテンプレート画像の位置との間のずれ量Ｄｘを求めることができる。
次に、評価部６６がパターンマッチングの結果に基づいて、テンプレート画像が適切か否かの判定を行う（ステップＳ２０２）。評価部６６は、ステップＳ２０１で求めたずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比Ｄｘ／Ｌｘから、テンプレート画像の評価を行う。
パターンマッチングの結果、テンプレート画像が適切と判定された場合（ステップＳ２０２でＹｅｓの場合）、評価部６６がテンプレート画像と第２比較画像とをパターンマッチングする（ステップＳ２０３）。これにより、基準画像におけるテンプレート画像の位置と第２比較画像におけるテンプレート画像の位置との間のずれ量Ｄｙを求めることができる。
次に、評価部６６がパターンマッチングの結果に基づいて、テンプレート画像が適切か否かの判定を行う（ステップＳ２０４）。評価部６６は、ステップＳ２０３で求めたずれ量Ｄｙと第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙから、テンプレート画像の評価を行う。
パターンマッチングの結果、テンプレート画像が適切と判定された場合（ステップＳ２０４でＹｅｓの場合）、処理部６０は画像評価処理を終了する。
一方、パターンマッチングの結果、テンプレート画像が適切でないと判定された場合（ステップＳ２０２でＮｏの場合、およびステップＳ２０４でＮｏの場合）、評価部６６は、例えば、Ｘ方向におけるテンプレート画像の評価結果、およびＹ方向におけるテンプレート画像の評価結果をそれぞれ表示部７２に表示させる制御を行う（ステップＳ２０５）。そして、処理部６０は、画像評価処理を終了する。
以上の処理により、基準画像の画像評価を行うことができる。
第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００および画像評価方法では、上述した第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００および画像評価方法と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００および画像評価方法では、画像処理により第１比較画像および第２比較画像を生成することができるため、例えば、実際の試料Ｓを撮影して第１比較画像および第２比較画像を生成する場合と比べて、撮影に係る時間や手間を省くことができ、効率よくテンプレート画像の評価を行うことができる。
２．３． 変形例
次に、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００の変形例について説明する。本変形例に係る荷電粒子ビーム装置の構成は、図１０に示す荷電粒子ビーム装置２００の構成と同様でありその説明を省略する。また、本変形例では、上述した荷電粒子ビーム装置２００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
上述した荷電粒子ビーム装置２００の例では、画像処理部２１０が基準画像に対して画像処理を行うことにより、第１比較画像および第２比較画像を生成し、評価部６６は、テンプレート画像と第１比較画像とをパターンマッチングしてＸ方向におけるテンプレート画像の評価を行い、テンプレート画像と第２比較画像とをパターンマッチングしてＹ方向におけるテンプレート画像の評価を行っていた。
これに対して、本変形例では、画像処理部２１０が基準画像に対して画像処理を行うことにより、視野をＸ方向に第１移動量だけ移動させ、かつ、Ｙ方向に第２移動量だけ移動させて第３比較画像を生成し、評価部６６は、テンプレート画像と第３比較画像とをパターンマッチングしてテンプレート画像の評価を行う。
評価部６６は、テンプレート画像と第３比較画像とをパターンマッチングして、テンプレート画像の評価を行う。評価部６６は、例えば、パターンマッチングによりテンプレート画像と第３比較画像とのＸ方向のずれ量ＤｘおよびＹ方向のずれ量Ｄｙを求める。そして、Ｘ方向のずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比Ｄｘ／Ｌｘ、およびＹ方向のずれ量Ｄｙと第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙから、テンプレート画像の評価を行う。
図１５は、本変形例に係る荷電粒子ビーム装置を用いた、テンプレート画像の画像評価方法の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０（図６参照）においてテンプレート画像が取得されると、画像処理部２１０は、基準画像に対して画像処理を行うことにより、第３比較画像を生成する。そして、画像処理部２１０で生成された第３比較画像を画像取得部６４が取得する（ステップＳ２００）。
次に、評価部６６がテンプレート画像と第３比較画像とをパターンマッチングする（ステップＳ２２０）。これにより、基準画像におけるテンプレート画像の位置と第３比較画像におけるテンプレート画像の位置との間のＸ方向におけるずれ量Ｄｘ、およびＹ方向におけるずれ量Ｄｙが求められる。
次に、評価部６６がパターンマッチングの結果に基づいて、テンプレート画像が適切か否かの判定を行う（ステップＳ２２１）。評価部６６は、ステップＳ２２０で求めたずれ量Ｄｘと第１移動量Ｌｘとの比Ｄｘ／Ｌｘ、およびずれ量Ｄｙと第２移動量Ｌｙとの比Ｄｙ／Ｌｙから、テンプレート画像の評価を行う。評価部６６は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれも適切であった場合に、テンプレート画像が適切と判定し、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方が適切でなかった場合には、テンプレート画像が適切でないと判定する。
パターンマッチングの結果、テンプレート画像が適切と判定された場合（ステップＳ２２１でＹｅｓの場合）、処理部６０は画像評価処理を終了する。
一方、パターンマッチングの結果、テンプレート画像が適切でないと判定された場合（ステップＳ２２１でＮｏの場合）、評価部６６は、例えば、Ｘ方向におけるテンプレート画像の評価結果、およびＹ方向におけるテンプレート画像の評価結果をそれぞれ表示部７２に表示させる制御を行う（ステップＳ２２２）。そして、処理部６０は画像評価処理を終了する。
以上の処理により、基準画像の画像評価を行うことができる。
本変形例に係る荷電粒子ビーム装置、および画像評価方法によれば、上述した第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置および画像評価方法と同様の作用効果を奏することができ
る。さらに、本変形例によれば、１つの比較画像でテンプレート画像を評価することができるため、例えば２つの比較画像でテンプレート画像を評価する場合と比べて、比較画像を取得する時間や手間を低減させることができる。
４． その他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、上述した荷電粒子ビーム装置１００，２００が、ＦＩＢ−ＳＥＭである例について説明したが、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、ＦＩＢ−ＳＥＭに限定されない。本発明に係る荷電粒子ビーム装置としては、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、および走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を含む電子顕微鏡や、当該電子顕微鏡にエネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＳ検出器）や、波長分散型Ｘ線検出器（ＷＤＳ検出器）、後方散乱電子回折検出器（ＥＢＳＤ検出器）等の検出器が搭載された装置、半導体製造ライン等に組み込まれる測長ＳＥＭ、電子ビーム露光装置等が挙げられる。
また、例えば、上述した実施形態では、本発明に係るテンプレート画像の画像評価方法を、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置において３次元画像再構築を行うための連続撮影処理に適用した場合について説明したが、本発明に係る画像評価方法は、これに限定されない。例えば、上述した電子顕微鏡等の装置を用いて長時間にわたって連続的に画像を取得したり、データを取得したりする際には、パターンマッチングによりドリフト補正が行われるが、このようなパターンマッチングを行う際に使用するテンプレート画像を評価する際に、本発明に係る画像評価方法を適用することができる。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１０…集束イオンビーム光学系、１１…イオン源、１２…引き出し電極、１３…加速電極、１４…集束レンズ、１５…ビームブランキング電極、１６…可変マルチアパーチャー、１７…ビーム偏向電極、１８…対物レンズ、２０…電子ビーム光学系、２１…電子源、２２…引き出し電極、２３…加速電極、２４…集束レンズ、２５…ビームブランキング電極、２６…アパーチャー、２７…ビーム偏向器、２８…対物レンズ、３０…試料ステージ、４０…二次電子検出器、５０…ＦＩＢ制御装置、５２…ＳＥＭ制御装置、５４…ステージ制御装置、６０…処理部、６２…制御部、６４…画像取得部、６６…評価部、７０…操作部、７２…表示部、７４…記憶部、７６…情報記憶媒体、１００，２００…荷電粒子ビーム装置、２１０…画像処理部

Claims (12)

  1. 荷電粒子ビーム装置におけるパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法であって、
    基準画像の領域の一部を指定して前記テンプレート画像を取得するテンプレート画像取得工程と、
    前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を、第１方向に第１移動量だけ移動させて第１比較画像を取得する第１比較画像取得工程と、
    前記テンプレート画像と前記第１比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う第１評価工程と、
    前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を、前記第１方向と直交する第２方向に第２移動量だけ移動させて第２比較画像を取得する第２比較画像取得工程と、
    前記テンプレート画像と前記第２比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う第２評価工程と、
    を含み、
    前記第１評価工程では、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第１比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第１移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行い、
    前記第２評価工程では、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第２比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第２移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行う、画像評価方法。
  2. 請求項１において、
    前記第１比較画像取得工程では、前記荷電粒子ビーム装置において観察視野を移動させて撮影を行うことで前記第１比較画像を取得し、
    前記第２比較画像取得工程では、前記荷電粒子ビーム装置において観察視野を移動させて撮影を行うことで前記第２比較画像を取得する、画像評価方法。
  3. 請求項１において、
    前記第１比較画像取得工程では、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて前記第１比較画像を取得し、
    前記第２比較画像取得工程では、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて前記第２比較画像を取得する、画像評価方法。
  4. 荷電粒子ビーム装置におけるパターンマッチングに使用するテンプレート画像の画像評価方法であって、
    基準画像の領域の一部を指定して前記テンプレート画像を取得するテンプレート画像取得工程と、
    前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を、第１方向に第１移動量だけ移動させ、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に第２移動量だけ移動させて比較画像を取得する比較画像取得工程と、
    前記テンプレート画像と前記比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う評価工程と、
    を含み、
    前記評価工程では、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記比較画像における前記テンプレート画像の位置との間の前記第１方向のずれ量および前記第２方向のずれ量を求め、前記第１方向のずれ量と前記第１移動量との比、および前記第２方向のずれ量と前記第２移動量との比の少なくとも一方から、前記テンプレート画像の評価を行う、画像評価方法。
  5. 請求項４において、
    前記比較画像取得工程では、前記荷電粒子ビーム装置において観察視野を移動させて撮影を行うことで前記比較画像を取得する、画像評価方法。
  6. 請求項４において、
    前記比較画像取得工程では、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて前記比較画像を取得する、画像評価方法。
  7. 試料に荷電粒子ビームを照射して画像を取得する荷電粒子ビーム装置であって、
    基準画像の領域の一部を指定して得られたテンプレート画像、前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を第１方向に第１移動量だけ移動させた第１比較画像、および前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を前記第１方向と直交する第２方向に第２移動量だけ移動させた第２比較画像を取得する画像取得部と、
    前記テンプレート画像と前記第１比較画像および前記テンプレート画像と前記第２比較画像の少なくとも一方をパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う評価部と、
    を含み、
    前記評価部は、
    パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第１比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第１移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行い、
    パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記第２比較画像における前記テンプレート画像の位置との間のずれ量を求め、当該ずれ量と前記第２移動量との比から、前記テンプレート画像の評価を行う、荷電粒子ビーム装置。
  8. 請求項７において、
    前記第１比較画像および前記第２比較画像は、観察視野を移動させて撮影を行うことで得られた画像である、荷電粒子ビーム装置。
  9. 請求項７において、
    前記第１比較画像および前記第２比較画像は、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させた画像である、荷電粒子ビーム装置。
  10. 試料に荷電粒子ビームを照射して画像を取得する荷電粒子ビーム装置であって、
    基準画像の領域の一部を指定して得られたテンプレート画像、および前記基準画像における前記テンプレート画像の位置を第１方向に第１移動量だけ移動させ、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に第２移動量だけ移動させた比較画像を取得する画像取得部と、
    前記テンプレート画像と前記比較画像とをパターンマッチングして、前記テンプレート画像の評価を行う評価部と、
    を含み、
    前記評価部は、パターンマッチングにより前記基準画像における前記テンプレート画像の位置と前記比較画像における前記テンプレート画像の位置との間の前記第１方向のずれ量および前記第２方向のずれ量を求め、前記第１方向のずれ量と前記第１移動量との比、および前記第２方向のずれ量と前記第２移動量との比の少なくとも一方から、前記テンプレート画像の評価を行う、荷電粒子ビーム装置。
  11. 請求項１０において、
    前記比較画像は、観察視野を移動させて撮影を行うことで得られた画像である、荷電粒子ビーム装置。
  12. 請求項１０において、
    前記比較画像は、前記基準画像に対して画像処理を行うことにより視野を移動させて得られた画像である、荷電粒子ビーム装置。
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