集成电路晶圆的电子显微镜图像重建研究

发布时间：2017-06-07 05:00

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【摘要】：在过去的半个多世纪,集成电路产业依照摩尔定律不断向前发展。作为超大规模集成电路制造中图形转移的关键部分,光刻工艺的作用越来越显得举足轻重。近几年,半导体主流制造技术已从90nm,65nm等节点前进到40nm,28nm,20nm甚至更低。更小的特征尺寸需要更先进的制造工艺、更严格的制造环境以及更少的制造缺陷。新工艺技术的引入以及制造环境因素开始剧烈地影响光刻工艺的过程,使得光刻图形出现新的缺陷。研究集成电路晶圆(Wafer)的光刻图形缺陷问题就成为现代半导体产业的一个重要课题。光刻图形缺陷是指在光刻结束之后,晶圆上得到的图形与设计的图形之间,超出允许范围的差异。特征尺寸进入纳米级之后,光刻图形缺陷对集成电路成品率的影响已经非常严重。在光刻步骤完成后,对晶圆进行光刻图形缺陷检查是提高集成电路成品率的一个重要手段。扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)图像是观察晶圆表面拓扑结构、发现光刻图形缺陷的重要依据。通过重建SEM图像,对图像进行二值化分析,是下一步光刻图形尺寸测量和缺陷检查的基础。本文探讨了光刻工艺、图形缺陷、SEM图像和一部分图像预处理手段的基础,并针对扫描式电子显微镜产生的晶圆表面灰度图像重建问题,研究了根据图像边缘信息进行处理的方式,提出一种利用图像边缘的梯度信息和统计学方法进行SEM图像重建的方法。用直方图分析SEM图像的噪声组成,通过滤波去噪过程,用Kirsch算子分析图像的梯度信息,再利用图像外边缘的梯度大于内边缘的梯度特性,对每一个区域进行分类统计,根据统计信息进行最后的图像填充。实验结果表明,该算法相比边缘提取算法,在同一扫描区域下,对高分辨率的图像,在稳定性不变的前提下,自动化程度更高；对低分辨率的图像,该算法则有效避免了边缘提取失败的影响,提高了图像重建的成功率。同时针对不同类型的SEM图像,本算法也有一定的适用性。
【关键词】：光刻图形缺陷 SEM图像 图像处理 梯度信息 统计二值化 图像重建
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN405
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 引言13
• 1.2 集成电路光刻制造工艺13-16
• 1.3 光刻工艺现状和发展趋势16-17
• 1.4 集成电路光刻图形缺陷17-20
• 1.4.1 光刻图形缺陷的来源17-18
• 1.4.2 光刻图形缺陷的分类18-19
• 1.4.3 光刻图形缺陷检查19-20
• 1.5 SEM图像简介20-23
• 1.5.1 SEM图像的产生20-21
• 1.5.2 SEM图像的类型21-23
• 1.5.3 SEM图像的重建23
• 1.6 论文的研究内容、创新点和结构23-24
• 1.7 本章小结24-25
• 第2章 图像预处理25-37
• 2.1 直方图处理25
• 2.2 图像噪声的消除25-32
• 2.2.1 噪声分类25-29
• 2.2.2 均值滤波29
• 2.2.3 中值滤波29-30
• 2.2.4 高斯滤波30-31
• 2.2.5 双边滤波31-32
• 2.3 阈值选取32-35
• 2.3.1 双峰法32-33
• 2.3.2 p参数法33
• 2.3.3 迭代法33-34
• 2.3.4 最大类间方差法(OTSU法)34-35
• 2.4 OpenCV简介35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 SEM图像重建研究37-53
• 3.1 Canny算子37-40
• 3.2 基于边缘提取的SEM图像重建40-46
• 3.3 基于边缘梯度信息的SEM图像重建46-50
• 3.4 算法比较50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 实验结果及分析改进53-61
• 4.1 相同类型不同分辨率的图像53-58
• 4.1.1 480*480像素点图像53-54
• 4.1.2 160*160像素点图像54-56
• 4.1.3 120*120像素点图像56-58
• 4.2 相同分辨率不同类型的图像58-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第5章 总结与展望61-62
• 5.1 本文总结61
• 5.2 未来展望61-62
• 参考文献62-65
• 作者简介65

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本文编号：428190