用于记录图象的系统和方法

专利名称：用于记录图象的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及成象和检验系统，而特别涉及图象记录系统和方法。
背景在许多应用中使用成象系统日益增加。这些包括远程感测，医学和制造，其中包括半导体制造，提供管理和处理诊断，其中使用成象系统的一种方式是用比较相应的图象。例如，一个半导体晶片可包括许多基本相同的模片。一个成象系统可以捕获一个或多个模片的相应的图象并比较图象，以识别缺陷，差别，或不规则性。成象系统一般捕获三维目标的所选属性的二维属性。
为比较存在于图象中的目标的空间位置，一个成象系统首先记录或相关该相应的图象。该记录处理可描述为第一图象和第二相应图象的识别和对准，以便对该相应图象之间的任何偏移进行计算。该记录步骤对于形成该相应图象的有意义的比较是重要的。如果该相应的图象未对准，则该图象的比较将是有负面影响的。进行该对准的一种方法是已知的基于特征的记录。如果其名字提出，基于特征的记录包括识别在每个图象上的几何特征，建立相应性，和使用这些特征的坐标去识别相应图象上的相应点。
但是，基于特征的记录具有明显的缺陷。首先，基于特征的记录技术消耗时间，并要求有效的计算源。在应用中，在有噪声的情况下提取公共特征可成为困难的事，往往导致可靠性问题。此外，在某些应用中希望快速记录许多复图象(complex image)的相应对。因此，一个时间长的记录处理过程，例如与基于特征的记录相关的处理过程将限制该成象系统的总的操作速度和能力。另外，如果在半导体模片上形成的器件的尺寸减小，成象系统将要求格外检验小的结构。如此，将增大在记录相应图象中形成的误差。
概述因此，对于受到计算影响的图象记录系统和方法的需要已在增涨。
进一步的有效处理复图象数据的图象记录系统和方法的需要已在增涨。
还进一步的便于增加系统通过量的图象记录系统和方法的需要已在增涨。
再进一步的既精确又耐用的图象记录系统和方法的需要已在增涨。
按目前公开的技术，对图象记录系统和方法描述的系统和方法减少了与在先使用的图象记录系统有关的缺陷。该本发明的图象记录系统包括接收复图象数据的记录引擎，例如用于相应图象的频域数据。该记录引擎计算该第一图象的复图象数据的快速富立叶转换[FFT]的复共轭积的反转变和该第二相应图象的FFT。
在本发明的一个方面中，公开的一个成象系统包括一个定位系统，光学系统和一个记录系统。该定位系统可保持和有选择性地定位一个目标，例如一个半导体晶片。光学系统放置在接近该定位系统的地方并捕获目标的复图象。该记录系统连接到成象系统和接收复目标波数据用于相应图象对。接着该记录系统计算每对图象的一个相关映射。该相关数据计算包括计算第一图象的FFT的复共轭积的反转变和该第二图象的FFT。
更具体地，该成象系统可包括一个电荷耦合器件(CCD)摄影机用于捕获由该定位系统抓住的目标的全息摄影图象。此外，由该记录引擎接收的该复目标波数据可包括相位数据和幅度数据，复频谱数据，或者一般从高度和反射数据得到的频率数据，供该目标的每个点用。该成象系统可进一步包括一个比较引擎，它将该第一图象和相应的第二图象进行比较和能识别在该第一图象和第二图象之间的幅度和相位差。
在本发明的另一方面中，公开了相应图象的记录图象数据的方法。该方法包括接收第一图象和第二图象的复图象数据。这些图象可以是频率数据的方式和可以接着地由一个带通滤波器进行滤波。该方法还包括通过计算该第一图象的FFT和该第二图象的FFT的复共轭积的反转变产生图象记录数据。该方法还包括通过计算复相关(complexcorrelation)的幅度和对在该相关幅度映象上的最大值进行搜索求得相关峰值。发现在该峰值和该图象中心的距离是在该图象对之间的这种转换或偏移。
本发明提供许多重要的技术优点。一个技术优点是结合频域技术来产生记录数据。通过在该频域中进行相关计算使用频域数据将减少计算要求，这将使得在搜索图象之间的一个相关峰值中的计算成本最低，如果和递代技术相比的话。使用频域数据进而支持有效的处理复图象数据和增加成象系统的通过量。此外，使用包括目标上每个点x和y的高度和反射数据的复图象数据允许该系统特别地精确。使用复图象数据还允许该系统比其他的记录系统更坚固。
附图简述通过参照结合附图的下列说明可以获得对本发明的更完全的理解以及其优点，其中相同参考数表示相同的特征，其中

图1描绘按本发明的成像系统；图2是表示按本发明的图像记录方法的流程图；图3表示具有在其上形成多个模片的一个半导体晶片；以及图4描绘划分成多个相应视场的两个相应的半导体模片。
详细描述参照图1到图4能最好地理解优选实施例和它们的优点，其中相同数字表示相同的和相应的部分。
现参照图1，表示按本发明的一般描绘的成像系统10。成像系统10包括机械系统12，可操作来保持和定位目标14。目标14可包括一个半导体晶片或其他适用于检察的目标。机械系统12最好可操作来选择性地保持目标14和还可操作来选择性地定位或‘分步安排’目标14。在优选实施例中，机械系统12可操作来选择性地以按光学系统18的视场(FOV)大小排列的顺序步骤分步安排目标14。光学系统18靠近机械系统12和目标14放置，使得光学系统18可有效地捕获目标14。由光学系统18捕获的图像退出光学系统作为空间域数据19。在优选实施例中，由光学系统捕获的该图像数据包括目标14的用于每个位置(x，y)的高度(Z)和反射率(a)的测量。因此，在该优选系统中，由光学系统18捕获四维的空间域数据。
机械系统12最好由控制系统14操作。控制系统14最好也链接到CCD摄影机20和信号处理系统22并且可操作来向其提交图像位置数据。就捕获的图像数据来说可以包括这样的图像位置数据以判明哪些图像彼此相关。
在本发明实施例中，电荷耦合器件(CCD)摄影机20进一步可操作地连接到光学系统18。在另一实施例中，任何合适的装置可用来接收和储存来自光学系统18的空间数据19。光学系统18和CCD摄影机20可直接优选使用如在授权于Clarence E.Thomas等的并包括在此作为参考的U.S.6,078,392中所示的数字全息(DDH)照相技术。作为选择，光学系统18和摄影机20可应用任何合适的技术以捕获目标14的位置x，y的高度(Z)和反射率(A)。在本发明公开中，查阅复图像数据最好包括从x，y，Z和A导出的图像数据，而该x，y，Z和A是对一个给定目标的部分获得的。复数据最好可包括已从该空间域转换到频域的x，y，Z和A图像数据。在一特定实施例中，这种转换可以使用快速富立叶变换(FFT)技术完成。已转换到频域数据的x，y，Z和A图像数据在此称为频率数据或复频率数据。
来自光学系统18的光最好指向CCD摄影机20。CCD摄影机可操作来记录全息照相图像数据而不使用照相板或胶片。另外，CCD摄影机20最好可工作来数字地记录由成像系统10捕获的全息照相的图像数据。
信号处理系统22工作时连接到CCD摄影机20。信号处理系统22可进一步操作来从CCD摄影机20接收和处理数字图像。由信号处理系统22的处理最好包括将由摄影机20记录的数据变换到频域数据。最好该处理包括全息照相数据的富立叶转换，以定位该全息照相数据的信号载波频率，和提取该全息照相数据的复目标波的频率。由信号处理系统22提取的信息通常可认为是频率数据和可以包括通过将接收到的该空间域数据变换到频域数据获取的任何频率数据。在一特定实施例中，信号处理系统22在每一个代表一个视场的FFT的情况下以流方式可操作来输出富立叶变换(FFT)数据。由该信号处理系统22处理的数据可传送到短期存储器24以及当其相应的视场变成可利用时接着传送到记录引擎26。短期存储器24可包括任何适于储存从信号处理系统22接收的复频率数据。短期存储器24工作时进而连接到记录引擎26。当一个新的FOV达到信号处理22时，短期存储器24被搜索，以发现其相应在先捕获的FOV的频率图像。该图像对的频率数据接着送到记录引擎26。该新的FOV数据接着储存在短期存储器24中以等待来自该下一个模片或相应目标部分的它的相应的FOV。该“老”FOV数据从短期存储器24消除。
记录引擎26工作时连接到信号处理器22以及短期存储器24。记录引擎26最好可操作来接收来自信号处理系统的复图像数据和来自短期存储器24的其相应的复图像数据。控制系统16连接到机械系统12和可操作来控制机械系统12。控制系统16进一步可操作来控制CCD摄影机20和信号处理系统22。记录引擎26可操作来标识相应图像之间的这种变换或“偏移”。由记录引擎26标识的变换可以是为与其相应图像对准而对一个图像在x和y两个方向所要求的偏移。
内插引擎27工作时经反变换连接到记录引擎26和短期存储器24。内插引擎27进而可操作来通过例如反富立叶变换(IFFT)的反变换再取样从短期存储器24接收的复图像。该转换最好将来自该频域的数据转换到该空间域。
内插引擎27最好连接到比较引擎28。比较引擎28可操作来接收相应的图像，一个通过反FFT来自信号处理系统22和另一个来自内插引擎27。对比引擎28进而可操作来比较相应的图像。由比较引擎28进行的比较包括复图像的归一化，变化矢量计算，和设置阈。
比较引擎28工作时连接到缺陷映像引擎30。缺陷映像引擎30最好根据从比较引擎28和记录引擎26接收的比较结果标识在第一图像和第二相应图像之间的缺陷，差别，或不规则性。
现在参照图2，表示按本发明的一个图像记录系统的流程图。该图像记录基于相关器提供一个频域，该相关器用于使用它们的富立叶变换的乘积的反富立叶变换成类似的变换技术相关在该频域中实施的空间域中的两个复信号。可使用FFT替代在该空间域中的定义的相关测量实施该图像记录系统。包含在该全对象(Object)波的该频域表示中的该信息包括表示目标高度信息的相位数据，而这是在幅度反射率图像的普通频域表示中不出现的。从而在合成的相关映像中能执行对该相关峰值的搜索。
该方法随从第一图像和相应的第二图像标识两个相应的图像数据200和202开始。在本实施例中，图像数据200和202可包括模片部分A1和B1的频率数据(如图4中所示)。在一优选实施例中，图像数据200和202是该图像数据的FFT，该记录包括最初滤除该第一数据204的FFT和滤除该第二图像数据206的FFT。在一个优选实施例中，这些滤除步骤204和206使用一个带通滤波器，虽然可使用用于清除低频和高频噪声的任何合适的滤波器。在一特定实施例中，滤除步骤204和206最好滤除频率的这些部分，即低于奈奎斯特(nyquist)的约15-20％。和高于奈奎斯特的约60％。
接着在208确定FFT A1和FFT B1的复共轭乘积。接着在210计算该复共轭乘积的反FFT。跟随该步骤在216由计算该反FFT的幅度确定相关幅度。最后在212在该相关幅度数据中标识一个峰。该峰探测最好包括抛物线性的内插技术，以便标识具有子像素精度的峰。例如，对于在该分立的峰值周围的3×3块交叉相关结果，可以包括用例如一个抛物面反射器这样的三维表面拟合那些结果。该拟合的表面的峰被定义成相关的峰。
在214使用该标识的峰来计算该相应图像对之间的变换。该变换被定义成该峰和该图像中心的距离。以上记录处理最好对多个相应图像重复处理。
在记录之后，可执行错误记录分析和质量保证校验，以确定一个精确的记录是否已发生和是否需要附加处理以保证所要求的记录精度。在一实施例中该处理可包括标识该相关映像的峰的模式和使用该第一峰和该第二峰之间的下降来测量该变换的质量的标准(qauge)。
此外，在确定该变换之后可执行图像再取样和内插。该变换定义用于该对象图像的一个新的栅格。接着可使用例如Bilinear或Sinc内插在该复对象图像上执行再取样。在该对象图像已由内插引擎27再取样之后，图像比较引擎28可比较该复图像对和标识在该第一图像和该第二图像之间的差别。
现在参照图3，它是说明性表示一个半导体晶片，由100表示，提供来描述本发明的图像记录系统的操作。晶片100包括多个在其上形成的相同的模片110。为说明目的，模片110已进一步用符号表示成110A，110B，110C，等等。应理解，本发明注视由相应模片记录相应图像数据，而不管它们在一个或多个晶片上的配置。
现在参照图4，它表示分离成多个部分的相应的模片的说明性表示。第一模片152，或模片A包括多个符号A1，A2，A3等表示的部分。第二模片154同样包括多个符号B1，B2，B3等表示的相应的部分。在该实施例中，模片部分A1相应模片部分B1部分。模片部分A2相应模片部分B2等等。每个模片部分的大小最好基本上等于如图1中所示的光学系统18的视场(FOV)。该模片部分或块的大小图像由如图1中所示的光学系统18的FOV和CCD摄影机20的空间分辨率确定。
操作中，机械系统12最好定位目标14使得一个目标的优选位置，例如模片部分A1是位于光学系统18的视场之内。光学系统18接着可以获取图象数据，例如全息照相图像数据的全对象波。
接着最好将由光学系统18捕获的图像数据如图1描述的传送到CCD摄像机20。在由光学系统18捕获模片部分A1的图像之后，机械系统12则可移动或“分步安排”该晶片使得一个不同的模片部分例如模片部分A2放置在该光学系统18的视场中。因此，机械系统12的每一“分步安排”最好按照光学系统18的视场定大小。在一优选实施例中，机械系统12的移动遵循预选的模式以保证在目标14上的所有感兴趣的范围被适当地成像。在选择的实施例中，机械系统可相对一个固定目标放置光学系统。在另一选择的实施例中，机械系统12可连续地移动目标14，使其通过光学系统18的视场，同时在选择的时间间隔上捕获图象，以保证目标14的感兴趣的范围被适当地成像。
图像数据从光学系统18送到CCD摄影机20，然后送到处理系统22。预送的被记录的该处理的图像数据可以是按任何格式的，例如提取载波后的原状的频域信号，复空间域数据，幅度图像数据，和相位数据。能处理各种各样图像数据的能力可以减轻数据处理或预处理的要求。作为选择，适于记录的数据可以从沿该数据流的任何点得到，其中可得到合适的复图像数据。
接着该处理的图像数据既可保持在短期存储器24中又可直接传送到记录引擎26。记录引擎26通过标识在一个晶片坐标系统中一个图像的位置标识哪些图像与相应的模片位置相关。在一优选实施例中，如图1中所示的由控制系统16确定的那样，这可通过标识在用于每个图像的模片中的模片数量和画面坐标(frame coordinate)来完成。
虽然已详细地描述了公开实施例，但应理解对实施例可进行各种改变，替代和修改而不脱离它们的精神和范围。
权利要求
1.一个成像系统包括一个定位系统，可操作来定位一个目标；一个光学系统，靠近该定位系统放置；一个记录系统，工作时连接到该光学系统并可操作来接收第一图像和第二相应图像的频率数据，以及计算第一图像和第二图像的相关数据，该相关数据包括该第一图像的频率数据和该第二图像的频率数据的一个复共轭乘积的反变换。
2.权利要求1的成像系统进一步包括一个CCD摄影机，工作时连接到该光学系统和工作时连接到该信号处理器。
3.权利要求1的成像系统，其中该频率数据进一步包括该图像数据的FFT。
4.权利要求1的成像系统，其中该第一图像进一步包括一第一模片的一部分的一个图像；以及该第二图像进一步包括一第二模片的一相应部分的一个图像。
5.权利要求1的成像系统进一步包括记录引擎，可操作来接收该第一图像的该FFT；接收该第二图像的该FFT；以及确定该第一图像的FFT和该第二图像的FFT的共轭乘积。
6.权利要求1的成像系统进一步包括该记录引擎，可操作来确定第一图像和第二图像之间的相关变换。
7.权利要求1的成像系统进一步包括该记录引擎，可操作来接收多个相应图像的复频率数据；以及输出多个相应图像的相关数据。
8.权利要求1的成像系统进一步包括该记录引擎，该记录引擎进一步可操作来标识在与该第二图像相关的第一图像中的变换。
9.权利要求1的成像系统进一步包括该比较引擎，该比较引擎可操作来将该第一图像与该第二图像进行比较；以及标识在该第一图像和该第二图像之间的相位差。
10.一个成像系统包括一个记录引擎，可操作来接收相应图像对的全对象波数据；该图像对具有第一图像和第二相应图像；以及计算第一图像的快速富立叶变换和第二图像的快速富立叶变换的复共轭的反变换。
11.权利要求10的图像记录系统，其中该第一图像和第二图像的对象波数据进一步包括由一个CCD摄影机捕获的全对象波数据。
12.权利要求10的图像记录系统进一步包括该记录引擎，该记录引擎可操作来滤除该全对象波数据。
13.权利要求10的图像记录系统，其中第一图像进一步包括一第一模片的一部分的图像；以及第二图像进一步包括一第二模片的相应部分的图像。
14.权利要求10的图像记录系统，其中该记录引擎进一步可操作来接收该第一图像的FFT；接收该第二图像的FFT；确定第一图像的FFT和第二图像的FFT的共轭乘积。
15.权利要求10的图像记录系统进一步可操作来确定该第一图像和该第二图像之间的相关映射。
16.权利要求10的图像记录系统进一步可操作来记录多个复图像对。
17.一种记录相关图像的图像数据的方法，包括接收一第一图像的全图像数据；接收一第二图像的复图像数据，该第二图像相应于该第一图像；计算该第一图像的快速富立叶变换和该第二图像的快速富立叶变换的复共轭乘积的反转变；以及利用该反转变的复共轭乘积计算相关幅度。
18.权利要求17的方法进一步包括从该相关的幅度映射标识变换。
19.权利要求17的方法进一步包括从多个相关的图像记录图像数据。
20.权利要求17的方法进一步包括基于反转变的复共轭乘积标识多个控制点；以及基于在相关映射上标识的峰模式执行缺陷记录分析。
全文摘要
描述一种用于一第一和一相应第二图象记录系统的方法和系统。该方法包括将空间图象数据转换到频域数据的步骤，例如使用快速富立叶变换(FFT)；通过计算该第一和该第二图象的频域数据的复共轭积的反变换确定该两个图象之间的相关映射；以及基于相关映射识别在该两个图象之间的转换。
文档编号G06T7/00GK1578970SQ02821768
公开日2005年2月9日 申请日期2002年9月6日 优先权日2001年9月7日
发明者X·L·戴, M·A·亨特, B·沈 申请人:恩莱因公司