DE19951146A1 - Verfahren zum Reduzieren des Rauschens in einem durch Abbildung erhaltenen Signal - Google Patents

Abstract

Das Rauschen in digitalisierten Bilddaten wird durch Erzeugen einer Matrix (55) von Pixeln (56), wovon für jedes eine Graustufe bestimmt worden ist, reduziert. Für jede Spalte der Matrix (55) wird eine Verteilung der Graustufen abgeleitet, ferner wird auf der Grundlage der Verteilung ein Bereich annehmbarer Graustufen festgelegt. Für Pixel (56) mit einer Graustufe außerhalb des Bereichs wird die Graustufe geändert, um den Einfluß des Rauschens in den Abbildungsdaten zu verringern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren des Rauschens in einem durch Abbildung erhaltenen Signal nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Abbildungssysteme werden in den Gebieten der Mikroelektronik, der Me­ dizin, der Biologie, der Gentechnik, der Kartierung und selbst in der Astronomie verwendet. Die Abbildungsvorrichtung kann ein geeigneter Typ eines Mikroskops oder im Fall der Astronomie ein Teleskop sein. Die Forderung nach der Bildge­ nauigkeit ist hoch, weshalb der Einfluß des Rauschens in einem aus einem abge­ bildeten Objekt abgeleiteten Signal minimiert werden muß.

Aus Gründen der Bequemlichkeit und der Effizienz wird die Erfindung in der Mikroelektronik-Umgebung beschrieben, obwohl auch eine andere Umgebung hätte gewählt werden können. Während der Herstellung von Größtintegrations- Halbleitervorrichtungen (VLSI) werden Messungen auf verschiedenen Stufen des Herstellungsprozesses vorgenommen, um festzustellen, ob besondere Merkmale bezüglich des Objekts innerhalb spezifizierter Entwurfstoleranzen liegen. Wenn nicht, wird sofort eine geeignete Korrekturmaßnahme ergriffen.

Wie wohlbekannt ist, wird in einem solchen Herstellungsprozeß ein Wafer erzeugt, der seinerseits in einzelnen Chips unterteilt wird. Jeder Chip besitzt eine große Anzahl elektronischer Komponenten. Diese Komponenten sind allgemein durch sogenannte "Merkmale" in dem Sinn definiert, daß ein Merkmal mittels eines Mikroskops als ein vor einem Hintergrund unterscheidbares Vordergrundelement oder umgekehrt mit einer Abmessung wie etwa einer Breite erfaßt werden kann. Um diese Breite zu messen, müssen die Kanten des Merkmals genau lokalisiert werden. "Kante" ist ein Ausdruck, der verwendet wird, um erfaßbare Diskontinuitäten in einem Signal anzugeben, das durch Abbildung des Merkmals (in irgendeiner Umgebung, nicht nur in der Mikroelektronik) erhalten wird. Das Ziel der Kantenerfassung besteht darin, die Übergänge trotz des Einflusses der Un­ schärfe und des Vorhandenseins von Rauschen genau zu lokalisieren.

Da die Technologie die Komponentendichte pro Chip erfolgreich erhöhen konnte, sind die Merkmalsabmessungen deutlich unter einen Mikrometer ge­ schrumpft. Folglich muß die Meßanlage Submikrometer-Abmessungen mit niedri­ geren zulässigen Fehlertoleranzen messen.

Es sind automatisierte Systeme entwickelt worden, die diese Messungen ausführen und manuelle Systeme ersetzen, um einen höheren Prozeßausstoß zu erhalten, um die Kontamination, der die Wafer ausgesetzt sind, zu reduzieren und um einen höheren Durchsatz zu schaffen. Ein Beispiel eines automatisierten Sy­ stems ist in US 4 938 600 offenbart. Wie in Fig. 7, die jenem Patent entspricht, gezeigt ist, wird über ein Mikroskop ein Bild eines Merkmais aufgezeichnet, wor­ aufhin das aufgezeichnete Bild elektronisch verarbeitet wird, um die geforderten Messungen zu erhalten. Ein solches automatisiertes System ist das Modell IVS-120 eines meteorologischen Systems, das von Schlumberger Verification Systems of Concord, Massachussetts, einer Abteilung von Schlumberger ATE Products, hergestellt wird. Die Hauptelemente des Systems einschließlich einer Wafer-Handhabungseinrichtung, eines optischen Systems und eines Computer­ systems sind in einem Gehäuse (nicht gezeigt) angebracht.

Die Wafer-Handhabungseinrichtung enthält eine Waferkassetten-Halte­ rung 12, die zu vermessende Wafer enthält, eine Vorausrichteinrichtung 14, einen (nicht gezeigten) Wafertransport-Aufnahmemechanismus zum Bewegen der Wa­ fer sowie eine Meßbühne 18, die die Wafer während der tatsächlichen Meßopera­ tion hält. Während der Operation entnimmt der Wafertransport-Aufnahmemecha­ nismus einen Wafer 16 aus der Kassette 12 und setzt ihn auf die Vorausrichtein­ richtung 14. Dann dreht die Vorausrichteinrichtung 14 den Wafer 16 durch Erfas­ sen einer Markierung, eines ebenen Flecks oder einer eingekerbten Flanke auf dem Wafer 16 in eine vorgegebene Orientierung, wonach der Wafertransport- Aufnahmemechanismus den Wafer 16 von der Vorausrichteinrichtung 14 zur Meßbühne 18 transportiert und den Wafer 16 in einer horizontalen Orientierung positioniert. Die Bühne 18 ist in drei Dimensionen beweglich, um den Wafer 16 in bezug auf das optische System präzise zu positionieren, damit die eigentliche Messung ausgeführt werden kann.

Das optische System umfaßt ein Mikroskop 20 und eine Videokamera 22, die über der Meßbühne 18 und über dem Wafer 16 positioniert sind. Das Mikro­ skop 20 besitzt typischerweise einen Revolverkopf, der mehrere Objektivlinsen trägt, die einen gewünschten Vergrößerungsbereich schaffen, und ist so ange­ bracht, daß das Mikroskop 20 und die Kamera 22 eine vertikale optische Achse besitzen, die zur Waferoberfläche senkrecht ist.

Ein auf dem Wafer 16 zu messendes Merkmal wird im Mikroskop 20 in wohlbekannter Weise lokalisiert, indem die Bühne 18 bewegt wird, bis sich das Merkmal im Gesichtsfeld der Objektivlinse befindet. Das optische System wird fokussiert, ferner wird ein fokussiertes Bild des Merkmals digitalisiert und von der Kamera 22 aufgezeichnet. Anschließend wird das Bild gespeichert oder "eingefroren".

Das System wird durch einen Computer 30 gesteuert. Mit dem Computer 30 sind ein Monitor 32 für die Anzeige des von der Kamera 22 aufgezeichneten Bildes und von Text sowie eine Tastatur 36 (die ein Eingabeterminal für die Ein­ gabe von Operator-Befehlen bildet) und ein Plattenlaufwerk 38 zum Speichern von Systemsoftware und von Daten verbunden.

Ein Bildprozessor 28 verwendet Software-Algorithmen, um die Kanten des ausgewählten Merkmals zu lokalisieren und um eine Messung auszuführen. Dann zeigt der Computer 30 die Meßdaten auf dem Bildschirm 32 an, erstellt einen Ausdruck oder überträgt die Daten direkt an einen (nicht gezeigten) Host-Com­ puter für die zentrale Datenanalyse. Sobald der Prozeß abgeschlossen ist, wird der Wafer 16 von der Wafer-Handhabungseinrichtung wieder zur Kassette 12 zurückgeführt.

Das eben beschriebene System führt seine Aufgabe der Kantenerfassung sehr gut aus. Der Bildprozessor 28 bestimmt, wo bei den Graustufen des digitali­ sierten Bildes eine Diskontinuität auftritt. Eine solche Diskontinuität kann aus ir­ gendeinem von vielen wohlbekannten Gründen, aus denen eine Kante eines Merkmals erzeugt wird, auftreten. Beispielsweise kann eine Kante auftreten, wenn zwei Materialien zusammenstoßen, die unterschiedliche Graustufen besitzen, oder aufgrund der Topologie der abgebildeten Oberfläche. Wie jedoch wohlbekannt ist, unterliegt das digitalisierte Bild einem störenden Rauschen von verschiedenen Quellen. Beispielsweise können durch Rauschen bedingte Änderungen der Graustufen durch Oberflächenunvollkommenheiten auf dem Chip wie etwa Flecken oder Risse verursacht werden. Dieses Rauschen im abgebildeten Signal kann einen erheblichen verzerrenden Einfluß auf die Genauigkeit haben, mit der die Kante erfaßt wird, insbesondere bei der ständig zunehmenden Präzision, die solche automatisierten Meßsysteme schaffen müssen. (Selbstverständlich gibt es in anderen Umgebungen als der Mikroelektronik analoge Ursachen für das Rauschen.)

Es sind bestimmte Lösungswege bekannt, die darauf zielen, das durch diese Unvollkommenheiten erzeugte Rauschen zu beseitigen und dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis (S/R-Verhältnis) zu verbessern. Beispielsweise werden für die Rauschreduzierung gewöhnlich Glättungsfilter verwendet. Wie jedoch in Digital Image Processing von Gonzales und Woods, Addison-Wesley Publishing Co., 1993, auf Seite 191 erläutert wird, macht ein Glättungsfilter die Kanten un­ scharf, da es auf der Mittelung der Umgebung beruht, die sämtliche Pixel in einem Bereich mit gewählter Größe um ein interessierendes Pixel mittelt. Eine solche Verzerrung der Kante kann in einem Meßsystem, das die Kante präzise lokalisie­ ren muß, nicht toleriert werden. Für eine solche Anwendung fordern die Autoren einen alternativen Lösungsweg, der Medianwert-Filter verwendet. Dieser Lö­ sungsweg ersetzt die Graustufe jedes Pixel durch den Medianwert der Graustufen in einer Umgebung dieses Pixel anstatt durch den Mittelwert. Dieses Verfahren ist besonders wirksam, um die Kantenschärfe beizubehalten, wenn das Rauschmu­ ster starke, zackenähnliche Komponenten enthält. Selbst die Medianfilterung ist jedoch für den obenbeschriebenen Typ von Präzisionsmessungen nicht zufrie­ denstellend, weil die Kante dann, wenn die Filterparameter für die Ausführung der Filterung festgelegt werden, modifiziert wird; wenn hingegen die Parameter so festgelegt werden, daß die Kante beibehalten wird, wird die Filterungswirkung verringert oder sogar beseitigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das es ermöglicht, das Rauschen in einem durch Abbil­ dung erhaltenen Signal wirksam zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 gelöst.

Digitalisierte Bilddaten werden entsprechend einem Bereich des Objekts mit Werten eines Abbildungsparameters für eine Matrix aus m × n Pixeln ge­ schaffen. Für jede von n Spalten in der Matrix wird eine Verteilung der Anzahl der Pixel in Abhängigkeit vom Abbildungsparameterpegel abgeleitet. Auf der Grund­ lage der Verteilung wird ein Bereich annehmbarer Werte der Abbildungsparame­ ter-Pegel festgelegt. Für sämtliche Werte von Abbildungsparameter-Pegeln au­ ßerhalb des Bereichs werden die Eigenschaften der diesen Werten zugeordneten Pixel geändert. Hierdurch wird nicht nur das Rauschen reduziert, auch das S/R- Verhältnis des von der Abbildungsvorrichtung in dem Abbildungssystem erhalte­ nen Ausgangssignals wird verbessert, außerdem werden eine verbesserte Ge­ nauigkeit für ein hochpräzises Meßsystem, das eine Abbildungsvorrichtung ver­ wendet, und eine verbesserte Genauigkeit der Kantenerfassung mit einem Abbil­ dungssystem trotz des Vorhandenseins von Rauschen in dem Abbildungssignal ermöglicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Objekts mit einem rechtwinklig geformten Merkmal in der Mikroelektronik-Umgebung, wovon eine Ab­ messung gemessen werden soll.

Fig. 2 ist eine Tabelle von Pixel-Graupegeln, die aus der Abbildung des Merk­ mals von Fig. 1 erzeugt werden.

Fig. 3 ist ein Histogramm der Pixel-Graupegel für eine Spalte der Tabelle von Fig. 2.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines mehrseitigen Merkmals, das verschieden von dem in Fig. 1 gezeigten Merkmal geformt ist.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines kreisförmigen Merkmals.

Fig. 6 ist ein Ablaufplan zur Erläuterung der Schritte, die gemäß der Erfindung ausgeführt werden, um eine Kante zu erfassen.

Fig. 7 ist der bereits erwähnte Blockschaltplan eines automatisierten Meßsy­ stems für die Schaffung optischer Messungen einer Halbleitervorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Merkmal 50 auf einer Oberfläche 52, die einen Teil einer zu messenden Probe oder eines zu messenden Objekts bildet. Die Kamera 22 verwendet ein 16-Bit-Graustufensignal, um das Bild vom Mikroskop zu digitalisie­ ren, wodurch eine vergleichbare Anzahl möglicher Graustufen geschaffen wird. Für die Erläuterung wird angenommen, daß das Merkmal 50 und die Oberfläche 52 Graupegel von 100 (verhältnismäßig dunkel) bzw. 200 (verhältnismäßig hell) besitzen. Falls die Breite des Merkmals 50 gemessen werden soll, kann sie als Abstand zwischen den Kanten 53 und 53a bestimmt werden. Um die Kante 53, d. h. die Diskontinuität von 200 nach 100, zu lokalisieren, wird von der Bedie­ nungsperson ein interessierender Bereich 54, der die Kante einschließt, festgelegt. Die Größe des interessierenden Bereichs 54 wird ausgedrückt von der Be­ dienungsperson auf der Grundlage bestimmter Kriterien durch Pixel festgelegt. Beispielswiese umfassen diese Kriterien die Größe des Merkmals, die Schaffung eines ausreichenden weiteren Bereichs, der sicherstellt, daß das Merkmal einge­ fangen wird, und die Gewinnung ausreichender Daten, um die erforderliche Ver­ arbeitung vollständig und richtig auszuführen. Es ist möglich, daß auf der Ge­ samtlänge der Kante 53 aus verschiedenen, später erläuterten Gründen mehrere interessierende Bereiche 54 beabstandet sind.

Die Kante 53 ist für die Bedienungsperson auf dem Bildmonitor 32 (siehe Fig. 7) sichtbar, indem sie einen Lösungsweg des Standes der Technik, wie er etwa in dem IVS-120 verfügbar ist, anwendet. Daher unterliegt die Position der Kante 53 an diesem Punkt der Ungenauigkeit eines solchen Lösungswegs auf­ grund von Rauschen, wie oben diskutiert worden ist, sie besitzt jedoch eine aus­ reichende Genauigkeit, um die Bedienungsperson in die Lage zu versetzen, den interessierenden Bereich 54 so festzulegen, daß das vorliegende Verfahren an­ gewendet werden kann, wie im folgenden erläutert wird.

Das Merkmal 50 und seine Umgebung auf der Oberfläche 52 werden durch die Abbildungsvorrichtung wie etwa durch das Mikroskop 20 in Fig. 7 und in Übereinstimmung mit dem Schritt 110 in Fig. 6 abgebildet. Das resultierende Aus­ gangssignal wird etwa durch die Kamera 22 in Fig. 7 und in Übereinstimmung mit dem Schritt 112 in Fig. 6 digitalisiert. Im Schritt 114 erstellt die Bedienungsperson den interessierenden Bereich wie oben erläutert, wobei die digitalisierten Daten hierfür im Schritt 116 erhalten werden.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung des interessierenden Bereichs 54 als eine Matrix 55 aus Zeilen und Spalten mit m × n Pixeln 56. Darüber hinaus ist die Ma­ trix 55 auch mit den digitalisierten Bilddaten des Graustufenwerts für jedes Pixel, die im Schritt 116 erhalten werden, gezeigt.

Fig. 1 zeigt einen dunklen Fleck 58 und einen Riß 60 auf der Oberfläche 52, von denen jeweils angenommen wird, daß sie eine dunklere Grauskalenstufe von 150 erzeugen. Der Fleck 58 ist in Fig. 2 durch das Pixel dargestellt, das sich in der Spalte 3, Zeile 3, befindet. Der Riß 60 ist in Fig. 2 durch die Pixel in der Spalte 1, Zeile 7; Spalte 2, Zeile 8, und Spalte 3, Zeile 9 dargestellt. Außerdem stimmt der dunkle Fleck 61 mit der Kante 53 überein. Die Kante 53 ist in Fig. 2 durch die Spalte 52 dargestellt, während der Fleck 61 durch den Graustufenwert von 75 in der Zeile 5 dieser Spalte dargestellt ist. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Breite des Risses 60 und der Durchmesser der Flecke wahrscheinlich viele Pixel und nicht nur einen abdecken. Darüber hinaus können die Graustufen der umgebenden Pixel selbst dann, wenn der Fleck 58 beispielsweise so klein ist, daß seine Größe nur einem einzigen Pixel entspricht, und wenn das Pixel voll­ kommen darauf ausgerichtet ist, dennoch durch den Fleck beeinflußt werden, so daß sie eine Graustufe unterhalb von 200 besitzen, falls die Auflösung der Mikro­ skopoptik einen Unschärfekreis, der größer als die Pixelgröße ist, ergibt. Es sollte klar sein, daß die Matrix 55 aus Pixeln 56 in Fig. 2 zur Erläuterung dargestellt worden ist, um die Erläuterung der Erfindung zu vereinfachen, und daß die Matrix 55 nicht notwendig solche Graustufen genau darstellt.

Der Prozeß der Erfindung geht nun weiter zur Verarbeitung der digitali­ sierten Bilddaten der Matrix 55, um das durch Flecke, Risse und andere Artefak­ ten in der Oberfläche 52 erzeugte Rauschen zu reduzieren. Diese Verarbeitung kann beispielsweise durch eine Verbesserung des Bildprozessors 28 implemen­ tiert oder durch einen Computer 30 ausgeführt werden. Die Verarbeitung bestimmt den Mittelwert X und die Standardabweichung σ für jede Spalte der Matrix 55. Es können viele verschiedene, wohlbekannte Berechnungsverfahren verwendet wer­ den. Ein Lösungsweg wird nun in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Fig. 3 ist ein Graph eines Histogramms, das aus den Werten in einer Spalte von Fig. 2 abge­ leitet wird. Falls ein Bereich von 256 Graustufen für die Verwendung gewählt wird, liegen die Graustufen 0-255 auf der x-Achse, während die Anzahl der Pixel für jede Graustufe auf der y-Achse aufgetragen ist. Wie später im einzelnen erläutert wird, wird ein solcher Graph für jede Spalte der Pixelmatrix 55 abgeleitet. Fig. 3 ist aus der Spalte 1 von Fig. 2 abgeleitet worden. Vorzugsweise geht die Verarbei­ tung nacheinander von einer Spalte zur nächsten und beginnt auf einer Seite der Matrix, um in einer Richtung zur interessierenden Kante und dann weiter zur an­ deren Seite der Matrix fortzuschreiten. Somit beginnt die Analyse im Fall der Kante 53 wie in Fig. 1 gezeigt bei der am weitesten links befindlichen Spalte (d. h. der Spalte 1) der Matrix 55 und geht weiter bis zur Spalte n.

Wie aus Fig. 3 deutlich hervorgeht, besitzt der Graph eine primäre Spitze bei der Graustufe 200 und eine sekundäre Spitze bei der Graustufe 150. Die se­ kundäre Spitze bildet ein Rauschen, das durch die Risse und Flecke verursacht wird und die Graustufen, die den Oberflächen 50 und 52 entsprechen, verzerrt, und beeinflußt das abgeleitete Bild und die Genauigkeit, mit der die Position der Kante 53 erfaßt werden kann. Gemäß der Erfindung werden der Mittelwert X und die Standardabweichung σ in einer wohlbekannten Weise berechnet, wobei ange­ nommen wird, daß Einzelheiten hiervon nicht angegeben werden müssen. Ein Bereich annehmbarer Daten mit einer Grenze BL auf beiden Seiten des Mittel­ werts X wird dann in Übereinstimmung mit dem Schritt 122 gewählt. Eine allge­ meine Gleichung, die angibt, wie BL abgeleitet wird, lautet: BL = X ± aσ, wobei "a" eine Konstante ist, die durch die Bedienungsperson gewählt wird, wenn die Vorrichtung kalibriert wird. Die Wahl von "a" erfolgt im Schritt 118 auf der Grund­ lage verschiedener Faktoren, die gemäß der Beurteilung und der Erfahrung der Bedienungsperson die Genauigkeit des Ergebnisses beeinflussen. Falls bei­ spielsweise die Kante sehr charakteristisch ist und das Rauschen gering ist, kann das gewählte "a" anders sein als in dem Fall, in dem die Kante nicht sehr charak­ teristisch ist und das Rauschen stark ist. Ebenso kann unter bestimmten Umstän­ den das "a" für jene Pixel, die auf einer Seite des Mittelwertes X liegen, von demjenigen für jene Pixel, die auf der anderen Seite des Mittelwertes X liegen, verschieden sein. Außerdem kann ein BL auf nur einer Seite des Mittelwertes X verwendet werden. Manche Versuch- und Irrtum-Vorgehensweise kann auf der Wahrnehmung dieser Wahlmöglichkeiten durch die Bedienungsperson beruhen. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel setzt die Bedienungsperson das "a" in der Weise, daß BL auf die Wurzel des Histogramms fällt, alternativ kann die Wurzel automatisch durch wohlbekannte Berechnungsverfahren lokalisiert werden. Falls beispielsweise der Mittelwert X für die Spalte 1 den Wert 190 hat, die Standard­ abweichung σ den Wert 10 hat und die Wurzel bei 170 liegt, wird "a" im Schritt 118 auf 2 gesetzt. Der Bereich wird im Schritt 122 so definiert, daß er zwischen einer unteren Grenze BL von 170 und einer oberen Grenze von 210 liegt. Selbst­ verständlich dienen diese Werte lediglich der Erläuterung, wobei die Form der primären und sekundären Spitzen zusammen mit den Werten für X und σ sowie für die Position der Grenzwerte relativ zu diesen Spitzen unterschiedlich sein können.

Eine genaue Beschreibung, wie die Daten in der Matrix 55 verarbeitet werden, wird lediglich mit Bezug auf Graustufen unterhalb der unteren Grenze BL; (d. h. 170) gegeben, die im folgenden einfach als BL bezeichnet wird. Selbstver­ ständlich können jedoch die Graustufen oberhalb der oberen Grenze BL (d. h. 210) in analoger Weise verarbeitet werden.

Gemäß einer Ausführungsform (Schritt 124) wird jede Graustufe in der Spalte 1, die unterhalb von 170 liegt, durch die Graustufe von BL ersetzt (d. h. Werte unterhalb von 170 werden durch 170 ersetzt). Gemäß einer anderen Aus­ führungsform (ebenfalls durch den Schritt 124 dargestellt) werden Graustufen unterhalb von BL durch die Graustufe des Mittelwerts X, d. h. durch 190, ersetzt. Ob der eine oder der andere dieser Lösungswege verwendet wird, hängt von der Einschätzung der Bedienungsperson ab, welcher dieser Lösungswege unter den besonderen vorliegenden Umständen das bessere Ergebnis liefern wird. Welcher Lösungsweg auch immer verwendet wird, es werden in jedem Fall die Spalte 1 der Matrix 55 verarbeitet und die notwendigen Ersetzungen der Graustufen vorge­ nommen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform (Schritt 126, der alternativ durch die Verwendung von Strichlinien gezeigt ist) stellen diese Graustufen unterhalb von BL ungültige Daten dar. Die ungültigen Daten werden aus der weiteren Bild­ verarbeitung durch Entfernen jedes betroffenen Pixels und seiner Graustufe zu­ rückgewiesen. Falls daher eine Spalte m Pixel enthält und zwei dieser m Pixel Graustufen unterhalb von 170 besitzen, betrachtet die weitere Verarbeitung der Spaltendaten nur m - 2 Pixel der Spalte, wobei die Grauskalenstufen dieser beiden Pixel ignoriert werden. Weiterhin wird die Verarbeitung mit diesen Daten wie im folgenden erläutert ausgeführt. Dieser Lösungsweg verringert die sichtbaren Artefakten nicht, er schafft jedoch Daten, aus denen ungültige Informationen ge­ löscht sind und auf denen für bestimmte Zwecke zweckmäßig aufgebaut werden kann. Dieser Lösungsweg ermöglicht eine schnellere Verarbeitung, weil er keine Graustufenersetzung erfordert.

Es können auch die m - 2 (wie im obigen Beispiel) Pixel für die Neube­ rechnung des Mittelwerts X verwendet werden, woraufhin der neu berechnete Wert für die Ersetzung der Graustufe in den beiden zurückgewiesenen Pixels verwendet wird. Diese Pixel können zusammen mit der ersetzten Graustufe dazu verwendet werden, ein Bild zu erzeugen.

Über die Schritte 120, 128 und 130 beginnen die obenerwähnten Schritte mit der Spalte 1 und werden für jede der n Spalten der Pixelmatrix 55 wiederholt. Im Ergebnis ist der Einfluß des Rauschens in den digitalisierten Bilddaten der Matrix 55 reduziert, so daß eine scharfe und klare Diskontinuität in den Zeilen erkennbar sein sollte, die die Position der Kante als Pixelort(e) darstellt, wo die Graustufe aus der Umgebung von 200 auf die Umgebung von 100 abfällt.

Falls die Länge einer Kante in mehrere interessierende Bereiche unterteilt wird, um beispielsweise die Datenmenge auf einer handhabbaren Menge zu hal­ ten, wird die obenbeschriebene Verarbeitung ausgeführt, bis die digitalisierten Daten in sämtlichen derartigen Abschnitten verarbeitet worden sind. Umgekehrt können mehrere interessierende Bereiche gemeinsam verarbeitet werden.

Sobald die Graustufen für die Pixel in der Spalte 1 in Übereinstimmung mit irgendeinem der obenbeschriebenen Lösungswege festgelegt worden sind, wird eine durchschnittliche Graustufe für die gesamte Spalte 1 oder einen Teil derselben aus der Summe der Grauskalenwerte, die durch die Anzahl der Pixel dividiert wird, berechnet. Ob die gesamte Spalte oder ein Teil derselben verwendet wird, hängt von den besonderen Umständen wie etwa der Art des Merkmals und der Datenmenge in der Spalte ab. Diese Mittelung wird für sämtliche Spalten wiederholt, um eine gemittelte Zeile abzuleiten, die eine dem Ort der Kante ent­ sprechende Diskontinuität besitzt. Der Schritt 132 stellt diese Mittelungsoperation sowie andere Kantenerfassungsoperationen dar. Die in dieser Weise erfaßte Kante stellt die Kantenposition für den gesamten interessierenden Bereich oder für einen Abschnitt hiervon, der für die Verarbeitung der Daten verwendet wurde, aus denen die Kante erfaßt wurde, dar. Einzelheiten darüber, wie die Kante in den obenbeschriebenen verarbeiteten digitalisierten Bilddaten lokalisiert wird, werden nicht angegeben, weil sie keinen Teil der Erfindung bilden und weil angenommen wird, daß sie im Wissen des normalen Fachmanns liegen. Kap. 7 des obener­ wähnten Buchs Digital Image Processing besitzt einen Abschnitt über Kantener­ fassung, der hiermit durch Literaturhinweis eingefügt ist. Wie oben erläutert wurde, wird die Wirkung des Rauschens in den digitalisierten Bilddaten, die durch die Abbildungsvorrichtung (die ein Mikroskop, ein Teleskop und dergleichen sein kann) erhalten werden, reduziert.

Fig. 1 zeigt ein rechtwinklig geformtes Merkmal des Objekts, dessen Breite gemessen wird und dessen beide Seiten 53 und 53a parallel sind. Das Verfahren ist jedoch auf jede beliebige mehrseitige geometrische Form anwendbar. Der wesentliche Punkt besteht darin, einen interessierenden Bereich 54 festzulegen, derart, daß seine Spalten von Pixeln 56 zu der unmittelbar interessierenden Kante parallel sind. Beispielsweise zeigt Fig. 4 ein Achteck 65 auf der Oberfläche 52. Der interessierende Bereich 67 wird bei der Kante 69 lokalisiert, indem die Verarbeitung der Pixelspalten von links nach rechts in der gleichen Weise wie oben mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben ausgeführt wird. Ebenso wird ein interessierender Bereich 71 auf der Kante 73 lokalisiert, indem die Verarbeitung der Pixelspalten in Richtung des Pfeils 75 ausgeführt wird. Die Definition von "Spalte" in diesem Sinn ist nicht unbedingt eine vertikale Folge von Pixeln, son­ dern eher eine Menge von Pixeln auf einer geraden Linie, die alle um eine ganz­ zahlige Anzahl von Pixeln von der Kante 73 beabstandet sind. Falls somit ein interessierender Bereich 71 so bemessen ist, daß die Analyse bei der Spalte zehn Pixel entfernt von der Kante 73 beginnt, enthält die zu analysierende "Spalte" 1 sämtliche Pixel in den m Zeilen des interessierenden Bereichs 71, die 10 Pixel von der Kante 73 entfernt sind.

Der Abstand der obenbeschriebenen Spalten beträgt ein Pixel. Es ist jedoch auch möglich, einen Unterpixel- oder einen Mehrfachpixel-Spaltenabstand zu verwenden. Falls somit ein Abstand eines halben Pixel verwendet wird, hat der schmälere Abstand Pixel mit ähnlicheren Graustufen in jeder Spalte zur Folge. Ein Abstand von zwei Pixeln kann ebenfalls verwendet werden, wobei ein solcher weiterer Abstand eine kürzere Verarbeitungszeit zur Folge hat.

Das Verfahren kann nicht nur auf mehrseitige geometrische Formen eines Merkmals angewendet werden, sondern auch auf gekrümmte Kanten. Beispiels­ weise zeigt Fig. 5 einen Kreis 80, der ein kreisförmiges Merkmal darstellt, und Abschnitte konzentrischer Kreise 79, 81 und 82 mit Radien, die um ein Pixel be­ abstandet sind (aus im folgenden erläuterten Gründen).

Die Schritte von Fig. 6 können auf den Kreis 80 angewendet werden. Insbesondere wird ein rechtwinkliger interessierender Bereich 100 definiert, wie oben erläutert worden ist, wird von der Bedienungsperson ein geeignet bemes­ sender interessierender Bereich 100 gewählt. Dann wird eine "Spalte" gewählt deren Breite auf einem im voraus definierten Abstand vom Kreis basiert. Der Ab­ stand könnte z. B. die Größe (z. B. die Breite) eines Pixel sein. Hierzu wird in dieser Erläuterung die Spalte, die sich am nächsten am Kreis 80 befindet, Spalte 1 genannt, die nächste wird Spalte 2 genannt usw. Jedes der Pixel wird ebenso numeriert.

Die Bedienungsperson der Maschine kann Kriterien verwenden, um in Übereinstimmung mit diesen irgendeinem gegebenen Pixel eine besondere Spalte zuzuweisen, alternativ kann dies auch in anderer Weise im voraus festgelegt werden. Beispiele für solche Kriterien sind, ob irgendein Teil des Pixel in eine Spalte fällt, ob der größte Teil des Pixel in eine Spalte fällt, ob mehr als ein Bruchteil in eine Spalte fällt oder ob das gesamte Pixel in eine Spalte fällt. Zur Erläuterung sind die folgenden Tabellen A und B auf der Grundlage der ersten bzw. der zweiten obenerwähnten Kriterien erzeugt worden.

TABELLE A

TABELLE B

Tabelle A gibt mehrere Daten pro Spalte an, jedoch mit einer gewissen Überlappung, da einige Pixel in mehr als einer Spalte verwendet werden. Tabelle B gibt weniger Daten pro Spalte an, jedoch mit geringer oder keiner Überlappung. Ob die eine oder die andere Option gewählt wird, hängt von der Einschätzung der Bedienungsperson ab, womit bessere Ergebnisse erzielt werden können.

Der Abstand vom Kreis 80 für die Definition der Spalten muß nicht auf den Abmessungen eines Pixels beruhen. Der Abstand kann einen Unterpixelpegel oder einen Mehrfachpixelpegel verwenden. Der obenbeschriebene "Spalten"- Lösungsweg, der in Fig. 5 verwendet wird, ist auch auf eine beliebig geformte Kurve anwendbar. Die Grenze jeder Spalte folgt der Form der Kurve in einem spezifizierten Vielfachen des gewählten Abstands von der Kurve. Die Analyse der Pixel und ihrer Graustufen in einem solchen interessierenden Bereich geht in der gleichen Weise wie oben in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 von statten.

Das Merkmal kann mit irgendeiner Abbildungsvorrichtung abgebildet wer­ den, die ein Ausgangssignal angibt, das digitalisiert werden kann, um mehrere Graustufen zu erzeugen, etwa ein einen Teilchenstrahl (z. B. SEM) verwendendes optisches System (z. B. ein Mikroskop), eine Abtastsonde (z. B. SEM, AFM), ein Teleskop, eine Kamera (z. B. Satellit), MRI und dergleichen. Ferner ist es nicht notwendig, für den Bildprozessor 28 und den Computer 30 getrennte Einheiten vorzusehen. Sie können kombiniert sein. Außerdem kann der Prozessor 28 oder irgendeine andere Rechenvorrichtung die Verarbeitung ausführen. Obwohl Ab­ stufungen in dem digitalisierten Bild oben in der Weise beschrieben worden sind, daß sie durch Graustufen dargestellt werden, stellt dies nicht den einzigen ver­ wendbaren Abbildungsparameter dar. Ein Abbildungsparameter, wovon die Graustufe lediglich ein Beispiel darstellt, kann auch ein Z-Dimension-Ausgangs­ signal sein, das in einem weiteren Beispiel von irgendeinem Typ eines Abtastson­ den-Mikroskops erzeugt wird. Der Typ des verwendeten Abbildungsparameters hängt wenigstens zum Teil von der für die Maschine gewählten Abbildungsvor­ richtung ab.

Claims (16)

1. Verfahren zum Reduzieren von Rauschen in einem Signal, das durch Abbilden eines Objekts (53) mit einer Abbildungsvorrichtung (20, 22, 28, 30, 32, 36, 38) erhalten wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
digitalisierte Bilddaten erzeugt werden, die einem Bereich (54) des Objekts (53) entsprechen und Werte eines Abbildungsparameters für eine Matrix (55) aus m × n Pixeln (56) besitzen;
für jede von n Spalten eine Verteilung der Anzahl von Pixeln (56) in Ab­ hängigkeit vom Abbildungsparameter-Pegel abgeleitet wird;
auf der Grundlage der Verteilung ein Bereich annehmbarer Werte von Abbildungsparameter-Pegeln festgelegt wird; und
für sämtliche Werte von Abbildungsparameter-Pegeln außerhalb des Bereichs die Eigenschaften der Pixel, die diesen Werten zugeordnet sind, geän­ dert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ bildungsparameter eine Graustufe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Änderns der Pixeleigenschaften das Ersetzen der Graustufe durch eine bestimmte Graustufe enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Schritt des Ableitens eines Mittelwerts (X) der Graustufen in einer Spalte, wobei die be­ stimmte Graustufe der Mittelwert (X) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Graustufe die Graustufe an einer Grenze (BL) des Bereich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ reichsfestlegungsschritt enthält:
Bestimmen eines Mittelwerts (X);
Bestimmen einer Standardabweichung (σ); und
Festlegen einer Grenze (BL) des Bereichs bei einem Abstand vom Mittel­ Wert (X), der mit der Standardabweichung (σ) in Beziehung steht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt des Änderns der Pixeleigenschaften das Löschen solcher Pixel (56) aus den digitalisierten Bilddaten enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt des Festlegens eines Bereichs annehmbarer Werte das Ab­ leiten eines ersten Mittelwerts von Graustufen auf der Grundlage sämtlicher Pixel (56) in einer Spalte enthält, und daß der Schritt des Änderns der Pixeleigen­ schaften das Ableiten eines zweiten Mittelwerts auf der Grundlage lediglich der Pixel in dem Bereich und das Ersetzen der Graustufe der Pixel (56) außerhalb des Bereichs durch den zweiten Pixelwert enthält.

9. Vorrichtung zum Reduzieren von Rauschen in einem Signal, das durch Abbilden eines Objekts (53) mit einer Abbildungsvorrichtung (20, 22, 28, 30, 32, 36, 38) erhalten wird,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (22, 28, 30) zum Erzeugen digitalisierter Bilddaten, die einem Bereich des Objekts (54) entsprechen und Werte eines Abbildungspara­ meters für eine Matrix (55) aus m × n Pixeln (56) besitzen;
eine Einrichtung (28, 30) zum Ableiten einer Verteilung der Anzahl von Pixel (56) in Abhängigkeit vom Abbildungsparameter-Pegel für jede der n Spalten;
eine Einrichtung (28, 30) zum Festlegen eines Bereichs annehmbarer Werte von Abbildungsparameter-Pegeln auf der Grundlage der Verteilung; und
eine Einrichtung (28, 30) zum Ändern der Eigenschaften der diesen Wer­ ten zugeordneten Pixel für sämtliche Werte von Abbildungsparameter-Pegeln außerhalb des Bereichs.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbildungsparameter eine Graustufe ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (28, 30) zum Ändern der Pixeleigenschaften eine Einrichtung (28, 30) zum Ersetzen der Graustufe durch eine bestimmte Graustufe ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrich­ tung (28, 30) zum Ableiten eines Mittelwerts (X) der Graustufen in einer Spalte, wobei die bestimmte Graustufe der Mittelwert (X) ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Graustufe die Graustufe an einer Grenze (BL) des Bereichs ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsfestlegungseinrichtung enthält:
eine Einrichtung (28, 30) zum Bestimmen eines Mittelwerts (X);
eine Einrichtung (28, 30) zum Bestimmen einer Standardabweichung (σ); und
eine Einrichtung (28, 30) zum Festlegen einer Grenze (BL) des Bereichs anhand des Abstands vom Mittelwert (X), der mit der Standardabweichung (σ) in Beziehung steht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (28, 30) zum Ändern der Pixeleigenschaften eine Einrichtung zum Löschen dieser Pixel (56) aus den digitalisierten Bilddaten ent­ hält.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (28, 30) zum Festlegen eines Bereichs annehmbarer Werte eine Einrichtung (28, 30) zum Ableiten eines ersten Mittelwerts von Graustufen auf der Grundlage sämtlicher Pixel (56) in einer Spalte enthält und daß die Einrichtung (28, 30) zum Ändern der Pixeleigenschaften eine Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Mittelwerts lediglich auf der Grundlage von Pixeln (56) in dem Bereich und zum Ersetzen der Graustufe der Pixel (56) außerhalb des Bereichs durch den zweiten Mittelwert enthält.