JP6778997B2 - Cadデータとsem画像との位置合わせ - Google Patents
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Description
いくつかの場合には、SEM画像は、当該画像を、検査中のデバイスの生成に使用された計算機援用設計(CAD)データと比較することによってセグメント化される。例えば、米国特許第7,792,351号は、画像セグメンテーションを使用する欠陥レビューの方法を説明しており、以前に検出された潜在的な欠陥を含む区域の電子画像が取得される。次に、画像を、集積回路のCADレイアウトに位置合わせすることができる。位置合わせは、例えば、視野(FOV)内にあると予測される画像の主要なエッジを設計情報に基づいて突き止めることによって実行することができる。同様に、米国特許第8,036,445号は、SEM画像などの半導体パターンの画像とCADデータとの間の位置突き合わせの方法を説明している。
SEM画像処理でCADデータを使用する別の例として、米国特許出願公開第2009/0238443号は、相関演算が測長SEM(CD−SEM)画像およびCADデータパターン(テンプレートと呼ばれる)の位置を決定するために使用される方法を説明している。具体的には、テンプレートおよびCD−SEM画像の2次元方向の位置を決定するための相関演算に基づく評価により、テンプレート画像およびCD−SEM画像が最も高い相関を有するX−Y位置が決定され、テンプレート画像がその位置でCD−SEM画像に重ねられる。
SEM画像処理を支援するためにCADデータを使用する他の方法が、米国特許出願公開第2007/0092129号、第2009/0039263号、第2009/0266985号、および第2009/0236523号に説明されている。
一般に、第1の方向性マップおよび第2の方向性マップの各々は、勾配演算子を画像に適用し、それによって、点ごとにそれぞれの勾配ベクトルを計算し、点ごとに勾配ベクトルの角度成分を2倍して方向性ベクトルを見いだすことによって発生される。
開示する実施形態では、第1の方向性マップと第2の方向性マップとを比較するステップは、第1の方向性マップと第2の方向性マップとの間の相関マップを計算するステップと、相関マップ中のピークを識別して、CADデータと顕微鏡画像との間の変換を定義するステップとを含む。
本発明の一実施形態により、基板に製造された構造の顕微鏡画像と、構造を製造するときに使用された計算機援用設計(CAD)データとを記憶するように構成されたメモリを含む、画像処理のための装置も提供される。プロセッサは、顕微鏡画像中の点のマトリクスに対して、エッジの大きさの符号に関係なく点でのエッジの大きさおよび方向に対応するそれぞれの方向性ベクトルを含む第1の方向性マップを発生させ、CADデータに基づいてシミュレート画像を生成し、シミュレート画像に基づいて第2の方向性マップを発生させるようにCADデータを処理し、第1の方向性マップと第2の方向性マップとを比較して顕微鏡画像とCADデータとを位置合わせするように顕微鏡画像を処理するように構成される。
本発明は、図面と併せて、本発明の実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
開示する実施形態では、CADデータはコンピュータによって処理されて、シミュレート画像が発生する。次に、顕微鏡画像と、対応するシミュレートCAD画像とが別々に処理されて、それぞれの方向性マップが発生される。コンピュータは、マップを位置合わせするためにこれらの方向性マップを比較し、それにより、顕微鏡画像とCADデータとの間の正しい位置合わせを計算する。一般に、画像は、相対的シフト(垂直および水平)ならびにことによると回転およびスケーリングの関数として、2つの方向性マップ間の相関マップを計算することによって比較される。相関マップのピークは、データおよび画像を相互位置合わせに持ち込むために適用することができるCADデータと顕微鏡画像との間の変換(シフト、またはより一般的にはアフィン変換)を識別する。
追加としてまたは代替として、顕微鏡画像およびCADデータを処理して、視野内の構造の3次元(3D)形状を示すそれぞれの高さマップを発生させることができる。次に、方向性マップの比較に加えて、これらの実際の高さマップおよびシミュレート高さマップを比較して、顕微鏡画像とCADデータとをより正確に位置合わせすることができる。
画像処理機械26は、検査機械24によって出力される画像を受け取って処理する。画像処理機械26は、一般に、ディスプレイ32および入力デバイス34を含むユーザインターフェースとともに、画像およびCADデータを保持するためのメモリ30をもつプロセッサ28を含む汎用コンピュータの形態の装置を含む。一般に、メモリ30は、検査機械24で画像化されるウエハ22の構造を生成する際に使用されたCADデータがロードされる。代替としてまたは追加として、CADデータは別個のCADサーバ(図示せず)から流すことができる。機械26は、シミュレートCADベース画像を発生させ、その画像と、機械24から受け取った実際の画像とを位置合わせする。
サイズ変更ステップ50において、プロセッサ28は、結果として生じるSEM画像をサイズ変更することができ、すなわち、プロセッサ28は、後続の演算を促進するために画像解像度を調節することができる。この目的のために、プロセッサは、一般に、所望であれば、より少ない数のピクセルを供給するために画像ピクセル値を再サンプリングする。
プロセッサ28は、SEM画像40から引き出された実際の高さマップ52と比較できるように、CAD画像を合成高さマップ62に転換する。
プロセッサ28は、実際のSEM画像およびシミュレートSEM画像を、それぞれの方向表示ステップ64および66において、それぞれの方向性マップに変換する。このために、プロセッサは、勾配演算子を各画像に適用し、それにより、画像中の点ごとにそれぞれの勾配ベクトルDを計算し、次に、点ごとに勾配ベクトルの角度成分を2倍して方向性ベクトルD2を見いだす。その結果、エッジ移行の符号の変動は相殺され、その結果、所与の角度で配向されたエッジは、大きさの符号に関係なく同じ方向性ベクトルを有することになる。前に記したように、方向性マップのこの特徴は、顕微鏡画像化でしばしば生じる曖昧さを解決するのに特に有用である。
方向性のこの特徴は、ステップ64および66において引き出されるような、図3に示した、方向性マップ98によって示される。画像100および104は、画像中の点ごとに、シミュレートSEM画像および実際のSEM画像から引き出された方向性マップの実部成分の大きさを示し、一方、画像102および106は虚部成分の大きさを示す。シミュレートSEM画像92と実際のSEM画像94とを比較する際に気づくことがあるコントラスト変動およびエッジ符号逆転にもかかわらず、プロセッサ28は、今では、方向性マップ中の直線成分とコーナー成分との間の形状に強力な類似を認めることができる。
実際のSEM画像とシミュレートSEM画像との間のオフセットを見いだすために、プロセッサ28は、相関ステップ74において、実際の方向性マップおよびシミュレート方向性マップに基づいて勾配ベース相関を計算する。相関マップは、実際の方向性マップとシミュレート方向性マップとの間の可変(X,Y)オフセットの関数としてのベクトル相関結果の大きさを含む。オプションとして、マップ間の相対的回転および/またはスケーリングを考慮に入れることもできる。一般に、相関は、CADクリップ42のより大きい区域内におけるSEM画像40のすべてのあり得るオフセットについて計算される。加えて、プロセッサ28は、勾配ベース相関のみを使用する場合に生じることがある相関曖昧さを解決するために、方向性マップの相関への補足として、実際の高さマップ52と合成高さマップ62との間の区域ベース相関を計算し使用することができる。ステップ74の詳細は、図5を参照して以下で説明する。
・白色化演算120。このステップにおいて、プロセッサ28は、方向性マップの成分に周波数依存フィルタを適用して、周波数スペクトルのピークをある一定の程度だけ減衰させ、(「白色化し」)、ことによると弱い周波数成分を増幅する。実際のデバイス構造にとって必須でなく、普通なら、ステップ74で見いだされる相関結果の精度を低減することがある高周波数画像成分の影響を低減するのに、この種類の白色化は特に有用である。加えて、このステップは、相関結果を妨げることがある特定の勾配周波数を減衰させるために周波数選択性を含むことができる。
プロセッサ28は、方向性マップの直線成分またはコーナー成分に、あるいは両方に演算120を適用することができる。方向性マップの直線成分をフィルタ処理する場合、プロセッサは、異なるフィルタを画像のX(水平)およびY(垂直)直線成分に適用することができる。
・X−Y平衡化演算122。プロセッサ28は、一般に、この演算を方向性マップの直線部分に適用して、画像の水平直線成分および垂直直線成分を平衡化し、その結果、後続の相関計算へのそれらの相対的影響が概略で同じになる。このために、プロセッサは、XおよびY重み付け係数を方向性成分に適用することができる。プロセッサ28は、エネルギー等化原理に基づいて、自動的に重み付け係数を計算することができる。重み付け強度は、あまりに強引な平衡化を避けるためにある範囲に制限することができる。
・コーナー平衡化演算124。この演算は、X−Y均衡化に本質的に類似しているが、その代りに、後続の相関変換における方向性のコーナー成分および直線成分の寄与を平衡化することを対象としている。プロセッサ28は、コーナー重み付け係数を、CADクリップの多角形の分析に基づいて自動的に計算することができる。
実際の高さマップ52およびシミュレート高さマップ62が、さらに、比較されるべきである場合、プロセッサ28は、当技術分野で知られているように、これらのマップ間の正規化相互相関(NCC)136を計算する。入力画像間のエッジの相関を表すNGCマップと違って、NCCマップは、画像に現れる特徴の高さの相関を表す。
プロセッサ28は、相関組合せステップ138において、NGCマップとNCCマップとを組み合わせて、組み合わされた相関マップ110を供給する。マップ110は、点uごとに組合せ相関マップ値CMを含む。
ステップ76において、プロセッサ28は、一般に、相関マップ110中で最も高いピーク値を有するuの値を選ぶ。
図6は、本発明の一実施形態による、ステップ78および80においてプロセッサ28によって実行される演算を例示する画像を示す流れ図である。この例のSEM画像150は、ステップ76において、CADクリップに基づくシミュレート画像152の中心を基準にしてオフセットされており、さらに、CADクリップを基準にして回転されていることが分る。SEM画像150の区域は、シミュレート画像152に重畳されている境界154によって示される。
上述の実施形態は例として挙げられており、本発明は、特に上述で図示し説明したものに限定されないことを理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上述で説明した様々な特徴の組合せおよび副組合せの両方、ならびに前述の説明を読む際に当業者が思いつき、先行技術で開示されていない本発明の変形および変更を含む。
22 パターン化半導体ウエハ、ウエハ
24 検査機械
26 画像処理機械
28 プロセッサ
30 メモリ
32 ディスプレイ
34 入力デバイス
40 SEM画像
42 CADクリップ、CADデータ
44、46 前処理段階
48 画像組合せステップ
50 サイズ変更ステップ
52 実際の高さマップ
54 ラスタ化ステップ
58 SEMシミュレーションステップ
62 合成高さマップ
64、66 方向表示ステップ
68、70 後処理ステップ
72 ラスタ分析ステップ
74 相関ステップ
76 ピーク選択ステップ
78 変換生成ステップ
80 位置合わせステップ
82 シミュレートSEM画像
90 ラスタ画像
92 シミュレートSEM画像
94 マージされたSEM画像、実際のSEM画像
98 方向性マップ
100、104 画像
102、106 画像
110 組み合わされた相関マップ
112 ピーク
120 白色化演算
122 X−Y平衡化演算
124 コーナー平衡化演算
130 シミュレート方向性マップ
132 実際の方向性マップ
134 正規化勾配相関
136 正規化相互相関
138 相関組合せステップ
150 SEM画像
152 シミュレート画像
154 境界
156 変換済みシミュレート画像
158 最終出力シミュレート画像
Claims (17)
- 画像処理のための方法であって、
基板に製造された構造の顕微鏡画像と、前記構造を製造するときに使用された計算機援用設計(CAD)データとを用意するステップと、
前記顕微鏡画像に対して第1の方向性マップをコンピュータによって発生させるステップであり、前記第1の方向性マップが、前記顕微鏡画像中の点のマトリクスに対して、エッジの大きさの符号に関係なく前記点でのエッジの前記大きさおよび方向に対応するそれぞれの方向性ベクトルを含む、発生させるステップと、
前記CADデータに基づいてシミュレート顕微鏡画像を生成するステップであって、前記CADデータは、複数の層を備え、
前記複数の層の各々の多角形をそれぞれのラスタ画像に変換して、複数のラスタ画像を生成し、
層の可視性順序を使用して、各層に対して、前記シミュレート顕微鏡画像で目に見えるべき特徴及びより高い層の特徴を重ねることによって隠されるべき特徴を決定するために、前記複数のラスタ画像を重ね、
前記シミュレート顕微鏡画像を変更して、実際の製造及び画像化が、前記シミュレート顕微鏡画像において目に見える構造に及ぼす影響をシミュレートすることを含む、
前記シミュレート顕微鏡画像を生成するステップと、
前記シミュレート顕微鏡画像に基づいて第2の方向性マップを前記コンピュータによって発生させるステップと、
前記顕微鏡画像に基づいて前記構造の3次元(3D)形状を示す第1の高さマップを発生させるステップと、
前記CADデータに基づいて前記構造の第2の高さマップを発生させるステップと、
前記第1の方向性マップと前記第2の方向性マップの第1の比較と、前記第1の高さマップと前記第2の高さマップの第2の比較との組み合わせに基づいて、前記顕微鏡画像と前記CADデータとを位置合わせするステップと
を含む、方法。 - 前記基板が半導体ウエハであり、前記構造が前記ウエハに形成されたマイクロ電子デバイスの一部であり、前記顕微鏡画像を用意するステップが、走査電子顕微鏡(SEM)を使用して前記画像を捕捉するステップを含み、前記シミュレート顕微鏡画像が、シミュレートSEM画像である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の方向性マップおよび前記第2の方向性マップの各々は、
勾配演算子を画像に適用し、それによって、点ごとにそれぞれの勾配ベクトルを計算するステップであって、勾配ベクトルの各々は、大きさ及び角度成分をもつ複素数として表される、計算するステップと、
それぞれの点ごとに前記勾配ベクトルの前記角度成分を2倍して前記方向性ベクトルを前記それぞれの点に見いだすステップと、
を含むステップを実行することによって発生させられる、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の方向性マップを発生させるステップ及び前記シミュレート顕微鏡画像を生成するステップが、前記方向性ベクトルのうちの少なくとも一方の前記大きさを方向の関数として変更することによって前記第1の方向性マップ及び前記第2の方向性マップの少なくとも一方の品質を改善するように前記第1の方向性マップおよび前記第2の方向性マップの少なくとも一方の前記方向性ベクトルを後処理するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方向性ベクトルを後処理するステップが、白色化、X−Y平衡化、コーナー平衡化からなる演算の群から選択された演算を前記方向性ベクトルに適用するステップを含み、 前記白色化は、前記第1の方向性マップ及び前記第2の方向性マップの少なくとも一方に周波数依存フィルタを適用して、周波数スペクトルのピークを減衰させることを含み、
前記X−Y平衡化は、前記顕微鏡画像及び前記シミュレート顕微鏡画像の少なくとも一方の水平直線成分を平衡化することを含み、
前記コーナー平衡化は、後続の相関変換における方向性のコーナー成分及び直線成分の寄与を平衡化することを含む、請求項4に記載の方法。 - 前記位置合わせするステップが、相対的水平シフト、相対的垂直シフト、回転及びスケーリングの少なくとも1つの関数として前記第1の方向性マップと前記第2の方向性マップとの間の相関マップを計算するステップと、前記相関マップ中のピークを識別して、前記CADデータと前記顕微鏡画像との間の変換を定義するステップとを含み、前記相関マップ中のピークが、前記CADデータ及び前記顕微鏡画像を相互位置合わせする前記CADデータと前記顕微鏡画像との間のアフィン変換を識別する、請求項1に記載の方法。
- 画像処理のための装置であって、
基板に製造された構造の顕微鏡画像と、前記構造を製造するときに使用された計算機援用設計(CAD)データとを記憶するように構成されたメモリと、
前記顕微鏡画像に対して第1の方向性マップを発生させ、前記第1の方向性マップは、前記顕微鏡画像中の点のマトリクスを含み、それぞれの方向性ベクトルは、エッジの大きさの符号に関係なく前記点でのエッジの前記大きさおよび方向に対応し、
前記CADデータに基づいてシミュレート顕微鏡画像を生成することであって、
前記CADデータは、複数の層を備え、前記シミュレート顕微鏡画像を生成するために、
前記複数の層の各々の多角形をそれぞれのラスタ画像に変換して、複数のラスタ画像を生成し、
層の可視性順序を使用して、各層に対して、前記シミュレート顕微鏡画像で目に見えるべき特徴及びより高い層の特徴を重ねることによって隠されるべき特徴を決定するために、前記複数のラスタ画像を重ね、
前記シミュレート顕微鏡画像を変更して、実際の製造及び画像化が、前記シミュレート顕微鏡画像において目に見える構造に及ぼす影響をシミュレートし、
前記シミュレート顕微鏡画像に基づいて第2の方向性マップを発生させ、
前記顕微鏡画像に基づいて、前記構造の3次元(3D)形状を指示する第1の高さマップを発生させ、
前記CADデータに基づいて前記構造の第2の高さマップを発生させ、
前記第1の方向性マップと前記第2の方向性マップの第1の比較と、前記第1の高さマップと前記第2の高さマップの第2の比較との組み合わせに基づいて前記顕微鏡画像と前記CADデータとを位置合わせする、
ように構成されたプロセッサと
を含む、装置。 - 前記基板が半導体ウエハであり、前記構造が前記ウエハに形成されたマイクロ電子デバイスの一部であり、前記顕微鏡画像が走査電子顕微鏡(SEM)画像であり、前記シミュレート顕微鏡画像が、シミュレートSEM画像である、請求項7に記載の装置。
- 前記プロセッサが、
勾配演算子を画像に適用し、それによって、点ごとにそれぞれの勾配ベクトルを計算するステップであって、勾配ベクトルの各々は、大きさ及び角度成分をもつ複素数として表される、計算するステップと、
それぞれの点ごとに前記勾配ベクトルの前記角度成分を2倍して前記方向性ベクトルを前記それぞれの点に見いだすステップと
を含むステップによって前記第1の方向性マップおよび第2の方向性マップを発生させるように構成される、請求項7に記載の装置。 - 前記第1の方向性マップを発生させ、前記シミュレート顕微鏡画像を生成するために、前記プロセッサが、前記方向性ベクトルのうちの少なくともいくつかの前記大きさを方向の関数として変更することによって前記第1の方向性マップ及び前記第2の方向性マップの少なくとも一方の品質を改善するように前記第1の方向性マップおよび前記第2の方向性マップの少なくとも一方の前記方向性ベクトルを後処理するように構成される、請求項7に記載の装置。
- 前記プロセッサが、白色化、X−Y平衡化、コーナー平衡化からなる演算の群から選択された演算を前記方向性ベクトルに適用することによって前記方向性ベクトルを後処理するように構成され、
前記白色化は、前記第1の方向性マップ及び前記第2の方向性マップの少なくとも一方に周波数依存フィルタを適用して、周波数スペクトルのピークを減衰させることを含み、
前記X−Y平衡化は、前記顕微鏡画像及び前記シミュレート顕微鏡画像の少なくとも一方の水平直線成分を平衡化することを含み、
前記コーナー平衡化は、後続の相関変換における方向性のコーナー成分及び直線成分の寄与を平衡化することを含む、請求項10に記載の装置。 - 前記顕微鏡画像と前記CADデータとを位置合わせするために、前記プロセッサが、相対的水平シフト、相対的垂直シフト、回転及びスケーリングの少なくとも1つの関数として前記第1の方向性マップと前記第2の方向性マップとの間の相関マップを計算し、前記相関マップ中のピークを識別して前記CADデータと前記顕微鏡画像との間の変換を定義するように構成され、前記相関マップ中のピークが、前記CADデータ及び前記顕微鏡画像を相互位置合わせする前記CADデータと前記顕微鏡画像との間のアフィン変換を識別する、請求項7に記載の装置。
- プログラム命令が記憶される非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記プログラム命令がコンピュータによって読まれると、前記プログラム命令により、前記コンピュータが、
基板に製造された構造の顕微鏡画像と、前記構造を製造するときに使用された計算機援用設計(CAD)データとを受け取り、
前記顕微鏡画像に対して第1の方向性マップを発生させ、前記第1の方向性マップは、前記顕微鏡画像中の点のマトリクスに対して、エッジの大きさの符号に関係なく前記点でのエッジの前記大きさおよび方向に対応するそれぞれの方向性ベクトルを含み、
前記CADデータに基づいてシミュレート顕微鏡画像を生成し、
前記CADデータは、複数の層を備え、
前記シミュレート顕微鏡画像を生成することは、
前記複数の層の各々の多角形をそれぞれのラスタ画像に変換して、複数のラスタ画像を生成し、
層の可視性順序を使用して、各層に対して、前記シミュレート顕微鏡画像で目に見えるべき特徴及びより高い層の特徴を重ねることによって隠されるべき特徴を決定するために、前記複数のラスタ画像を重ね、
前記シミュレート顕微鏡画像を変更して、実際の製造及び画像化が、前記シミュレート顕微鏡画像において目に見える構造に及ぼす影響をシミュレートすることを含み、
前記シミュレート顕微鏡画像に基づいて第2の方向性マップを発生させ、
前記顕微鏡画像に基づいて、前記構造の3次元(3D)形状を指示する第1の高さマップを発生させ、
前記CADデータに基づいて前記構造の第2の高さマップを発生させ、
前記第1の方向性マップと前記第2の方向性マップの第1の比較と、前記第1の高さマップと前記第2の高さマップの第2の比較との組み合わせに基づいて前記顕微鏡画像と前記CADデータとを位置合わせする、
非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記命令により、前記コンピュータが、
勾配演算子を画像に適用し、それによって、点ごとにそれぞれの勾配ベクトルを計算するステップであって、勾配ベクトルの各々は、大きさ及び角度成分をもつ複素数として表される、計算するステップと
それぞれの点ごとに前記勾配ベクトルの前記角度成分を2倍して前記方向性ベクトルを前記それぞれの点に見いだすステップと
を含むステップよって前記第1の方向性マップおよび第2の方向性マップを発生させる、請求項13に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記第1の方向性マップを発生させ、前記シミュレート顕微鏡画像を生成するために、前記コンピュータが、前記方向性ベクトルのうちの少なくともいくつかの前記大きさを方向の関数として変更することによって前記第1の方向性マップ及び前記第2の方向性マップの少なくとも一方の品質を改善するように前記第1の方向性マップおよび前記第2の方向性マップの少なくとも一方の前記方向性ベクトルを後処理する、請求項13に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
- 前記命令により、前記コンピュータが、白色化、X−Y平衡化、コーナー平衡化からなる演算の群から選択された演算を前記方向性ベクトルに適用することによって前記方向性ベクトルを後処理し、
前記白色化は、前記第1の方向性マップ及び前記第2の方向性マップの少なくとも一方に周波数依存フィルタを適用して、周波数スペクトルのピークを減衰させることを含み、
前記X−Y平衡化は、前記顕微鏡画像及び前記シミュレート顕微鏡画像の少なくとも一方の水平直線成分を平衡化することを含み、
前記コーナー平衡化は、後続の相関変換における方向性のコーナー成分及び直線成分の寄与を平衡化することを含む、請求項13に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記命令により、前記コンピュータが、相対的水平シフト、相対的垂直シフト、回転及びスケーリングの少なくとも1つの関数として前記第1の方向性マップと第2の方向性マップとの間の相関マップを計算し、前記相関マップ中のピークを識別して前記CADデータと前記顕微鏡画像との間の変換を定義し、前記相関マップ中のピークが、前記CADデータ及び前記顕微鏡画像を相互位置合わせする前記CADデータと前記顕微鏡画像との間のアフィン変換を識別する、請求項13に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
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