JPH01129113A - 表面粗さの測定方法 - Google Patents
表面粗さの測定方法Info
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- JPH01129113A JPH01129113A JP62287479A JP28747987A JPH01129113A JP H01129113 A JPH01129113 A JP H01129113A JP 62287479 A JP62287479 A JP 62287479A JP 28747987 A JP28747987 A JP 28747987A JP H01129113 A JPH01129113 A JP H01129113A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、走査型電子顕微鏡（以下、電顕という）を用
いた表面粗さの測定方法に関する。
いた表面粗さの測定方法に関する。
［従来の技術］
従来、電顕を用いて表面粗さ、断面プロファイルを測定
する方法としては、複数ディテクタ方式がある。この方
式は、電子ビームを試料表面上に照射し、照射点に対向
して′配置された複数ディテクタが試料から発生する２
次電子または反射電子を検出すると、各ディテクタの出
力信号の差は試料表面の傾きに対応した量になり、これ
を積分することにより断面形状を測定するものである。
する方法としては、複数ディテクタ方式がある。この方
式は、電子ビームを試料表面上に照射し、照射点に対向
して′配置された複数ディテクタが試料から発生する２
次電子または反射電子を検出すると、各ディテクタの出
力信号の差は試料表面の傾きに対応した量になり、これ
を積分することにより断面形状を測定するものである。
［発明が解決しようとする問題点］
この複数ディテクタ方式は、１対のステレオ画像を得る
ために複数のディテクタを設けた専用の電顕が必要とな
る。このため、通常の１ディテクタの電顕では適用する
ことかで゛きず、また、視野内の試料要分しか測定でき
ないという欠点がある。
ために複数のディテクタを設けた専用の電顕が必要とな
る。このため、通常の１ディテクタの電顕では適用する
ことかで゛きず、また、視野内の試料要分しか測定でき
ないという欠点がある。
本発明の目的は、１ディテクタの電顕に対して容易に適
用することができ、且つ、試料の長さにかかわらず、高
精度で比較的容易に表面粗さや断面プロファイル等が得
られる表面粗さの測定方法を提供することにある。
用することができ、且つ、試料の長さにかかわらず、高
精度で比較的容易に表面粗さや断面プロファイル等が得
られる表面粗さの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］
第１図及び第２図は、本発明による測定方法の原理説明
図である。まず、第２図において、水平に置かれた試料
台上で、高さｈｐなる任意の点Ｐに回転軸０９回転角θ
を与えると、ＰはＰ′の位置に移動し、Ｐ′の画像２で
の位置に、点Ｐの高さに応じたズレが生じる。このよう
に点Ｐ（ｘ＋）が点Ｐ’ （菫２）の位置に移動したこ
とがわかれば。
図である。まず、第２図において、水平に置かれた試料
台上で、高さｈｐなる任意の点Ｐに回転軸０９回転角θ
を与えると、ＰはＰ′の位置に移動し、Ｐ′の画像２で
の位置に、点Ｐの高さに応じたズレが生じる。このよう
に点Ｐ（ｘ＋）が点Ｐ’ （菫２）の位置に移動したこ
とがわかれば。
ｘ＋ −ｘ２＝ ｘｌ（１−ｃｏｓθ）◆ｈ、 ｓｉｎ
θより試料上の任意の点Ｐの試料台からの高さり、は次
式により得ることができる。
θより試料上の任意の点Ｐの試料台からの高さり、は次
式により得ることができる。
第２図から明らかなように、電顕で実際に試料を回転さ
せた時には、１対のステレオ画像間に（ＸＩ−！２）の
視野ズレが生じる。電顕の倍率が低い場合１例えば５０
０倍位では約２０〜３０％の視野ズレにとどまるが、１
ディテクタの電顕で測定精度を上げるためには、倍率を
高くして高分解能にしなければならない、しかし、この
ように電顕を高倍率にすると、回転軸は完全に視野から
はずれ、また、試料上の点Ｐも試料の回転に伴って視野
からはずれてしまう、そこで第１図に示すように、画像
縁からの距離Ｒｌ＊ １２を使って演算を行なう。
せた時には、１対のステレオ画像間に（ＸＩ−！２）の
視野ズレが生じる。電顕の倍率が低い場合１例えば５０
０倍位では約２０〜３０％の視野ズレにとどまるが、１
ディテクタの電顕で測定精度を上げるためには、倍率を
高くして高分解能にしなければならない、しかし、この
ように電顕を高倍率にすると、回転軸は完全に視野から
はずれ、また、試料上の点Ｐも試料の回転に伴って視野
からはずれてしまう、そこで第１図に示すように、画像
縁からの距離Ｒｌ＊ １２を使って演算を行なう。
第１図は、回転軸と試料の位置関係を示す図である。同
図（ａ）において、基準画像４は水平に配置されている
。この状態で基準画像の画像データを採取するが、この
とき回転軸０１はすでに視野からはずれている。
図（ａ）において、基準画像４は水平に配置されている
。この状態で基準画像の画像データを採取するが、この
とき回転軸０１はすでに視野からはずれている。
次に、試料をｙ軸と平行な回転軸で回転させると、画像
の移動は回転軸に垂直なＸ軸方向にのみ生じ、点Ｐ２は
画像上の視野からはずれてしまう。
の移動は回転軸に垂直なＸ軸方向にのみ生じ、点Ｐ２は
画像上の視野からはずれてしまう。
そこで、ｙ軸方向における７１．７２のズレ調整を行な
っておき、同図（ｂ）に示すようにＸ軸方向のみについ
て試料を移動して視野の調整を行なう、視野の調整は基
準画像４を外部モニターに表示しておき、この画像を基
にして電顕モニター上でほぼ同位置となるように視野を
合わせる。視野を合わせた後、この傾斜画像の画像デー
タを採取し、同一点の同定を行なう、同一点の同定は、
基準画像４の一部領域の画像データを取り出し、画面上
で傾斜画像５に重ね合せ、領域内の各画素毎の濃度差の
絶対値の和が最小となる位置を同一領域とする。同一点
を同定した後、両画像の画像縁からの距離を計測する。
っておき、同図（ｂ）に示すようにＸ軸方向のみについ
て試料を移動して視野の調整を行なう、視野の調整は基
準画像４を外部モニターに表示しておき、この画像を基
にして電顕モニター上でほぼ同位置となるように視野を
合わせる。視野を合わせた後、この傾斜画像の画像デー
タを採取し、同一点の同定を行なう、同一点の同定は、
基準画像４の一部領域の画像データを取り出し、画面上
で傾斜画像５に重ね合せ、領域内の各画素毎の濃度差の
絶対値の和が最小となる位置を同一領域とする。同一点
を同定した後、両画像の画像縁からの距離を計測する。
測定試料上の各測定点の高さは、この測定結果より算出
される。
される。
［作 用］
画像縁からの距離１１ｒ、 Ｉｌｚを計測することによ
り、試料上の点Ｐの高さｈ１１′は下記式（２）より算
出される０式（２）では、高さｈｐ′は試料台からの真
の高さｈｌｌに回転軸の位置と回転角に依存する項Ｒが
付は加わった形になる。
り、試料上の点Ｐの高さｈ１１′は下記式（２）より算
出される０式（２）では、高さｈｐ′は試料台からの真
の高さｈｌｌに回転軸の位置と回転角に依存する項Ｒが
付は加わった形になる。
・・・・・・（２）
上記Ｒは、試料上の全ての点について同じ値となる。し
たがって、試料の同一測定ライン上に基準点ｈｑ′を設
定すれば、 ｈｐ’ ＝ｈｐ−ｈ 、 ｂ＋’ ＝ｈｑ−ｈ よ
りｈａ’ ｈａ’ ＝ ｈｐ−）１ａ となり
、この基準点に対しての高さを求めれば、Ｒは相殺され
るため、計測上の影響はない。
たがって、試料の同一測定ライン上に基準点ｈｑ′を設
定すれば、 ｈｐ’ ＝ｈｐ−ｈ 、 ｂ＋’ ＝ｈｑ−ｈ よ
りｈａ’ ｈａ’ ＝ ｈｐ−）１ａ となり
、この基準点に対しての高さを求めれば、Ｒは相殺され
るため、計測上の影響はない。
［実施例コ
第３図は、本発明を実施するための測定装置の一例を示
す説明図である。この測定装置は、５ＥＸ（走査型電顕
）１００と、外部に接続されたイメージプロセッサ２１
．高精細モニター２２等の処理装置とで概略構成されて
いる。
す説明図である。この測定装置は、５ＥＸ（走査型電顕
）１００と、外部に接続されたイメージプロセッサ２１
．高精細モニター２２等の処理装置とで概略構成されて
いる。
ＳＥＷ １００において、電子銃１１からの電子ビーム
は、集束レンズ１２、対物レンズ１３、偏光レンズ１４
により試料１８上に走査される。試料１８の表面状態は
、検出器１９で採取され、この画像データは増巾器２０
を介してＳＥＷモニター１７及びイメージプロセッサ２
１へ送られる。また、ＳＥＸ １００の倍率は、倍率制
御装置１５によって設定され、走査回路１６からの信号
は、同様にＳＥＷモニター１７及びイメージプロセッサ
２１へ送られる。試料１８は、第４図に示す試料ホルダ
ーに保持されている。第４図（ａ）において、試料１８
を載せた試料台２３は試料ホルダー２４に設置され、試
料ホルダー２４の回転、移動に伴って、任意の傾斜位置
に設定される。 ＣＲ７画面上での軸方向及び試料ホル
ダー２４の回転方向を第４図（ｂ）に示す。
は、集束レンズ１２、対物レンズ１３、偏光レンズ１４
により試料１８上に走査される。試料１８の表面状態は
、検出器１９で採取され、この画像データは増巾器２０
を介してＳＥＷモニター１７及びイメージプロセッサ２
１へ送られる。また、ＳＥＸ １００の倍率は、倍率制
御装置１５によって設定され、走査回路１６からの信号
は、同様にＳＥＷモニター１７及びイメージプロセッサ
２１へ送られる。試料１８は、第４図に示す試料ホルダ
ーに保持されている。第４図（ａ）において、試料１８
を載せた試料台２３は試料ホルダー２４に設置され、試
料ホルダー２４の回転、移動に伴って、任意の傾斜位置
に設定される。 ＣＲ７画面上での軸方向及び試料ホル
ダー２４の回転方向を第４図（ｂ）に示す。
次に、測定手順について説明する。まず、試料ホルダー
２４を水平配置し、この状態でを試料１８の基準画像を
採取する。採取された画像データは、イメージプロセッ
サ２１へ入力される。
２４を水平配置し、この状態でを試料１８の基準画像を
採取する。採取された画像データは、イメージプロセッ
サ２１へ入力される。
次に、第４図（ａ）に示す試料ホルダー２４の前面にあ
る傾斜つまみ（図示せず）を動かして試料１８の傾斜角
度を調整する。このように試料を回転させることによっ
て、試料上のエツジは平面的に回転軸に垂直な方向（Ｘ
方向）に、（回転角θによる変化量）＋（高さｈａによ
る変化量）分だけ移動する。前述したように、傾斜画像
においては基準画像上の測定点は視野からはずれてしま
うため、垂直方向のズレ調整を行なっておき、水平方向
に試料を移動させて視野を合せる調整操作を行なう。視
野の調整に際しては、外部の高精細モニター２２に、イ
メージプロセッサ２１にメモリーされている基準画像を
表示しておき、この画像を基にして、ＳＥＸモニター１
７上でほぼ同位置となるように目視で視野を合わせる。
る傾斜つまみ（図示せず）を動かして試料１８の傾斜角
度を調整する。このように試料を回転させることによっ
て、試料上のエツジは平面的に回転軸に垂直な方向（Ｘ
方向）に、（回転角θによる変化量）＋（高さｈａによ
る変化量）分だけ移動する。前述したように、傾斜画像
においては基準画像上の測定点は視野からはずれてしま
うため、垂直方向のズレ調整を行なっておき、水平方向
に試料を移動させて視野を合せる調整操作を行なう。視
野の調整に際しては、外部の高精細モニター２２に、イ
メージプロセッサ２１にメモリーされている基準画像を
表示しておき、この画像を基にして、ＳＥＸモニター１
７上でほぼ同位置となるように目視で視野を合わせる。
この視野調整は、測定点を含む領域が画面の視野内に入
る程度に合わせればよい、また、この操作は、実際には
試料に回転を与える操作と同時に行なうことになるが、
容易に行なうことができる。視野の調整が済んだ後、こ
の傾斜画像の画像データを採取する。この画像データは
、基準画像の場合と同様にイメージプロセッサ２１へ入
力される。
る程度に合わせればよい、また、この操作は、実際には
試料に回転を与える操作と同時に行なうことになるが、
容易に行なうことができる。視野の調整が済んだ後、こ
の傾斜画像の画像データを採取する。この画像データは
、基準画像の場合と同様にイメージプロセッサ２１へ入
力される。
次に、基準画像上の測定点を傾斜画像上で探索し、同一
点の同定を行なう。
点の同定を行なう。
基準画像の測定ライン上の測定点と同じ点を、傾斜画像
から見い出すには、第５図に示すように、点Ｐを含む部
分画像６の画像データを基準画像４から取り出し、もう
一方の傾斜画像５上のより広い探索領域７にＸ軸方向に
移動させながら重ね合せていき、最も近似する位置を同
一領域として同一点Ｐ′を同定する。
から見い出すには、第５図に示すように、点Ｐを含む部
分画像６の画像データを基準画像４から取り出し、もう
一方の傾斜画像５上のより広い探索領域７にＸ軸方向に
移動させながら重ね合せていき、最も近似する位置を同
一領域として同一点Ｐ′を同定する。
爪ね合せの具合をみる場合、重ね合せた領域内の各画素
毎の濃度の差の絶対値の和をとった残差を用いる。円領
域が一致しているときは残差は０になるが、傾斜画像５
は試料を傾けて撮った画像であるため、残差は０にはな
らない。そこで、探索領域７内でＸ軸方向に移動させた
ときに、残差が最小になる位置を同一領域とする。
毎の濃度の差の絶対値の和をとった残差を用いる。円領
域が一致しているときは残差は０になるが、傾斜画像５
は試料を傾けて撮った画像であるため、残差は０にはな
らない。そこで、探索領域７内でＸ軸方向に移動させた
ときに、残差が最小になる位置を同一領域とする。
なお、画像の重ね合せは、イメージプロセッサ２１に入
力された各画像の画像データを基にして、外部の演算装
置によって行なう。同様に、同一点の同定を行った測定
ライン上の全画素について画像縁からの距離を計測し、
前述した式（２）の演算を行うことにより、断面プロフ
ァイルが得られる。この断面プロファイルより、表面粗
さとじて最大高さ（Ｒｓａｘ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）
、中心線平均粗さ（Ｒａ）等を得ることができる。
力された各画像の画像データを基にして、外部の演算装
置によって行なう。同様に、同一点の同定を行った測定
ライン上の全画素について画像縁からの距離を計測し、
前述した式（２）の演算を行うことにより、断面プロフ
ァイルが得られる。この断面プロファイルより、表面粗
さとじて最大高さ（Ｒｓａｘ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）
、中心線平均粗さ（Ｒａ）等を得ることができる。
計測精度は、電顕倍率９回転角１画像メモリー構成によ
って決まる０回転角θは、大きくすると精度が向上する
が、大きすぎると水平で得られる画像に対して画像歪が
大きくなるため、ｌＯ°近辺が好ましい。この場合、画
像メモリー構成を１０２４Ｘ １０２４ （画素）２．
電顕倍率を１万倍とすると、０．１４ｐｍ以下の計測精
度が得られる。電顕倍率、メモリー構成を変えることで
、さらに精度アップを図ることが可能である。
って決まる０回転角θは、大きくすると精度が向上する
が、大きすぎると水平で得られる画像に対して画像歪が
大きくなるため、ｌＯ°近辺が好ましい。この場合、画
像メモリー構成を１０２４Ｘ １０２４ （画素）２．
電顕倍率を１万倍とすると、０．１４ｐｍ以下の計測精
度が得られる。電顕倍率、メモリー構成を変えることで
、さらに精度アップを図ることが可能である。
［発明の効果］
本発明は次のような特有な効果を有する。
■ 既設の１ディテクタ電顕に対して処理装置を容易に
接続することができ、簡単に機能付加できる。また、外
部装置で実現するため、複合機能が付加でき１表面粗さ
の測定は低コストで実現できる。
接続することができ、簡単に機能付加できる。また、外
部装置で実現するため、複合機能が付加でき１表面粗さ
の測定は低コストで実現できる。
■ 視野外にはずれた分の試料についても、視野の調整
を行なうことにより、高精度で、且つ比較的容易に測定
することができる。
を行なうことにより、高精度で、且つ比較的容易に測定
することができる。
■ 計測精度は従来の方法と、同等もしくはそれ以上で
ある。
ある。
■ 原画像を基に画像処理により演算する方式であるの
で、原画像と演算結果との対比力く容易であり、また、
その保存、出力も可能である。
で、原画像と演算結果との対比力く容易であり、また、
その保存、出力も可能である。
第１図及び第２図は測定方法の原理説明図、第３図は本
発明を実施するための測定装置の一例を示す説明図、第
４図は試料ホルダーの一例を示す説明図、第５図は同一
点の探索方法を示す図である。 １８；試料 ２３；試料台 ２４；試料ホルダー ０；試料台上の回転軸 ０１；回転軸の画像１への投影 ０２；回転軸の画像２への投影 θ；ｌ対のステレオ画像を得るための回転角冨１；画像
ｌ上の回転軸と任意の点Ｐ１の距離！２；画像２上の回
転軸と任意の点Ｐ２の距離Ｐ；試料台上で高さｈｐを持
った任意の点Ｐ′ ；試料台に回転角を与えた時のＰの
位置ｈｐ；任意の点Ｐの高さ Ｐｌ；任意の点Ｐの画像ｌへの投影 Ｐ２：任意の点Ｐの画像２への投影 ｒｌ；画像ｌにおける回転軸と画像縁との距離１２１画
像２における回転軸と画像縁との距離Ｘ；走査線方向の
座標軸
発明を実施するための測定装置の一例を示す説明図、第
４図は試料ホルダーの一例を示す説明図、第５図は同一
点の探索方法を示す図である。 １８；試料 ２３；試料台 ２４；試料ホルダー ０；試料台上の回転軸 ０１；回転軸の画像１への投影 ０２；回転軸の画像２への投影 θ；ｌ対のステレオ画像を得るための回転角冨１；画像
ｌ上の回転軸と任意の点Ｐ１の距離！２；画像２上の回
転軸と任意の点Ｐ２の距離Ｐ；試料台上で高さｈｐを持
った任意の点Ｐ′ ；試料台に回転角を与えた時のＰの
位置ｈｐ；任意の点Ｐの高さ Ｐｌ；任意の点Ｐの画像ｌへの投影 Ｐ２：任意の点Ｐの画像２への投影 ｒｌ；画像ｌにおける回転軸と画像縁との距離１２１画
像２における回転軸と画像縁との距離Ｘ；走査線方向の
座標軸
Claims (1)
- １ディテクタの走査型電子顕微鏡を用いた表面粗さの測
定方法であって、水平配置した基準画像の画像データを
採取した後、測定試料を回転させながら回転軸と直交す
る方向に移動させ、走査型電子顕微鏡モニターにより視
野の調整を行ない、傾斜画像の画像データを採取し、前
記基準画像の一部領域の画像データを取り出して傾斜画
像に重ね合せ、領域内の各画素毎の濃度差の絶対値の和
が最小となる位置において両画像の同一点の同定を行な
い、各同一点と両画像の画像端からの距離を計測するこ
とにより、測定試料上の各測定点の高さを算出すること
を特徴とする表面粗さの測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287479A JPH01129113A (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 表面粗さの測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287479A JPH01129113A (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 表面粗さの測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01129113A true JPH01129113A (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=17717874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62287479A Pending JPH01129113A (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 表面粗さの測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01129113A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004214060A (ja) * | 2003-01-06 | 2004-07-29 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査電子顕微鏡及びそれを用いた試料観察方法 |
| JP2007192741A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Sharp Corp | 元素分析方法及び元素分析装置 |
| CN111664815A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-15 | 云谷（固安）科技有限公司 | 半导体膜层上凸峰高度的测量方法及测量装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61128114A (ja) * | 1984-11-27 | 1986-06-16 | Toshiba Corp | パタ−ンの表面形状評価方法 |
| JPS62200742A (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-04 | Mitsubishi Electric Corp | ウエハ形状計測装置 |
-
1987
- 1987-11-16 JP JP62287479A patent/JPH01129113A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61128114A (ja) * | 1984-11-27 | 1986-06-16 | Toshiba Corp | パタ−ンの表面形状評価方法 |
| JPS62200742A (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-04 | Mitsubishi Electric Corp | ウエハ形状計測装置 |
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| JP2007192741A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Sharp Corp | 元素分析方法及び元素分析装置 |
| CN111664815A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-15 | 云谷（固安）科技有限公司 | 半导体膜层上凸峰高度的测量方法及测量装置 |
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