CN108257166B - 版图的仿真图像和硅片sem图像自动匹配的方法 - Google Patents

版图的仿真图像和硅片sem图像自动匹配的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法,包括如下步骤:步骤1、提取SEM图像中硅片版图的内轮廓图像;步骤2、从硅片版图的内轮廓图像提取模板图像;步骤3、使用模板匹配算法将模板图像分别与版图的仿真图像匹配,选出最佳匹配的模板图像以及与它对应的旋转角度、放大或缩小倍数、模板中心在版图的仿真图像上的匹配坐标。本发明能够自动实现版图的仿真图像和硅片SEM图像的匹配。

Description

版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域,特别是涉及一种版图的仿真图像和硅片SEM(扫描电子显微镜)图像自动匹配的方法。
背景技术
在OPC(光学临近效应修正)建模中,需要将使用模型产生的仿真结果和直接反映硅片上真实情况的SEM图像进行量化比对,以此检验模型的准确性。这项检测针对版图中可能出现的所有图形结构,为了准确反映这些图形结构在硅片上的情况,每一个SEM图像拍摄的是硅片上版图的局部图,一个版图的仿真结果对应大量的局部SEM图像。为了完成比对工作,需要人工在可视化软件中将局部SEM图像和版图仿真结果匹配起来(得到SEM图像在版图中对应的位置,缩放倍数和旋转角度),庞大的SEM图像数量使这项工作成为技术人员的负担。
与普通的照片相比,SEM图像中含有大量噪声,图像中的轮廓提取困难,这是妨碍将以上工作自动化的主要问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法,能够自动实现版图的仿真图像和硅片SEM图像的匹配,提高工作效率。
为解决上述技术问题,本发明的版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法,包括如下步骤:
步骤1、提取SEM图像中硅片版图的内轮廓图像;
步骤2、从硅片版图的内轮廓图像提取模板图像;
步骤3、使用模板匹配算法将模板图像分别与版图的仿真图像匹配,选出最佳匹配的模板图像以及与它对应的旋转角度、放大或缩小倍数、模板中心在版图的仿真图像上的匹配坐标。
采用本发明的方法,可实现版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配,将原本需要人工操作的匹配工作全部交由计算机完成,减小人力成本和偶然误差,提高工作效率。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是母轮廓与子轮廓示意图;
图2是所述版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法一实施例流程图。
具体实施方式
所述版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法,在下面的实施例中是采用如下步骤实现的:
(1).对SEM图像进行基本处理(包括但不限于去水印、中值模糊、双边滤波处理)后使用Canny算法提取轮廓线并胀大K,给轮廓线图像添加1px(像素)白色矩形边框得到新的二值图像。对新的二值图像中面积小于300像素的单色区域进行反色,然后提取所有不同色像素之间的边界作为新的轮廓线。根据目标轮廓线在原SEM图像上所包围区域的特点(包括但不限于大小、形状、重心、像素值分布、与周围图形的关系)对所有轮廓线进行筛选,填充轮廓再胀大K后得到硅片版图的内轮廓图像。以上所述的胀大K、添加的白色矩形边框宽度、进行反色的区域面积大小等均可根据经验设置
(2).对提取到的硅片版图的内轮廓图像按所有可能的角度以中心点为旋转中心进行旋转,并截取以中心点为中心的矩形区域(尺寸以该区域必须是原硅片版图的内轮廓图像的子区域为准),放大(或缩小)所有可能的倍数后作为一系列模板图像。
(3).使用模板匹配算法将模板图像分别与版图的仿真图像匹配,选出最佳匹配的模板图像以及与它对应的旋转角度、放大(或缩小)倍数、模板中心在版图的仿真图像上的匹配坐标A,该旋转角度、放大(或缩小)倍数即为SEM图像的适配旋转角度和放大(或缩小)倍数。以A为中心选取一个比模板尺寸大的版图的仿真图像的矩形子区域,将最佳匹配的模板图像做不同程度(可根据经验设置)的胀大处理后得到一组新模板,再使用模板匹配算法将其与版图的仿真图像的矩形子区域匹配,选出最佳匹配的新模板与其中心在版图的仿真图像的矩形子区域的匹配坐标B,将B换算成版图的仿真图像上的坐标,该坐标即为SEM图像中心点在版图仿真图像上的匹配坐标。
下面结合附图具体介绍所述版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法的实施过程。参见图2所示,具体步骤如下:
1.提取SEM图像中硅片版图的内轮廓图像。
1.1、选取SEM图像上像素值0~50的像素点,生成和SEM同尺寸、背景为黑、但在选取像素点位置值为255的图像,该图像记为I1,给I1四周加上1px的黑色边框得到的图像记为I2。
1.2、去除SEM图像上白色的比例尺、信号强度曲线等,仅保留由二次电子信号得到的图像。
1.3、对步骤1.2中得到的图像先后进行中值模糊、双边滤波处理,然后使用Canny(边缘检测算法)算法提取出初步轮廓图像,该图像记为I3,对I3的像素进行胀大处理(采用7*7的椭圆卷积核),得到的图像记为I4,给I4四周加上1px的白色边框得到的图像记为I5。
1.4、对图像I5中面积小于300像素的单色区域进行反色,得到的图像记为I6。
1.5、提取图像I6中所有不同色像素之间的边界作为新的轮廓线。设其中没有子轮廓的轮廓为0级,0级轮廓的母轮廓为1级,1级的母轮廓为2级……依此类推(参见图1,其中标号2是标号1的子轮廓,标号1是标号2的母轮廓)。在图像I2中对应的包围区域白色像素占据总像素数20%以上的0级轮廓作为A,在图像I2中对应的包围区域白色像素占据总像素数20%以下的0级轮廓作为B,选取A和A的(4m-1)、(4m)级轮廓,以及B的(4m-3)、(4m-2)级轮廓(m=1,2,3……,顶级母轮廓不选取),生成新的二值图像,记为I7。
1.6、将图像I7中的轮廓填充后进行胀大处理(采用步骤1.3中相同的椭圆卷积核),然后进行闭运算(采用椭圆卷积核),去除图像最外围1px像素,得到的图像记为I8,即硅片版图的内轮廓图像。
2.从硅片版图的内轮廓图像提取模板图像。
2.1、已知SEM图像可能相对于版图的最大旋转角度为±n°(0≤n≤180),将I8以图像中心为旋转中心分别旋转-n°,-(n-1)°,-(n-2)°,……,-1°,0°,1°,……,(n-2)°,(n-1)°,n°,得到(2n+1)个图像I8x(x=0,±1,±2,……,±n)。在本实施例中,n=5。
2.2、在I8x上截取尺寸为l*l的以I8x的中心点为中心的图像Mx[已知I8的尺寸为X*Y(X≥Y),则l=Y/2cos(45°)(l取整数)]°在本实施例中,X=468px,Y=466px,因此l=330px。
2.3、已知版图对SEM图像的比例可能有S1,S2,……,Si,将图像Mx分别放大S1,S2,……,Si倍得到(2n+1)*i个图像Mx-y(y=S1,S2,……,Si),作为模板图像。在本实施例中,版图对SEM图像的比例可能有3.31、4.43、5.30。
上述中的“*”表示乘号,下同°
3.匹配。
3.1、采用模板匹配算法分别将(2n+1)*i个模板图像Mx-y与版图的仿真图像匹配,得到归一化的匹配值Vx-y(Vx-y越大匹配得越好)和匹配坐标Lx-y(Mx-y的中心点在版图的仿真图像上匹配的点坐标)。
3.2、选择与最大Vx-y对应的Mx-y和Lx-y,已知Mx-y的尺寸为H*H,在版图的仿真图像上选择以Lx-y为中心点的尺寸为H*H的区域,以该区域为基准向水平和竖直外方向扩大50px的区域作为图像I9。
结合表1所示,在本实施例中,与最大Vx-y对应的是M-5-4.43和L-5-4.43=(3291,27372),M-5-4.43的尺寸为1462px*1462px(即H=1462px)。
3.3、将与最大Vx-y对应的Mx-y做不同程度的胀大处理,得到多个新的模板图像Mx-y-z(z代表胀大运算所用的核大小)。
Figure BDA0001544599430000061
表1
3.4、采用模板匹配算法分别将多个模板图像Mx-y-z与图像I9匹配,得到归一化的匹配值Vx-y-z(Vx-y-z越大匹配得越好)和匹配坐标Lx-y-z
3.5、将与最大Vx-y-z对应的匹配坐标Lx-y-z(Mx-y-z中心点在I9上的匹配坐标)换算成Mx-y-z的中心点在版图仿真图像中的坐标,该坐标即为SEM图像中心点在版图仿真图像上的匹配坐标,与最大Vx-y-z对应的旋转角度和放大倍数即为SEM图像的适配旋转角度和放大倍数。
Figure BDA0001544599430000071
表2
结合表2所示,在本实施例中,与最大Vx-y-z对应的是M-5-4.43-15和L-5-4.43-15=(778,738)。所以,SEM图像中心点在版图仿真图像上的匹配坐标:[778+(3291-H/2-50),738+(27372-H/2-50)]=(3288,27329)。SEM图像的适配旋转角度和放大倍数为:-5°,4.43。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种版图的仿真图像和硅片SEM图像自动匹配的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、提取SEM图像中硅片版图的内轮廓图像;采用如下方法实现:对SEM图像进行基本处理后,使用Canny算法提取轮廓线图像并胀大K倍,给轮廓线图像添加1px白色矩形边框后得到新的二值图像;对新的二值图像中面积小于300像素的单色区域进行反色,然后提取所有不同色像素之间的边界作为新的轮廓线图像;根据目标轮廓线在原SEM图像上所包围区域的特点对所有轮廓线图像进行筛选,填充轮廓再胀大K倍后得到硅片版图的内轮廓图像;
步骤2、从硅片版图的内轮廓图像提取模板图像;
步骤3、使用模板匹配算法将模板图像分别与版图的仿真图像匹配,选出最佳匹配的模板图像以及与它对应的旋转角度、放大或缩小倍数、模板中心在版图的仿真图像上的匹配坐标。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述基本处理包括去水印、中值模糊、双边滤波处理。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述特点包括大小、形状、重心、像素值分布、与周围图形的关系。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:胀大K倍的程度、添加的白色矩形边框宽度、进行反色的区域面积大小均根据经验设置。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于:实施步骤2时采用如下方法实现:对提取到的硅片版图的内轮廓图像按所有可能的角度以中心点为旋转中心进行旋转,并截取以中心点为中心的矩形区域,放大或缩小所有可能的倍数后作为一系列模板图像。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于:所述矩形区域的尺寸以该区域必须是原硅片版图的内轮廓图像的子区域为准。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤3所述旋转角度、放大或缩小倍数即为SEM图像的适配旋转角度,以及放大或缩小倍数。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤3所述模板中心在版图仿真图像上的匹配坐标采用如下方法实现,使用模板匹配算法将模板图像分别与版图的仿真图像匹配,选出最佳匹配的模板与其中心在版图的仿真图像的匹配坐标,以该匹配坐标为中心选取一个比最佳匹配模板尺寸大的版图的仿真图像的矩形子区域,将最佳匹配的模板图像做不同程度的胀大处理后得到一组新模板,再使用模板匹配算法将其与版图的仿真图像的矩形子区域匹配,选出最佳匹配的新模板与其中心在版图的仿真图像的矩形子区域的匹配坐标,将最佳匹配的新模板中心在版图的仿真图像的矩形子区域的匹配坐标换算成版图的仿真图像上的坐标,该坐标即为模板中心在版图仿真图像上的匹配坐标。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于:所述不同程度的胀大根据经验设置。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1所述提取SEM图像中硅片版图的内轮廓图像采用如下方法:
步骤1.1、选取SEM图像上像素值0~50的像素点,生成和SEM图像同尺寸、背景为黑、但在选取像素点位置值为255的图像,该图像记为I1,给I1四周加上1px的黑色边框,得到的图像记为I2;
步骤1.2、去除SEM图像上白色的比例尺、信号强度曲线,仅保留由二次电子信号得到的图像;
步骤1.3、对步骤1.2中得到的图像先后进行中值模糊、双边滤波处理,然后使用Canny算法提取出初步轮廓图像,该图像记为I3,对I3的像素进行胀大处理,得到的图像记为I4,给I4四周加上1px的白色边框,得到的图像记为I5;
步骤1.4、对I5图像中面积小于300像素的单色区域进行反色,得到的图像记为I6;
步骤1.5、提取图像I6中所有不同色像素之间的边界作为新的轮廓线:设其中没有子轮廓的轮廓为0级,0级轮廓的母轮廓为1级,1级的母轮廓为2级……依此类推;在图像I2中对应的包围区域白色像素占据总像素数20%以上的0级轮廓作为A,在图像I2中对应的包围区域白色像素占据总像素数20%以下的O级轮廓作为B,选取A和A的4m-1、4m级轮廓,以及B的4m-3、4m-2级轮廓,m=1,2,3……,顶级母轮廓不选取,生成新的二值图像,记为I7;
步骤1.6、将I7中的轮廓填充后进行胀大处理,然后进行闭运算,去除图像最外围1px像素,得到的图像记为I8,即硅片版图的内轮廓图像。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于:步骤1.3所述对I3的像素进行胀大处理,采用椭圆卷积核,该椭圆卷积核大小根据经验选择。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于:步骤1.6所述将I7中的轮廓填充后进行胀大处理,采用与步骤1.3中相同的椭圆卷积核。
13.如权利要求10所述的方法,其特征在于:步骤1.6所述进行闭运算,采用椭圆卷积核,该椭圆卷积核大小根据经验选择。
14.如权利要求10所述的方法,其特征在于:步骤2所述从硅片版图的内轮廓图像提取模板图像采用如下方法:
步骤2.1、己知SEM图像相对于版图的最大旋转角度为±nO,0≤n≤180,将I8以图像中心为旋转中心分别旋转-nO,-(n-1)O,-(n-2)O,……,-1O,0O,1O,……,(n-2)O, (n-1)O,nO,得到2n+1个图像I8x,x=0,±1,±2,……,±n;
步骤2.2、在I8x上截取尺寸为1*1的以I8x的中心点为中心的图像M,己知I8的尺寸为X*Y,X≥Y,则l=Y/2cos(45O);"*"表示乘号;
步骤2.3、己知版图对SEM图像的比例有Sl,S2,……,Si,将图像Mx分别放大Sl,S2,……Si倍得到(2n+1)*i个图像Mx-y,y=Sl,S2,……,Si,作为模板图像。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于:实施步骤3时采用如下方法进行匹配:
步骤3.1、采用模板匹配算法分别将步骤2.3中得到的(2n+1)*i个模板图像Mx-y与版图的仿真图像匹配,得到归一化的匹配值Vx-y和匹配坐标Lx-y;
步骤3.2、选择与最大Vx-y对应的Mx-y和Lx-y,在版图的仿真图像上选择以Lx-y为中心点的尺寸与对应的Mx-y相等的区域,以该区域为基准,将该区域向水平和坚直外方向扩大50px所得到图像记为I9;
步骤3.3、将与最大Vx-y对应的Mx-y做不同程度的胀大处理,得到多个新的模板图像Mx-y-z;
步骤3.4、采用模板匹配算法分别将多个模板图像Mx-y-z与图像I9匹配,得到归一化的匹配值Vx-y-z和匹配坐标Lx-y-z;
步骤3.5、将与最大Vx-y-z对应的匹配坐标Lx-y-z换算成Mx-y-z的中心点在版图仿真图像中的坐标,该坐标即为SEM图像中心点在版图仿真图像上的匹配坐标,与最大Vx-y-z对应的旋转角度和放大倍数即为SEM图像的适配旋转角度和放大倍数;
上述步骤中,x=0,±1,±2,……,±n;y=Sl,S2,……,Si;z代表胀大运算所用的核大小。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于:步骤3.1所述匹配坐标Lx-y是Mx-y的中心点在版图的仿真图像上匹配的点坐标。
17.如权利要求15所述的方法,其特征在于:步骤3.5所述匹配坐标Lx-y-z是Mx-y-z中心点在I9上的匹配坐标。
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