使用高分辨率透射電子顯微鏡圖像的晶粒分析方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種使用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像的晶粒分析方法和系統(tǒng)。所述方法涉及分析納米晶粒，包括：接收HRTEM圖像，針對(duì)HRTEM圖像設(shè)置每個(gè)具有預(yù)定大小的局部窗口，對(duì)通過(guò)局部窗口確定的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換以計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，基于局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分析晶粒。
【專利說(shuō)明】使用高分辨率透射電子顯微鏡圖像的晶粒分析方法和系統(tǒng)
[0001 ] 本申請(qǐng)要求于2015年3月10日提交的第10-2015-0033437號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)的權(quán)益，該韓國(guó)專利申請(qǐng)的主題通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例涉及晶粒分析方法和系統(tǒng)。更具體地講，發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例涉及使用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像分析一個(gè)或更多個(gè)納米級(jí)晶粒的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)在的晶粒測(cè)量方法使用掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)或電子背向散射衍射(EBSD)被執(zhí)行。然而，使用這些技術(shù)不能精確測(cè)量納米(nm)級(jí)晶粒，但是使用HRTEM(高分辨率透射電子顯微鏡)可測(cè)量納米級(jí)晶粒。不幸地的是，目前需要難以接受的長(zhǎng)時(shí)間來(lái)分析HRTEM圖像。此外，實(shí)際上不可能量化來(lái)自對(duì)HRTEM圖像進(jìn)行分析的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種分析納米級(jí)晶粒的晶粒分析方法。
[0005]所述晶粒分析方法包括:接收高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像;針對(duì)HRTEM圖像設(shè)置局部窗口以定義像素?cái)?shù)據(jù);對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換(FFT)以計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);基于局部變換數(shù)據(jù)分析晶粒。
[0006]執(zhí)行FFT的步驟可包括:對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行二維(2D)數(shù)字傅里葉變換(DFT)。
[0007]分析晶粒的步驟可包括:計(jì)算針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。
[0008]計(jì)算針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)的步驟可包括:從局部變換數(shù)據(jù)選擇具有最大幅值的數(shù)據(jù);基于從中點(diǎn)到選擇的數(shù)據(jù)方向計(jì)算取向信息;基于中點(diǎn)與選擇的數(shù)據(jù)之間的距離計(jì)算周期性信息。
[0009]分析晶粒的步驟還可包括:基于周期性信息確定晶粒是晶體材料還是非晶體材料。
[0010]根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種分析包括第一晶粒和第二晶粒的納米級(jí)晶粒的方法，所述方法包括:計(jì)算針對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像的每個(gè)像素的晶粒分析數(shù)據(jù);基于晶粒分析數(shù)據(jù)將第一晶粒與第二晶粒進(jìn)行分割。晶粒分析數(shù)據(jù)包括針對(duì)第一晶粒和第二晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。
[0011]計(jì)算晶粒分析數(shù)據(jù)的步驟可包括:通過(guò)對(duì)HRTEM圖像的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換(FFT)來(lái)計(jì)算FFT數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生FFT數(shù)據(jù);基于FFT數(shù)據(jù)計(jì)算針對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)的每個(gè)像素的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。
[0012]將第一晶粒與第二晶粒進(jìn)行分割的步驟還可包括:基于針對(duì)HRTEM圖像的像素?cái)?shù)據(jù)的每個(gè)像素的晶粒分析數(shù)據(jù)選擇具有最高結(jié)晶速率的第一像素;確定鄰近第一像素的像素是否是相同材料的像素;確定鄰近第一像素的像素中相同材料的像素是否與第一像素屬于同一晶粒;設(shè)置包括與第一像素屬于相同晶粒的鄰近的像素的第一晶粒的邊界。
[0013]確定鄰近第一像素的像素是否是相同材料的像素的步驟可包括:基于周期性信息確定第一像素和鄰近第一像素的像素是晶體材料還是非晶體材料。
[0014]根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種用于分析納米級(jí)晶粒的系統(tǒng)。
[0015]所述系統(tǒng)包括:高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像分析設(shè)備，被配置為接收針對(duì)HRTEM圖像的輸入圖像(ΠΜ)，將ΠΜ劃分為局部窗口，對(duì)通過(guò)局部窗口選擇的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換(FFT)以獲得FFT數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生局部變換數(shù)據(jù)，基于局部變換數(shù)據(jù)分析晶粒以產(chǎn)生晶粒分析數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生來(lái)自晶粒分析數(shù)據(jù)的輸出圖像(0頂)；顯示裝置，被配置為響應(yīng)于0頂顯示至少一個(gè)圖像。
[0016]圖像分析設(shè)備可包括:局部窗口設(shè)置單元，被配置為針對(duì)ΠΜ的幀設(shè)置局部窗口；FFT處理器，被配置為通過(guò)對(duì)通過(guò)局部窗口分別確定的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)二維(2D)FFT來(lái)計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);分析單元，被配置為基于局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)計(jì)算針對(duì)關(guān)于每個(gè)局部窗口的晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息。
[0017]分析單元可從局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)選擇具有最大幅值的像素?cái)?shù)據(jù)，基于從中點(diǎn)到選擇的像素?cái)?shù)據(jù)的方向計(jì)算取向信息，基于中點(diǎn)與選擇的數(shù)據(jù)之間的距離計(jì)算周期性信息。
[0018]分析單元可基于周期性信息確定晶粒是晶體材料還是非晶體材料，基于取向信息確定晶粒是否是相同材料。
[0019]分析單元可將針對(duì)與至少一個(gè)局部窗口的像素?cái)?shù)據(jù)相關(guān)的每個(gè)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
[0020]根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的另一方面，一種用于分析納米級(jí)晶粒的系統(tǒng)，包括:存儲(chǔ)器，被配置為存儲(chǔ)程序代碼;處理器，被配置為執(zhí)行所述程序代碼。所述程序代碼包括:快速傅里葉變換(FFT)處理代碼和分析代碼，其中，F(xiàn)FT處理代碼對(duì)包括在來(lái)自高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像的輸入圖像(ΠΜ)中的數(shù)據(jù)執(zhí)行至少一次FFT以產(chǎn)生FFT數(shù)據(jù)，其中，ΠΜ被劃分為多個(gè)局部窗口；分析代碼基于FFT數(shù)據(jù)計(jì)算針對(duì)每個(gè)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。
[0021]處理器可通過(guò)對(duì)來(lái)自在所述多個(gè)局部窗口之中劃分的多個(gè)像素的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次二維(2D) FFT，并在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)FFT數(shù)據(jù)。
[0022]局部FFT數(shù)據(jù)可包括圍繞中點(diǎn)二維布置的幅值數(shù)據(jù)。處理器可基于FFT數(shù)據(jù)計(jì)算取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)，并在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述，將更清楚地理解發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，其中:
[0024]圖1是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的晶粒分析系統(tǒng)的總體框圖；
[0025]圖2和圖3是進(jìn)一步示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的在不同的示例中圖1的HRTEM圖像分析設(shè)備的各個(gè)框圖；
[0026]圖4和圖5是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的局部窗口的示意圖；
[0027]圖6A是示出基于二維(2D)快速傅里葉變換(FFT)數(shù)據(jù)計(jì)算針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率和周期性信息的示意圖；
[0028]圖6B是列出逐像素計(jì)算的針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率和周期性信息的表；
[0029]圖7是概述根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的晶粒分析方法的流程圖；
[0030]圖8、圖9、圖10、圖11和圖12(包括圖8至圖12)是進(jìn)一步示出圖7的晶粒分析方法的各個(gè)圖像和圖像部分；
[0031 ]圖13A和圖13B是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的可顯示在圖1的顯示裝置上的映射的圖像；
[0032]圖14是示出作為分析的晶粒大小的函數(shù)的晶粒數(shù)量的曲線圖；
[0033]圖15是概述根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的晶粒分析方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明構(gòu)思。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)解釋為局限于僅在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，從而本公開將會(huì)徹底和完整，并且將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。貫穿書面描述和附圖，相同的參考標(biāo)號(hào)和標(biāo)簽用于指示相同或相似的元件和特征。
[0035]將理解，當(dāng)元件被稱為“連接”或“結(jié)合”到另一元件時(shí)，其可直接連接或結(jié)合到該另一元件或者可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接結(jié)合”到另一元件時(shí)，不存在中間元件。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任何和所有組合并可被簡(jiǎn)寫為。
[0036]將理解，雖然術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等可在此用于描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一元件區(qū)分開來(lái)。例如，在不脫離本公開的教導(dǎo)的情況下，第一信號(hào)可被命名為第二信號(hào)，類似地，第二信號(hào)可被命名為第一信號(hào)。
[0037]在此使用的術(shù)語(yǔ)僅為了描述具體實(shí)施例的目的，不意在限制本發(fā)明。如在此使用的，除非上下文另外明確地指示，否則單數(shù)形式也意在包括復(fù)數(shù)形式。還將理解，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”指定存在所述的特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但是不排除存在或添加一個(gè)或更多個(gè)其它特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0038]除非另外定義，否則在此使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還將理解，除非在此明確地如此定義，否則諸如在通用字典中定義的術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋為具有與在相關(guān)領(lǐng)域和/或本應(yīng)用的上下文中的含義一致的含義，不應(yīng)被解釋為理想化或過(guò)于形式化的含義。
[0039]圖1是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的晶粒分析系統(tǒng)I的框圖。參照?qǐng)D1，晶粒分析系統(tǒng)I總體包括:圖像分析設(shè)備10、圖像測(cè)量設(shè)備20和顯示裝置30。
[0040]圖像測(cè)量設(shè)備20測(cè)量對(duì)包括晶粒材料特征(以下，通常稱為晶粒)的材料(例如，多晶硅、金屬等)拍攝的高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像。具體地講，圖像測(cè)量設(shè)備20捕獲目標(biāo)材料的圖像，并根據(jù)限定的格式產(chǎn)生HRTEM圖像?？墒褂迷S多不同的自定義或標(biāo)準(zhǔn)圖像格式來(lái)產(chǎn)生向HRTEM圖像測(cè)量設(shè)備20提供的輸入圖像(IIM)。可以以圖像文件(例如，jpg文件、gif文件、tiff文件、bmp文件等)的形式提供此IIM。
[0041]在此示例性方案中，圖像分析設(shè)備10可根據(jù)晶粒區(qū)域(S卩，晶體材料區(qū)域)和非晶粒區(qū)域(即，非晶體材料區(qū)域)來(lái)區(qū)分(或劃分)目標(biāo)材料。例如，可使用HRTEM圖像IIM的快速傅里葉變換(FFT)以獲得可用數(shù)據(jù)(workable data)來(lái)執(zhí)行此區(qū)域區(qū)分。之后，產(chǎn)生的FFT數(shù)據(jù)可被進(jìn)一步處理，以計(jì)算針對(duì)特定晶粒的取向信息、周期性信息和/或結(jié)晶速率信息。此方案可根據(jù)正在進(jìn)行的分析的程度而被應(yīng)用于任何數(shù)量的晶粒。
[0042]從上文可理解，與鄰近的“非晶?！辈牧?例如，非晶體材料)相比，“晶粒”可以可選地被稱為晶體晶?；蚓w材料區(qū)域。發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施例特別適用于納米級(jí)晶粒的測(cè)量、分析和/或特征描述。這里，術(shù)語(yǔ)“納米級(jí)晶粒”用于表示具有以納米測(cè)量的至少一個(gè)物理維度的晶粒。
[0043]此外，圖像分析設(shè)備10可通過(guò)諸如檢測(cè)具有不同取向的晶粒之間的邊界，來(lái)分離(或分割)晶粒并計(jì)算晶粒大小。
[0044]圖像分析設(shè)備10還可用于轉(zhuǎn)換從來(lái)自HRTEM圖像的FFT數(shù)據(jù)(或相關(guān)數(shù)據(jù))獲得的信息。因此，可得到顏色信息(例如，RGB數(shù)據(jù))或灰度級(jí)信息(例如，亮度數(shù)據(jù))，以產(chǎn)生相應(yīng)的顯示信息。結(jié)果，圖像分析設(shè)備10可向顯示裝置30提供輸出圖像(0頂)，例如，能夠被轉(zhuǎn)換為顏色信息和灰度級(jí)信息的0頂。
[0045]顯示裝置30接收產(chǎn)生的O頂并顯示圖像，例如，與構(gòu)成的顏色信息和灰度級(jí)信息相應(yīng)的圖像。
[0046]圖2是進(jìn)一步示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的在一個(gè)示例(1a)中圖1的圖像分析設(shè)備10的框圖。參照?qǐng)D1和圖2，圖像分析設(shè)備1a包括局部窗口設(shè)置單元210、FFT處理器220、分析單元230和映射單元240。
[0047]局部窗口設(shè)置單元210將接收的IIM劃分為預(yù)定大小的局部窗口。例如，假設(shè)IIM的一幀由(ΜXN)個(gè)像素構(gòu)成，多個(gè)局部窗口中的每個(gè)局部窗口可被設(shè)置為包括該幀的像素總數(shù)中的特定數(shù)量(K X L)的像素。這里，“M”、“N”、“K”和“L”是自然數(shù)，K小于M并且L小于N。因此，局部窗口設(shè)置單元210可在掃描與IIM的幀相應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)，順序定義(或“設(shè)置”)多個(gè)局部窗口。
[0048]根據(jù)關(guān)于圖2使用的術(shù)語(yǔ)，由局部窗口設(shè)置單元210產(chǎn)生的每個(gè)局部窗口(“IL0”)被隨后(例如，順序)提供到FFT處理器220，在FFT處理器220，每個(gè)局部窗口 ILO被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)(“FL0”)。其后，局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FLO由分析單元230轉(zhuǎn)換為晶粒分析數(shù)據(jù)(“INFO”)，并且產(chǎn)生的晶粒分析數(shù)據(jù)INFO被提供到產(chǎn)生輸出圖像(ΠΜ(或映射輸出數(shù)據(jù))的映射單元240。
[0049]圖4和圖5不同地示出在發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施例中局部窗口的使用。
[0050]參照?qǐng)D4和圖5，HRTEM圖像ΠΜ的一個(gè)(MXN)幀310被假設(shè)為包括多個(gè)(K X L)局部窗口311a、311b、311c和311d。這里，“K”和“L”可具有相同的值(例如，16 X 16或8 X8)，或者可以是不同的值(例如，12X16或6X8)。為了關(guān)于圖4和圖5的解釋的方便起見，假設(shè)“K”和“L”兩者是3，“M”和“N”兩者是9。在圖4和圖5中，符號(hào)“P”表示像素。因此，圖4和圖5中所示的示例性幀310由范圍從P[l][l]到P[M][N]的(MXN)像素?cái)?shù)據(jù)構(gòu)成。因此，各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)可被標(biāo)識(shí)為“P[i][ j]”，“i”表示范圍從I行到M行的行(S卩，橫線)，“j”表示范圍從I列到N列的列(即，豎線)。
[0051]在發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施例中，局部窗口設(shè)置單元210針對(duì)幀310順序設(shè)置(或定位)多個(gè)局部窗口中的每個(gè)局部窗口。在圖4中，假設(shè)在從左向右掃描數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)置局部窗口311a、311b、311c和311d中的每個(gè)。如可從圖4中看到的，多個(gè)局部窗口可被設(shè)置以使各個(gè)局部窗口不重疊。然而，不需要總是這樣，如圖5的示例所示。
[0052]在圖4的實(shí)施例中，第一局部窗口311&包括像素?cái)?shù)據(jù)？[1][1]、？[1][2]1[1][3]、?[2][1]、？[2][2]、？[2][3]、？[3][1]、？[3][2]和？[3][3]，第二局部窗口31115包括像素?cái)?shù)據(jù)？[1][4]1[1][5]1[1][6]、？[2][4]、？[2][5]、？[2][6]、？[3][4]、？[3][5]和？[3][6]等。在圖5的實(shí)施例中，局部窗口311&’、31113’、311(:’和311(1’中的每個(gè)與至少一個(gè)其它局部窗口部分重疊。因此，在圖5的實(shí)施例中，第一局部窗口311&’包括像素?cái)?shù)據(jù)？[1][1]、？[1][2]1[1][3]、？[2][1]、？[2][2]、？[2][3]1[3][1]、？[3][2]和？[3][3]，第二局部窗口31113’包括像素?cái)?shù)據(jù)？[1][2]、？[1][3]、？[1][4]、？[2][2]、？[2][3]1[2][4]、？[3][2]、？[3][3]和？[3][4]等。
[0053]在圖4和圖5的背景下返回參照?qǐng)D2，F(xiàn)FT處理器220通過(guò)對(duì)每個(gè)局部窗口 ILO的數(shù)據(jù)(例如，K X L個(gè)像素)執(zhí)行二維(2D)FFT，來(lái)計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FLO(S卩，2D FFT數(shù)據(jù))。2D FFT數(shù)據(jù)可包括，例如，圍繞中點(diǎn)二維布置的幅值數(shù)據(jù)。以下，將更詳細(xì)地描述此特定示例。
[0054]以下，分析單元230基于局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FLO分析晶粒。在發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施例中，分析單元230用于基于順序提供的局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FLO針對(duì)每個(gè)局部窗口計(jì)算針對(duì)每個(gè)晶粒的三種類型的信息(例如，取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息)。這里，針對(duì)每個(gè)晶粒的取向信息可被表示為方向角，而結(jié)晶速率信息可被表示為幅值。
[0055]在一個(gè)實(shí)施例中，分析單元230可在計(jì)算取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息之前，刪除FLO(例如，2D FFT數(shù)據(jù))中未能達(dá)到給定閾值的數(shù)據(jù)。在特定實(shí)施例中，分析單元230可通過(guò)僅使用與包括在FLO中的最大值(例如，最大幅值)相應(yīng)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算針對(duì)每個(gè)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息?？稍谙嚓P(guān)分析單元230中使用的存儲(chǔ)器、表格、寄存器或類似的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)可存儲(chǔ)如關(guān)于每個(gè)局部窗口計(jì)算的以與相應(yīng)局部窗口的至少一個(gè)像素相應(yīng)的針對(duì)每個(gè)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和/或周期性信息。
[0056]圖6A是示出計(jì)算針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率和周期性信息的示意圖。此示例假設(shè)使用2D FFT數(shù)據(jù)，其中，2D FFT數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)323a和323b均具有針對(duì)圖4和圖5所示的一個(gè)局部窗口計(jì)算的2D FFT數(shù)據(jù)中的最大幅值。
[0057]參照?qǐng)D6A，均具有最大幅值的數(shù)據(jù)323a和323b可被顯示為關(guān)于中心點(diǎn)321對(duì)稱的點(diǎn)。為了解釋的方便起見，數(shù)據(jù)323a和323b將被稱為最大點(diǎn)323a和323b。
[0058]現(xiàn)在將描述使用一個(gè)最大點(diǎn)323a計(jì)算關(guān)于晶粒的信息的方法。然而，關(guān)于晶粒的信息可使用與最大點(diǎn)323a對(duì)稱的其它最大點(diǎn)323b來(lái)計(jì)算。分析單元230可從最大點(diǎn)323a的值(即，最大幅值)獲得針對(duì)晶粒的結(jié)晶速率信息。分析單元230可通過(guò)計(jì)算連接中點(diǎn)321與最大點(diǎn)323a的線與參考線(Ref_A)之間的角來(lái)計(jì)算方向角。分析單元230可通過(guò)計(jì)算中點(diǎn)321與最大點(diǎn)323a之間的距離(DIS)來(lái)獲得針對(duì)晶粒的周期性信息。
[0059]在發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施例中，分析單元230可基于周期性信息將晶粒(S卩，晶體材料)與非晶粒材料(g卩，非晶體材料)進(jìn)行區(qū)分和/或基于周期性信息將兩個(gè)或更多個(gè)不同的晶粒與晶體材料進(jìn)行分離(或區(qū)分)。這樣的功能是由晶體晶粒具有落入預(yù)期范圍的周期性的特征產(chǎn)生的。
[0060]因此，分析單元230可當(dāng)晶粒的周期性信息落入預(yù)定特定范圍內(nèi)時(shí)(例如，當(dāng)中點(diǎn)321與最大點(diǎn)323a之間的距離DIS落入特定范圍內(nèi)時(shí))，將晶粒分類為晶體晶粒，或當(dāng)晶粒的周期性信息落入預(yù)期范圍之外時(shí)，將晶粒分類為非晶體材料。因此，當(dāng)預(yù)先定義針對(duì)兩個(gè)或更多個(gè)不同晶粒的各個(gè)周期性范圍時(shí)，分析單元230可將針對(duì)晶體材料的周期性信息與周期性范圍進(jìn)行比較，并將晶體材料相應(yīng)地劃分為兩個(gè)或更多個(gè)不同的晶粒。
[0061]在一個(gè)實(shí)施例中，分析單元230可基于結(jié)晶速率信息區(qū)分晶粒和非晶粒材料，和/或基于針對(duì)晶體材料的結(jié)晶速率信息將晶體材料區(qū)分為兩個(gè)或更多個(gè)不同的晶粒。
[0062 ]這里再次，晶?？删哂新淙腩A(yù)期范圍內(nèi)的結(jié)晶速率。例如，結(jié)晶速率范圍可被預(yù)先定義并存儲(chǔ)，分析單元230可將針對(duì)像素的結(jié)晶速率與存儲(chǔ)的結(jié)晶速率信息進(jìn)行比較，以確定像素的材料是晶粒還是非晶粒。
[0063]在發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施例中，分析單元230可基于周期性信息和結(jié)晶速率信息兩者將晶粒與非晶粒進(jìn)行區(qū)分。例如，當(dāng)從關(guān)于局部窗口的FFT數(shù)據(jù)計(jì)算的周期性信息落入第一范圍內(nèi)和/或從關(guān)于局部窗口的FFT數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)晶速率信息落入第二范圍內(nèi)時(shí)，分析單元230可確定局部窗口的材料是晶粒。
[0064]分析單元230可基于方向角信息確定晶粒是否具有相同的取向。例如，當(dāng)相應(yīng)的方向角信息小于或等于角度閾值(例如，3°、5°或7°等)時(shí)，分析單元230可確定晶粒具有相同的取向(因此，晶粒是相同的材料)。
[0065]如上所述，分析單元230可基于相應(yīng)的FL0(例如，F(xiàn)FT數(shù)據(jù))計(jì)算針對(duì)每個(gè)局部窗口的晶粒或每個(gè)像素分析數(shù)據(jù)INFO(例如，取向信息、周期性信息和/或結(jié)晶速率信息)。晶粒分析數(shù)據(jù)INFO可被存儲(chǔ)在與圖1的HRTEM圖像測(cè)量設(shè)備1關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中。
[0066]圖6B示出由分析單元230計(jì)算的晶粒分析數(shù)據(jù)INFO(即，取向信息、結(jié)晶速率信息和/或周期性信息)的一個(gè)示例。參照?qǐng)D6B，局部窗口(例如，圖4和圖5中所示的局部窗口)可針對(duì)包括在幀數(shù)據(jù)中的像素P[l][l]至P[M][N]中的每個(gè)像素被設(shè)置?？舍槍?duì)局部窗口的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行一次或更多次FFT以獲得FFT數(shù)據(jù)，之后可如以上參照?qǐng)D6A所述，基于FFT數(shù)據(jù)計(jì)算幅值A(chǔ)Pi j、方向角AGi j和周期性PRi j。圖6B中所示的針對(duì)每個(gè)像素的晶粒分析數(shù)據(jù)INFO可以以多陣列的形式被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0067]映射單元240之后可將從分析單元230輸出的晶粒分析數(shù)據(jù)INFO映射為將被顯示的數(shù)據(jù)。在發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施例中，映射單元240可將晶粒的取向信息映射為顏色信息，將晶粒的結(jié)晶速率信息映射為灰度級(jí)信息(例如，亮度信息)，但發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不限于此。映射單元240之后可將映射的輸出數(shù)據(jù)0頂數(shù)據(jù)傳送到顯示裝置30。
[0068]圖3是進(jìn)一步示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的在另一示例(1b)中圖1的圖像分析設(shè)備10的框圖。
[0069]參照?qǐng)D3，圖像分析設(shè)備1b可被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)(例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)等)。
[0070]圖3中所示的圖像分析設(shè)備1b包括:中央處理器(CPU)10、只讀存儲(chǔ)器(ROM)llO、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)120、接口(I/F)單元130、顯示控制器140、圖形處理單元(GPU)150、存儲(chǔ)控制器160和總線170。
[0071]也可被稱為處理器的CPU 100可處理或執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110、120或40中的程序和/或數(shù)據(jù)。例如，CPU 100可根據(jù)從時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器(未示出)輸出的時(shí)鐘信號(hào)處理或執(zhí)行程序和/或數(shù)據(jù)。
[0072]在一個(gè)實(shí)施例中，CPU 100可被實(shí)現(xiàn)為多核處理器。多核處理器可以是具有兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的實(shí)體的處理器(被稱為“核”)的一個(gè)計(jì)算組件。這些處理器中的每個(gè)處理器可讀取并執(zhí)行程序指令。多核處理器能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)加速器，因此包括多核處理器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可執(zhí)行多加速。
[0073]如果需要，存儲(chǔ)在ROM110,RAM 120和存儲(chǔ)裝置40中的程序和/或數(shù)據(jù)可被加載到CPU 100的存儲(chǔ)器。
[0074]ROM 110可存儲(chǔ)永久性程序和/或數(shù)據(jù)。ROM 110可被實(shí)現(xiàn)為可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M)或電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)。
[0075]圖2的局部窗口設(shè)置單元210、FFT處理器220、分析單元230和映射單元240可被實(shí)現(xiàn)為可由CPU 100執(zhí)行并存儲(chǔ)在ROM 110中的代碼(例如，ROM代碼)AAM 120可暫時(shí)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)或指令。例如，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置40中的程序和/或數(shù)據(jù)可在CPU 100的控制下或根據(jù)存儲(chǔ)在ROM 110中的啟動(dòng)代碼被暫時(shí)存儲(chǔ)在RAM 120中。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，RAM 120可被實(shí)現(xiàn)為動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)或靜態(tài)RAM(SRAM)。
[0076]圖2的局部窗口設(shè)置單元210、FFT處理器220、分析單元230和映射單元240可被實(shí)現(xiàn)為可由CPU 100執(zhí)行并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置40中的軟件(例如，應(yīng)用軟件)。
[0077]I/F單元130被配置為與圖像測(cè)量設(shè)備20進(jìn)行接口連接。例如，I/F單元130可從圖像測(cè)量設(shè)備20接收HRTEM圖像ΠΜ，并經(jīng)由存儲(chǔ)控制器160將HRTEM圖像ΠΜ存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器40或120中。
[0078]CPU 100可執(zhí)行的程序代碼可包括FFT處理代碼、分析代碼和映射代碼。CPU 100可執(zhí)行FFT程序代碼來(lái)以局部窗口為單位從存儲(chǔ)裝置40讀取HRTEM圖像IIM，并以局部窗口為單位執(zhí)行2D FFT以計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FL0。此外，CPU 100可執(zhí)行分析代碼以基于使用FFT處理代碼計(jì)算的2D FFT數(shù)據(jù)(S卩，局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)FL0)分析晶粒，以計(jì)算如上所述的晶粒分析數(shù)據(jù)INF0，并將晶粒分析數(shù)據(jù)INFO存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器40或120中。
[0079]如圖6B中所示，晶粒分析數(shù)據(jù)INFO可包括針對(duì)每個(gè)像素的取向信息、結(jié)晶速率信息和/或周期性信息。
[0080]此外，CPU100可基于針對(duì)多個(gè)像素中的每個(gè)像素的結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)將多個(gè)像素的材料進(jìn)行分類，并基于多個(gè)像素中的每個(gè)像素的取向信息將晶粒進(jìn)行分類，以計(jì)算晶粒分類數(shù)據(jù)，并將晶粒分類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器40或120中。CPU 100可根據(jù)將在以下進(jìn)行描述的圖15的實(shí)施例將晶粒進(jìn)行分類。
[0081]晶粒分類數(shù)據(jù)可包括關(guān)于屬于被分類為不同晶粒的多個(gè)晶粒中的每個(gè)晶粒的像素的信息，例如，像素的坐標(biāo)。
[0082]例如，如果假設(shè)三個(gè)晶粒被分類為不同的晶粒，則晶粒分類數(shù)據(jù)可包括關(guān)于屬于三個(gè)晶粒中的第一晶粒的像素的信息、關(guān)于屬于三個(gè)晶粒中的第二晶粒的像素的信息和關(guān)于屬于三個(gè)晶粒中的第三晶粒的像素的信息。
[0083]此外，晶粒分類數(shù)據(jù)還可包括針對(duì)每個(gè)晶粒的典型的結(jié)晶速率信息、取向信息和周期性信息。
[0084]在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)晶粒的典型的結(jié)晶速率信息是晶粒的最大幅值，典型的取向信息是具有晶粒的最大幅值的像素的方向角，典型的周期性信息是具有晶粒的最大幅值的像素的周期性信息。
[0085]CPU 100可執(zhí)行映射代碼，以將圖2的晶粒分析數(shù)據(jù)INFO映射為將被顯示的數(shù)據(jù)0頂，并將圖2的映射的數(shù)據(jù)(ΠΜ存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器40或120中。
[0086]例如，CPU100可執(zhí)行映射代碼，以分別將包括在晶粒分析數(shù)據(jù)INFO中的取向信息和結(jié)晶速率信息轉(zhuǎn)換為顏色信息和亮度信息，但發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不限于此。例如，映射的信息可變化，周期性信息可被映射為顏色信息或亮度信息。
[0087]由存儲(chǔ)控制器160從存儲(chǔ)裝置40讀取的GPU150將數(shù)據(jù)處理為將被顯示的信號(hào)。
[0088]例如，GPU150可從存儲(chǔ)裝置40讀取圖2的映射的數(shù)據(jù)0頂，并將映射的數(shù)據(jù)0頂處理為將被顯示的信號(hào)。
[0089]存儲(chǔ)控制器160是被配置為與存儲(chǔ)裝置40進(jìn)行接口連接的模塊。存儲(chǔ)控制器160控制存儲(chǔ)裝置40的整體操作，并控制主機(jī)與存儲(chǔ)裝置40之間各種類型的數(shù)據(jù)的交換。例如，存儲(chǔ)控制器160響應(yīng)于來(lái)自主機(jī)的請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)裝置40或從存儲(chǔ)裝置40讀取數(shù)據(jù)。
[0090]這里，主機(jī)可以是處理單元，例如，CPU 100,GPU 150或顯示控制器140。
[0091]存儲(chǔ)裝置40是被配置為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方，并可存儲(chǔ)操作系統(tǒng)(OS)、各種程序和各種類型的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)裝置40可以是DRAM，但不限于此。例如，存儲(chǔ)裝置40可以是非易失性存儲(chǔ)裝置，例如，閃存、相變RAM(PRAM)、磁阻RAM(MRAM)、電阻式RAM(ReRAM)或鐵電RAM(FeRAM)裝置。此外，存儲(chǔ)裝置40可以是安裝在圖像分析設(shè)備I Ob中的內(nèi)部存儲(chǔ)器。
[0092]組件100、110、120、130、140、150和160可經(jīng)由總線170彼此通信。
[0093]顯示裝置30可顯示從顯示控制器140輸出的輸出圖像信號(hào)。顯示裝置30可被實(shí)現(xiàn)為液晶顯示器(IXD)、發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)LED(OLED)、或主動(dòng)矩陣OLED(AMOLED)裝置。
[0094]顯示控制器140可從存儲(chǔ)裝置40讀取圖2的映射的數(shù)據(jù)0頂，并在顯示裝置30上顯示映射的數(shù)據(jù)0ΙΜ。
[0095]圖7是概述根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的晶粒分析方法的流程圖。圖7的晶粒分析方法可由圖像分析設(shè)備(像關(guān)于圖2和圖3之前描述的圖像分析設(shè)備(1a和1b))執(zhí)行。圖8至圖12是進(jìn)一步示出圖7的晶粒分析方法的示圖。
[0096]參照?qǐng)D7至圖12，圖像分析設(shè)備1a或1b接收HRTEM圖像(操作SI 10)。圖8中示出一幀HRTEM圖像330的示例。
[0097 ] 圖8示出由HRTEM捕獲的垂直NAND (VNAND)閃存的多晶硅通道的圖像的示例。圖9示出對(duì)圖8的局部區(qū)域341的圖像進(jìn)行放大的結(jié)果。圖10示出對(duì)圖9的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)化和建模的結(jié)果。
[0098]參照?qǐng)D8至圖10，幀圖像330包括不同的材料區(qū)域331、332和333。例如，材料區(qū)域332可以是多晶材料區(qū)域，例如，多晶硅區(qū)域，材料區(qū)域331和材料區(qū)域333可以是非晶體材料區(qū)域。
[0099]局部區(qū)域341包括作為不同晶粒的第一晶粒341-1和第二晶粒341-2。在被簡(jiǎn)化建模的第一晶粒341-1’和第二晶粒341-2’的情況下，第一晶粒341-1’和第二晶粒341-2’被布置的方向彼此不同。
[0100]因此，在第一晶粒341-1與第二晶粒341-2之間呈現(xiàn)晶粒邊界343，在第一晶粒341-1’和第二晶粒341-2 ’之間呈現(xiàn)晶粒邊界343 ’。
[0101]這里，術(shù)語(yǔ)“晶粒邊界”指多晶材料的兩個(gè)取向不同的晶粒之間的邊界。當(dāng)材料的取向相同時(shí)，即，當(dāng)材料沿相同的方向取向時(shí)，包括所述材料的組可被分類為一個(gè)晶粒。然而，邊界在多晶材料的具有不同取向的兩個(gè)晶粒之間形成，因此，基于邊界，兩個(gè)晶粒被分類為不同的晶粒。這樣的晶粒邊界趨向于降低構(gòu)成的半導(dǎo)體器件的電氣性能特征。
[0102]返回參照?qǐng)D7，針對(duì)圖8的HRTEM圖像33O設(shè)置均具有預(yù)定大小的局部窗口(參照S120)。圖像分析設(shè)備1a或1b通過(guò)對(duì)由局部窗口確定的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行2D傅里葉變換來(lái)計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，即，2D FFT數(shù)據(jù)(操作S130)。圖11示出圖8的HRTEM圖像330的四個(gè)局部窗口(以下，稱為第一局部窗口至第四局部窗口)351、352、353和354。圖12示出圖11的第一局部窗口至第四局部窗口351、352、353和354的2D FFT數(shù)據(jù)351F、352F、353F和354F。
[0103]參照?qǐng)D11和圖12，2D FFT數(shù)據(jù)351F、352F、353F和354F包括圍繞中點(diǎn)二維布置的多條幅值數(shù)據(jù)。2D FFT數(shù)據(jù)351F、352F、353F和354F關(guān)于中點(diǎn)彼此對(duì)稱。
[0104]圖像分析設(shè)備1a或1b基于2D FFT數(shù)據(jù)(例如，2D FFT數(shù)據(jù)351F、352F、353F和354F)計(jì)算晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息(操作S140)。
[0105]如上所述，晶體晶粒具有在特定范圍內(nèi)的周期性。例如，關(guān)于中點(diǎn)對(duì)稱的點(diǎn)(例如，2D FFT數(shù)據(jù)351F、352F、353F和354F)從晶體晶粒的FFT數(shù)據(jù)被檢測(cè)出。
[0106]相反，具有云形狀的較小的點(diǎn)(例如，2DFFT數(shù)據(jù)354)從非晶體材料的FFT數(shù)據(jù)被檢測(cè)出。
[0107]因此，局部窗口的材料可根據(jù)局部窗口的材料的FFT數(shù)據(jù)的周期性信息是否落入特定范圍內(nèi)被分類為晶粒(即，晶體材料)或非晶粒(即，非晶體材料)。
[0108]當(dāng)2DFFT數(shù)據(jù)的峰值的幅值相對(duì)低時(shí)(即，當(dāng)峰值的幅值小于定義的閾值時(shí))，結(jié)晶速率較低。例如，當(dāng)?shù)诙植看翱?352的FFT數(shù)據(jù)352F的峰值的幅值比第三局部窗口 353的FFT數(shù)據(jù)353F的峰值的幅值高時(shí)，第二局部窗口 352的晶粒的結(jié)晶速率比第三局部窗口 353的晶粒的結(jié)晶速率尚。
[0109]因此，可從局部窗口351、352、353和354的2DFFT數(shù)據(jù)351F、352F、353F和354F的峰值的幅值計(jì)算結(jié)晶速率。
[0110]可使用方向角信息執(zhí)行晶粒分割(S卩，將晶粒分類為相同的晶粒或不同的晶粒)。例如，當(dāng)晶粒的方向角之間的差超過(guò)閾值角時(shí)，晶粒被分類為不同的晶粒。
[0111]在執(zhí)行晶粒分割之后，可使用顏色映射顯示晶粒(操作S160和操作S165)。例如，顏色信息可映射到方向角信息，亮度信息可映射到幅值信息。
[0112]在一個(gè)實(shí)施例中，操作S140可包括從局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)選擇具有最大幅值的最大點(diǎn)，基于從中點(diǎn)到選擇的最大點(diǎn)的方向計(jì)算取向信息，并基于中點(diǎn)與選擇的最大點(diǎn)之間的距離計(jì)算周期性信息。
[0113]從一幀的第一局部窗口至所述一幀的最后局部窗口重復(fù)執(zhí)行以上描述的操作S120至操作S150。如針對(duì)一個(gè)局部窗口計(jì)算的針對(duì)每個(gè)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和/或周期性信息可與包括在HRTEM圖像的幀數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)像素相應(yīng)。在此方式下，可執(zhí)行操作S120至操作S150，以計(jì)算幀數(shù)據(jù)的每個(gè)像素的取向信息、結(jié)晶速率信息和/或周期性
?目息O
[0114]以上計(jì)算的信息可被存儲(chǔ)在圖3的存儲(chǔ)裝置40中。
[0115]圖像分析設(shè)備1a或1b將計(jì)算的晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息轉(zhuǎn)換為將被顯示的信息，即，轉(zhuǎn)換為顏色信息和灰度級(jí)信息(操作S160)。
[0116]在一個(gè)實(shí)施例中，晶粒的取向信息可被轉(zhuǎn)換為顏色信息，晶粒的周期性信息或結(jié)晶速率信息可被轉(zhuǎn)換為灰度級(jí)信息。
[0117]為此，圖像分析設(shè)備1a或1b可包括用于將晶粒的取向信息映射為顏色信息的第一映射表和用于將晶粒的結(jié)晶速率信息映射為灰度級(jí)信息的第二映射表。
[0118]例如，第一映射表可包括根據(jù)方向角的R、G和B值，第二映射表可包括根據(jù)結(jié)晶速率信息的灰度級(jí)。
[0119]可在顯示裝置上顯示在操作S160獲得的信息(操作S165)。
[0120]圖13A和圖13B是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的可在顯示裝置上顯示的示例性映射的圖像。圖13A示出晶粒的取向信息被映射為顏色信息并且晶粒的結(jié)晶速率信息被映射為灰度級(jí)信息的圖像。在圖13A中，非彩色區(qū)域(白色區(qū)域)表示非晶體材料區(qū)域，彩色區(qū)域表示晶體材料區(qū)域(即，晶粒區(qū)域)。
[0121]晶粒區(qū)域根據(jù)晶粒的取向被分割為晶粒，并且晶粒被映射為不同的顏色。映射為相同顏色的晶粒根據(jù)結(jié)晶速率被顯示為具有不同的亮度(即，不同的灰度級(jí))。
[0122]然而，發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不限于此，可使用各種方法來(lái)顯示分析的晶粒的信息。
[0123]圖13B示出根據(jù)晶粒的取向信息示出不同圖案的圖像。
[0124]圖像分析設(shè)備1a或1b可基于轉(zhuǎn)換的信息確定晶粒之間的邊界，并基于邊界計(jì)算晶粒的大小(操作S170)。
[0125]例如，圖像分析設(shè)備1a或1b可將晶粒分類為組(其中，每個(gè)組包括具有相同顏色的相鄰像素)，將多個(gè)組確定為不同的晶粒，并通過(guò)計(jì)算晶粒的水平和豎直長(zhǎng)度或者晶粒的面積來(lái)確定晶粒的大小。
[0126]圖像分析設(shè)備1a或1b可根據(jù)晶粒的大小計(jì)算晶粒的數(shù)量(操作S170)。
[0127]還可顯示在操作S170計(jì)算的晶粒的數(shù)量(操作S180)?？梢砸郧€圖或表格的形式顯示統(tǒng)計(jì)信息，例如，根據(jù)晶粒的大小的晶粒的數(shù)量。
[0128]圖14是示出作為晶粒的大小的函數(shù)的晶粒的數(shù)量的曲線圖。如圖14所示，根據(jù)晶粒的大小的晶粒的數(shù)量可通過(guò)計(jì)算每個(gè)分割的晶粒的大小并計(jì)算與每個(gè)計(jì)算的大小相應(yīng)的晶粒的數(shù)量而獲得。
[0129]在圖7的實(shí)施例中，圖像分析設(shè)備1a或1b基于在操作S160獲得的顏色信息或灰度級(jí)信息確定晶粒之間的邊界，并基于邊界計(jì)算晶粒的大小。在另一實(shí)施例中，圖像分析設(shè)備1a或1b可通過(guò)基于針對(duì)每個(gè)局部窗口計(jì)算的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息設(shè)置晶粒之間的邊界，來(lái)對(duì)晶粒進(jìn)行分類并計(jì)算晶粒的大小。
[0130]例如，圖7的操作S170可在操作S160之前執(zhí)行。
[0131]圖15是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的晶粒分析方法的流程圖。假設(shè)在圖15的實(shí)施例中，取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息針對(duì)幀圖像的每個(gè)像素被計(jì)算。
[0132]例如，根據(jù)本實(shí)施例，在執(zhí)行操作S210之前，幀圖像的每個(gè)像素的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息被計(jì)算并被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0133]參照?qǐng)D15，圖像分析設(shè)備1a或1b選擇圖像幀的多個(gè)像素中具有最高結(jié)晶速率的第一像素，即，具有最大幅值的第一像素(操作S210)。
[0134]之后，圖像分析設(shè)備1a或1b確定鄰近第一像素的像素的材料是否與第一像素的材料相同(操作S220)。
[0135]可通過(guò)基于周期性信息確定鄰近第一像素的像素的材料是晶體材料還是非晶體材料，來(lái)確定鄰近第一像素的像素的材料是否與第一像素的材料相同。
[0136]可預(yù)先設(shè)置鄰近像素的范圍
[0137]例如，鄰近像素的范圍可被設(shè)置為包括第一像素附近的5X 5個(gè)像素、7X7個(gè)像素等，但發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不限于此。
[0138]鄰近第一像素的像素中周期性信息在特定范圍內(nèi)的像素可被分類為與晶體材料相應(yīng)，鄰近第一像素的像素中周期性信息不在特定范圍內(nèi)的其他像素可被分類為與非晶體材料相應(yīng)。
[0139]之后，圖像分析設(shè)備1a或1b確定鄰近第一像素的像素中相同材料的像素是否與第一像素屬于同一晶粒(操作S230)。
[0140]可通過(guò)基于第一像素的方向角確定鄰近第一像素的像素中相同材料的像素的方向角是否在預(yù)定范圍內(nèi)，來(lái)確定這些像素是否與第一像素屬于同一晶粒。
[0141]例如，如果假設(shè)第一像素的方向角是Al。，則鄰近第一像素的像素中相同材料的像素中每個(gè)具有Al?！?°或更小的方向角的像素可被分類為與第一像素屬于同一晶粒。
[0142]通過(guò)以上處理，可測(cè)量與第一像素屬于同一晶粒的鄰近像素所構(gòu)成的晶粒(以下，稱為第一晶粒)的邊界(操作S240)。當(dāng)測(cè)量了第一晶粒的邊界時(shí)，可測(cè)量第一晶粒的大小(長(zhǎng)度、寬度、面積等)。
[0143]可重復(fù)執(zhí)行圖15的操作S210至操作S240。
[0144]圖像分析設(shè)備IOa或I Ob可選擇圖像幀的像素中不屬于計(jì)算的第一晶粒的像素中具有最高結(jié)晶速率的第二像素(操作S210)，確定鄰近第二像素的像素是否是相同材料的像素(操作S220)，確定鄰近第二像素的像素中相同材料的像素是否與第二像素屬于同一晶粒(操作 S230)。
[0145]通過(guò)以上處理，可測(cè)量與第二像素屬于同一晶粒的鄰近像素所構(gòu)成的晶粒(以下，稱為第二晶粒)的邊界(操作S240)。當(dāng)測(cè)量了第二晶粒的邊界時(shí)，可測(cè)量第二晶粒的大小(長(zhǎng)度、寬度、面積等)。
[0146]可重復(fù)執(zhí)行圖15的操作S210至操作S240，直到結(jié)束幀數(shù)據(jù)的所有像素的材料和晶粒的分類為止。
[0147]本總體發(fā)明構(gòu)思還可被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)是能夠存儲(chǔ)作為程序的之后可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的示例包括:只讀存儲(chǔ)器(R0M)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、⑶-R0M、磁帶、軟盤和光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置等。
[0148]計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)還可被分布在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，從而以分布式存儲(chǔ)和執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀代碼。此外，用于實(shí)現(xiàn)本總體發(fā)明構(gòu)思的功能程序、代碼和代碼段可容易地被程序員解釋。
[0149]根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，可通過(guò)對(duì)HRTEM圖像執(zhí)行數(shù)字傅里葉變換(DFT)，并從通過(guò)執(zhí)行DFT獲得的數(shù)據(jù)提取多晶體的取向信息、結(jié)晶速率信息、周期性信息等，來(lái)快速、準(zhǔn)確地分析納米多晶體的各種特性(大小、分布、材料、取向等)。因此，當(dāng)開發(fā)包含納米晶粒所構(gòu)成的材料(例如，多晶硅或金屬)的半導(dǎo)體裝置時(shí)，可減少分析半導(dǎo)體裝置的工作特性所需的費(fèi)用和時(shí)間，從而縮短開發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間。
[0150]雖然參照發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例具體示出并描述了發(fā)明構(gòu)思，但是在不脫離權(quán)利要求的范圍的情況下，可在形式和細(xì)節(jié)上做各種改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分析納米級(jí)晶粒的方法，所述方法包括: 接收高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像； 針對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡圖像設(shè)置局部窗口以定義像素?cái)?shù)據(jù)； 對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換(FFT)以計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 基于局部變換數(shù)據(jù)分析晶粒。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行快速傅里葉變換的步驟包括:對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行二維(2D)數(shù)字傅里葉變換(DFT)。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，分析晶粒的步驟包括:計(jì)算針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，計(jì)算針對(duì)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)的步驟包括: 從局部變換數(shù)據(jù)選擇具有最大幅值的數(shù)據(jù)； 基于從中點(diǎn)到選擇的數(shù)據(jù)的方向計(jì)算取向信息； 基于中點(diǎn)與選擇的數(shù)據(jù)之間的距離計(jì)算周期性信息。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，分析晶粒的步驟還包括: 基于周期性信息確定晶粒是晶體材料還是非晶體材料。6.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括: 在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)針對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡圖像的每個(gè)像素的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。7.—種分析包括第一晶粒和第二晶粒的納米級(jí)晶粒的方法，所述方法包括: 計(jì)算針對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像的每個(gè)像素的晶粒分析數(shù)據(jù)； 基于晶粒分析數(shù)據(jù)將第一晶粒與第二晶粒進(jìn)行分割， 其中，晶粒分析數(shù)據(jù)包括針對(duì)第一晶粒和第二晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，計(jì)算晶粒分析數(shù)據(jù)的步驟包括: 通過(guò)對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡圖像的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換(FFT)來(lái)計(jì)算快速傅里葉變換數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生快速傅里葉變換數(shù)據(jù)； 基于快速傅里葉變換數(shù)據(jù)計(jì)算針對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)的每個(gè)像素的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息中的至少一個(gè)。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，將第一晶粒與第二晶粒進(jìn)行分割的步驟包括: 基于針對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡圖像的像素?cái)?shù)據(jù)的每個(gè)像素的晶粒分析數(shù)據(jù)，選擇具有最高結(jié)晶速率的第一像素； 確定鄰近第一像素的像素是否是相同材料的像素； 確定鄰近第一像素的像素中相同材料的像素是否與第一像素屬于同一晶粒； 設(shè)置第一晶粒的邊界以包括與第一像素屬于同一晶粒的鄰近的像素。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定鄰近第一像素的像素是否是相同材料的像素的步驟包括:基于周期性信息確定第一像素和鄰近第一像素的像素是晶體材料還是非晶體材料。11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定鄰近第一像素的像素中相同材料的像素是否與第一像素屬于同一晶粒的步驟包括:確定第一像素和鄰近第一像素的像素分別具有落入期望范圍內(nèi)的相應(yīng)取向信息。12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，將第一晶粒與第二晶粒進(jìn)行分割的步驟還包括: 基于晶粒分析數(shù)據(jù)選擇不屬于第一晶粒的像素中具有最高結(jié)晶速率的第二像素； 確定鄰近第二像素的像素是否是相同材料的像素； 確定鄰近第二像素的像素中相同材料的像素是否與第二像素屬于同一晶粒； 設(shè)置第二晶粒的邊界以包括與第二像素屬于同一晶粒的相鄰的像素。13.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 將針對(duì)第一晶粒和第二晶粒的取向信息和結(jié)晶速率信息中的至少一個(gè)分別映射為相應(yīng)的顏色信息和灰度級(jí)信息，以產(chǎn)生映射數(shù)據(jù)； 顯示映射數(shù)據(jù)。14.一種用于分析納米級(jí)晶粒的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像分析設(shè)備，被配置為接收針對(duì)高分辨率透射電子顯微鏡圖像的輸入圖像(IIM)，將所述輸入圖像劃分為局部窗口，對(duì)通過(guò)局部窗口選擇的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)行至少一次快速傅里葉變換(FFT)以獲得快速傅里葉變換數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生局部變換數(shù)據(jù)，基于局部變換數(shù)據(jù)分析晶粒以產(chǎn)生晶粒分析數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生來(lái)自晶粒分析數(shù)據(jù)的輸出圖像(OIM); 顯示裝置，被配置為響應(yīng)于所述輸出圖像顯示至少一個(gè)圖像。15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，圖像分析設(shè)備包括: 局部窗口設(shè)置單元，被配置為針對(duì)所述輸入圖像的幀設(shè)置局部窗口； 快速傅里葉變換處理器，被配置為通過(guò)對(duì)通過(guò)局部窗口分別確定的像素?cái)?shù)據(jù)執(zhí)二維(2D)快速傅里葉變換來(lái)計(jì)算局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 分析單元，被配置為基于局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)計(jì)算針對(duì)關(guān)于每個(gè)局部窗口的晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息。16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，分析單元從局部轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)選擇具有最大幅值的像素?cái)?shù)據(jù)，基于從中點(diǎn)到選擇的像素?cái)?shù)據(jù)的方向計(jì)算取向信息，基于中點(diǎn)與選擇的像素?cái)?shù)據(jù)之間的距離計(jì)算周期性信息。17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，分析單元基于周期性信息確定晶粒是晶體材料還是非晶體材料， 基于取向信息確定晶粒是否是相同材料。18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，分析單元將針對(duì)與至少一個(gè)局部窗口的像素?cái)?shù)據(jù)相關(guān)的每個(gè)晶粒的取向信息、結(jié)晶速率信息和周期性信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，分析單元選擇像素中具有最高結(jié)晶速率的第一像素，確定鄰近第一像素的像素是否是相同材料的像素，確定鄰近第一像素的像素中相同材料的像素是否與第一像素屬于同一晶粒，設(shè)置包括與第一像素屬于同一晶粒的鄰近的像素的第一晶粒的邊界。20.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，圖像分析設(shè)備還包括:映射單元，被配置為從取向信息產(chǎn)生顏色信息，從結(jié)晶速率信息產(chǎn)生灰度級(jí)信息。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK105976349SQ201610135002
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】樸民哲, 金大新, 金賽彬, 金世珍, 夏志良, 李濟(jì)鉉
【申請(qǐng)人】三星電子株式會(huì)社