JP2022096690A - Image processing method, apparatus, and program - Google Patents
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Description
本発明は、材料の欠陥を検出するための画像処理技術に関する。 The present invention relates to an image processing technique for detecting defects in a material.
半導体デバイスの性能や寿命を保証するため、製造時に発生する原子レベルの格子欠陥を精密に制御する技術の確立が強く求められている。また、金属加工の際に導入される原子空孔などの点欠陥や転位などの線欠陥を評価することは、塑性変形から破壊へ至るメカニズム解明に非常に重要である。そのため、製造プロセスや加工プロセスが格子欠陥の密度や分布に及ぼす影響を定量的に評価できれば、デバイスや金属材料の性能向上にとって最適な製造又は加工プロセス技術を確立することができる。 In order to guarantee the performance and life of semiconductor devices, there is a strong demand for the establishment of techniques for precisely controlling atomic-level lattice defects that occur during manufacturing. In addition, it is very important to evaluate the point defects such as atomic vacancies introduced during metal processing and the line defects such as dislocations to elucidate the mechanism from plastic deformation to fracture. Therefore, if the influence of the manufacturing process or processing process on the density and distribution of lattice defects can be quantitatively evaluated, the optimum manufacturing or processing process technology for improving the performance of devices and metal materials can be established.
これまで個別の格子欠陥の検出および評価は、主に透過電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)や原子力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)を用いた高倍率の撮影画像の目視観察によって行っていたため、時間と手間が掛かり、効率のよい原子レベルでの欠陥の検出は極めて困難であった。ウェーハー表面解析システム等のいくつかの商用検査機器が開発されてきたが、これらの機器やソフトウェアは高価である。 Until now, the detection and evaluation of individual lattice defects was mainly performed by visual observation of high-magnification captured images using a transmission electron microscope (TEM) or atomic force microscope (AFM). It took time and effort, and it was extremely difficult to detect defects at the atomic level efficiently. Several commercial inspection devices such as wafer surface analysis systems have been developed, but these devices and software are expensive.
結晶構造やグラフェン、ナノ粒子、ナノホール、ナノロッド、ナノチューブなどの周期構造には回折格子が含まれているため、画像処理による光学的手法は、低コストの欠陥検出に適している。既存の光学的手法には、フーリエ変換(FT:Fourier Transform)、窓付きフーリエ変換(WFT:Windowed Fourier Transform)、走査モアレ法、幾何学的モアレ法、デジタルモアレ法、サンプリングモアレ法(SM:Sampling Moire。例えば特許文献2及び3など)などが存在している。
Since crystalline structures and periodic structures such as graphene, nanoparticles, nanoparticles, nanorods, and nanotubes contain diffraction gratings, optical techniques by image processing are suitable for low-cost defect detection. Existing optical methods include Fourier Transform (FT), Windowed Fourier Transform (WFT), Scanning Moire Method, Geometric Moire Method, Digital Moire Method, and Sampling Moire Method (SM). Moire. For example,
広い視野での原子構造の転位分布を検出するために、フーリエ変換フィルタ処理されたサンプリングモアレ(FTF-SM:Fourier Transform Filtered Sampling Moire)技術(例えば特許文献1)が提案されており、GaNとSi半導体のTEM画像から転位とひずみ分布を可視化することができる。サンプリングモアレ法(例えば非特許文献1)とデジタル位相シフトモアレ法(非特許文献2)は、転位分布と界面の検出に利用されている。 In order to detect the dislocation distribution of the atomic structure in a wide field of view, a Fourier Transform Filtered Sampling Moire (FTF-SM) technology (for example, Patent Document 1) has been proposed, and GaN and Si have been proposed. Dislocations and strain distributions can be visualized from TEM images of semiconductors. The sampling moire method (for example, Non-Patent Document 1) and the digital phase shift moire method (Non-Patent Document 2) are used for detecting dislocation distribution and interface.
これらの既存の光学的手法では、結晶構造と周期構造の異なる方向の格子配列を別々に解析を行なっていた。そのため、転位などの線欠陥は容易に検出できるが、空孔などの点欠陥の検出は困難であった。 In these existing optical methods, the lattice arrangements in different directions of the crystal structure and the periodic structure were analyzed separately. Therefore, although line defects such as dislocations can be easily detected, it is difficult to detect point defects such as vacancies.
従って、本発明の目的は、一側面として、点欠陥を検出可能にする画像処理技術を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an image processing technique capable of detecting a point defect as one aspect.
本発明に係る画像処理方法は、(A)試料の画像から、予め定められた直交軸の各方向について、又は、試料の表面における格子の主方向に応じて当該主方向が直交軸のいずれかに平行になるように画像を回転する場合における直交軸の各方向について、所定のフィルタ処理にて格子の画像を生成するステップと、(B)上記方向毎に、格子の画像からサンプリングモアレ縞を算出し、当該サンプリングモアレ縞に基づき、ピッチを仮想的な指定ピッチとした場合における仮想的な1次元モアレ縞の位相分布を算出するステップと、(C)上記方向毎に位相分布を所定倍した位相分布によるモアレ縞の輝度分布を合成することで得られる2次元増倍モアレ縞を生成するステップとを含む。 The image processing method according to the present invention is either (A) from the image of the sample, for each direction of a predetermined orthogonal axis, or depending on the main direction of the lattice on the surface of the sample, the main direction is the orthogonal axis. A step of generating a grid image by a predetermined filter process for each direction of the orthogonal axis when the image is rotated so as to be parallel to the above, and (B) sampling moire fringes from the grid image in each of the above directions. The step of calculating the phase distribution of the virtual one-dimensional moire fringes when the pitch is set to a virtual designated pitch based on the sampling moire fringes, and (C) the phase distribution is predeterminedly multiplied in each of the above directions. It includes a step of generating a two-dimensional doubling moiré fringe obtained by synthesizing the brightness distribution of the moiré fringe by the phase distribution.
一側面によれば、点欠陥が検出可能になる。 According to one aspect, point defects can be detected.
図1に、本発明の実施の形態に係る欠陥検出システム100を示す。欠陥検出システム100は、撮像装置10と欠陥検出装置20とを有する。撮像装置10は、例えば透過電子顕微鏡(TEM)等であって、試料1の表面に現れる2次元結晶又は周期構造(格子と呼ぶ)を撮影するものである。
FIG. 1 shows a
欠陥検出装置20は、撮像装置10が撮影した画像のデータや処理途中のデータを格納するデータ格納部21と、以下で述べる処理を実行する画像処理部23と、画像処理部23の処理結果を出力装置(例えば表示装置、印刷装置、他のコンピュータなど)に出力する出力部25とを有する。画像処理部23は、前処理部231と、回転処理部232と、バーチャルモアレ生成部233と、2次元増倍モアレ生成部234と、欠陥位置検出部235とを有する。
The
前処理部231は、撮像装置10が撮影した画像から主格子方向毎に主格子画像(例えば図6(a)、図4(c)及び(d))を生成する処理等を実行する。回転処理部232は、必要に応じて、画像を回転したりトリミングしたりする処理を実行する。バーチャルモアレ生成部233は、各主格子画像から、サンプリングモアレ法によりサンプリングモアレ縞(例えば図6(b))を生成し、当該サンプリングモアレ縞の位相分布(例えば図6(c))を算出し、当該サンプリングモアレ縞の位相分布から格子の位相分布を算出し、当該格子の位相分布からバーチャルモアレの位相分布(例えば図4(e)(f))を算出する処理を実行する。バーチャルモアレは、サンプリングモアレ縞に基づき、ピッチを仮想的な指定ピッチにした場合における仮想的な1次元モアレ縞である。なお、バーチャルモアレは、デジタルモアレと言う場合もある。
The preprocessing
2次元増倍モアレ生成部234は、各主格子方向のバーチャルモアレの位相分布から、2次元増倍モアレ縞(例えば図4(g))を生成し、当該2次元増倍モアレ縞の位相分布(例えば図4(h))を算出する。2次元増倍モアレ縞は、主方向毎にバーチャルモアレの位相分布を所定倍した位相分布によるモアレ縞の輝度分布を加算したものである。欠陥位置検出部235は、主方向毎に、格子の位相分布から格子のひずみ分布(例えば図9(a)(b))を算出し、主方向毎の格子のひずみ分布を統合した画像(例えば図9(c))を生成し、当該画像から欠陥位置座標を検出する処理を実行する。
The two-dimensional doubling
本実施の形態では、本来の2次元微小構造を拡大する2次元増倍モアレ縞を導入することで、格子の点欠陥を検出できるようにする。ここで結晶構造の原子配列を規則格子とみなすと、点欠陥を含めた格子欠陥は規則格子の一部に変形を与えることから、原子配列から生成されるモアレ模様も点欠陥に応じて変化することを利用するものである。なお、バーチャルモアレを用いることで線欠陥も検出可能になる。 In the present embodiment, by introducing a two-dimensional photomultiplier fringe that enlarges the original two-dimensional microstructure, it is possible to detect a point defect of the lattice. If the atomic arrangement of the crystal structure is regarded as a regular lattice, the lattice defects including the point defects deform a part of the ordered lattice, so that the moire pattern generated from the atomic arrangement also changes according to the point defects. It is something that makes use of that. By using virtual moiré, line defects can also be detected.
まず、図2を用いて、観察される格子の主方向rと角度θを説明する。格子は、通常2方向または3方向の主格子から構成される。図2(a)に示すようにx軸とy軸とを定義すると、ピッチpnで並ぶ例えば原子列(太線)の法線方向が、主格子nの主方向rnであり、主格子nの角度θnは、主方向rnがx軸から反時計回りになす角度である。図2(b)に模式的に示すように、2方向の主格子で構成される格子は、主方向r1、角度θ1とする主格子1と、主方向r2、角度θ2とする主格子2で決定される。図3(c)に模式的に示すように、3方向の主格子から構成される格子は、主方向r1、角度θ1とする主格子1、主方向r2、角度θ2とする主格子2、主方向r3、角度θ3とする主格子3のうちの任意の2つで決定される。以下、2方向の主格子で構成される格子を一例に説明するが、3方向以上の主格子で構成される格子であっても、任意の2つの主方向について又は2つの主方向の組み合わせ毎に処理すれば良い。
First, the principal direction r and the angle θ of the observed lattice will be described with reference to FIG. The grid is usually composed of a main grid in two or three directions. When the x-axis and the y-axis are defined as shown in FIG. 2A, the normal direction of, for example, an atomic train (thick line) arranged at a pitch pn is the main direction rn of the main lattice n , and the main lattice n The angle θ n of is the angle formed by the main direction rn counterclockwise from the x-axis. As schematically shown in FIG. 2B, the grids composed of the main grids in two directions are the
次に、図3乃至図9を用いて欠陥検出装置20の処理内容について説明する。
Next, the processing contents of the
まず、前処理部231は、撮像装置10が撮影した試料1の画像をデータ格納部21から読み出す(図3:ステップS1)。撮像装置10によって又は前処理部231によって、試料1の画像に対してノイズ低減処理を行っても良い。なお、本例では、図4(a)に示すように、丸で囲まれた点欠陥が2カ所、四角で囲まれた線欠陥が1カ所含まれている格子を撮像装置10で撮影することで、図4(b)に示すような撮影画像(格子画像とも呼ぶ)が得られるものとする。この例では、主格子r1はx軸とほぼ平行であり、主格子r2はy軸とほぼ平行である例を示している。なお、画像の輝度値は256階調である例を示している。
First, the
次に、前処理部231は、撮影画像から、主方向1及び2の角度及びピッチを算出する(ステップS3)。この算出には様々な方法を採用できるが、例えば特許文献2で示されている2次元フーリエ変換及び2次元逆フーリエ変換を用いた方法を用いてもよい。この方法の概要を示すと、2次元フーリエ変換及び2次元逆フーリエ変換を組み合わせて主方向rn(n=1,2)毎に格子の位相φFT_n(x,y)を算出し、角度分布θn(x,y)を以下のように算出する。角度分布θn(x,y)から得られる評価領域にける平均角度は、回転処理部232による画像回転に用いる。
次に、回転処理部232は、主方向1及び2の角度分布θn(x,y)に基づき、必要に応じて画像の回転を行う(ステップS5)。図4(b)に示すような場合には、主格子r1は水平のx軸とほぼ平行であり、主格子r2は垂直のy軸とほぼ平行であるので回転の必要は無い。例えば、x軸またはy軸と10度程度の範囲内に主方向が入る場合には、回転させなくても良い。この場合、一方の主方向はx軸であり、他方の主方向はy軸となる。一方、図5(a)に示すように、主方向r1及びr2がx軸及びy軸から傾いている場合には、図5(b)に示すように、一方をx軸に平行になるように、他方をy軸に平行になるように回転させる。この際、角度分布θn(x,y)から得られる評価領域における平均角度とx軸又はy軸との差で回転角度を決定する。但し、厳密にこの回転角度で回転させなくてもよい。なお、回転させると、回転後の画像を囲む最小矩形のサイズの画像として処理される。回転後の画像を囲む最小矩形のサイズの画像になったので、余白が付加された形になっている。
Next, the
次に、前処理部231は、主方向毎に、撮影画像又は回転後の撮影画像に対して所定のフィルタ処理を行って主格子画像を生成する(ステップS7)。具体的には、x軸に平行又は近接する角度の主方向r1については、[2p1+1,1]サイズの平均化フィルタ又は中央値フィルタ(p1は主方向r1におけるピッチの平均値)を施すことで、主方向r1の主格子画像を生成する。一方、y軸に平行又は近接する角度の主方向r2については、[1,2p2+1]サイズの平均化フィルタ又は中央値フィルタ(p2は主方向r2におけるピッチの平均値)を施すことで主方向r2の主格子画像を生成する。平均化フィルタ及び中央値フィルタはローパスフィルタの一例である。なお、フィルタサイズは一例であって、多少異なっていても良い。
Next, the
図4(b)のような撮影画像に対してステップS7を実行すると、図4(c)に示すような主方向r1の主格子画像と、図4(d)に示すような主方向r2の主格子画像が得られる。なお、撮影画像を回転させた場合には、図5(c)に示すような主方向r1の主格子画像と、図5(d)に示すような主方向r2の主格子画像が得られる。図5(c)及び(d)でも、付加された余白は維持されている。 When step S7 is executed for the captured image as shown in FIG. 4 (b), the main grid image in the main direction r1 as shown in FIG. 4 (c) and the main direction r as shown in FIG. 4 (d). 2 main grid images are obtained. When the captured image is rotated, a main grid image in the main direction r1 as shown in FIG. 5 (c) and a main grid image in the main direction r2 as shown in FIG . 5 (d) are obtained. Be done. Also in FIGS. 5 (c) and 5 (d), the added margin is maintained.
そして、バーチャルモアレ生成部233は、各主格子画像について、サンプリングモアレ法によりサンプリングモアレ縞を生成する(ステップS9)。サンプリングモアレ法は周知であるが、本実施の形態に関係する部分の概要を説明する。
Then, the virtual
例えば図4(c)のような主格子画像の場合、主方向r1はx軸に平行であり、主格子1の輝度I1(x,y)は、以下の式で表される。
サンプリングモアレ法では、主格子画像にT1ピクセルのダウンサンプリングと格子像の輝度補間、そして開始点を1ピクセルずつずらしながら同じT1ピクセルのダウンサンプリングと格子像の輝度補間を実行することで、T1段階の位相シフトされたサンプリングモアレ縞が生成される。図6(a)は、図4(c)と同じであるが、これに対してサンプリングモアレ法により、図6(b)に示すようなサンプリングモアレ縞が生成される。このサンプリングモアレ縞の輝度分布Im1(x,y,k)は以下のように表される。
次に、バーチャルモアレ生成部233は、主方向毎に生成したサンプリングモアレ縞から、その位相分布を算出する(ステップS11)。例えば、離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transformation)のアルゴリズムを用いる位相シフト法により、主方向r1についてのサンプリングモアレ縞の位相分布φm1(x,y)は以下のように算出される。
そして、バーチャルモアレ生成部233は、主方向毎に、サンプリングモアレ縞の位相分布から、主格子の位相分布を算出する(ステップS13)。具体的には、主方向r1についての主格子の位相分布φ1(x,y)を以下のような式に従って算出する。
サンプリングモアレ縞から主格子の位相分布を算出する方法としては、DFTに基づく方法だけではなく、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transformation)、窓付きフーリエ変換法(WFT:Windowed Fourier Transformation)、ウェーブレット変換法等、他の空間的な位相解析方法を採用するようにしても良い。 The method of calculating the phase distribution of the main lattice from the sampling moire fringes is not only the method based on DFT, but also the fast Fourier transform (FFT), the windowed Fourier transform (WFT), and the wavelet transform. Other spatial phase analysis methods such as the method may be adopted.
さらに、バーチャルモアレ生成部233は、主方向毎に、主格子の位相分布から、バーチャルモアレの位相分布を算出する(ステップS15)。主方向r1についてのバーチャルモアレの位相分布φdm1(x,y)は、以下のような式に従って算出される。
上でも述べたように。格子のピッチに最も近い整数をサンプリングピッチとしてサンプリングモアレ縞を生成すると、サンプリングモアレ縞の位相分布の計算精度が高くなるが、サンプリングピッチが格子のピッチよりも小さい場合、モアレの歪んだ傾向と格子の歪んだ傾向が逆になってしまう。そこで、モアレの歪んだ傾向が格子の歪んだ傾向と同じになるように、格子のピッチよりも大きい実数である仮想的なピッチN1を選択し、バーチャルモアレの位相分布を計算する。逆に、サンプリングピッチが格子ピッチと近すぎると、モアレの間隔が広すぎて、モアレの歪んだ特徴を簡単に確認できないため、実数である仮想的なピッチN1を使用してバーチャルモアレの位相を生成し、格子の歪んだ特徴の拡大現象の可視化効果を任意に調整するものである。 As mentioned above. Generating sampling moiré fringes with the integer closest to the grid pitch as the sampling pitch improves the accuracy of calculating the phase distribution of the sampling moiré fringes, but if the sampling pitch is smaller than the grid pitch, the moiré tends to be distorted and the grid. The distorted tendency of is reversed. Therefore, a virtual pitch N 1 , which is a real number larger than the pitch of the lattice, is selected so that the distorted tendency of the moiré is the same as the distorted tendency of the lattice, and the phase distribution of the virtual moiré is calculated. Conversely, if the sampling pitch is too close to the grid pitch, the moiré spacing is too wide to easily identify the distorted characteristics of the moiré, so the phase of the virtual moiré using the real virtual pitch N1. Is generated, and the visualization effect of the expansion phenomenon of the distorted features of the lattice is arbitrarily adjusted.
ここまでの処理は、特許文献1にも記載されている処理である。なお、主方向r2については、(3)式、(4)式、(6)式及び(7)式におけるxをyにすれば良い。また、添え字「1」は「2」にすればよい。バーチャルモアレの位相分布φdm2(x,y)については、以下の式で算出される。
図4の例では、図4(e)に示すように、主方向r1のバーチャルモアレの位相分布が得られる。ここでは、四角で囲まれた部分に線欠陥による歪みが現れている。一方、図4(f)に示すように、主方向r2のバーチャルモアレの位相分布が得られる。なお、バーチャルモアレの位相分布は、(ーπ,+π]である。ここまでの処理では、線欠陥による歪みは把握できるが、点欠陥は検出できない。 In the example of FIG. 4, as shown in FIG. 4 (e), the phase distribution of the virtual moire in the principal direction r1 is obtained. Here, distortion due to line defects appears in the part surrounded by the square. On the other hand, as shown in FIG . 4 (f), the phase distribution of the virtual moire in the principal direction r2 can be obtained. The phase distribution of the virtual moiré is (-π, + π]. In the processing up to this point, the distortion due to the line defect can be grasped, but the point defect cannot be detected.
また、図5の例では、図5(e)に示すように、主方向r1におけるバーチャルモアレの位相分布が得られ、図5(f)に示すように、主方向r2におけるバーチャルモアレの位相分布が得られる。図5(c)及び(d)でも存在した余白は、図5(e)及び(f)でも維持されている。 Further, in the example of FIG. 5, the phase distribution of the virtual moiré in the principal direction r1 is obtained as shown in FIG. 5 (e), and the phase distribution of the virtual moiré in the principal direction r2 is obtained as shown in FIG . 5 (f). A phase distribution is obtained. The margins that were also present in FIGS. 5 (c) and 5 (d) are maintained in FIGS. 5 (e) and 5 (f).
処理は端子Aを介して図7の処理に移行する。ここで、回転処理部232は、ステップS5で回転を行っている場合には、ステップS5の回転と同じ角度の逆回転を行うと共に、余白のトリミングを行う(ステップS17)。図5(e)の例では、逆回転を行うと、図5(g)に示すような画像が得られる。また、図5(f)の例では、逆回転を行うと、図5(h)に示すような画像が得られる。さらに、余白のトリミングを行うことで、図5(g)の画像から、図5(i)のような画像が得られる。さらに、図5(h)の画像から、図5(j)のような画像が得られる。これによって元の画像のサイズと同じサイズの画像が得られるようになる。なお、逆回転及びトリミングの対象となる画像については、バーチャルモアレの位相分布だけではなく、回転後の他の画像を含むようにしても良い。
The process shifts to the process of FIG. 7 via the terminal A. Here, when the
そして、2次元増倍モアレ生成部234は、バーチャルモアレの位相分布から、2次元増倍モアレ縞を生成する(ステップS19)。モアレ縞は元格子の拡大現象とみなすことができるため、2方向に格子を同時に拡大するための2次元モアレ縞、すなわち2次元増倍モアレ縞を生成する。さらに、格子欠陥などによるわずかな変形を強調するために、必要に応じてモアレの仮想的な増倍を併せて実行する。すなわち、2次元増倍モアレ縞の輝度分布Im_2Dは、以下のような式にて算出される。
M1φdm1(x,y)は、主方向r1における1次元の増倍モアレ縞の位相を表しており、M2φdm2(x,y)は、主方向r2における1次元の増倍モアレ縞の位相を表している。cos[M1φdm1(x,y)]は、主方向r1の1次元増倍モアレ縞の輝度分布であり、cos[M2φdm2(x,y)]は、主方向r2の1次元増倍モアレ縞の輝度分布である。よって、(9)式は、2つの主方向の1次元増倍モアレ縞の輝度値の平均を表しており、これが2次元増倍モアレ縞の輝度分布となる。図4の例では、図4(g)に示すような2次元倍増モアレ縞が得られるようになる。このように、2次元倍増モアレ縞を生成することで、丸で囲まれた点欠陥も四角で囲まれた線欠陥も検出することが出来るようになる。なお、(9)式は、各主方向の1次元増倍モアレ縞の輝度分布の合成を表す一例を示しており、平均ではなく和であっても良い。 M 1 φ dm 1 (x, y) represents the phase of the one-dimensional multiplied moire fringes in the principal direction r 1 , and M 2 φ dm2 (x, y) represents the one-dimensional augmentation in the principal direction r 2 . It represents the phase of double moire fringes. cos [M 1 φ dm 1 (x, y)] is the luminance distribution of the one-dimensional multiplied moire fringes in the main direction r 1 , and cos [M 2 φ dm2 (x, y)] is the luminance distribution in the main direction r 2 . It is a luminance distribution of one-dimensional multiplied moire fringes. Therefore, the equation (9) represents the average of the luminance values of the one-dimensional doubling moire fringes in the two main directions, and this is the luminance distribution of the two-dimensional doubling moire fringes. In the example of FIG. 4, two-dimensional doubling moire fringes as shown in FIG. 4 (g) can be obtained. By generating the two-dimensional doubling moire fringes in this way, it becomes possible to detect both the point defects surrounded by circles and the line defects surrounded by squares. It should be noted that the equation (9) shows an example showing the composition of the luminance distribution of the one-dimensional multiplied moire fringes in each main direction, and may be a sum instead of the average.
さらに、2次元倍増モアレ生成部234は、2次元倍増モアレ縞から、その位相分布を算出する(ステップS21)。2次元倍増モアレ縞の位相分布φm_2D(x,y)は、以下のような式にて算出される。
2次元増倍モアレ縞の位相分布は、2次元格子の位相を拡大(増幅)した画像となるため、格子ピッチに対する拡大(増幅)率は可視化のしやすさに応じて調整すればよい。欠陥可視化の拡大率は以下の式で表される。
ここで、p1(x,y)は主方向r1のピッチ分布を表し、p2(x,y)は主方向r2のピッチ分布を表す。dm1は主方向r1の増倍モアレ縞の間隔であり、dm2は主方向r2の増倍モアレ縞の間隔である。そして、Mp1は主方向r1の格子ピッチに対する増倍モアレ縞の拡大率であり、Mp2は主方向r2の格子ピッチに対する増倍モアレ縞の拡大率である。これらの式から、欠陥可視化の拡大率は、M1及びN1、M2及びN2を調整することで、2次元増倍モアレ縞の間隔を任意に調整できることが分かる。 Here, p 1 (x, y) represents the pitch distribution in the principal direction r 1 , and p 2 (x, y) represents the pitch distribution in the principal direction r 2 . d m1 is the interval between the photomultiplier moire fringes in the main direction r1 and d m2 is the interval between the photomultiplier moire fringes in the main direction r2. Then, M p1 is the enlargement ratio of the multiplied moire fringes with respect to the lattice pitch of the principal direction r 1 , and M p2 is the enlargement ratio of the multiplied moire fringes with respect to the lattice pitch of the main direction r 2 . From these equations, it can be seen that the magnification of defect visualization can be arbitrarily adjusted for the spacing of the two-dimensional multiplied moire fringes by adjusting M 1 and N 1 , M 2 and N 2 .
格子構造を拡大する際に、格子本来の特徴を保持するためには、2つの主方向で、格子ピッチに対する増倍モアレ縞の拡大率が同じ又は近似するように設定することが望ましい。すなわち、Mp1=Mp2又はMp1≒Mp2とすることが好ましい。Mp1とMp2を等しく又はほぼ等しくすることができれば、任意のM1、M2、N1、N2を選択することができる。典型的には、主方向r1におけるピッチの平均値p1と主方向r2におけるピッチの平均値p2とすると、増倍前の格子ピッチに対する増倍モアレ縞の拡大率を等倍、すなわち|N1/(N1ーp1)|=|N2/(N2ーp2)|に設定し、同じ増倍率、すなわちM1=M2を選択する。より具体的には、N1はp1の1.05倍乃至1.2倍程度、N2はp2の1.05倍乃至1.2倍程度、M1=M2=3~6が好ましい。例えば、このような関係に基づき、N1及びN2についてピッチの平均値に対する倍数、M1及びM2を予め設定しておき、場合によって調整するようにすれば良い。
In order to retain the original characteristics of the lattice when expanding the lattice structure, it is desirable to set the enlargement ratios of the photomultiplier moiré fringes with respect to the lattice pitch to be the same or similar in the two main directions. That is, it is preferable that M p1 = M p2 or M p1 ≈ M p2 . Any M 1 , M 2 , N 1 , N 2 can be selected as long as
その後、欠陥位置検出部235は、欠陥位置座標検出処理を実行する(ステップS23)。この処理については、図8及び9を用いて説明する。2次元倍増モアレ縞又はその位相分布においてパターンの歪んだ箇所は、元の画像における欠陥の位置と同一である。このことから、欠陥のない模様と比較することで、点欠陥と線欠陥を検出することができるようになる。その自動検出は様々な画像処理方法により行うことが出来る。ここでは、一例として、2つの主格子についてのひずみ分布の乗積等を行って、その結果の二値化画像処理により欠陥の位置座標を検出する方法を説明する。
After that, the defect
まず、欠陥位置検出部235は、主格子1及び2の位相分布から、主格子1及び2の角度分布を算出する(ステップS31)。例えば、主格子1についての角度分布θ1(x,y)は、以下の式にて算出される。
また、欠陥位置検出部235は、主格子1及び2の角度分布から、それぞれのピッチ分布を算出する(ステップS33)。例えば、主格子1についてのピッチ分布p1(x,y)は、以下の式にて算出される。
さらに、欠陥位置検出部235は、ピッチ分布及びピッチ平均値から、主格子1及び2のそれぞれについてひずみ分布を算出する(ステップS35)。ピッチ平均値p1_Avgは、評価領域のピッチ分布から算出する。主格子1のひずみ分布については、以下の式にて算出される。
そして、欠陥位置検出部235は、主格子1及び2についてのひずみ分布を統合して検出用の画像を生成する(ステップS37)。点欠陥となる箇所には2つの主格子のひずみが同時に大きく又は小さくなるという特徴があるため、2つの主格子のひずみ分布を同時に利用して欠陥箇所を検出する。ひずみ分布を統合する方法には様々なものを採用可能であるが、例えば、2つの主格子のひずみ分布の乗積を実行する。乗積の場合には、以下の式にて算出する。
そして、欠陥位置検出部235は、生成した画像を二値化して、欠陥位置座標を検出する(ステップS39)。二値化のための閾値については、実験結果などに基づき予め設定しておく。また、閾値については必要に応じて調整を行うこともある。例えば、閾値より大きい輝度値(ひずみが大きい)を有する画素については白、閾値以下の輝度値(ひずみが小さい)を有する画素については黒で表すものとする。そうすると、図9の例では、図9(d)に示すような画像が得られる。3カ所にひずみの大きい箇所が検出される。処理は呼び出し元の処理に戻る。
Then, the defect
図7の処理の説明に戻って、出力部25は、2次元倍増モアレ縞又はその位相分布に、欠陥位置表示を実行する(ステップS25)。例えば、図9(d)に示すような欠陥位置に丸印を2次元倍増モアレ縞にオーバーレイさせる場合には、図9(e)に示すような表示がなされるようになる。線欠陥だけではなく点欠陥の欠陥位置が適切に把握できるようになる。なお、単に2次元倍増モアレ縞又はその位相分布そのものを、出力するようにしても良い。
Returning to the description of the process of FIG. 7, the
なお、ステップS37のひずみ分布の統合については、乗積だけではなく、以下に示すような乗積の絶対値((17)式)、和((18)式)、和の絶対値((19)式)を用いても良い。
さらに、2次元増倍モアレ縞又はその位相分布の歪んだ箇所を、他の画像処理方法や画像認識のアルゴリズムを利用して検出するようにしても良い。 Further, the two-dimensional multiplied moire fringe or the distorted portion of the phase distribution thereof may be detected by using another image processing method or an image recognition algorithm.
このような構成を採用することで、モアレによる広視野で、点欠陥と線欠陥の両方の検出が可能となる。なお、正方形、長方形、三角形、または六角形などの周期構造分布を含む任意のスケールでの結晶又は周期構造物の解析が可能である。また、シングルショットの試料の画像から解析が行えるため、動的試験中に撮影された画像に容易に適用可能である。さらに、モアレの位相解析を行っているため、カメラのランダムノイズに強く、測定精度が高い。 By adopting such a configuration, it is possible to detect both point defects and line defects in a wide field of view by moire. It is possible to analyze crystals or periodic structures on any scale including periodic structure distributions such as squares, rectangles, triangles, or hexagons. Moreover, since the analysis can be performed from the image of the single-shot sample, it can be easily applied to the image taken during the dynamic test. Furthermore, since the moiré phase analysis is performed, it is resistant to random noise of the camera and has high measurement accuracy.
本実施の形態は、半導体デバイス、自動車、航空宇宙、生医学、材料科学などの分野で様々なスケールでの材料や構造物の周期構造の欠陥検出に用いられる。分析できる対象は半導体、金属、複合材料、生体材料などを含む。
産業分野での典型的な応用は、主に下記を含む。
(1)金属と半導体などの材料の結晶構造内の空孔、置換原子、格子間原子などの点欠陥や、転位とスリップなどの線欠陥や、異相原子クラスターの検出により、材料損傷メカニズムの解明と不良発生率を低減させるプロセスの改善に利用できる。
(2)グラフェン、ナノ粒子、ナノホール、ナノロッド、ナノチューブ、マイクロシーブ、ナノインプリントモールドなどの周期的構造物内の不均一性、欠陥、ずれ、界面の検知、ならびにひずみ分布の測定による製造プロセスの改善に利用できる。
(3)外力下での周期構造を有する構造物(表面に模様を貼付または表面に人工的に模様が存在する)の変位、ずれ量、ひずみ測定に利用できる。
This embodiment is used for defect detection of periodic structures of materials and structures on various scales in fields such as semiconductor devices, automobiles, aerospace, biomedicine, and materials science. Objects that can be analyzed include semiconductors, metals, composite materials, biomaterials, and the like.
Typical applications in the industrial field mainly include:
(1) Elucidation of the material damage mechanism by detecting point defects such as vacancies, substituted atoms, and interstitial atoms in the crystal structure of materials such as metals and semiconductors, line defects such as dislocations and slips, and heterophase atomic clusters. It can be used to improve the process of reducing the defect rate.
(2) For improving the manufacturing process by detecting non-uniformity, defects, deviations, interfaces, and measuring strain distribution in periodic structures such as graphene, nanoparticles, nanoparticles, nanorods, nanotubes, microsheaves, and nanoimprint molds. Available.
(3) It can be used for displacement, displacement, and strain measurement of a structure having a periodic structure under an external force (a pattern is attached to the surface or an artificial pattern is present on the surface).
[実施例1]点欠陥検出のシミュレーション検証
モアレ解析による点欠陥検出に関するシミュレーションを実施し、検証を行った結果を図10に示す。まず、主方向r1をx方向、r2をy方向とする交差格子を、532×428画素で生成した。2つの主格子のピッチは約10.4画素である。2次元格子配列に空孔、置換原子、格子間原子の3種類の点欠陥を導入した(図10(a))。TEM画像を模擬するため、σ=50%のガウシアンノイズ(ノイズ振幅が格子振幅の50%)を重畳させた図10(b)を解析対象の画像とした。
[Example 1] Simulation verification of point defect detection FIG. 10 shows the results of simulation and verification of point defect detection by moire analysis. First, an intersecting grid having the principal direction r 1 as the x direction and r 2 as the y direction was generated with 532 × 428 pixels. The pitch of the two main grids is about 10.4 pixels. Three types of point defects, vacancies, substitution atoms, and interstitial atoms, were introduced into the two-dimensional lattice arrangement (Fig. 10 (a)). In order to simulate a TEM image, FIG. 10 (b) in which Gaussian noise with σ = 50% (noise amplitude is 50% of the lattice amplitude) was superimposed was used as the image to be analyzed.
解析画像からローパスフィルタによるx方向とy方向の主格子を分離し、サンプリングピッチT1=T2=10画素を用いて、x方向とy方向での1次元サンプリングモアレ位相を(5)式でそれぞれ計算した。主格子のピッチより大きい仮想的なピッチN1及びN2を用いて、x方向とy方向での1次元バーチャルモアレの位相分布を(7)式及び(8)式でそれぞれ計算した。例として、仮想的なピッチN2=12画素の場合におけるy方向の1次元バーチャルモアレ位相を図10(c)に示す。このような1次元バーチャルの位相分布からは、点欠陥の検出とそれらの識別は困難である。 The main lattice in the x-direction and the y-direction is separated from the analysis image by a low-pass filter, and the one-dimensional sampling moire phase in the x-direction and the y-direction is calculated by the equation (5) using the sampling pitch T 1 = T 2 = 10 pixels. Each was calculated. Using virtual pitches N 1 and N 2 larger than the pitch of the main grid, the phase distributions of the one-dimensional virtual moiré in the x and y directions were calculated by Eqs. (7) and (8), respectively. As an example, FIG. 10 (c) shows a one-dimensional virtual moire phase in the y direction when the virtual pitch N 2 = 12 pixels. From such a one-dimensional virtual phase distribution, it is difficult to detect and identify point defects.
一方、仮想的なピッチN1=N2=12画素で、1次元バーチャルモアレ縞の密度に対する増倍率M1=M2=6とした場合、(10)式及び(11)式で得られる2次元増倍モアレ縞の位相分布は、図10(d)に示すようになる。丸で囲まれた点欠陥を明確に検出することができ、さらにそれらの種類を目視で識別できることを確認した。 On the other hand, when the virtual pitch N 1 = N 2 = 12 pixels and the multiplication factor for the density of the one-dimensional virtual moire fringes is M 1 = M 2 = 6, the 2 obtained by the equations (10) and (11) can be obtained. The phase distribution of the dimensionally multiplied moire fringes is as shown in FIG. 10 (d). It was confirmed that the point defects surrounded by circles could be clearly detected, and that their types could be visually identified.
[実施例2]2次元増倍モアレ縞の拡大率調整に関するシミュレーション
2次元格子ピッチに対する2次元増倍モアレ縞の間隔の拡大率を、主方向r1及びr2において、仮想的なピッチ(N1及びN2)及び1次元モアレ縞の密度に対する増倍率(M1及びM2)に応じて、任意に調整できる。図10(b)の格子を対象として、図11に、異なる拡大率での2次元増倍モアレ縞の位相分布を示している。図11では、仮想的なピッチN1=N2を、11,11.5,12画素に、増倍率M1=M2を1,3,5にそれぞれ変えた場合における2次元増倍モアレ縞の位相分布を示している。この例では、M1=M2=5、N1=N2=11.5または12画素の設定が、他の組み合わせよりも点欠陥を見つけやすい。このように適切なN1、N2、M1、M2の組み合わせによって、点欠陥の検出を容易にできる
[Example 2] Simulation of adjusting the enlargement ratio of the two-dimensional doubling moire fringes The enlargement ratio of the interval of the two-dimensional doubling moire fringes with respect to the two -dimensional lattice pitch is set to a virtual pitch (N) in the main directions r1 and r2. 1 and N 2 ) and can be arbitrarily adjusted according to the multiplication factor (M 1 and M 2 ) with respect to the density of the one-dimensional moire fringes. For the grid of FIG. 10B, FIG. 11 shows the phase distribution of two-dimensional photomultiplier moire fringes at different magnifications. In FIG. 11, the two-dimensional magnification moire fringes when the virtual pitch N 1 = N 2 is changed to 11, 11.5, 12 pixels and the magnification M 1 = M 2 is changed to 1, 3, 5 respectively. The phase distribution of is shown. In this example, a setting of M 1 = M 2 = 5, N 1 = N 2 = 11.5 or 12 pixels is more likely to find point defects than other combinations. With such an appropriate combination of N 1 , N 2 , M 1 , and M 2 , point defects can be easily detected.
図11では、M1=M2、N1=N2の例を示したが、図12に、MxとMy、NxとNyが異なる値の場合における2次元増倍モアレ縞の位相分布を示す。 In FIG. 11, an example of M 1 = M 2 and N 1 = N 2 is shown, but in FIG. 12, two-dimensional photomultiplier moire fringes are shown when M x and My and N x and N y are different values . Shows the phase distribution.
図12(a)は点欠陥とノイズを導入した周期構造の画像を示しており、x方向のピッチは10.4画素、y方向のピッチはx方向のピッチの1.05倍である。主方向r1とx方向の間にはわずかな角度があり、解析時の画像の回転がないため、本例の拡大率のパラメータを、MxとMy、NxとNyと呼ぶものとする。 FIG. 12A shows an image of a periodic structure in which point defects and noise are introduced. The pitch in the x direction is 10.4 pixels, and the pitch in the y direction is 1.05 times the pitch in the x direction. Since there is a slight angle between the principal directions r 1 and the x direction and there is no rotation of the image during analysis, the enlargement ratio parameters of this example are called M x and My, N x and N y . And.
図12(a)のように、x方向のピッチとy方向のピッチが異なる格子の場合、図12(b)のように、MxとMy、NxとNyを同じ値で増倍した位相分布では縦横の比が大きく変わり、点欠陥の場所が分かりにくくなる。そこで、図12(c)に示すとおり、y方向の仮想的なピッチがx方向の仮想的なピッチの1.05倍ではない場合(すなわち、Nx=Ny=12画素)には、異なる1次元モアレ縞の密度に対する増倍率(Mx=3,My=6)を選ぶことで、両方向に格子ピッチに対する増倍モアレ縞の拡大率は同じ倍率にすることができる。 In the case of a grid in which the pitch in the x direction and the pitch in the y direction are different as shown in FIG. 12 (a), M x and My, and N x and N y are multiplied by the same value as shown in FIG . 12 (b). In the phase distribution, the aspect ratio changes greatly, making it difficult to find the location of point defects. Therefore, as shown in FIG. 12 (c), it is different when the virtual pitch in the y direction is not 1.05 times the virtual pitch in the x direction (that is, N x = N y = 12 pixels). By selecting the multiplication factor (M x = 3, My = 6) for the density of the one-dimensional moiré fringes, the magnification ratio of the doubling moiré fringes with respect to the lattice pitch can be the same magnification in both directions.
また、図12(d)に示すとおり、 y方向の仮想的なピッチがx方向の仮想的なピッチの1.05倍の場合(すなわち、Nx=12画素、Ny=12.6画素)、1次元モアレ縞の密度に対する増倍率を、Mx=Myとすれば、x方向とy方向に格子ピッチに対する増倍モアレ縞の拡大率が概ね同じになる。これらの調整方法により、対象物のx方向とy方向のピッチが異なる場合でも対応できるようになる。 Further, as shown in FIG. 12 (d), when the virtual pitch in the y direction is 1.05 times the virtual pitch in the x direction (that is, N x = 12 pixels, N y = 12.6 pixels). If the multiplication factor with respect to the density of the one-dimensional moire fringes is M x = My, the enlargement ratios of the augmented moiré fringes with respect to the lattice pitch in the x direction and the y direction are substantially the same. With these adjustment methods, even if the pitch of the object in the x direction and the pitch in the y direction are different, it becomes possible to cope with it.
[実施例3]Si単結晶試料のTEM写真から原子空孔検出と検証
電子ビーム照射によって欠陥が導入されたSi単結晶構造のTEM写真(図13(a))から、2次元原子構造を拡大する2次元増倍モアレ縞を生成し、2次元増倍モアレ縞の位相分布を算出した(図13(b))。2次元増倍モアレ縞の位相パターン中の特異点から、Si結晶格子の点欠陥を検出できた。検出された点欠陥位置のTEM画像の拡大図を観察したところ、原子空孔の存在が確認され、本実施の形態における2次元増倍モアレ法の有効性が確認された。
[Example 3] Detection and verification of atomic vacancy from TEM photograph of Si single crystal sample The two-dimensional atomic structure is enlarged from the TEM photograph (FIG. 13 (a)) of the Si single crystal structure in which defects are introduced by electron beam irradiation. Two-dimensional doubling moire fringes were generated, and the phase distribution of the two-dimensional doubling moire fringes was calculated (FIG. 13 (b)). From the singular points in the phase pattern of the two-dimensional multiplied moire fringes, the point defects of the Si crystal lattice could be detected. When the enlarged view of the TEM image of the detected point defect position was observed, the existence of atomic vacancies was confirmed, and the effectiveness of the two-dimensional photomultiplier moire method in the present embodiment was confirmed.
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、処理フローは一例であって、処理結果が変わらない限り、ステップの順番入れ替えや複数ステップの並列実行を行うようにしてもよい。また、図1の機能構成例も一例であって、プログラムモジュール構成とは一致しない場合もある。また、欠陥検出装置20は、1台のコンピュータで実装される場合もあれば、複数台のコンピュータで実装される場合もある。また、撮像装置10と欠陥検出装置20は一体化される場合もあれば、遠隔地に設けられる場合もある。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. For example, the processing flow is an example, and as long as the processing result does not change, the order of the steps may be changed or a plurality of steps may be executed in parallel. Further, the functional configuration example of FIG. 1 is also an example, and may not match the program module configuration. Further, the
なお、上で述べた欠陥検出装置20は、コンピュータ装置であって、図14に示すように、メモリ2501とCPU(Central Processing Unit)2503とハードディスク・ドライブ(HDD:Hard Disk Drive)2505と表示装置2509に接続される表示制御部2507とリムーバブル・ディスク2511用のドライブ装置2513と入力装置2515とネットワークに接続するための通信制御部2517とがバス2519で接続されている。なお、HDDはソリッドステート・ドライブ(SSD:Solid State Drive)などの記憶装置でもよい。オペレーティング・システム(OS:Operating System)及び本発明の実施の形態における処理を実施するためのアプリケーション・プログラムは、HDD2505に格納されており、CPU2503により実行される際にはHDD2505からメモリ2501に読み出される。CPU2503は、アプリケーション・プログラムの処理内容に応じて表示制御部2507、通信制御部2517、ドライブ装置2513を制御して、所定の動作を行わせる。また、処理途中のデータについては、主としてメモリ2501に格納されるが、HDD2505に格納されるようにしてもよい。本技術の実施例では、上で述べた処理を実施するためのアプリケーション・プログラムはコンピュータ読み取り可能なリムーバブル・ディスク2511に格納されて頒布され、ドライブ装置2513からHDD2505にインストールされる。インターネットなどのネットワーク及び通信制御部2517を経由して、HDD2505にインストールされる場合もある。このようなコンピュータ装置は、上で述べたCPU2503、メモリ2501などのハードウエアとOS及びアプリケーション・プログラムなどのプログラムとが有機的に協働することにより、上で述べたような各種機能を実現する。
The
なお、上で述べたような処理を実行することで用いられるデータは、処理途中のものであるか、処理結果であるかを問わず、メモリ2501又はHDD2505等の記憶装置に格納される。
The data used by executing the processing as described above is stored in a storage device such as a
以上述べた実施の形態をまとめると以下のようになる。 The embodiments described above can be summarized as follows.
本実施の形態に係る画像処理方法は、(A)試料の画像から、予め定められた直交軸の各方向について、又は、試料の表面における格子の主方向に応じて当該主方向が直交軸のいずれかに平行になるように画像を回転する場合における直交軸の各方向について、所定のフィルタ処理にて格子の画像を生成するステップと、(B)上記方向毎に、格子の画像からサンプリングモアレ縞を算出し、当該サンプリングモアレ縞に基づき、ピッチを仮想的な指定ピッチとした場合における仮想的な1次元モアレ縞の位相分布を算出するステップと、(C)上記方向毎に位相分布を所定倍した位相分布によるモアレ縞の輝度分布を合成することで得られる2次元増倍モアレ縞を生成するステップとを含む。 In the image processing method according to the present embodiment, (A) from the image of the sample, the main direction is the orthogonal axis in each direction of the predetermined orthogonal axis or according to the main direction of the lattice on the surface of the sample. A step of generating a grid image by a predetermined filter process for each direction of the orthogonal axis when the image is rotated so as to be parallel to any of them, and (B) sampling moire from the grid image in each of the above directions. A step of calculating the fringes and calculating the phase distribution of the virtual one-dimensional moiré fringes when the pitch is a virtual specified pitch based on the sampling moire fringes, and (C) a predetermined phase distribution for each of the above directions. It includes a step of generating a two-dimensional doubling moire fringe obtained by synthesizing the brightness distribution of the moire fringes due to the doubled phase distribution.
このような画像処理を実行することで、点欠陥の検出が出来るようになる。また、線欠陥も検出できる。なお、方向については、完全に一致する場合のみならず、完全に一致せずとも近似している場合をも含むものとする。 By executing such image processing, it becomes possible to detect point defects. In addition, line defects can be detected. It should be noted that the directions include not only the case where they completely match but also the case where they are approximate even if they do not completely match.
上記画像処理方法は、(D)2次元増倍モアレ縞から、当該2次元倍増モアレ縞の位相分布を算出するステップをさらに含むようにしても良い。このような位相分布であっても、点欠陥を検出することが出来る。また、線欠陥も検出できる。 The image processing method may further include (D) a step of calculating the phase distribution of the two-dimensional doubled moire fringes from the two-dimensional doubled moire fringes. Even with such a phase distribution, point defects can be detected. In addition, line defects can be detected.
上記画像処理方法は、(E)上記方向毎にサンプリングモアレ縞に基づき算出される当該方向の格子の位相分布から、上記方向毎に格子のひずみ分布を算出するステップと、(F)上記方向毎の格子のひずみ分布を統合した画像から、欠陥位置座標を検出するステップとをさらに含むようにしても良い。これによって、点欠陥や線欠陥の位置を自動的に検出できるようになる。 The image processing method includes (E) a step of calculating the strain distribution of the grid in each of the directions from the phase distribution of the grid in the direction calculated based on the sampling moire fringes in each of the directions, and (F) each of the directions. It may further include a step of detecting defect position coordinates from an image in which the strain distribution of the grid is integrated. This makes it possible to automatically detect the positions of point defects and line defects.
上記画像処理方法は、(G)検出された欠陥位置座標を表す表示を、2次元増倍モアレ縞の画像上に行うステップをさらに含むようにしても良い。2次元増倍モアレ縞において欠陥位置を認識しやすくなる。 The image processing method may further include (G) a step of displaying the detected defect position coordinates on the image of the two-dimensional multiplied moire fringes. It becomes easier to recognize the defect position in the two-dimensional photomultiplier moire fringe.
なお、上記画像処理方法は、上記方向毎に前記サンプリングモアレ縞に基づき算出される当該方向の格子の位相分布から、上記方向毎に前記格子のひずみ分布を算出するステップと、上記方向毎の格子のひずみ分布を統合した画像から、欠陥位置座標を検出するステップと、検出された欠陥位置座標を表す表示を、2次元増倍モアレ縞の位相分布を表す画像上に行うステップとをさらに含むようにしても良い。2次元増倍モアレ縞の位相分布において欠陥位置を認識しやすくなる。 The image processing method includes a step of calculating the strain distribution of the grid in each direction from the phase distribution of the grid in the direction calculated based on the sampling moire fringes in each direction, and a grid in each direction. The step of detecting the defect position coordinates from the image in which the strain distribution of the above is integrated and the step of displaying the detected defect position coordinates on the image showing the phase distribution of the two-dimensional doubling moire fringes are further included. Is also good. It becomes easier to recognize the defect position in the phase distribution of the two-dimensional photomultiplier moire fringes.
上記ひずみ分布を算出するステップが、(e1)上記方向毎にサンプリングモアレ縞に基づき算出される当該格子方向の格子の位相分布から、上記方向毎に当該格子の角度分布を算出するステップと、(e2)上記方向毎に、格子の角度分布から格子のピッチ分布を算出するステップと、(e3)上記方向毎に、格子のピッチ分布から格子のひずみ分布を算出するステップとを含むようにしても良い。比較的容易にひずみ分布を得ることが出来るが、他の方法でひずみ分布を得るようにしても良い。 The steps for calculating the strain distribution are (e1) the step of calculating the angular distribution of the grid in each direction from the phase distribution of the grid in the grid direction calculated based on the sampling moire fringes in each direction, and (e1). e2) For each of the above directions, a step of calculating the grid pitch distribution from the grid angle distribution and (e3) for each of the above directions may include a step of calculating the grid strain distribution from the grid pitch distribution. The strain distribution can be obtained relatively easily, but the strain distribution may be obtained by another method.
上記欠陥位置座標を検出するステップが、(f1)上記方向毎の前記格子のひずみ分布を、所定の方法にて統合して画像を生成するステップと、(f2)生成された画像において、所定の閾値と所定の関係を有する輝度値の画素の位置座標を特定するステップとを含むようにしても良い。所定の方法には、例えば乗積、乗積の絶対値、和、和の絶対値などにより実現される。所定の関係は、輝度値が高いほどひずみが大きい場合には、所定の閾値より大きいという関係である。 The steps for detecting the defect position coordinates are (f1) a step of integrating the strain distributions of the lattice in each direction by a predetermined method to generate an image, and (f2) a predetermined step in the generated image. It may include a step of specifying the position coordinates of the pixel of the luminance value having a predetermined relationship with the threshold value. The predetermined method is realized by, for example, a product, an absolute value of the product, a sum, an absolute value of the sum, and the like. The predetermined relationship is that the higher the luminance value is, the larger the strain is, the larger the distortion is.
以上述べた画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを作成することができて、そのプログラムは、様々な記憶媒体に記憶される。 A program for causing a computer to execute the image processing method described above can be created, and the program is stored in various storage media.
また、上で述べたような画像処理方法を実行する装置は、1台のコンピュータで実現される場合もあれば、複数台のコンピュータで実現される場合もあり、それらを合わせて画像処理システム又は単にシステムと呼ぶものとする。 Further, the device that executes the image processing method as described above may be realized by one computer or by a plurality of computers, and may be realized by a combination of them in an image processing system or an image processing system. It shall be simply called a system.
100 欠陥検出システム
10 撮像装置
20 欠陥検出装置
21 データ格納部
23 画像処理部
25 出力部
231 前処理部
232 回転処理部
233 バーチャルモアレ生成部
235 2次元増倍モアレ生成部
235 欠陥位置検出部
100
Claims (9)
前記方向毎に、前記格子の画像からサンプリングモアレ縞を算出し、当該サンプリングモアレ縞に基づき、ピッチを仮想的な指定ピッチとした場合における仮想的な1次元モアレ縞の位相分布を算出するステップと、
前記方向毎に前記位相分布を所定倍した位相分布によるモアレ縞の輝度分布を合成することで得られる2次元増倍モアレ縞を生成するステップと、
を含み、コンピュータが実行する画像処理方法。 From the image of the sample, rotate the image so that the principal direction is parallel to any of the orthogonal axes in each direction of the predetermined orthogonal axis or according to the principal direction of the lattice on the surface of the sample. In this case, a step of generating a grid image by a predetermined filter process for each direction of the orthogonal axis, and
A step of calculating sampling moire fringes from the image of the grid for each of the directions and calculating the phase distribution of virtual one-dimensional moire fringes when the pitch is set to a virtual designated pitch based on the sampling moire fringes. ,
A step of generating a two-dimensional photomultiplier moire fringe obtained by synthesizing the luminance distribution of the moire fringe by the phase distribution obtained by multiplying the phase distribution by a predetermined direction in each direction.
Image processing methods performed by the computer, including.
をさらに含む請求項1記載の画像処理方法。 The image processing method according to claim 1, further comprising a step of calculating the phase distribution of the two-dimensional doubled moire fringes from the two-dimensional doubled moire fringes.
前記方向毎の前記格子のひずみ分布を統合した画像から、欠陥位置座標を検出するステップと、
をさらに含む請求項1記載の画像処理方法。 A step of calculating the strain distribution of the grid for each direction from the phase distribution of the grid in the direction calculated based on the sampling moire fringes for each direction.
A step of detecting defect position coordinates from an image in which the strain distribution of the grid in each direction is integrated, and
The image processing method according to claim 1, further comprising.
をさらに含む請求項3記載の画像処理方法。 The image processing method according to claim 3, further comprising a step of displaying the detected defect position coordinates on the image of the two-dimensional doubled moire fringes.
前記方向毎の前記格子のひずみ分布を統合した画像から、欠陥位置座標を検出するステップと、
検出された前記欠陥位置座標を表す表示を、前記2次元増倍モアレ縞の位相分布を表す画像上に行うステップと、
をさらに含む請求項2記載の画像処理方法。 A step of calculating the strain distribution of the grid for each direction from the phase distribution of the grid in the direction calculated based on the sampling moire fringes for each direction.
A step of detecting defect position coordinates from an image in which the strain distribution of the grid in each direction is integrated, and
A step of displaying the detected defect position coordinates on an image showing the phase distribution of the two-dimensional photomultiplier fringes, and
The image processing method according to claim 2, further comprising.
前記方向毎に前記サンプリングモアレ縞に基づき算出される当該格子方向の格子の位相分布から、前記方向毎に当該格子の角度分布を算出するステップと、
前記方向毎に、前記格子の角度分布から前記格子のピッチ分布を算出するステップと、
前記方向毎に、前記格子のピッチ分布から前記格子のひずみ分布を算出するステップと、
を含む請求項3又は5記載の画像処理方法。 The step of calculating the strain distribution is
A step of calculating the angular distribution of the grid for each direction from the phase distribution of the grid in the grid direction calculated based on the sampling moire fringes for each direction.
A step of calculating the pitch distribution of the grid from the angle distribution of the grid for each of the directions,
A step of calculating the strain distribution of the grid from the pitch distribution of the grid in each of the directions,
The image processing method according to claim 3 or 5.
前記方向毎の前記格子のひずみ分布を、所定の方法にて統合して画像を生成するステップと、
生成された前記画像において、所定の閾値と所定の関係を有する輝度値の画素の位置座標を特定するステップと、
を含む請求項3又は5記載の画像処理方法。 The step of detecting the defect position coordinates is
A step of integrating the strain distributions of the grid in each direction by a predetermined method to generate an image, and
In the generated image, a step of specifying the position coordinates of a pixel having a luminance value having a predetermined relationship with a predetermined threshold value and a step of specifying the position coordinates.
The image processing method according to claim 3 or 5.
前記方向毎に、前記格子の画像からサンプリングモアレ縞を算出し、当該サンプリングモアレ縞に基づき、ピッチを仮想的な指定ピッチとした場合における仮想的な1次元モアレ縞の位相分布を算出する手段と、
前記方向毎に前記位相分布を所定倍した位相分布によるモアレ縞の輝度分布を合成することで得られる2次元増倍モアレ縞を生成する手段と、
を有する画像処理システム。 From the image of the sample, rotate the image so that the principal direction is parallel to any of the orthogonal axes in each direction of the predetermined orthogonal axis or according to the principal direction of the lattice on the surface of the sample. In this case, a means for generating a grid image by a predetermined filter process in each direction of the orthogonal axis, and
As a means for calculating sampling moire fringes from the image of the grid for each of the directions and calculating the phase distribution of virtual one-dimensional moire fringes when the pitch is a virtual designated pitch based on the sampling moire fringes. ,
A means for generating a two-dimensional photomultiplier moire fringe obtained by synthesizing a luminance distribution of a moire fringe with a phase distribution obtained by multiplying the phase distribution by a predetermined direction in each direction.
Image processing system with.
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