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技術 電子ビーム装置及び画像処理方法

出願人 株式会社日立ハイテクノロジーズ
発明者 浜田宏一酒井計山口聡
出願日 2019年3月22日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-054942
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-155374
状態 未査定
技術分野 画像処理 電子顕微鏡2 電子顕微鏡(3) イメージ分析 半導体等の試験・測定
主要キーワード 周波数補正情報 周波数特性変化 観察パターン サブピクセルシフト 周波数特性測定 寸法ずれ 対応周波数 サブピクセル画像
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図面 (12)

課題

電子ビーム装置において、シフト量がサブピクセル量となった場合でも、画像を移動させたことによる測長値の変化を防止する。

解決手段

画素補間フィルタにより画像を画素間の画素シフト量だけシフトさせるサブピクセルシフト処理と、シフト後の画像の周波数特性補正する周波数補正処理とを行って補正画像を取得する。

概要

背景

近年、半導体基板絶縁体基板上に形成されるパターン寸法はますます微細化されてきており、走査電子顕微鏡を用いた観察や寸法測定でも高倍率が要求されるようになってきた。

走査電子顕微鏡は、試料に細く絞った電子線を放射し、電子線照射により発生した二次元電子及び反射電子を検出し、検出量を元に輝度変調して画像を形成する装置である。

高倍率で試料を観察すると、時間の経過とともに観察すべき微細パターンの像が移動する現象、いわゆる像ドリフトが生じる場合がある。そのため、画像ぼけやそれに伴う測長精度の低下といった問題が発生する。

例えば、10万倍の観察倍率で、512×512画素フレーム画像を取得しようとすると、1画素の大きさは試料上では約2.6nmとなる。現在の寸法算出の精度は0.5nm以下が要求されているが、像ドリフトが顕著なパターンにおいては、1枚のフレーム画像を取得する時間(40ミリ秒)に1〜2nm程度の像ドリフトが観察される。このようなドリフトパターンにおいて寸法を算出すると、2nm程度の寸法ずれが生じる。像ドリフトの発生要因の主なものとして、電子線照射に伴う試料の帯電が挙げられる。

特許文献1には、試料が搭載された試料台を移動させながら試料表面の画像(フレーム画像)取得を行うために、積算画像を取得する際に、取得した複数枚の画像(フレーム画像)を数枚ごとのグループに分けてそれぞれ積算画像を作成し、積算画像間の像移動量を算出して像移動量と撮像枚数関係式を算出し、関係式をもとに複数枚の画像の移動量を算出し、その移動量だけ画像を補正し積算する手法が開示されている。

この技術を用いることで、試料台を移動することにより観察視野内で像が移動しても、像ぼけの小さい積算画像を得ることができる。また、試料台が動かなくとも、試料の帯電等の影響で像が動いているように観察される場合であっても、同様に像ぼやけの小さい積算画像を得られることが容易に類推される。

また、特許文献2では、フレーム画像間の移動量をフィールド画像間動きに変換して用いることにより、測長精度を高める方法を提案している。特許文献2の方法は、特許文献1の方法では測長精度が不十分となる高倍率(特に、観察視野1ミクロン程度以下で顕著)での測長精度向上に有効である。

概要

電子ビーム装置において、シフト量がサブピクセル量となった場合でも、画像を移動させたことによる測長値の変化を防止する。画素補間フィルタにより画像を画素間の画素シフト量だけシフトさせるサブピクセルシフト処理と、シフト後の画像の周波数特性を補正する周波数補正処理とを行って補正画像を取得する。

目的

本発明の目的は、電子ビーム装置において、シフト量がサブピクセル量となった場合でも、画像を移動させたことによる測長値の変化を防止することにある

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

電子顕微鏡部と制御部を有する電子ビーム装置であって、前記電子顕微鏡部は、電子線を走査して試料照射し、前記試料から放出される信号を検出し、前記制御部は、前記電子顕微鏡部で検出された信号を画像に変換するデータ処理部と、画素補間フィルタにより前記画像を画素間の画素シフト量だけシフトさせるサブピクセルシフト処理と、シフト後の画像の周波数特性補正する周波数補正処理とを行って補正画像を取得する補正演算処理部と、を有することを特徴とする電子ビーム装置。

請求項2

前記補正演算処理部は、特定画像に対して前記サブピクセルシフト処理を行い、シフト後の特定画像から特定画像周波数特性を算出して周波数補正情報を出力する周波数特性算出処理を行い、前記周波数補正情報が格納された周波数補正テーブルを用いて、前記周波数補正処理により前記周波数特性を補正することを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム装置。

請求項3

前記周波数補正テーブルは、前記周波数補正情報として周波数ごとの補正係数を格納し、前記補正係数を用いて前記周波数特性を補正することを特徴とする請求項2に記載の電子ビーム装置。

請求項4

前記周波数補正処理は、前記シフト後の画像を周波数空間画像に変換し、前記周波数に対応する前記補正係数を前記周波数補正テーブルから読み出し、前記周波数空間画像の振幅に対して前記補正係数を乗算し、前記補正係数を乗算した後の周波数空間画像を実空間画像に変換することにより前記周波数特性を補正することを特徴とする請求項3に記載の電子ビーム装置。

請求項5

前記周波数補正テーブルは、前記補正係数として、前記周波数に対する増幅率を格納することを特徴とする請求項3に記載の電子ビーム装置。

請求項6

前記補正演算処理部は、前記特定画像として、前記特定画像の周波数特性の変化が分かるパターンを有する画像を用いて、前記サブピクセルシフト処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の電子ビーム装置。

請求項7

前記補正演算処理部は、前記特定画像として、空間周波数の範囲で最低周波数直流最高周波数サンプリング周波数である画像の一部を用いて、前記サブピクセルシフト処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の電子ビーム装置。

請求項8

前記補正演算処理部は、前記画素シフト量と前記画素補間フィルタの構成情報に基づき、前記画素シフト量ごとに周波数補正情報が格納された複数の周波数補正テーブルの中から一つの周波数補正テーブルを選択する周波数補正テーブル選択処理を行い、前記周波数補正テーブル選択処理で選択された前記周波数補正テーブルに格納された前記周波数補正情報に基づいて、前記周波数補正処理により前記周波数特性を補正することを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム装置。

請求項9

前記周波数補正テーブルは、水平方向の前記画素シフト量と、垂直方向の前記画素シフト量の組み合わせ毎に補正係数を持った補正テーブル群としてあらかじめ用意され、前記周波数補正テーブル選択処理は、前記補正テーブル群の中から前記画素シフト量に対応した一つの前記補正テーブルを選択することを特徴とする請求項8に記載の電子ビーム装置。

請求項10

前記データ処理部は、前記電子顕微鏡部で検出された信号をフレーム画像及び前記フレーム画像を構成するフィールド画像に変換し、前記補正演算処理部は、前記フレーム画像間又は前記フィールド画像間の前記画素シフト量に基づき、前記サブピクセルシフト処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム装置。

請求項11

情報を表示する表示部を更に有し、前記制御部は、前記画像を保存する画像記憶部を更に有し、前記補正演算処理部は、前記画像記憶部に保存された前記画像に対して、前記サブピクセルシフト処理と前記周波数補正処理とを行って前記補正画像を取得し、前記表示部は、前記補正画像を表示することを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム装置。

請求項12

前記表示部は、前記サブピクセルシフト処理と前記周波数補正処理を実行可能な補正条件設定画面を表示することを特徴とする請求項11に記載の電子ビーム装置。

請求項13

電子顕微鏡部と制御部を有する電子ビーム装置を用いた画像処理方法であって、前記電子顕微鏡部は、電子線を走査して試料に照射し、前記試料から放出される信号を検出し、前記制御部は、前記電子顕微鏡部で検出された信号を画像に変換し、画素補間フィルタにより前記画像を画素間の画素シフト量だけシフトさせるサブピクセルシフト処理と、シフト後の画像の周波数特性を補正する周波数補正処理とを行って補正画像を取得することを特徴とする画像処理方法。

請求項14

特定画像に対して前記サブピクセルシフト処理を行い、前記シフト後の特定画像から特定画像周波数特性を算出して周波数補正情報を出力する周波数特性算出処理を行い、前記周波数補正情報が格納された周波数補正テーブルを用いて、前記周波数補正処理により前記周波数特性を補正することを特徴とする請求項13に記載の画像処理方法。

請求項15

前記画素シフト量と前記画素補間フィルタの構成情報に基づき、前記画素シフト量ごとに周波数補正情報が格納された複数の周波数補正テーブルの中から一つの周波数補正テーブルを選択する周波数補正テーブル選択処理を行い、前記周波数補正テーブル選択処理で選択された前記周波数補正テーブルに格納された前記周波数補正情報に基づいて、前記周波数補正処理により前記周波数特性を補正することを特徴とする請求項13に記載の画像処理方法。

技術分野

0001

本発明は、電子ビーム装置及び画像処理方法に関する。

背景技術

0002

近年、半導体基板絶縁体基板上に形成されるパターン寸法はますます微細化されてきており、走査電子顕微鏡を用いた観察や寸法測定でも高倍率が要求されるようになってきた。

0003

走査電子顕微鏡は、試料に細く絞った電子線を放射し、電子線照射により発生した二次元電子及び反射電子を検出し、検出量を元に輝度変調して画像を形成する装置である。

0004

高倍率で試料を観察すると、時間の経過とともに観察すべき微細パターンの像が移動する現象、いわゆる像ドリフトが生じる場合がある。そのため、画像ぼけやそれに伴う測長精度の低下といった問題が発生する。

0005

例えば、10万倍の観察倍率で、512×512画素フレーム画像を取得しようとすると、1画素の大きさは試料上では約2.6nmとなる。現在の寸法算出の精度は0.5nm以下が要求されているが、像ドリフトが顕著なパターンにおいては、1枚のフレーム画像を取得する時間(40ミリ秒)に1〜2nm程度の像ドリフトが観察される。このようなドリフトパターンにおいて寸法を算出すると、2nm程度の寸法ずれが生じる。像ドリフトの発生要因の主なものとして、電子線照射に伴う試料の帯電が挙げられる。

0006

特許文献1には、試料が搭載された試料台を移動させながら試料表面の画像(フレーム画像)取得を行うために、積算画像を取得する際に、取得した複数枚の画像(フレーム画像)を数枚ごとのグループに分けてそれぞれ積算画像を作成し、積算画像間の像移動量を算出して像移動量と撮像枚数関係式を算出し、関係式をもとに複数枚の画像の移動量を算出し、その移動量だけ画像を補正し積算する手法が開示されている。

0007

この技術を用いることで、試料台を移動することにより観察視野内で像が移動しても、像ぼけの小さい積算画像を得ることができる。また、試料台が動かなくとも、試料の帯電等の影響で像が動いているように観察される場合であっても、同様に像ぼやけの小さい積算画像を得られることが容易に類推される。

0008

また、特許文献2では、フレーム画像間の移動量をフィールド画像間動きに変換して用いることにより、測長精度を高める方法を提案している。特許文献2の方法は、特許文献1の方法では測長精度が不十分となる高倍率(特に、観察視野1ミクロン程度以下で顕著)での測長精度向上に有効である。

先行技術

0009

特開2006−308471号公報
WO2010/070815号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上記特許文献1および特許文献2においては、画像の移動量を算出して画像を移動させる(シフトさせる)ことが記載されているが、画像の移動方法に関しては記載されていない。いずれの方法においても、画像処理を用いて取得した画像を移動させる。画像を移動させる量(以降、シフト量と呼ぶ)が整数画素量であれば、画像の画素値をそのまま別の画素位置に移動すればよい。この場合は、画像を移動させたことによる測長値の変化を考える必要はない。

0011

しかしながら、シフト量がサブピクセル量(画素と画素の間の位置)となった場合、移動させた画像の各画素の画素値は、存在する周囲の画素位置の画素値から補間(画素補間フィルタによる補間)して作成する必要がある。画素値の補間に用いられる画素補間フィルタによって、移動させる前の画像の周波数特性に対して、移動させた後の画像の周波数特性が変化してしまう場合には、測長値が変化してしまうという課題があることが判明した。

0012

画像の移動処理により測長値が変化してしまうと、正しい測長値が得られないだけでなく、同じ試料であっても測長する度に測長値が異なってしまう測長再現性の悪化を招くことになる。

0013

本発明の目的は、電子ビーム装置において、シフト量がサブピクセル量となった場合でも、画像を移動させたことによる測長値の変化を防止することにある。

課題を解決するための手段

0014

本発明の一態様の電子ビーム装置は、電子顕微鏡部と制御部を有する電子ビーム装置であって、前記電子顕微鏡部は、電子線を走査して試料に照射し、前記試料から放出される信号を検出し、前記制御部は、前記電子顕微鏡部で検出された信号を画像に変換するデータ処理部と、画素補間フィルタにより前記画像を画素間の画素シフト量だけシフトさせるサブピクセルシフト処理と、シフト後の画像の周波数特性を補正する周波数補正処理とを行って補正画像を取得する補正演算処理部とを有することを特徴とする。

0015

本発明の一態様の画像処理方法は、電子顕微鏡部と制御部を有する電子ビーム装置を用いた画像処理方法であって、前記電子顕微鏡部は、電子線を走査して試料に照射し、前記試料から放出される信号を検出し、前記制御部は、前記電子顕微鏡部で検出された信号を画像に変換し、画素補間フィルタにより前記画像を画素間の画素シフト量だけシフトさせるサブピクセルシフト処理と、シフト後の画像の周波数特性を補正する周波数補正処理とを行って補正画像を取得することを特徴とする。

発明の効果

0016

本発明の一態様によれば、電子ビーム装置において、シフト量がサブピクセル量となった場合でも、画像を移動させたことによる測長値の変化を防止することができる。

図面の簡単な説明

0017

実施例1の電子ビーム装置の全体構成を示す図である。
ドリフト量概念図であり、(a)はラインパターンを示し(b)はドットパターンを示す。
サブピクセル補間方法を説明する図である。
画像で周波数特性を見るためのCZP(CircularZonePlate)の例を示す図である。
補間フィルタによる、部分的なCZPの変化を示す図である。
実施例1のドリフト補正の処理を説明する図である。
実施例2のドリフト補正の処理を説明する図である。
ドリフト補正条件を設定するGUIの一例を示す図である。
周波数補正テーブルの一例を示す図である。
実施例1における画像の周波数特性補正処理の一例を示す図である。
実施例2における周波数補正テーブル選択処理の一例を説明する図である。

0018

以下、実施例を図面を用いて説明する。

0019

図1を参照して、実施例1の電子ビーム装置の全体構成について説明する。
電子ビーム装置は、ドリフト補正機能を備えた走査電子顕微鏡である。電子ビーム装置は、試料観察時に像が時間の経過とともに移動する現象である像ドリフトが生じても、ドリフト量を算出して補正を行うことで鮮明なフレーム画像を得ることを可能とする。
ここで、「ドリフト量」とは、図2に示したフレーム画像間のパターンの位置ずれ量(移動量)及びフィールド画像間での移動量である。

0020

図1に示すように、走査電子顕微鏡である電子ビーム装置は、電子顕微鏡部101、制御部102及び表示部103を有する。電子源104から放出された電子線は、集束レンズ105、対物レンズ107で収束された後に、試料台109に載せられた試料108に照射される。電子線は偏向器106により、試料108上を二次元的に走査される。試料108から発生した二次電子及び反射電子は、検出器110で検出され、データ処理部111で信号を輝度変調してフレーム画像に変換し、画像記憶部112に格納される。

0021

画像記憶部112に保存されたフレーム画像は、補正演算処理部113においてドリフト補正され、モニタ114において補正画像を表示する。データ処理部111及び補正演算処理部113の機能はCPUにてそれぞれ実行可能である。画像記憶部112はCPUに接続されるメモリ部に設けることができる。なお、それぞれを専用ハードで構成してもよい。

0022

走査電子顕微鏡を用いた計測では、一般に観察視野を複数回走査して得られたフレーム画像が用いられる。ここでの「計測」とは、例えば、半導体ウエハ上に形成されたパターン寸法の算出である。試料108を複数回走査して得られたフレーム画像は、1回だけ走査して得られたフレーム画像に較べてS/N比の良いフレーム画像となるため高い寸法精度が得られる。しかし、走査中に試料108の帯電が進行した場合、帯電により走査位置がずれてしまい、ぼけたフレーム画像が得られる。このぼけたフレーム画像を用いて寸法を算出しても、高い寸法精度を保証できない。このため、画像処理を用いて1走査ごとのフレーム画像を補正して重ね合わせて、複数回走査時に鮮明なフレーム画像を得る。

0023

図2を参照して、フレーム画像間のドリフト量について説明する。図2では、観察パターンを一次元と二次元に分類してドリフト量を定義している。
ここで、一次元パターンとは、フレーム画像の或る一方向にほとんど一様なパターンであって、例えば図2(a)に示すようなラインパターンがあげられる。一方、二次元パターンとは、一次元パターン以外の全てが該当し、例えば図2(b)に示すようなドットパターンがあげられる。図2では、1枚目フレーム画像と2枚目フレーム画像のパターンの位置関係が分かるように重ねて描いている。

0024

図2(a)のラインパターンでは、ライン長手方向にドリフトが進行してもドリフト量の算出ができないため、長手方向に垂直な方向にドリフト量を算出する。ここでは、1枚目のパターンに較べて2枚目のパターンが右方にシフトしており、その移動量のdxがドリフト量となる。

0025

一方、図2(b)のドットパターンでは、パターンのドリフトは二次元方向となる。ここでは、1枚目のパターンに較べて2枚目のパターンが右上方にシフトしており、その移動量dxyがドリフト量となる。ドリフト量dxyは、フレーム画像の横方向のドリフト量dxと縦方向のドリフト量dyに分解することができる。ドリフト補正は、二枚目のフレーム画像を前記ドリフト量だけずらして一枚目のフレーム画像に重ね合わせて行う。このドリフト量だけ画像をずらす処理をドリフト補正と呼ぶ。

0026

次に、走査電子顕微鏡で得られる画像の種類について、画像の形成過程と組み合わせて説明する。
画像の種類としては、フレーム画像とフィールド画像に分類され、フレーム画像は、観察視野全体を一度走査して得られた画像に相当する。フィールド画像は、視野の一部を一度走査して得られた画像、すなわち、フレーム画像を構成する要素画像と定義する。フレーム画像は全フィールド画像を足し合わせて作成される。そして、フレーム画像もしくはフィールド画像に対してドリフト補正を行う(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。

0027

ドリフト補正を行うためには、画像をずらす処理が必要である。実施例1では、画像をずらす処理と測長値との関係に着目する。画像を移動させる量(シフト量)が整数画素量であれば、画像の画素値をそのまま別の画素位置に移動すればよいので、画像を移動させたことによって測長値は変化しない。しかしながら、シフト量がサブピクセル量(画素と画素の間の位置)となった場合、移動させた画像の各画素の画素値は、移動させる前の画像の画素値から補間(画素補間フィルタによる補間)して作成する必要がある。画像の移動は、座標系の変換と等価であるため、座標系の変換として説明する。

0028

ずらす前の座標系(u,v)から、画像をずらした後の座標系(x’,y’)への変換を近傍4画素からの線形補間を用いて行う例を示す。

0029

新しい画素の画素値f’(x’,y’)は、対応する元画像の位置からの距離によって補間される。図3に示すように座標変換後画像シフト後)の新しい画素位置に対する元画像の画素位置が、画素間のA点(x’,y’)に該当するとき、移動させる前の画像上ではそのような位置が存在しない。このため、周囲の4画素からの距離による加重平均で(x’,y’)位置の画素値を求める。座標変換前の画素値をf、座標変換後の輝度値をf’、さらにx,yの整数部分をu,v、小数部分をそれぞれα,βをとすると、変換式は以下の(数1)のようになる。
f’(x’,y’)=f(u,v)・(1−α)・(1−β)+f(u+1,v)α・(1−β)+f(u,v+1)・(1−α)・β+f(u+1,v+1)・α・β式
(数1)

0030

後述するが、この変換は元画像に対するローパスフィルタとして機能するため、画像を移動させる前の画像の周波数特性と、移動させた後の画像の周波数特性が変化してしまう。画像の周波数特性が変化すると、測長時のエッジが鈍る等の影響により、測長値が変化してしまうという課題が発生する。

0031

画素補間によって画像の周波数特性がどのように変化するかは、図4に示されるような、周波数特性が画素値として現れるパターンを、画素補間フィルタで処理することでわかる。

0032

このパターンは、CZP(CircularZonePlate)と呼ばれ、画像処理による画像の周波数特性変化目視で確認するために一般的に用いられる画像である。通常、画像の中心を直流成分とし、画像端が画像の最高周波数ナイキスト周波数)となるように画像が構成されている。ここで、測長値に変化を及ぼすのは、直流からナイキスト周波数の半分程度(サンプリング周波数の1/4程度)の周波数であることが実験により分かっている。画素補間フィルタには、方向依存性の無いもの(フィルタ係数上下左右対称のもの)を一般的に用いることを考慮し、このCZPの一部を切り出した図4(b)のような画像パターン図4(a)より切り出して用いる。

0033

図4(b)のように、CZPの一部を用いることで、画素補間フィルタのローパパスフィルタが十分な阻止域を持っていない場合に、高い周波数部分が低い周波数に折り返して観測される折返し歪みが発生して画像として周波数特性の変化が見にくくなるのを防ぐことも可能となる。

0034

例えば、上記の(数1)で表される線形補間を用いて水平方向・垂直方向それぞれ0.5画素ずらした場合のCZPの画像処理結果図5に示す。

0035

画素をずらしていない画像である図5(a)に対し、線形補間でずらした画像は図5(b)となる。周波数の変化は、その輝度値の変化を捉えればよく、画像の水平方向の周波数特性の変化に関しては、図5(a)、図5(b)の画像上端の輝度値の変化を見れば良い。それぞれの画像の上端水平画素位置に対する輝度値の変化をプロットしたものが図5(c)である。

0036

それぞれの水平位置における輝度値の最大値を滑らかに結ぶ曲線を引くことにより、周波数の変化を見ることが出来る。図5(b)の左端に関しては、図4(a)の輝度値と同じであるが、右に行くにつれて(周波数が高い方に行くに連れて)輝度値が低下していることがわかる。この輝度値の低下が画素補間フィルタによって生じる周波数特性の変化である。

0037

それぞれの周波数における変化量が分かるので、この変化を打ち消すように図5(a)の周波数特性を補正すれば、図5(a)と同じ周波数特性を持つ図5(b)を作ることが出来る。この周波数特性の変化は、画素補間フィルタの構成方法(今回の例では線形補間)と補間位置によって決まるので、同じ画素補間フィルタを使って処理をした他の画像であっても、このCZPで計測可能な周波数範囲内において、周波数特性を画素補間前と同様に補正することが出来る。

0038

図6を参照して、図1の補正演算処理部113で実施されるドリフト補正(画像移動)の処理について説明する。
画像A(601)はドリフト補正前の画像である。画像A’(604)はドリフト補正後の画像である。サブピクセルシフト処理(602)は画素補間により画像を移動(シフト)させる処理である。周波数補正処理(603)はシフト後の画像の周波数特性を補正する処理である。画素シフト量(608)は、画像をシフトする量である(例えば、特許文献1や特許文献2に記載の方法で算出すればよい)。

0039

従来のドリフト補正処理では、画素シフト量(608)にしたがって、画像A(601)をサブピクセルシフト処理(602)により移動させ、画像A’(604)として出力する。

0040

これに対して、実施例1では、画像A(601)をシフトするのと同じ画素シフト量(608)で、画像A(601)をシフトするのと同じサブピクセルシフト処理(602)により、周波数特性算出用の特定の画像C(605)を移動させる。画像Cとしては、前記CZP等、画像の周波数特性に変化が分かるパターンを用いる。画像C(605)をシフト処理した後の画像から周波数特性を算出(607)し、周波数補正用の情報(ここでは、周波数補正テーブル609)を出力する。

0041

ここで、周波数補正テーブル(609)の例を図9に示す。
周波数補正テーブル(609)の大きさは任意であるが、その最大値は処理する画像のサイズと同じである。この周波数補正テーブル(609)は、画像の周波数ごとの補正係数を保持している。補正係数とは、対応する周波数に対する増幅率を表しており、補正係数が1の場合は、その周波数に対しては何もしないことを表す。

0042

この周波数補正テーブル(609)に基づき画像Aをシフトした後の画像の周波数特性を補正(603)し、シフト後の画像A’(604)を出力する。周波数補正処理(603)を施すことにより、測長値差に影響がある周波数範囲内で画像A(601)と画像A’(604)の周波数特性が同じになり、測長値差が発生しない。周波数補正処理(603)は、FFT(fast Fourier transform:高速フーリエ変換)を用いて特定の周波数の増幅率を指定する方式でもよいし、FIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いる方式であっても構わない。

0043

図10にFFTを用いた場合の周波数補正処理(603)の例を示す。
サブピクセルシフトされた画像はFFTにより周波数空間画像に変換される(1001)。この段階で、画像の各画素は周波数の情報となるので、その周波数に対応する補正係数を周波数補正テーブル(609)より読み出し、周波数空間画像の振幅に対して補正係数を乗算する。補正係数乗算後の周波数空間画像を逆FFT処理により実空間画像に変換する(1002)ことで周波数特性の補正を行う。

0044

周波数特性算出処理(607)は、CZPの例で示したように、画像の輝度値の最大値を滑らかに結ぶことにより作成した面が二次元的な周波数特性の変化を表すので、その変化がフラットになるような係数(一般的には逆数)を作成すればよい。作成した係数は、補正係数として周波数補正テーブル(609)に対応周波数ごとに保存しておく。

0045

実施例1によれば、ドリフト補正により画像をずらす前後で測長値差が発生しなくなる。このため、走査電子顕微鏡における測長精度が向上するだけでなく、測長再現性も高めることができる。

0046

図7を参照して、実施例2のドリフト補正(画像移動)の処理について説明する。ここで、ドリフト補正(画像移動)の処理は、図1の補正演算処理部113で実施される。

0047

画素補間フィルタの周波数特性が既知の場合、画素補間によって作成した画像の周波数特性を補正することで、測長値の変化を抑制することが可能である。しかし、一般に、画素補間フィルタの周波数特性は、補間を行う画素位置と、画素補間フィルタの構成方法によって変化してしまう。このため、任意の位置への画像シフト前提とする場合には、事前に画像の周波数特性を補正するフィルタを用意することが困難となる。特許文献1および特許文献2で算出される画像の移動量は、画像が時間的に連続的に動くことを考えると、本来、任意の位置へのサブピクセル量の移動量となるはずである。

0048

実施例1で示したように、画素補間フィルタの周波数補正処理(603)は、画素シフト量(608)と画素補間フィルタの構成情報(609)により一意に決定する。画素シフト量(608)はドリフト補正処理の場合、一般的に実数値となるが、ドリフト量の小数値を0.1刻みにする等の量子化を行うと、有限個数の周波数補正テーブル609を有していれば周波数補正処理が行えることになる。例えば、図7に示されるようにサブピクセルシフト方法を構成しておくとことが考えられる。

0049

あらかじめ実施例1の方法で候補となるドリフト補正の小数値に対して周波数テーブルを作成しておき、それらを、画素シフト量(608)と画素補間フィルタの構成情報(701)に基づき周波数補正テーブル609を選択する処理(702)を行えばよい。

0050

実施例2おいては、周波数補正テーブル609を図11に示されるように、水平方向のサブピクセルシフト量dxと、垂直方向のサブピクセルシフト量dyの組み合わせ毎固定値の補正係数を持った補正テーブル群としてあらかじめ用意しておく。周波数補正テーブル選択処理(702)は、これらの中から、サブピクセルシフト量に応じて、一つの補正テーブルを選択して周波数補正テーブル(609)として出力する。

0051

サブピクセルシフト処理(602)と補正テーブル群を作成した際のサブピクセルシフト処理が異なる場合には、対応する補正テーブルも異なる。このため、画素補間フィルタの構成情報(701)によって、図11に示されるような補正テーブル群自体を別の補正テーブル群に切り替える。

0052

実施例2によれば、ドリフト補正により画像をずらす前後で測長値差が発生しなくなる。このため、走査電子顕微鏡における測長精度が向上するだけでなく、測長再現性も高めることができる。

0053

図8を参照して、実施例3について説明する。図8は、ドリフト補正の環境設定を行うGUI(GraphicalUserInterface)の一例である。
まず、画像観察時において、ドリフト補正を実行するかしないかをスイッチにより判定する。ドリフト補正方法として、フレーム探索方法フィールド探索方法、およびこれらを組み合わせた方法のいずれかがが選択される。

0054

次に、ドリフト補正時の画像シフト方法として、画素単位シフト、サブピクセルシフト、周波数特性補正付きサブピクセルシフト等が選べるようにしておく。
画素単位シフトは、フレームもしくはフィールド間動き探索結果整数画素単位に値に丸めて画像を動かす方法である。この方法は本来のシフト量とはとはならないものの、画像を動かす処理によって測長値差が生じることはない。

0055

サブピクセルシフトは、フレームもしくはフィールド間の動き探索結果を、そのままもしくは、決められた少数画素精度に丸めた後に画素補間フィルタを用いて、画像をサブピクセルシフトする方法である。この方法では、サブピクセル画像シフトによって、測長値差が生じる場合がある。

0056

周波数特性補正付きサブピクセルシフト、上記サブピクセルシフト後の画像に対して、実施例1で構成される周波数特性補正フィルタを適用したものを用いることを意味する。この方法では、サブピクセルシフトを行う前と後で測長値の差は生じない。

0057

実施例3で説明するような環境設定画面を設けることにより、ドリフト補正時の画像シフト方法の具体的な手法を設定することが可能となる。なお、GUIとして、図1の表示部103のモニタ114を共用することができる。

0058

上記実施例によれば、像ドリフト補正処理において、複数のフレーム画像もしくはフィールド画像をサブピクセル量移動させる場合であっても、画像を移動させる前後で測長値が変化しない。この結果、測長再現性を向上させることができる。

実施例

0059

以上、本発明は、測長値を変化させずに画像をサブピクセル量シフトする方法を提供するものである。実施例1および実施例2で示した走査型電子顕微鏡における像ドリフト補正への適用は、その一例であり、当然ながら、画像のサブピクセルシフト処理を用いた測長処理に一般的に適用可能である。

0060

101電子顕微鏡部
102 制御部
103 表示部
104電子源
105集束レンズ
106偏向器
107対物レンズ
108試料
109試料台
110検出器
111データ処理部
112画像記憶部
113補正演算処理部
114モニタ
601ドリフト補正前の画像
602画素補間により画像を移動させる処理
603周波数特性を補正する処理
604 ドリフト補正後の画像
605周波数特性測定用画像
607 周波数特性算出処理
608画像シフト量
609 ドリフト補正後の画像
701画素補間フィルタの構成情報
702周波数補正テーブル切替処理
1001 画像を周波数空間画像に変換する処理
1002 周波数空間画像を実空間画像に変換する処理

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