JP2022163862A - Image processing method and image processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、画像処理方法及び画像処理装置に関する。 The present disclosure relates to image processing methods and image processing apparatuses.
特許文献1には、ウェハ上のパターンに電子ビームを走査させて画像を得る方法であって、複数フレームにて取得された信号を積算することによって、S/N比の高い画像を形成することが開示されている。
本開示にかかる技術は、撮像対象に対し荷電粒子線を走査して得られる画像等、各種撮像画像におけるノイズを適切に低減する。 A technique according to the present disclosure appropriately reduces noise in various captured images such as an image obtained by scanning an imaging target with a charged particle beam.
本開示の一態様は、(A)元の画像をフーリエ変換して得られた変換データに対し、周波数成分毎に周波数に応じてランダムに決定した補正量で位相を補正する、位相補正を行うことを、複数回繰り返す工程と、(B)複数の、前記位相補正が行われた前記変換データをそれぞれ、逆フーリエ変換し、複数枚の人工画像を生成する工程と、(C)前記複数枚の人工画像を平均化して人工平均画像を生成する工程と、を含む、画像処理方法である。 According to one aspect of the present disclosure, (A) phase correction is performed by correcting the phase of transformed data obtained by Fourier transforming an original image with a correction amount randomly determined according to the frequency for each frequency component. (B) performing an inverse Fourier transform on each of the phase-corrected transformed data to generate a plurality of artificial images; and (C) the plurality of artificial images. averaging the artificial images of to generate an artificial average image.
本開示によれば、撮像対象に対し荷電粒子線を走査して得られる画像等、各種撮像画像におけるノイズを適切に低減することができる。 According to the present disclosure, it is possible to appropriately reduce noise in various captured images such as images obtained by scanning an imaging target with a charged particle beam.
半導体デバイス等の製造過程で基板上に形成される微細パターンの検査、解析等には、基板に対し荷電粒子線(例えば電子線)を走査して得られる画像が用いられる。検査、解析等に用いられる画像にはノイズが少ないことが求められる。
特許文献1では、複数フレームで取得された信号を積算することによって、S/N比の高い画像すなわちノイズの少ない画像を形成している。
2. Description of the Related Art An image obtained by scanning a substrate with a charged particle beam (for example, an electron beam) is used for inspection, analysis, etc. of a fine pattern formed on a substrate during the manufacturing process of a semiconductor device or the like. Images used for inspection, analysis, etc. are required to have little noise.
In
ところで、近年、半導体デバイスの更なる微細化が求められている。それに伴い、パターンの検査、解析等に用いられる画像には、更なるノイズの低減が求められている。
また、基板以外の撮像対象についても、更なるノイズの低減が求められている。
更なるノイズの低減は、荷電粒子線を走査して得られる画像以外の撮像画像にも共通する課題である。
By the way, in recent years, further miniaturization of semiconductor devices is required. Along with this, there is a demand for further noise reduction in images used for pattern inspection, analysis, and the like.
In addition, there is a demand for further reduction of noise for objects to be imaged other than the substrate.
Further reduction of noise is a common problem for captured images other than images obtained by scanning with a charged particle beam.
そこで、本開示にかかる技術は、撮像対象に対し荷電粒子線を走査して得られる画像等、各種撮像画像におけるノイズを適切に低減する。 Therefore, the technology according to the present disclosure appropriately reduces noise in various captured images such as images obtained by scanning an imaging target with a charged particle beam.
<本開示にかかる技術に至った経緯>
撮像対象の観察領域に対し電子線等の荷電粒子線を走査して得られるフレーム画像には、撮像条件や撮像環境に起因する画像ノイズが含まれる。そして、解析等に用いる画像については、画像ノイズを除去する必要がある。
<Circumstances leading to the technology according to the present disclosure>
A frame image obtained by scanning an observation area of an imaging target with a charged particle beam such as an electron beam includes image noise caused by imaging conditions and imaging environment. Image noise must be removed from images used for analysis and the like.
画像ノイズを除去する手法には以下のものがある。すなわち、フレーム画像をフーリエ変換したときの高周波成分を、ローパスフィルタを用いて画像ノイズとして除去し、除去後のデータを逆フーリエ変換して、解析等に用いる画像とする手法である。しかし、高周波成分には、画像ノイズの他に、除去すべきではないシグナルも含まれるため、上述の手法では、適切に画像ノイズを除去することができない。 Techniques for removing image noise include the following. That is, this is a technique in which high-frequency components obtained by Fourier transforming a frame image are removed as image noise using a low-pass filter, and the data after the removal is subjected to inverse Fourier transform to obtain an image used for analysis or the like. However, since the high-frequency component includes not only image noise but also signals that should not be removed, the above method cannot properly remove image noise.
画像の分野ではないが、音声・音楽の分野では、ノイズ成分と逆位相の成分を合成して、ノイズを除去(キャンセル)することが行われている。
画像について、音声・音楽と同様に高周波成分と逆位相の成分を合成しても、前述の通り高周波成分にはシグナルも含まれるため、やはり、適切に画像ノイズを除去することができない。合成する高周波成分の位相を逆位相とはせずに適切に調整すれば、高周波成分のうちの画像ノイズの成分のみを除去することができるかもしれないが、フレーム間で画像ノイズが変動すること等を鑑みると、合成する高周波成分の位相をフレームごとに適切に調整するのは非現実的である。
In the fields of voice and music, although not in the field of images, noise is removed (cancelled) by synthesizing a noise component and an antiphase component.
As for images, even if high-frequency components and anti-phase components are synthesized in the same manner as voice/music, image noise cannot be removed appropriately because the high-frequency components also contain signals as described above. If the phases of the synthesized high-frequency components are not reversed, but are adjusted appropriately, it may be possible to remove only the image noise components of the high-frequency components, but the image noise will fluctuate between frames. In view of the above, it is unrealistic to appropriately adjust the phase of the high frequency component to be synthesized for each frame.
また、フレーム画像における高周波成分には、位相φ1を持つシグナル由来の成分と、位相φ2を持つ画像ノイズ由来の成分があり、シグナル由来の成分の位相φ1はフレーム間で共通であるが、画像ノイズ由来の成分の位相φ2はランダムに変化しフレーム間で異なってくる、と考えられる。
したがって、多数枚(例えば32倍)のフレーム画像を平均化すれば、高周波成分のうち、画像ノイズ由来の成分は互いに打ち消しあうため、位相φ1を持つシグナル由来の成分のみが残ると思われる。しかし、フレーム数を大きくすると、荷電粒子線によって撮像対象にダメージが生じる。
High-frequency components in a frame image include a signal-derived component with phase φ1 and an image-noise-derived component with phase φ2. It is assumed that the phase φ2 of the derived component varies randomly and differs from frame to frame.
Therefore, if a large number of frame images (for example, 32 times) are averaged, among the high-frequency components, image noise-derived components cancel each other out, so that only the signal-derived component with phase φ1 remains. However, when the number of frames is increased, the charged particle beam damages the object to be imaged.
一方で、図1のPSD(Power Spectral Density)解析の結果のように、パターンが形成された基板等が撮像対象の場合、フレーム画像は、フーリエ変換したときに、高周波数の成分の方が低周波数の成分に比べて振幅(強度は振幅の二乗である。)が小さいことが判明している。 On the other hand, as shown in the results of PSD (Power Spectral Density) analysis in FIG. 1, when a substrate on which a pattern is formed is an object to be imaged, the frame image has lower high-frequency components when subjected to Fourier transform. It turns out that the amplitude (intensity is the square of the amplitude) is small compared to the frequency component.
ここで、図2に示すような、振幅の大きい低周波数の波Lと振幅の小さい高周波数の波Hとの合成波Cを考える。振幅の大きい低周波数の波Lの位相をずらす前と後とでは、図2(a)及び図2(b)に示すように合成波Cの形状が大きく変わってしまうが、振幅の小さい高周波数の波Hの位相をずらす前と後とでは、図2(a)及び図2(c)に示すように合成波Cの形状は大きくは変わらない。 Here, consider a composite wave C of a low-frequency wave L having a large amplitude and a high-frequency wave H having a small amplitude, as shown in FIG. As shown in FIGS. 2(a) and 2(b), before and after the phase of the low-frequency wave L with large amplitude is shifted, the shape of the composite wave C changes greatly. As shown in FIGS. 2(a) and 2(c), the shape of the composite wave C does not change significantly before and after the phase of the wave H is shifted.
これらを、フレーム画像をフーリエ変換したデータに当て嵌めて考えると以下の通りとなる。すなわち、図3に示すように振幅rが大きい低周波数の成分の位相φをずらすと、フーリエ変換したデータ全体に与える影響は大きく、位相φをずらした後に逆フーリエ変換して得られた画像は、元のフレーム画像と大きく異なってくると考えられる。それに対し、図4に示すように振幅rが大きい高周波数の成分の位相φをずらしても、フーリエ変換したデータ全体に与える影響は小さく、位相φをずらした後に逆フーリエ変換して得られた画像は、元のフレーム画像とほとんど変わらないと考えられる。 Applying these to the data obtained by Fourier transforming the frame image results in the following. That is, as shown in FIG. 3, when the phase φ of the low-frequency component with a large amplitude r is shifted, the effect on the entire Fourier-transformed data is large. , is considered to be greatly different from the original frame image. On the other hand, even if the phase φ of the high-frequency component with a large amplitude r is shifted as shown in FIG. The image is assumed to be nearly identical to the original frame image.
そして、位相φをランダムにずらした後に逆フーリエ変換して得られた画像を多数用意し、平均化すれば、以下の作用効果が期待される。すなわち、多数枚(例えば32枚)の実際のフレーム画像を平均化する方法と同様、高周波成分のうち、実際のフレーム画像ではフレーム間で位相φ2がランダムに変化する画像ノイズ由来の成分を除去し、実際のフレーム画像ではフレーム間で共通の位相φ1を持つシグナル由来の成分のみを残すことができる。また、この方法で用いられる、位相φをランダムにずらした後に逆フーリエ変換して得られた画像は、撮像対象に対する荷電粒子線の走査回数が少なくても、大量に用意することができる。したがって、荷電粒子線による撮像対象のダメージを抑制することができる。 If a large number of images obtained by performing inverse Fourier transform after randomly shifting the phase φ are prepared and averaged, the following effects can be expected. That is, similar to the method of averaging a large number (for example, 32) of actual frame images, among the high-frequency components, components derived from image noise whose phase φ2 changes randomly between frames in the actual frame images are removed. , only the components derived from signals having a common phase φ1 between frames can be left in an actual frame image. In addition, a large number of images obtained by performing inverse Fourier transform after randomly shifting the phase φ used in this method can be prepared even if the number of times of scanning the imaging target with the charged particle beam is small. Therefore, it is possible to suppress damage to the imaging target due to the charged particle beam.
本実施形態は、以上の検討結果に基づくものである。 The present embodiment is based on the above study results.
以下、本実施形態にかかる画像処理方法及び画像処理装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 An image processing method and an image processing apparatus according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In this specification, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
<処理システム>
図5は、本実施形態にかかる画像処理装置としての制御装置を含む処理システムの構成の概略を示す図である。
図5の処理システム1は、走査電子顕微鏡10と、制御装置20と、を有する。
<Processing system>
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a processing system including a control device as an image processing device according to this embodiment.
The
走査電子顕微鏡10は、電子源11と、偏向器12と、検出器13とを有する。
A
電子源11は、荷電粒子線としての電子線を放出する。
偏向器12は、電子源11からの電子線で、パターンを有する基板としての半導体ウェハ(以下、ウェハという。)Wの撮像領域を、2次元的に走査するためのものである。
検出器13は、電子線の照射によりウェハWから発生した二次電子を増幅検出する。
The
The
The
制御装置20は、記憶部21と、表示部22と、制御部23とを有する。
The
記憶部21は、各種情報を記憶するものであり、RAM(Random Access Memory)等のメモリやHDD(Hard Disk Drive)等のストレージデバイスを有する。記憶部21には、制御部23における画像処理にかかるプログラム等が記憶されている。上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Mに記録されていたものであって、当該記憶媒体Mから制御装置20にインストールされたものであってもよい。また、上記記憶媒体Mは、一時的なものであっても非一時的なものであってもよい。
The
表示部22は、各種情報を表示するものであって、液晶ディスプレイや有機ディスプレイ等の表示デバイスにより構成される。
The
制御部23は、走査電子顕微鏡10を制御すると共に当該制御装置20を制御する。制御部23は、例えばCPU等のプロセッサを有している。
The
<制御部>
図6は、制御部23の画像処理にかかる構成の概略を示すブロック図である。
制御部23は、図6に示すように、CPU等のプロセッサが記憶部21に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現される、フレーム画像生成部201と、取得部202と、フーリエ変換部203と、補正部204と、逆フーリエ変換部205、画像生成部206と、測定部207とを有する。
<Control part>
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a configuration related to image processing of the
As shown in FIG. 6, the
フレーム画像生成部201は、走査電子顕微鏡10の検出器13での検出結果に基づいて、パターンを有するウェハWのフレーム画像を順次生成する。フレーム画像生成部201は、パターンを有するウェハWのフレーム画像を、指定された枚数(例えば4枚)すなわち指定されたフレーム数分、生成する。また、生成されたフレーム画像は記憶部21に順次記憶される。
The frame
取得部202は、記憶部21に記憶された、フレーム画像生成部201により生成されたフレーム画像を取得する。
The
フーリエ変換部203は、元の画像をフーリエ変換し変換データを生成する。本実施形態においては、フーリエ変換部203は、取得部202が取得したフレーム画像をフーリエ変換し変換データを生成する。
A
補正部204は、フーリエ変換部203により生成された変換データに対し、位相補正を行う。ここでの位相補正とは、空間周波数成分毎に空間周波数に応じてランダムに決定した補正量で位相φを補正することをいう。例えば、上記位相補正における位相φの補正量は、空間周波数毎に予め定められた範囲(以下、補正可能範囲という。)からランダムに決定される。また、補正可能範囲は、空間周波数が高い場合の方が低い場合より、その上限値及び下限値の絶対値が大きく設定される。言い換えると、低い空間周波数の補正可能範囲は高い空間周波数の補正可能範囲内に含まれる。具体的には、例えば、最も高い空間周波数にかかる補正可能範囲は-π~+πに設定され、最も低い空間周波数にかかる補正可能範囲は零に設定される。
A correction unit 204 performs phase correction on the transformed data generated by the
逆フーリエ変換部205は、補正部204により位相補正が行われた複数の変換データをそれぞれ逆フーリエ変換し、複数枚の人工画像を生成する。
An inverse
画像生成部206は、逆フーリエ変換部205が生成した複数枚の人工画像を平均化して人工平均画像を生成する。
The
測定部207は、画像生成部206が生成した人工平均画像に基づいて、ウェハWが有するパターンの特徴量を測定する。パターンの特徴量とは、例えばパターンのエッジ座標である。
The measurement unit 207 measures the feature amount of the pattern of the wafer W based on the artificial average image generated by the
<制御部による処理例1>
図7は、制御部23における処理の一例を説明するフローチャートである。図8は、制御部23における処理の流れの一例を示す概念図である。図9は、位相補正の一例を示す概念図である。以下の処理では、事前に、制御部23の制御により走査電子顕微鏡10において、ユーザにより指定されたP(≧1)フレーム分すなわちP枚分、電子線の走査が行われ、フレーム画像生成部201により、上記指定されたP枚のフレーム画像が生成済みであるものとする。また、生成済みのフレーム画像は記憶部21に記憶されているものとする。
<Processing example 1 by control unit>
FIG. 7 is a flowchart for explaining an example of processing in the
制御部23における処理では、まず、取得部202が、図7及び図8に示すように、P枚のフレーム画像Fを、記憶部21から取得する(ステップS1)。なお、P≧2の場合、取得されたフレーム画像Fの間で、画像サイズ及び撮像領域は共通である。また、取得されたフレーム画像のサイズは例えば1000×1000画素(ピクセル)であり、撮像領域の大きさは2000nm~100nm角である。
In the processing in the
次いで、フーリエ変換部203が、取得部202が取得したP枚のフレーム画像Fを2次元フーリエ変換し変換データDを作成する(ステップS2)。
具体的には、取得部202が取得したフレーム画像Fが複数枚の場合、すなわち、P≧2の場合、フーリエ変換部203は、取得部202が取得したP(≧2)枚のフレーム画像Fを平均化して平均画像FAを生成し、その平均画像FAを2次元フーリエ変換し変換データDを作成する。
なお、取得部202が取得したフレーム画像Fが1枚の場合、すなわち、P=1の場合、フーリエ変換部203は、取得部202が取得した1枚のフレーム画像Fを2次元フーリエ変換し変換データDを作成する。
2次元フーリエ変換では、水平方向及び垂直方向それぞれについて、空間周波数毎に、フーリエ係数a、bが算出され、フーリエ係数a、bから、振幅rと位相φが算出される。
Next, the
Specifically, when there are a plurality of frame images F acquired by the
When the number of frame images F acquired by the
In the two-dimensional Fourier transform, Fourier coefficients a and b are calculated for each spatial frequency in each of the horizontal and vertical directions, and the amplitude r and phase φ are calculated from the Fourier coefficients a and b.
続いて、補正部204が、フーリエ変換部203により生成された変換データDに対し、前述の位相補正を行うことを、すなわち、上記変換データDに対し、空間周波数成分毎に空間周波数に応じてランダムに決定した補正量で位相を補正することを、Q(QはPより大きく例えば32)回繰り返す(ステップS3)。
Subsequently, the correction unit 204 performs the above-described phase correction on the transform data D generated by the
補正部204は、具体的には、変換データDの各周波数成分の位相φを、空間周波数毎に予め設定された補正可能範囲からランダムに決定した補正量で補正することを、Q回繰り返す。 Specifically, the correcting unit 204 repeats Q times correcting the phase φ of each frequency component of the transform data D with a correction amount randomly determined from a correctable range preset for each spatial frequency.
より具体的には、補正部204は、図9に示すように、位相補正のため、例えば、位相φのテンプレートT1と乱数のテンプレートT2とを用いる。
位相φのテンプレートT1は、空間周波数領域における座標毎に、前述の補正可能範囲における上限値及び下限値の絶対値が設定され、特に、空間周波数が大きいほど、上記絶対値が大きくなるよう設定されている。位相φのテンプレートT1は、例えば、最も高い空間周波数fmaにかかる上記絶対値がπに設定され、最も低い空間周波数fmiにかかる上記絶対値が零に設定され、fmaとfmiとの間の空間周波数にかかる上記絶対値が、空間周波数の増加に伴って、2段以上の段階的に増加、または、単調増加するように設定される。空間周波数の増加に伴って上記絶対値を増加させているのは、空間周波数が大きいほど、画像ノイズの影響を受けていると考えられ、大きく位相補正をする必要があるからである。
乱数のテンプレートT2は、空間周波数領域における座標毎に、乱数発生器(図示せず)が発生させた乱数が設定されたものであり、例えば、-1から+1までの間で発生された乱数が設定される。
More specifically, as shown in FIG. 9, the correction unit 204 uses, for example, a phase φ template T1 and a random number template T2 for phase correction.
In the template T1 of the phase φ, the absolute values of the upper and lower limits of the correctable range are set for each coordinate in the spatial frequency domain. ing. For the template T1 of the phase φ, for example, the absolute value of the highest spatial frequency fma is set to π, the absolute value of the lowest spatial frequency fmi is set to zero, and the spatial frequency between fma and fmi is set to π. is set so as to increase in two or more steps or to increase monotonically as the spatial frequency increases. The reason why the absolute value is increased with an increase in the spatial frequency is that the higher the spatial frequency, the more likely the image is affected by image noise, and the greater the need for phase correction.
The random number template T2 is set with a random number generated by a random number generator (not shown) for each coordinate in the spatial frequency domain. set.
補正部204は、変換データDの位相補正の際の補正量を、空間周波数成分毎に、位相φのテンプレートT1と乱数のテンプレートT2とに基づいて決定する。例えば、補正部204は、空間周波数成分毎に、対応する周波数にかかる上記絶対値を位相φのテンプレートT1から抽出すると共に、対応する周波数にかかる乱数をテンプレートT2から抽出する。そして、補正部204は、空間周波数成分毎に、抽出した上記絶対値に、抽出した乱数を乗じ、その結果を補正量と決定し、決定した補正量を位相に加える。
つまり、補正部204は、位相φのテンプレートT1に乱数のテンプレートT2を乗算し、位相φの補正量のテンプレートT3を生成し、位相φの補正量のテンプレートT3を変換データDに加算する。
ステップS4において、補正部204は、乱数のテンプレートT2をQ回繰り返し生成し、生成する度に、上述のような処理を変換データDに対し行う。
The correction unit 204 determines a correction amount for phase correction of the transformed data D based on the phase φ template T1 and the random number template T2 for each spatial frequency component. For example, for each spatial frequency component, the correction unit 204 extracts the absolute value associated with the corresponding frequency from the template T1 of the phase φ, and extracts the random number associated with the corresponding frequency from the template T2. Then, the correction unit 204 multiplies the extracted absolute value by the extracted random number for each spatial frequency component, determines the result as a correction amount, and adds the determined correction amount to the phase.
That is, the correction unit 204 multiplies the template T1 of the phase φ by the random number template T2 to generate the template T3 of the correction amount of the phase φ, and adds the template T3 of the correction amount of the phase φ to the conversion data D.
In step S4, the correction unit 204 repeatedly generates the random number template T2 Q times, and performs the above-described processing on the conversion data D each time the template T2 is generated.
次に、逆フーリエ変換部205が、図7及び図8に示すように、補正部204により位相補正が行われたQ個の変換データDをそれぞれ逆フーリエ変換し、Q枚の人工画像Jを生成する(ステップS4)。逆フーリエ変換では、水平方向及び垂直方向それぞれについて、空間周波数毎に、振幅rと補正後の位相φ´に基づいて、フーリエ係数a´、b´が算出され、これらフーリエ係数a´、b´から、人工画像Jが生成される。
このステップS4とステップS3は、続いて行われるステップS5で生成される人工平均画像JAの枚数分、繰り返し行われる。
Next, as shown in FIGS. 7 and 8, the inverse
Steps S4 and S3 are repeated by the number of artificial average images JA generated in the subsequent step S5.
続いて、画像生成部206が、逆フーリエ変換部205が生成したQ枚の人工画像Jを平均化して人工平均画像JAを生成する(ステップS5)。本ステップS5において、画像生成部206は、例えば、ユーザにより指定されたR枚分の人工平均画像JAを生成する。
Subsequently, the
そして、測定部207が、画像生成部206が生成した人工平均画像JAに基づいて、ウェハWが有するパターンの特徴量として、上記パターンのエッジ座標を測定する(ステップS6)。
具体的には、測定部207が、画像生成部206が生成したR枚の人工平均画像JAそれぞれについて、上記パターンのエッジ座標を測定し、当該エッジ座標の統計値として当該エッジ座標の平均値を算出する。
このエッジ座標の測定と同時、または、前後に、人工平均画像JAを表示部22に表示させてもよい。
Then, the measurement unit 207 measures the edge coordinates of the pattern as the feature amount of the pattern of the wafer W based on the artificial average image JA generated by the image generation unit 206 (step S6).
Specifically, the measurement unit 207 measures the edge coordinates of the pattern for each of the R artificial average images JA generated by the
The artificial average image JA may be displayed on the
これにより、制御部23における一連の処理が終了する。
Thereby, a series of processes in the
<平均化の手法>
本実施形態では、Q枚の人工画像Jから人工平均画像JAを生成する際、エッジ座標の平均値を算出する場合に、各種値の平均化を行っている。
この平均化の手法として、外れ値を除去(除外)した上で平均化する手法を採用してもよい。
具体的には、画像生成部206が、ステップS5において、Q枚の人工画像Jから画素値の外れ値を除去した上で、Q枚の人工画像Jを平均化して人工平均画像JAを生成してもよい。
また、測定部207が、ステップS6において、エッジ座標の外れ値を除去した上で、エッジ座標の平均値を算出(取得)してもよい。平均値以外の統計量を算出(取得)する場合も、外れ値を除去(除外)してもよい。
<Method of averaging>
In this embodiment, when the artificial average image JA is generated from Q artificial images J, various values are averaged when calculating the average value of the edge coordinates.
As a method for this averaging, a method of averaging after removing (excluded) outliers may be adopted.
Specifically, in step S5, the
Further, in step S6, the measurement unit 207 may calculate (acquire) the average value of the edge coordinates after removing outliers of the edge coordinates. Outliers may be removed (excluded) when calculating (acquiring) statistics other than the average value.
P(≧2)枚のフレーム画像Fを平均化する場合に、フレーム画像Fの枚数が多い場合も、同様に、フーリエ変換部203が、P枚のフレーム画像Fから画素値の外れ値を除去した上で、P枚のフレーム画像Fを平均化して平均画像FAを生成してもよい。
When P (≧2) frame images F are averaged, even if the number of frame images F is large, the
なお、上記外れ値は、公知の手法を用いて特定される。例えば、上記外れ値は、スミルノフ=グラブズ検定に基づいて特定される。 In addition, the said outlier is identified using a well-known method. For example, the outliers are identified based on the Smirnov-Grubbs test.
また、上記外れ値は、Zスコア等の標準得点を利用して特定してもよい。なお、変数xにかかるZスコアzは、平均値μと標準偏差σを用いた以下の式に基づいて算出される。
z=(x-μ)/σ
Also, the outliers may be specified using a standard score such as a Z score. Note that the Z score z for the variable x is calculated based on the following formula using the average value μ and the standard deviation σ.
z=(x−μ)/σ
さらに、上記外れ値は、周囲の類似点(例えば隣の画素)の値を利用して特定してもよい。 Further, the outliers may be identified using values of surrounding similarities (eg, neighboring pixels).
<本実施形態の効果>
以上のように、本実施形態では、P枚のフレーム画像Fの平均画像FAまたは1枚のフレーム画像Fを2次元フーリエ変換して得られた変換データDに対し、高周波成分の位相φ等をランダムにずらす位相補正を行うことをQ回すなわち多数繰り返し行っている。そして、本実施形態では、Q個すなわち多数の位相補正後の変換データDを逆フーリエ変換し、Q枚すなわち多数の人工画像Jを生成し、これらを平均化し、人工平均画像JAを生成している。したがって、人工平均画像JAは、その高周波成分のうち、実際のフレーム画像ではフレーム間で位相がランダムに変化する画像ノイズ由来の成分もののみが除去され、実際のフレーム画像ではフレーム間で共通の位相を持つシグナル由来の成分が除去されずに残ったものとなる。すなわち、本実施形態によれば、適切に画像ノイズが除去された人工平均画像JAを生成することができる。
<Effects of this embodiment>
As described above, in the present embodiment, the phase φ of the high-frequency component and the like are applied to the average image FA of P frame images F or the transformed data D obtained by two-dimensional Fourier transforming one frame image F. Randomly shifted phase correction is repeated Q times, that is, a large number of times. Then, in the present embodiment, Q, i.e., a large number of transformed data D after phase correction are subjected to an inverse Fourier transform, Q, i.e., a large number of artificial images J are generated, and these are averaged to generate an artificial average image JA. there is Therefore, of the high-frequency components of the artificial average image JA, only components derived from image noise whose phase changes randomly between frames in the actual frame image are removed. The component derived from the signal with is left without being removed. That is, according to this embodiment, it is possible to generate an artificial average image JA from which image noise is appropriately removed.
また、人工平均画像JAを適切に画像ノイズが除去されたものとするには、人工平均画像JAを構成する人工画像Jの枚数を多くする必要があるが、ウェハWに対する電子線の走査回数が少なくても、すなわち、実際のフレーム画像の枚数が少なくても、人工画像Jは多数用意することができる。例えば、実際のフレーム画像の枚数が1枚や4枚と少なくても、人工画像Jは32枚以上等、多数用意することができる。したがって、本実施形態によれば、電子線によるウェハWのダメージを抑制しながら、適切に画像ノイズを除去することができる。 In addition, in order to appropriately remove image noise from the artificial average image JA, it is necessary to increase the number of artificial images J constituting the artificial average image JA. A large number of artificial images J can be prepared even if the number of actual frame images is small. For example, even if the actual number of frame images is as small as 1 or 4, a large number of artificial images J such as 32 or more can be prepared. Therefore, according to this embodiment, it is possible to appropriately remove image noise while suppressing damage to the wafer W due to the electron beam.
(実施例)
図10は、1枚の実際のフレーム画像Fと、1枚の実際のフレーム画像Fから本実施形態にかかる方法により生成した人工平均画像JAとの比較図である。図11は、4枚の実際のフレーム画像Fを平均化した平均画像(以下、単純平均画像)FAと、4枚の実際のフレーム画像Fから本実施形態にかかる方法により生成した人工平均画像JAとの比較図である。なお、フレーム画像Fの撮像対象は、円筒状のパターンが形成されたウェハWであり、撮像領域の大きさは250nm角である。また、各人工平均画像JAは、32枚の人工画像Jを平均化したものである。
(Example)
FIG. 10 is a comparison diagram of one actual frame image F and an artificial average image JA generated from one actual frame image F by the method according to this embodiment. FIG. 11 shows an average image (hereinafter referred to as simple average image) FA obtained by averaging four actual frame images F, and an artificial average image JA generated from the four actual frame images F by the method according to the present embodiment. It is a comparison diagram with. The imaging target of the frame image F is the wafer W on which the cylindrical pattern is formed, and the size of the imaging area is 250 nm square. Each artificial average image JA is obtained by averaging 32 artificial images J. FIG.
図10の人工平均画像JAは、1枚の実際のフレーム画像Fよりも、円筒状のパターンの輪郭が明瞭になっており、すなわち、コントラストが高くなっている。また、図10の人工平均画像JAは、1枚の実際のフレーム画像Fよりも、円筒状のパターンの周囲において、画像ノイズである輝点の輝度がパターン部分の輝度に比べて低くなっており、且つ、画像ノイズである輝点の数が少なくなっている。
同様に、図11の人工平均画像JAは、単純平均画像FAよりも、円筒状のパターンの輪郭が明瞭になっている。また、単純平均画像FAでは、円筒状のパターンの周囲に、画像ノイズである輝点が存在しているが、図11の人工平均画像JAでは、上記輝点は殆ど存在していない。
図10及び図11に示した結果からも、本実施形態によれば適切に画像ノイズが除去された人工平均画像JAを生成することができることが分かる。
The artificial average image JA in FIG. 10 has a clearer contour of the cylindrical pattern than the single actual frame image F, that is, the contrast is higher. Also, in the artificial average image JA of FIG. 10, the brightness of the bright spots, which are image noise, is lower than the brightness of the pattern portion around the cylindrical pattern compared to the one actual frame image F. Also, the number of bright spots, which are image noise, is reduced.
Similarly, in the artificial average image JA of FIG. 11, the outline of the cylindrical pattern is clearer than in the simple average image FA. Also, in the simple average image FA, there are bright spots, which are image noise, around the cylindrical pattern, but in the artificial average image JA of FIG. 11, there are almost no bright spots.
From the results shown in FIGS. 10 and 11, it can be seen that the artificial average image JA from which the image noise is appropriately removed can be generated according to the present embodiment.
<制御部による処理例2>
図12は、制御部23における処理の流れの他の例を示す概念図である。
前述の処理例1では、取得部202が取得したフレーム画像Fが複数枚の場合、すなわち、P≧2の場合、フーリエ変換部203は、取得部202が取得したP(≧2)枚のフレーム画像Fを平均化して平均画像FAを生成し、その平均画像FAを2次元フーリエ変換し変換データDを作成していた。
<Processing example 2 by the control unit>
FIG. 12 is a conceptual diagram showing another example of the flow of processing in the
In the processing example 1 described above, when there are a plurality of frame images F acquired by the
これに代えて、図12に示すように、フーリエ変換部203が、取得部202が取得したP(≧2)枚のフレーム画像Fそれぞれについて、当該フレーム画像Fを2次元フーリエ変換し変換データDを作成してもよい。
この場合、補正部204は、P(≧2)枚すなわち複数枚のフレーム画像Fそれぞれについて、当該フレーム画像Fの変換データDに対し位相補正を行うことを、Q(QはPより大きく例えば32)回すなわち複数回行う。言い換えると、補正部204は、フーリエ変換部203により生成されたP個の変換データDそれぞれについて、当該変換データDに対し、前述の位相補正を行うことを、Q(QはPより大きく例えば32)回繰り返す。
Alternatively, as shown in FIG. 12, the
In this case, the correction unit 204 performs phase correction on the conversion data D of each of P (≥2) frame images F, that is, a plurality of frame images F, by Q (Q is larger than P, for example, 32 ) times, i.e. multiple times. In other words, the correction unit 204 performs the above-described phase correction on each of the P pieces of transformed data D generated by the
また、逆フーリエ変換部205は、P枚のフレーム画像Fそれぞれについて、Q(QはPより大きく例えば32)枚すなわち複数枚の人工画像を生成する。言い換えると、逆フーリエ変換部205は、補正部204により位相補正が行われたP×Q個の変換データDをそれぞれ逆フーリエ変換し、P×Q枚の人工画像Jを生成する。
For each of the P frame images F, the inverse
そして、画像生成部206は、P(≧2)枚すなわち複数枚のフレーム画像Fそれぞれについて生成されたQ(QはPより大きく例えば32)枚すなわち複数枚の人工画像Jをまとめて平均化して人工平均画像JAを生成する。言い換えると、画像生成部206は、逆フーリエ変換部205が生成したP×Q枚の人工画像Jを混合して平均化して人工平均画像JAを生成する。
Then, the
本処理例2のように、複数種類の変換データDに基づいて複数枚の人工画像Jを生成することにより、より多種の人工画像Jを生成することができる。したがって、これら人工画像Jを平均化して人工平均画像JAを生成することにより、前述の処理例1よりさらに適切に画像ノイズを除去することができる。 By generating a plurality of artificial images J based on a plurality of types of conversion data D as in this processing example 2, a greater variety of artificial images J can be generated. Therefore, by averaging these artificial images J to generate an artificial average image JA, image noise can be removed more appropriately than in the processing example 1 described above.
<制御部による処理例3>
図13は、制御部23における処理の流れの他の例を示す概念図である。
本処理例では、図13に示すように、フーリエ変換部203が、前述の処理例2と同様、取得部202が取得したP(≧2)枚のフレーム画像Fそれぞれについて、当該フレーム画像Fを2次元フーリエ変換し変換データDを作成する。
<Processing example 3 by control unit>
FIG. 13 is a conceptual diagram showing another example of the flow of processing in the
In this processing example, as shown in FIG. 13, the
ただし、補正部204が、前述の処理例2と異なり、P(≧2)枚すなわち複数枚のフレーム画像Fそれぞれを2次元フーリエ変換して得られたP(≧2)個の変換データDを解析し、解析結果に基づいて、位相補正における補正量を調整する。そして、補正部204は、例えば、P(≧2)枚のフレーム画像Fのうちの1枚の画像をフーリエ変換して得られた1つの変換データDに対し、補正量が調整された位相補正を行うことを、Q(QはPより大きく例えば32)回(すなわち複数回)繰り返す。 However, unlike the processing example 2 described above, the correction unit 204 converts P (≧2) pieces of transformed data D obtained by two-dimensional Fourier transforming each of P (≧2) frames F, that is, a plurality of frame images F to It analyzes and adjusts the correction amount in the phase correction based on the analysis result. Then, for example, the correction unit 204 performs phase correction in which the correction amount is adjusted for one transformation data D obtained by Fourier transforming one image out of the P (≧2) frame images F. is repeated Q (Q is greater than P, for example, 32) times (that is, multiple times).
具体的には、補正部204は、P(≧2)個の変換データDを変動量解析した結果に基づいて、位相φのテンプレートT1を補正する。例えば、補正部204は、P(≧2)個の変換データDから、フレーム画像F間で位相の変化が大きい周波数を特定し、その特定された周波数については、前述の補正可能範囲における上限値及び下限値の絶対値が大きくなるように、位相φのテンプレートT1を調整する。 Specifically, the correction unit 204 corrects the template T1 of the phase φ based on the result of the variation analysis of the P (≧2) pieces of the transformed data D. For example, the correction unit 204 identifies, from the P (≧2) pieces of transformed data D, a frequency with a large phase change between the frame images F. and the template T1 of the phase φ is adjusted so that the absolute value of the lower limit is increased.
そして、補正部204は、空間周波数成分毎に、調整後の位相φのテンプレートT1’と乱数のテンプレートT2とに基づいて補正量を決定する。そして、補正部204は、P(≧2)枚のフレーム画像Fのうちの例えば先頭の1枚の画像をフーリエ変換して得られた1つの変換データDに対し、上述のようにして決定した補正量を位相に加える。補正部204は、乱数のテンプレートT2をQ回繰り返し生成し、生成する度に、上述のようにして決定した補正量を上記変換データDの位相に加える。 Then, the correction unit 204 determines a correction amount for each spatial frequency component based on the adjusted phase φ template T1′ and the random number template T2. Then, the correction unit 204 determines one conversion data D obtained by Fourier transforming, for example, the top one image among the P (≧2) frame images F as described above. Add the correction amount to the phase. The correction unit 204 repeatedly generates the random number template T2 Q times, and adds the correction amount determined as described above to the phase of the conversion data D each time it is generated.
なお、逆フーリエ変換部205及び画像生成部206が行う処理は、前述の処理例1と同様である。
Note that the processing performed by the inverse
本処理例3のように人工平均画像JAを生成することにより、前述の処理例1よりさらに適切に画像ノイズを除去することができる。 By generating the artificial average image JA as in Processing Example 3, image noise can be removed more appropriately than in Processing Example 1 described above.
<制御部による処理例4>
図14は、制御部23における処理の流れの他の例を示す概念図である。
本処理例では、図14に示すように、フーリエ変換部203が、前述の処理例1~3と異なり、取得部202が取得したP(≧2)枚のフレーム画像Fすなわち時系列のフレーム画像FGを、3次元フーリエ変換し、P個の変換データDを作成する。
<Processing example 4 by control unit>
FIG. 14 is a conceptual diagram showing another example of the flow of processing in the
In this processing example, as shown in FIG. 14, unlike the processing examples 1 to 3 described above, the
そして、補正部204は、時系列のフレーム画像FGを3次元フーリエ変換して得られた変換データDに対し位相補正を行うことを、Q回(QはPより大きく例えば32)すなわち複数回繰り返す。
具体的には、補正部204は、時系列のフレーム画像FGを構成するn枚のフレーム画像F(例えば先頭のフレーム画像F)をフーリエ変換して得られたn個の変換データDに対し位相補正を行うことを、Q(QはPより大きく例えば32)/n回繰り返す。
Then, the correction unit 204 repeats the phase correction of the transformed data D obtained by three-dimensional Fourier transforming the time-series frame images FG Q times (Q is greater than P, for example, 32), that is, a plurality of times. .
Specifically, the correction unit 204 performs phase correction on n pieces of transformed data D obtained by Fourier transforming n frame images F (for example, the first frame image F) that constitute the time-series frame images FG. Correction is repeated Q (Q is greater than P, eg, 32)/n times.
なお、逆フーリエ変換部205及び画像生成部206が行う処理は、前述の処理例1等と同様である。
Note that the processes performed by the inverse
本処理例4のように人工平均画像JAを生成することによっても、適切に画像ノイズを除去することができる。 Image noise can also be appropriately removed by generating the artificial average image JA as in this processing example 4. FIG.
<フーリエ変換部が変換する元の画像の他の例>
以上の例では、フーリエ変換部203でフーリエ変換される元の画像は、撮像対象に対し電子線等の荷電粒子線を走査して得られる実際のフレーム画像であった。
上記元の画像は、変形例1におけるP≧2の場合、変形例2の場合または変形例3の場合、国際公開2020/090206号公報に記載の方法で生成される別の人工画像であってもよい。
<Another example of the original image transformed by the Fourier transform unit>
In the above example, the original image to be Fourier-transformed by the
The original image is another artificial image generated by the method described in WO 2020/090206 when P≧2 in
上記別の人工画像は、例えば以下のようにして生成される。
すなわち、まず、取得部202が、複数枚(例えば4枚)の実際のフレーム画像Fを、記憶部21から取得する。次いで、制御部23が有する別の画像生成部(図示せず)が、複数枚の実際のフレーム画像から、画素毎に、輝度の確率分布を判定する。そして、上記別の画像生成部が、画素毎の上記輝度の確率分布に基づいて、P(≧2)枚の別の人工画像を生成する。
The other artificial image is generated, for example, as follows.
That is, first, the
なお、上記別の画像生成部は、制御部23が有するCPU等のプロセッサが記憶部21に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。
Note that the above another image generation unit is realized by reading and executing a program stored in the
また、上記元の画像は、変形例1~3の場合、変形例1~3のようにして過去に処理され作成された人工平均画像JAであってもよい。
Further, in the case of
さらに、上記元の画像は、実際のフレーム画像に対し、ボックスフィルタ等の既知のノイズフィルタを適用した後の画像であってもよい。 Furthermore, the original image may be an image obtained by applying a known noise filter such as a box filter to the actual frame image.
また、上記元の画像は、受光素子を有する撮像デバイスによる撮像画像であってもよく、この場合、白黒画像等の単色画像に限らず、RGB画像等の多色画像であってもよい。多色画像の場合、フーリエ変換や位相補正等は、例えば、多色画像を構成する単色画像毎に行われ、または、特定の単色画像についてのみ行われる。 Further, the original image may be an image captured by an imaging device having a light receiving element. In this case, it is not limited to a monochrome image such as a black and white image, and may be a multicolor image such as an RGB image. In the case of a multicolor image, Fourier transform, phase correction, and the like are performed, for example, for each single color image forming the multicolor image, or only for a specific single color image.
<補正部が行う補正の変形例>
図15は、補正部204が行う補正の他の例を説明するための図である。
以上の例では、補正部204は、変換データDに対し、位相補正のみを行っていたが、図15に示すように、補正部204は、振幅が小さい周波数成分については、位相φの補正に加えて、振幅rの補正を行ってもよい。つまり、補正部204は、周波数成分毎に周波数に応じてランダムに決定された補正量で振幅rを補正する振幅補正を、位相補正と共に行ってもよい。この場合、振幅補正における振幅rの補正量は、位相φと同様、周波数毎に予め定められた範囲からランダムに決定され、上記範囲は、周波数が高い場合の方が低い場合より、上限値及び下限値の絶対値が大きくなるよう設定される。例えば、最も高い空間周波数fmaにかかる上記絶対値は、フーリエ変換により得られた振幅r×100%である。
<Modified example of correction performed by correction unit>
FIG. 15 is a diagram for explaining another example of correction performed by the correction unit 204. FIG.
In the above example, the correction unit 204 performs only phase correction on the transformed data D, but as shown in FIG. Additionally, a correction of the amplitude r may be performed. That is, the correction unit 204 may perform amplitude correction for correcting the amplitude r by a correction amount randomly determined according to the frequency for each frequency component together with the phase correction. In this case, the correction amount of the amplitude r in the amplitude correction is randomly determined from a predetermined range for each frequency, similar to the phase φ. The absolute value of the lower limit is set to be large. For example, the absolute value for the highest spatial frequency fma is the amplitude r×100% obtained by the Fourier transform.
<位相のテンプレートの他の例>
以上の例では、位相φのテンプレートT1は、最も低い空間周波数fmiにかかる補正可能範囲の上限値及び下限値の絶対値が零に設定されていたが、位相補正後に逆フーリエ変換した画像に大きな影響を与えなければ、上記絶対値は零でなくてもよい。
<Other examples of phase templates>
In the above example, in the template T1 of the phase φ, the absolute values of the upper and lower limits of the correctable range for the lowest spatial frequency fmi were set to zero. The absolute value may not be zero as long as there is no influence.
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The embodiments described above may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
20 制御装置
204 補正部
205 逆フーリエ変換部
206 画像生成部
D 変換データ
F フレーム画像
FA 平均画像
FG 時系列のフレーム画像
J 人工画像
JA 人工平均画像
φ 位相
20 Control device 204
Claims (20)
(B)複数の、前記位相補正が行われた前記変換データをそれぞれ、逆フーリエ変換し、複数枚の人工画像を生成する工程と、
(C)前記複数枚の人工画像を平均化して人工平均画像を生成する工程と、を含む、画像処理方法。 (A) A step of repeating a plurality of times to correct the phase of the transformed data obtained by Fourier transforming the original image with a correction amount randomly determined according to the frequency for each frequency component. When,
(B) generating a plurality of artificial images by inverse Fourier transforming each of the plurality of phase-corrected transformed data;
(C) An image processing method, comprising the step of averaging the plurality of artificial images to generate an artificial average image.
前記範囲は、周波数が高い場合の方が低い場合より、上限値及び下限値の絶対値が大きい、請求項1に記載の画像処理方法。 The step (A) randomly determines a correction amount in the phase correction from a predetermined range for each frequency,
2. The image processing method according to claim 1, wherein the absolute values of the upper and lower limits of the range are larger when the frequency is high than when the frequency is low.
(D)前記人工平均画像に基づいて、前記パターンの特徴量を測定する工程をさらに含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の画像処理方法。 the original image is an image of a patterned substrate;
4. The image processing method according to any one of claims 1 to 3, further comprising the step of (D) measuring the feature amount of said pattern based on said artificial average image.
前記(D)工程は、前記人工平均画像それぞれに基づいて前記パターンの特徴量を測定し、測定結果に基づいて、前記パターンの特徴量の統計量を取得する、請求項4または5に記載の画像処理方法。 The step (C) generates a plurality of the artificial average images,
6. The method according to claim 4, wherein the step (D) measures the feature amount of the pattern based on each of the artificial average images, and acquires the statistic of the feature amount of the pattern based on the measurement result. Image processing method.
前記(B)工程は、複数枚の前記撮像画像それぞれについて、前記複数枚の人工画像を生成し、
前記(C)工程は、前記複数枚の前記撮像画像それぞれについて生成された前記複数枚の人工画像をまとめて平均化して前記人工平均画像を生成する、請求項11に記載の画像処理方法。 In the step (A), for each of the plurality of captured images, performing the phase correction on the transformed data obtained by two-dimensional Fourier transforming the captured image is repeated multiple times,
The step (B) generates the plurality of artificial images for each of the plurality of captured images,
12. The image processing method according to claim 11, wherein in step (C), the plurality of artificial images generated for each of the plurality of captured images are collectively averaged to generate the artificial average image.
前記(A)工程は、前記時系列の撮像画像を3次元フーリエ変換して得られた変換データに対し前記位相補正を行うことを複数回繰り返す、請求項1~9のいずれか1項に記載の画像処理方法。 The original image is a time-series captured image,
10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein in the step (A), the phase correction is repeated a plurality of times for transformed data obtained by performing a three-dimensional Fourier transform on the time-series captured images. image processing method.
(F)複数の前記実際のフレーム画像から、画素毎に、輝度の確率分布を判定する工程と、
(G)画素毎の前記輝度の確率分布に基づいて、複数枚の別の人工画像を生成する工程と、をさらに含み、
前記撮像画像は、前記(G)工程により生成された別の人工画像である、請求項10、12、13のいずれか1項に記載の画像処理方法。 (E) acquiring a plurality of actual frame images obtained by scanning the imaging target with the charged particle beam;
(F) determining a luminance probability distribution for each pixel from the plurality of actual frame images;
(G) generating a plurality of different artificial images based on the probability distribution of luminance for each pixel;
14. The image processing method according to any one of claims 10, 12 and 13, wherein said captured image is another artificial image generated in said step (G).
複数の、前記位相補正が行われた前記変換データを、逆フーリエ変換し、複数枚の人工画像を生成する逆フーリエ変換部と、
前記複数枚の人工画像を平均化して人工平均画像を生成する画像生成部と、を含む、画像処理装置。
a correcting unit that repeats a number of times to correct the phase of the transformed data obtained by Fourier transforming the original image with a correction amount that is randomly determined according to the frequency for each frequency component; ,
an inverse Fourier transform unit for inverse Fourier transforming the plurality of phase-corrected transformed data to generate a plurality of artificial images;
and an image generator that averages the plurality of artificial images to generate an artificial average image.
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