CN109148433A - 用于确定集成电路器件的尺寸的方法和设备 - Google Patents

Abstract

为了自动、准确、大批量地表征集成电路器件，本公开提供用于确定集成电路器件的尺寸的方法和设备。该方法包括提供集成电路器件的模板图像，模板图像包括指示模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具。该方法还包括基于模板图像和集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定待测图像中的目标结构的位置。此外，该方法包括基于测量工具和待测图像中的目标结构的位置，确定目标结构的尺寸。本公开的实施例可以自动、准确、大批量地测量集成电路器件的尺寸。

Description

用于确定集成电路器件的尺寸的方法和设备

技术领域

本公开的实施例总体涉及基于图像的尺寸测量领域，具体涉及用于基于图像来确定集成电路器件的尺寸的方法和设备。

背景技术

目前通用的集成电路关键尺寸的测量方法是通过一种成像设备(如透射电子显微镜TEM、扫描电子显微镜SEM等)捕捉集成电路的图像，然后人工地在图像上针对关键尺寸画线，以确定关键尺寸。这种测量方法工作效率低、耗时长并且测量结果的可重复性差。

此外，需要例如透射电子显微镜对集成电路的横截面切片成像。微小的工艺变化就会影响到最终器件的形貌和尺寸；因而需要大量的切片来反映制造流程。与45nm及以上的生产工艺相比，28nm及以下的工艺所产生的切片图像将呈倍数增长。从而会带来一些关键性的问题：首先人工测量的时间将增长；更重要的是集成电路关键尺寸越小，人工测量的重复性越差，从而影响测量精度。

发明内容

本公开的目的之一即在于克服或者缓解现有技术中所存在的一个或多个技术问题。为了自动、准确、大批量地测量集成电路器件的尺寸，本公开的实施例提供了用于确定集成电路器件的尺寸的方法和设备。

根据本公开的第一方面，提供了用于确定集成电路器件的尺寸的方法。该方法包括提供集成电路器件的模板图像，模板图像包括指示模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具。该方法还包括基于模板图像和集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定待测图像中的目标结构的位置。此外，该方法包括基于测量工具和待测图像中的目标结构的位置，确定目标结构的尺寸。本公开的实施例通过图案识别和图像分析，可以自动地测量大批量的集成电路器件的尺寸，并且可重复性高。

根据第一方面的实施例，测量工具包括但不限于以下中的一个或多个：界面分割线，通过直线段来指示界面的位置；界面刻度尺，通过直线段来指示界面的位置，并且通过直线段的端点来指示界面的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示界面的宽度，作为待测尺寸；自由刻度尺，通过直线段的端点来指示区域的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示区域的宽度，作为待测尺寸；量角器，通过成角度的两条直线段来指示角结构的位置，从而通过两条直线段的夹角来指示角结构的角度，作为待测尺寸；特征区域，指示由几何框包围的区域的位置；以及特征点，通过几何点来指示点的位置。借助于各种测量工具，在将模板图像与待测图像配准之后，可以迅速地找到目标结构上待测量的兴趣特征，使得灰度分析变得有针对性，从而节省测量时间并且提高测量准确性。

根据第一方面的实施例，模板图像还包括自定义测量参数，用于组合测量工具中的两个或更多个测量工具，从而指示待测尺寸。从而可以基于由组合的两个或更多个测量工具所指示的位置来确定目标结构的尺寸，以便测量多种多样的尺寸。

根据第一方面的实施例，确定待测图像中的目标结构的位置包括：使用模板图像扫描待测图像，并且计算模板图像与待测图像之间的作为位置和灰度的函数的相关因子；以及响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，最大值的位置被确定为待测图像中的目标结构的位置。通过这种方式，可以实现模板图像与待测图像之间的图像配准，以便于确定目标结构的位置。

根据第一方面的实施例，确定待测图像中的目标结构的位置还包括：响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，以最大值的位置为中心、模板图像的尺寸范围的区域内的相关因子的值被设置为0，以便确定其它目标结构的位置。通过将已找到的目标结构的相关因子的值设置为0，可以便于寻找其余目标结构。

根据第一方面的实施例，该方法还包括响应于相关因子的最大值小于阈值，更换模板图像。

根据第一方面的实施例，确定待测图像中的目标结构的位置还包括预处理模板图像和待测图像中的至少一个，以实现以下中的至少一个：模板图像中的结构的倾斜角与待测图像中的结构的倾斜角相等；以及模板图像中的像素尺寸与待测图像中的像素尺寸相等。通过预处理可以便于模板图像与待测图像之间的图像配准。

根据第一方面的实施例，确定目标结构的尺寸包括：确定由测量工具指示的目标结构上的相应位置；以及通过分析目标结构上的相应位置附近的灰度分布，确定与测量工具指示的待测尺寸对应的目标结构的尺寸。通过这种方式，可以将待测量的兴趣区域限定为测量工具附近的区域，并且可以减少灰度分析的负荷。

根据第一方面的实施例，确定由测量工具指示的目标结构上的相应位置包括：基于目标结构的位置和模板图像的尺寸，从待测图像获得包括目标结构的目标图像；以及基于测量工具指示的模板图像中的位置，确定目标图像中的目标结构上的相应位置。通过从待测图像中提取目标图像，可以便于测量工具的放置和灰度分析。

根据本公开的第二方面，提供了用于确定集成电路器件的尺寸的设备。该设备包括至少一个处理单元和至少一个存储器。至少一个存储器被耦合到至少一个处理单元并且存储由至少一个处理单元执行的指令。指令当由至少一个处理单元执行时，使得设备执行动作。该动作包括：提供集成电路器件的模板图像，模板图像包括指示模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具；基于模板图像和集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定待测图像中的目标结构的位置；以及基于测量工具和待测图像中的目标结构的位置，确定目标结构的尺寸。

根据第二方面的实施例，测量工具包括但不限于以下中的一个或多个：界面分割线，通过直线段来指示界面的位置；界面刻度尺，通过直线段来指示界面的位置，并且通过直线段的端点来指示界面的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示界面的宽度，作为待测尺寸；自由刻度尺，通过直线段的端点来指示区域的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示区域的宽度，作为待测尺寸；量角器，通过成角度的两条直线段来指示角结构的位置，从而通过两条直线段的夹角来指示角结构的角度，作为待测尺寸；特征区域，指示由几何框包围的区域的位置；以及特征点，通过几何点来指示点的位置。

根据第二方面的实施例，模板图像还包括自定义测量参数，用于组合测量工具中的两个或更多个测量工具，从而指示待测尺寸。

根据第二方面的实施例，确定待测图像中的目标结构的位置包括：使用模板图像扫描待测图像，并且计算模板图像与待测图像之间的作为位置和灰度的函数的相关因子；以及响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，最大值的位置被确定为待测图像中的目标结构的位置。

根据第二方面的实施例，确定待测图像中的目标结构的位置还包括：响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，以最大值的位置为中心、模板图像的尺寸范围的区域内的相关因子的值被设置为0，以便确定其它目标结构的位置。

根据第二方面的实施例，动作还包括响应于相关因子的最大值小于阈值，更换模板图像。

根据第二方面的实施例，确定待测图像中的目标结构的位置还包括预处理模板图像和待测图像中的至少一个，以实现以下中的至少一个：模板图像中的结构的倾斜角与待测图像中的结构的倾斜角相等；以及模板图像中的像素尺寸与待测图像中的像素尺寸相等。

根据第二方面的实施例，确定目标结构的尺寸包括：确定由测量工具指示的目标结构上的相应位置；以及通过分析目标结构上的相应位置附近的灰度分布，确定与测量工具指示的待测尺寸对应的目标结构的尺寸。

根据第二方面的实施例，确定由测量工具指示的目标结构上的相应位置包括：基于目标结构的位置和模板图像的尺寸，从待测图像获得包括目标结构的目标图像；以及基于测量工具指示的模板图像中的位置，确定目标图像中的目标结构上的相应位置。

根据本公开的第三方面，提供了计算机程序产品。计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令。机器可执行指令在被执行时使机器执行根据本公开的第一方面所描述的方法的任意步骤。

本公开的第一方面的优势同样适用于本公开的第二和第三方面。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出用于实施本公开的实施例的示例环境的示意图；

图2示出根据本公开的实施例的用于确定集成电路器件的尺寸的方法的流程图；

图3示出根据本公开的实施例的提供模板图像的方法的流程图；

图4示出集成电路器件的原始图像的示意图；

图5示出未添加测量工具的模板图像的示意图；

图6示出具有测量工具的模板图像及其Y方向上的灰度分布的示意图；

图7示出待测图像的示意图；

图8示出处于站立方向的待测图像的示意图；

图9示出用于确定待测图像中的目标结构的位置的方法的流程图；

图10a和图10b示出分别包含所找到的目标结构的待测图像的示意图；

图11示出测量工具放置在其上的目标图像的示意图；

图12由上到下分别示出目标图像的界面分割线处、界面刻度尺处以及自由刻度尺处的X方向上的灰度分布和灰度梯度分布；

图13示出待测图像的示意图，在待测图像上标注了根据本公开的实施例所计算出的目标结构的尺寸；以及

图14示出根据本公开的实施例的用于确定集成电路器件的尺寸的设备的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

在集成电路制造过程中，集成电路器件关键尺寸的测量是存在于各个制造工艺过程中的先进控制的关键。如果抽样测得的集成电路的关键尺寸在可接受的设计参数范围内，则可以进入下一步制造工艺；反之则将测量到的关键尺寸误差信息反馈至前一道生产工艺设备或者前馈至下一道生产工艺设备，以调整相关工艺设备的参数来补偿生产中的误差。

从集成电路的发展历史来看，其发展速度不仅仅是按照摩尔定律所预测的以18个月为周期的性能加倍，近几年来更有超越此预言速度的趋势。集成电路的微缩为关键尺寸的测量带来了前所未有的挑战。当今先进的集成电路制造工艺中，关键尺寸已经超越了光学显微检测设备的分辨极限；取而代之的是基于光谱散射技术和椭偏光谱的关键尺寸测量，通常称为“OCD”技术。该测量技术已成为现代集成电路制造工艺控制关键尺寸最常用的方法。然而光学OCD关键尺寸是基于一组参考光栅结构的总体或平均参数，不能获得器件内部具体某一部分的实际关键尺寸。

目前通用的集成电路关键尺寸的测量方法是通过一种成像设备(如透射电子显微镜TEM、扫描电子显微镜SEM等)捕捉集成电路的图像，然后人工地在图像上针对关键尺寸画线，以确定关键尺寸(关键尺寸＝像素数*单个像素代表的实际尺寸)。这种测量方法工作效率低、耗时长并且测量结果的可重复性差。

此外，需要例如透射电子显微镜对集成电路的横截面切片成像。透射电子显微镜图像不仅包含集成电路器件的尺寸、结构信息，而且能反映集成电路制造工艺流程。集成电路生产工艺越先进、关键尺寸越小，工艺控制窗口越小。微小的工艺变化就会影响到最终器件的形貌和尺寸；因而需要大量的切片来反映制造流程。与45nm及以上的生产工艺相比，28nm及以下的工艺所产生的切片图像将呈倍数增长。从而会带来一些关键性的问题：首先人工测量的时间将增长；更重要的是集成电路关键尺寸越小，人工测量的重复性越差，从而影响测量精度。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题，本公开的实施例提出了用于确定集成电路器件的尺寸的解决方案。该解决方案通过借助于具有测量工具的模板图像对包括目标结构的待测图像进行处理以获得目标结构的尺寸。本公开的实施例可以自动地批量测量集成电路器件的尺寸，从而提供了准确性和可重复性。

图1示出用于实施本公开的实施例的示例环境100的示意图。示例环境100可以包括成像系统120和数据存储与处理工作站130。成像系统120可以包括用于捕获集成电路器件110的图像的一个或多个成像设备，包括但不限于扫描电子显微镜(scanning electronmicroscopy，SEM)，透射电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)，扫描透射电子显微镜(scanning transmission electron microscopy，STEM)、聚焦离子束(focusedion beam，FIB)、光学成像设备、以及任何其它成像设备。成像系统120在捕获集成电路器件110的图像之后将图像传送到数据存储与处理工作站130。

数据存储与处理工作站130可以用于存储集成电路器件110的图像、智能识别图像中的待测目标结构(即感兴趣的集成电路器件的结构)、以及自动测量目标结构的尺寸。数据存储与处理工作站130可以包括存储模块140、模板图像制作模块150和分析模块160。

存储模块140可以包括待测图像数据库141和模板图像数据库145。待测图像数据库141可以存储由成像系统120捕获的集成电路器件110的图像。

模板图像制作模块150可以基于待测图像数据库141中存储的图像来制作模板图像，并且将制作的模板图像存储到模板图像数据库145中。模板图像可以包括与集成电路器件110中的待测目标结构对应的参考结构。此外，模板图像可以包括测量工具和自定义测量参数。测量工具指示模板图像中的待测位置以及待测尺寸，该待测尺寸与特定算法相关联。自定义测量参数使得用户可以组合两个或更多个测量工具，以便基于组合的测量工具来确定集成电路器件的尺寸。

分析模块160包括图像处理模块161和尺寸计算模块165。在尺寸测量过程中，分析模块160可以从待测图像数据库141中获取待测集成电路器件110的图像，并从模板图像数据库145中获取模板图像。图像处理模块161基于模板图像在待测图像中寻找待测目标结构。如果获取目标结构失败，图像处理模块161可以更换模板图像，直到遍历模板图像数据库145中的所有模板图像；如果找到目标结构，图像处理模块161可以将目标结构的位置信息、待测图像和模板图像传送给尺寸计算模块165。

尺寸计算模块165通过分析由模板图像的测量工具指示的目标结构上的相应位置附近的灰度分布，确定目标结构的特征的位置，进而确定目标结构的尺寸。目标结构的特征可以包括层与层之间的界面、特殊点等。可选地，尺寸计算模块165可以将目标结构从待测图像中裁剪出来，然后再对目标结构进行灰度分析。

集成电路器件的待测图像数据库141和模板图像数据库145建成后，分析模块160可以遍历所有模板图像和所有待测集成电路器件图像，以获取并统计所有感兴趣结构的测量结果。

图2示出根据本公开的实施例的用于确定集成电路器件的尺寸的方法200的流程图。例如，方法200可以由参考图1所示的数据存储与处理工作站130来执行。应当理解的是，方法200还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。

方法200开始于框210。在框210，数据存储与处理工作站130可以提供集成电路器件的模板图像，模板图像包括指示模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具。该待测尺寸与特定算法相关联。模板图像可以由模板图像制作模块150处理集成电路器件的原始图像来获得，并存储在模板图像数据库145中。使用时，可以从模板图像数据库145读取模板图像。每一个模板图像包含与目标结构(集成电路器件的待测兴趣结构)对应的参考结构。参考结构和目标结构是使用相同工艺方法制造的集成电路器件中的对应结构。

具体地，图3到图6示出模板图像制作模块150制作模板图像的过程。图3示出根据本公开的实施例的提供模板图像的方法300的流程图。例如，方法300可以由参考图1所示的模板图像制作模块150来执行。应当理解的是，方法300还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。

在方法300的框310，模板图像制作模块150可以从集成电路器件的原始图像获得模板图像。集成电路器件的原始图像可以是存储在待测图像数据库141中的图像。原始图像包含感兴趣的集成电路器件的完整的结构信息。

图4示出集成电路器件110的原始图像400的示意图。在原始图像400中，白色区域表示集成电路器件，黑色区域表示背景。白色区域内不同的纹理表示不同材料的层结构。图4所示的原始图像400中的集成电路器件是站立的。“站立”意指集成电路器件的层结构平行于水平方向。然而，图像中的集成电路器件通常不是严格站立的。相反，图像中的集成电路器件可以与水平方向呈现出随机的倾斜角。可选地，为了制作标准模板图像，可以在制作模板图像之前将图像中的集成电路器件调整到站立方向，使得制作出来的模板图像呈现标准的站立定向。站立方向仅是示例，还可以将图像中的集成电路器件旋转到其它定向。

图5示出未添加测量工具的模板图像500的示意图。模板图像500可以从图4所示的原始图像400中裁剪出来。例如，可以通过鼠标勾选原始图像400的指定区域。例如，可以通过用矩形框、圆形框、椭圆形框、任意多边形框等框选指定区域等方法，裁剪出具有特征结构信息的集成电路器件的图像的一部分，以用作模板图像500。模板图像500可以包括与待测目标结构对应的参考结构。优选地，模板图像500可以包括完整的周期结构。

返回参照图3，在方法300的框320，模板图像制作模块150可以向模板图像添加测量工具。例如，模板图像制作模块150可以向图5所示的模板图像500添加测量工具。测量工具可以由图形图案来体现。测量工具可以是叠加在模板图像500上的兴趣位置处的几何图形。

图6示出具有测量工具的模板图像500及其Y方向上的灰度分布610的示意图。如图6所示，测量工具可以包括但不限于以下中的一个或多个：

●界面分割线601，通过直线段来指示层与层之间的界面的位置；可以通过直线段来限定界面分割线601在模板图像500中的位置，用以指示在界面分割线601附近存在集成电路器件的层与层之间的界面，在图像中表现为在界面分割线附近存在界面分割线的法线方向上灰度的变化；

●界面刻度尺6022和6024，通过直线段来指示界面的位置，并且通过直线段的端点来指示界面的边缘的位置，以便获得界面上的关键尺寸(例如界面宽度)；即，通过直线段的两个端点之间的距离来指示界面的宽度，该界面的宽度即为待测尺寸；可以通过直线段来限定界面刻度尺在模板图像500中的位置，用以指示在界面刻度尺的法线方向附近存在集成电路器件的层与层之间的界面，并且在界面刻度尺的端点附近、界面刻度尺的直线方向上存在集成电路器件的某个结构的边缘，在图像中表现为界面刻度尺的法线方向附近存在灰度的变化，并且在界面刻度尺的端点附近、界面刻度尺的直线方向上也存在灰度变化；如图6所示，界面刻度尺6022可以用于测量集成电路器件的第一层与第二层之间的界面上的尺寸；界面刻度尺6024可以用于测量集成电路器件的第三层与第四层之间的界面上的尺寸；

●自由刻度尺603，通过直线段的端点来指示区域的边缘的位置，以便获得任意位置处的区域的关键尺寸(例如目标结构的某一层的半高宽)；即，通过直线段的两个端点之间的距离来指示区域的宽度，该区域的宽度即为待测尺寸；可以通过直线段来限定自由刻度尺603在模板图像500中的位置，用以指示自由刻度尺603的端点附近、直线方向上存在集成电路器件的某个结构的边缘，在图像中表现为自由刻度尺603的端点附近、直线方向上存在灰度变化；自由刻度尺与界面刻度尺的区别在于，自由刻度尺未被限定在界面的位置处，而是可以处于集成电路器件的任何位置，并且只用于检测两个端点的位置；

●量角器(图6未示出)，通过成角度的两条直线段来指示角结构的位置，以便获得角结构的角度；即，通过两条直线段的夹角来指示角结构的角度，角结构的角度即为待测尺寸；可以通过不在一条直线上的三个点(指定其中一个点为顶点，顶点与另外两个点形成两条相交的直线段)来限定量角器在模板图像500中的位置，用以指示在量角器附近存在集成电路器件的角结构，在图像中表现为量角器的两条直线段中的至少一条直线段的法线方向上存在灰度变化，而另一条直线段在水平方向或垂直方向或其法线方向上存在灰度变化；

●特征区域604，指示由几何框包围的区域的位置，通常该区域包括感兴趣的特征结构；可以通过(封闭或未封闭的)矩形或任意形状来限定特征区域604在模板图像500中的位置，用以指示在特征区域604内存在感兴趣的结构；以及

●特征点605，通过几何点来指示点在模板图像500中的位置，例如特征点605可以指示峰结构的顶点、谷结构的底点、最左点、最右点、某个方向上的极大值点、某个方向上的极小值点等。特征点605和特征区域604通常联合使用，以指示在某一局部区域内存在感兴趣的特征结构。如图6所示，特征区域604中的兴趣区域是暗场(背景为暗场)，特征点605指示暗场的底点。

借助于各种测量工具，在将模板图像与待测图像配准之后，可以迅速地找到目标结构上待测量的兴趣特征，使得灰度分析变得有针对性，从而节省测量时间并且提高测量准确性。本文中所提到的测量工具只为举例说明，本公开涵盖可以用于指示图像特征的任何测量工具。在实际应用中，测量工具并不限于水平或竖直放置，而是可以适于任何放置方向。

返回参照图3，在方法300的框330，模板图像制作模块150可以向模板图像添加自定义测量参数。自定义测量参数用于组合测量工具中的两个或更多个测量工具，从而指示待测尺寸，以便基于由组合的两个或更多个测量工具所指示的位置来确定目标结构的尺寸。通过设置自定义测量参数，用户可以自由组合测量工具，以便自定义要测量的尺寸。例如，通过组合测量工具，可以获得两个点之间的距离、点到直线段的距离、以及两条平行直线段之间的距离等。例如参照图6，自定义测量参数可以组合界面分割线601和界面刻度尺6022，以便测量从顶部开始的第二层的厚度(两条平行直线之间的距离)；以及可以组合界面刻度尺6024和特征点605，以便测量集成电路器件的最底层的厚度(点到直线的距离)。

模板图像制作完成后可以保存到模板图像数据库145中，或者返回方法300的框301重新制作模板图像。

返回参照图2，在方法200的框220，数据存储与处理工作站130可以基于模板图像(例如图6所示的模板图像500)和集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定待测图像中的目标结构的位置。本公开的实施例使用模板图像在众多待测图像中自动识别感兴趣的目标结构。图1所示的分析模块160可以遍历待测图像数据库141中的所有待测图像和模板图像数据库145中的所有模板图像，以确保所有的待测集成电路器件图像都可以用合适的模板图像来测量。因而，本公开的实施例可以大批量地自动识别集成电路器件的图案，并且通过分析集成电路器件的图像，可以自动地确定集成电路器件的尺寸。

具体而言，图1所示的分析模块160可以从存储模块140读取待测图像，并且将待测图像送入图像处理模块161。为了提高图像配准的精度，可以预处理模板图像和待测图像中的至少一个，使得模板图像中的参考结构的倾斜角与待测图像中的目标结构的倾斜角相等。例如，在模板图像中的集成电路器件处于站立方向的情况下，待测图像需要旋转使得其中的集成电路器件处于站立方向。注意，将待测图像和模板图像两者调整到站立方向仅是示例。原则上，只要调整之后模板图像中的参考结构的倾斜角与待测图像中的目标结构的倾斜角相等即可。

作为示例，在0-360度的范围内旋转待测图像或模板图像中的一个，并计算各个角度下的待测图像与模板图像的相关因子矩阵。通过最大相关因子可以确定：待测图像是否包含模板图像中的半导体器件；以及待测图像中的半导体器件相对于模板图像中的半导体器件倾斜的角度。具体而言，响应于最大相关因子大于或等于预定阈值，则可以确定待测图像包含模板图像中的半导体器件并且最大相关因子所对应的角度即为待测图像相对于模板图像的倾斜角度。响应于最大相关因子小于预定阈值，则可以说明待测图像不包含模板图像中的半导体器件，需要更换模板图像。

此外，由于模板图像与待测图像的放大倍率有可能不同，因此可以预处理(例如，缩放)模板图像和待测图像中的至少一个，使得模板图像中单个像素代表的尺寸(本文中还称为“像素尺寸”)与待测图像的像素尺寸相等。例如，通过已知的待测图像与模板图像的像素尺寸，可以得到放大/缩小倍率。使用得到的放大/缩小倍率来放大/缩小待测图像或模板图像中的一个，使两者的像素尺寸相等。作为示例，缩放后的模板图像用于在待测图像中寻找与模板图像中的参考结构对应的目标结构。

图7示出待测图像700的示意图。与图4相似，在待测图像700中，白色区域表示集成电路器件，黑色区域表示背景。白色区域内不同的纹理表示不同材料的层结构。待测图像700可以与原始图像400和模板图像700源于同一种集成电路器件。但是在使用成像系统120获取图像时所使用的放大倍率可以彼此不同。

作为示例，使用图6所示的模板图像500来检测图7所示的待测图像700中的目标结构。如图7所示，待测图像700中的集成电路器件可以是倾斜的。因此，在利用模板图像500确定待测图像700中的目标结构的位置之前，可以旋转例如待测图像700，使得待测图像700的倾斜角与模板图像500的倾斜角相等。待测图像700和模板图像500可以均呈站立方向。图8示出处于站立方向的待测图像700的示意图。

作为示例，模板图像500的像素尺寸为0.3910nm/像素；待测图像700的像素尺寸为0.4505nm/像素。例如，需要缩小模板图像1.15倍，使其像素尺寸等于0.4505nm/像素。

图9示出用于确定待测图像中的目标结构的位置的方法900的流程图。例如，方法900可以由参考图1所示的图像处理模块161来执行。应当理解的是，方法900还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。

图像处理模块161可以利用模板图像并使用适当的图像配准方法在集成电路器件110的待测图像中寻找感兴趣的目标结构。为了将待测图像与模板图像配准，在方法900的框902，图像处理模块161可以使用模板图像500扫描待测图像700，并且计算模板图像500与待测图像700之间的作为位置和灰度的函数的相关因子(即相关因子矩阵)。例如，在扫描之前，通过预处理图像使得模板图像与待测图像的像素尺寸相等并且其中的集成电路器件的倾斜角度相等。通过分析相关因子矩阵，可以确定目标结构的数目、目标结构的位置和目标结构的范围。

在方法900的框904，可以确定相关因子的最大值是否大于预定阈值。在方法900的框906，响应于相关因子的最大值小于阈值，更换模板图像，并且重复方法900(在框902重新计算相关因子)，用新的模板图像在待测图像中寻找感兴趣的目标结构。相关因子的最大值小于阈值可以表示待测图像中不包含与模板图像中的参考结构对应的目标结构。

在方法900的框908，响应于相关因子的最大值大于(或等于)阈值，相关因子的最大值的位置被确定为待测图像中的目标结构的位置。由此找到了一个目标结构。目标结构的范围是以目标位置为中心的模板图像覆盖的范围。图像处理模块161可以记录目标结构的位置和目标结构的范围。

在方法900的框910，响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，以最大值的位置为中心、模板图像的尺寸范围的区域内的相关因子的值被设置为0，以便确定其它目标结构的位置。换言之，在找到一个目标结构之后，将该目标结构的范围内的相关因子的值设置为0，从而为寻找下一个目标结构做准备。

在方法900的框912，确定指定区域内的相关因子的值是否全部为0。如果是的话，则表示该待测图像中的目标结构全部被找到，在方法900的框914，结束方法900。如果否的话，则返回到框904(不需要重新计算相关因子)，继续寻找下一个目标结构。

图10a和图10b示出分别包含所找到的目标结构1002、1004和1006的待测图像700的示意图。例如，目标结构1002、1004和1006是使用上述方法900找到的。作为示例，目标结构1002的目标位置(中心)的坐标为(191，556)、范围为(48，141，286，831)(以上4个数字按顺序分别表示X轴起始位置、Y轴起始位置、宽度、长度)；目标结构1004的目标位置(中心)的坐标为(677，543)、范围为(534，128，286，831)；目标结构1006的目标位置(中心)的坐标为(431，551)、范围为(288，136，286，831)。

在获得目标结构的数目以及每个目标结构的位置和范围之后，图像处理模块161可以将模板图像500、待测图像700以及关于待测图像700中所确定的目标结构的数目、位置和范围等信息传送到尺寸计算模块165，以确定目标结构的尺寸。

返回参照图2，在方法200的框230，数据存储与处理工作站130可以基于测量工具和待测图像中的目标结构的位置，确定目标结构的尺寸。具体而言，尺寸计算模块165可以确定由模板图像中的测量工具指示的目标结构上的相应位置。备选地，尺寸计算模块165可以基于目标结构的位置和模板图像的尺寸(即为目标结构的范围)，从待测图像获得包括目标结构的目标图像；并且基于测量工具指示的模板图像中的位置，确定所获得的目标图像中的目标结构上的相应位置。例如，尺寸计算模块165可以从图10所示的待测图像700中裁剪出包括目标结构1002、1004或1006的图像部分，从而获得三个目标图像。尺寸计算模块165可以将(缩放和/或旋转后的)测量工具放置在目标图像上，以确定目标结构上的相应位置。该相应位置可以用作测量的参考位置。尺寸计算模块165可以通过分析目标结构上的相应位置附近的灰度分布，确定与测量工具指示的待测尺寸对应的目标结构的尺寸。

图11示出测量工具放置在其上的目标图像1100的示意图。例如，该目标图像1100包括如图10所示的目标结构1002。图11还示出了Y方向上的灰度分布1110和灰度梯度分布1120。假设模板图像500在进行图像配准之前进行了缩放，则测量工具的位置发生了改变。作为示例，图6所示的界面分割线601的位置坐标由(132，240)和(230，240)变为(115，209)和(200，209)；界面刻度尺6022的两个端点的位置坐标由(124，57)和(245，57)变为(108，50)和(312，50)；界面刻度尺6024的两个端点的位置坐标由(103，249)和(250，249)变为(90，216)和(217，216)；自由刻度尺603的两个端点的位置坐标由(80，517)和(259，517)变为(70，449)和(225，449)；特征区域604的位置坐标由(1，835，55，95)变为(1，725，48，82)。

测量工具在目标结构上的相应位置并不表示目标结构的特征的真实位置，而是仅作为参考，用于指示感兴趣的特征就在附近。为了获得真实位置，需要在相应位置附近对灰度分布进行分析。

图12由上到下分别示出目标图像1100的界面分割线601处、界面刻度尺6024处以及自由刻度尺603处的X方向上的灰度分布和灰度梯度分布。具体而言，图12示出了可以用于计算尺寸的界面分割线601处的X方向上的灰度分布1205和灰度梯度分布1210，界面刻度尺6024处的X方向上的灰度分布1215和灰度梯度分布1220，以及自由刻度尺603处的X方向上的灰度分布1225和灰度梯度分布1230。

作为示例，在基于界面分割线601来确定目标结构1002的尺寸时，只需要考虑目标图像1100中Y方向(即界面分割线601的法线方向)上的灰度分布1110。优选地，可以仅考虑界面分割线601附近的Y方向上的灰度分布。基于灰度分布1110可以获得灰度梯度分布1120，进而可以获得界面的真实位置。备选地，可以参考模板图像500中的灰度分布。例如，灰度梯度分布1120中的灰度梯度变化与模板图像500中界面分割线601附近的法线方向上的灰度梯度变化相一致的位置，即为界面的真实位置。

作为示例，基于界面刻度尺6024来确定目标结构1002的尺寸的方法如下。确定由界面刻度尺6024指示的界面的真实位置的方法与界面分割线601相同，在此不再赘述。例如，在目标图像1100中由界面刻度尺6024指示界面的位置在y＝218。为了获得界面刻度尺6024的两个端点所指示的界面边缘的位置，可以获得目标图像1100中界面(例如y＝218)处的X方向上的灰度分布1215和灰度梯度分布1220，进而可以获得界面边缘的真实位置(在图12中由*示出)。备选地，可以参考模板图像500中的灰度分布。例如，根据模板图像500中界面刻度尺6024的两个端点附近、其直线段方向上的灰度梯度变化，确定目标结构上的界面边缘的真实位置。例如，界面边缘的位置坐标为(86，218)和(216，218)，进而因为界面刻度尺6024所指示的待测尺寸为界面的宽度，可以获得该界面的宽度为130个像素(即58.6nm)。

作为示例，在基于自由刻度尺603来确定目标结构1002的尺寸时，因为自由刻度尺603未固定于某一界面，所以不需要考虑自由刻度尺603的法线方向上的位置，而只需确定两个端点的坐标。可以分析自由刻度尺603的直线段的方向上(特别地两个端点附近)的灰度分布1225和灰度梯度分布1230，进而可以基于自由刻度尺603的两个端点的位置来获得边缘的真实位置。备选地，可以参考模板图像500中的灰度分布。例如，根据模板图像500中的对应灰度梯度变化，可以确定目标图像1100中的自由刻度尺603的左端点坐标为(69，517)，右端点坐标为(223，517)。由自由刻度尺603所指示的待测尺寸为154个像素(即69.4nm)。也就是，自由刻度尺603的两个端点所指示的边缘之间的距离即为要测量的宽度。

作为示例，在基于量角器来确定目标结构的尺寸时，在将模板图像中的量角器放置在目标结构上之后，分析量角器的两个边的法线方向上的灰度分布，以确定量角器的两个边附近的界面位置。两个界面的夹角即为由量角器所指示的角度(即，待测尺寸)。

作为示例，在基于特征区域604来确定目标结构1002的尺寸时，可以根据特征区域604所指示的坐标，在目标图像中获得特征区域604内的图像。可以通过图像分割来获得感兴趣的场。

特征区域604和特征点605一般同时使用。通过图像分割可以获得特征区域604中感兴趣的场(此示例中为暗场)。在获得暗场的图像后，寻找暗场中的底点(即特征点605)，即Y值的最大值所在的位置，从而确定由特征点605所指示的位置。

在如上所述地获得由测量工具所指示的位置之后，可以考虑自定义测量参数。作为示例，假设自定义测量参数将界面刻度尺6024和特征点605组合(待测尺寸为特征点605到界面刻度尺6024的距离)，则根据所确定的目标图像1100中的界面刻度尺6024和特征点605的Y坐标(点到直线的距离)，可以确定集成电路器件的最底层的厚度。

通过以上方法可获得集成电路器件的待测图像700中的所有目标结构的尺寸。图13示出待测图像700的示意图，在待测图像700上标注了根据本公开的实施例所计算出的目标结构的尺寸。遍历待测图像数据库和模板图像数据库，所有待测集成电路器件将全部被测量。

图14示出根据本公开的实施例的用于确定集成电路器件的尺寸的设备1400的框图。例如，图1所示的数据存储与处理工作站130可以由设备1400实现。

如图14所示，设备1400可以包括提供模块1410，用于提供集成电路器件的模板图像，模板图像包括指示模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具。设备1400还可以包括第一确定模块1420，用于基于模板图像和集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定待测图像中的目标结构的位置。此外，设备1400还可以包括第二确定模块1430，用于基于测量工具和待测图像中的目标结构的位置，确定目标结构的尺寸。

在一些实施例中，测量工具可以包括但不限于以下中的一个或多个：界面分割线，通过直线段来指示界面的位置；界面刻度尺，通过直线段来指示界面的位置，并且通过直线段的端点来指示界面的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示界面的宽度，作为待测尺寸；自由刻度尺，通过直线段的端点来指示区域的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示区域的宽度，作为待测尺寸；量角器，通过成角度的两条直线段来指示角结构的位置，从而通过两条直线段的夹角来指示角结构的角度，作为待测尺寸；特征区域，指示由几何框包围的区域的位置；以及特征点，通过几何点来指示点的位置。

在一些实施例中，模板图像还可以包括自定义测量参数，用于组合测量工具中的两个或更多个测量工具，从而指示待测尺寸。

在一些实施例中，第一确定模块可以包括扫描和计算子模块，用于使用模板图像扫描待测图像，并且计算模板图像与待测图像之间的作为位置和灰度的函数的相关因子。第一确定模块还可以包括第一确定子模块，用于响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，将最大值的位置确定为待测图像中的目标结构的位置。

在一些实施例中，第一确定模块还可以包括设置子模块，用于响应于相关因子的最大值大于或等于阈值，将以最大值的位置为中心、模板图像的尺寸范围的区域内的相关因子的值设置为0，以便确定其它目标结构的位置。

在一些实施例中，设备1400还可以包括更换模块，用于响应于相关因子的最大值小于阈值，更换模板图像。

在一些实施例中，第一确定模块还可以包括预处理子模块，用于预处理模板图像和待测图像中的至少一个，以实现以下中的至少一个：模板图像中的结构的倾斜角与待测图像中的结构的倾斜角相等；以及模板图像中的像素尺寸与待测图像中的像素尺寸相等。

在一些实施例中，第二确定模块可以包括第二确定子模块，用于确定由测量工具指示的目标结构上的相应位置。第二确定模块还可以包括第三确定子模块，用于通过分析目标结构上的相应位置附近的灰度分布，确定与测量工具指示的待测尺寸对应的目标结构的尺寸。

在一些实施例中，第二确定子模块可以包括获得子模块，用于基于目标结构的位置和模板图像的尺寸，从待测图像获得包括目标结构的目标图像。第二确定子模块还可以包括第四确定子模块，用于基于测量工具指示的模板图像中的位置，确定目标图像中的目标结构上的相应位置。

出于清楚的目的，在图14中没有示出设备1400的某些可选模块。然而，应当理解，上文参考图1-13所描述的各个特征同样适用于设备1400。而且，设备1400的各个模块可以是硬件模块，也可以是软件模块。例如，在某些实施例中，设备1400可以部分或者全部利用软件和/或固件来实现，例如被实现为包含在计算机可读介质上的计算机程序产品。备选地或附加地，设备1400可以部分或者全部基于硬件来实现，例如被实现为集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。本公开的范围在此方面不受限制。

本公开的实施例可以通过计算机程序产品来实现。计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令。机器可执行指令在被执行时使机器执行根据本公开的实施例的方法的任意步骤。

通过具有测量工具的模板图像的使用，本公开的实施例可以自动、准确、大批量地测量集成电路器件的尺寸。本公开的解决方案节约劳动力成本和时间成本，从而有助于提高经济效益。此外，本公开的实施例可以提高测量精度和可重复性，因而其测量结果更为可靠。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (19)

1.一种用于确定集成电路器件的尺寸的方法，包括：

提供所述集成电路器件的模板图像，所述模板图像包括指示所述模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具；

基于所述模板图像和所述集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定所述待测图像中的所述目标结构的位置；以及

基于所述测量工具和所述待测图像中的所述目标结构的位置，确定所述目标结构的尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量工具包括以下中的一个或多个：

界面分割线，通过直线段来指示界面的位置；

界面刻度尺，通过直线段来指示界面的位置，并且通过直线段的端点来指示所述界面的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示所述界面的宽度，作为所述待测尺寸；

自由刻度尺，通过直线段的端点来指示区域的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示所述区域的宽度，作为所述待测尺寸；

量角器，通过成角度的两条直线段来指示角结构的位置，从而通过两条直线段的夹角来指示所述角结构的角度，作为所述待测尺寸；

特征区域，指示由几何框包围的区域的位置；以及

特征点，通过几何点来指示点的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述模板图像还包括：

自定义测量参数，用于组合所述测量工具中的两个或更多个测量工具，从而指示所述待测尺寸。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述待测图像中的所述目标结构的位置包括：

使用所述模板图像扫描所述待测图像，并且计算所述模板图像与所述待测图像之间的作为位置和灰度的函数的相关因子；以及

响应于所述相关因子的最大值大于或等于阈值，所述最大值的位置被确定为所述待测图像中的所述目标结构的位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中确定所述待测图像中的所述目标结构的位置还包括：

响应于所述相关因子的最大值大于或等于阈值，以所述最大值的位置为中心、所述模板图像的尺寸范围的区域内的所述相关因子的值被设置为0，以便确定其它目标结构的位置。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括：

响应于所述相关因子的所述最大值小于所述阈值，更换所述模板图像。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述待测图像中的所述目标结构的位置还包括：

预处理所述模板图像和所述待测图像中的至少一个，以实现以下中的至少一个：

所述模板图像中的结构的倾斜角与所述待测图像中的结构的倾斜角相等；以及

所述模板图像中的像素尺寸与所述待测图像中的像素尺寸相等。

8.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述目标结构的尺寸包括：

确定由所述测量工具指示的所述目标结构上的相应位置；以及

通过分析所述目标结构上的所述相应位置附近的灰度分布，确定与所述测量工具指示的待测尺寸对应的所述目标结构的尺寸。

9.根据权利要求8所述的方法，其中确定由所述测量工具指示的所述目标结构上的相应位置包括：

基于所述目标结构的位置和所述模板图像的尺寸，从所述待测图像获得包括所述目标结构的目标图像；以及

基于所述测量工具指示的所述模板图像中的位置，确定所述目标图像中的所述目标结构上的所述相应位置。

10.一种用于确定集成电路器件的尺寸的设备，包括：

至少一个处理单元；

至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述设备执行动作，所述动作包括：

提供所述集成电路器件的模板图像，所述模板图像包括指示所述模板图像中的位置及待测尺寸的测量工具；

基于所述模板图像和所述集成电路器件的包括目标结构的待测图像，确定所述待测图像中的所述目标结构的位置；以及

基于所述测量工具和所述待测图像中的所述目标结构的位置，确定所述目标结构的尺寸。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述测量工具包括以下中的一个或多个：

界面分割线，通过直线段来指示界面的位置；

界面刻度尺，通过直线段来指示界面的位置，并且通过直线段的端点来指示所述界面的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示所述界面的宽度，作为所述待测尺寸；

自由刻度尺，通过直线段的端点来指示区域的边缘的位置，从而通过直线段的两个端点之间的距离来指示所述区域的宽度，作为所述待测尺寸；

量角器，通过成角度的两条直线段来指示角结构的位置，从而通过两条直线段的夹角来指示所述角结构的角度，作为所述待测尺寸；

特征区域，指示由几何框包围的区域的位置；以及

特征点，通过几何点来指示点的位置。

12.根据权利要求10所述的设备，其中所述模板图像还包括：

自定义测量参数，用于组合所述测量工具中的两个或更多个测量工具，从而指示所述待测尺寸。

13.根据权利要求10所述的设备，其中确定所述待测图像中的所述目标结构的位置包括：

使用所述模板图像扫描所述待测图像，并且计算所述模板图像与所述待测图像之间的作为位置和灰度的函数的相关因子；以及

响应于所述相关因子的最大值大于或等于阈值，所述最大值的位置被确定为所述待测图像中的所述目标结构的位置。

14.根据权利要求13所述的设备，其中确定所述待测图像中的所述目标结构的位置还包括：

响应于所述相关因子的最大值大于或等于阈值，以所述最大值的位置为中心、所述模板图像的尺寸范围的区域内的所述相关因子的值被设置为0，以便确定其它目标结构的位置。

15.根据权利要求13所述的设备，所述动作还包括：

响应于所述相关因子的所述最大值小于所述阈值，更换所述模板图像。

16.根据权利要求10所述的设备，其中确定所述待测图像中的所述目标结构的位置还包括：

预处理所述模板图像和所述待测图像中的至少一个，以实现以下中的至少一个：

所述模板图像中的结构的倾斜角与所述待测图像中的结构的倾斜角相等；以及

所述模板图像中的像素尺寸与所述待测图像中的像素尺寸相等。

17.根据权利要求10所述的设备，其中确定所述目标结构的尺寸包括：

确定由所述测量工具指示的所述目标结构上的相应位置；以及

通过分析所述目标结构上的所述相应位置附近的灰度分布，确定与所述测量工具指示的待测尺寸对应的所述目标结构的尺寸。

18.根据权利要求17所述的设备，其中确定由所述测量工具指示的所述目标结构上的相应位置包括：

基于所述目标结构的位置和所述模板图像的尺寸，从所述待测图像获得包括所述目标结构的目标图像；以及

基于所述测量工具指示的所述模板图像中的位置，确定所述目标图像中的所述目标结构上的所述相应位置。

19.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行时使机器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。