JP6548542B2 - Ｓｅｍ画像取得装置およびｓｅｍ画像取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームを試料に照射して試料から放出あるいは反射あるいは吸収された電子を検出して画像を取得するＳＥＭ画像取得装置およびＳＥＭ画像取得方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの微細化が進み、ＬＳＩ露光用のマスクのパターンサイズが小さくなると共に、近接効果補正（ＯＰＣ）が行われるため、マスクのパターンの形状がきわめて複雑なものになっている。

そのため、従来のような、マスク上のパターン線幅の測定や穴径の測定のような特定方向に１次元の寸法検査では不十分であり、２次元方向の寸法検査や面積更に露光シミュレーションを行うための輪郭抽出が必要とされている。

そのため、２次元の測定をする場合、例えば円形のパターンや矩形の角が丸い傾いたパターンなどのさまざまな角度方向のパターンエッジ（以降「エッジ」という）が存在し、そのエッジが細く絞った電子ビームのスキャン方向に平行であると、そのパターンの端でのチャージなどの影響により信号が低減したり、黒い線（尾引き）が現れたりする問題があった。

これらの問題を解決するため、マスク上で、所定角度回転した方向から電子ビームを走査した画像の取得手法として、試料を回転させて電子ビームを走査して回転画像を取得したり、あるいは電子ビームの走査方向を単に回転させて回転画像を取得したりする手法が考えられる。

これらの手法では、取得した回転画像から回転前の画像とその走査範囲を一致させるために回転後の画像から回転前の画像を切り出してその視野を一致させ、その後に合成などしないと、視野が異なり合成できない。

また、回転前のマスク上の電子ビームで走査する範囲と、回転後のマスク上の電子ビームで走査する範囲とが回転分だけ異なり、マスクへの照射条件を厳密に一致させることが不可で、照射条件（照射範囲）が変動してしまう。

更に、異なるスキャン方向（電子ビームの走査方向）で画像をそれぞれ取得する場合、電子ビームで走査した範囲（領域）を切り出したりなどして同じにしても、それぞれの画像を構成する各画素のマスク上での位置がそれぞれ異なり、マスク上での位置を一致させることが不可、あるいは極めて困難であり、マスク上の同一位置からのそれぞれの画素信号をそれぞれ取得不可であるという基本的な問題があった。

本発明は、従来の上述した問題を解決したものであり、異なるスキャン方向（電子ビームの走査方向）の画像を取得する場合、画素対応で電子ビームを走査して画像を取得して合成することにより、マスク上の同一位置からの画素信号の画像を取得して合成することを可能にした。

そのため、本発明は、電子ビームを試料に照射して試料から放出あるいは反射あるいは吸収された電子を検出して画像を取得するＳＥＭ画像取得装置において、試料上を走査する電子ビームの走査方向を回転させ、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した試料上の位置に照射する走査信号を発生する走査信号発生手段と、走査信号発生手段によって発生させた走査信号をもとに、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置に電子ビームを照射する偏向装置と、偏向装置で偏向して電子ビームを照射した試料上の同一領域かつ同一画素に対応した試料上の位置からの信号を検出・増幅する検出・増幅手段と、検出・増幅手段で検出・増幅した信号をもとに、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した試料上の位置を照射したときの画像を生成する画像生成手段とを備える。

この際、検出・増幅手段で検出・増幅した信号をもとに、異なる回転方向から電子ビームで試料を走査したときの試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置の複数画像を合成する合成手段とを備えるようにしている。

また、合成手段は、同じ回転方向の複数の画像および異なる複数の回転方向の複数の画像をそれぞれ合成するようにしている。

また、合成手段は、複数の取得した画像について、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置の信号（画素信号）毎に合成するようにしている。

また、信号（画素信号）毎の合成は、信号（画素信号）毎に積算あるいは平均するようにしている。

また、走査信号発生手段は、走査信号として、クロックの周期を同一、あるいはクロックの周期を増大、あるいはクロックの周期を減少させ、試料上の同一領域内の全画素に対応した位置を所定回転方向に順次走査する信号を生成し、全走査時間を同一、あるいは全走査時間を増大、あるいは全走査時間を減少させるようにしている。

また、走査信号発生手段は、走査信号として、電子ビームの走査方向を回転する方向が少なくとも０°、(tan^-1 １／２)°、４５°、(tan^-1 ２)°，９０°の方向と、これらに対して９０°の整数倍を加減算した方向とであって、０°から３６０°範囲内あるいは−１８０°から＋１８０°範囲のいずれか１つあるいは複数の走査信号を発生するようにしている。

本発明は、異なるスキャン方向（電子ビームの走査方向）の画像取得時に試料上の同一画素の位置からの画素信号の画像を取得して合成することにより、２次元測定する場合などに円形パターンの端でのチャージや形状などの影響により信号が低減したり、黒い線（尾引き）が現れたりする事態を解消することができ、測長精度を向上させることができた。

これらにより、円形パターンや傾いた矩形パターンなどのあらゆる方向のエッジに対しても合成後の画像から精度よくエッジ抽出してパターンの幅測定、面積測定、輪郭抽出などを高精度にできるようになった。

また、合成後の画像は、例えば従来は６０枚同一のスキャン方向の画像を合成（Ｓ／Ｎ比の向上）していたものを、２方向に分割して４５°と−４５°の方向に３０枚づつ、あるいは４方向に分割して０°、−４５°、４５°、９０°の方向に１５枚づつの画像を取得後に全部を合成した画像（合成画像）を生成し、２次元パターンのいずれの方向のエッジに対しても高精度にエッジ抽出して、幅測定や面積測定や輪郭抽出などを、従来と同一時間（つまり、ここでは、合計６０枚の画像を合成しているので同一時間）で２次元のいずれの方向のエッジも高精度に行うことが可能となった。

また、走査信号のクロックを同一にすることにより、１枚の回転画像を取得する時間を全て同一時間にでき、かつ電子ビームで照射する試料上の範囲を同一範囲かつ同一画素にできるという特徴がある。尚、必要に応じて、走査信号のクロックの間隔を増大、減少させることで、全画像走査時間を増大、減少も容易に変更可能である。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。

図１において、ＳＥＭ１は、走査型電子顕微鏡であって、所定加速電圧で加速された電子ビームを発生する電子銃、電子銃で発生された電子ビームを偏向して通過あるいは遮断するブランキング電極、電子ビームを収束するコンデンサレンズ、収束された電子ビームを細く絞ってサンプル４に照射する対物レンズなどから構成されるものである。

スキャン回転手段２は、電子ビーム２１のサンプル４上での照射方向を回転させるものであって、ここでは、図示外の偏向装置２２、走査信号発生手段２３などから構成されるものである。

偏向装置２２は、対物レンズによって細く絞られた電子ビーム２１をサンプル４の表面で走査（Ｘ方向、およびＹ方向の平面走査）するも偏向装置であって、静電偏向電極、あるいは電磁偏向器などから構成されるものである。

走査信号発生手段２３は、偏向装置２２に対し、電子ビーム２１のサンプル４上での照射方向を回転させた走査信号を発生するものであって、試料上の同一領域かつ同一画素を所定回転方向から走査する信号を発生するものである（図２から図８を用いて後述する）。

試料室３は、サンプル４などを収納する真空排気可能は容器である。

サンプル４は、電子ビーム２１を照射する試料の例であって、例えばパターンの測長対象のマスク、ウェハ等である。

ステージ５は、サンプル（マスク）４を搭載して固定し、図示外のレーザー干渉計で精密に位置をリアルタイム計測しながら移動（Ｘ方向、Ｙ方向、更に、Ｚ方向）可能な移動台である。

信号取得手段６は、電子ビーム２１をサンプル４の表面に走査したときに放出された２次電子、反射電子、更にサンプル４に吸収された電子を検出・増幅して取り出すものであって、ＭＣＰなどである。

コンピュータ７は、パソコンであって、プログラムに従い各種制御、処理を行うものであって、ここでは、画像生成手段８、画像合成手段９、輪郭抽出手段１０、測定手段１１、表示装置１２、画像データテーブル１３などから構成されるものである。

画像生成手段８は、信号取得手段６から取得した、電子ビーム２１をサンプル４上に所定回転方向に走査したときの、サンプル４上の同一領域かつ同一画素に対応する位置から信号（１次元の信号）を、当該走査方向の画像の画素の信号（２次元の信号）に順次対応づけ、画像を生成（復元）するものである（図３を用いて後述する）。

画像合成手段９は、画像生成手段８で生成（復元）した所定回転方向にスキャンした複数の画像、即ち同一回転方向の複数の画像、および異なる回転方向の複数の画像について画素単位に積算、平均化して合成するものである（図２から図８を用いて後述する）。

輪郭抽出手段１０は、画像合成手段９で合成した後の画像（例えば後述する図８の８ｂ），（ｃ）参照）をもとに、パターンの輪郭（エッジ）を抽出する公知の手段である。

測定手段（測長手段）１１は、パターン幅、面積などを測定する公知の手段である。

表示装置１２は、画像等を表示するものであって、ディスプレイである。

画像データテーブル１３は、本発明の画像情報、画像などを保存するものである（図５参照）。

次に、図２のフローチャートの順番に図１の構成の動作を詳細に説明する。

図２は、本発明の画像取得フローチャートを示す。

図２において、Ｓ１は、スキャンの回転角度変更回数ｎを設定する。右側に記載したように、ｎ＝２回 ｏｒ ４回 ｏｒ その他のいずれかと設定する。ここでは、ｎ＝４回と設定する。詳細に説明すれば、図１で電子ビーム２１をサンプル４の上でスキャン（走査）する方向（回転角度）を変更する回数ｎを設定、例えば後述する図８の（ｂ）の場合にはｎ＝２（４５°と−４５°のスキャン回転角度の変更回数であるから、ここではｎ＝２回），図８の（ｃ）の場合にはｎ＝４（４５°、−４５°、０°、９０°のスキャン回転角度の変更回数であるから、ここではｎ＝４回）と設定する。

Ｓ２は、スキャンを設定角度に回転させる。ここでは、Ｓ１でｎ＝４と設定したので、右側に記載したように、４５°、−４５°、０°、９０°のいずれか１つに、繰り返す毎に順次設定する。

Ｓ３は、データを取得する。これは、Ｓ２で設定した例えば１回目の設定角度＝４５°の場合には、後述する図３の左上の（ｂ）４５度スキャンの点線矢印に示す方向（４５°右上方向）をスキャン方向として、画素を順次走査する信号（走査信号）を生成し、当該走査信号をもとに、図１の電子ビーム２１をサンプル４上で走査して図３の（ｂ）４５度スキャンの点線矢印のように右上４５°の方向に走査することを、サンプル４上の矩形領域内の全画素について繰り返し、そのときに放出された２次電子（反射電子、吸収電子）を検出・増幅して取得する（図１の信号取得手段６）。

Ｓ４は、コンピュータで画像を取得する。これは、Ｓ３で取得したサンプル４上の矩形領域内の全画素について４５°スキャン方向の信号を、図３の該当する画素の位置の信号として位置付けることを順次行い、画像を生成（元の画像に復元）する（１次元の信号を、２次元の画像の画素の信号に対応づけて画像を生成（復元）する）。

Ｓ５は、ｎ回処理を行ったか判別する。これは、Ｓ１で設定したｎ回（ここでは、４回）の処理を終了したか判別する。ＮＯの場合には、次の処理を行うために、Ｓ２に戻り繰り返す。一方、ＹＥＳの場合には、ｎ回（ここでは、ｎ＝４回）の全ての処理を終了したので、Ｓ６に進む。

Ｓ６は、全画像を積算する。これは、Ｓ１で設定した例えばｎ＝４の場合には、Ｓ２からＳ４を４回繰り返して、４５度、−４５度、０度、９０度の方向からスキャンした画像を取得したので、更に、ここでは、４組の画像を画素対応で積算し（平均でも良い）、１つの合成後の画像を生成する。尚、実験では、合計６０枚の画像を合成したので、
・４５度：１５枚
・−４５度：１５枚
・０度：１５枚
・９０度：１５枚
をＳ６で画素対応の積算を行い、後述する図８の（ｃ）の画像（合成画像）を生成した（尚、画素対応の積算処理で諧調数がオーバーする場合には、積算後の上位の所望ビット数を抽出して使用すればよい。下位ビットは破棄されることとなる）。

Ｓ７は、測定を行う。これは、Ｓ６で全画素の積算後の合成画像を用いて測定（例えば矩形の幅サイズ、面積などを測定）する。

以上のように、スキャンの回転角度変更回数ｎを任意に設定することにより、スキャン回転角度を順次変更してスキャンして画像を取得し、これら画像を合成して複数スキャン方向の画像を取得することが可能となる。

これにより、
・例えばスキャン方向が一方向の場合には、後述する図８の（ａ）の画像に示す、スキャン方向と平行なパターンのラインがチャージやエッジ形状などの影響により細くなったり、黒くなったりするが、
・例えば上述した４５度、−４５度、０度、９０度の４方向にスキャンして合成した後の図８の（ｃ）の画像では、図８の（ａ）のような横方向のパターンのラインのかすれがなくなり、エッジが全方位で鮮明となり、高精度にパターンのエッジの幅、間隔などを全方向に測長したり、面積を算出したり、露光シミュレーションのための輪郭抽出することが可能となった。

図３は、本発明の電子ビームスキャン方向とデータ抽出画素の説明図を示す。

図３において、
・（ａ）は「０度スキャン」
・（ｂ）は「４５度スキャン」
・（ｃ）は「−４５度スキャン」
・（ｄ）は「９０度スキャン」
・（ｅ）は「−９０度スキャン」
・（ｆ）は「１３５度スキャン」
・（ｇ）は「−１３５度スキャン」
の例を模式的に示す。尚、電子ビーム走査領域は、図示の矩形（正方形）ですべて同一領域（同一範囲）とし、画素は各マス目が画素に対応し、電子ビーム２１は各マス目の中心位置を順次走査（デジタル走査）する。

以上のように同一領域かつ同一画素を、全てのスキャン方向について定義し、図示のスキャン方向の各画素を順次同一クロックで走査するように走査信号を発生する。そして、発生した走査信号で電子ビーム２１をサンプル４の上で走査するように偏向装置で偏向することにより、図３のスキャン方向にサンプル４上での画素（位置）を順次走査することが可能となる。

尚、上述した図３の（ａ）から（ｇ）のスキャンの場合は、０度スキャン、４５度スキャンの整数倍であって、−１８０°から１８０°の範囲内（あるいは０°から３６０°の範囲内）のものとして表される。簡単に説明すると下記のようになる。

（１）ｘ，ｙのいずれか一方が０画素、他方が１画素の方向の回転の場合には、０°、４５°の整数倍であって、ー１８０°（０°）から１８０°（３６０°）の範囲内：−１８０°、−１３５°、−９０°、−４５°、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°（０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°）
（２）ｘ，ｙのいずれか一方が１画素、他方が２画素の方向の回転の場合には、約２６°（正確にはtan^-1 1/2)、約６３°(正確にはtan^-1 2)に９０°の整数倍を加減算した方向であって、ー１８０°から１８０°（０°から３６０°）の範囲内：・・・−６３°−２６°、２６°、６３°、・・・（２６°、６３°・・・）
（３）以下同様に例えばｘ，ｙのいずれか一方が（ｎ−１）画素、他方がｎ画素の方向の回転の場合には、ｔａｎ^−１（ｎ−１）／ｎ、ｔａｎ^−１ｎ／（ｎ−１）に９０°の整数倍を加減算した方向であって、ー１８０°（０°）から１８０°（３６０°）の範囲内の角度：具体値は省略
図４は、本発明の４５°回転画素走査の説明図を示す。これは、既述した図３の（ｂ）の「４５度スキャン」の様子を詳細に模式的に示したものである。

図４において、（ａ）０°回転画素走査は、図３の（ａ）０度スキャンに対応するものであって、各画素を右方向かつ水平に順次走査するものであり、
・１画素走査間隔：１（各画素間隔を横、縦ともに１と定義している）
・１ライン間隔 ：１
である。

したがって、１画素走査間隔×１ライン間隔＝１となる。

（ｂ）４５度回転画素走査は、図３の（ｂ）４５度スキャンに対応するものであって、各画素を右上４５度方向に順次走査するものであり、
・１画素走査間隔：√２＝１，４
・１ライン間隔 ：１／√２＝０．７
である。

したがって、１画素走査間隔×１ライン間隔＝√２×１／√２＝１と、０°回転画素走査と同じ走査時間となり、結果として、１画像を取得する全時間は同一となる。

以上のように設定し、同一クロック間隔で走査信号をそれぞれ生成し、サンプル４上の画素対応の位置を順次走査して取得した信号を、元の画素の位置の信号にそれぞれ設定（復元）すると、０°回転画像、４５°回転画像をそれぞれ同一時間で生成することが可能となる。そして、生成した両者の画像を画素対応で合成（例えば積算、図２のＳ６）すると、合成画像を生成することができる。

尚、所定回転方向のスキャン時に、終点の画素から始点の画素に移動するときは、ブランキング電極にパルス電圧を印加してこの移動の間は電子ビームがサンプル４の終点の位置（画素）から始点の位置（画素）に移動するパス（軌道）に電子ビームが照射されないように、公知のいわゆるブランキング（帰線消去）を行う。

図５は、本発明の画像データテーブル例を示す。これは、既述した図２のフローチャートで設定、および予め設定した各種情報である下記の情報を保存するものである。

・回転角度：図２のＳ１で設定したｎで決まる回転角度，
・画像データ：回転角度で取得した画像データであって、例えば下段に記載したように、
・（８ビットの１ピクセル（画素）のデータ）をｍ回
・６０回／４＝１５回積算：全体の画像の枚数を６０枚とし、０°、ー４５°、４５°、９０°の４方向スキャンとし、各方向スキャンが１５枚（回）として、これら全部の画像（６０枚）を積算して合成することを表す。

・データ群：上記例では、６０枚の画像群
・撮影条件：画像を撮影する撮影条件であって、加速電圧、電流、倍率、試料名などの情報
・補正係数：高さ補正、倍率間差などの補正係数
・その他：
以上のように、複数スキャン方向で取得した画像あるいは合成画像とその回転角度、撮影条件、補正係数等をまとめて画像データテーブル１３に登録して保存することにより、当該画像データテーブル１３を参照して任意のサンプルの画像中のパターンの測定（寸法、面積など）を容易に行うことが可能となる。

図６は、本発明の回転画素走査フローチャートを示す。これは、既述した同一領域かつ同一画素を所定スキャン方向で走査するときの詳細説明フローチャートである。

図６において、Ｓ１１は、０度方向の画像をピクセル毎（画素毎）に取得する。これは、既述した図３において、（ａ）０度スキャンの方向（左端から右端の方向）に上から下方向に向かって順次走査し、そのときの画素の信号をそれぞれ検出・増幅して取得し、図示の各対応する位置（画素）の信号（輝度信号、通常８ビット）としてメモリ上に設定し、（ａ）０度スキャンの１枚（１フレーム）の画像を取得する。通常は、合計６０枚であるので、ここでは、後述する（ｂ）４５度スキャンと２種類の走査方向の画像を取得するので、２分割して（ａ）０度スキャンの３０枚の画像を取得する。

次に、Ｓ１２からＳ１７により、（ｂ）４５度スキャンの画像を１枚取得する。

Ｓ１２は、始点と終点を算出する。これは、１番目のライン１として、走査範囲の始点と終点を、
・走査範囲の始点（ｘ０、ｙ０）、終点（ｘ０，ｙ０）
と設定する。尚、ここでは、説明を判り易くするために、
・図３の各矩形で表される画素の中心の座標（ｘｎ＋Δｘ／２、ｙｎ＋Δｙ／２）（ｎ＝０〜ｎ）を（ｘｎ、ｙｎ）
で以下表記する。ここで、Δｘ、Δｙは矩形で表される画素のｘ方向、ｙ方向のサイズ（幅）である。

このＳ１２の例は、始点と終点とが同一で、１点を走査する。

Ｓ１３は、スキャンして画像を取得する。これは、Ｓ１２で設定した始点から終点までを画素単位にスキャンして各画素の信号（通常は、検出・増幅した８ビットの輝度信号）を取得する。

以上のＳ１２、Ｓ１３で、（ｂ）４５度スキャンのライン１の始点と終点とで決まる画素（ここでは、１つの画素）の信号を取得できたこととなる。

同様に、Ｓ１４、Ｓ１５で、（ｂ）４５度スキャンのライン２の始点と終点とで決まる画素（ここでは、２つの画素）の信号を取得する。

同様にして（ｂ）４５度スキャンのライン３からライン（ｎ−１）の始点と終点とで決まる画素（ここでは、３つの画素・・・・）の信号を取得する。

Ｓ１６は、Ｓ１７は、同様に、（ｂ）４５度スキャンのラインｎの始点と終点とで決まる画素（ここでは、最終の１つの画素）の信号を取得する。

以上のＳ１２からＳ１７によって、（ｂ）４５度スキャンのライン１からラインｎの画素をそれぞれ取得して１枚の画像を生成し、上述したように、ここでは、３０枚の（ｂ）４５度スキャンの画像を取得することを繰り返す。

以上のＳ１１によって（ａ）０度スキャンの３０枚の画像、Ｓ１２からＳ１７によって（ｂ）４５度スキャンの３０枚の画像を取得し、これら全部を画素同士に積算（あるいは平均）し、１枚の合成画像を生成することが可能となる。

尚、スキャン速度には下記があるが、いずれを選択してもよい。通常は、等時間スキャン（同一時間間隔クロックを使ったスキャン）を用い、いずれの回転方向にスキャンしても１枚の画像を取得する全時間を同一にしている。

・等時間スキャン（同一時間間隔のクロックでスキャン）：例えばＳ１２からＳ１７で上述した（ｂ）４５度スキャンの場合には√２倍の速度でスキャンし、スキャンするスキャンライン間隔は１／√２倍となるので、全画素時間が同じである。

・定速スキャン（同一スキャン速度でスキャン）：積算時間を増減する。例えばＳ１２からＳ１７で上述した（ｂ）４５度スキャンの場合には√２倍に積算時間を増大する（クロック間隔を√２倍に増大する）。

図７は、本発明の画像合成フローチャートを示す。

図７において、Ｓ２１は、１回目（２回目以降も）の画像データを取り込む。

Ｓ２２は、合成ＯＫか判別する。これは、Ｓ２１で取り込んだ画像のノイズが閾値よりも小さいか、画像（他の画像、他の全画像）との相関があるかなどを判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ２３に進む。ＮＯの場合には、合成ＮＧと判断して破棄し、Ｓ２１に戻り、次の画像データを取り込む。

Ｓ２３は、合成（加算及び補正）する。これは、Ｓ２１、Ｓ２２のＹＥＳで取り込んだ画像を合成、即ち、画素毎にその輝度を積算、あるいは平均化する。例えば前述の６０枚を合成する場合には、１枚の画像が８ビット表現とときは、８ビットが６０枚積算してもオーバーフローしない領域を確保（１４ビット以上、通常２バイト領域を確保）し、積算する（平均するときは上位の所定ビット目から必要ビット数（例えば８ビット）を抽出して処理時間の増大を防ぐ）。

Ｓ２４は、終わりか判別する。全ての合成する画像（例えば上述した例では、６０枚の画像）についてＳ２３の合成を終わったか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ２５で画像合成完了する。これにより、１枚の合成画像を生成できたこととなる（図８の（ｂ）、（ｃ）参照）。

以上によって、複数方向にスキャンした画像を順次全て画素毎に積算した１枚の合成画像を生成することが可能となる。

図８は、本発明の取得画像例を示す。

図８の（ａ）は０度スキャンの１方向スキャンの合成画像例を示し、図８の（ｂ）は４５度スキャンと−４５度スキャンの２方向スキャンの合成画像例を示し、図８の（ｃ）は４５度スキャン、−４５度スキャン、０度スキャン、９０度スキャンの４方向スキャンの合成画像例を示す。全ての合成画像は、６０枚の合成画像であって、図８の（ａ）は６０枚の０度スキャン画像を合成したもの、図８の（ｂ）は４５度スキャン、−４５度スキャンの各３０枚の画像、合計６０枚の画像を合成したもの、図８の（ｃ）は４５度スキャン、−４５度スキャン、０度スキャン、９０度スキャンの各１５枚の画像、合計６０枚の画像を合成したものである。

図８の（ａ）の０度スキャンの合成画像では、１方向スキャンであるので、サンプル上で０度スキャンの方向とほぼ平行な矩形パターンの上辺、下辺のラインがチャージやライン端の形状などの影響を受けて細くなったり、黒い線（尾引き）が現れたりなどの影響をうけ、不鮮明になっている様子が判明する。

一方、図８の（ｂ）の４５度スキャンと−４５度スキャンでは、２方向スキャンであって、ここでは、左下から右上への４５度スキャンと、左上から右下へのー４５度スキャンとの各３０枚の画像を合成したものであるので、図８の（ａ）の矩形パターンの上辺、下辺のラインが不鮮明であったものが、当該図８の（ｂ）では鮮明になっている様子が判明する。

更に、図８の（ｃ）の４５度スキャンと−４５度スキャンと０度スキャンと９０度スキャンでは、４方向スキャンであって、ここでは、
・左下から右上への４５度スキャン
・左上から右下へのー４５度スキャン
の２つの方向のスキャンでは図８の（ｂ）と同じ合成画像（積算画像）が得られ、更に、
・左から右への０度スキャン
・下から上への９０度スキャン
の２つの方向のスキャンを合わせることにより、
・図８の（ａ）の矩形パターンの上辺、下辺のラインが不鮮明であったものが、当該図８の（ｃ）では鮮明になっている様子が判明し、
・更に、図８の（ｃ）では、表示されていないが、矩形パターンが４５度傾いた画像を観察したところ、矩形パターンの上辺、下辺の不鮮明がなくなり、きわめて鮮明な画像が得られた。

以上のように、画面上で矩形パターンの辺が水平、垂直の場合には図８の（ｂ）、（ｃ）の２方向スキャン、４方向スキャンが鮮明な画像が得られ、画面上で矩形パターンの辺が水平、垂直、更に、４５度傾いた矩形パターンが混在（あるいは円形、楕円などのパターンが存在）する場合には図８の（ｃ）の４方向スキャンが鮮明な画像が得られることが判明した。

本発明の１実施例構成図である。 本発明の画像取得フローチャートである。 本発明の電子ビームスキャン方向とデータ抽出画素の説明図である。 本発明の４５°回転画素走査の説明図である。 本発明の画像データテーブル例である。 本発明の回転画素走査フローチャートである。 本発明の画像合成フローチャートである。 本発明の合成画像例である。

１：ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
２：スキャン回転手段
２１：電子ビーム
３：試料室
４：サンプル
５：ステージ
６：信号取得手段
７：コンピュータ（ＰＣ）
８：画像生成手段
９：画像合成手段
１０：輪郭抽出手段
１１：測定手段
１２：表示装置
１３：画像データテーブル

Claims (9)

1. 電子ビームを試料に照射して試料から放出あるいは反射あるいは吸収された電子を検出して画像を取得するＳＥＭ画像取得装置において、
   前記試料上を走査する前記電子ビームの走査方向を回転させ、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した該試料上の位置に照射する走査信号を発生する走査信号発生手段と、
   前記走査信号発生手段によって発生させた走査信号をもとに、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置に電子ビームを照射する偏向装置と、
   前記偏向装置で偏向して電子ビームを照射した試料上の同一領域かつ同一画素に対応した該試料上の位置からの信号を検出・増幅する検出・増幅手段と、
   前記検出・増幅手段で検出・増幅した信号をもとに、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した該試料上の位置を照射したときの画像を生成する画像生成手段と
   を備えたことを特徴とするＳＥＭ画像取得装置。
2. 前記検出・増幅手段で検出・増幅した信号をもとに、異なる回転方向から電子ビームで試料を走査したときの当該試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置の複数画像を合成する合成手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のＳＥＭ画像取得装置。
3. 請求項２において、前記合成手段は、同じ回転方向の複数の画像および異なる複数の回転方向の複数の画像をそれぞれ合成したことを特徴とするＳＥＭ画像取得装置。
4. 前記合成手段は、複数の取得した画像について、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置の信号（画素信号）毎に合成することを特徴とする請求項１から請求項の３のいずれかに記載のＳＥＭ画像取得装置。
5. 請求項４において前記信号（画素信号）毎の合成は、信号（画素信号）毎に積算あるいは平均することを特徴とするＳＥＭ画像取得装置。
6. 前記走査信号発生手段は、前記走査信号として、クロックの周期を同一、あるいはクロックの周期を増大、あるいはクロックの周期を減少させ、試料上の同一領域内の全画素に対応した位置を所定回転方向に順次走査する信号を生成し、全走査時間を同一、あるいは全走査時間を増大、あるいは全走査時間を減少させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＳＥＭ画像取得装置。
7. 前記走査信号発生手段は、走査信号として、電子ビームの走査方向を回転する方向が少なくとも０°、(tan^-1 １／２)°、４５°、(tan^-1 ２)°，９０°の方向と、これらに対して９０°の整数倍を加減算した方向とであって、０°から３６０°範囲内あるいは−１８０°から＋１８０°範囲のいずれか１つあるいは複数の走査信号を発生することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のＳＥＭ画像取得装置。
8. 電子ビームを試料に照射して試料から放出あるいは反射あるいは吸収された電子を検出して画像を取得するＳＥＭ画像取得方法において、
   前記試料上を走査する前記電子ビームの走査方向を回転させ、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した該試料上の位置に照射する走査信号を発生する走査信号発生ステップと、
   前記走査信号発生手段によって発生させた走査信号をもとに、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置に電子ビームを照射する偏向ステップと、
   前記偏向装置で偏向して電子ビームを照射した試料上の同一領域かつ同一画素に対応した該試料上の位置からの信号を検出・増幅する検出・増幅ステップと、
   前記検出・増幅手段で検出・増幅した信号をもとに、試料上の同一領域かつ同一画素に対応した該試料上の位置を照射したときの画像を生成する画像生成ステップと
   を有することを特徴とするＳＥＭ画像取得方法。
9. 前記検出・増幅ステップで検出・増幅した信号をもとに、異なる回転方向から電子ビームで試料を走査したときの当該試料上の同一領域かつ同一画素に対応した位置の複数画像を合成する合成ステップと
   を有することを特徴とする請求項８記載のＳＥＭ画像取得方法。