CN113538328A - 覆盖监测 - Google Patents
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Abstract
一种用于覆盖监测的方法、非暂时性计算机可读介质和系统。
Description
背景技术
半导体晶片(有时在本文中就称为“晶片”)包括通过高度复杂的制造工艺制造的多个层。
在许多情况下，晶片的一个层的结构元件应与晶片的另一层的结构元件对准。例如，一个层的导线应与另一层处形成的孔对准。所述孔可填充有导电材料，此导电材料可与所述导线形成导电路径。
晶片的不同层的不同元件之间的未对准(也称为覆盖误差)可能导致故障。例如，导线可能与孔未对准，这可能导致导电路径中的间隙。
可使用具有有限分辨率的光学覆盖工具检测覆盖误差。
扫描电子显微镜可用于检测覆盖误差。然而，已发现，检测埋入的结构元件可能需要对带电电子束的大量曝光，这可能损坏晶片。
越来越需要提供一种安全的用于覆盖监测的方法。
发明内容
本公开内容的实施方式提供一种用于覆盖监测的方法、非暂时性计算机可读介质和系统。
在一些实施方式中，提供一种用于覆盖监测的方法。所述方法可包括：获得基板的区域的二次电子图像和基板的区域的背散射电子图像，所述基板的区域包括第一结构元件的第一阵列和第二结构元件的第二阵列，所述第一结构元件是可重复的且位于所述基板的表面处，所述第二结构元件是可重复的且位于所述第一阵列之下和所述基板的表面之下；确定所述第一结构元件在所述二次电子图像内的位置；基于所述第一结构元件的位置，定义所述背散射电子图像中的关注区；处理位于所述关注区内的背散射电子图像的像素，以提供第二结构元件的背散射电子表示；和基于关于所述第二结构元件的背散射电子表示内的第二结构元件的位置信息以及关于所述二次电子图像中的至少一个第一结构元件的位置信息，计算覆盖误差。
所述方法的各种实现可包括以下一个或多个。像素的处理可包括将位于不同关注区内的相同位置处的像素平均化，以提供第二结构元件的合成背散射电子图像。第一结构元件的位置的确定可包括应用斑点(blob)分析。覆盖误差的计算可包括计算至少一个第一结构元件的中心与背散射电子表示内的第二结构元件的中心之间的位移。背散射电子图像的信噪比可低于允许的信噪比阈值，其中背散射电子表示的信噪比不小于允许的信噪比阈值。可同时获取区域的二次电子图像和区域的背散射电子图像。可在不损坏区域的情况下产生二次电子图像和背散射电子图像。可通过处理所述区域的数个二次电子帧来产生所述区域的二次电子图像，并且可通过处理所述区域的数个背散射电子帧来产生所述区域的背散射电子图像。
附图说明
在说明书的结论部分中特别指出并明确要求保护被视为本公开内容的实施方式的主题。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可最好地理解本公开内容的关于组织和操作方法的实施方式及其目的、特征和优点，在附图中：
图1示出方法的示例；
图2示出基板和系统的示例；和
图3至图5示出各个图像、关注区和处理操作。
具体实施方式
在下文的详细描述中，阐述了众多具体细节以便提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。
然而，本领域技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容的当前实施方式。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、程序和部件，以免模糊本公开内容的当前实施方式。
在说明书的结论部分中特别指出并明确要求保护被视为本公开内容的实施方式的主题。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可最好地理解本公开内容的关于组织和操作方法的实施方式及其目的、特征和优点。
应将理解，为了图示的简单和清楚起见，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了。此外，在认为适当的情况下，可在附图之间重复附图标记以指示相应或相似元件。
由于本公开内容的所示实施方式大部分可使用本领域技术人员已知的电子部件和电路来实现，为了理解和了解本公开内容的当前实施方式的基本概念以及为了不要混淆或分散本公开内容的当前实施方式的教示，将不会以比上文所示出的认为必要更大的程度来解释细节。
说明书中对方法的任何引用应在细节上作必要修改后应用于能够执行所述方法的系统，并且应在细节上作必要修改后应用于非暂时性的且存储用于执行所述方法的指令的计算机可读介质。
说明书中对系统的任何引用应在细节上作必要修改后应用于可由所述系统执行的方法，并且应在细节上作必要修改后应用于非暂时性的且存储可由所述系统执行的指令的计算机可读介质。
说明书中对非暂时性的计算机可读介质的任何引用应在细节上作必要修改后应用于在执行存储在所述计算机可读介质中的指令时可应用的方法，并且应在细节上作必要修改后应用于配置为执行存储在所述计算机可读介质中的指令的系统。
术语“和/或”意指附加地或替代地。
结构元件是指纳米级结构元件，诸如但不限于晶体管、晶体管的一部分、存储单元、存储单元的一部分、导体的布置等等。
可提供一种用于覆盖监测的系统、方法和非暂时性计算机可读介质。
可在基板的制造工艺期间或在基板的制造工艺完成之后应用所述覆盖监测。
基板可为晶片、微电子机械系统(MEMS)基板、太阳能面板等等。
在各个示例中，为了解释的简单，将假定基板是晶片。
覆盖监测应用于包括一个或多个区域的晶片上。每个区域包括(a)位于基板的表面处的可重复第一结构元件的第一阵列，和(b)位于所述第一阵列之下和所述基板的表面之下的可重复第二结构元件的第二阵列。应注意，晶片的每个晶粒(die)可包括一个或多个区域。
第一结构元件和第二结构元件具有纳米级尺寸，即在宽度、深度和长度中具有至少一个是纳米级的尺寸。第一结构元件和/或第二结构元件中的每个结构元件可为扰动、凹槽、线、凸块、导体、绝缘体、半导体等等。
第一结构元件就表示相同的第一结构元件的多个实例的意义来说是可重复的。换句话说，期望第一结构元件(在理想情况下)彼此相同。
第二结构元件就表示相同的第二结构元件的多个实例的意义来说是可重复的。换句话说，期望第二结构元件(在理想情况下)彼此相同。
期望每个第一结构元件(在理想情况下)与相应的第二结构元件对准。与这种对准的偏差是覆盖误差。
第一阵列的第一结构元件的数量可与第二阵列的第二结构元件的数量相同。或者，第一阵列的第一结构元件的数量可与第二阵列的第二结构元件的数量不同。
关于第一结构元件的信息可使用从基板(尤其是从基板的表面和基板附近)发射的二次电子来获得。
关于第二结构元件的信息可使用在表面之下(尤其是表面之下几十纳米处)发射的背散射电子来获得。
为了防止对基板的损坏，限制电子束对基板的照射，使得背散射电子图像展示出低于允许的信噪比。
允许的信噪比可以任何方式来定义，例如，由覆盖测量的操作者、由晶片制造者、由客户等来定义。
图1示出方法100。方法100从步骤110开始，步骤110获得(例如，产生或接收)(a)基板的区域的二次电子图像，和(b)基板的区域的背散射电子图像。
步骤110可包括用带电粒子束照射所述区域一次或多次，并且获得所述区域的多个二次电子帧和所述区域的多个背散射电子帧。
区域的二次电子帧可与区域的背散射电子帧同时获得。
可将所述多个二次电子帧平均化或以其他方式处理以提供所述区域的二次电子图像。所述平均化或任何其他处理旨在增大信噪比。
可将所述多个背散射电子帧平均化或以其他方式处理以提供所述区域的背散射电子图像。所述平均化或任何其他处理旨在增大信噪比。
二次电子帧的数量可为几十帧或任何其他数量的帧，这将能够产生所述区域的二次电子图像，此二次电子图像展示出等于或超过允许的信噪比阈值的信噪比。应注意，总辐射剂量和/或一个或多个其他因素(诸如被照射材料的电子产率、被照射元件的形貌)可确定信噪比，总辐射剂量可为总照射持续时间和电流的电子束强度的函数。背散射电子帧的数量不允许产生所述区域的背散射电子图像，此背散射电子图像展示出等于或超过允许的信噪比阈值的信噪比。
步骤110之后可为步骤120，步骤120确定第一结构元件在二次电子图像内的位置。
步骤120可包括确定第一结构元件的位置、确定第一结构元件的外部边界、确定第一结构元件的任何部分的位置，诸如此类。步骤120可涉及应用斑点分析或者可使用可被认为以足够准确和/或稳定的方式确定图案的任何其他分析，例如基于图案识别的归一化互相关、形态学、形状检测等。
步骤120之后可为步骤130，步骤130基于第一结构元件的位置定义背散射电子图像中的关注区。
关于二次电子图像，关注区可位于第一结构元件的位置处。关注区可覆盖整个第一结构元件，可仅覆盖第一结构元件的一部分，可覆盖比第一结构元件的整体更多的区域，诸如此类。
关注区可被定义成使得期望覆盖(假定对准或至多某一覆盖误差)整个第二结构元件，仅覆盖第二结构元件的一部分，覆盖比第二结构元件的整体更多的区域，诸如此类。
关注区应至少覆盖第二结构元件的最小部分，这将能够确定覆盖误差(如果存在此覆盖误差的话)。
关注区的总面积可仅等于所述区域的背散射电子图像的整个面积的一部分。
步骤130之后可为步骤140，步骤140处理位于关注区内的背散射电子图像的像素，以提供第二结构元件的背散射电子表示。
步骤140可受益于以下事实：阵列的第二结构元件应基本相同。通过基于位于多个关注区中的像素产生单个第二结构元件的背散射电子表示，单个第二结构元件的背散射电子表示的信噪比可比所述区域的背散射图像的信噪比高得多。
例如，假定所述区域的背散射图像捕获第一多个(N2)第二结构元件，则单个第二结构元件的背散射电子表示的信噪比可具有比所述区域的背散射电子图像的信噪比好大约N倍的信噪比。
单个第二结构元件的背散射电子表示可为此第二结构元件的合成背散射电子图像。合成背散射电子图像可通过将位于不同关注区内的相同位置处的像素平均化来计算。
步骤140之后可为步骤150，步骤150基于(i)关于第二结构元件的背散射电子表示内的第二结构元件的位置信息以及(ii)关于二次电子图像中的至少一个第一结构元件的位置信息，计算覆盖误差。
覆盖误差可表示本应对准的第一结构元件的点与第二结构元件的相应点之间的未对准。
当不存在覆盖误差时，第一结构元件的点和第二结构元件的相应点可展示出某一空间关系。与某个空间关系的任何偏差都可视为覆盖误差。
例如，步骤150可包括计算第一结构元件的中心与背散射电子表示内的第二结构元件的中心之间的位移。此计算可应用于第一结构元件和第二结构元件的任何其他点。
图2示出晶片201和系统200。系统200包括成像器210、图像处理器215、用于控制系统200的控制器216和存储器单元217。
成像器210被示为包括：电子束照射模块211；一个或多个二次电子检测器，诸如二次电子检测器212；以及一个或多个背散射电子检测器，诸如背散射电子检测器213。
电子束照射模块211可被配置为产生电子束并照射晶片的区域。照射可涉及用电子束扫描所述区域。
为了扫描另一区域，成像器可在成像器与晶片之间引入机械运动和/或可操作电子束。
二次电子检测器212可被配置为在通过电子束对所述区域进行多次扫描期间获取所述区域的多个二次电子帧。
背散射电子检测器213可被配置为在通过电子束对所述区域进行多次扫描期间获取所述区域的多个背散射电子帧。
应注意，二次电子检测器212和/或背散射电子检测器213可输出检测信号，并且抓帧器(未示出)可将检测信号转换为帧。
可存在任何数量的二次电子检测器和/或任何数量的背散射电子检测器。
任何二次电子检测器和/或任何背散射电子检测器可在成像器内具有任何形状和/或任何尺寸和/或任何位置，例如透镜外、透镜内等等。
图像处理器215可被配置为产生所述区域的二次电子图像和所述区域的背散射电子图像。
图像处理器215可包括一个或多个处理电路，诸如微处理器、图形处理单元、硬件加速器、中央处理单元、神经网络处理器、图像处理器等等。可将处理器编程为(或以其他方式构造和布置为，或者配置为)执行说明书中所示的任何方法的任何步骤。
方法100的各个步骤(例如，步骤120、130、140和150)可由图像处理器执行。
附加或替代地，方法100的多个步骤(例如，步骤120、130、140和150)可由可属于系统200或可不属于所述系统的另一处理器(未示出)执行。
步骤110可由系统200或由不属于系统200的计算机化系统来执行。
存储器单元217可为易失性或非易失性存储器单元，可被配置为存储信息(诸如图像)和/或指令。存储器单元是非暂时性计算机可读介质的示例。
成像器210可为电子束成像器、电子束显微镜、离子显微镜、离子成像器等等。电子束显微镜可为扫描电子显微镜、透射式电子显微镜等等。
图2示出晶片，此晶片包括第一结构元件301的第一阵列和第二结构元件302的第二阵列。第一结构元件应与相应的第二结构元件对准。二次电子提供有关第一阵列的信息，并且背散射电子提供有关第二阵列的信息。
图3示出诸如凸块或凹槽的第一结构元件301的第一阵列。图3还示出诸如线的第二结构元件302的第二阵列。图3还示出第一阵列在第二阵列的顶部上。每个凸块或凹槽应位于线的正上方。
图4示出被定义为围绕第一结构元件301的多个关注区303。图4示出理想的无噪声二次电子图像，而真实的二次图像噪声要大得多。
图5示出图4的多个关注区303应用于第二阵列的理想背散射图像上。图5示出理想的无噪声背散射电子图像，而真实的背散射图像噪声要大得多。
图5还示出对背散射电子图像的部分304的像素的处理，这些部分由二次电子图像中定义的关注区303界定。
处理部分304的像素(例如通过平均化来处理)以提供第二结构元件的背散射电子表示305。
将第二结构元件的背散射电子表示306与第一结构元件301的图像进行比较以确定覆盖误差。
尽管上文论述了如何在覆盖的情况下获得更好的背散射图像，但应注意，在其他应用/处理或解决方案中，所述方法、系统和计算机可读介质可在细节上作必要修改后应用于产生背散射图像。例如，可获得埋入或部分埋入的结构元件的背散射电子表示，以进行计量、测量临界尺寸等等。
在前述说明书中，已参考本公开内容的实施方式的具体示例描述了本公开内容的实施方式。然而，将是很明显地，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本公开内容的实施方式的更广泛精神和范围的情况下，可在其中作出各种修改和变化。
有效地“关联”用于实现相同功能的部件的任何布置，以使得实现期望的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个部件可被视为彼此“关联”，以使得实现期望的功能，而与架构或中间部件无关。同样，如此关联的任何两个部件也可被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦接”以实现期望的功能。
此外，本领域技术人员将认识到，上述操作之间的边界仅仅是说明性的。可将多个操作组合成单个操作，可将单个操作分布在附加操作中，并且可在时间上至少部分重叠地执行操作。此外，可替代的实施方式可包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施方式中可改变操作的顺序。
同样例如，在一个实施方式中，所示示例可被实现为位于单个集成电路上或在同一装置内的电路系统。或者，示例可被实现为以适当方式彼此互连的任何数量的分离的集成电路或分离的装置。
然而，其他修改、变化和替代也是可能的。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。
在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记都不应解释为对权利要求的限制。“包括”一词并不排除存在权利要求中列出的那些之外的其他要素或步骤。此外，本文所使用的术语“一(a)”或“一(an)”被定义为一个或超过一个。而且，在权利要求书中对诸如“至少一个”和“一个或多个”之类的介绍性短语的使用不应解释为暗示：不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入另一权利要求要素将含有这种引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制在仅含有一个这种要素的本公开内容的实施方式，即使在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如"一(a)"或"一(an)"的不定冠词的情况下亦如此。使用定冠词也是如此。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”之类的术语用于在此类术语所描述的要素之间进行任意的区分。因此，这些术语不一定旨在指示此类要素的时间或其他优先顺序。在互不相同的权利要求中记载某些措施的单纯事实并不说明无法有利地使用这些措施的组合。
尽管本文已图示和描述了本公开内容的实施方式的某些特征，但是本领域普通技术人员现在将想到许多修改、替换、变化和等效物。因此，应理解，所附权利要求书旨在覆盖落入本公开内容的实施方式的真实精神内的所有此类修改和变化。
可提供任何附图、说明书的任何部分和/或任何权利要求中列出的任何模块或单元的任何组合。尤其是，可提供任何要求保护的特征的任何组合。
对术语“包括”或“具有”的任何引用也应解释为指代“基本上由……组成”中的“组成”。例如，包括某些步骤的方法可包括额外步骤，可限于某些步骤，或可包括并未分别在实质上影响方法的基本和新颖特征的额外步骤。
实施方式还可在用于计算机系统上运行的计算机程序中实现，所述计算机程序至少包括用于在可编程设备(诸如计算机系统)上运行时执行根据实施方式的方法的步骤或使得可编程设备能够执行根据实施方式的装置或系统的功能的代码部分。计算机程序可使存储系统将磁盘驱动器分配给磁盘驱动器组。
计算机程序是一系列指令，诸如特定应用程序和/或操作系统。计算机程序可例如包括以下一个或多个：子程序、函数、过程、目标方法、目标实现、可执行应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态负载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其他指令序列。
计算机程序可内部存储在诸如非暂时性计算机可读介质的计算机程序产品上。可在永久地、可移除地或远程耦接至信息处理系统的非暂时性计算机可读介质上提供计算机程序的全部或一些。非暂时性计算机可读介质可包括，例如但不限于，以下的任何数量：磁存储介质，包括磁盘和磁带存储介质；光存储介质，诸如压缩光盘介质(例如，CD ROM、CD R等)和数字视频光盘存储介质；非易失性存储器存储介质，包括基于半导体的存储器单元，诸如闪存、EEPROM、EPROM、ROM；铁磁数字存储器；MRAM；易失性存储介质，包括寄存器、缓存或高速缓存、主存储器、RAM等。计算机进程通常包括执行(运行)程序或程序的一部分、当前程序值和状态信息，以及操作系统用来管理进程执行的资源。操作系统(OS)是管理计算机资源共享并为程序员提供用于访问这些资源的接口的软件。操作系统处理系统数据和用户输入，并通过分配和管理任务和内部系统资源作为对系统的用户和程序的服务来进行响应。计算机系统可例如包括至少一个处理单元、相关联的存储器和数个输入/输出(I/O)设备。当执行计算机程序时，计算机系统根据计算机程序处理信息，并通过I/O设备产生结果输出信息。
前述说明书包括一个或多个实施方式的具体示例。然而，将很显然的是，在不脱离如所附权利要求书中阐述的一个或多个实施方式的更广泛精神和范围的情况下，可在其中作出各种修改和变化。
Claims (15)
1.一种用于覆盖监测的方法，所述方法包括：
获得基板的区域的二次电子图像和所述基板的所述区域的背散射电子图像，所述基板的所述区域包括第一结构元件的第一阵列和第二结构元件的第二阵列，所述第一结构元件是可重复的且位于所述基板的表面处，所述第二结构元件是可重复的且位于所述第一阵列之下和所述基板的所述表面之下；
确定所述第一结构元件在所述二次电子图像内的位置；
基于所述第一结构元件的所述位置，定义所述背散射电子图像的关注区；
处理位于所述关注区内的所述背散射电子图像的像素，以提供第二结构元件的背散射电子表示；和
基于关于所述第二结构元件的所述背散射电子表示内的所述第二结构元件的位置信息以及关于所述二次电子图像中的至少一个第一结构元件的位置信息，计算覆盖误差。
2.如权利要求1所述的方法，其中像素的所述处理包括将位于不同关注区内的相同位置处的像素平均化，以提供所述第二结构元件的合成背散射电子图像。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结构元件的所述位置的所述确定包括应用斑点分析。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖误差的所述计算包括计算所述至少一个第一结构元件的中心与所述背散射电子表示内的所述第二结构元件的中心之间的位移。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述背散射电子图像的信噪比低于允许的信噪比阈值，且其中所述背散射电子表示的信噪比不小于所述允许的信噪比阈值。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在不损坏所述区域的情况下产生所述二次电子图像和所述背散射电子图像。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过处理所述区域的数个二次电子帧来产生所述区域的所述二次电子图像；并且通过处理所述区域的数个背散射电子帧来产生所述区域的所述背散射电子图像。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中同时获取所述区域的所述二次电子图像和所述区域的所述背散射电子图像。
9.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令用于：
获得基板的区域的二次电子图像和所述基板的所述区域的背散射电子图像，所述基板的所述区域包括第一结构元件的第一阵列和第二结构元件的第二阵列，所述第一结构元件是可重复的且位于所述基板的表面处，所述第二结构元件是可重复的且位于所述第一阵列之下和所述基板的所述表面之下；
确定所述第一结构元件在所述二次电子图像内的位置；
基于所述第一结构元件的所述位置，定义所述背散射电子图像的关注区；
处理位于所述关注区内的所述背散射电子图像的像素，以提供第二结构元件的背散射电子表示；和
基于关于所述第二结构元件的所述背散射电子表示内的所述第二结构元件的位置信息以及关于所述二次电子图像中的至少一个第一结构元件的位置信息，计算覆盖误差。
10.一种用于覆盖监测的系统，所述系统包括处理器；
其中所述系统被配置为获得基板的区域的二次电子图像和所述基板的所述区域的背散射电子图像，所述基板的所述区域包括第一结构元件的第一阵列和第二结构元件的第二阵列，所述第一结构元件是可重复的且位于所述基板的表面处，所述第二结构元件是可重复的且位于所述第一阵列之下和所述基板的所述表面之下；和
其中所述处理器被配置为：
确定所述第一结构元件在所述二次电子图像内的位置；
基于所述第一结构元件的所述位置，定义所述背散射电子图像的关注区；
处理位于所述关注区内的所述背散射电子图像的像素，以提供第二结构元件的背散射电子表示；和
基于关于所述第二结构元件的所述背散射电子表示内的所述第二结构元件的位置信息以及关于所述二次电子图像中的至少一个第一结构元件的位置信息，计算覆盖误差。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置为通过将位于不同关注区内的相同位置处的像素平均化来处理所述像素，以提供所述第二结构元件的合成背散射电子图像。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置为通过应用斑点分析来确定所述第一结构元件的所述位置。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器被配置为通过计算所述至少一个第一结构元件的中心与所述背散射电子表示内的所述第二结构元件的中心之间的位移来计算所述覆盖误差。
14.如权利要求10所述的系统，其中所述背散射电子图像的信噪比低于允许的信噪比阈值，且其中所述背散射电子表示的信噪比不小于所述允许的信噪比阈值。
15.如权利要求10至14中任一项所述的系统，其中同时获取所述区域的所述二次电子图像和所述区域的所述背散射电子图像。
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