專利名稱：用于消除圖像中的不均勻亮度的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于提高圖像質(zhì)量的方法和設(shè)備，并且尤其涉及消除從基于粒子的圖像系統(tǒng)得到的圖像中的不均勻亮度。
背景技術(shù)：
采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和其他基于粒子照明的成像系統(tǒng)來成像的一個潛在問題是，一些材料表面區(qū)域的亮度差明顯。盡管這種亮度差可以提供有用信息，表明不均勻表面或結(jié)構(gòu)的邊界，但在有些應(yīng)用中這種不均勻的亮度卻有可能是有問題的。這些有問題的區(qū)域還可以包括亮度級別過高的區(qū)域，使邊界和其他結(jié)構(gòu)難以識別。
在電子顯微鏡或FIB中，將帶電粒子加速并聚焦成束，對準待觀測的樣本。粒子和樣本的相互作用產(chǎn)生大量不同的射線，諸如向前散射(發(fā)射)電子、向后散射電子、二次電子、俄歇(Auger)電子和X射線等。根據(jù)對這些射線的檢測而產(chǎn)生的大多數(shù)圖像中的亮度級別與所檢測射線的量有關(guān)。
當對射線的檢測受到來自該樣本的鄰近的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或表面結(jié)構(gòu)的干擾時，會出現(xiàn)亮度偽像。
在集成電路的SEM圖像中，亮度差通?？梢姙殛幱埃⑶以诨ミB和表面不均勻的金屬結(jié)構(gòu)的邊緣周圍是最明顯的。該亮度差在互連排(bank of interconnects)中尤其明顯。這種陰影使自動分割和人工研究圖像非常困難。
一些現(xiàn)有技術(shù)方法包括用于通過比較目標對象的兩個圖像來修正對比度，并基于差異信息來修正所關(guān)注的目標。
2003年7月1日授予Matsuyama等人的美國專利6,587,581公開了一種修正對比圖像之間的亮度差的方法，這些對比圖像取自所關(guān)注的目標區(qū)域和具有相應(yīng)圖案的參考區(qū)域。這種方法的缺點是需要圖像中另一處的具有重復圖案的參考區(qū)域。在沒有重復圖案的圖像中，這種方法就無效了。
1998年2月3日授予Peters的美國專利5,715,334公開了用于增強圖像細節(jié)的“平滑”(smooth)差異的方法。以不同的平滑因子處理相同目標的兩幅平滑圖像中的每一幅圖像，比較這兩幅圖像以獲得最小平滑和最大平滑數(shù)據(jù)集之間的差異信息。這種方法的缺點是需要多種平滑技術(shù)以及比較兩幅不同圖像的方法。另外，平滑技術(shù)容易使圖像模糊。
其它眾所周知的亮度修正方法包括采用直方圖拉伸或滯后濾波的技術(shù)。但是這些方法通常應(yīng)用于對整個圖像進行亮度糾正而不是對圖像內(nèi)的區(qū)域進行亮度糾正。
因此，需要更簡單的技術(shù)用于修正圖像中的不均勻亮度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對用于修正圖像中的不均勻亮度的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，通過識別圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的第一結(jié)構(gòu)，識別圖像上靠近該不均勻亮度區(qū)域的最佳亮度區(qū)域，并定義參數(shù)信息，可以實現(xiàn)修正。用所定義的參數(shù)信息來擬合最佳亮度區(qū)域的回歸函數(shù)，并且計算該回歸函數(shù)的反函數(shù)并將其應(yīng)用到不均勻亮度區(qū)域以實現(xiàn)修正。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過識別圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的第一結(jié)構(gòu)，識別圖像上靠近該不均勻亮度區(qū)域的最佳亮度區(qū)域，并根據(jù)該最佳亮度區(qū)域修正該不均勻亮度區(qū)域，可以實現(xiàn)修正。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，通過識別圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的第一結(jié)構(gòu)，識別圖像上靠近該不均勻亮度區(qū)域的最佳亮度區(qū)域，并根據(jù)下列方程確定最佳亮度，可以實現(xiàn)修正
Bmeasured(x,y)=Boptimal(x,y)-ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj))+ξ(x,y),]]>其中Bmeasured是圖像中受關(guān)注區(qū)域的所觀測到的亮度，Boptimal是金屬的靠近陰影的區(qū)域[x，y]，該處亮度為最佳，ρ([x，y])，Objectj)是點[x，y]與對象邊界之間的最短距離；ξ是具有零均值的未知點狀噪聲；并且f是估計的未知函數(shù)，因此采用下列方程來修正不均勻亮度區(qū)域Bcorrected(x,y)=Bmeasured(x,y)+ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj))]]>根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本方法可以重復進行，以修正圖像上所有隨后識別的不均勻亮度區(qū)域。另外，不均勻亮度區(qū)域可以包括具有陰影效果的區(qū)域和/或具有待修正的過亮效果的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的一個特定方面，上述圖像可以是SEM圖像、TEM圖像或由FIB產(chǎn)生的圖像。
通過閱讀以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點以及本發(fā)明的各種實施例的結(jié)構(gòu)和操作對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將變得明顯。


下面將參考附圖對本發(fā)明進行描述，其中圖1是部分延遲IC(partial delayered IC)的SEM圖像，其示出顯示出不均勻亮度的互連排；圖2是互連和一個單獨的金屬層的示意性截面視圖；圖3是互連的整個區(qū)域的亮度級別的坐標圖表示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖表示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意圖；圖6是采用本發(fā)明的方法進行后期處理(post-processing)之后，互連的整個區(qū)域的最終亮度級別的坐標圖表示；
圖7是部分延遲IC的SEM表示，其示出采用本發(fā)明的方法進行處理之后的互連組。
具體實施例方式
為進行解釋，闡明特定實施例以提供對本發(fā)明的全面理解。然而，通過閱讀本公開文件，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，本發(fā)明可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下實施。此外，沒有詳細地闡明眾所周知的元件、裝置、處理步驟等，以避免使上述發(fā)明的范圍不清楚。
圖1是集成電路(IC)10的一部分的SEM圖像，其示出兩個不同互連排12，其中在互連16和金屬邊緣18附近，陰影14是顯著的。
圖2是在SEM圖像中的互連16和金屬層20的區(qū)域中引起不均勻亮度或陰影效果的物理原理的簡圖。掃描電子束22經(jīng)過待成像的目標24的表面。當電子束22撞擊目標24的表面時，沿由箭頭26表示的不同方向發(fā)射電子。這些發(fā)射電子26可以由電子檢測器(未示出)檢測到。一些發(fā)射電子26有可能受到阻擋而不能被電子檢測器檢測到。用于互連的某些材料還有可能以較高的比率吸收電子。檢測器檢測到的發(fā)射電子26的數(shù)目越少，該區(qū)域中的圖像的亮度就越低。因此，電子26受到相鄰結(jié)構(gòu)的阻擋的區(qū)域或包含高吸收率材料的區(qū)域的亮度將會不同。該亮度差可見為圍繞互連16的材料28上的陰影14或金屬邊緣18上的陰影14。
參考圖3，該圖表示具有陰影的一個單獨的互連16中出現(xiàn)的亮度級別。最低亮度點30對應(yīng)于陰影區(qū)域，并且最高亮度點32對應(yīng)于互連16的最高亮度級別。與陰影區(qū)域30相鄰的固定亮度區(qū)域34表示圍繞互連16的金屬結(jié)構(gòu)20，該處的亮度為最佳。陰影效果出現(xiàn)在區(qū)域30中，該處的亮度級別稍低于最佳亮度級別34。作為替代，過亮效果還可以在圖像中以亮度級別高于最佳亮度級別的區(qū)域出現(xiàn)。
本發(fā)明提供后期處理方法和設(shè)備，用于減少不均勻亮度的出現(xiàn)，不均勻亮度可見為圖像10中的陰影區(qū)域30或亮度過高的區(qū)域32。例如，在該特定SEM圖像10中，發(fā)明增加了陰影區(qū)域30的亮度級別，該陰影區(qū)域諸如在結(jié)構(gòu)高度(structure height)變化的互連16和金屬結(jié)構(gòu)20的邊緣處。
可以參考圖4的流程圖并結(jié)合圖5示出的設(shè)備對本發(fā)明的方法進行描述。例如，延遲IC 56的圖像可以由采用粒子照明裝置54的成像系統(tǒng)捕獲并存儲在連接到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)62的存儲器60中。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)62將亮度修正算法64應(yīng)用于來自存儲器60的圖像，以修正包含不均勻亮度的任何區(qū)域。然后，將該圖像作為已修正的圖像文件存儲到存儲器66中。
采用粒子照明裝置54的成像系統(tǒng)可以包括例如SEM成像系統(tǒng)、TEM成像系統(tǒng)或聚焦離子束(FIB)成像系統(tǒng)。實際上，采用粒子照明設(shè)備54的成像系統(tǒng)可以包括采用粒子照明處理的任何基于粒子的成像系統(tǒng)。
該設(shè)備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)62可以是個人計算機(PC)、微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)或者任何其他適合的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
為修正不均勻亮度，該方法包括圖4所示的步驟。由于陰影出現(xiàn)在表面邊緣、金屬邊緣或者互連排的周圍，步驟40采用邊緣檢測算法來檢測這些區(qū)域。步驟42識別靠近互連或邊緣的金屬區(qū)域的最佳亮度。步驟44計算最佳亮度區(qū)域的平均金屬亮度。步驟48獲得已定義參數(shù)，包括諸如邊緣和互連之類的陰影對象的數(shù)目和接近度，以及關(guān)于電子束位置和角度、檢測器的位置和角度、觀測點的照度級的信息。步驟46將所測得的金屬亮度確定為最佳亮度和所定義參數(shù)的回歸函數(shù)。步驟50關(guān)于最佳亮度計算回歸函數(shù)的反函數(shù)，用于修正陰影區(qū)域中的不均勻亮度。
基于上面擬合的模型，步驟52通過增加靠近邊緣處的像素亮度來修正該邊緣周圍的陰影亮度。包含多個互連的區(qū)域內(nèi)的像素的亮度會得到幾次增加。最后的結(jié)果是得到亮度級別基本修正且圖像質(zhì)量得以提高的圖像文件，這些圖像文件存儲在存儲器66中。
例如，合理地假設(shè)(作為任何模型的一階近似)Bmeasured(x,y)=Boptimal(x,y)-ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj))+ξ(x,y),]]>其中Bmeasured是SEM圖像中受關(guān)注區(qū)域的所觀測到的亮度，Boptimal是靠近陰影的金屬上的點[x，y]，該處亮度為最佳，ρ([x，y]，Objectj)是點[x，y]與對象邊界之間的最短距離，ξ是具有零均值的未知點狀噪聲，并且f是估計的未知函數(shù)。
對f的合理假設(shè)是，距離互連越遠，亮度的減小越不明顯。特別地，對于互連去陰影(deshadowing)的應(yīng)用，我們假設(shè)f迅速減小并具有f＝βf0(αρ)的形式。根據(jù)該方程，f0是一個函數(shù)，f0可以定義為使f具有迅速減小的值，在統(tǒng)計表格中，f是對圖像的代表性樣本進行人工分析的結(jié)果。
用幾次試探來定位已知為Boptimal的點。一旦完成定位，就可以得到修正的圖像為Bcorrected(x,y)=Bmeasured(x,y)+ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj))]]>從實踐的觀點出發(fā)，對于擬合函數(shù)f，對象的實際分割不是必要的。所需要的是初步的邊緣探測。一經(jīng)修正，互連周圍的區(qū)域?qū)@示為具有和金屬結(jié)構(gòu)周圍的亮度一樣的亮度。這一點對于具有陰影的區(qū)域和過亮的區(qū)域都成立。
在如圖6所示的理想情況下，該圖并不具有在圖3的坐標圖中所看到的強烈的陰影效果。最大亮度32出現(xiàn)在互連的最高點處。最佳亮度34對應(yīng)于互連周圍的平坦金屬表面。圖6中的坐標圖表示通過本發(fā)明的方法獲得的最佳亮度級別。
圖7是IC10的SEM圖像的表示，其具有采用本發(fā)明的方法進行后期處理之后多個互連排結(jié)構(gòu)12。已經(jīng)顯著地消除了單獨的互連16周圍的陰影效果14和組結(jié)構(gòu)12的邊緣處的陰影效果14。修正后的亮度表明整個圖像質(zhì)量得到了顯著改善。
盡管已經(jīng)參考SEM成像應(yīng)用中的用法描述了本發(fā)明，但不應(yīng)認為本發(fā)明局限于這一種成像技術(shù)。實際上，該方法還可以用于其他成像技術(shù)，包括TEM、FIB，或用于其他基于粒子照明的成像系統(tǒng)。另外，不應(yīng)認為本發(fā)明局限于一種修正陰影區(qū)域亮度的方法。本發(fā)明還可以用于修正亮度級別過高的區(qū)域的亮度。
本發(fā)明有很多優(yōu)點。不需要在一個單獨的圖像內(nèi)比較重復的圖案，并且不需要比較多個圖像或采用使圖像模糊的平滑技術(shù)，即可提供亮度修正。另外，本發(fā)明提供的亮度修正僅在出現(xiàn)陰影或過亮的特定圖像區(qū)域內(nèi)修正亮度級別。
盡管已經(jīng)根據(jù)目前認為最實用的和優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當理解，本發(fā)明并不局限于這些公開的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不偏離權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明的本質(zhì)和范圍的情況下，可以進行各種修改，并產(chǎn)生各種等效的結(jié)構(gòu)和功能。因此，權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明必須依照最廣泛的可能性來解讀，以便涵蓋所有這些修改以及等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種用于修正圖像中的不均勻亮度的方法，包括步驟(a)識別所述圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的第一結(jié)構(gòu)；(b)識別所述圖像上的最佳亮度區(qū)域；(c)定義參數(shù)信息；(d)將觀察到的亮度近似為所述最佳亮度和所述已定義參數(shù)信息的回歸函數(shù)；以及(e)計算所述回歸函數(shù)的反函數(shù)；以及(f)通過將所述回歸函數(shù)的反函數(shù)應(yīng)用于所述不均勻亮度區(qū)域，修正所述不均勻亮度區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟(g)對于所述圖像上所有隨后識別的不均勻亮度區(qū)域，重復步驟a到f。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟a包括采用邊緣檢測算法來檢測結(jié)構(gòu)或互連的邊緣，以確定具有陰影效果的待修正的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟a包括檢測具有過亮效果的待修正的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖像是掃描電子顯微鏡圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖像是透射電子顯微鏡圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖像是聚焦離子束圖像。
8.一種用于修正圖像中的不均勻亮度的方法，包括步驟(a)識別所述圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的第一結(jié)構(gòu)；(b)識別所述圖像上的最佳亮度區(qū)域；以及(c)根據(jù)所述最佳亮度區(qū)域來修正所述不均勻亮度區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟(d)對于所述圖像上所有隨后識別的不均勻亮度區(qū)域，重復步驟a到c。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟a包括檢測結(jié)構(gòu)或互連的邊緣，以確定具有陰影效果的待修正的區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟a包括檢測具有過亮效果的待修正的區(qū)域。
12.一種用于修正圖像中的不均勻亮度的方法，包括步驟(a)識別所述圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的第一結(jié)構(gòu)；(b)識別所述圖像上的最佳亮度區(qū)域；(c)根據(jù)下列方程確定最佳亮度Bmeasured(x,y)=Boptimal(x,y)-ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj))+ξ(x,y),]]>其中Bmeasured是所述圖像中受關(guān)注區(qū)域的所觀測到的亮度，Boptimal是金屬上靠近陰影的點[x，y]，該處亮度為最佳，ρ([x，y]，Objectj)是點[x，y]與對象邊界之間的最短距離；ξ是具有零均值的未知點狀噪聲；并且f是估計的未知函數(shù)；以及(d)采用下列方程來修正所述不均勻亮度區(qū)域Bcorrected(x,y)=Bmeasured(x,y)+ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj)).]]>
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括步驟(e)對于所述圖像上隨后識別的所有不均勻亮度區(qū)域，重復步驟a到d。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟a包括檢測結(jié)構(gòu)或互連的邊緣，以確定具有陰影效果的待修正的區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟a包括檢測具有過亮效果的待修正的區(qū)域。
16.用于修正圖像中的不均勻亮度的設(shè)備，包括-用于識別所述圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的結(jié)構(gòu)的裝置；-用于識別所述圖像上的最佳亮度區(qū)域的裝置；-用于定義參數(shù)信息的裝置；-用于擬合所述最佳亮度區(qū)域的回歸函數(shù)的裝置；-用于計算所述回歸函數(shù)的反函數(shù)的裝置；以及-用于通過將所述回歸函數(shù)的反函數(shù)應(yīng)用于所述不均勻亮度區(qū)域來修正所述不均勻亮度區(qū)域的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中用于識別具有不均勻亮度區(qū)域的結(jié)構(gòu)的裝置包括用于檢測具有陰影效果的區(qū)域的裝置和/或檢測具有過亮效果的待修正的區(qū)域的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述圖像是掃描電子顯微鏡圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述圖像是透射電子顯微鏡圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述圖像是聚焦離子束圖像。
21.用于修正圖像中的不均勻亮度的設(shè)備，包括-用于識別所述圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的結(jié)構(gòu)的裝置；-用于識別所述圖像上的最佳亮度區(qū)域的裝置；以及-用于根據(jù)所述最佳亮度區(qū)域來修正所述不均勻亮度區(qū)域的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中用于識別具有不均勻亮度區(qū)域的結(jié)構(gòu)的裝置包括用于檢測具有陰影效果的區(qū)域的裝置和/或檢測具有過亮效果的待修正的區(qū)域的裝置。
23.用于修正圖像中的不均勻亮度的設(shè)備，包括-用于識別所述圖像上具有不均勻亮度區(qū)域的結(jié)構(gòu)的裝置；-用于識別所述圖像上的最佳亮度區(qū)域的裝置；以及-用于根據(jù)下列方程來確定最佳亮度的裝置Bmeasured(x,y)=Boptimal(x,y)-ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj))+ξ(x,y),]]>其中Bmeasured是所述圖像中受關(guān)注區(qū)域的所觀測到的亮度，Boptimal是金屬上靠近陰影的區(qū)域[x，y]，該處亮度為最佳，ρ([x，y])，Objectj)是點[x，y]與對象邊界之間的最短距離；ξ是具有零均值的未知點狀噪聲；并且f是估計的未知函數(shù)；以及-用于采用下列方程來修正所述不均勻亮度區(qū)域的裝置Bcorrected(x,y)=Bmeasured(x,y)+ΣJ∈Allobjectsf(ρ([x,y],Objectj)).]]>
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中用于識別具有不均勻亮度區(qū)域的結(jié)構(gòu)的裝置包括用于檢測具有陰影效果的區(qū)域的裝置和/或檢測具有過亮效果的待修正的區(qū)域的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方法和設(shè)備，用于減少來自基于粒子的成像系統(tǒng)的圖像中的不均勻亮度。最常見的不均勻亮度是陰影區(qū)域，但也可見為過亮區(qū)域。在不均勻亮度以陰影形式存在的情況下，通過首先識別陰影區(qū)域，從靠近陰影的亮度為最佳的區(qū)域獲得亮度信息，應(yīng)用統(tǒng)計方法以將所測得的亮度確定為最佳亮度以及陰影對象的數(shù)目和接近度的回歸函數(shù)，然后通過計算陰影亮度的反函數(shù)來修正陰影區(qū)域的亮度，本方法對陰影區(qū)域進行修正。利用本方法，可以將陰影區(qū)域或過亮區(qū)域內(nèi)的亮度修正到顯示出與圖像中最佳亮度區(qū)域的亮度基本相似的級別。
文檔編號G01B15/04GK1734501SQ200510090320
公開日2006年2月15日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者維約埃斯拉維·L·扎瓦德斯凱, 賈森·阿布特 申請人:英賽特半導體有限公司