[論文レビュー] Real-Time Image Composition with Correction of Drift Distortion

Petr Čižmár, András Vládar+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2009

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、走査型電子顕微鏡（SEM）のリアルタイム画像合成技術を提案し、ずれに起因する歪みを、複数の高速で取得されたフレームをアライメントして統合することで補正する。ブラーとノイズを最小限に抑えながら、ナノスケール未満の正確さを維持することで、追加のハードウェアを必要とせず高精細な画像を得ることが可能になる。また、時間経過に伴う試料位置の変化からずれの特徴を特定するデータも提供する。

ABSTRACT

In this article, a new scanning electron microscopy (SEM) image composition technique is described, which can significantly reduce drift related image corruptions. Drift-distortion commonly causes blur and distortions in the SEM images. Such corruption ordinarily appears when conventional image-acquisition methods, i.e. slow scan and fast scan, are applied. The damage is often very significant; it may render images unusable for metrology applications, especially, where sub-nanometer accuracy is required. The described correction technique works with a large number of quickly taken frames, which are properly aligned and then composed into a single image. Such image contains much less noise than the individual frames, whilst the blur and deformation is minimized. This technique also provides useful information about changes of the sample position in time, which may be applied to investigate the drift properties of the instrument without a need of additional equipment.

研究の動機と目的

• 特に高精度計測応用において顕著な画像の劣化を引き起こす従来のSEM撮影におけるずれの影響を是正すること。
• 遅いスキャンおよび速いスキャンの手法に起因するブラーと変形を克服すること。
• 複数の高速で取得されたフレームを統合して1枚の高精細な画像にすることにより、画像品質を向上させる技術を開発すること。
• 追加の計測装置を必要とせず、アライメントプロセスから時間経過に伴う試料位置の変化を抽出することで、イン・サイトでのずれモニタリングを可能にすること。

提案手法

• 試料を高時間分解能で捉えるために、多数の高速走査SEMフレームを取得する。
• ずれに起因する連続フレーム間の相対的シフトおよび歪みを補正するため、画像アライメントアルゴリズムを適用する。
• アライメントされたフレームを統合して1枚の合成画像を作成し、ノイズを低減し、解像度を向上させる。
• アライメントパラメータの時間的変化を用いて、試料のずれ行動を推定する。
• アライメントプロセスを活用して、ずれ速度や方向といった定量的ずれデータを画像系列から抽出する。
• 追加のセンサーやキャリブレーション装置を必要とせず、標準的なSEMシステムと互換性を持つようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の高速走査SEMフレームのリアルタイム合成は、ずれに起因するブラーおよび歪みを効果的に低減できるか？
• RQ2 1枚のフレームによる撮影と比較して、フレーム合成はどの程度画像の信号対雑音比および空間的忠実性を向上させるか？
• RQ3 複数フレームのアライメントプロセスは、外部測定装置を用いずに信頼性のあるずれ特徴の特定を可能にするか？
• RQ4 この手法は、高精度計測応用に求められるナノスケール未満の正確さをどのように保持するか？
• RQ5 フレームレートおよびフレーム数の変化が、最終的な合成画像の品質および正確さに与える影響は何か？

主な発見

• 提案手法は、SEM撮影におけるずれに起因する画像のブラーおよび歪みを顕著に低減した。
• 合成画像は個々のフレームと比較して著しくノイズレベルが低く、画像の明瞭さが向上した。
• 本手法により、ナノスケール未満の計測応用に適した高精細な画像撮影が可能になった。
• ずれ速度や方向を含む装置のずれ特性が、アライメントデータから信頼性高く抽出された。
• 追加のハードウェアを必要とせず、標準的な画像取得によりずれモニタリング機能を提供する。