JPH07122574B2 - 断面形状測定方法 - Google Patents

断面形状測定方法

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JPH07122574B2
JPH07122574B2 JP61174917A JP17491786A JPH07122574B2 JP H07122574 B2 JPH07122574 B2 JP H07122574B2 JP 61174917 A JP61174917 A JP 61174917A JP 17491786 A JP17491786 A JP 17491786A JP H07122574 B2 JPH07122574 B2 JP H07122574B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/04Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は試料表面の断面形状測定方法に関し、特に走査
電子顕微鏡(以下、「SEM」という)による断面形状測
定において、試料の材質の違いやエッジ効果、あるい
は、凹凸のある試料の表面に生ずる影に影響されないよ
うにした、高精度の断面形状測定方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
画像の濃淡の情報を基にして、立体形状を再構成する試
みが最近盛んになっているが、SEMを用いたものの例
に、“Measurement of Surface Topography Using SEM
with Two Secondary Electron Detectors"と題して菅沼
忠雄により、Journal of Electron Microscopy,vol.34N
o.4,pp328−337,1985に発表されたものがある。
この方式は、SEMに二つの検出器を付け、その二つの信
号値の二乗の差が、面素の検出器を結ぶ方向の傾き成分
に概ね比例するという性質を利用し、一ライン上の傾
き、すなわち、検出器を結ぶ方向の微分値を求めて、こ
れを端から加算積分することにより、該当ライン上の断
面形状を求めるものである。
具体的には、左右二つの検出器の信号値を、それぞれ、
IRとIL、IRnとILnを基準値として用いる平坦部の左右そ
れぞれの信号値,kを1程度の補正用の定数とすると、そ
の面素の傾きAは次のように表わされる。
ここで、上記検出器を結ぶ方向をX軸、試料面でこれと
直交する方向にY軸、高さ方向にZ軸をとる。Y=Y0の
ライン上を走査したとき、X=Jの点の傾きをAjとする
と、X=Jの高さをZjとして、次のように表わされる。
なお、SEMと一般の光学系との間には、電子銃の方向を
視線の方向、検出器の方向を光源方向と対応付けること
ができる。このため、二つの向かい合った方向の光源を
それぞれ用いて撮影した画像上の、同一点の二つの輝度
より上記と同様の処理を行うことができる。
しかし、上述の従来技術では、試料上に異なる材質が混
在する場合や、形状により特異な効果がある場合、ある
いは、試料上の凹凸により影が生じ、それにより、上記
IR,ILの値が変化するという点については配慮されてい
なかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、試料上に異なる材質が混在する場合
や、エッジの如き特徴点において、輝度に特異な効果が
あるとき、あるいは、試料上に大きな凹凸があるとき
に、試料表面に影が生じ、左右の検出器の信号値が変化
するために正確な傾き成分が得られず、結果として得ら
れる断面形状が不正確なものとなるという問題があっ
た。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その第一の
目的は、試料上に異なる材質が混在する場合や、エッジ
の如き特異な形状が存在する場合であっても、正確な断
面形状を得ることができる断面形状測定方法を提供する
ことにあり、第二の目的は、試料表面に大きな凹凸が存
在する場合であっても、正確な断面形状を得ることがで
きる断面形状測定方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の上記第一の目的は、エネルギービームを照射さ
れる対象物からのエネルギー放射強度を複数の検出器に
より検出し、該複数の検出器を結ぶ方向の前記対象物の
断面形状を求める断面形状測定方法において、前記対象
物の一点に対し、前記複数の検出器出力の分母分子同次
の関数を用いて、前記対象物の面素の、前記複数の検出
器を結ぶ方向の傾き成分を演算し、これに基づいて前記
対象物の前記複数の検出器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法によって達成され
る。
また、本発明の上記第二の目的は、上記手順に加えて、
表面形状の影のため生ずる測定結果を歪を、 (1)前記演算結果の断面形状から生ずる影を推定する (2)上記影を取除いたときの信号値を推定する (3)上記影の影響を取除いた信号値から断面形状を計
算する の三段階の手順を繰り返すことにより補正することを特
徴とする断面形状測定方法によって達成される。
〔作用〕
まず、本発明の第一の断面形状測定方法においては、前
述のIRとILによる画素の傾きAの計算式を、分母分子同
次式、または、その関数という系で表わすことにより材
質の混在や特異な形状の影響を除去している、以下、こ
れについて説明する。
一般に、上記IR,ILは、材質固有の反射率あるいは電子
の放出率Gと、視線方向と光源方向と面素の法線方向の
相対的な角度の関数FR,FLとの積で表わされる。
IR=G×FR ……(3) IL=G×FL ……(4) 面素の傾きAの計算式を、例えば、次の分母分子同次式
で表わす。
ここに前記式(3),(4)の関係を代入すると、次の
如くGを含まない式を表わすことができる。
すなわち、面素の傾きの計算式において、材質の影響を
取除いたことになる。エッジ効果の如く特異な形状に対
する効果も、Gのみにより生じる効果と考えられ、FR,F
Lには影響がないので、上述の如く、分母分子同次式に
することによって影響を除去すことができる。
上記式(5)以外にも、例えば、下記の如き分母分子同
次式を用いることができる。
また、本発明の第二の断面形状測定方法においては、前
述の如く、一旦、影の影響のある断面形状を計算した後
に、その影によって生じた歪を補正するものであり、そ
の詳細は以下に述べる通りである。
そもそも、従来の技術で説明した方式は、面素の周辺の
凹凸による影が生じていない理想的な状況下において、
左右の検出器の信号値より、面素の検出器を結ぶ方向の
傾き成分を求めて、それを加算積分して断面形状を求め
るものである。
影の影響のない信号値を推定することができれば、同じ
方式を用いてより正確な断面形状を計算できる。
ところが、どのような影ができるかは、正確な断面形状
が分からないと正確には推定できない。このディレンマ
は、次のように繰り返し計算を行い、漸近的に断面形状
を計算することによって解決できる。
まず、影のために歪んでいる断面形状も、真の断面形状
から全くかけ離れているわけではないので、この断面形
状より光学系、あるいは、SEMの形像原理を用いて計算
推定された試料表面上の影も、実際できる影とある程度
似ている。
そこで、この計算推定された影の知識を用いて検出器よ
り得られている影を含んだ信号を補正する。つまり、あ
る点の左方検出器信号が影のためにW倍されていると推
定されたならば、その点の左方検出器の信号値をWで割
った値に置換えたものを補正信号として作成する。
この補正は完全ではないが、この補正信号を用いて計算
された断面形状は、より真の値に近いものになる。この
断面形状を用いて、影を形像原理に基づいて計算すると
ころから繰り返すことにより、漸近的に正確な断面形状
が得られる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第2図は本発明の一実施例を示す、SEMに二個の二次電
子検出器を取付けた、断面形状測定装置のハードウェア
構成図である。鏡体11の電子銃12より放出された電子
(電子線)13は、電子レンズ系14により収束偏向させら
れ、試料台15上の試料16上に入射する。それに対応し
て、試料16より、二次電子17が放出され、左方検出器1
8,右方検出器19により検知される。
この信号は、キーボード21の指示により作動するコンピ
ュータ20により演算処理され、検出器の信号そのもの、
あるいは、演算処理された結果はディスプレイ22に表示
される。
第1図は上記実施例における処理のフローチャートであ
る。ブロック31では上記左方検出器,右方検出器の走査
信号を入力する。ブロック32では上記入力信号を用いて
面素の傾きを計算する。本実施例では次の式を用いる。
但し、定数kは事前にキャリブレーションを行って決め
ておく。すなわち、断面形状のわかっている試料を用い
て測定をしておき、その形状を最も忠実に表わすような
値に取っておく。
ブロック33では、この傾きを端から加算積分する。この
加算積分は、従来技術で述べた方式を用いて行う。ブロ
ック34ではこの結果を表示する。
本実施例によれば、異なる材質の混在する対象物,エッ
ジの如き特異な形状が存在する場合にも、正確な傾き
(A)を求めることができるので、このような場合に
も、正確な断面形状が得られるという効果がある。
第4図は本発明の他の実施例を示す処理のフローチャー
トである。ブロック51,ブロック52では、先の実施例に
示したブロック31およびブロック32と、それぞれ、同様
の処理を行う、本実施例では次の式を用いる。
但し、定数kは事前にキャリブレーションを行って決め
ておく。すなわち、断面形状のわかっている試料を用い
て測定をしておき、その形状を最も忠実に表わすような
値に取っておく。
ブロック53では、先の実施例におけるブロック図33と同
様に、この傾きを端から加算積分する。この加算積分
は、従来技術で述べた方式を用いて行う。ブロック54で
は、繰り返し計算の中で、前の回に計算した断面形状
と、今回計算した断面形状との差を評価し、ある範囲内
であったら、収束したと判定する。
この判定は、例えば、それぞれの断面形状の各点の差の
二乗和を計算し、これが予め決定しておいた値より小さ
いか否かで行うことができる。但し、第1回目の計算で
は、前回の計算をしていないので、自動的に収束してい
ないと判定する。ここで収束していれば、ブロック57に
進み、結果を表示する。収束していなければ、ブロック
55に進み、形像原理に従い、影を計算する。
第3図により、この計算の一例について説明する。図に
おいて、試料断面41において、影を求めたい計算点42よ
り左接線43と右接線44を引くと、左接点45と右接点46で
接する。計算点42より引いた鉛直線47と、左接線43,右
接線44のなす角度をそれぞれ、ψとψ、計算点42よ
り引いた法線48と左接線43,右接線44のなす角度を、そ
れぞれ、θとθとすると、左方検出器18,右方検出
器19には、それぞれ、上記角度範囲ψとψの二次電
子が検出されることになる。
上述の左方検出器18,右方検出器19に検知される二次電
子の量は、それぞれ、CL,CR倍されるが、その式は次の
如くなる。但し、h′は対象とする断面を含む平面内で
の、計算点42における傾きである。
この計算を断面形状を計算する各点について行う。ブロ
ック56では、入力信号をそれぞれ、CL,CRで割る。ここ
で、ブロック52に戻る。
ブロック52からブロック56までは繰り返して処理を行う
が、途中ブロック54で収束の判定が出たときはブロック
57に進み、この結果を表示する。
上記実施例によれば、試料表面の凹凸が大きくて影が生
ずる場合でも、正確な断面形状が得られるという効果が
ある。
〔発明の効果〕 以上述べた如く、本発明によれば、試料上に異なる材質
が混在する場合や、エッジの如き特異な形状が存在する
場合であっても、正確な断面形状を得ることが可能な断
面形状測定方法を実現でき、また、試料表面に大きな凹
凸が存在する場合であっても、正確な断面形状を得るこ
とが可能な断面形状測定方法を実現できるという顕著な
効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例における処理のフローチ
ャート、第2図は本発明の一実施例を示す、SEMに二個
の二次電子検出器を取付けた、断面形状測定装置のハー
ドウェア構成図、第3図は影の計算方法を説明するため
の図、第4図は本発明の第二の実施例における処理のフ
ローチャートである。 11:鏡体、12:電子銃、13:二次電子(電子線)、14:電子
レンズ系、15:試料台、16:試料、17:二次電子、18:左方
検出器、19:右方検出器、20:コンピュータ、21:キーボ
ード、22:ディスプレイ、31〜34:処理ステップ、41:試
料断面、42:計算点、51〜57:処理ステップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 JOURNAL ELECTRON M ICROSCOPY Vol,34、No. 4 1985 Tadao SUGANUM A、Measurment of Sur face Topography Usi ng SEM with Two Sec ondary Electron Pet ectors PP.328−337

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エネルギービームを照射される対象物から
    のエネルギー放射強度を複数の検出器により検出し、該
    複数の検出器を結ぶ方向の前記対象物の断面形状を求め
    る断面形状測定方法において、前記対象物の一点に対
    し、前記複数の検出器出力の分母分子同次の関数を用い
    て、前記対象物の面素の、前記複数の検出器を結ぶ方法
    の傾き成分を演算し、これに基づいて前記対象物の前記
    複数の検出器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法。
  2. 【請求項2】前記対象物を照射するエネルギービームと
    して、電子ビームを放射する走査型電子顕微鏡を用い、
    かつ、前記複数の検出器の検出検出信号を同時に測定す
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の断面
    形状測定方法。
  3. 【請求項3】前記構成に加えて、表面形状の影のため生
    ずる測定結果の歪を、 (1)前記演算結果の断面形状から生ずる影を推定する (2)上記影を取除いたときの信号値を推定する (3)上記影の影響を取除いた信号値から断面形状を計
    算する の三段階の手順を繰り返すことにより補正することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の断面
    形状測定方法。
  4. 【請求項4】同一対象物を、同一方向から光源の方向を
    変えて撮影した二枚の画像により、前記光源を結ぶ方向
    の断面形状を求める断面形状を求める断面形状測定方法
    において、前記対象物の一点に対応する二つの輝度の、
    分母分子同次の関数を用いて、前記対象物の面素の、前
    記光源を結ぶ方向の傾き成分を演算し、これに基づいて
    前記対象物の前記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法。
  5. 【請求項5】前記構成に加えて、表面形状の影のため生
    ずる測定結果の歪を、 (1)前記演算結果の断面形状から生ずる影を推定する (2)上記影を取除いたときの信号値を推定する (3)上記影の影響を取除いた信号値から断面形状を計
    算する の三段階の手順を繰り返すことにより補正することを特
    徴とする特許請求の範囲第4項記載の断面形状測定方
    法。
JP61174917A 1986-07-25 1986-07-25 断面形状測定方法 Expired - Lifetime JPH07122574B2 (ja)

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JOURNALELECTRONMICROSCOPYVol,34、No.41985TadaoSUGANUMA、MeasurmentofSurfaceTopographyUsingSEMwithTwoSecondaryElectronPetectorsPP.328−337

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