KR20240053958A - 주사전자현미경의 이미지 생성장치 및 이를 이용한 이미지 생성 방법 - Google Patents

주사전자현미경의 이미지 생성장치 및 이를 이용한 이미지 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료에서 연속적으로 방사되는 복수개의 전자신호를 이미지정보로 변환하되, 서로 이웃하는 이미지 정보를 일정 영역만큼 중첩하여 전체이미지를 생성하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치 및 이를 이용한 이미지 생성방법에 관한 것이다. 본 발명은 시료에서 방사되는 복수개의 전자신호를 이미지 정보로 변환하고, 서로 이웃되는 이미지 정보의 중첩영역에서 이미지의 패턴을 매칭하여 시료의 전체이미지 정보를 생성함으로서 이미지 정합과정에서 발생되는 오차를 감소할 수 있는 효과가 있다.

Description

주사전자현미경의 이미지 생성장치 및 이를 이용한 이미지 생성 방법 {Image generator of scanning electron microscope and method of generating image for the same}
본 발명은 전자 빔으로 주사하여 시표 표본의 이미지를 생성하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치 및 이를 이용한 이미지 생성방법으로서, 보다 상세하게는 시료에서 연속적으로 방사되는 복수개의 전자신호를 이미지정보로 변환하되, 서로 이웃하는 이미지 정보를 일정 영역만큼 중첩하여 전체이미지를 생성하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치 및 이를 이용한 이미지 생성방법에 관한 것이다.
주사전자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)은 전자 현미경의 한 종류로 전자빔을 시료에 주사하여 시료 표면의 이미지를 얻어 형태, 미세 구조의 관찰 등 구성 원소의 분포, 정성, 정량 등을 분석하는 장치이다. 고체 상태에서 작은 크기의 미세 조직과 형상을 관찰할 때 널리 쓰이며, 금속파편, 광물과 화석, 반도체 소자, 회로 품지 검사, 고분자 및 유기물, 생체 시료와 유가공제품 등 전 산업 영역에 걸쳐 사용 되고 있다.
주사전자현미경은 전자빔이 주사되어 반사된 전자신호를 통해 시료의 이미지를 생성하되, 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수선되는 복수개의 전자신호에 대한 이미지를 합성하여 시료의 전체이미지를 생성한다.
한국 공개특허 제10-2022-0130407호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 주사 전자 현미경을 이용한 CD((Critical Dimension) 측정 방법에 관한 것이다. 선행문헌은 CD의 측정 오류를 줄이기 위해 기판 내의 제1 영역내지 제n 영역(n은 2 이상의 자연수)에 각각에 대한 제1 이미지 내지 제n 이미지를 생성하며, 상기 제1 영역 내지 제n 영역은 서로 중첩되지 않고, 제1 이미지 내지 제n 이미지에 대한 병합 이미지를 정합한다.
즉, 선행문헌은 주사전자현미경을 통해 획득된 복수개의 이미지가 서로 충접되지 않고, 정합하여 이미지를 생성하는 기술이다. 선행문헌은 주사전자현미경을 통해 이미지를 획득하는 과정에서 외부 환경 등 여러 요인으로 인해 정확하게 이미지를 정합하지 못하는 문제가 발생될 수 있다.
따라서 주사전자현미경에서 촬영된 복수개의 이미지를 정확하게 정합하여 원소의 분포 등의 정성 또는 정량 분석을 정확하게 할 수 있는 주사전자현미경이 필요할 실정이다.
한국 공개특허 제10-2022-0130407호(발명의 명칭 : 출원일 :주사 전자 현미경을 이용한 CD 측정 방법)
본 발명의 상기의 문제를 해결하기 위한 주사현미경의 이미지 생성장치로, 시료에서 방사되는 복수개의 전자신호를 이미지 정보로 변환하고, 서로 이웃되는 이미지 정보의 중첩영역에서 이미지의 패턴을 매칭하여 시료의 전체이미지 정보를 생성하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 주사전자현미경의 이미지 생성장치는 스테이지에 안착된 시료 표면에 전자빔을 주사하는 신호발생부, 상기 전자빔이 주사된 시료 표면에서 방사되는 전자신호를 검출하는 신호검출부, 상기 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수신되는 적어도 하나의 전자신호를 이미지정보로 변환하되, 서로 이웃하는 이미지정보를 기 설정된 영역만큼 중첩하여 전체 이미지를 생성하는 이미지생성부, 상기 시료 표면의 전체촬영영역, 이미지 해상도, 상기 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역 중 적어도 어느 하나를 설정하기 위한 설정부, 및 상기 설정부에서 설정된 정보를 통해 상기 스테이지의 이동경로, 상기 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지 개수 및 배열, 상기 중첩되는 영역 범위에 따른 이미지간의 간격 중 어느 하나가 포함된 정보를 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 이미지생성부는 상기 중첩되는 영역에서 상기 서로 이웃되는 이미지정보의 이미지 패턴을 매칭하여 상기 전체 이미지를 생성한다.
본 발명에 따른 상기 설정부는 상기 중첩되는 영역 범위에서 소정의 오차범위를 추가하고, 상기 이미지생성부는 상기 소정의 오차범위가 추가된 중첩되는 영역에서 상기 이웃되는 이미지 정보의 이미지 패턴을 매칭한다.
본 발명에 따른 주사전자현미경의 이미지 생성방법은 시료 표면의 전체촬영영역, 이미지 해상도, 상기 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역 범위 중 적어도 어느 하나를 설정하기 위한 촬영설정단계, 상기 설정부에 의해 설정된 정보를 통해 상기 스테이지의 이동경로, 상기 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지 개수 및 배열, 중첩되는 영역 범위에 따른 이미지간의 간격을 산출하는 산출단계, 스테이지에 안착된 상기 시료 표면에 전자빔을 주사하고, 상기 전자빔이 주사된 시료 표면에서 방사되는 전자신호를 검출하는 신호검출단계, 상기 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수신되는 적어도 하나의 전자신호를 이미지정보로 변환하는 이미지 변환단계, 및 서로 이웃하는 이미지정보를 기 설정된 영역만큼 중첩하여 전체 이미지를 생성하는 이미지생성단계를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 이미지 변환단계는 상기 중첩되는 영역에서 상기 서로 이웃되는 이미지정보의 이미지 패턴을 매칭하는 이미지매칭단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 촬영설정단계 이후 상기 중첩되는 영역 범위에서 소정의 오차범위를 추가하는 오차범위설정단계를 더 포함한다.
본 발명은 시료에서 방사되는 복수개의 전자신호를 이미지 정보로 변환하고, 서로 이웃되는 이미지 정보의 중첩영역에서 이미지의 패턴을 매칭하여 시료의 전체이미지 정보를 생성함으로서 이미지 정합과정에서 발생되는 오차를 감소할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 주사전자현미경의 이미지 생성장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촬영영역 및 중첩영역을 설명하기 위한 일 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 전체 이미지 정보 생성 방법을 설명하기 위한 일 실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 주사전자현미경의 이미지 생성방법에 대한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 촬영설정단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전체 이미지 생성방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 주사전자현미경의 이미지 생성장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 주사전자현미경 이미지 생성장치는 설정부(100), 산출부(200), 신호발생부(300), 신호검출부(400) 및 이미지생성부(500)를 포함할 수 있다.
설정부(100)는 시료 표면의 전체촬영영역, 이미지 해상도, 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역 중 적어도 어느 하나를 설정한다.
산출부(200)는 설정부(100)에 의해 설정된 정보를 통해 스테이지의 이동경로, 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지 개수 및 배열, 중첩되는 영역에 따른 이미지간의 간격을 산출한다.
도 2는 본 발명에 따른 촬영영역 및 중첩영역을 설명하기 위한 일 실시예이다. 도 2를 통해 설정부(100)와 산출부(200)의 구성이 보다 명확해 질 수 있다.
도 2를 참조하면, 촬영영역은 전체 촬영영역과 하나의 이미지 크기 및 영역으로 나타낼 수 있다. 전체 촬영영역은 획득하고자하는 시료의 전체 이미지에 해당되는 영역이며, 도 2의 실시예는 편의상 전체 촬영영역이 6x4의 배열로 설정된 경우이다. 하나의 이미지 크기 및 영역은 전자빔의 크기에 따른 해상도에 대응되는 영역이다. 따라서 해상도가 변경될 경우 하나의 이미지 크기 및 영역은 축소 및 확대될 수 있으며, 이미지의 배열 또한 변경될 수 있다.
도 2의 중첩영역은 서로 이웃하는 이미지가 특정 범위만큼 겹치는 영역로 사용자에 의해 설정되거나, 기 설정된 범위로 지정될 수 있다. 중첩영역은 X축과 Y축이 모두 지정되거나, 촬영상황에 따라 X축 또는 Y축 어느 하나만이 설정될 수 있다. 오차 범위는 중첩영역에서 추가된 소정의 여유 영역을 의미한다. 주사전자현미경이 촬영될 경우 외부요인 등으로 인해 오차가 발생될 수 있다. 이러한 오차 측정을 방지하고 정밀도를 향상시키기 위해 오차범위를 추가로 지정한다. 충첩영역과 오차 범위는 어느 하나의 특정 수치로 지정되지 않으며, 이미지의 크기, 전체 촬영영역, 시료 종류 등을 고려하여 변경될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 신호발생부(300)는 스테이지에 안착된 시료 표면에 전자빔을 주사한다. 신호검출부(400)는 전자빔이 주사된 시료 표면에서 방사되는 전자신호를 검출한다. 신호발생부(300)와 신호검출부(400)는 주자전자현미경의 기본 구성이며, 공지된 기술로 자세한 설명은 생략한다.
이미지생성부(500)는 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수신되는 적어도 하나의 전자신호를 이미지정보로 변환하는 구성으로, 전자빔이 입사된 각 점의 명암을 화면의 좌표계에 옮겨 각 점(pixel)의 명암으로 이미지를 생성한다.
이미지생성부(500)는 서로 이웃하는 이미지정보를 기 설정된 영역만큼 중첩하여 전체 이미지를 생성하며 도 3을 통해 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전체 이미지 정보 생성 방법을 나타내는 일 실시예이다. 도 3의 실시예는 전체 촬영영역이 6x4의 배열될 경우이며, 스테이지의 이동경로에 따라 1x1부터 3x2까지 전자빔이 주사되었으며, 편의상 각 배열에 주사된 전자빔을 1부터 14로 지칭하였다.
도 3을 참조하면 종래 이미지 정보의 정합 방식은 1부터 14까지 주사된 전자빔에 대한 각각의 이미지정보를 획득하고, 획득된 이미지 정보 A부터 N까지의 이미지 정보를 정합하는 방식을 사용한다.
반면, 본 발명에 따른 이미지 정보의 정합 방식은 중첩되는 영역에서 서로 이웃하는 이미지 정보의 이미지 패턴을 매칭한다. 도 3의 실시예의 경우, 이미지 A와 B가 X축으로 서로 이웃하고 있이며. 이미지 A와 G가 Y축으로 이웃하고 있다. 또한, 이미지 G와 H가 X축으로 서로 이웃하고 있으며, 이미지 B와 H가 Y축으로 서로 이웃하고 있다. 편의상 이미지 A와 B가 중첩하는 영역을 AB, 이미지 A와 G가 중첩하는 영역을 AG, 이미지 B와 H가 중첩하는 영역을 BH, 이미지 G와 H 중첩하는 영역을 GH, 이미지 A, B, C, H가 중첩하는 영역을 ABGH로 지칭한다. 따라서 중첩영역 AB, ABGH에서 이미지 A와 B의 이미지 패턴을 매칭하여 이미지 A와 B의 이미지를 정합하며, 중첩영역 AG, ABGH에서 이미지 A와 G의 이미지 패턴을 메칭하여 이미지를 정합한다. 이미지생성부(500)는 모든 서로 이웃하는 이미지의 중첩영역에서 이미지 패턴이 매칭하여 이미지를 정합하여 전체이미지를 생성한다.
한편, 중첩영역에는 오차범위가 포함될 수 있으며, 이미지의 패턴을 매칭하여 전체 이미지를 생성하는 방식은 위의 실시예로 한정하지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 주사전자현미경의 이미지 생성방법에 대한 순서도이다. 앞서 설명한 주사전자현미경의 이미지 생성장치와 동일한 기술적 사상으로 중복되는 부분은 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.
도 4를 참조하면, 시료 표면의 전체촬영영역, 이미지 해상도, 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역 중 적어도 어느 하나를 설정하고, 설정된 정보를 통해 스테이지의 이동경로, 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지정보 개수, 중첩되는 영역 범위에 따른 이미지간의 간격을 산출한다(S100).
도 5는 본 발명에 따른 촬영설정단계(S100)을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5를 참조하면, 설정부(100)는 시료 표면의 전체촬영영역을 설정하고(S110), 이미지 해상도에 대응되는 하나의 이미지 크기 및 영역을 설정한다(S120). 또한, 설정부(100)는 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역을 설정한다(S130).
산출부(200)는 설정부(100)에 의해 설정된 정보를 통해 스테이지의 이동경로, 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지 개수 및 배열, 중첩되는 영역 범위에 따른 이미지간의 간격을 산출한다(S140).
다시 도 4를 참조하면, 신호발생부(300)는 스테이지에 안착된 시료 표면에 전자빔을 주사한다(S200). 신호검출부(400)는 전자빔이 주사된 시료 표면에서 방사되는 전자신호를 검출한다(S300).
이미지생성부(400)는 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수신되는 적어도 하나의 전자신호를 수신한다(S400). 이미지생성부(400)는 연속적으로 수신되는 복수개의 전자신호를 이미지 정보로 변환한다(S500).
이미지생성부(400)는 서로 이웃하는 이미지정보를 기 설정된 영역만큼 중첩하여 전체 이미지를 생성한다(S600).
도 6은 본 발명에 따른 전체 이미지 생성방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6을 참조하면 설정부(100)는 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역을 설정(S130)하고, 오차를 최소화하기 위한 오차 범위를 설정한다(S131). 중첩영역은 설정된 오차 범위가 추가되어 확장된다(S132).
이미지생성부(500)는 중첩되는 영역에서 서로 이웃하는 이미지 정보의 이미지의 패턴을 매칭한다(S810). 이미지생성부(500)는 모든 서로 이웃하는 이미지의 중첩영역에서 이미지의 패턴을 매칭하고, 이미지를 정합하여 전체이미지를 생성한다(S820). 이때, 이미지 생성부(500)는 중첩되는 영역을 공유하는 서로 이웃하는 이미지 정보 중 어느 하나의 이미지 정보를 전체 이미지를 형성하는 중첩영역에서의 이미지로 선택할 수 있다. 이미지 생성부(500)는 전체 이미지를 형성하기 위해, 복수의 중첩영역 각각에서 어느 하나의 이미지 정보에 우선순위를 두어 중첩영역에 대한 이미지를 형성할 수 있다. 이때, 이미지 생성부(500)는 복수의 중첩영역에 대한 이미지 형성을 순차로 처리하면서 각각의 중첩영역의 처리 순서가 될 때 마다 중첩영역에서의 이미지 정보의 선택 기준에 따라, 중첩영역의 이미지를 형성할 수 있다.
100 : 설정부 200 : 산출부
300 : 신호발생부 400 : 신호검출부
500 : 이미지생성부

Claims (8)

  1. 스테이지에 안착된 시료 표면에 전자빔을 주사하는 신호발생부;
    상기 전자빔이 주사된 시료 표면에서 방사되는 전자신호를 검출하는 신호검출부; 및
    상기 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수신되는 적어도 하나의 전자신호를 이미지정보로 변환하되, 서로 이웃하는 이미지정보를 기 설정된 영역만큼 중첩하여 전체 이미지를 생성하는 이미지생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료 표면의 전체촬영영역, 이미지 해상도, 상기 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역 중 적어도 어느 하나를 설정하기 위한 설정부; 및
    상기 설정부에서 설정된 정보를 통해 상기 스테이지의 이동경로, 상기 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지 개수 및 배열, 상기 중첩되는 영역 범위에 따른 이미지간의 간격 중 어느 하나가 포함된 정보를 산출하는 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지생성부는 상기 중첩되는 영역에서 상기 서로 이웃되는 이미지정보의 이미지 패턴을 매칭하여 상기 전체 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 중첩되는 영역에서 소정의 오차범위를 추가하고, 상기 이미지생성부는 상기 소정의 오차범위가 추가된 중첩되는 영역에서 상기 이웃되는 이미지 정보의 이미지 패턴을 매칭하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성장치.
  5. 스테이지에 안착된 상기 시료 표면에 전자빔을 주사하고, 상기 전자빔이 주사된 시료 표면에서 방사되는 전자신호를 검출하는 신호검출단계;
    상기 스테이지의 이동에 따라 연속적으로 수신되는 적어도 하나의 전자신호를 이미지정보로 변환하는 이미지 변환단계; 및
    서로 이웃하는 이미지정보를 기 설정된 영역만큼 중첩하여 전체 이미지를 생성하는 이미지생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호검출단계 이전
    시료 표면의 전체촬영영역, 이미지 해상도, 상기 서로 이웃하는 이미지정보간의 중첩되는 영역 중 적어도 어느 하나를 설정하기 위한 촬영설정단계; 및
    상기 설정부에 의해 설정된 정보를 통해 상기 스테이지의 이동경로, 상기 전체 이미지를 생성하기 위해 획득해야 되는 이미지 개수 및 배열, 중첩되는 영역 범위에 따른 이미지간의 간격을 산출하는 산출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이미지 변환단계에서 상기 중첩되는 영역에서 상기 서로 이웃되는 이미지정보의 이미지 패턴을 매칭하는 이미지매칭단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생상방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 촬영설정단계 이후 상기 중첩되는 영역 범위에서 소정의 오차범위를 추가하는 오차범위설정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 이미지 생성방법.
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