荷電粒子顕微鏡装置及びそれを用いた画像処理方法
【課題】
パターンの形状や試料特性に応じて，高速・高性能な画質改善処理を行う。
【解決手段】設計データや，設計データ上の各領域に対応する試料特性情報を用いて画質改善処理を行うことにより，画像上の個々の領域に対応する試料特性に応じて適切な画質改善処理を施し，画像上の領域分割を高速に行うといった処理を可能とする。さらに，設計データと対応する画像情報を保存したデータベースを利用することにより，類似した設計データにおいて過去に撮像した画像との差が大きい箇所を自動で強調する等の画質改善処理を可能とする。
パターンの形状や試料特性に応じて，高速・高性能な画質改善処理を行う。
【解決手段】設計データや，設計データ上の各領域に対応する試料特性情報を用いて画質改善処理を行うことにより，画像上の個々の領域に対応する試料特性に応じて適切な画質改善処理を施し，画像上の領域分割を高速に行うといった処理を可能とする。さらに，設計データと対応する画像情報を保存したデータベースを利用することにより，類似した設計データにおいて過去に撮像した画像との差が大きい箇所を自動で強調する等の画質改善処理を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，荷電粒子を試料に照射して画像を取得する荷電粒子顕微鏡及びそれを用いた画像処理方法に係り，特に取得した画像に対して画像処理による画質改善処理を施す画質改善方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被観察対象の微細な構造を鮮明に観察するために，光学顕微鏡に比べて分解能が非常に高い荷電粒子顕微鏡が広く利用されている。荷電粒子顕微鏡では，荷電粒子ビームを対象試料に照射し，対象試料から放出される，または対象試料を透過する粒子（照射した荷電粒子と同種または別種の荷電粒子，または電磁波）を検出することで，対象試料の拡大画像を取得する。
【０００３】
特に，半導体製造プロセスにおいては，半導体ウェハの検査，パターン計測などの用途として，走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）や走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ），走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope）などの荷電粒子顕微鏡が用いられている。これらの用途においては，撮像した画像を用いて，半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などが行われる。
【０００４】
荷電粒子顕微鏡において，高画質な画像を提供する機能は，最も重要な機能の一つである。荷電粒子光学系や検出系等のハードウェアの改良により，撮像画像の高分解能化・高S/N化をある程度実現することは可能であるが，限界がある。分解能に関しては，荷電粒子が波動の性質を持つことにより発生する回折収差や，荷電粒子レンズの特性に起因する色収差，球面収差の影響により，必ず分解能劣化が発生してしまう。また，S/Nに関しては，一般に照射する荷電粒子ビームの量を多くすることにより高S/N化を実現することが可能であるが，一方で試料にダメージを与えたり撮像時間が長くなるという問題があるため，実際には照射可能な荷電粒子ビームの量は限られてしまい，十分なS/Nを確保できない場合もある。
【０００５】
ハードウェアの改良とは別の対策として，撮像画像に対して画像処理による画質改善処理を施すことにより，分解能向上やS/N向上を図る方法もある。分解能向上やS/N向上のための処理として，エッジ強調処理，画像復元処理，ノイズ除去処理などが，特許文献１，２で提案されている。また，上記以外の画質改善処理として，撮像画像に対してコントラスト補正処理を施すことにより，明度・コントラストを適切に調整し出力画像の高画質化を行う手法が，提案されている（例えば，非特許文献１）。
【０００６】
また、特許文献３には、マッチング処理を用いて二つの画像の位置合わせを行うことが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２１１４７２号公報
【特許文献２】特開平３−４４６１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３２８０１５号公報
【非特許文献１】Y.I.Gold and A.Goldenshtein: Proc. SPIE, 3332, pp.620-624 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２や非特許文献１で提案されている手法では，撮像画像のみを用いて画質改善処理が行われるか，もしくは，撮像画像および撮像条件（荷電粒子ビームの加速電圧，プローブ電流等）を用いて画質改善処理が行われていた。しかしながら，前記の手法では，設計データを用いた処理や，設計データおよび試料特性情報を用いた処理は行われていなかった。ここで，設計データとは，製造する半導体パターンの形状情報を示すデータのことを表し，多くの場合，輪郭に関する情報等により半導体パターンの形状が記述されている。
【０００９】
このため，従来の処理では，以下に列挙するように十分な画質改善性能が得られない場合がある。
撮像画像や撮像条件のみでは，画像上の各領域における試料特性情報が得られず，また画像上において空間的に離れた領域が，同様の試料特性（材質特性・電気特性・レイヤ特性等）を有しているか否かを判別することができない。このため，各領域に対して試料特性に応じて適切な画質改善処理を施したり，試料特性の差異を顕在化したり，特定の特性を持つ試料のみを強調したりといった処理を施すことができない。
従来手法において，異なる領域間のコントラストを強調したり，領域毎に処理パラメータを最適化するような処理を行うためには，画像の領域分割を行う必要がある。しかし，領域分割には長い処理時間を要するという問題があり，領域分割の精度と処理時間の両立が困難である。
ユーザが特に観察したい試料上の領域は，設計データとの差が大きい領域である場合が多い。このような領域を自動で強調するような画質改善処理は，従来手法では困難である。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して画質が改善された画像が取得できる荷電粒子顕微鏡装置及びそれを用いた画像処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では，半導体ウェハの検査，観察、パターン計測などを行う荷電粒子顕微鏡で取得した画像を処理する場合において、以下のような画質改善方法を採用することにより前記課題を解決した。
【００１２】
すなわち、本発明では，荷電粒子顕微鏡装置に、集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査する荷電粒子ビーム照射部と、該荷電粒子照射部により荷電粒子ビームを照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成する二次荷電粒子像取得部とを備えた荷電粒子像取得手段と、該荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する画像処理手段と、該画像処理手段で処理した結果を出力する出力手段とを備え、前記画像処理手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善する画質改善部と、該画質改善部で画質を改善した画像を処理して前記試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測の何れかの処理を行う画像処理部とを有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明では、集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成し、該生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法において、試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記生成した試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善し、該画質を改善した画像を処理して前記試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測の何れかの処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，荷電粒子顕微鏡画像に対して，設計データや試料特性情報を用いて画質改善処理を行うことによって，試料特性の違いを反映した画質改善処理，領域分割などの処理における高精度化と高速化の両立，設計データと撮像画像との差が大きい領域の強調表示等が可能になり、画像処理による試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測等が精度良く行えるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は，設計データの持つ情報を活用することによって，半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などを行うために荷電粒子顕微鏡で取得した撮像画像に対して高性能な画質改善処理を行うものである。
【００１６】
以下，本発明に係る実施の形態を、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いた欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）またはパターン寸法計測装置（ＣＤ―ＳＥＭ）に適用した場合について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は，ＳＥＭを用いたシステム（以下、ＳＥＭシステムという）で試料の画像を撮像して画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。まず，ＳＥＭを用いて１０１のステップで表面にパターンが形成された試料を撮像し，撮像画像（ＳＥＭ画像）１１１を取得する。また，１０２のステップで前記試料の表面に形成されたパターンの設計データ（ＣＡＤデータ）１１２を読み込み，撮像画像１１１に対応した設計データ１１２を取得する。撮像画像１１１と設計データ１１２の間には一般に位置ずれが発生するため，設計データ１１２は，少なくとも撮像画像１１１の視野よりも広い視野のデータを取得しておき，撮像画像１１１に対応する領域が含まれるようにしておく。 次に，ステップ１０３で撮像画像１１１を用いて設計データ１１２の位置合わせを行い，位置合わせ後の設計データ１１３を得る。
【００１８】
位置合わせについて，図６を用いて説明する。図６において，撮像画像１１１と設計データ１１２の位置合わせを行う際，６１１のように，撮像画像と設計データとの位置が合うように，設計データをx方向，y方向にそれぞれ必要な分だけシフトする。具体的な位置合わせ処理の手法については様々な手法があるが，例えば，特許文献３に記載されているようなマッチング処理を用いても良い。次に，位置合わせ後の設計データ１１３を利用して，ステップ１０４で撮像画像の画質改善処理を行い，１１４の画質改善画像を生成する。
【００１９】
更に、ステップ１０４で画質改善された画像を用いてステップ１０５において画像処理を行うことにより、半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などを行ってもよい。
【００２０】
本実施例により，設計データの持つ情報である，パターンの領域情報やエッジ位置，エッジ方向等の情報を用いて画質改善処理を行うことができ，例えば，パターンの領域情報に応じて処理パラメータを適切に変えることが可能となる。また，パターンのエッジまたはその近傍の領域とパターンのエッジを含まない領域でノイズ除去やエッジ強調の度合いを変えたり，パターンのエッジ方向に沿った平滑化処理を行うことでパターンのエッジを鈍化することなく高S/N化を行ったり等の処理を高速に行うことも可能である。尚，図面内での点線の矢印は，矢印の先にある処理において，矢印の元にあるデータや画像が補助的に用いられることを表している。
【００２１】
図２は，本発明の一実施形態であるＳＥＭシステムの基本構成を示す。本発明に係るＳＥＭシステムは，撮像装置２０１，入出力部２２１，制御部２２２，画像生成部２２３、画像処理部２２４，記憶部２２５，および画質改善部２２６等を備えている。
【００２２】
撮像装置２０１では，電子銃２０２から電子ビーム２０３を発生し，発生させた電子ビーム２０３をコンデンサレンズ２０４や対物レンズ２０５に通すことにより試料２００の表面に集束させ、偏向電極２０６で電子ビーム２０３の軌道を偏向させることにより、電子ビーム２０３を試料２０６の表面に走査して照射する。
【００２３】
次に，電子ビーム２０３を試料２０６の表面に走査して照射することにより試料２００から発生する２次電子又は反射電子を検出器２０８で検出し，Ａ／Ｄ変換器２０９により前記検出して得られたアナログ信号をディジタル信号に変換し画像生成部２２３に入力する。画像生成部２２３では、制御部２２２で偏向電極２０６を制御する信号やステージ２０７を制御する信号を用いて前記デジタル信号を処理することにより画像を生成し，撮像画像を取得する。この取得した撮像画像は，記憶部２２５に保存される。検出器２０８は複数個備わっていても良く，それらの検出器は異なる種類の粒子（２次電子と反射電子）を検出するような検出器であっても良い。また，１回の撮像で，撮像画像を複数枚取得するような構成であっても良い。
【００２４】
試料２００はステージ２０７に載置されており，制御部２２２で制御してステージ２０７を移動することにより，試料の任意の位置における画像の取得が可能である。撮像装置２０１、入出力部２２１、制御部２２２、画像生成部２２３、画像処理部２２４、記憶部２２５及び画質改善部２２６は、信号ライン２２０を介して互いに接続されている。
【００２５】
入出力部２２１はディスプレイ２２１０を備え，画像撮像位置や撮像条件の入力，撮像画像や画質改善画像の出力などをディスプレイ２２１０に表示したＧＵＩ（Graphic User Interface）を介して行う。
【００２６】
制御部２２２では，撮像装置の制御として，電子銃２０２等に印加する電圧や，コンデンサレンズ２０４および対物レンズ２０５の焦点位置の調整，偏向電極２０６（１対のＸ方向制御電極と１対のＹ方向偏向制御電極を備える）に印加する電圧、ステージ２０７の移動，Ａ／Ｄ変換器２０９の動作タイミング等を制御する。また，制御部２２２は，入出力部２２１，画像生成部２２３、画像処理部２２４，記憶部２２５，画質改善部２２６の制御も行う。
【００２７】
画像処理部２２４では，画質改善処理以外の処理，例えば，電子ビーム２０３の焦点を試料２００の表面に合わせるために必要な自動焦点合わせに関する処理や、画質改善部２２６で画質が改善された画像を用いて半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などの処理を行う。半導体パターンや欠陥を観察する場合には、画質改善部２２６で画質が改善された半導体パターンや欠陥を含む画像を用いて、従来の技術と同様に参照画像と比較して半導体パターンや欠陥の画像を抽出する。この抽出した画像は画質が改善された画像であるため、半導体パターンや欠陥の画像特徴量をより高い信頼性で精度良く抽出することが出来るようになる。この結果、より微細な半導体パターンの形状評価や欠陥画像の分類及び欠陥発生要因の究明を、精度良く行うことが可能になる。また、パターンの寸法計測を行う場合には、画質が改善された画像を用いることにより、計測精度が向上すると共に、計測の再現性を向上させることが出来る。
【００２８】
記憶部２２５では，撮像画像，設計データ，試料特性情報，画質改善画像，画質改善のための処理パラメータ等が保存される。設計データは、図示していない他の記憶手段に記憶されているデータの中から必要なデータを通信回線を介して読み出し、記憶部２２４に入力し記憶しておくようにしてもよい。
【００２９】
画質改善部２２６では，図１に示した，撮像画像から画質改善画像を生成するための一連の処理を行う。画質改善部２２６の構成は図２に示すように，設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，および画質改善処理１０４を行う画質改善処理部２３３を備えている。画質改善部２２６は更に，後述する形状情報修正３０１を行う形状情報修正部（図示せず）や，後述する試料特性読込４０１を行う試料特性読込部（図示せず）などを備えていても良い。
【００３０】
図３（ａ）は，形状情報を修正した設計データを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。図１と同一の処理またはデータについては，図１と同じ番号で示してある。画像撮像１０１，設計データ読込１０２，位置合せ１０３の各処理の内容は、図１を用いて説明した処理と同じである。
【００３１】
本実施例では，位置合わせ１０３により得られた位置合わせ後の設計データ１１３に対し，形状情報修正３０１を行うことにより，形状情報修正後の設計データ３１１を得る。形状情報の修正３０１は，リソシミュレーション（レジストパターンをマスクとしてエッチング処理することによりウェハ上にパターンを形成する工程をシミュレーションすることにより、ウェハ上に形成されるパターン形状を算出する）により行うことができる。もしくは，撮像画像の情報を使って修正しても良い。
【００３２】
次に，前記形状情報修正後の設計データ３１１を用いて，撮像画像１１１に対して画質改善処理３０２を行うことにより，画質改善画像３１２を生成する。前記形状情報修正後の設計データ３１１を用いることで，パターンのエッジ位置やエッジ方向などのより正確な情報を取得できるため，より高性能な画質改善処理を施すことができる。
【００３３】
図３（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６’の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６’は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，形状情報修正３０１を行う形状情報修正部２３４、および画質改善処理３０２を行う画質改善処理部２３３’を備えている。
【００３４】
この画質改善処理３０２がなされた画質改善画像３１２を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００３５】
図４（a）は，設計データおよび試料特性情報を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。本実施例では，テーブル４１１に示すような各領域における試料特性（材質特性・電気特性・レイヤ特性等）の情報を予め記憶部２２５に記憶させておく。位置合わせ１０３により得られた位置合わせ後の設計データ１１３に対し，試料特性読込４０１により，設計データ１１２内の各領域に対応する試料特性４１２をテーブル４１１から読み込む。
【００３６】
次に，画質改善処理４０２により，位置合わせ後の設計データ１１３および対応する試料特性４１２の両方を用いて，撮像画像１１１に対する画質改善処理４０２を行い，画質改善画像４１３を得る。この処理により，試料特性を反映した画質改善処理が可能であり，例えば，特定の材質からなる領域のみを強調表示したり，下層のレイヤにおける低コントラストな箇所のコントラスト差を付けたり，正に帯電しやすい領域を明るく表示したりといった処理を，自由に行うことができる。これらの処理のうち，どのような処理が適しているかは目的や状況などによって変化する場合が多いため，強調表示したい特性に関する情報等はユーザから指定できるような構成にしておき，ユーザからの入力に従って処理を行えるようにしても良い。
【００３７】
図４（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６”の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６”は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，記憶部２２５に記憶されているテーブル４１１から試料特性４１２の情報を読み込む試料特性読込部２３５、および画質改善処理４０２を行う画質改善処理部２３３”を備えている。
【００３８】
この画質改善処理４０２がなされた画質改善画像４１３を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００３９】
図５（a）は，設計データをもとにセグメンテーションを行い，その結果を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。ここで，セグメンテーションとは，画像を幾つかの領域に細分化する処理を表す。この画像の細分化は、位置合せ後の設計データ１１３を用いて撮像画像１１１に対してパターンの領域ごとに分割、または、類似したパターンごとにグループ化して分割する。
【００４０】
図５(a)に示した処理フローを説明する。先ず、画像撮像１０１のステップで撮像装置２０１を用いて表面にパターンが形成された試料を撮像して撮像画像１１１を取得する。また，１０２のステップで前記試料の表面に形成されたパターンの設計データ１１２を読み込み，撮像画像１１１に対応した設計データ１１２を取得する。次に、位置合わせ１０３のステップにおいて、撮像画像１１１と設計データ１１２との位置ずれを補正し、この位置合わせ１０３のステップで位置ずれが補正された設計データ１１３に対し，セグメンテーション５０１により，撮像画像１１１のセグメンテーションを行い，セグメンテーション結果５１１を得る。次に，前記セグメンテーション結果５１１を用いて，セグメンテーションにより分割された各領域ごとに画質改善処理５０２を行い，画質改善画像５１２を生成する。
【００４１】
画質改善処理５０２では，位置合わせ後の設計データ１１３を用いても良い。また，セグメンテーション５０１は，撮像画像１１１に対して行う代わりに，画質改善処理５０２の途中の画像に対して行っても良い。本実施例により，領域分割された画像を用いた画質改善処理を行うことができるため，領域に応じて異なる画質改善処理を施したり，コントラスト強調度合いなどの処理パラメータを変えたりといった処理を容易に行える。
図５（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６’’’の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６’’’は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，撮像画像１１１のセグメンテーションを行うセグメンテーション部２３６、および画質改善処理５０２を行う画質改善処理部２３３’’’を備えている。
【００４２】
この画質改善処理５０２がなされた画質改善画像５１２を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００４３】
図７（a）は，データベースに蓄えられたデータを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。図７に示した処理フローを説明する。先ず、画像撮像１０１のステップで撮像装置２０１を用いて表面にパターンが形成された試料を撮像して撮像画像１１１を取得する。また，１０２のステップで前記試料の表面に形成されたパターンの設計データ１１２を読み込み，撮像画像１１１に対応した設計データ１１２を取得する。次に、位置合わせ１０３ステップにおいて、撮像画像１１１と設計データ１１２との位置ずれを補正し、この位置ずれが補正された位置合わせ後の設計データ１１３を用いて，データベース７１１を参照するデータベース参照７０１を行う。データベース７１１には，設計データと，対応する画像情報が記憶されている。
【００４４】
画像情報とは，撮像画像，または画質改善画像，またはそれらの画像から得られる情報や，それらの画像に関連する情報のことである。画像情報は，例えば，撮像画像に対してエッジ抽出処理を行うことによって得られるエッジ情報や，画質改善処理の処理パラメータ等を含んでいても良い。データベース参照７０１のステップにおいて，位置合わせ後の設計データ１１３に類似した設計データをデータベース７１１から探索し，対応する画像情報７１２を取得する。次に，画質改善処理７０２のステップにおいて，位置合わせ後の設計データ１１３および画像情報７１２を用いて撮像画像１１１に対する画質改善処理を行い，画質改善画像７１３を生成する。
【００４５】
図７（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６””の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６””は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，設計データ１１３を用いてデータベース７１１を参照するデータベース参照部２３７、および画質改善処理７０２を行う画質改善処理部２３３””を備えている。
【００４６】
この画質改善処理７０２がなされた画質改善画像７１３を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
また，必要に応じて，データベース保存７０３により，位置合わせ後の設計データ１１３，撮像画像１１１，画質改善画像７１３等をデータベース７１１に保存する。図７における一点鎖線の矢印は，データベース保存７０３の処理フローにおいてデータベース７１１に保存されるデータのフローを示している。本実施例により，類似した回路パターンにおける過去に取得した画像に関する情報を用いて，画質改善処理を行うことができる。したがって，過去に取得した画像との加算平均を行うことにより，更なる高S/N化を実現したり，類似した回路パターンを持つ他の画質改善画像と同様の処理パラメータを用いることによりコントラスト等が大きく異なることを抑制したりといった処理を行うことができる。
【００４８】
図８は，設計データを用いた画質改善処理における処理パラメータを設定するためのＧＵＩ画面８００の一実施例を示す図である。このＧＵＩ画面は、図２に示した装置構成における入出力部２２１に接続しているディスプレイ２２１０の画面上に表示される。本実施例では、このＧＵＩ画面を、表示強度８０１に関する設定項目，明度およびコントラスト８０２に関する設定項目，データベース利用８０３に関する設定項目をそれぞれ表示する領域を備えて構成した例を示す。
【００４９】
表示強度に関する設定項目８０１では，例えば，パターンのエッジ部８１１や下層レイヤにおける表示強度８１２に関する設定項目がある。明度およびコントラストに関する設定項目８０２では，例えば，試料上における穴が空いている領域における穴底の明度に関する設定項目８２１，同一の領域内におけるコントラストに関する設定項目８２２，異なる領域間におけるコントラストに関する設定項目８２３などがある。また，特定の試料特性を持つ領域と表示度合いを関連付けるような設定項目８２４があっても良い。データベースの利用に関する設定項目８０３では，例えば，データベースを利用するか否かを指定するための設定項目８０６や，類似した設計データに対応する撮像画像との加算平均を行うための設定項目８０７などがある。さらに，画質改善結果に関するプレビュー画面８０４があっても良い。
【００５０】
プレビュー画面８０４では，例えば，設計データの例８１２，撮像画像の例８１３と，表示強度に関する設定項目８０１、明度およびコントラストに関する設定項目８０２、データベースの利用に関する設定項目８０３等で指定された処理パラメータを用いて画質改善処理を行うことにより得られる画質改善画像の例８１４が表示される。このようなＧＵＩ画面８００を備えることにより，個々のユーザの画質評価基準に応じた，ユーザにとって適した画像を提供することができる。
【００５１】
図９は，図７の実施例で示したような，データベース７１１に蓄えられたデータを用いて画質改善処理７０２を行うことの必要性を表す一実施例図である。撮像画像９０１および撮像画像９０２は，同一のパターンを撮像して得られた画像の例である。撮像画像９０２には，異物９０３がパターンの上に乗っている。この場合，設計データの情報を用いずに各撮像画像に対して画質改善処理を施すと，異物９０３の影響を受け，撮像画像９０１，９０２の間で大きくコントラスト等が異なる場合がある。一方，それぞれの設計データ１１２上には異物が存在しないことを考慮すると，設計データ１１２の情報を利用することにより，撮像画像９０１と撮像画像９０２のコントラスト等を揃えることができる。さらに，データベース７１１に蓄えられたデータを用いることにより，安定した処理が可能となる。例えば，撮像画像９０２に対して画質改善処理を施す際に，類似した設計データを持つ撮像画像をデータベース７１１から検索することにより撮像画像９０１のような画像を検索することができれば，撮像画像９０１に対する画質改善処理の処理パラメータを用いて撮像画像９０２の画質改善処理を行うことが可能である。
【００５２】
図１０は，ＳＥＭシステムにおいて，設計データを用いてエッジ強調処理を行うことの効果を表す一実施例図である。設計データ１００１に対応する箇所を撮像すると，撮像画像１００２のような画像が得られる。ここで，矢印１０１３は，画像撮像時における荷電粒子ビームのスキャン方向を表す。本実施例では，横方向に荷電粒子ビームをスキャンしており，この場合，スキャン方向に直交している縦方向のエッジ１０１１は，撮像画像１００２において鮮明に表示されるが，スキャン方向と平行である横方向のエッジ１０１２は，低コントラストになってしまうことがある。しかし，設計データ１００１の情報を利用することにより，横方向のエッジ１０１２が存在することがわかるため，本エッジを強調して表示し，画質改善画像１００３のように縦方向と横方向のエッジが同程度のコントラストであるような画像を生成することが可能である。
【００５３】
図１１は，設計データ（ＣＡＤデータ）を用いて下層レイヤを強調表示することの効果を表す一実施例を示す図である。設計データ１１０１に対応する箇所を撮像すると，撮像画像１１０２のように下層レイヤ１１１２で十分なコントラストが得られない場合が起こりうる。一方，下層レイヤを観察したい場合においては，下層レイヤを強調するような画質改善処理を施すことが望ましい。また，例えば，上層レイヤのうち，領域１１１１のような下層レイヤの真上に位置するような領域において，パターンの幅を計測したい場合などもある。この場合，下層レイヤが十分に強調表示されていないと，１１１１の箇所を見つけることが困難になることもある。このような場合においても，画質改善画像１１０３のように下層レイヤを強調して表示することができれば，前記のような要求を満たすことが可能である。
【００５４】
上記した実施例は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いたシステムの例として欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）またはパターン寸法計測装置（ＣＤ―ＳＥＭ）の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いたパターン欠陥検査装置にも適用することが可能である。
【００５５】
さらに本発明は、走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）、または、走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope）を用いたシステムに応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】画像を撮像して画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図２】本発明の一実施形態である荷電粒子顕微鏡の基本構成である。
【図３】形状情報を修正した設計データを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図４】設計データおよび試料特性情報を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図５】設計データをもとにセグメンテーションを行い，本セグメンテーションの結果を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図６】撮像画像を用いて設計データの位置合わせを表す一実施例図である。
【図７】データベースに蓄えられたデータを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図８】設計データを用いた画質改善処理における処理パラメータを設定するためのＧＵＩ画面の一実施例図である。
【図９】データベースに蓄えられたデータを用いて画質改善処理を行うことの必要性を表す一実施例図である。
【図１０】走査型荷電粒子顕微鏡において，設計データを用いてエッジ強調処理を行うことの効果を表す一実施例図である。
【図１１】設計データを用いて下層レイヤを強調表示する例を表す一実施例図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０１…画像撮像処理、１０２…設計データ読込処理，１０３…位置合わせ処理，１０４…画質改善処理，１１１…撮像画像，１１２…設計データ，１１３…位置合わせ後の設計データ，１１４…画質改善画像，２０１…撮像装置，２０２…荷電粒子銃，２０３…荷電粒子ビーム，２０４…コンデンサレンズ，２０５…対物レンズ，２０６…試料，２０７…ステージ，２０８…検出器，２０９…画像生成器，２２１…入出力部，２２２…制御部，２２３…処理部，２２４…記憶部，２２５…画質改善部，２３１…設計データ読込部，２３２…位置合わせ部，２３３…画質改善処理部，３０１…形状情報修正処理，３０２…画質改善処理，３１１…形状情報修正後の設計データ，３１２…画質改善画像，４０１…試料特性読込処理，４０２…画質改善処理，４１１…テーブル，４１２…試料特性，４１３…画質改善画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は，荷電粒子を試料に照射して画像を取得する荷電粒子顕微鏡及びそれを用いた画像処理方法に係り，特に取得した画像に対して画像処理による画質改善処理を施す画質改善方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被観察対象の微細な構造を鮮明に観察するために，光学顕微鏡に比べて分解能が非常に高い荷電粒子顕微鏡が広く利用されている。荷電粒子顕微鏡では，荷電粒子ビームを対象試料に照射し，対象試料から放出される，または対象試料を透過する粒子（照射した荷電粒子と同種または別種の荷電粒子，または電磁波）を検出することで，対象試料の拡大画像を取得する。
【０００３】
特に，半導体製造プロセスにおいては，半導体ウェハの検査，パターン計測などの用途として，走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）や走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ），走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope）などの荷電粒子顕微鏡が用いられている。これらの用途においては，撮像した画像を用いて，半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などが行われる。
【０００４】
荷電粒子顕微鏡において，高画質な画像を提供する機能は，最も重要な機能の一つである。荷電粒子光学系や検出系等のハードウェアの改良により，撮像画像の高分解能化・高S/N化をある程度実現することは可能であるが，限界がある。分解能に関しては，荷電粒子が波動の性質を持つことにより発生する回折収差や，荷電粒子レンズの特性に起因する色収差，球面収差の影響により，必ず分解能劣化が発生してしまう。また，S/Nに関しては，一般に照射する荷電粒子ビームの量を多くすることにより高S/N化を実現することが可能であるが，一方で試料にダメージを与えたり撮像時間が長くなるという問題があるため，実際には照射可能な荷電粒子ビームの量は限られてしまい，十分なS/Nを確保できない場合もある。
【０００５】
ハードウェアの改良とは別の対策として，撮像画像に対して画像処理による画質改善処理を施すことにより，分解能向上やS/N向上を図る方法もある。分解能向上やS/N向上のための処理として，エッジ強調処理，画像復元処理，ノイズ除去処理などが，特許文献１，２で提案されている。また，上記以外の画質改善処理として，撮像画像に対してコントラスト補正処理を施すことにより，明度・コントラストを適切に調整し出力画像の高画質化を行う手法が，提案されている（例えば，非特許文献１）。
【０００６】
また、特許文献３には、マッチング処理を用いて二つの画像の位置合わせを行うことが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２１１４７２号公報
【特許文献２】特開平３−４４６１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３２８０１５号公報
【非特許文献１】Y.I.Gold and A.Goldenshtein: Proc. SPIE, 3332, pp.620-624 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２や非特許文献１で提案されている手法では，撮像画像のみを用いて画質改善処理が行われるか，もしくは，撮像画像および撮像条件（荷電粒子ビームの加速電圧，プローブ電流等）を用いて画質改善処理が行われていた。しかしながら，前記の手法では，設計データを用いた処理や，設計データおよび試料特性情報を用いた処理は行われていなかった。ここで，設計データとは，製造する半導体パターンの形状情報を示すデータのことを表し，多くの場合，輪郭に関する情報等により半導体パターンの形状が記述されている。
【０００９】
このため，従来の処理では，以下に列挙するように十分な画質改善性能が得られない場合がある。
撮像画像や撮像条件のみでは，画像上の各領域における試料特性情報が得られず，また画像上において空間的に離れた領域が，同様の試料特性（材質特性・電気特性・レイヤ特性等）を有しているか否かを判別することができない。このため，各領域に対して試料特性に応じて適切な画質改善処理を施したり，試料特性の差異を顕在化したり，特定の特性を持つ試料のみを強調したりといった処理を施すことができない。
従来手法において，異なる領域間のコントラストを強調したり，領域毎に処理パラメータを最適化するような処理を行うためには，画像の領域分割を行う必要がある。しかし，領域分割には長い処理時間を要するという問題があり，領域分割の精度と処理時間の両立が困難である。
ユーザが特に観察したい試料上の領域は，設計データとの差が大きい領域である場合が多い。このような領域を自動で強調するような画質改善処理は，従来手法では困難である。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して画質が改善された画像が取得できる荷電粒子顕微鏡装置及びそれを用いた画像処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では，半導体ウェハの検査，観察、パターン計測などを行う荷電粒子顕微鏡で取得した画像を処理する場合において、以下のような画質改善方法を採用することにより前記課題を解決した。
【００１２】
すなわち、本発明では，荷電粒子顕微鏡装置に、集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査する荷電粒子ビーム照射部と、該荷電粒子照射部により荷電粒子ビームを照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成する二次荷電粒子像取得部とを備えた荷電粒子像取得手段と、該荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する画像処理手段と、該画像処理手段で処理した結果を出力する出力手段とを備え、前記画像処理手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善する画質改善部と、該画質改善部で画質を改善した画像を処理して前記試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測の何れかの処理を行う画像処理部とを有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明では、集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成し、該生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法において、試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記生成した試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善し、該画質を改善した画像を処理して前記試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測の何れかの処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，荷電粒子顕微鏡画像に対して，設計データや試料特性情報を用いて画質改善処理を行うことによって，試料特性の違いを反映した画質改善処理，領域分割などの処理における高精度化と高速化の両立，設計データと撮像画像との差が大きい領域の強調表示等が可能になり、画像処理による試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測等が精度良く行えるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は，設計データの持つ情報を活用することによって，半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などを行うために荷電粒子顕微鏡で取得した撮像画像に対して高性能な画質改善処理を行うものである。
【００１６】
以下，本発明に係る実施の形態を、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いた欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）またはパターン寸法計測装置（ＣＤ―ＳＥＭ）に適用した場合について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は，ＳＥＭを用いたシステム（以下、ＳＥＭシステムという）で試料の画像を撮像して画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。まず，ＳＥＭを用いて１０１のステップで表面にパターンが形成された試料を撮像し，撮像画像（ＳＥＭ画像）１１１を取得する。また，１０２のステップで前記試料の表面に形成されたパターンの設計データ（ＣＡＤデータ）１１２を読み込み，撮像画像１１１に対応した設計データ１１２を取得する。撮像画像１１１と設計データ１１２の間には一般に位置ずれが発生するため，設計データ１１２は，少なくとも撮像画像１１１の視野よりも広い視野のデータを取得しておき，撮像画像１１１に対応する領域が含まれるようにしておく。 次に，ステップ１０３で撮像画像１１１を用いて設計データ１１２の位置合わせを行い，位置合わせ後の設計データ１１３を得る。
【００１８】
位置合わせについて，図６を用いて説明する。図６において，撮像画像１１１と設計データ１１２の位置合わせを行う際，６１１のように，撮像画像と設計データとの位置が合うように，設計データをx方向，y方向にそれぞれ必要な分だけシフトする。具体的な位置合わせ処理の手法については様々な手法があるが，例えば，特許文献３に記載されているようなマッチング処理を用いても良い。次に，位置合わせ後の設計データ１１３を利用して，ステップ１０４で撮像画像の画質改善処理を行い，１１４の画質改善画像を生成する。
【００１９】
更に、ステップ１０４で画質改善された画像を用いてステップ１０５において画像処理を行うことにより、半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などを行ってもよい。
【００２０】
本実施例により，設計データの持つ情報である，パターンの領域情報やエッジ位置，エッジ方向等の情報を用いて画質改善処理を行うことができ，例えば，パターンの領域情報に応じて処理パラメータを適切に変えることが可能となる。また，パターンのエッジまたはその近傍の領域とパターンのエッジを含まない領域でノイズ除去やエッジ強調の度合いを変えたり，パターンのエッジ方向に沿った平滑化処理を行うことでパターンのエッジを鈍化することなく高S/N化を行ったり等の処理を高速に行うことも可能である。尚，図面内での点線の矢印は，矢印の先にある処理において，矢印の元にあるデータや画像が補助的に用いられることを表している。
【００２１】
図２は，本発明の一実施形態であるＳＥＭシステムの基本構成を示す。本発明に係るＳＥＭシステムは，撮像装置２０１，入出力部２２１，制御部２２２，画像生成部２２３、画像処理部２２４，記憶部２２５，および画質改善部２２６等を備えている。
【００２２】
撮像装置２０１では，電子銃２０２から電子ビーム２０３を発生し，発生させた電子ビーム２０３をコンデンサレンズ２０４や対物レンズ２０５に通すことにより試料２００の表面に集束させ、偏向電極２０６で電子ビーム２０３の軌道を偏向させることにより、電子ビーム２０３を試料２０６の表面に走査して照射する。
【００２３】
次に，電子ビーム２０３を試料２０６の表面に走査して照射することにより試料２００から発生する２次電子又は反射電子を検出器２０８で検出し，Ａ／Ｄ変換器２０９により前記検出して得られたアナログ信号をディジタル信号に変換し画像生成部２２３に入力する。画像生成部２２３では、制御部２２２で偏向電極２０６を制御する信号やステージ２０７を制御する信号を用いて前記デジタル信号を処理することにより画像を生成し，撮像画像を取得する。この取得した撮像画像は，記憶部２２５に保存される。検出器２０８は複数個備わっていても良く，それらの検出器は異なる種類の粒子（２次電子と反射電子）を検出するような検出器であっても良い。また，１回の撮像で，撮像画像を複数枚取得するような構成であっても良い。
【００２４】
試料２００はステージ２０７に載置されており，制御部２２２で制御してステージ２０７を移動することにより，試料の任意の位置における画像の取得が可能である。撮像装置２０１、入出力部２２１、制御部２２２、画像生成部２２３、画像処理部２２４、記憶部２２５及び画質改善部２２６は、信号ライン２２０を介して互いに接続されている。
【００２５】
入出力部２２１はディスプレイ２２１０を備え，画像撮像位置や撮像条件の入力，撮像画像や画質改善画像の出力などをディスプレイ２２１０に表示したＧＵＩ（Graphic User Interface）を介して行う。
【００２６】
制御部２２２では，撮像装置の制御として，電子銃２０２等に印加する電圧や，コンデンサレンズ２０４および対物レンズ２０５の焦点位置の調整，偏向電極２０６（１対のＸ方向制御電極と１対のＹ方向偏向制御電極を備える）に印加する電圧、ステージ２０７の移動，Ａ／Ｄ変換器２０９の動作タイミング等を制御する。また，制御部２２２は，入出力部２２１，画像生成部２２３、画像処理部２２４，記憶部２２５，画質改善部２２６の制御も行う。
【００２７】
画像処理部２２４では，画質改善処理以外の処理，例えば，電子ビーム２０３の焦点を試料２００の表面に合わせるために必要な自動焦点合わせに関する処理や、画質改善部２２６で画質が改善された画像を用いて半導体パターンや欠陥の観察，欠陥の検出および発生要因解析，パターンの寸法計測などの処理を行う。半導体パターンや欠陥を観察する場合には、画質改善部２２６で画質が改善された半導体パターンや欠陥を含む画像を用いて、従来の技術と同様に参照画像と比較して半導体パターンや欠陥の画像を抽出する。この抽出した画像は画質が改善された画像であるため、半導体パターンや欠陥の画像特徴量をより高い信頼性で精度良く抽出することが出来るようになる。この結果、より微細な半導体パターンの形状評価や欠陥画像の分類及び欠陥発生要因の究明を、精度良く行うことが可能になる。また、パターンの寸法計測を行う場合には、画質が改善された画像を用いることにより、計測精度が向上すると共に、計測の再現性を向上させることが出来る。
【００２８】
記憶部２２５では，撮像画像，設計データ，試料特性情報，画質改善画像，画質改善のための処理パラメータ等が保存される。設計データは、図示していない他の記憶手段に記憶されているデータの中から必要なデータを通信回線を介して読み出し、記憶部２２４に入力し記憶しておくようにしてもよい。
【００２９】
画質改善部２２６では，図１に示した，撮像画像から画質改善画像を生成するための一連の処理を行う。画質改善部２２６の構成は図２に示すように，設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，および画質改善処理１０４を行う画質改善処理部２３３を備えている。画質改善部２２６は更に，後述する形状情報修正３０１を行う形状情報修正部（図示せず）や，後述する試料特性読込４０１を行う試料特性読込部（図示せず）などを備えていても良い。
【００３０】
図３（ａ）は，形状情報を修正した設計データを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。図１と同一の処理またはデータについては，図１と同じ番号で示してある。画像撮像１０１，設計データ読込１０２，位置合せ１０３の各処理の内容は、図１を用いて説明した処理と同じである。
【００３１】
本実施例では，位置合わせ１０３により得られた位置合わせ後の設計データ１１３に対し，形状情報修正３０１を行うことにより，形状情報修正後の設計データ３１１を得る。形状情報の修正３０１は，リソシミュレーション（レジストパターンをマスクとしてエッチング処理することによりウェハ上にパターンを形成する工程をシミュレーションすることにより、ウェハ上に形成されるパターン形状を算出する）により行うことができる。もしくは，撮像画像の情報を使って修正しても良い。
【００３２】
次に，前記形状情報修正後の設計データ３１１を用いて，撮像画像１１１に対して画質改善処理３０２を行うことにより，画質改善画像３１２を生成する。前記形状情報修正後の設計データ３１１を用いることで，パターンのエッジ位置やエッジ方向などのより正確な情報を取得できるため，より高性能な画質改善処理を施すことができる。
【００３３】
図３（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６’の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６’は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，形状情報修正３０１を行う形状情報修正部２３４、および画質改善処理３０２を行う画質改善処理部２３３’を備えている。
【００３４】
この画質改善処理３０２がなされた画質改善画像３１２を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００３５】
図４（a）は，設計データおよび試料特性情報を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。本実施例では，テーブル４１１に示すような各領域における試料特性（材質特性・電気特性・レイヤ特性等）の情報を予め記憶部２２５に記憶させておく。位置合わせ１０３により得られた位置合わせ後の設計データ１１３に対し，試料特性読込４０１により，設計データ１１２内の各領域に対応する試料特性４１２をテーブル４１１から読み込む。
【００３６】
次に，画質改善処理４０２により，位置合わせ後の設計データ１１３および対応する試料特性４１２の両方を用いて，撮像画像１１１に対する画質改善処理４０２を行い，画質改善画像４１３を得る。この処理により，試料特性を反映した画質改善処理が可能であり，例えば，特定の材質からなる領域のみを強調表示したり，下層のレイヤにおける低コントラストな箇所のコントラスト差を付けたり，正に帯電しやすい領域を明るく表示したりといった処理を，自由に行うことができる。これらの処理のうち，どのような処理が適しているかは目的や状況などによって変化する場合が多いため，強調表示したい特性に関する情報等はユーザから指定できるような構成にしておき，ユーザからの入力に従って処理を行えるようにしても良い。
【００３７】
図４（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６”の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６”は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，記憶部２２５に記憶されているテーブル４１１から試料特性４１２の情報を読み込む試料特性読込部２３５、および画質改善処理４０２を行う画質改善処理部２３３”を備えている。
【００３８】
この画質改善処理４０２がなされた画質改善画像４１３を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００３９】
図５（a）は，設計データをもとにセグメンテーションを行い，その結果を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。ここで，セグメンテーションとは，画像を幾つかの領域に細分化する処理を表す。この画像の細分化は、位置合せ後の設計データ１１３を用いて撮像画像１１１に対してパターンの領域ごとに分割、または、類似したパターンごとにグループ化して分割する。
【００４０】
図５(a)に示した処理フローを説明する。先ず、画像撮像１０１のステップで撮像装置２０１を用いて表面にパターンが形成された試料を撮像して撮像画像１１１を取得する。また，１０２のステップで前記試料の表面に形成されたパターンの設計データ１１２を読み込み，撮像画像１１１に対応した設計データ１１２を取得する。次に、位置合わせ１０３のステップにおいて、撮像画像１１１と設計データ１１２との位置ずれを補正し、この位置合わせ１０３のステップで位置ずれが補正された設計データ１１３に対し，セグメンテーション５０１により，撮像画像１１１のセグメンテーションを行い，セグメンテーション結果５１１を得る。次に，前記セグメンテーション結果５１１を用いて，セグメンテーションにより分割された各領域ごとに画質改善処理５０２を行い，画質改善画像５１２を生成する。
【００４１】
画質改善処理５０２では，位置合わせ後の設計データ１１３を用いても良い。また，セグメンテーション５０１は，撮像画像１１１に対して行う代わりに，画質改善処理５０２の途中の画像に対して行っても良い。本実施例により，領域分割された画像を用いた画質改善処理を行うことができるため，領域に応じて異なる画質改善処理を施したり，コントラスト強調度合いなどの処理パラメータを変えたりといった処理を容易に行える。
図５（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６’’’の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６’’’は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，撮像画像１１１のセグメンテーションを行うセグメンテーション部２３６、および画質改善処理５０２を行う画質改善処理部２３３’’’を備えている。
【００４２】
この画質改善処理５０２がなされた画質改善画像５１２を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００４３】
図７（a）は，データベースに蓄えられたデータを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例を示す図である。図７に示した処理フローを説明する。先ず、画像撮像１０１のステップで撮像装置２０１を用いて表面にパターンが形成された試料を撮像して撮像画像１１１を取得する。また，１０２のステップで前記試料の表面に形成されたパターンの設計データ１１２を読み込み，撮像画像１１１に対応した設計データ１１２を取得する。次に、位置合わせ１０３ステップにおいて、撮像画像１１１と設計データ１１２との位置ずれを補正し、この位置ずれが補正された位置合わせ後の設計データ１１３を用いて，データベース７１１を参照するデータベース参照７０１を行う。データベース７１１には，設計データと，対応する画像情報が記憶されている。
【００４４】
画像情報とは，撮像画像，または画質改善画像，またはそれらの画像から得られる情報や，それらの画像に関連する情報のことである。画像情報は，例えば，撮像画像に対してエッジ抽出処理を行うことによって得られるエッジ情報や，画質改善処理の処理パラメータ等を含んでいても良い。データベース参照７０１のステップにおいて，位置合わせ後の設計データ１１３に類似した設計データをデータベース７１１から探索し，対応する画像情報７１２を取得する。次に，画質改善処理７０２のステップにおいて，位置合わせ後の設計データ１１３および画像情報７１２を用いて撮像画像１１１に対する画質改善処理を行い，画質改善画像７１３を生成する。
【００４５】
図７（ｂ）に本実施例における画質改善部２２６””の構成を示す。図２で説明した画質改善部２２６と同じ機能を有する部分は、同じ番号を付している。本実施例における画質改善部２２６””は、設計データ読込１０２を行う設計データ読込部２３１，位置合わせ１０３を行う位置合わせ部２３２，設計データ１１３を用いてデータベース７１１を参照するデータベース参照部２３７、および画質改善処理７０２を行う画質改善処理部２３３””を備えている。
【００４６】
この画質改善処理７０２がなされた画質改善画像７１３を用いて画像処理部２２４で処理する画像処理１０５の内容は、図１を用いて説明した処理の内容と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
また，必要に応じて，データベース保存７０３により，位置合わせ後の設計データ１１３，撮像画像１１１，画質改善画像７１３等をデータベース７１１に保存する。図７における一点鎖線の矢印は，データベース保存７０３の処理フローにおいてデータベース７１１に保存されるデータのフローを示している。本実施例により，類似した回路パターンにおける過去に取得した画像に関する情報を用いて，画質改善処理を行うことができる。したがって，過去に取得した画像との加算平均を行うことにより，更なる高S/N化を実現したり，類似した回路パターンを持つ他の画質改善画像と同様の処理パラメータを用いることによりコントラスト等が大きく異なることを抑制したりといった処理を行うことができる。
【００４８】
図８は，設計データを用いた画質改善処理における処理パラメータを設定するためのＧＵＩ画面８００の一実施例を示す図である。このＧＵＩ画面は、図２に示した装置構成における入出力部２２１に接続しているディスプレイ２２１０の画面上に表示される。本実施例では、このＧＵＩ画面を、表示強度８０１に関する設定項目，明度およびコントラスト８０２に関する設定項目，データベース利用８０３に関する設定項目をそれぞれ表示する領域を備えて構成した例を示す。
【００４９】
表示強度に関する設定項目８０１では，例えば，パターンのエッジ部８１１や下層レイヤにおける表示強度８１２に関する設定項目がある。明度およびコントラストに関する設定項目８０２では，例えば，試料上における穴が空いている領域における穴底の明度に関する設定項目８２１，同一の領域内におけるコントラストに関する設定項目８２２，異なる領域間におけるコントラストに関する設定項目８２３などがある。また，特定の試料特性を持つ領域と表示度合いを関連付けるような設定項目８２４があっても良い。データベースの利用に関する設定項目８０３では，例えば，データベースを利用するか否かを指定するための設定項目８０６や，類似した設計データに対応する撮像画像との加算平均を行うための設定項目８０７などがある。さらに，画質改善結果に関するプレビュー画面８０４があっても良い。
【００５０】
プレビュー画面８０４では，例えば，設計データの例８１２，撮像画像の例８１３と，表示強度に関する設定項目８０１、明度およびコントラストに関する設定項目８０２、データベースの利用に関する設定項目８０３等で指定された処理パラメータを用いて画質改善処理を行うことにより得られる画質改善画像の例８１４が表示される。このようなＧＵＩ画面８００を備えることにより，個々のユーザの画質評価基準に応じた，ユーザにとって適した画像を提供することができる。
【００５１】
図９は，図７の実施例で示したような，データベース７１１に蓄えられたデータを用いて画質改善処理７０２を行うことの必要性を表す一実施例図である。撮像画像９０１および撮像画像９０２は，同一のパターンを撮像して得られた画像の例である。撮像画像９０２には，異物９０３がパターンの上に乗っている。この場合，設計データの情報を用いずに各撮像画像に対して画質改善処理を施すと，異物９０３の影響を受け，撮像画像９０１，９０２の間で大きくコントラスト等が異なる場合がある。一方，それぞれの設計データ１１２上には異物が存在しないことを考慮すると，設計データ１１２の情報を利用することにより，撮像画像９０１と撮像画像９０２のコントラスト等を揃えることができる。さらに，データベース７１１に蓄えられたデータを用いることにより，安定した処理が可能となる。例えば，撮像画像９０２に対して画質改善処理を施す際に，類似した設計データを持つ撮像画像をデータベース７１１から検索することにより撮像画像９０１のような画像を検索することができれば，撮像画像９０１に対する画質改善処理の処理パラメータを用いて撮像画像９０２の画質改善処理を行うことが可能である。
【００５２】
図１０は，ＳＥＭシステムにおいて，設計データを用いてエッジ強調処理を行うことの効果を表す一実施例図である。設計データ１００１に対応する箇所を撮像すると，撮像画像１００２のような画像が得られる。ここで，矢印１０１３は，画像撮像時における荷電粒子ビームのスキャン方向を表す。本実施例では，横方向に荷電粒子ビームをスキャンしており，この場合，スキャン方向に直交している縦方向のエッジ１０１１は，撮像画像１００２において鮮明に表示されるが，スキャン方向と平行である横方向のエッジ１０１２は，低コントラストになってしまうことがある。しかし，設計データ１００１の情報を利用することにより，横方向のエッジ１０１２が存在することがわかるため，本エッジを強調して表示し，画質改善画像１００３のように縦方向と横方向のエッジが同程度のコントラストであるような画像を生成することが可能である。
【００５３】
図１１は，設計データ（ＣＡＤデータ）を用いて下層レイヤを強調表示することの効果を表す一実施例を示す図である。設計データ１１０１に対応する箇所を撮像すると，撮像画像１１０２のように下層レイヤ１１１２で十分なコントラストが得られない場合が起こりうる。一方，下層レイヤを観察したい場合においては，下層レイヤを強調するような画質改善処理を施すことが望ましい。また，例えば，上層レイヤのうち，領域１１１１のような下層レイヤの真上に位置するような領域において，パターンの幅を計測したい場合などもある。この場合，下層レイヤが十分に強調表示されていないと，１１１１の箇所を見つけることが困難になることもある。このような場合においても，画質改善画像１１０３のように下層レイヤを強調して表示することができれば，前記のような要求を満たすことが可能である。
【００５４】
上記した実施例は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いたシステムの例として欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）またはパターン寸法計測装置（ＣＤ―ＳＥＭ）の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いたパターン欠陥検査装置にも適用することが可能である。
【００５５】
さらに本発明は、走査型イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：ＳＩＭ）、または、走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope）を用いたシステムに応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】画像を撮像して画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図２】本発明の一実施形態である荷電粒子顕微鏡の基本構成である。
【図３】形状情報を修正した設計データを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図４】設計データおよび試料特性情報を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図５】設計データをもとにセグメンテーションを行い，本セグメンテーションの結果を用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図６】撮像画像を用いて設計データの位置合わせを表す一実施例図である。
【図７】データベースに蓄えられたデータを用いて画質改善処理を行うシーケンスの一実施例図である。
【図８】設計データを用いた画質改善処理における処理パラメータを設定するためのＧＵＩ画面の一実施例図である。
【図９】データベースに蓄えられたデータを用いて画質改善処理を行うことの必要性を表す一実施例図である。
【図１０】走査型荷電粒子顕微鏡において，設計データを用いてエッジ強調処理を行うことの効果を表す一実施例図である。
【図１１】設計データを用いて下層レイヤを強調表示する例を表す一実施例図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０１…画像撮像処理、１０２…設計データ読込処理，１０３…位置合わせ処理，１０４…画質改善処理，１１１…撮像画像，１１２…設計データ，１１３…位置合わせ後の設計データ，１１４…画質改善画像，２０１…撮像装置，２０２…荷電粒子銃，２０３…荷電粒子ビーム，２０４…コンデンサレンズ，２０５…対物レンズ，２０６…試料，２０７…ステージ，２０８…検出器，２０９…画像生成器，２２１…入出力部，２２２…制御部，２２３…処理部，２２４…記憶部，２２５…画質改善部，２３１…設計データ読込部，２３２…位置合わせ部，２３３…画質改善処理部，３０１…形状情報修正処理，３０２…画質改善処理，３１１…形状情報修正後の設計データ，３１２…画質改善画像，４０１…試料特性読込処理，４０２…画質改善処理，４１１…テーブル，４１２…試料特性，４１３…画質改善画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査する荷電粒子ビーム照射部と、該荷電粒子照射部により荷電粒子ビームを照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成する二次荷電粒子像取得部とを備えた荷電粒子像取得手段と、
該荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する画質改善手段と、
該画像処理手段で処理した結果を出力する出力手段と
を備えた荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記画質改善手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後，前記試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項２】
前記荷電粒子像取得手段は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）であって、前記画質改善手段は、前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で取得した試料のＳＥＭ画像の画質を改善することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項３】
前記荷電粒子顕微鏡装置は，さらに前記画質改善手段で画質を改善した画像を処理して前記試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測の何れかの処理を行う画像処理手段と有することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置
【請求項４】
前記画質改善手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、前記設計データのパターン形状情報を修正し、該形状情報を修正した設計データを用いて前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項５】
前記画質改善手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、設計情報を用いて前記二次荷電粒子像を領域分割し、前記設計データを用いて該領域分割した前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項６】
集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成し、該生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法であって、
前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後，前記試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記生成した試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項７】
前記集束させた荷電粒子ビームが電子ビームであって前記試料表面の二次荷電粒子像はＳＥＭ画像であり、前記試料表面のＳＥＭ画像の画質を前記設計データを用いて改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項８】
前記画質を改善することを、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、設計情報または試料特性情報を用いて前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項９】
前記画質を改善することを、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、前記設計データのパターン形状情報を修正し、該形状情報を修正した設計データを用いて前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項１０】
前記画質を改善することを、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、設計情報を用いて前記二次荷電粒子像を領域分割し、前記設計データを用いて該領域分割した前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項１】
集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査する荷電粒子ビーム照射部と、該荷電粒子照射部により荷電粒子ビームを照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成する二次荷電粒子像取得部とを備えた荷電粒子像取得手段と、
該荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する画質改善手段と、
該画像処理手段で処理した結果を出力する出力手段と
を備えた荷電粒子顕微鏡装置であって、
前記画質改善手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後，前記試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項２】
前記荷電粒子像取得手段は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）であって、前記画質改善手段は、前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で取得した試料のＳＥＭ画像の画質を改善することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項３】
前記荷電粒子顕微鏡装置は，さらに前記画質改善手段で画質を改善した画像を処理して前記試料の欠陥検出、欠陥画像の取得、または前記パターンの寸法計測の何れかの処理を行う画像処理手段と有することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置
【請求項４】
前記画質改善手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、前記設計データのパターン形状情報を修正し、該形状情報を修正した設計データを用いて前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項５】
前記画質改善手段は、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、設計情報を用いて前記二次荷電粒子像を領域分割し、前記設計データを用いて該領域分割した前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
【請求項６】
集束させた荷電粒子ビームをパターンが形成された試料の表面に照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料表面の二次荷電粒子像を生成し、該生成した前記試料表面の二次荷電粒子像を処理する荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法であって、
前記試料上に形成したパターンの設計データと前記荷電粒子像取得手段で生成した前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後，前記試料上に形成したパターンの設計データを用いて前記生成した試料表面の二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項７】
前記集束させた荷電粒子ビームが電子ビームであって前記試料表面の二次荷電粒子像はＳＥＭ画像であり、前記試料表面のＳＥＭ画像の画質を前記設計データを用いて改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項８】
前記画質を改善することを、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、設計情報または試料特性情報を用いて前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項９】
前記画質を改善することを、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、前記設計データのパターン形状情報を修正し、該形状情報を修正した設計データを用いて前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【請求項１０】
前記画質を改善することを、前記試料上に形成したパターンの設計データと前記試料表面の二次荷電粒子像との位置を合わせた後に、設計情報を用いて前記二次荷電粒子像を領域分割し、前記設計データを用いて該領域分割した前記二次荷電粒子像の画質を改善することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置を用いた画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２４５６７４（Ｐ２００９−２４５６７４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８９１３３（Ｐ２００８−８９１３３）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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