WO2015098343A1 - 画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、及び画像処理プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、及び画像処理プログラムを記憶した記憶媒体 Download PDF

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WO2015098343A1
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和宏 堀田
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浜松ホトニクス株式会社
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    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30148—Semiconductor; IC; Wafer

Definitions

  • the present invention relates to an image processing method, an image processing apparatus, and an image processing program.
  • Patent Document 1 discloses a measuring device including a scanning electron microscope for measuring the line width of a circuit pattern formed on a semiconductor wafer. In this apparatus, position detection in an observation image is performed using a template.
  • a comparison image is generated by comparing signal images including separately acquired measurement images.
  • the need to do is increasing.
  • the accuracy of alignment between a plurality of signal images is important.
  • the above-described method has poor alignment accuracy, and it takes time to acquire a signal image and a pattern image.
  • an object of the present invention is to provide an image processing method, an image processing apparatus, and an image processing program capable of accurately generating a comparison image of a plurality of measurement images of a semiconductor device.
  • an image processing method is a method for acquiring an image of a semiconductor device, the measurement image measured for the semiconductor device, and the semiconductor device corresponding to the measurement image
  • a first pattern image indicating the pattern of the reference a reference measurement image measured for a semiconductor device for reference which is a semiconductor device or a semiconductor device different from the semiconductor device, and a measurement image for reference Relative relationship between the first pattern image and the second pattern image based on the step of obtaining the second pattern image indicating the pattern of the reference semiconductor device and the first pattern image and the second pattern image
  • an image processing apparatus is an apparatus for acquiring an image of a semiconductor device, and shows a measurement image measured for the semiconductor device and a pattern of the semiconductor device corresponding to the measurement image.
  • a first pattern image, a reference measurement image measured for a reference semiconductor device that is a semiconductor device or a semiconductor device different from the semiconductor device, and a pattern of the reference semiconductor device corresponding to the reference measurement image are shown.
  • the matching information indicating the relative relationship between the first pattern image and the second pattern image is acquired.
  • an image processing program is a program for operating an apparatus for acquiring an image of a semiconductor device, the computer corresponding to a measurement image measured for the semiconductor device, and the semiconductor device
  • the first pattern image showing the pattern of the reference and the reference measurement image measured for the reference semiconductor device which is a semiconductor device or a semiconductor device different from the semiconductor device, and showing the pattern of the reference semiconductor device
  • An image analysis unit that obtains matching information indicating a relative relationship between the first pattern image and the second pattern image based on the second pattern image, and a measurement image and a reference measurement image based on the matching information; It is made to function as an image processing part which acquires a comparison image by calculating
  • image processing apparatus image processing program, or recording medium storing the image processing program, the first pattern image corresponding to the measurement image of the semiconductor device and the reference semiconductor device for reference Based on the matching information between the second pattern image corresponding to the measurement image, the positional relationship between the measurement image and the reference measurement image can be obtained with high accuracy, and the measurement image and the reference measurement image are based on the positional relationship.
  • an accurate comparison image can be obtained.
  • An image processing method is a method for acquiring an image of a semiconductor device, the step of acquiring a measurement image measured for the semiconductor device, and the semiconductor device or the semiconductor device.
  • an image processing apparatus is an apparatus for acquiring an image of a semiconductor device, and a measurement image measured for the semiconductor device and a semiconductor device or a semiconductor different from the semiconductor device
  • An image processing unit that obtains a comparison image by obtaining a difference from the measurement image for measurement.
  • an image processing program is a program for operating an apparatus for acquiring an image of a semiconductor device, and the computer is configured to perform a first operation from a measurement image measured for the semiconductor device.
  • the shape information is extracted, the second shape information is extracted from the reference measurement image measured for the reference semiconductor device which is a semiconductor device or a semiconductor device different from the semiconductor device, and the first shape information and the second shape information are extracted.
  • an image analysis unit that obtains matching information indicating a relative relationship between the measurement image and the reference measurement image, and obtaining a difference between the measurement image and the reference measurement image based on the matching information To function as an image processing unit that acquires a comparison image.
  • image processing apparatus image processing program, or recording medium storing the image processing program, matching information between the measurement image of the semiconductor device and the reference measurement image of the reference semiconductor device Based on this, the positional relationship between the measurement image and the reference measurement image can be obtained with high accuracy, and a comparison image between the measurement image and the reference measurement image can be obtained based on the positional relationship, so that a high-precision comparison can be obtained.
  • An image can be obtained. Furthermore, matching information can be easily obtained even when the contrast between the measurement image and the reference measurement image is different.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an observation system 101A according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the image of the measurement image memorize
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an observation system 101A that is an image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • An observation system 101A shown in FIG. 1 is an optical system that acquires and processes an image in order to observe a light emission image of a semiconductor device such as an IC (integrated circuit) such as a semiconductor memory or LSI, or a power device.
  • This observation system 101A includes a two-dimensional camera 105, an illumination device 107, a mirror 109, a beam splitter 111 such as a half mirror, an objective lens 113, a stage 115, a computer 117 such as a PC (Personal Computer), a tester 119, an input device 121, And the display device 123.
  • a PC Personal Computer
  • the two-dimensional camera 105 is a camera incorporating a CCD image sensor or a CMOS image sensor having sensitivity to near infrared wavelengths, an InGaAs camera, or an MCT (Mercury Cadmium Tellu) camera, and a semiconductor device S placed on the stage 115.
  • a two-dimensional image such as a reflection image and a light emission image is captured.
  • the two-dimensional camera 105 detects a two-dimensional image of the semiconductor device S via the objective lens 113, the mirror 109, and the beam splitter 111.
  • the objective lens 113 is provided facing the semiconductor device S and sets the magnification of an image formed on the two-dimensional camera 105.
  • the objective lens 113 includes an objective lens switching unit 125 and a plurality of lenses having different magnifications, and a function of switching the objective lens 113 that connects an image to the two-dimensional camera 105 between a high-power lens and a low-power lens.
  • the mirror 109 reflects the reflection image and the light emission image of the semiconductor device S toward the two-dimensional camera 5.
  • the beam splitter 111 transmits the reflection image and the emission image reflected by the mirror 109 toward the two-dimensional camera 105 and reflects the illumination light for generating the pattern image emitted from the illumination device 107 toward the mirror 109.
  • the semiconductor device S is irradiated with the illumination light via the mirror 109 and the objective lens 113.
  • the tester 119 applies a test pattern of a predetermined electric signal, a predetermined voltage, or a predetermined current to the semiconductor device S. By applying the test pattern, a light emission image due to the failure of the semiconductor device S is generated.
  • the computer 117 is an image processing device that processes an image acquired by the two-dimensional camera 105.
  • the computer 117 includes a storage unit 127, an image analysis unit 129, an image processing unit 131, and a control unit 133 as functional components.
  • the computer 117 is attached with an input device 121 such as a mouse and a keyboard for inputting data to the computer 117, and a display device 123 such as a display device for displaying an image processing result by the computer 117. .
  • Each functional unit of the computer 117 shown in FIG. 1 is executed by an arithmetic processing unit such as a CPU of the computer 117 executing a computer program (image processing program) stored in a storage medium such as a built-in memory of the computer 117 or a hard disk drive.
  • arithmetic processing unit of the computer 117 causes the computer 117 to function as each functional unit in FIG. 1 by executing this computer program, and sequentially executes processing corresponding to an image processing method to be described later.
  • Various data necessary for the execution of the computer program and various data generated by the execution of the computer program are all stored in a storage medium such as a built-in memory such as a ROM or a RAM of the computer 117 or a hard disk drive.
  • the storage unit 127 is a measurement image in which a light emission image of the semiconductor device S acquired by the two-dimensional camera 105 is detected, a first pattern image in which a pattern image of the semiconductor device S acquired by the two-dimensional camera 105 is detected, 2 A reference measurement image in which the light emission image of the reference semiconductor device SR acquired by the two-dimensional camera 105 is detected, and a second pattern image in which the pattern image of the reference semiconductor device SR acquired by the two-dimensional camera 105 is detected.
  • the image analysis unit 129 and the image processing unit 131 execute various kinds of image data processing on the image stored in the storage unit 127.
  • the image analysis unit 129 acquires matching information indicating a relative relationship regarding the position, size, and angle between the first pattern image and the second pattern image stored in the storage unit 127. Further, the image processing unit 131 acquires a comparison image by obtaining a difference between the measurement image and the reference measurement image while referring to the matching information acquired by the image analysis unit 129.
  • the control unit 133 controls data processing in the computer 117 and processing of devices connected to the computer 117. For example, the control unit 133 emits illumination light from the illumination device 107, captures an image by the two-dimensional camera 105, switches the magnification of the objective lens 113, applies a test pattern by the tester 119, and observes results (such as a comparison image) by the display device 123. Control the display of.
  • the computer 117 receives an instruction to start the semiconductor device observation process from the operator of the observation system 101 ⁇ / b> A using the input device 121. Then, under the control of the control unit 133, the objective lens 113 is set to a preset magnification, the sensitivity of the two-dimensional camera 105 is switched to a high gain, and application of a test pattern by the tester 119 is started. In this state, under the control of the control unit 133, a measurement image including a light emission image of the semiconductor device S is acquired by the two-dimensional camera 105 and stored in the storage unit 127 (step B1-1: light emission image acquisition step).
  • the measurement image is generated by adding a plurality of pieces of image data continuously captured with a predetermined exposure time.
  • FIG. 2 shows an example of an image of a measurement image stored in the storage unit 127.
  • the measurement image G1B includes a light emission image emitted from an observation target location such as a failure location of the semiconductor device S with application of a test pattern.
  • the first pattern image including the reflection image of the semiconductor device S is acquired by the two-dimensional camera 105 and stored in the storage unit 127 (step B1-2: pattern image acquisition step).
  • FIG. 3 shows an example of an image of the first pattern image stored in the storage unit 127.
  • the first pattern image G 2B includes a pattern image obtained by capturing a reflection image from the semiconductor device S.
  • the pattern image is an image representing the pattern of the semiconductor device S.
  • the first pattern image G 2B represents a pattern image that coincides (corresponds) with the light emission image included in the measurement image G 1B .
  • the test pattern by the tester 119 is started under the control of the control unit 133 in a state where the reference semiconductor device SR that is the same as or different from the semiconductor device S is mounted on the stage 115, and the objective lens 113 is set in advance.
  • the set magnification is set, and the sensitivity of the two-dimensional camera 105 is switched to a high gain.
  • a reference measurement image including a light emission image of the reference semiconductor device SR is acquired by the two-dimensional camera 105 and stored in the storage unit 127 (Step B2-1: Light emission image acquisition) Step).
  • the reference measurement image is generated by adding a plurality of pieces of image data continuously captured with a predetermined exposure time.
  • FIG. 4 shows an example of an image of the reference measurement image stored in the storage unit 127.
  • the reference measurement image G3B includes a light emission image emitted from the reference semiconductor device SR in accordance with the application of the test pattern.
  • step B2-2 pattern image acquisition
  • the second pattern image G4B includes a pattern image obtained by capturing a reflection image from the reference semiconductor device SR, and this pattern image is an image representing the pattern of the reference semiconductor device SR.
  • the second pattern image G 4B represents a pattern image that coincides (corresponds) with the light emission image included in the reference measurement image G 3B .
  • the image analysis unit 129 acquires matching information based on the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B stored in the storage unit 127 (step B3: matching information acquisition step).
  • step B3 first, a field size in the size range of the semiconductor device S of the first pattern image G 2B, range in size from the reference semiconductor device SR of the second pattern image G 4B field Based on the ratio to the size, the image size of at least one of the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B is adjusted (step B3-1: pattern image adjustment step). More specifically, the image analysis unit 129 obtains the magnification of the objective lens 113 when obtaining the magnification and the second pattern image G 4B of the objective lens 113 when obtaining the first pattern image G 2B, The reciprocal numbers of the first and second pattern images G2B and G4B are numerical values indicating the field sizes of the first pattern image G2B and the second pattern image G4B .
  • the image analysis unit 129 adjusts on the basis of those numbers to fit the size of the second pattern image G 4B to the image size on the first pattern image G 2B. For example, when the magnification when the first pattern image G 2B is acquired is 15 times and the magnification when the second pattern image G 4B is acquired is 100 times, the field sizes are 1/15 and 1/100, respectively. and then to adjust the image size of the second pattern image G 4B to 15/100 times.
  • the image analysis unit 129 may adjust the image size of the first pattern image G 2B or both. May be adjusted to another image size of the same magnification.
  • Step B3-2 shape-based matching step.
  • the image analysis unit 129 extracts respective contour lines (edge lines) as first and second shape information from the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B .
  • the image analysis unit 129 searches for similar patterns that are similar to each other between the first shape information and the second shape information.
  • FIG. 6 shows an example of the second shape information extracted from the second pattern image G 4B by the image analysis unit 129.
  • the contour line of the pattern image included in the second pattern image G 4B is extracted as the second shape information P 4B .
  • the image analysis unit 129 performs matching at the pyramid level by changing the resolution of one or both of the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B to a plurality of layers. . That is, when acquiring both the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B or one of the low resolution images at a plurality of resolutions, and matching the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B , The shape matching process with the other image is sequentially advanced from the low-resolution high-level image to the high-resolution low-level image. Thereby, high-speed matching processing is realized.
  • the image analysis unit 129 may set the number of pyramid layers according to the contrast of the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B and the resolution of the original image.
  • the image analysis unit 129 acquires matching information indicating the relative relationship between the first pattern image G 2B and the second pattern image G 4B from the result of the shape base matching (step B3-3: information acquisition step).
  • matching information position information indicating the position of the first pattern image G 2B with respect to the second pattern image G 4B, showing the rotation angle of the image plane of the first pattern image G 2B with respect to the second pattern image G 4B angle information, and the magnification of the first pattern image G 2B with respect to the second pattern image G 4B included.
  • step B3 the image processing unit 131, based on the matching information obtained by the image analysis unit 129, the comparison image is obtained by the measurement image G 1B and reference measurement image G 3B is difference processing Then, the comparison image is displayed on the display device 123 (step B4: comparison image acquisition step). Specifically, the image processing unit 131 adjusts the image size, the image position, and the image angle of at least one of the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B to match the other based on the matching information. Then, the difference value for each pixel of the adjusted measurement image G 1B and reference measurement image G 3B is imaged by the image processing unit 131 to generate a comparison image.
  • the comparison image may be generated as an absolute value of the difference value represented by shading or luminance, or may be generated as a color image representing the difference value as a relative value.
  • the comparison image, a reference measurement image G 3B may be those obtained by difference from the measurement image G 1B, in which the measurement image G 1B from the reference measurement image G 3B was determined by difference There may be.
  • FIG. 7 shows an example of the comparison image G5B generated by the image processing unit 131 based on the measurement image G1B and the reference measurement image G3B .
  • the comparison image G 5B, the light emitting image in the reference measurement image G 3B and measurement image G 1B difference appears as a plurality of comparison images G 51B ⁇ G 54B.
  • the first pattern image G 2B corresponding to the measurement image G 1B of the semiconductor device S and the reference measurement image G 3B of the reference semiconductor device SR are obtained.
  • the measurement image G 1B on the basis of the positional relationship
  • the comparison image G5B with the reference measurement image G3B a highly accurate comparison image can be obtained.
  • the difference in the light emission reaction to the test pattern between the semiconductor device S and the reference semiconductor device SR can be easily identified.
  • shape information is extracted from each of the first and second pattern images G 2B and G 4B , and matching information is acquired based on the shape information. In this way, matching information can be easily obtained even when the first and second pattern images G 2B and G 4B have different contrasts.
  • the first and second pattern image G 2B based on the ratio of field size of G 4B, the first and second pattern image G 2B, at least one of image size G 4B is adjusted. In this case, even if the visual field sizes of the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B are different, it is possible to create the comparison image G 5B in which the positions of the images on the semiconductor devices S and SR match.
  • position information, rotation information, and magnification information indicating the relative relationship between the first and second pattern images G 2B and G 4B are used as matching information.
  • the positional relationship between the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B can be easily obtained, and the comparison image G 5B can be easily obtained based on this.
  • the configuration of the observation system according to this modification is the same as that of the observation system 101A shown in FIG.
  • the comparison image generation procedure in the present embodiment is different from the first embodiment in the following points.
  • step B1-1 After being stored in the storage unit 127 measures the image G 1B is acquired step B1-1 is performed, acquisition processing of the first pattern image G 2B step B1-2 is omitted. Furthermore, after the step B2-1 reference measurement image G 3B is executed is stored is acquired in the storage unit 127, acquisition processing of the second pattern image G 4B in step B2-2 is omitted.
  • step B3 the image analysis unit 129, based on the reference measurement image G 3B and the measurement image G 1B stored in the storage unit 127, the matching information is obtained. That is, in step B3-1, on the basis of a ratio of a field size of the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B, at least one of image size adjustment of the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B Is done.
  • step B3-2 the image analysis unit 129, the target measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B, performs shape based matching. Specifically, the image analysis unit 129 extracts respective contour lines (edge lines) as first and second shape information from the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B .
  • the image analysis unit 129 multi-values the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B based on the contrast (brightness value), and the boundary caused by the difference in the brightness value also has the first and second shapes. Use as information.
  • a measurement image such as a light emission image has less shape information than a pattern image, but more shape information can be acquired by recognizing a boundary caused by a difference in luminance value as a shape, and matching accuracy is improved.
  • the image analysis unit 129 searches for similar patterns that are similar to each other between the first shape information and the second shape information. Thereafter, in step B3-3, the image analysis unit 29, the result of the shape-based matching, and obtains a matching information that indicates the relationships between the measurement image G 1B and reference measurement image G 3B.
  • step B4 the image processing unit 131, based on the matching information obtained by the image analysis unit 129, the comparison image is obtained by the measurement image G 1B and reference measurement image G 3B is difference processing, display The comparison image is displayed on the device 123.
  • the reference measurement image G 3B acquired in the first embodiment and the first modification of the first embodiment is not limited to the case where the reference image is a light emission image of a reference semiconductor device SR different from the semiconductor device S.
  • a light-emitting image obtained when a test pattern different from that obtained when the measurement image G1B is applied to the same semiconductor device S may be used as the reference measurement image G3B .
  • the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B are not limited to the light emission image and the heat generation image of the semiconductor device.
  • the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B detect electrical signals generated in the semiconductor devices S and SR while scanning the laser light two-dimensionally on the semiconductor devices S and SR, and detect the electrical signals on the semiconductor device S.
  • An electric signal image formed by associating the scanning position of the laser light with the characteristic value of the electric signal may be used.
  • Examples of such an electric signal image include an OBIC (Optical Beam Induced Current) image that is a photovoltaic current image, an OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change) image that is an electric quantity change image, and an SDL (Soft Defect Localization) that is an error information image. ) Images.
  • OBIC Optical Beam Induced Current
  • OBIRCH Optical Beam Induced Resistance Change
  • SDL Soft Defect Localization
  • the OBIC image is obtained by detecting the photocurrent generated by the laser light as a characteristic value (current value or current change value) of an electric signal and imaging the characteristic value in association with laser irradiation position information. It is.
  • an OBIRCH image is obtained by scanning a laser beam with a constant current applied to the semiconductor device, so that a characteristic value (voltage value or voltage change) of an electric signal due to a change in the resistance value of the laser beam irradiation position of the semiconductor device is obtained. Value). That is, the OBIRCH image is an image formed by associating the voltage change value with the laser irradiation position information.
  • the OBIRCH image is an image of the current change value of the electrical signal due to the change in the resistance value of the laser beam irradiation position of the semiconductor device by scanning the laser beam with a constant voltage applied to the semiconductor device. It may be.
  • SDL images are also called DALS (Dynamic Analysis by Laser Laser Simulation) images or LADA (Laser Assisted Device Alteration) images, and they detect a malfunction by scanning a laser beam with a test pattern applied to a semiconductor device. Thus, it is obtained by imaging as correct / incorrect information in which the malfunction information is multi-valued with respect to the laser irradiation position on the semiconductor device.
  • the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B may be electro-optical frequency mapping images (EOFM (Electro Optical Frequency Mapping) images) generated as follows. That is, reflected light generated by the semiconductor devices S and SR is detected while two-dimensionally scanning the laser light on the semiconductor devices S and SR while the test pattern is repeatedly applied to the semiconductor devices S and SR by the tester 119. Then, after extracting the AC component of the detection signal, frequency analysis at a specific frequency is performed on the detection signal using a frequency analysis device such as a spectrum analyzer or a lock-in detector, and analysis data is output to the computer 17.
  • a frequency analysis device such as a spectrum analyzer or a lock-in detector
  • the computer 17 associates the scanning position of the laser light on the semiconductor device S with the analysis data, thereby obtaining an EOFM image obtained by imaging the signal intensity of the part operating at a specific frequency.
  • the EOFM image is an amplitude image, a phase image, an I / Q image, or the like.
  • the analysis data is the amplitude of the detection signal at a specific frequency
  • the analysis data is the phase (phase difference) between the signal of the specific frequency and the detection signal.
  • the analysis data is an I / Q value (In-phase / Quadrature value) indicating a change in amplitude and phase.
  • electro-optic frequency mapping images acquired by applying different test patterns to the semiconductor device S may be used as the measurement image G 1B and the reference measurement image G 3B .
  • a light source that outputs highly coherent light such as an LED (Light Emitting Diode) light source is adopted as a light source used when acquiring an electric signal image or an electro-optic frequency mapping image.
  • a light source that outputs low-coherence light (incoherent light) such as an SLD (Super Luminescent Diode) light source, an ASE (Amplified Spontaneous Emission) light source, or a lamp light source may be used.
  • the laser light source 7C outputs light having a wavelength that causes multiphoton absorption in the semiconductor device S (for example, a wavelength of 1200 nm or more) and a short pulse width (for example, a pulse width such as sub-picosecond or femtosecond). It may be a light source.
  • the first shape information is extracted from the first pattern image
  • the second pattern image is extracted from the second pattern image.
  • the shape information of 2 may be extracted, and the matching information may be acquired based on the first shape information and the second shape information. In this way, matching information can be easily obtained even when the contrast between the first pattern image and the second pattern image is different.
  • the first field size indicating the range of the first pattern image on the semiconductor device and the second field size indicating the range of the second pattern image on the reference semiconductor device It is also possible to adjust the image size of at least one of the first pattern image and the second pattern image based on the ratio. In this case, even if the visual field sizes of the measurement image and the reference measurement image are different, a comparative image in which the positions of the images on the semiconductor device match can be created.
  • the matching information may be at least one of position information indicating the relative relationship between the first pattern image and the second pattern image, rotation information, and magnification information.
  • the measurement image and the reference measurement image are at least one of a heat generation image, a light emission image, an electric quantity change image, a photocurrent image, a correct / incorrect information image, a phase image, an amplitude image, and an I / Q image of the semiconductor device. It may be one.
  • the comparison image may be an image including an absolute value of a value obtained by the difference, or may be an image including a value obtained by the difference.
  • the first shape information and the second shape information may be extracted based on the contrast of the measurement image and the reference measurement image. In this case, more shape information can be acquired from the measurement image, and an accurate comparison image can be obtained.
  • the ratio of the first visual field size indicating the range of the measurement image on the semiconductor device and the second visual field size indicating the range of the reference measurement image on the reference semiconductor device is set to a ratio. Based on this, it is also possible to adjust the image size of at least one of the measurement image and the reference measurement image. In this way, even if the visual field sizes of the measurement image and the reference measurement image are different, it is possible to create a comparative image in which the positions of the images on the semiconductor device match.
  • the matching information may be at least one of position information, rotation information, and magnification information indicating a relative relationship between the measurement image and the reference measurement image.
  • the measurement image and the reference measurement image are at least one of a heat generation image, a light emission image, an electric quantity change image, a photocurrent image, a correct / error information image, a phase image, an amplitude image, and an I / Q image of the semiconductor device. It may be one.
  • the present invention uses an image processing method, an image processing apparatus, and an image processing program, and can accurately generate a comparative image of a plurality of measurement images of a semiconductor device.

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Abstract

　観察システム１０１Ａにおける画像処理方法は、半導体デバイスＳを対象に測定された測定画像Ｇ１Ｂと、測定画像Ｇ１Ｂに対応する半導体デバイスＳのパターンを示す第１のパターン画像Ｇ２Ｂを取得するステップと、半導体デバイスＳ或いは半導体デバイスＳとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスＳＲを対象に測定された参照用測定画像Ｇ３Ｂと、参照用測定画像Ｇ３Ｂに対応する参照用半導体デバイスＳＲのパターンを示す第２のパターン画像Ｇ４Ｂを取得するステップと、第１のパターン画像Ｇ２Ｂと第２のパターン画像Ｇ４Ｂとに基づいて、第１のパターン画像Ｇ２Ｂと第２のパターン画像Ｇ４Ｂとの相対関係を示すマッチング情報を取得するステップと、マッチング情報を基に、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとの差分を求めることにより比較画像Ｇ５Ｂを取得するステップと、を備える。

Description

画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、及び画像処理プログラムを記憶した記憶媒体
　本発明は、画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理プログラムに関するものである。
　従来から、半導体デバイス等の検査対象デバイス（ＤＵＴ：ｄｅｖｉｃｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｅｓｔ）の画像を取得して、その画像を基に故障箇所の分析等の各種分析が行われている。例えば、下記特許文献１には、半導体ウエハに形成された回路パターンの線幅を測定するための走査型電子顕微鏡を備えた測定装置が開示されている。この装置では、テンプレートを用いて観察画像における位置検出が行われる。
特開２００５－３１０８０５号公報
　ここで、良品の検査対象デバイスと不良品の検査対象デバイス等の複数の検査対象デバイスの測定像を比較する際には、別個に取得された測定像を含む信号画像を比較した比較画像を生成したいというニーズが高まってきている。その場合は、複数の信号画像間の位置合わせの精度が重要である。この場合、上述した方法では、位置あわせの精度が悪く、信号画像とパターン画像を取得する際に手間がかかる。
　そこで、本発明は、半導体デバイスの複数の測定像の比較画像を精度よく生成することが可能な画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る画像処理方法は、半導体デバイスの画像を取得する方法であって、半導体デバイスを対象に測定された測定画像と、測定画像に対応する半導体デバイスのパターンを示す第１のパターン画像を取得するステップと、半導体デバイス或いは半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像と、参照用測定画像に対応する参照用半導体デバイスのパターンを示す第２のパターン画像を取得するステップと、第１のパターン画像と第２のパターン画像とに基づいて、第１のパターン画像と第２のパターン画像との相対関係を示すマッチング情報を取得するステップと、マッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得するステップと、を備える。
　或いは、本発明の他の側面に係る画像処理装置は、半導体デバイスの画像を取得する装置であって、半導体デバイスを対象に測定された測定画像と、測定画像に対応する半導体デバイスのパターンを示す第１のパターン画像と、半導体デバイス或いは半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像と、参照用測定画像に対応する参照用半導体デバイスのパターンを示す第２のパターン画像とを記憶する記憶部と、第１のパターン画像と第２のパターン画像とに基づいて、第１のパターン画像と第２のパターン画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部と、マッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部と、を備える。
　或いは、本発明の他の側面に係る画像処理プログラムは、半導体デバイスの画像を取得する装置を動作させるプログラムであって、コンピュータを、半導体デバイスを対象に測定された測定画像に対応し、半導体デバイスのパターンを示す第１のパターン画像と、半導体デバイス或いは半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像に対応し、参照用半導体デバイスのパターンを示す第２のパターン画像とに基づいて、第１のパターン画像と第２のパターン画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部、及びマッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部、として機能させる。
　このような画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、或いは画像処理プログラムを記憶した記録媒体によれば、半導体デバイスの測定画像に対応した第１のパターン画像と、参照用半導体デバイスの参照用測定画像に対応した第２のパターン画像との間のマッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との位置関係が精度よく得られ、その位置関係を基に測定画像と参照用測定画像との間の比較画像を取得することにより、精度のよい比較画像を得ることができる。
　本発明の更なる他の側面に係る画像処理方法は、半導体デバイスの画像を取得する方法であって、半導体デバイスを対象に測定された測定画像を取得するステップと、半導体デバイス或いは半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像を取得するステップと、測定画像から第１の形状情報を抽出し、参照用測定画像から第２の形状情報を抽出し、第１の形状情報と第２の形状情報とに基づいて、測定画像と参照用測定画像との相対関係を示すマッチング情報を取得するステップと、マッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得するステップと、を備える。
　或いは、本発明の更なる他の側面に係る画像処理装置は、半導体デバイスの画像を取得する装置であって、半導体デバイスを対象に測定された測定画像と、半導体デバイス或いは半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像とを記憶する記憶部と、測定画像から第１の形状情報を抽出し、参照用測定画像から第２の形状情報を抽出し、第１の形状情報と第２の形状情報とに基づいて、測定画像と参照用測定画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部と、マッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部と、を備える。
　或いは、本発明の更なる他の側面に係る画像処理プログラムは、半導体デバイスの画像を取得する装置を動作させるプログラムであって、コンピュータを、半導体デバイスを対象に測定された測定画像から第１の形状情報を抽出し、半導体デバイス或いは半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像から第２の形状情報を抽出し、第１の形状情報と第２の形状情報とに基づいて、測定画像と参照用測定画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部、及びマッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部、として機能させる。
　このような画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、或いは画像処理プログラムを記憶した記録媒体によれば、半導体デバイスの測定画像と、参照用半導体デバイスの参照用測定画像との間のマッチング情報を基に、測定画像と参照用測定画像との位置関係が精度よく得られ、その位置関係を基に測定画像と参照用測定画像との間の比較画像を取得することにより、精度のよい比較画像を得ることができる。さらには、測定画像と参照用測定画像のコントラストが異なる場合であってもマッチング情報を容易に得ることができる。
　本発明によれば、半導体デバイスの複数の測定像の比較画像を精度よく生成することが可能となる。
本発明の第１実施形態にかかる観察システム１０１Ａの概略構成図である。 図１の記憶部１２７に記憶された測定画像のイメージの一例を示す図である。 図１の記憶部１２７に記憶された第１パターン画像のイメージの一例を示す図である。 図１の記憶部１２７に記憶された参照用測定画像のイメージの一例を示す図である。 図１の記憶部１２７に記憶された第２パターン画像のイメージの一例を示す図である。 図１の画像解析部１２９により第２パターン画像から抽出された第２の形状情報の一例を示す図である。 図１の画像処理部１３１により測定画像及び参照用測定画像を基に生成された比較画像の一例を示す図である。
　以下、図面とともに本発明による画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理プログラムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　［第１実施形態］
　図１は、本発明の第１実施形態にかかる画像処理装置である観察システム１０１Ａの概略構成図である。図１に示す観察システム１０１Ａは、半導体メモリやＬＳＩ等のＩＣ（集積回路）、パワーデバイス等の半導体デバイスの発光像を観察するために画像を取得及び処理する光学システムである。この観察システム１０１Ａは、２次元カメラ１０５、照明装置１０７、ミラー１０９、ハーフミラーなどのビームスプリッタ１１１、対物レンズ１１３、ステージ１１５、ＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータ１１７、テスタ１１９、入力装置１２１、及び表示装置１２３を含んで構成されている。
　２次元カメラ１０５は、近赤外波長に感度を有するＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサを内蔵したカメラ、ＩｎＧａＡｓカメラ、又はＭＣＴ（Mercury Cadmium Tellu）カメラであり、ステージ１１５に載置される半導体デバイスＳの反射像、及び発光像等の２次元像を撮像する。この２次元カメラ１０５は、対物レンズ１１３及びミラー１０９及びビームスプリッタ１１１を介して半導体デバイスＳの２次元像を検出する。
　対物レンズ１１３は、半導体デバイスＳに対向して設けられ、２次元カメラ１０５に結像する像の倍率を設定する。この対物レンズ１１３には、対物レンズ切替手段１２５と複数の倍率の異なるレンズとが含まれ、２次元カメラ１０５に像を結ぶ対物レンズ１１３を、高倍率レンズと低倍率レンズとの間で切り替える機能を有する。
　ミラー１０９は、半導体デバイスＳの反射像及び発光像を２次元カメラ５に向けて反射させる。ビームスプリッタ１１１は、ミラー１０９によって反射された反射像及び発光像を２次元カメラ１０５に向けて透過させるとともに、照明装置１０７から出射されたパターン像生成用の照明光をミラー１０９に向けて反射させることにより、その照明光をミラー１０９及び対物レンズ１１３を経由して半導体デバイスＳに照射する。
　テスタ１１９は、半導体デバイスＳに所定の電気信号のテストパターン、所定の電圧、又は所定の電流を印加する。このテストパターンの印加によって、半導体デバイスＳの故障に起因する発光像が発生する。
　コンピュータ１１７は、２次元カメラ１０５で取得された画像を処理する画像処理装置である。詳細には、コンピュータ１１７は、機能的構成要素として、記憶部１２７、画像解析部１２９、画像処理部１３１、及び制御部１３３により構成されている。また、コンピュータ１１７には、コンピュータ１１７に対してデータを入力するためのマウス、キーボード等の入力装置１２１、コンピュータ１１７による画像処理結果を表示するためのディスプレイ装置等の表示装置１２３が付属している。
　図１に示すコンピュータ１１７の各機能部は、コンピュータ１１７のＣＰＵ等の演算処理装置がコンピュータ１１７の内蔵メモリやハードディスクドライブなどの記憶媒体に格納されたコンピュータプログラム（画像処理プログラム）を実行することによって実現される機能である。コンピュータ１１７の演算処理装置は、このコンピュータプログラムを実行することによってコンピュータ１１７を図１の各機能部として機能させ、後述する画像処理方法に対応する処理を順次実行する。このコンピュータプログラムの実行に必要な各種データ、及び、このコンピュータプログラムの実行によって生成された各種データは、全て、コンピュータ１１７のＲＯＭやＲＡＭ等の内蔵メモリやハードディスクドライブなどの記憶媒体に格納される。
　ここで、コンピュータ１１７の各機能部の機能について説明する。記憶部１２７は、２次元カメラ１０５によって取得された半導体デバイスＳの発光像が検出された測定画像、２次元カメラ１０５によって取得された半導体デバイスＳのパターン像が検出された第１パターン画像、２次元カメラ１０５によって取得された参照用半導体デバイスＳＲの発光像が検出された参照用測定画像、及び２次元カメラ１０５によって取得された参照用半導体デバイスＳＲのパターン像が検出された第２パターン画像を、順次記憶する。画像解析部１２９及び画像処理部１３１は、記憶部１２７に記憶された画像を対象に各種の画像データ処理を実行する。詳細には、画像解析部１２９は、記憶部１２７に記憶された第１パターン画像と第２パターン画像との位置、サイズ、及び角度に関する相対関係を示すマッチング情報を取得する。また、画像処理部１３１は、画像解析部１２９によって取得されたマッチング情報を参照しながら、測定画像と参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する。制御部１３３は、コンピュータ１１７におけるデータ処理、及びコンピュータ１１７に接続されたデバイスの処理を制御する。例えば、制御部１３３は、照明装置１０７による照明光の出射、２次元カメラ１０５による撮像、対物レンズ１１３の倍率の切り替え、テスタ１１９によるテストパターンの印加、表示装置１２３による観察結果（比較画像等）の表示を制御する。
　以下、観察システム１０１Ａによる比較画像の生成手順を説明するとともに、本実施形態に係る画像処理方法について詳述する。
　まず、ステージ１１５に計測用の半導体デバイスＳが載置された後に、コンピュータ１１７により、入力装置１２１を利用して観察システム１０１Ａの操作者から半導体デバイスの観察処理の開始指示が受け付けられる。そうすると、制御部１３３の制御により、対物レンズ１１３が予め設定された倍率に設定され、２次元カメラ１０５の感度が高ゲインに切り替えられ、テスタ１１９によるテストパターンの印加が開始される。この状態で、制御部１３３の制御により、２次元カメラ１０５によって半導体デバイスＳの発光像を含む測定画像が取得されて記憶部１２７に記憶される（ステップＢ１－１：発光像取得ステップ）。この測定画像は、所定の露光時間で連続的に撮像された複数枚の画像データが加算されることにより生成される。図２には、記憶部１２７に記憶された測定画像のイメージの一例を示している。この測定画像Ｇ１Ｂには、テストパターンの印加に伴って半導体デバイスＳの故障箇所等の観察対象箇所から発せられる発光像が含まれる。
　次に、制御部１３３の制御により、対物レンズ１１３の倍率が維持されたままで、テスタ１１９によるテストパターンの印加が停止されるとともに、照明装置１０７による照明光の出射が開始され、２次元カメラ１０５の感度が低ゲインに切り替えられる。この状態で、制御部１３３の制御により、２次元カメラ１０５によって半導体デバイスＳの反射像を含む第１パターン画像が取得されて記憶部１２７に記憶される（ステップＢ１－２：パターン像取得ステップ）。図３には、記憶部１２７に記憶された第１パターン画像のイメージの一例を示している。この第１パターン画像Ｇ２Ｂには、半導体デバイスＳからの反射像が撮像されることによるパターン像が含まれ、このパターン像は、半導体デバイスＳのパターンを表す画像となる。すなわち、第１パターン画像Ｇ２Ｂは、測定画像Ｇ１Ｂに含まれる発光像に位置的に一致する（対応する）パターン像を表すものとなる。
　その後、ステージ１１５に半導体デバイスＳと同一或いは異なる参照用半導体デバイスＳＲが載置された状態で、制御部１３３の制御により、テスタ１１９によるテストパターンの印加が開始されるとともに、対物レンズ１１３が予め設定された倍率に設定され、２次元カメラ１０５の感度が高ゲインに切り替えられる。この状態で、制御部１３３の制御により、２次元カメラ１０５によって参照用半導体デバイスＳＲの発光像を含む参照用測定画像が取得されて記憶部１２７に記憶される（ステップＢ２－１：発光像取得ステップ）。この参照用測定画像は、所定の露光時間で連続的に撮像された複数枚の画像データが加算されることにより生成される。図４には、記憶部１２７に記憶された参照用測定画像のイメージの一例を示している。この参照用測定画像Ｇ３Ｂには、テストパターンの印加に伴って参照用半導体デバイスＳＲから発せられる発光像が含まれる。
　次に、制御部１３３の制御により、対物レンズ１１３の倍率が維持されたままで、テスタ１１９によるテストパターンの印加が停止されるとともに、照明装置１０７による照明光の出射が開始され、２次元カメラ１０５の感度が低ゲインに切り替えられる。この状態で、制御部１３３の制御により、２次元カメラ１０５によって参照用半導体デバイスＳＲの反射像を含む第２パターン画像が取得されて記憶部１２７に記憶される（ステップＢ２－２：パターン像取得ステップ）。図５には、記憶部１２７に記憶された第２パターン画像のイメージの一例を示している。この第２パターン画像Ｇ４Ｂには、参照用半導体デバイスＳＲからの反射像が撮像されることによるパターン像が含まれ、このパターン像は、参照用半導体デバイスＳＲのパターンを表す画像となる。すなわち、第２パターン画像Ｇ４Ｂは、参照用測定画像Ｇ３Ｂに含まれる発光像に位置的に一致する（対応する）パターン像を表すものとなる。
　その後、画像解析部１２９により、記憶部１２７に記憶された第１パターン画像Ｇ２Ｂと第２パターン画像Ｇ４Ｂとに基づいて、マッチング情報が取得される（ステップＢ３：マッチング情報取得ステップ）。
　このステップＢ３では、まず、第１パターン画像Ｇ２Ｂの半導体デバイスＳ上の範囲の大きさである視野サイズと、第２パターン画像Ｇ４Ｂの参照用半導体デバイスＳＲ上の範囲の大きさである視野サイズとの比率に基づいて、第１パターン画像Ｇ２Ｂ或いは第２パターン画像Ｇ４Ｂの少なくともいずれか一方の画像サイズを調整する（ステップＢ３－１：パターン画像調整ステップ）。より具体的には、画像解析部１２９は、第１パターン画像Ｇ２Ｂを取得した際の対物レンズ１１３の倍率と第２パターン画像Ｇ４Ｂを取得した際の対物レンズ１１３の倍率とを取得し、それぞれの逆数を第１パターン画像Ｇ２Ｂ及び第２パターン画像Ｇ４Ｂの視野サイズを示す数値とする。そして、画像解析部１２９は、それらの数値をもとに第２パターン画像Ｇ４Ｂのサイズを第１パターン画像Ｇ２Ｂ上の画像サイズに合うように調整する。例えば、第１パターン画像Ｇ２Ｂを取得した際の倍率が１５倍、第２パターン画像Ｇ４Ｂを取得した際の倍率が１００倍の場合には、それぞれの視野サイズを１／１５、１／１００とし、第２パターン画像Ｇ４Ｂの画像サイズを１５／１００倍に調整する。ここで、画像解析部１２９は、第１パターン画像Ｇ２Ｂと第２パターン画像Ｇ４Ｂの画像サイズを調整する際には、第１パターン画像Ｇ２Ｂの画像サイズを調整してもよいし、双方を同一倍率の別の画像サイズに調整してもよい。
　次に、画像解析部１２９は、第１パターン画像Ｇ２Ｂと画像サイズの調整された第２パターン画像Ｇ４Ｂとを対象に、形状ベースマッチングを行う（ステップＢ３－２：形状ベースマッチングステップ）。この形状ベースマッチングによりマッチング処理を行うことで、コントラストの異なるパターン画像Ｇ２Ｂ，Ｇ４Ｂを対象にした場合でも精度よくマッチングできる。詳細には、画像解析部１２９は、第１パターン画像Ｇ２Ｂ及び第２パターン画像Ｇ４Ｂから、それぞれの輪郭線（エッジライン）を第１及び第２の形状情報として抽出する。そして、画像解析部１２９は、第１の形状情報と第２の形状情報との間で互いに類似する類似パターンを検索する。図６には、画像解析部１２９により第２パターン画像Ｇ４Ｂから抽出された第２の形状情報の一例を示している。このように、第２パターン画像Ｇ４Ｂに含まれるパターン像の輪郭線が、第２の形状情報Ｐ４Ｂとして抽出される。ここで、画像解析部１２９は、形状ベースマッチングを行う際には、第１パターン画像Ｇ２Ｂ及び第２パターン画像Ｇ４Ｂの両方或いは片方の解像度を複数階層に変化させてピラミッドレベルによるマッチングを行う。すなわち、第１パターン画像Ｇ２Ｂ及び第２パターン画像Ｇ４Ｂの両方或いは片方の低解像度画像を複数の解像度で取得し、第１パターン画像Ｇ２Ｂ及び第２パターン画像Ｇ４Ｂをマッチングさせる際に、低解像度の高階層画像から高解像度の低階層画像に順次他方の画像との形状マッチング処理を進める。これにより、高速なマッチング処理を実現する。なお、画像解析部１２９は、第１パターン画像Ｇ２Ｂ及び第２パターン画像Ｇ４Ｂのコントラストや元の画像の解像度に応じて、ピラミッドの階層数を設定してもよい。
　その後、画像解析部１２９は、形状ベースマッチングの結果から、第１パターン画像Ｇ２Ｂと第２パターン画像Ｇ４Ｂとの相対関係を示すマッチング情報を取得する（ステップＢ３－３：情報取得ステップ）。このようなマッチング情報としては、第２パターン画像Ｇ４Ｂに対する第１パターン画像Ｇ２Ｂの位置を示す位置情報、第２パターン画像Ｇ４Ｂに対する第１パターン画像Ｇ２Ｂの画像面上の回転角度を示す角度情報、及び第２パターン画像Ｇ４Ｂに対する第１パターン画像Ｇ２Ｂの倍率が含まれる。
　ステップＢ３の処理後に、画像処理部１３１により、画像解析部１２９により取得されたマッチング情報を基に、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとが差分処理されることにより比較画像が取得され、表示装置１２３にその比較画像が表示される（ステップＢ４：比較画像取得ステップ）。詳細には、画像処理部１３１は、マッチング情報を基に、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂの少なくとも一方の画像サイズ、画像位置、及び画像角度を、他方に合うように調整する。そして、画像処理部１３１により、調整された測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂの画素毎の差分値が画像化されて比較画像が生成される。この際、比較画像は、差分値の絶対値を濃淡や輝度で表すものとして生成されてもよいし、差分値を相対値としてカラー画像化して表すものとして生成されてもよい。また、比較画像は、測定画像Ｇ１Ｂから参照用測定画像Ｇ３Ｂを差分して求めたものであってもよいし、参照用測定画像Ｇ３Ｂから測定画像Ｇ１Ｂを差分して求めたものであってもよい。図７には、画像処理部１３１により測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂを基に生成された比較画像Ｇ５Ｂの一例を示している。このように、比較画像Ｇ５Ｂには、参照用測定画像Ｇ３Ｂ及び測定画像Ｇ１Ｂにおける発光像の違いが複数の比較像Ｇ５１Ｂ～Ｇ５４Ｂとして現れる。
　以上説明した観察システム１０１Ａ及びそれを用いた画像処理方法によれば、半導体デバイスＳの測定画像Ｇ１Ｂに対応した第１パターン画像Ｇ２Ｂと、参照用半導体デバイスＳＲの参照用測定画像Ｇ３Ｂに対応した第２パターン画像Ｇ４Ｂとの間のマッチング情報を基に、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとの位置関係が精度よく得られ、その位置関係を基に測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとの間の比較画像Ｇ５Ｂを取得することにより、精度のよい比較画像を得ることができる。その結果、半導体デバイスＳと参照用半導体デバイスＳＲとのテストパターンへの発光反応の違いを容易に特定することができる。
　また、第１及び第２パターン画像Ｇ２Ｂ，Ｇ４Ｂからそれぞれ形状情報が抽出され、それらの形状情報を基にマッチング情報が取得される。こうすれば、第１及び第２パターン画像Ｇ２Ｂ，Ｇ４Ｂのコントラストが異なる場合であってもマッチング情報を容易に得ることができる。
　また、第１及び第２パターン画像Ｇ２Ｂ，Ｇ４Ｂの視野サイズの比に基づいて、第１及び第２パターン画像Ｇ２Ｂ，Ｇ４Ｂの少なくともいずれかの画像サイズが調整される。この場合、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂの視野サイズが異なっていても、互いの画像の半導体デバイスＳ，ＳＲ上の位置が一致した比較画像Ｇ５Ｂを作成することができる。
　さらに、第１及び第２パターン画像Ｇ２Ｂ，Ｇ４Ｂの相対関係を示す位置情報、回転情報、及び倍率情報がマッチング情報として利用される。これにより、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとの位置関係を簡易に得ることができ、これを基に比較画像Ｇ５Ｂを簡易に取得できる。
　［第１実施形態の第１の変形例］
　次に、本発明の第１実施形態の第１の変形例について、第１実施形態との相違点のみ説明する。なお、この変形例に係る観察システムの構成は、図１に示した観察システム１０１Ａの構成と同様である。
　本実施形態における比較画像の生成手順では、以下の点が第１実施形態と異なる。
　すなわち、ステップＢ１－１が実行されて測定画像Ｇ１Ｂが取得されて記憶部１２７に記憶された後、ステップＢ１－２の第１パターン画像Ｇ２Ｂの取得処理は省略される。さらに、ステップＢ２－１が実行されて参照用測定画像Ｇ３Ｂが取得されて記憶部１２７に記憶された後、ステップＢ２－２の第２パターン画像Ｇ４Ｂの取得処理は省略される。
　その後、ステップＢ３の処理では、画像解析部１２９により、記憶部１２７に記憶された測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとに基づいて、マッチング情報が取得される。すなわち、ステップＢ３－１において、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂの視野サイズとの比率に基づいて、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂの少なくともいずれか一方の画像サイズが調整される。次に、ステップＢ３－２において、画像解析部１２９は、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂを対象に、形状ベースマッチングを行う。詳細には、画像解析部１２９は測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂから、それぞれの輪郭線（エッジライン）を第１及び第２の形状情報として抽出する。その際、画像解析部１２９は、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂをそれらのコントラスト（輝度値）を基に多値化し、輝度値の差によって生じる境界も第１及び第２の形状情報として利用する。発光画像などの測定画像は、パターン画像に比べて形状情報が少ないが、輝度値の差によって生じる境界を形状として認識することで、より多くの形状情報を取得でき、マッチング精度が向上する。そして、画像解析部１２９は、第１の形状情報と第２の形状情報との間で互いに類似する類似パターンを検索する。その後、ステップＢ３－３では、画像解析部２９は、形状ベースマッチングの結果から、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとの相対関係を示すマッチング情報を取得する。
　ステップＢ４では、画像処理部１３１により、画像解析部１２９により取得されたマッチング情報を基に、測定画像Ｇ１Ｂと参照用測定画像Ｇ３Ｂとが差分処理されることにより比較画像が取得され、表示装置１２３にその比較画像が表示される。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態及び第１実施形態の第１の変形例で取得される参照用測定画像Ｇ３Ｂは、半導体デバイスＳと異なる参照用半導体デバイスＳＲの発光画像である場合には限定されず、同一の半導体デバイスＳに対し、測定画像Ｇ１Ｂを取得した際とは異なるテストパターンを印加した際の発光画像を参照用測定画像Ｇ３Ｂとしてもよい。
　また、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂは、半導体デバイスの発光像や発熱像には限定されない。例えば、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂは、半導体デバイスＳ，ＳＲ上に２次元的にレーザ光を走査しながら半導体デバイスＳ，ＳＲで生じる電気信号を検出し、半導体デバイスＳ上のレーザ光の走査位置と電気信号の特性値とを関連付けることにより画像化された電気信号画像であってもよい。このような電気信号画像としては、光起電流画像であるＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current）画像、電気量変化画像であるＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）画像、正誤情報画像であるＳＤＬ（Soft Defect Localization）画像などが挙げられる。
　ＯＢＩＣ画像は、レーザ光によって生じた光起電流を電気信号の特性値（電流値又は電流変化値）として検出し、これらの特性値をレーザ照射位置情報と対応付けて画像化して取得されたものである。また、ＯＢＩＲＣＨ画像は、半導体デバイスに一定の電流を印加した状態でレーザ光を走査することにより、半導体デバイスのレーザ光の照射位置の抵抗値の変化による電気信号の特性値（電圧値又は電圧変化値）を画像化したものである。すなわち、ＯＢＩＲＣＨ画像は、電圧変化値とレーザ照射位置情報とを対応付けて画像化したものである。なお、ＯＢＩＲＣＨ画像は、半導体デバイスに一定の電圧を印加した状態でレーザ光を走査することにより、半導体デバイスのレーザ光の照射位置の抵抗値の変化による電気信号の電流変化値を画像化したものであってもよい。また、ＳＤＬ画像は、ＤＡＬＳ（Dynamic Analysis by Laser Stimulation）画像又はＬＡＤＡ（Laser Assisted Device Alteration）画像とも呼ばれ、半導体デバイスにテストパターンを印加した状態でレーザ光を走査して誤動作状態を検出することにより、半導体デバイス上のレーザ照射位置に対して誤作動情報を多値化した正誤情報として画像化して取得されるものである。
　また、測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂは、次のようにして生成された電気光学周波数マッピング画像（ＥＯＦＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍａｐｐｉｎｇ）画像）であってもよい。すなわち、テスタ１１９によりテストパターンを半導体デバイスＳ，ＳＲに繰り返し印加した状態でレーザ光を半導体デバイスＳ、ＳＲ上に２次元的に走査しながら半導体デバイスＳ，ＳＲで生じる反射光を検出する。そして、検出信号のＡＣ成分を抽出した後に、スペクトラムアナライザやロックイン検出器などの周波数解析装置を用いて検出信号に対して特定の周波数における周波数解析を行い、解析データをコンピュータ１７に出力する。さらに、コンピュータ１７で、レーザ光の半導体デバイスＳ上の走査位置と解析データとを関連付けることにより、特定の周波数で動作している部位の信号強度を画像化したＥＯＦＭ画像を取得する。なお、ＥＯＦＭ画像は、振幅画像や位相画像、Ｉ／Ｑ画像などである。振幅画像の場合、解析データは、特定の周波数での検出信号の振幅となり、位相画像の場合、解析データは、特定の周波数の信号と検出信号との位相（位相差）となる。また、Ｉ／Ｑ（In-phase／Quadrature）画像の場合、解析データは、振幅及び位相の変化を示すＩ／Ｑ値（In-phase／Quadrature値）となる。また、半導体デバイスＳに異なるテストパターンを印加して取得した電気光学周波数マッピング画像を測定画像Ｇ１Ｂ及び参照用測定画像Ｇ３Ｂとしてもよい。
　また、電気信号画像や電気光学周波数マッピング画像取得時に用いられる光源としては、レーザ光源のほかにもＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）光源などのコヒーレンス性の高い光（コヒーレントな光）を出力する光源を採用してもよいし、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｏｄｅ）光源やＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源やランプ光源などのコヒーレンス性の低い光（インコヒーレントな光）を出力する光源を採用してもよい。また、レーザ光源７Ｃは、半導体デバイスＳにおいて、多光子吸収を起こさせる波長（例えば、１２００ｎｍ以上の波長）であり、パルス幅の短い（例えば、サブピコ秒やフェムト秒といったパルス幅）光を出力する光源であってもよい。
　ここで、上記の画像処理方法、画像処理装置、或いは画像処理プログラムにおいては、マッチング情報を取得するステップでは、第１のパターン画像から第１の形状情報を抽出し、第２のパターン画像から第２の形状情報を抽出し、第１の形状情報及び第２の形状情報を基にマッチング情報を取得する、ことでもよい。こうすれば、第１のパターン画像と第２のパターン画像のコントラストが異なる場合であってもマッチング情報を容易に得ることができる。
　また、マッチング情報を取得するステップでは、第１のパターン画像の半導体デバイス上の範囲を示す第１の視野サイズと、第２のパターン画像の参照用半導体デバイス上の範囲を示す第２の視野サイズとの比に基づいて、第１のパターン画像及び第２のパターン画像の少なくともいずれか一方の画像サイズを調整する、ことでもよい。この場合、測定画像と参照用測定画像の視野サイズが異なっていても、互いの画像の半導体デバイス上の位置が一致した比較画像を作成することができる。
　さらに、マッチング情報は、第１のパターン画像と第２のパターン画像との相対関係を示す位置情報、回転情報、及び倍率情報の少なくとも１つであってもよい。かかるマッチング情報を利用すれば、測定画像と参照用測定画像との位置関係を簡易に得ることができ、これを基に比較画像を簡易に取得できる。
　またさらに、測定画像及び参照用測定画像は、半導体デバイスの発熱画像、発光画像、電気量変化画像、光起電流画像、正誤情報画像、位相画像、振幅画像及びＩ／Ｑ画像のうちの少なくとも１つであってもよい。
　また、比較画像は、差分により得られた値の絶対値を含む画像であってもよく、差分により得られた値を含む画像であってもよい。かかる比較画像を取得することにより、半導体デバイスと参照用半導体デバイスとの測定画像の比較結果を顕在化させて簡易に得ることができる。
　また、マッチング情報を取得するステップでは、測定画像及び参照用測定画像のコントラストに基づいて、第１の形状情報及び第２の形状情報を抽出する、ことでもよい。この場合、測定画像からより多くの形状情報を取得することができ、精度のよい比較画像を得ることができる。
　さらに、マッチング情報を取得するステップでは、測定画像の半導体デバイス上の範囲を示す第１の視野サイズと、参照用測定画像の参照用半導体デバイス上の範囲を示す第２の視野サイズとの比に基づいて、測定画像及び参照用測定画像の少なくともいずれか一方の画像サイズを調整する、ことでもよい。こうすれば、測定画像と参照用測定画像の視野サイズが異なっていても、互いの画像の半導体デバイス上の位置が一致した比較画像を作成することができる。
　またさらに、マッチング情報は、測定画像と参照用測定画像との相対関係を示す位置情報、回転情報、及び倍率情報の少なくとも１つであってもよい。かかるマッチング情報を用いれば、測定画像と参照用測定画像との位置関係を簡易に得ることができ、これを基に比較画像を簡易に取得できる。
　さらにまた、測定画像及び参照用測定画像は、半導体デバイスの発熱画像、発光画像、電気量変化画像、光起電流画像、正誤情報画像、位相画像、振幅画像及びＩ／Ｑ画像のうちの少なくとも１つであってもよい。
　本発明は、画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理プログラムを使用用途とし、半導体デバイスの複数の測定像の比較画像を精度よく生成することができるものである。
　１０１Ａ…観察システム、１０５…２次元カメラ、１０７…照明装置、１０９…ミラー、１１１…ビームスプリッタ、１１３…対物レンズ、１１５…ステージ、１１７…コンピュータ、１１９…テスタ、１２５…対物レンズ切替手段、１２７…記憶部、１２９…画像解析部、１３１…画像処理部、１３３…制御部、Ｇ１Ｂ…測定画像、Ｇ２Ｂ…第１パターン画像、Ｇ４Ｂ…第２パターン画像、Ｇ３Ｂ…参照用測定画像、Ｇ５Ｂ…比較画像、Ｐ４Ｂ…形状情報、Ｓ，ＳＲ…半導体デバイス。

Claims (18)

  1. 　半導体デバイスを対象に測定された測定画像と、前記測定画像に対応する前記半導体デバイスのパターンを示す第１のパターン画像を取得する第１ステップと、
    　前記半導体デバイス或いは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像と、前記参照用測定画像に対応する前記参照用半導体デバイスのパターンを示す第２のパターン画像を取得する第２ステップと、
    　前記第１のパターン画像と前記第２のパターン画像とに基づいて、前記第１のパターン画像と前記第２のパターン画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する第３ステップと、
    　前記マッチング情報を基に、前記測定画像と前記参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する第４ステップと、
    を備えることを特徴とする画像処理方法。
  2. 　前記第３ステップでは、前記第１のパターン画像から第１の形状情報を抽出し、前記第２のパターン画像から第２の形状情報を抽出し、前記第１の形状情報及び前記第２の形状情報を基にマッチング情報を取得する、
    ことを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
  3. 　前記第３ステップでは、前記第１のパターン画像の前記半導体デバイス上の範囲を示す第１の視野サイズと、前記第２のパターン画像の前記参照用半導体デバイス上の範囲を示す第２の視野サイズとの比に基づいて、前記第１のパターン画像及び前記第２のパターン画像の少なくともいずれか一方の画像サイズを調整する、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理方法。
  4. 　前記マッチング情報は、前記第１のパターン画像と前記第２のパターン画像との相対関係を示す位置情報、回転情報、及び倍率情報の少なくとも１つである、
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の画像処理方法。
  5. 　前記測定画像及び前記参照用測定画像は、前記半導体デバイスの発熱画像、発光画像、電気量変化画像、光起電流画像、正誤情報画像、位相画像、振幅画像、及びＩ／Ｑ画像のうちの少なくとも１つである、
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の画像処理方法。
  6. 　半導体デバイスを対象に測定された測定画像と、前記測定画像に対応する前記半導体デバイスのパターンを示す第１のパターン画像と、前記半導体デバイス或いは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像と、前記参照用測定画像に対応する前記参照用半導体デバイスのパターンを示す第２のパターン画像とを記憶する記憶部と、
    　前記第１のパターン画像と前記第２のパターン画像とに基づいて、前記第１のパターン画像と前記第２のパターン画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部と、
    　前記マッチング情報を基に、前記測定画像と前記参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
  7. 　コンピュータを、
    　半導体デバイスを対象に測定された測定画像に対応し、前記半導体デバイスのパターンを示す第１のパターン画像と、前記半導体デバイス或いは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像に対応し、前記参照用半導体デバイスのパターンを示す第２のパターン画像とに基づいて、前記第１のパターン画像と前記第２のパターン画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部、及び
    　前記マッチング情報を基に、前記測定画像と前記参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部、
    として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
  8. 　請求項７記載の画像処理プログラムを記憶した記憶媒体。
  9. 　半導体デバイスを対象に測定された測定画像を取得する第１ステップと、
    　前記半導体デバイス或いは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像を取得する第２ステップと、
    　前記測定画像から第１の形状情報を抽出し、前記参照用測定画像から第２の形状情報を抽出し、前記第１の形状情報と前記第２の形状情報とに基づいて、前記測定画像と前記参照用測定画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する第３ステップと、
    　前記マッチング情報を基に、前記測定画像と前記参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する第４ステップと、
    を備えることを特徴とする画像処理方法。
  10. 　前記比較画像は、差分により得られた値の絶対値を含む画像である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像処理方法。
  11. 　前記比較画像は、差分により得られた値を含む画像である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像処理方法。
  12. 　前記第３ステップでは、前記測定画像及び前記参照用測定画像のコントラストに基づいて、前記第１の形状情報及び前記第２の形状情報を抽出する、
    ことを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載の画像処理方法。
  13. 　前記第３ステップでは、前記測定画像の前記半導体デバイス上の範囲を示す第１の視野サイズと、前記参照用測定画像の前記参照用半導体デバイス上の範囲を示す第２の視野サイズとの比に基づいて、前記測定画像及び前記参照用測定画像の少なくともいずれか一方の画像サイズを調整する、
    ことを特徴とする請求項９～１２のいずれか１項に記載の画像処理方法。
  14. 　前記マッチング情報は、前記測定画像と前記参照用測定画像との相対関係を示す位置情報、回転情報、及び倍率情報の少なくとも１つである、
    ことを特徴とする請求項９～１３のいずれか１項に記載の画像処理方法。
  15. 　前記測定画像及び前記参照用測定画像は、前記半導体デバイスの発熱画像、発光画像、電気量変化画像、光起電流画像、正誤情報画像、位相画像、振幅画像、及びＩ／Ｑ画像のうちの少なくとも１つである、
    ことを特徴とする請求項９～１４のいずれか１項に記載の画像処理方法。
  16. 　半導体デバイスを対象に測定された測定画像と、前記半導体デバイス或いは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像とを記憶する記憶部と、
    　前記測定画像から第１の形状情報を抽出し、前記参照用測定画像から第２の形状情報を抽出し、前記第１の形状情報と前記第２の形状情報とに基づいて、前記測定画像と前記参照用測定画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部と、
    　前記マッチング情報を基に、前記測定画像と前記参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
  17. 　コンピュータを、
    　半導体デバイスを対象に測定された測定画像から第１の形状情報を抽出し、前記半導体デバイス或いは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスである参照用半導体デバイスを対象に測定された参照用測定画像から第２の形状情報を抽出し、前記第１の形状情報と前記第２の形状情報とに基づいて、前記測定画像と前記参照用測定画像との相対関係を示すマッチング情報を取得する画像解析部、及び
    　前記マッチング情報を基に、前記測定画像と前記参照用測定画像との差分を求めることにより比較画像を取得する画像処理部、
    として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
  18. 　請求項１７記載の画像処理プログラムを記憶した記憶媒体。
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