JPH08298091A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】電子線を試料５上に走査する電子光学系と、走
査によって得られた画像を記憶する画像メモリ１１と、
あらかじめ登録した参照パターンの画像上の位置を検出
し、さらに類似したパターンの類似度を求める画像処理
装置によって、参照パターン自身の類似度と次に類似度
の高いパターンの値によって閾値を求め、パターン検出
時に、この類似度の閾値以上のパターンを検出する。 【効果】最適なパターンを選択し、また最適な閾値を決
定することによって、パターン検出を行う際の検出時間
が短縮される。これにより実デバイス上の様々なパター
ンの自動測定が可能となり、また半導体製造ラインの自
動測定とスループットが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線を試料上に走査
し、走査に伴って放出される二次電信号より試料表面を
画像化する走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、あらかじめ登録した参照
パターンで検出を行う際、参照パターン自身の類似度に
固定値を乗じたものを閾値として検出を行っていた。こ
のため閾値によっては複数のパターンの候補が検出さ
れ、この候補の中からもっとも類似度の高いパターンを
検出するものであった。

【０００３】また、参照パターンを登録する際、試料表
面の登録した参照パターンに対して評価を行う手段や得
られた評価値によって参照パターンの閾値を設定する手
段がなく、登録した画像における参照パターンの信頼性
や妥当性を判断した上で最適なパターンを選択すること
ができなかった。パターン検出に関する従来の技術は特
願平5−19866 号，特願平5−279270号明細書などに記載
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では登録し
た参照パターンで検出を行う際の類似度の閾値が最適化
されたものではなかった。また、参照パターンを登録す
る画像上で、参照パターンが妥当なパターンであるかを
判断し、参照パターン自身の信頼性を知った上で閾値を
決定する手段がなかった。

【０００５】本発明の目的は、登録時に求めた最適な閾
値でパターン検出を行うことにある。さらに、登録した
画像における参照パターンに対して、また、参照パター
ン自身に対して評価を行うことで参照パターンの信頼性
や妥当性を判断し、最適なパターンを選択する手段を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の走査電子顕微鏡は、参照パターンを登録し
たのと同じ視野で、再取り込みした画像上で検出を行
い、参照パターン自身の類似度と次に類似度の高いパタ
ーンの類似度によって参照パターンの最適な閾値を求め
る。

【０００７】同時に参照パターンの登録画像に対する評
価値を求め、これにより決定される参照パターンの信頼
性を表す指標を示す。また参照パターンと次に類似度の
高いパターンの画像上の位置も表示する。これらの指標
や画像上の位置をもとに登録パターンを評価し、最適な
パターンを選択する。

【０００８】

【作用】最適化された閾値によってパターン検出を行う
ことで複数のパターン候補が検出されることが少なくな
り、パターン検出を行う際の信頼性が向上するととも
に、検出時間の短縮につながる。

【０００９】参照パターンの登録時の評価値と参照パタ
ーン自身の類似度を知ることによって、最適なパターン
を選択することが可能となり、また参照パターン自身の
類似度の閾値を設定することでさらに信頼度の高い参照
パターンを選択することが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図６お
よび表１により説明する。図１において電子銃１より放
射された電子ビーム２は、偏向コイル３によって偏向さ
れた後、対物レンズ４により細く絞られステージ６上の
試料５に照射される。ここで、試料上の走査範囲，走査
位置はコンピュータ１３より制御された偏向信号発生器
８によって発生し偏向増幅器７によって増幅された偏向
信号に変えることが可能である。

【００１１】入射した電子ビーム２により試料５から放
出された二次電子信号は検出器９によりアナログ電気信
号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１０でディジタル信号に変
換された後、画像メモリ１１に記憶される。画像メモリ
１１の内容は、常にＤ／Ａ変換器１２によってディジタ
ル信号からアナログ信号に変換され、ＣＲＴ２０の輝度
信号としてグリッドに印加される。このときＡ／Ｄ変換
器１０，画像メモリ１１，Ｄ／Ａ変換器１２は、Ａ／Ｄ
変換して記憶し更にＤ／Ａ変換して画像表示するための
タイミング信号を偏向信号発生器８より受け取る。ＣＲ
Ｔ２０の偏向コイル１９は、偏向信号発生器８の偏向信
号にしたがって偏向増幅器１８によって励磁される。

【００１２】ＣＲＴ２０上に表示されるカーソルの表示
位置は、マウス１４の位置信号を受けたコンピュータ１
３からの信号によって変化させることが可能である。こ
こで、表示されるカーソルは測定パターンを指定するク
ロスカーソル２２と参照パターンの画像上の範囲を指定
するエリアカーソル２４である。コンピュータ１３は、
逆にＣＲＴ２０上に表示されるカーソルの位置情報を取
得できる。

【００１３】画像処理装置１６は画像メモリ１１とは別
の画像メモリ１７を有し、Ｄ／Ａ変換器１２からのアナ
ログ信号を内部でＡ／Ｄ変換して画像メモリ１７に記憶
する。さらに、画像処理装置１６は、画像メモリ１７中
の画像データの全部または一部を読み込むことができ、
コンピュータ１３で取得したクロスカーソルおよびエリ
アカーソルの位置情報と組み合わせることで、エリアカ
ーソル位置の画像データを画像メモリ１７の対応する位
置を読み込める。

【００１４】キーボード１５より参照パターンの閾値が
入力された場合、その閾値はコンピュータ１３より画像
処理装置１６に送られ、参照パターンを登録する際の閾
値として設定される。

【００１５】このような構成を用いて、測定位置と参照
パターンの登録手続きについて説明する。まず、目的と
する測定パターンを含む試料５をステージ６に載せ、電
子ビーム２を照射してＣＲＴ２０上に像を表示する。次
に、表示画像上の目的とする測定パターン２１にマウス
１４を用いてクロスカーソル２２を合わせ(図２)、コン
ピュータ１３に測長位置の登録指示を出す。コンピュー
タ１３は、ＣＲＴ２０上のクロスカーソルの位置情報を
取得し保存する。さらにエリアカーソル２３を表示し
（図３）、参照パターン２４にマウス１４を用いてエリ
アカーソル２３を合わせ、その位置の画像データを画像
メモリ１７上の対応する位置から読み込み、参照パター
ンとする。ここでクロスカーソル２２とエリアカーソル
２４の位置のオフセットはコンピュータ１３に記憶され
る。

【００１６】次に、登録した参照パターンに対して評価
を行うための処理について説明する。画像処理装置１６
はコンピュータ１３に再度画像を取り込むための信号を
送り、これを受けたコンピュータ１３はこの信号を偏向
信号発生器８に送る。偏向信号発生器８からの画像を表
示するためのタイミング信号によって、Ａ／Ｄ変換器１
０，画像メモリ１１，Ｄ／Ａ変換器１２は再度画像を取
り込み、画像信号はＣＲＴ２０および画像処理装置１６
に送られる。ＣＲＴ２０は画像信号を表示し、画像処理
装置１６は画像メモリ１７に画像データを取り込む。

【００１７】画像処理装置１６は登録した参照パターン
２４と再度取り込んだ画像メモリ１７中の画像データを
比較し参照パターンのＣＲＴ上の位置および類似度ｓ１
を求める。このとき画像処理装置１６は参照パターンと
類似した複数パターン（図４ではパターン２５，２６，
２７など）のＣＲＴ上の位置および類似度ｓｎ（ｎ＝
１，２・・・）も併せて求める。さらに参照パターン自
身の類似度ｓ１と次に類似度の高いパターンの類似度ｓ
２によって、次式で示される

【００１８】

【数１】 ｔｈ＝(ｓ１＋ｓ２）／２ …（数１） 参照パターンの検出時における閾値ｔｈと次式で示され
る参照パターンの登録画像に対する評価値ｑ

【００１９】

【数２】 ｑ＝(ｓ１−ｓ２)／ｓ１ …（数２） を求める。ここで求められた参照パターンおよびそのＣ
ＲＴ上の位置，評価値ｑ，類似度ｓ１をコンピュータ１
３に転送し記憶する。さらに類似度ｓ１と評価値ｑによ
り決定した参照パターンの信頼性の指標をコンピュータ
１３を通してＣＲＴ２０に表示する。ここで表示された
参照パターンの信頼性の指標からユーザは登録した参照
パターンの妥当性を判断することができる。例えば、評
価値ｑに対する参照パターンの信頼性の指標を表１のよ
うに決めた場合を考える。

【００２０】

【表１】

【００２１】図３で参照パターン２４を選び、パターン
検出を行うと、登録画像にはよく似たパターン２５や２
７があり類似度ｓ１とｓ２(図４ではパターン２５)は近
い値となる。このため数２で得られる評価値ｑは低くな
り、ＣＲＴ２０にはPoorと表示され、登録した参照パタ
ーンが適当でないことが分かる。さらにＣＲＴ２０の登
録画像に表示された次に類似度の高いパターン（図４で
はパターン２５）より参照パターンとして適当でないパ
ターンを知ることもできる。そこで再度登録手続きを行
い、参照パターンにパターン２６を選ぶと画像上には類
似パターンがなく評価値ｑは高い値となり、ＣＲＴ２０
にはExcel またはGoodと表示される。この指標によりパ
ターン２６が参照パターンとして信頼性の高いパターン
であると判断できる。図５に参照パターンの登録手順の
フローチャートを示す。

【００２２】次に登録した参照パターンと閾値によって
検出を行う手順を説明する。コンピュータ１３に記憶さ
れた参照パターン，閾値ｔｈを画像処理装置１６に転送
する。画像処理装置１６は閾値ｔｈを設定した後、画像
を取込み、参照パターンによって検出を行う。このとき
参照パターンのみが閾値ｔｈ以上の類似度となり、それ
以下の類似度のパターンは検出パターンの候補とならず
検出されず、目的の参照パターンが唯一検出されること
になる。ここで検出された位置とオフセットを加え測定
位置を決定する。また何らかの原因で像質あるいはパタ
ーンの形状が変わり、パターン検出に失敗した場合、閾
値を設定しなおし、再度パターン検出を行うことが可能
である。図６にパターン検出時のフローチャートを示
す。

【００２３】

【発明の効果】本発明によって、参照パターンの登録時
に登録画面に対して評価を行い最適なパターンを選択
し、また最適な閾値を決定することによって、パターン
検出を行う際の信頼性が向上すると同時に、検出時間が
短縮される。これにより実デバイス上の様々なパターン
の自動測定が可能となり、また半導体製造ラインの自動
測定の信頼性とスループットの向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査電子顕微鏡のブロック図。

【図２】クロスカーソルを用いた測長パターン指定例の
説明図。

【図３】エリアカーソルを用いた参照パターン指定例の
説明図。

【図４】参照パターンの検出例の説明図。

【図５】参照パターンの登録手順のフローチャート。

【図６】パターン検出時のフローチャート。

【符号の説明】

１…電子銃、２…電子ビーム、３…偏向コイル、４…対
物レンズ、５…試料。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線を試料上に走査し、走査に伴って放
   出される二次電信号より試料表面の画像を得る手段と，
   得られた画像上の任意の参照パターンを登録する手段
   と，あらかじめ登録した参照パターンの画像上の位置を
   検出する手段と，参照パターンと被検出パターンとの類
   似度を求める手段と，画像上に参照パターンと類似した
   パターンが存在する場合、前記検出位置と類似度を複数
   求める手段を有する走査電子顕微鏡において、参照パタ
   ーンを登録する際、参照パターンを登録した視野で、再
   度取り込んだ画像上でパターン検出を行い、参照パター
   ン自身の類似度と次に類似度の高いパターンの値によっ
   て閾値を求め、パターン検出時に、この類似度の閾値以
   上のパターンを検出することを特徴とする走査電子顕微
   鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、参照パターン登録時に
   前記手順でパターン検出を行い、求められた被検出パタ
   ーンと参照パターン自身の類似度と次に類似度の高いパ
   ターンの類似度とから参照パターンの信頼度の尺度を求
   め、表示する手段を有する走査電子顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記参照パタ
   ーンの信頼度の尺度と画像上のパターンの位置によっ
   て、前記類似度の閾値と参照パターンの位置を再設定す
   る手段を有する走査電子顕微鏡。