JPH0197358A - 断面形状測定方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略す）による
、その試料表面の断面形状測定方式に係り、特に歪みの
ない断面形状測定方式に関する５〔従来の技術〕 光源方向を変えた、３枚以上の画像の濃淡情報から正確
な表面の立体形状を求める方式として光度差ステレオ法
（Ｐｈｏｔｏ−ｍｅｔｒｉｃ　５ｔｅｒｅｏ法、以下Ｐ
ＭＳと略）がある。これについては、電子通信学会論文
誌、　Ｖｏｌ、　Ｊ　６５−Ｄ、　Ｎａ’ｌ　’　８２
／　７、第８４２ページより第８４９ページで論じられ
ている。この論文で述べられているように、表面の画素
の方向を一意的に定めるには、３枚以上の画像が必要で
ある。すなわち、光源や視点が十分前れている場合には
、画素の法線方向と各画像上でのその画素のある点の画
像濃度の対応関係があり、３つの異なる光源方向の画像
の同一画素の画像濃度の組より、原理的には、法線方向
を一意的に決めることができる。この性質を利用し、例
えば画像を３枚用いる場合しこは、同一画素の３つの画
像濃度の組合わせと、法線方向の対応関係を予め求めて
おき、実際の測定の際しこは、この対応関係に基づき、
画像中の全画素につき法線を求め、次にある１点の高さ
を任意にある値に定めて、次にその隣接点の高さを順々
に法線の値を用いて決めていき、表面形状を得る。

一方、ＳＥＭと一般光学系との間には、電子銃の方向を
視線の方向、検出器の方向を光源とするという性質があ
る。これによれば、上記光源方向を変えた画像は、検出
器の場所を変えたＳＥＭの画像と読み変えることができ
る。このため、ＳＥＨの複数の検出器より得た画像の濃
淡情報を用いて行う立体測定も、上記１）　Ｍ　Ｓ、あ
るいはその類似の方式ということが出来る。ＳＥＭにＰ
ＭＳをそのまま応用したものは、見られないが、類似の
方式としては、例えば、菅沼忠雄がｒＳＥＭによる断面
測定」と題し、昭和６０年春季節第３２回応用物理学関
係構演会において発表している。この方式は、ＳＥＭの
２個の検出器の信号の２乗の差を試料面の２つの検出器
を結ぶ方向の勾配で置きかえて、それを片側から加算積
分することにより表面形状を求めるというものであるが
、Ｐ　Ｍ　Ｓと異なり、勾配は必ずしも正確に求まるも
のではない。なお、他に関連するものとして、特開昭５
６−１５０３０３号公報がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術のうち、ＰＭＳを直接ＳＥＭに応用する方
式は、３つ以上の検出器を必要とし、画面全体の立体形
状を襟元する。実際欲しいのは、直線上の断面形状のみ
であることが多く、機能をこれに限定して、検出器の数
を減らす配慮は見られなかった。

また、上記従来技術のうち、菅沼氏により発表されたも
のは、次の２点で正確でない。第１−点は、２乗の差信
号と勾配の対応関係は、特に高角度部分で成立しない。

第２点としては、試料の表面に２つの検出器を結ぶ方向
以外の傾き成分がある場合には、正確な勾配が求まらな
い。

本発明の目的は、直線上の断面形状シ二機能を限定し、
光源を変えた画像の枚数を２枚に限定し、あるいは、検
出器の数を２個に限定して、かつ正確な断面形状を求め
ることのできる断面形状測定方式を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

Ｐ　Ｍ　Ｓによれば、２つの光源あるいは検出器が向い
あっているとき、光源あるいは検出器を結ぶ方式にＸ軸
、試料面内のこれと直交する方向にｙ軸をとると、画面
のＸ方向の微分値は求まるが、ｙ方向の微分値には任意
性が残る。つまり、２つの光源あるいは検出器では、試
料面全体にわたる表面の立体形状は得られない。しかし
、光源あるいは検出器を結ぶ方向の微分は正確に求めら
れるわけであるから、この方向の直線上の断面形状は微
分値を端から順々に加算積分することにより求めること
ができる。

以上のように、上記目的は、２つの向いあった光源ある
いは検出器を用い、得られた画像の濃度または信号強度
より、その２つの光源または検出器を結ぶ方向の微分値
をＰＭＳを用い求め、端から、順々に加算積分すること
により達成される。

〔作用〕

従来技術で述べたように、ＰＭＳでは、画像濃度の組と
、画素の傾きの関係を予め調べておき、それを用い傾き
を計算するので、２つの光源の異る画像あるいは２つの
検出器より得られた信号に基づいて計算されたＸ微分は
正確である。それによって求められた断面形状も正確な
ものとなる。

〔実施例〕

第１図は本発明による断面形状測定システムの一実施例
のハードウェア構成図である。ＳＥＭの鏡体１１−中の
電子銃１２より放出された電子線１３は、電子レンズ系
１４で偏光され、試料台１５上の試料１６」二へ収束入
射する。それに対応して２次電子１７が放出され、それ
を左方検出器１８と右方検出器１９で検知する。この２
つの検出器で取り入れられた信号は独立に、キーボード
１０２からの指示により動作するコンピュータ１０１に
より演算処理され、演算結果、断面形状及び入力信号等
より形成される画像はデイスプレィ１０２上に表示され
る。

第２図は、本実施例におけるコンピュータ１０１の処理
のフローチャートである。ブロック２０は使用する撮画
に対して事前に行っておくキャリブレーション操作であ
る。この操作には、例えば、球面の上半分のようにな、
面の傾きの知られている試料を用いる。サブブロック２
０１では、この半球の右方検出器、左方検出器による画
像をそれぞれ入力する。前述のようにｘ−ｙ軸をとり、
鉛直上方にＺ軸をとると、半球は、例えば、Ｚ　＝４−
−５ で表される。Ｒは半径で、この半球は、Ｘ＝０゜ｙ＝ｏ
、ｚ＝ｏを中心としている。法線ベクトルをｎと書きと
、次のように表される。

これより、半球上の法線ベクトルは次式のとおりとなる
。

この式より、半球上には、あらゆるすべての法線方向の
画素が含まれており、半球上で面の法線方向と左方、右
方検出器の信号強度の組との関係を調べておけば、どの
ような測定対象がきてもよいということになる。具体的
には、サブブロック２０１で入力した画像上で、半球面
上ｘ＝ｘｏ。

ｙ”ｙｏの点の画像濃度を、左方検出器、右方検出器に
対してそれぞれＩｃｙ　Ｉｒとすると、その点のＸ方向
の微分は、−ｘｏ／　Ｒ”−ｘｏ”−ｙｏ”で与えられ
る。そこで、Ｉｔ、Ｉｒが入力されたら、−ｘｏ／　　
、”−ｘｏ”−ｙｏ”を出力するような対応関係をルッ
クアップテーブルとしてまとめておく、サブブロック２
０２ではこの操作を半球面上で行う。

このブロック２０の準備のもとで、ブロック２１では、
走査信号を入力する。左方検出器信号。

右方検出器信号の両方が得られるが、検出器の特性や、
時間的変動により、結果が変動するので、操作時の信号
値の調整用に、指定した１程度の係数を信号値に掛ける
操作をブロック２２で行い信号を正規化する。ブロック
２３では、入力した正規化された信号値を、ブロック２
０で作成しておいたルックアップテーブルに参照し、画
素のＸ方向の傾きを求める。こうして、走査した直線上
の画素の傾きが求められたが、ブロック２４ではこれを
左端より、順々に加算積分し、断面形状を得る。具体的
には、例えば、ｙ”ｙｏラインを走査し、ｘ＝ｘｏ、ｘ
ｏ＋ΔＸ、ＸＯ＋２Δｘ、”’、ｘ。

＋（Ｎ−１，）ΔＸの点の信号を得て、それぞれ、Ｘ方
向の微分値Ｐｉ＝ａＺ／ａｘ　ｌ　ｘ＝ｘｏ十ｉＡｘを
得たとする。ｘ＝ｘｏ、ｙ＝ｙｏの高さをＺ＝Ｚｏと決
めると、得られたＰｊより、ｘ：”ｘｏ＋ｊΔＸの高さ
Ｚｉは、次のように計算される。

この計算を１走査ラインにわたって行う。ブロック２５
では、この結果を表示する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２つの光源を結ぶ方向以外の傾き成分
がある場合にも、正確な断面形状を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のハードウェア構成図、第２
図は本発明の一実施例の処理のフローチャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同一被写体を同一方向から、光源の方向を変化させ
   て写した２枚の画像によつて、あらかじめ求めておいた
   、同一点に対する２つの輝度と面の傾きの対応関係を用
   い、被写体の画素の光源を結ぶ方向の傾き成分を求め、
   それを用いて、光源を結ぶ方向の断面形状を求めること
   を特徴とする断面形状測定方式。 ２、上記の光源の状態を変化させて写した２枚の画像は
   、走査電子顕微鏡につけた２個の検出器より、それぞれ
   同時に得た画像であることを特徴とする第１項記載の断
   面形状測定方式。