JP2006066478A - パターンマッチング装置及びそれを用いた走査型電子顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
走査型電子顕微鏡で撮影した半導体デバイスの画像と、前記半導体デバイスの設計データ間のパターンマッチング処理を行い、パターン形状の評価や、検査位置の検出などを行う場合、複雑な画像処理パラメータの設定が必要であるという問題があった。
【解決手段】
本発明のパターンマッチング装置は、例えば走査型電子顕微鏡システムに搭載することができ、SEM画像から直感的に得られるホワイトバンドの幅に関連する画像処理パラメータを利用してフィルタパラメータを変更することにより、SEM画像に含まれたパターンを高精度に抽出し、設計データとパターンのマッチング処理を行うものであり、SEMで撮影した半導体デバイスのパターン形状と設計データの一致度計算や、設計データ内からSEM画像のパターンと一致する位置検出,SEM画像内から設計データのパターンと一致する位置検出に利用することができる。
【選択図】図1
Description
SEMで撮影した半導体デバイスの画像からパターンを抽出する際に、SEM特有のノイズとパターンを分離するための閾値を設けているが、SEMのノイズは、SEMの撮像部や試料の状態によって変化するため、半導体検査の工程においては頻繁に閾値の変更が必要となり、検査工程の低下につながる可能性がある。そして、このような閾値の設定は
SEM画像から直感的に決定できるものでなく、画像処理の知識,経験を有するため、
SEMを扱うオペレータにとっては設定が困難であるという問題がある。
105や、パターンマッチング結果や画像処理結果を格納するメモリ,制御用計算機204の指示に従って画像処理プログラムや画像処理全般を制御するCPU,画像処理を高速に実行するためのASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA
(Field Programmable Gate Array) などのハードウェア,SEM画像105の入力を行うための信号入力IF1,パターンマッチングに利用するSEM画像105および画像処理機能の画像処理用データ209を制御用計算機204から入力するための信号入力IF2,SEM画像および画像処理結果207等のデータを制御用計算機204に転送するための信号出力IFで構成されている。
SEM画像105と、SEM画像105から半導体デバイスのパターン画像107を抽出するためのホワイトバンドの幅に関する情報104を入力することにより、SEM画像
105に含まれているパターン画像107の抽出を高精度に行い、抽出したパターン画像107を設計データとマッチングを行うためのベクタデータ108に変換し、設計データ106とSEM画像105から抽出したベクタデータ108間のパターンマッチングを行って、マッチング値109を出力するものである。
310,311よりも暗く写し出されるようになる。
105内における設計データ106の座標位置、もしくは設計データ106内における
SEM画像105の座標位置がマッチング結果となる。例えば図4(d)に示すような
SEM画像内から図4(a)の設計データと同じ形状をもつ画像位置を検出するためには、図4(e)に示すようにSEM画像を構成する各領域と、設計データとの一致度をパターンマッチングにより求めていき、最も一致度が高い座標位置の情報をマッチング結果として出力すればよい。
SEM画像105上のホワイトバンドは図5(a)に示すように幅をもった画像情報であり、凸形状の輝度分布をもつ。このため、精度の高いパターンマッチングを行うには、
SEM画像105内のホワイトバンドの像から、設計データ106に対応する線分を抽出する必要がある。ホワイトバンドのピーク位置付近が設計データ106の形状に対応するため、パターン抽出部101では、SEM画像105に含まれているノイズを低減し、ホワイトバンドのピーク位置付近を抽出した画像を生成する。
(Output〔y〕〔x〕)を画素データから抽出するものである。実際の装置システムにおいては、フィルタリング処理は、各係数と各画素の輝度値を乗算するための乗算器と、各画素位置における乗算結果を加算する加算器のハードウェアで構成することができる。
図6(a)(b)に示すマトリクスは画像上の数画素の範囲に連続的に存在している凸形状の輝度パターンを抽出するものであり、凸形状のホワイトバンドのピーク位置の画素の輝度値と凸形状のピーク位置の両側に存在する傾斜部の画素の輝度値との差が大きいホワイトバンドの輝度パターンを強調するものである。
204経由で本発明の画像処理装置202のメモリに保存する。各フィルタ部は、前記の検出方向に関する設定値を参照し、検出設定されていないフィルタ部はフィルタリング結果を常に0にする。これにより、検出設定されていないフィルタ結果は出力されなくなり、任意の方向に連続するホワイトバンドのみを抽出することが実現できる。
K(0〜2,5),K(0〜2,6)及びK(0〜2,7)の値をK=0とし、フィルタ係数K(0〜2,0),フィルタ係数K(0〜2,8)の値をK=−1とし、フィルタ係数K(0〜2,4)の値をK=2としたものであり、この場合の輝度プロファイル902をグラフに示す。
203に表示する(ステップ1902)。操作者が入力したホワイトバンド幅の設定値をメモリに保存する(ステップ1903)。ホワイトバンド幅の設定値を画像処理装置202のメモリに設定し(ステップ1904)、プログラムを終了する。また、以上説明したようなSEM画像105の表示を行わなくても、ホワイトバンドの幅が想定できる場合は、1901,1902の手順を省いたプログラムでもよい。
1202,直線近似処理1203を行うことによりベクタデータを生成することができる。
1214,1216側から線分の中心に向って黒色の画素に置き換えていくという作業を最後の中心の画素が残るまで繰り返すことにより、最終的に残る中心線を検出する手法がある。細線化部は、テンプレート画像とパターン画像の各画素を比較し、テンプレート画像とパターン画像が一致した場合、パターン画像の輝度値を黒画素に置き換え、一致しない場合は、パターン画像の輝度値をそのまま出力するような比較器のハードウェアで構成することが可能である。
(a)のように連結している画素が2画素の場合は、ベクタデータの始点,終点が2つの画素の座標情報となる。また、図13(b)に示すように連結した画素が3画素以上の場合、始点と終点を結ぶ直線1301の式を求め、始点,終点間に存在する画素1302との距離1303を求める。始点,終点を結ぶ直線1301と、その間に存在する画素1302との距離1302が許容範囲であれば、その画素は直線上に存在するもの判定し、始点と終点の座標値を出力する。始点,終点間の直線と始点,終点間にある画素の距離が許容範囲を外れた場合は、直線上のものでないと判定し、その画素を始点として新たに直線近似を行うという処理を行うことで、パターン形状の直線近似を行うことができる。
(1)連結画素数の制御
ベクタライズの対象となる連結したパターンの最小連結画素数を設定することにより、例えば、3画素以下の連結エッジはノイズとみなしてベクタライズを行わないという制御を行うことで、ベクタライズ部102からのベクタデータ数の削減を行うことができる。後述するマッチング処理は、処理内容から、ベクタデータ数が多くなるに従い、処理時間が増加する傾向にある。このため、ベクタデータ数を削減することにより、マッチング時間を短縮することができる。
(2)始点,終点間の直線と始点,終点間に存在する画素間の距離の制御
パターンの始点,終点を結ぶ直線と始点,終点間に存在する画素との距離の許容範囲を設定することにより、許容範囲を小さくすることで、パターン形状の検出精度を高くすることができるし、許容範囲を大きくすることで、パターン形状の検出精度を低くしてベクタデータ数を削減し、マッチング時間を短縮することができる。
(3)始点,終点間を結ぶ直線の角度の制御
ベクタライズの対象となるパターンを、始点,終点を結ぶ直線の角度で設定することにより、例えば、生成した直線式の傾きが45度の場合は、ベクタライズしないという設定が可能となり、パターンの形状に応じたベクタライズを行うことができる。
204内のメモリに保存した後、画像処理装置202内のメモリに登録することで、以上示した(1)(2)(3)のベクタライズを行うことが可能となる。
(1)(2)(3)のパラメータを用いたベクタライズ処理の制御は、ベクタライズ部の各構成部において、設定値との比較を行って処理結果を変更するような構成をとることが可能である。
106内の全ての線分の比較が終了した場合に、マッチング処理を終了する。マッチング処理終了時の最終結果のマッチング値109が設計データ106とSEM画像105に含まれているパターンの一致度を示す。
106内からSEM画像105と一致する座標位置を検出する場合については、上記のようなマッチング値を検出対象となるデータ内の座標位置毎に求めていき、各座標位置におけるマッチング値の算出が終了した後、マッチング値の最大値を求め、マッチング値の最大値をもつ座標位置を出力する機能を前述したマッチング処理のソフトウェアに追加すればよい。以上のような線分を利用したマッチング処理は上記処理以外にも一般化ハフ変換など様々な技術が提案されており、このような技術も用いることが可能である。
1500は、設計データ106,SEM画像105,画像処理パラメータや画像処理プログラムなどを格納するメモリ,画像処理機能の制御,画像処理プログラムを実行するCPU,画像処理を高速に実行するためのASIC,FPGAなどのハードウェアで構成されている。
(ステップ1802)において、抽出するホワイトバンドの方向が複数指定された場合には、その方向に従ったマトリクスを利用してフィルタリングを実行し、各方向のフィルタリング結果をメモリに格納する。各方向のフィルタリング結果の中で最も大きい方向のフィルタリング結果を求め、メモリに出力する。パターン検出終了後、ベクタライズを行う(ステップ1806)。ベクタライズでは、メモリ上のパターン検出画像に対して閾値を利用した2値化を行い、2値化結果をメモリに格納する。2値化終了後、メモリ上の2値画像に対して細線化を行う。ホワイトバンドと背景の境界部分を示す複数のマトリクスと一致する領域を2値画像内から探索し、一致する部分を背景画像に置き換える。一致しない部分は、元の2値画像の輝度値を残す。全てのホワイトバンドが一画素幅の中心線になった場合、細線化処理を打ち切り、細線化処理後のパターン画像をメモリに格納する。細線化処理後、メモリ上の細線化後の画像から連結しているパターンの座標位置を検出し、各連結パターンの情報をメモリに格納する。連結パターンの検出終了後、連結パターンを構成するパターンの始点,終点を結ぶ直線式を求め、近似処理を始点,終点間のパターン画素の近似処理を行い、連結パターンの始点,終点の座標値をメモリに出力する。全ての連結パターンについて始点と終点の検出が終了した場合、ベクタライズ処理を終了する。ベクタライズ処理終了後、メモリ上のSEM画像から抽出したベクタデータと、メモリ上の設計データからそれぞれの線分の位置や傾きを求め、マッチング処理を行う(ステップ1807)。全ての線分情報のマッチング処理が終了した際に、パターンマッチング処理を終了する。また、実施例2で示したようにSEM画像から抽出したパターンに対してベクタライズを行わず、設計データを画像化し、設計データの画像とSEM画像から抽出したパターンの画像間でパターマッチングを行う場合は、ベクタライズの機能1806を、設計データの線分情報を直線情報に変換し、直線を画像に描画する像形成機能に置き換え、マッチング処理(ステップ1807)を正規化相関,輝度差分法といった、画像を構成する各画素の輝度間の一致度を検出するようなマッチング機能に置き換えることで可能である。
802…90°ピーク検出フィルタ部、803…最大値検出部、804…45°ピーク検出フィルタ部、805…135°ピーク検出フィルタ部、901…SEM画像の輝度プロファイル、1001…ホワイトバンドの基準パターン、1201…2値化処理、1202…細線化処理、1203…直線近似処理、1204,1206…2値化画像、1205,1207…細線化画像、1301…直線、1302…画素、1303…距離、1501…像形成部、1503…画像データ、1504…マッチング結果、1601…計算機、1602…走査型電子顕微鏡システム、1701…入力画面。
Claims (15)
- 半導体デバイスを撮影した画像データと、
前記半導体デバイスの設計データと、
前記画像データに含まれるホワイトバンドの幅に関する情報を入力する情報入力手段と、
前記画像データから前記ホワイトバンドの幅に関する情報を利用して半導体デバイスのパターンを抽出するパターン抽出手段と、
前記パターンと設計データのパターンマッチング処理を行うマッチング手段とを備えたことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 半導体デバイスを撮影した画像データと、
前記半導体デバイスの設計データと、
前記画像データに含まれるホワイトバンドの幅に関する情報を入力するための情報入力手段と、
前記画像データから前記ホワイトバンドの幅に関する情報を利用して半導体デバイスのパターンを抽出するパターン抽出手段と、
前記パターンをベクタデータに変換するベクタライズ手段と、
前記パターンのベクタデータと設計データのパターンマッチング処理を行うマッチング手段とを備えたことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項1,2のパターンマッチング装置において、
前記ホワイトバンドの幅に関する情報は、前記画像データに含まれるホワイトバンド像の画素幅であることを特徴としたパターンマッチング装置。 - 請求項1,2のパターンマッチング装置において、
前記ホワイトバンドの幅に関する情報は、基準となるホワイトバンドの画像データと比較した場合の相対値であることを特徴としたパターンマッチング装置。 - 請求項1,2のパターンマッチング装置において、
前記ホワイトバンドの幅に関する情報を変更することにより、画像データから抽出されるパターンの形状が変化することを特徴としたパターンマッチング装置。 - 請求項1,2のパターンマッチング装置において、
前記情報入力手段は、半導体デバイス上で検出するパターンの方向に関する情報を入力する手段を備えたことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項1,2のパターンマッチング装置において、
前記パターン抽出手段は、パターンの方向に関する情報により、パターンを抽出するためのフィルタ結果を調整する機能を有することを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項2のパターンマッチング装置において、
前記画像データとして前記半導体デバイスを電子顕微鏡で撮影した画像を用い、
前記情報入力手段は、電子顕微鏡で撮影した画像データから抽出したパターンをベクタデータに変換するためのパラメータとして、ベクタライズの対象,非対象を決定するための連結画素数の情報を入力する手段を備えたことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項2のパターンマッチング装置において、
前記ベクタライズ手段は、ベクタライズの対象,非対称となる連結画素数の情報を利用して、ベクタライズの対象を選択してベクタライズ処理を行うことを特徴としたパターンマッチング装置。 - 請求項2のパターンマッチング装置において、
前記画像データとして前記半導体デバイスを電子顕微鏡で撮影した画像を用い、
前記情報入力手段は、電子顕微鏡で撮影した画像データから抽出したパターンをベクタデータに変換するためのパラメータとして、パターンの連結画素間で生成される直線と、連結画素間に存在する画素との距離に関する情報を入力する手段を備えたことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項2のパターンマッチング装置において、
前記ベクタライズ手段は、パターンの連結画素間で生成される直線と、連結画素間に存在する画素との距離に関する情報を利用して、パターンを直線情報に近似することにより、ベクタライズ処理を行うことを特徴としたパターンマッチング装置。 - 請求項2のパターンマッチング装置において、
前記画像データとして前記半導体デバイスを電子顕微鏡で撮影した画像を用い、
前記情報入力手段は、電子顕微鏡で撮影した画像データから抽出したパターンをベクタデータに変換するためのパラメータとして、パターンの連結画素間で生成される直線の角度に関する情報を入力する手段を備えたことを特徴とするパターンマッチング装置。 - 請求項2のパターンマッチング装置において、
前記ベクタライズ手段は、パターンの連結画素間で生成される直線の角度に関する情報を利用して、ベクタデータとして出力するパターンを選択して出力することを特徴としたパターンマッチング装置。 - 請求項1、もしくは請求項2に記載のパターンマッチング装置を備えた画像処理装置と、
走査型電子顕微鏡と画像処理装置を制御する制御用計算機と、
走査型電子顕微鏡や、パターンマッチングを行うためのパラメータ等を入力する入力手段と、
走査型電子顕微鏡からの画像データや、パターンマッチング結果を表示する表示装置を備えたことを特徴とする走査型電子顕微システム。 - ネットワーク経由、もしくは外部接続型のメモリ経由で走査型電子顕微鏡や、計算機から電子顕微鏡の画像データや、設計データを受信可能な計算機と、パターンマッチングを行うためのパラメータ等を入力する入力手段と、走査型電子顕微鏡からの画像データや、パターンマッチング結果を表示する表示装置を備え、請求項1、もしくは請求項2に記載のパターンマッチング装置の機能をソフトウェア処理で行うことを特徴とした検査システム。
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