JP3112503B2 - 荷電ビームを用いた画面処理方法及び荷電ビーム顕微鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子、イオン又はＸ線等
のビーム走査によって試料の走査像を表示するマイクロ
プローブ装置に係り、特に、１次ビームの大きさや画像
信号の発生領域の大きさによるぼけを画像から取り除い
た高解像度の像を表示するに好適なマイクロプローブ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの加工寸法の微細
化傾向は著しく、荷電粒子ビームを利用した計測技術で
は高解像力が必要であり、レンズ系の改良を行ってより
小さなビーム系を実現して解像度をあげている。しかし
ながらレンズには収差が不可避であり、ビーム系を小さ
くすることによる解像度の向上は収差により限界に達し
つつある。また、画像信号となる粒子やＸ線、光は１次
ビームから広がった領域で発生することが多く、これも
解像度の限界を決める一因となっている。

【０００３】特開平２−１８９８４８号公報で示されて
いるように走査型電子顕微鏡では１次電子ビームを試料
に走査し、そこから発生する電子を検出器で検出し、偏
向信号と同期させて表示することにより画像を得てい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は１次ビ
ームの大きさや画像信号の発生領域の大きさによるぼけ
よる解像度の低下についてなんら配慮がなされておら
ず、本来の試料から得られる画像が正確に表示されてい
ないという問題があった。

【０００５】本発明の目的は１次ビームの大きさや画像
信号の発生領域の大きさによるぼけを画像より取り除
き、高解像度の画像を表示するマイクロプローブ装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、ぼけの要因
として、１次ビームの大きさや画像信号の発生領域の大
きさを前提としている。検出器で検出された後、Ａ／Ｄ
変換を経て一度格納された信号から構成された画像か
ら、あらかじめ求めておいた１次ビームの大きさや画像
信号の発生領域の大きさによるぼけをデコンボリューシ
ョンにより除去するためのメモリと演算処理装置を備
え、フーリエ変換と逆フーリエ変換により演算する。

【０００７】

【作用】あらかじめぼけの関数として求めておいた１次
ビームの大きさや画像信号の発生領域の大きさをフーリ
エ変換した値を数式１で示す分母の値として代入する。
さらに試料からのアナログ信号を検出器で検出し、Ａ／
Ｄ変換した後フーリエ変換した値を分子として代入し、
逆フーリエ変換してぼけのない像を得ることができる。

【０００８】

【数１】

【０００９】ただしここでΨはＡ／Ｄ変換後の試料から
の信号の位置に対する関数を示し、Ｉは１次ビームの大
きさや画像信号の発生領域の大きさから求めたぼけの関
数を、Ψ₀はデコンボリューション後のぼけのない像
を、またＦはフーリエ演算子を示す。

【００１０】この数式１の意味することを以下に説明す
る。

【００１１】そもそも画像は本来の試料が持つ情報と１
次ビームの大きさや画像信号の発生領域の大きさによる
ぼけを含んでいる。この画像情報を関数で示すと数式２
のようにぼけの関数が本来の試料が持つ情報にコンボリ
ューション（畳み込み積分）の形で加わったもので示さ
れる。Parsevalの定理よりこの畳み込み積分は各項のフ
ーリエ変換の積の形で表わすことができる（数式３）。
したがってぼけの関数と画像情報の関数が既知であれば
数式１で示すデコンボリューションにより本来の試料の
情報を得ることができる。

【００１２】

【数２】

【００１３】

【数３】

【００１４】本発明の特徴は、１次ビームの大きさや画
像信号の発生領域の大きさがぼけの原因であると仮定
し、それを画像よりデコンボリューションを用いて取り
除き、ぼけのない映像を求めることにある。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を用いて詳細に説明す
る。

【００１６】図１は、本発明を走査型電子顕微鏡を例と
して示した構成ブロック図である。鏡筒部１において、
電子銃２から放射された電子ビーム３は、電子レンズ系
４で細く集束され、偏向器５により試料７上で二次元走
査される。試料７より発生する２次電子、反射電子等の
画像信号は検出器８で検出される。検出された画像信号
は、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換された後、画
像処理装置１６内のメモリ１０に格納される。なお、電
子レンズ系４および偏向器５は、制御部６により制御さ
れる。

【００１７】一方、装置パラメータ（球面収差係数、色
収差係数等）や画像観察条件（アパーチャサイズ、加速
電圧等）を制御部１１より入力し、信号処理装置１２で
１次ビームの大きさや画像信号の発生領域の大きさをぼ
けの関数としてあらかじめ求めておき、メモリ１０に格
納しておく。

【００１８】メモリ１０に格納された画像信号とぼけの
関数を適宜呼び出し、信号処理装置１２で画像信号のフ
ーリエ変換、ぼけの関数のフーリエ変換を行い、割算の
後逆フーリエ変換を行い、ぼけが取り除かれた像、すな
わちデコンボリューション像を求めてディスプレイ１３
に表示する。以上が本発明の原理と全体構成である。図
２（ａ）（ｂ）は実施例によるデコンボリューションの
一例である。同図（ａ）は検出器８からの画像信号をそ
のまま表示した通常のＳＥＭ（Scanning Electron Mic
roscope)像で、同図（ｂ）はあらかじめ計算により求め
た１次電子ビームの大きさをデコンボリューションによ
り取り除いた像である。

【００１９】解像度は同図（ｂ）で明らかに改善されて
おり同図（ａ）では見えない粒子が確認される。

【００２０】図３を用いてぼけの関数を実験的に求める
場合の実施例について説明する。

【００２１】試料台１４上の試料７を観察する前又は後
にナイフエッジ状のシャープな界面を持つ標準試料１５
を試料観察と同一条件の電子ビームで一次元走査し、信
号を検出器８で検出し、Ａ／Ｄ変換の後メモリ１０に格
納する。信号処理装置１２に標準試料の一次元走査信号
を呼び出し、その形状より、ぼけの関数を実験的に求
め、メモリ１０内に格納する。これによると振動等関数
型が明らかでないぼけの要因についてもぼけの関数に組
み込むことができる。

【００２２】以上、実施例として走査型電子顕微鏡につ
いて述べたが、一次ビーム、画像信号としては電子に限
ることなく、一般の電子、イオン又はＸ線等のビーム走
査によって試料から発生する電子、イオン又はＸ線等の
走査像を表示するマイクロプローブ装置（ＳＩＭＳ、Ａ
ＥＳ、ＥＰＭＡ等）に適用できることはいうまでもな
い。

【００２３】さらに、本発明の効果は、独立した画像処
理装置１６としても得られるものである。すなわち、通
常の装置で観察された画像についても、画像取り込み装
置により取り込んだ画像信号（例えば、テレビカメラよ
り取り込みデジタル化された画像信号や、検出された後
Ａ／Ｄ変換され、フロッピー等に書き込まれた画像信号
等）を信号処理装置１２に供給し、一方、装置パラメー
タや画像観察条件を制御部１１より入力し、ぼけの関数
を求め、デコンボリューションによりぼけが取り除かれ
た像を求めることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により画像の
分解能が著しく向上するため、像解釈が容易なマイクロ
プローブ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明によるデコンボリューションの一例。

【図３】本発明の試料台部の別の構成図である。

【符号の説明】

１…鏡筒部、２…電子銃、３…電子ビーム、４…電子レ
ンズ系、５…偏向器、６…制御部、７…試料、８…検出
器、９…Ａ／Ｄ変換器、１０…メモリ、１１…制御部、
１２…信号処理装置、１３…ディスプレイ、１４…試料
台、１５…標準試料、１６…画像処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/22 G01N 23/04 H01J 37/256

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電１次ビームを走査によって上記試料
   表面からのアナログ画像信号を検出する工程と、前記検
   出しされた信号をＡ／Ｄ変換して得たデジタル画像信号
   を得る工程と、前記画像信号の画素位置Ｘに対する関数
   Ψ(Ｘ)を求める第１の演算工程と、前記関数Ψ(Ｘ)をフ
   ーリエ変換する工程と、予め一次ビームの大きさを計算
   により求めた値に基づいてボケ関数を求める第２の演算
   工程と、前記第２の演算工程で求めた関数Ｉ(Ｘ)をフー
   リエ変換する工程と、前記フーリェ変換により求めたＦ
   {Ｉ(Ｘ)}で除した値Ｆ{Ψ(Ｘ)}／Ｆ{Ｉ(Ｘ)}を逆フーリ
   エ変換する工程と、前記逆フーリエ変換した関数により
   上記試料表面の走査像を表示することを特徴と荷電ビー
   ムを用いた画像処理方法。
2. 【請求項２】 前記第２の演算工程として球面収差や色
   収差又は加速電圧を加味してたボケ関数により演算する
   ことを特徴する請求項１記載の荷電ビームを用いた画像
   処理方法。
3. 【請求項３】 荷電１次ビームを走査によって上記試料
   表面からのアナログ画像信号を検出する検出器と、前記
   検出器で検出した信号をＡ／Ｄ変換して得たデジタル画
   像信号を得る手段と、前記画像信号の画素位置Ｘに対す
   る関数Ψ(Ｘ)を求める第１の演算手段と、前記関数Ψ
   (Ｘ)をフーリエ変換する手段と、予め一次ビームの大き
   さを計算により求めた値に基づいてボケ関数を求める第
   ２の演算手段と、前記第２の演算手段で求めた関数Ｉ
   (Ｘ)をフーリエ変換し、前記フーリェ変換により求めた
   Ｆ{Ｉ(Ｘ)}で除した値Ｆ{Ψ(Ｘ)}／Ｆ{Ｉ(Ｘ)}を逆フー
   リエ変換する手段と、前記逆フーリエ変換した関数によ
   り上記試料表面の走査像を表示する表示器を有すること
   を特徴と荷電ビーム顕微鏡装置。