CN114740032A

CN114740032A - 一种失效分析无缓冲图像采集的方法和系统

Info

Publication number: CN114740032A
Application number: CN202210329700.XA
Authority: CN
Inventors: 尚跃; 李欣
Original assignee: Shanghai Ju Yue Electronics Co ltd
Current assignee: Shanghai Ju Yue Electronics Co ltd
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2022-07-12

Abstract

本发明提供了一种失效分析无缓冲图像采集的方法，预设目标拍摄区域，将该目标拍摄区域划分成多个连续但不重叠的长方形子区域，所述子区域的长和宽与每张照片能拍摄到的长和宽一致；移动样品至第一个拍照子区域，打开电子束对该区域进行扫描，收集二次电子或背散射电子等物理信号并形成图像；关停电子束，将样品移动至下一个拍照子区域；重复此过程，直至扫描收集完全部子区域的图像。本发明还提供了一种可以执行上述方法的失效分析无缓冲图像采集系统。

Description

一种失效分析无缓冲图像采集的方法和系统

技术领域

本发明涉及失效分析领域，具体涉及一种失效分析无缓冲图像采集的方法和系统。

背景技术

失效分析是确定一种产品失效原因的诊断过程。失效分析技术在如今的各个工业部门已经得到了广泛地应用。尤其是在电子元器件的领域中，失效分析有着特殊的重要性。随着集成电路从中小规模发展到大规模乃至系统芯片，伴随而来的是几何式增长的集成度和复杂度，失效分析的要求和难度亦变得越来越高，任何一个微小的失效点极可能导致整个芯片丧失功能甚至完全报废。专家学者和研究人员一直在不断研究新的失效分析方法和设备来提高分析和表征的精确性和便捷性。

扫描电镜(以下简称SEM)是最常用的失效分析设备。SEM通过细聚焦电子束轰击样品表面，激发出二次电子、背散射电子等物理信号，再用探测器将物理信号转化成图像信息。利用SEM可以对样品截面或表面进行细微的观察。SEM放大倍数可以从上千倍到数十万倍，分辨率达到3nm，因而可以满足现阶段乃至未来数十年集成电路微观结构观察的需求。

现有的SEM设备在扫描图像方面采用的是不间断连续扫描的方案，即电子束不停轰击样品，图像传感器不停采集图像。此方案的缺点是浪费时间，效率较低。例如，在移动载物台的过程中，不需要采集图像，即使采集了，得到的图像也是虚化的，待载物台移动到指定位置后，还需要等待较长时间，等电子束稳定后才能采集图像。所以现有的SEM只能采集清晰的单张图像，并且SEM采集一张图像时间较长，例如4k的图像，扫描一张需要10秒，软件缓冲也需要10秒，20秒才能生成一张图像。对于需要在较大范围进行连续拍摄的场景，传统的SEM只能手动将镜头调整至各个位置进行拍摄，拍摄效率低下；并且因为样品及载物台在移动时电子束流无法稳定，拍摄的照片也不清晰。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种失效分析无缓冲图像采集的方法，通过稳定电子束来实现在连续扫描过程中完整连续的大幅清晰照片。

具体地，预设目标拍摄区域，将该目标拍摄区域划分成多个连续但不重叠的长方形子区域；所述子区域的长和宽与每张照片能拍摄到的长和宽一致；移动样品至第一个拍照子区域，打开电子束(SEM Freeze)对该区域进行扫描并收集二次电子或背散射电子等物理信号并形成图像；关停电子束(解除SEM Freeze)，将样品移动至下一个拍照子区域；重复此过程，直至扫描收集完全部子区域的图像；将所有子区域的图像拟合成单个完整的照片。

优选地，在合成照片时，对子区域照片连接处的边缘部分进行平滑处理，使合成后的照片整体外观上更为连贯。

由于控制电子束每次都是从起始位置开始扫描，电子束比较稳定，得到的图像效果比较好，同时节省了大量缓冲时间，提高了效率。相较于一般的图像采集方法节省了近1倍的时间。

本发明还提供了一种失效分析无缓冲图像采集的系统。所述系统包括扫描电镜机台、控制模块、交互模块、计算模块和图形处理模块。

具体地，所述扫描电镜机台包括载物台、光学显微镜、电子枪以及探测器；所述载物台用于固定待测样品，所述光学显微镜可以放大观测样品的光学影像；所述电子枪用于发射电子束，所述探测器用来收集电子束轰击待测样品所释放出的物理信号；所述控制模块内置程序算法，可以控制所述载物台在水平方向沿x轴或y轴移动，可以控制所述电子枪发射或关闭电子束，可以控制启动或关闭探测器；所述交互模块包括光学影像输出单元和指令输入单元，所述光学影像输出单元可以通过屏幕等设备将所述光学显微镜所观测到的光学影像显示出来，通过所述指令输入单元，试验人员可以选择其欲拍摄的目标区域；所述计算模块可以计算拍摄目标区域的面积，并根据单次扫描的面积计算所需拍摄照片的张数以及每次变更拍摄区域时所需移动的距离，并将计算结果输出至所述控制模块；所述图形处理模块可以将所述探测器所收集的物理信号转化为照片。

优选地，所述控制模块通过网络与所述扫描电镜机台建立通信连接；所述图形处理模块可以实现将多张局部的电镜照片合成一张完整照片；进一步，图形处理模块可以在合成照片是对局部照片边缘部分的对比度、亮度和锐度做平滑处理，使合成后的照片整体外观上更为连贯。

附图说明

图1为本发明一种失效分析无缓冲图像采集的方法实施例的流程示意图；

图2为本发明一种失效分析无缓冲图像采集的系统实施例的示意图

具体实施方式

本发明提供一种失效分析无缓冲图像采集系统和方法的具体实施例，包括：

一种系统包括扫描电镜机台、控制模块、交互模块、计算模块和图形处理模块。

所述扫描电镜机台包括载物台、光学显微镜、电子枪以及探测器；所述载物台用于固定待测样品，所述光学显微镜可以放大观测样品的光学影像；所述电子枪用于发射电子束，所述探测器用来收集电子束轰击待测样品所释放出的物理信号；

交互模块包括光学影像输出单元和指令输入单元，所述光学影像输出单元可以通过屏幕等设备将所述光学显微镜所观测到的光学影像显示出来，通过所述指令输入单元，试验人员可以选择其欲拍摄的目标区域，以确定拍摄区域X、Y轴方向的长度A、B；

计算模块进行以下计算：拍摄区域x、y轴方向的长度分别为A、B，每次拍摄区域在x、y轴方向的长度为a、b，需要拍摄照片的张数N＝[A/a]*[B/b],X轴方向需要移动次数Nx＝[A/a]，在每个固定的x轴位置需要向y轴方向移动的次数Ny＝[B/b]，其中y＝[x]为向上取整函数。

所述控制模块通过网络与所述扫描电镜机台建立通信连接，并内置代码向机台发出指令。

载物台每在x轴方向移动距离a，便在y轴方向完成Ny次距离为b的移动及该子区域的像素扫描，直到载物台在x轴方向移动到第Nx次且该x轴位置上y轴的Ny次移动及扫描全都完成为止。

机台在每次扫描结束后都会关闭电子束(解除SEM Freeze)，待移动至下一扫描位置时再打开电子束进行扫描，代码如下：

double freeze；

sem->GetDouble("DP_FROZEN",freeze)；

if(freeze＝＝0)//正在扫描图像

sem->Execute("CMD_TOGGLE_FREEZE")；//停止扫描，关键控制指令，此指令发送后，可控制SEM停止电子束的扫描

double x,y,z,t,r,m；

sem->GetStagePosition(x,y,z,t,r,m)；//获取SEM载物台坐标

ReadTargetPosition(x,y,z,t,r,m)；//读取需要移动的目标位置坐标

sem->MoveStageDoubles(x,y,z,t,r,m)；//移动至目标位置坐标

sem->Execute("CMD_TOGGLE_FREEZE")；//向SEM发送指令，开始扫描。关键控制指令，此指令发送后，可控制SEM从起始位置开始电子束的扫描

sem->Execute("CMD_TOGGLE_FREEZE")；//再次向SEM发送指令，停止扫描，即可得到一张清晰完整的图像

SaveSemImage()；//保存当前扫描完成的图像

该情况下的电子束更加稳定，扫描出的图像清晰度更高，并且节省了从电子束不稳定恢复到稳定的大量缓冲时间。

图形处理模块将所述探测器所收集的物理信号转化为照片，并将多张局部的电镜照片合成一张完整照片；合成后对局部照片边缘部分的对比度、亮度和锐度做平滑处理，使合成后的照片整体外观上更为连贯；合成后的照片所拍摄区域的尺寸为[A/a]*a*[B/b]*b,将其相对于尺寸为A*B的目标拍摄区域多余的部分剪裁去除。

一种方法，包括预设目标拍摄区域，将该目标拍摄区域划分成多个连续但不重叠的长方形子区域；所述子区域的长和宽与每张照片能拍摄到的长和宽一致；移动样品至一个拍照子区域，打开电子束对该子区域进行扫描(SEM Freeze)，收集二次电子或背散射电子信号并形成图像，在样品向下一子区域移动前关停电子束(解除SEM Freeze)，重复此过程直至全部子区域的图像扫描收集完成。

优选地，所述目标拍摄区域x、y轴方向的长度分别为A、B，所述子区域在x、y轴方向的长度为a、b，所述连续但不重叠的长方形子区域数量N＝[A/a]*[B/b],X轴方向需要移动次数Nx＝[A/a]，在每个固定的x轴位置需要向y轴方向移动的次数Ny＝[B/b]，其中y＝[x]为向上取整函数；所述样品每在x轴方向移动距离a，便在y轴方向完成Ny次距离为b的移动及该子区域的像素扫描，直到载物台在x轴方向移动到第Nx次且该x轴位置上y轴的Ny次移动及扫描全都完成为止。所有子区域的图像可以拟合成单张完整的照片。将所述单张完整照片的连接处边缘部分对亮度、对比度、锐度进行平滑处理，再将所述单张完整照片相对于所述目标拍摄区域多扫描的部分剪裁删除，获得最终照片。

Claims

1.一种失效分析无缓冲图像采集的方法,其特征在于，所述方法包括：预设目标拍摄区域，将该目标拍摄区域划分成多个连续但不重叠的长方形子区域；所述子区域的长和宽与每张照片能拍摄到的长和宽一致；移动样品至一个拍照子区域，打开电子束对该子区域进行扫描，收集物理信号并形成图像，在样品向下一子区域移动前关停电子束，重复此过程直至全部子区域的图像扫描收集完成。

2.如权利要求1所述的失效分析无缓冲图像采集的方法，其特征在于，所述物理信号为二次电子或背散射电子。

3.如权利要求1所述的失效分析无缓冲图像采集的方法，其特征在于，所述目标拍摄区域x、y轴方向的长度分别为A、B，所述子区域在x、y轴方向的长度为a、b，所述连续但不重叠的长方形子区域数量N＝[A/a]*[B/b],X轴方向需要移动次数Nx＝[A/a]，在每个固定的x轴位置需要向y轴方向移动的次数Ny＝[B/b]，其中y＝[x]为向上取整函数。

4.如权利要求3所述的失效分析无缓冲图像采集的方法，其特征在于，所述样品每在x轴方向移动距离a，便在y轴方向完成Ny次距离为b的移动及该子区域的像素扫描，直到载物台在x轴方向移动到第Nx次且该x轴位置上y轴的Ny次移动及扫描全都完成为止。

5.如权利要求1所述的失效分析无缓冲图像采集的方法，其特征在于，将所有子区域的图像拟合成单张完整的照片。

6.如权利要求5所述的失效分析无缓冲图像采集的方法，其特征在于，将所述单张完整照片的连接处边缘部分对亮度、对比度、锐度进行平滑处理。

7.如权利要求5所述的失效分析无缓冲图像采集的方法，其特征在于，将所述单张完整照片相对于所述目标拍摄区域多扫描的部分剪裁删除。

8.一种失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述系统包括扫描电镜机台、控制模块、交互模块、计算模块和图形处理模块；所述扫描电镜机台包括载物台、光学显微镜、电子枪以及探测器；所述载物台用于固定待测样品，所述光学显微镜用于放大观测样品的光学影像；所述电子枪用于发射电子束，所述探测器用来收集电子束轰击待测样品所释放出的物理信号；所述控制模块内置程序算法，可以控制所述载物台在水平方向沿x轴或y轴移动，可以控制所述电子枪发射或关闭电子束，可以控制启动或关闭探测器；所述交互模块包括光学影像输出单元和指令输入单元，所述光学影像输出单元显示所述光学显微镜所观测到的光学影像，通过所述指令输入单元可以选择目标拍摄区域；所述计算模块可以计算目标拍摄区域的面积，并根据单次扫描的子区域面积计算所需拍摄照片的张数以及每次变更拍摄区域时所需移动的距离和次数；所述图形处理模块可以将所述探测器所收集的物理信号转化为照片。

9.如权利要求8所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，通过所述交互模块可以选择目标拍摄区域，及确认所述区域x轴和y轴方向的长度A和B。

10.如权利要求9所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述计算模块进行以下计算：目标拍摄区域x、y轴方向的长度分别为A、B，所述子区域在x、y轴方向的长度为a、b，所述连续但不重叠的长方形子区域数量N＝[A/a]*[B/b],X轴方向需要移动次数Nx＝[A/a]，在每个固定的x轴位置需要向y轴方向移动的次数Ny＝[B/b]，其中y＝[x]为向上取整函数。

11.如权利要求10所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述控制模块控制机台进行以下操作：所述载物台每在x轴方向移动距离a，便在y轴方向完成Ny次距离为b的移动及该子区域的像素扫描，直到载物台在x轴方向移动到第Nx次且该x轴位置上y轴的Ny次移动及扫描全都完成为止。

12.如权利要求11所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述控制模块控制机台进行以下操作：完成每次子区域扫描，在向下一子区域方向移动载物台前，关闭电子枪。

13.如权利要求8所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述控制模块通过网络与所述扫描电镜机台建立通信连接。

14.如权利要求8所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述图形处理模块可以将多张局部的电镜照片合成单张完整照片。

15.如权利要求14所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述图形处理模块可以在所述单张完整照片的连接处边缘部分对亮度、对比度、锐度进行平滑处理。

16.如权利要求14所述的失效分析无缓冲图像采集的系统，其特征在于，所述图形处理模块可以将所述单张完整照片相对于所述目标拍摄区域多扫描的部分剪裁删除。