分析晶体缺陷的系统和方法技术方案

一种分析晶体缺陷的系统包括图像处理器、图像生成器和比较器。图像处理器处理通过捕获具有晶体结构的样本的图像而提供的测量透射电子显微镜(TEM)图像，以提供所述样本的结构缺陷信息。图像生成器提供与所述晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像。比较器使用所述结构缺陷信息将测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较，以确定所述测量TEM图像的缺陷类型。

The system and method of analyzing crystal defects

【技术实现步骤摘要】
分析晶体缺陷的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年7月10日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.10-2018-0080243的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
本专利技术构思的示例性实施例总体上涉及半导体集成电路，并且更具体地涉及分析晶体缺陷的系统和方法。
技术介绍
最近，使用透射电子显微镜(TEM)的电子衍射已被广泛用于分析材料的微小结构。例如，会聚束电子衍射(CBED)可以用于提供测量TEM图像，用于在纳米尺度测量样品部分的晶体结构、缺陷分布等。CBED是使用TEM分析材料的微小结构的技术，使得电子束以会聚角入射到目标样本上以获得衍射盘图案并观察样本的较厚部分的三维衍射。CBED具有优异的空间分辨率，并且可以精确地测量约30纳米的微小结构的晶体结构、晶格常数、晶格缺陷等。根据分析通过诸如逻辑鳍式场效应晶体管工艺的半导体工艺制造的结构中的晶体缺陷的传统方法，对结构的TEM图像进行捕获，并且工程师通过裸眼确定缺陷的存在、缺陷位置等。这种基于工程师经验的缺陷分析可能导致人为错误，例如忽视或误判缺陷。此外，可能难以通过人眼确定缺陷的方向或类型，并且当仅基于经验分析对缺陷类型进行分类时，对半导体工艺的评估可能是不准确的。
技术实现思路
根据本专利技术构思的示例性实施例，一种分析晶体缺陷的系统包括图像处理器、图像生成器和比较器。图像处理器处理通过捕获具有晶体结构的样本的图像而提供的测量透射电子显微镜(TEM)图像，以提供所述样本的结构缺陷信息。图像生成器提供与所述晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像。比较器使用所述结构缺陷信息将测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较，以确定所述测量TEM图像的缺陷类型。根据本专利技术构思的示例性实施例，一种分析晶体缺陷的方法包括：通过捕获具有晶体结构的样品的图像来提供测量透射电子显微镜(TEM)图像；通过处理测量TEM图像来提供样本的结构缺陷信息；提供与所述晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像；以及通过使用所述结构缺陷信息将测量TEM图像与多个虚拟TEM图像进行比较来确定测量TEM图像的缺陷类型。根据本专利技术构思的示例性实施例，一种分析晶体缺陷的方法包括：通过捕获具有晶体结构的样本的图像来提供测量透射电子显微镜(TEM)图像；提供测量TEM图像的加强图像，其中加强图像与测量TEM图像相比具有增加的对比度；使用加强图像在晶格方向上追踪原子排列图案，以检测包括与原子排列图案的周期偏离的缺陷像素在内的缺陷线；将缺陷线的端点的位置确定为位错核心的位置；提供具有预定大小且以位错核心的位置为中心的裁剪图像，其中，裁剪图像对应于测量TEM图像的一部分或测量TEM图像的经处理图像的一部分；提供与晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像；以及通过比较裁剪图像和多个虚拟TEM图像，确定测量TEM图像的缺陷类型。根据本专利技术构思的示例性实施例，一种分析晶体缺陷的方法包括：通过捕获具有晶体结构的样本的图像来提供测量透射电子显微镜(TEM)图像；对测量TEM图像执行定制直方图均衡化，以提供测量TEM图像的加强图像，其中加强图像包括排列成多行和多列的多个定制像素值；根据沿对角线方向从多行中的第一行到最后一行的向下追踪方案来确定向下图案像素；根据沿对角线方向从最后一行到第一行的向上追踪方案确定向上图案像素；通过从向下图案像素和向上图案像素中排除冗余像素来确定缺陷候选像素，其中冗余像素是包括在向上图案像素和向下图案像素两者中的像素；将彼此连接的数目小于参考数目的向下图案像素或向上图案像素确定为缺陷候选像素中的噪声像素；通过从缺陷候选像素中去除噪声像素来确定缺陷线；以及将缺陷线的端点的位置确定为位错核心的位置。附图说明通过参考附图详细描述本专利技术构思的示例性实施例，本专利技术构思的以上和其他特征将被更清楚地理解。图1是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的分析晶体缺陷的系统的框图。图2是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的分析晶体缺陷的方法的流程图。图3是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的图像处理设备的框图。图4是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的图像处理方法的流程图。图5A是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的测量TEM图像和对应的像素数据的图。图5B是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的图5A的测量TEM图像的直方图的图。图6是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的图5A的测量TEM图像的定制直方图均衡化的图。图7是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的测量TEM图像和对应的均衡化图像的图，该对应的均衡化图像通过对测量TEM图像执行直方图均衡化而获得。图8是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的图7的图像的直方图的图。图9是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的测量TEM图像和对应的加强图像的图，该对应的加强图像通过对测量TEM图像执行定制直方图均衡化而获得。图10是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的图9的图像的直方图的图。图11是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的检测缺陷线的方法的流程图。图12A、图12B、图12C、图12D、图12E和图12F是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的检测缺陷线的过程的图。图13A、图13B和图13C是根据本专利技术构思的示例性实施例的示出根据检测位错核心的过程的图像的图。图14A和图14B是根据本专利技术构思的示例性实施例的用于基于位错核心的位置描述裁剪图像的图。图15A和图15B是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的晶体结构和原子排列方向的图。图16A和图16B是根据本专利技术构思的示例性实施例的用于描述生成虚拟TEM图像的方法的图。图17是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的测量TEM图像和对应的虚拟TEM图像的图。图18是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的改进半导体工艺的方法的流程图。图19是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的计算系统的框图。具体实施方式本专利技术构思的示例性实施例提供了高效地分析晶体缺陷的系统和方法。以下将参考附图更全面地描述本专利技术构思的示例性实施例。贯穿本申请，相同的附图标记可以指代相同的元件。图1是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的分析晶体缺陷的系统的框图，并且图2是示出根据本专利技术构思的示例性实施例的分析晶体缺陷的方法的流程图。参照图1，晶体检测分析系统1000包括透射电子显微镜(TEM)100、图像处理器200、图像生成器300、存储设备400和比较器500。参照图1和图2，TEM100可以通过捕获具有晶体结构的样本的图像来提供测量TEM图像MTIMG(S100)。图像处理器200可以通过处理测量TEM图像MTIMG来提供样本的结构缺陷信息(S200)。图像生成器300可以提供与晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像VTIMG1～VTIMGn(S300本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析晶体缺陷的系统，包括：/n图像处理器，被配置为处理通过捕获具有晶体结构的样本的图像而提供的测量透射电子显微镜TEM图像，以提供所述样本的结构缺陷信息；/n图像生成器，被配置为提供与所述晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像；以及/n比较器，被配置为使用所述结构缺陷信息将测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较，以确定所述测量TEM图像的缺陷类型。/n

【技术特征摘要】
20180710 KR 10-2018-00802431.一种分析晶体缺陷的系统，包括：
图像处理器，被配置为处理通过捕获具有晶体结构的样本的图像而提供的测量透射电子显微镜TEM图像，以提供所述样本的结构缺陷信息；
图像生成器，被配置为提供与所述晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像；以及
比较器，被配置为使用所述结构缺陷信息将测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较，以确定所述测量TEM图像的缺陷类型。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像处理器包括：
预处理器，被配置为提供所述测量TEM图像的加强图像，其中，所述加强图像与所述测量TEM图像相比具有增加的对比度；
缺陷线检测器，被配置为使用所述加强图像在晶格方向上追踪原子排列图案，以检测包括与原子排列图案的周期偏离的缺陷像素在内的缺陷线；
核心位置确定器，被配置为将所述缺陷线的端点的位置确定为位错核心的位置；以及
图像裁剪器，被配置为提供具有预定大小且以所述位错核心的位置为中心的裁剪图像，其中，所述裁剪图像对应于所述测量TEM图像的一部分或所述测量TEM图像的经处理图像的一部分。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述预处理器被配置为基于以下等式执行定制直方图均衡化，以提供所述加强图像：
当cdf(v)≤tv1时，
当tv1＜cdf(v)＜tv2时，
当tv2≤cdf(v)时，
其中，ch(v)是所述加强图像的定制像素值，RND()是向上或向下取整的函数，M是图像行的数目，N是图像列的数目，cdf(v)是从像素值0到像素值v的累积频率计数，cdfmin是最小累积频率计数，vmax是最大像素值，CV1是第一调整值，CV2是第二调整值，tv1是第一阈值频率计数，并且tv2是第二阈值频率计数。


4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述缺陷线检测器被配置为：
根据沿对角线方向的向下追踪方案来确定向下图案像素；
根据沿所述对角线方向的向上追踪方案来确定向上图案像素；
通过从所述向下图案像素和所述向上图案像素中排除冗余像素来确定缺陷候选像素；
将彼此连接的数目比参考数目小的向下图案像素或向上图案像素确定为所述缺陷候选像素中的噪声像素；以及
通过从所述缺陷候选像素中去除所述噪声像素来确定所述缺陷线。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述像素生成器被配置为：
将电子波的入射平面分成多个域；
将所述多个三维结构缺陷中的每一个设为设置在所述入射平面上的对应位置处的原子排列；以及
使用以下等式计算与所述多个三维结构缺陷相对应的所述多个虚拟TEM图像中的每个虚拟TEM图像的像素值，



其中，是每个虚拟TEM图像上的像素的位置向量，是每个域中的原子的位置向量，是处的像素值，A是第一参数，并且B是第二参数。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述比较器被配置为：将所述测量TEM图像的位错核心的位置与所述多个虚拟TEM图像中的位错核心的位置进行匹配，以将所述测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较。


7.一种分析晶体缺陷的方法，包括：
通过捕获具有晶体结构的样品的图像来提供测量透射电子显微镜TEM图像；
通过处理所述测量TEM图像来提供所述样本的结构缺陷信息；
提供与所述晶体结构的多个三维结构缺陷对应的多个虚拟TEM图像；以及
通过使用所述结构缺陷信息将所述测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较来确定所述测量TEM图像的缺陷类型。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，提供所述样本的结构缺陷信息包括：
确定所述测量TEM图像上的位错核心的位置。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述测量TEM图像的缺陷类型包括：
将所述测量TEM图像的位错核心的位置与所述多个虚拟TEM图像中的位错核心的位置进行匹配，以将所述测量TEM图像与所述多个虚拟TEM图像进行比较。


10.根据权利要求7所述的方法，其中，提供所述样本的结构缺陷信息包括：
提供所述测量TEM图像的加强图像，其中，所述加强图像与所述测量TEM图像相比具有增加的对比度；
使用所述加强图像在晶格方向上追踪原子排列图案，以检测包括与原子排列图案的周期偏离的缺陷像素在内的缺陷线；以及
将所述缺陷线的端点的位置确定为位错核心的位置。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，提供所述加强图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈成辅，慎一揆，李宣怜，亚历山大·施密特，李伸旭，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR