JP2022146937A - 半導体試料の調査のための画像生成 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体試料の調査のシステム及び方法を提供する。【解決手段】複数の方向から区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得された試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、シーケンスが、各々それぞれの方向から取得された複数のフレームのセットを含む、得ることと、複数のフレームのセットを位置合わせし、位置合わせの結果に基づいて試料の画像を生成することであり、各方向に対して、それから取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行し、位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、試料の画像を生成することとを含む。【選択図】図１

Description

本開示の主題は、一般に、半導体試料の調査の分野に関し、より具体的には、半導体試料の調査のために使用可能な画像の生成に関する。

製造されたデバイスの超大規模集積に関連する高密度および高性能への現在の要求には、サブミクロン特徴部、トランジスタおよび回路速度の向上、ならびに信頼性の改善が必要とされる。半導体プロセスが進歩するにつれて、ライン幅などのパターン寸法および他のタイプの限界寸法が、連続的に縮小されている。そのような要求は、高精度および高均一性をもつデバイス特徴部の形成を必要とし、その結果として、まだ半導体ウエハの形態である間のデバイスの自動調査を含む、製造プロセスの注意深いモニタリングを必要とする。

調査は、調査されるべき試料の生産中またはその後に非破壊調査ツールを使用することによって行うことができる。調査は、一般に、光または電子をウエハに導き、ウエハからの光または電子を検出することによって、試料に関する特定の出力（例えば、画像、信号など）を生成することを含む。様々な非破壊調査ツールには、非限定の例として、走査電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、光学検査ツールなどが含まれる。

調査プロセスは、複数の調査ステップを含むことができる。製造プロセス中に、調査ステップは、例えば、特定の層の生産または処理などの後に多数回実行することができる。追加としてまたは代替として、各調査ステップは、例えば、異なるウエハ場所に対して、または異なる調査設定で同じウエハ場所に対して、多数回反復することができる。

調査プロセスを半導体製造中の様々なステップで使用して、試料の欠陥を検出および分類し、ならびに計測関連操作を実行する。調査の有効性は、例えば、欠陥検出、自動欠陥分類（ＡＤＣ）、自動欠陥レビュー（ＡＤＲ）、自動計測関連操作などのようなプロセスの自動化によって向上させることができる。

本開示の主題の特定の態様によれば、半導体試料の調査のコンピュータ化されたシステムが提供され、このシステムは、半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、フレームのシーケンスが、複数の方向から区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され、フレームのシーケンスが、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットが、それぞれの方向から取得される、シーケンスを得ることと、複数のフレームのセットを位置合わせし、位置合わせの結果に基づいて半導体試料の画像を生成することであり、各方向から取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行し、位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の区域の画像を生成することとを行うように構成された処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）を含み、生成された画像は、複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有し、画像は、半導体試料の調査のために使用可能である。

上述の特徴に加えて、本開示の主題のこの態様によるシステムは、技術的に可能である所望の組合せまたは並べ換えで、以下に列記される特徴（ｉ）から（ｘｉｉ）のうちの１つまたは複数を含むことができる。
（ｉ）複数のフレームのセットを位置合わせし、半導体試料の画像を生成することは、第１の位置合わせを実行しないという決定に応じて、各方向に対して、それから取得されたフレームのセットを組み合わせて、第２の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第２の複合フレームをもたらすことと、複数の第２の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、位置合わせされた複数の第２の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の画像を生成することとをさらに含むことができる。
（ｉｉ）このシステムは、電子ビームツールをさらに含むことができる。
（ｉｉｉ）区域を複数の方向から順次走査し、すべての走査中に各方向から１つまたは複数のフレームを得ることによって、フレームのシーケンスを取得することができる。
（ｉｖ）電子ビームツールは、電子ビームツールの走査プロセスとイメージングプロセスとの間の同期を調節することによって、異なる方向から取得されたフレーム間のオフセットの少なくとも一部を補償するように構成することができる。
（ｖ）決定は、以下の要因、すなわち、フレームのセットに含まれるフレームの数、および調査されるべき試料の層および／または材料のうちの少なくとも１つに基づくことができる。
（ｖｉ）第１の位置合わせは、電子ビームツールの電子ビームと半導体試料との間の１つまたは複数の物理的影響によって引き起こされた、各方向から取得されたフレームのセット間のドリフトを修正するために実行することができる。
（ｖｉｉ）１つまたは複数の物理的影響は、熱膨張、帯電の影響、およびツール許容誤差からなる群から選択され得る。
（ｖｉｉｉ）第１の位置合わせは、正規化相互相関関数を使用してフレームのセット間のパターンマッチングを実行することを含むことができる。
（ｉｘ）パターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索範囲は、現在のフレームの少なくとも１つの前のフレームで識別された少なくとも１つの以前のドリフトに基づくことができる。
（ｘ）第２の位置合わせは、複数の方向から区域を走査することによって引き起こされた複数の第１の複合フレーム間のオフセットを修正するために実行することができる。
（ｘｉ）第２の位置合わせで実行されるパターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索方向は、現在のフレームの取得のときの走査の方向に基づくことができる。
（ｘｉｉ）複数の方向は、２つ以上の反対方向の対を含むことができ、第２の位置合わせを実行することは、各々の所与の反対方向の対に対して、所与の対の反対方向に対応する２つの第１の複合フレームを位置合わせし、位置合わせされた２つの第１の複合フレームを組み合わせて、複合フレームを得、それによって、２つ以上の反対方向の対に対応する２つ以上の複合フレームをもたらすことと、２つ以上の複合フレームを位置合わせし、位置合わせされた２つ以上の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の画像を生成することとを含むことができる。

本開示の主題の他の態様によれば、半導体試料の調査の方法が提供され、この方法は、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）によって実行され、半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、フレームのシーケンスが、複数の方向から区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され、フレームのシーケンスが、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットが、それぞれの方向から取得される、シーケンスを得ることと、複数のフレームのセットを位置合わせし、位置合わせの結果に基づいて半導体試料の画像を生成することであり、各方向から取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行し、位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の区域の画像を生成することとを含む、生成することとを含み、生成された画像は、複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有し、画像は、半導体試料の調査のために使用可能である。

本開示の主題のこの態様は、システムに関して上述で列記された特徴（ｉ）から（ｘｉｉ）のうちの１つまたは複数を、必要な変更を加えて、技術的に可能である所望の組合せまたは並べ換えで、含むことができる。

本開示の主題の他の態様によれば、コンピュータによって実行されたとき、コンピュータに半導体試料の調査の方法を実行させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体が提供され、この方法は、半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、フレームのシーケンスが、複数の方向から区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され、フレームのシーケンスが、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットが、それぞれの方向から取得される、シーケンスを得ることと、複数のフレームのセットを位置合わせし、位置合わせの結果に基づいて半導体試料の画像を生成することであり、各方向から取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行し、位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の区域の画像を生成することとを含む、生成することとを含み、生成された画像は、複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有し、画像は、半導体試料の調査のために使用可能である。

本開示の主題のこの態様は、システムに関して上述で列記された特徴（ｉ）から（ｘｉｉ）のうちの１つまたは複数を、必要な変更を加えて、技術的に可能である所望の組合せまたは並べ換えで、含むことができる。

本開示を理解し、本開示を実際にどのように実行することができるかを理解するために、次に、実施形態が、単に非限定の例として、添付の図面を参照して説明される。

本開示の主題の特定の実施形態による調査システムの一般化されたブロック図である。 本開示の主題の特定の実施形態による半導体試料の調査のために使用可能な画像を生成する一般化された流れ図である。 本開示の主題の特定の実施形態によるフレーム位置合わせおよび画像生成の代替プロセスの一般化された流れ図である。 本開示の主題の特定の実施形態による２ステップ位置合わせプロセスで実行される第２の位置合わせの一般化された流れ図である。 本開示の主題の特定の実施形態による試料のターゲット区域のフレームのシーケンスの例を示す図である。 本開示の主題の特定の実施形態による２方向走査での画像生成プロセスの概略図である。 本開示の主題の特定の実施形態による４方向走査での画像生成プロセスの概略図である。 本開示の主題の特定の実施形態によるフレーム間のドリフトおよびオフセットを例示する２つのグラフを示す図である。

以下の詳細な説明において、多数の特定の詳細が、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本開示の主題はこれらの特定の詳細なしに実践し得ることが当業者によって理解されるであろう。他の例では、よく知られている方法、手順、構成要素、および回路は、本開示の主題を不明瞭にしないために、詳細には説明されていない。

特に記載のない限り、以下の議論から明らかなように、本明細書の全体を通して、「実行する」、「得る」、「走査する」、「決定する」、「取得する」、「位置合わせする」、「生成する」、「組み合わせる」、「補償する」、「調節する」、「修正する」などのような用語を利用する議論は、データを操作する、および／またはデータを他のデータに変換するコンピュータのアクションおよび／またはプロセスを参照し、前記データは、電子などの物理的な量として表され、および／または前記データは物理的対象を表すことを理解されたい。「コンピュータ」という用語は、非限定の例として、本出願で開示される調査システム、画像生成システム、およびそれらのそれぞれの一部を含む、データ処理能力をもつあらゆる種類のハードウェアベース電子デバイスを包含するように広く解釈されるべきである。

本明細書で使用される「調査」という用語は、あらゆる種類の計測関連操作、ならびに製造中の試料の欠陥の検出および／または分類に関連する操作を包含するように広く解釈されるべきである。調査は、調査されるべき試料の生産中またはその後に非破壊調査ツールを使用することによって行われる。非限定の例として、調査プロセスは、以下の操作、すなわち、同じまたは異なる調査ツールを使用して試料またはその一部に関して行われる実行時走査（単一または多数の走査での）、サンプリング、レビュー、測定、分類、および／または他の操作のうちの１つまたは複数を含むことができる。同様に、調査は、調査されるべき試料の生産の前に行うことができ、例えば、調査方策および／または他のセットアップ操作を生成することを含むことができる。特に記載のない限り、本明細書で使用される「調査」という用語またはその派生語は、検査区域の解像度またはサイズに関して限定されないことに留意されたい。様々な非破壊調査ツールには、非限定の例として、走査電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、光学検査ツールなどが含まれる。

本明細書で使用される「計測」という用語は、検査されるべき試料の生産中またはその後に、調査および／または計測ツールを使用することによって提供される試料のあらゆる種類の測定特性および特徴を包含するように広く解釈されるべきである。非限定の例として、計測プロセスは、測定方策を生成すること、および／または例えば、同じまたは異なるツールを使用して試料またはその一部に関して行われる走査（単一または多数の走査での）、レビュー、測定、および／または他の操作によって実行時測定を実行することを含むことができる。測定された画像などの測定結果は、例えば、画像処理技法を利用することによって分析される。特に記載のない限り、本明細書で使用される「計測」という用語またはその派生語は、測定技術、測定解像度、または検査区域のサイズに関して限定されないことに留意されたい。

本明細書で使用される「非一時的メモリ」および「非一時的ストレージ媒体」は、本開示の主題に適する任意の揮発性または不揮発性コンピュータメモリを包含するように広く解釈されるべきである。

本明細書で使用される「試料」という用語は、半導体集積回路、磁気ヘッド、フラットパネルディスプレイ、および他の半導体製造製品を生産するために使用されるあらゆる種類のウエハ、マスク、および他の構造体、それらの組合せおよび／またはそれらの一部を包含するように広く解釈されるべきである。

本明細書で使用される「欠陥」という用語は、試料上にまたは試料内に形成されたあらゆる種類の異常または望ましくない特徴を包含するように広く解釈されるべきである。

特に記載のない限り、別個の実施形態の文脈に記載されている本開示の主題の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできることを理解されたい。逆に、単一の実施形態の文脈に記載されている本開示の主題の様々な特徴は、別個にまたは任意の適切なサブ組合せで提供することもできる。以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細が、方法および装置の完全な理解を提供するために記載される。

これを念頭に置いて、本開示の主題の特定の実施形態による調査システムの機能ブロック図を示す図１に注目する。

図１に示された調査システム１００は、試料製造プロセスの一部としての半導体試料（例えば、ウエハおよび／またはその一部の）の調査のために使用することができる。本開示の主題の特定の実施形態によれば、図示の調査システム１００は、試料製造中に半導体試料の１つまたは複数の画像を生成することができるコンピュータベースシステム１０１を含む（以下、簡潔にするために、製造プロセス（ＦＰ）画像または単に画像と呼ぶ）。ＦＰ画像は、半導体試料の調査のために使用可能である。システム１０１は、本明細書では画像生成システムとも呼ばれる。

上述のように、本明細書で言及される調査は、あらゆる種類の計測関連操作、ならびに製造中の試料の欠陥の検出および／または分類に関連する操作を包含するように解釈することができる。例として、生成されたＦＰ画像は、例えば、欠陥検出、および／または自動欠陥レビュー（ＡＤＲ）、および／または自動欠陥分類（ＡＤＣ）などの調査、および／または自動計測関連操作に使用することができる。いくつかの実施形態では、システム１０１は、生成された画像に１つまたは複数の計測操作を実行するように構成することができる。例として、計測操作は、試料またはその一部に対する限界寸法（ＣＤ）測定を含むことができる。そのような場合、システム１０１は、計測システムとも呼ばれ、調査システム１００のサブシステムである。

システム１０１は、半導体試料を走査して試料の調査のために試料のフレーム／画像を捕捉するように構成された１つまたは複数の調査ツール１２０に動作可能に接続され得る。いくつかの実施形態では、調査ツール１２０のうちの少なくとも１つは、計測機能を有し、捕捉した画像に計測操作を実行するように構成することができる。そのような調査ツールは、計測ツールとも呼ばれる。

本明細書で使用される「計測操作」という用語は、半導体試料上の１つまたは複数の構造要素に関連する計測情報を抽出するために使用される計測操作手順を包含するように広く解釈されるべきである。例として、抽出されるべき計測情報は、以下のもの、すなわち、寸法（例えば、ライン幅、ライン間隔、コンタクト直径、要素のサイズ、エッジ粗さ、グレーレベル統計など）、要素の形状、要素内の距離または要素間の距離、関連角度、異なる設計レベルに対応する要素に関連するオーバーレイ情報などのうちの１つまたは複数を表すことができる。いくつかの実施形態では、計測操作は、例えば、試料上の特定の構造に対して実行される限界寸法（ＣＤ）測定などの測定操作を含むことができる。

本明細書で使用される「調査ツール」という用語は、非限定の例として、試料またはその一部に関して行われるイメージング、走査（単一または多数の走査での）、サンプリング、レビュー、測定、分類、および／または他の処理を含む、調査関連プロセスで使用することができる任意のツールを包含するように広く解釈されるべきである。

例として、試料は、１つまたは複数の低解像度調査ツール（例えば、光学検査システム、低解像度ＳＥＭなど）で調査することができる。試料の低解像度画像の情報を与える結果のデータ（低解像度画像データと呼ばれる）は、直接、または１つまたは複数の中間システムを介して、システム１０１に送出することができる。代替としてまたは追加として、試料は、高解像度ツール（例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ））で調査することができる。試料の高解像度画像の情報を与える結果のデータ（高解像度画像データと呼ばれる）は、直接、または１つまたは複数の中間システムを介して、システム１０１に送出することができる。

本開示の範囲を決して限定することなく、調査ツール１２０は、光学イメージング装置、電子ビーム装置などのような様々なタイプの調査装置として実現することができることにも留意されたい。場合によっては、同じ調査ツールは、低解像度画像データおよび高解像度画像データを提供することができる。

特定の実施形態によれば、調査ツールのうちの１つは、例えば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子ビームツールである。ＳＥＭは、集束された電子ビームを用いて表面を走査することによって試料の画像を作る一種の電子顕微鏡である。電子は、試料の原子と相互作用し、試料の表面トポグラフィおよび組成に関する情報を含む様々な信号を作る。ビームの位置が、検出された信号の強度と組み合わされて、画像が作られる。ＳＥＭは、半導体ウエハの生産中に特徴部を正確に測定することができる。例として、ＳＥＭツールは、画像内の構造特徴部の限界寸法を測定するために使用される限界寸法走査電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ）とすることができる。

ＳＥＭをＣＤ計測に使用する際の問題の１つは、帯電の影響に関連する。半導体試料は、電子ビームによって走査されるとき電荷を集め、電子ビームによって引き起こされた試料上の表面電荷の蓄積が、例えば、画像全体の歪みおよび／または画像消滅などの走査不具合および画像アーチファクトを引き起こすことがある。そのような画像アーチファクトにより、半導体産業において重要な集積化デバイスの寸法を正確に測定することがますますできなくなってきている。ＣＤはリソグラフィ技術の進歩とともにますますより小さくなっているので、電荷蓄積により、ＣＤ－ＳＥＭ計測での不定誤差成分が大きくなると予想される。帯電により誘起されるアーチファクトは、寸法および特徴部エッジプロファイルに比べてより重大である可能性があり、画像アーチファクトによって引き起こされる不正確さは、集積回路の生産に重大な問題をもたらす可能性がある。

特に、所与の方向から（例えば、左から右に）試料を走査すると、試料の不均一な帯電が誘起されることがあり、それは、ＣＤ測定に影響を与える可能性がある。例として、試料のある区域にライン構造があると仮定する。構造の長手軸に対して垂直の１つの特定方向から、例えば、左から右に区域を走査すると、電子ビームは、異なる表面構造および／または異なる材料と違うように相互作用し、それにより、その区域に異なる局所帯電が生じる。例えば、場合によっては、ライン構造のエッジは、より多くの電子を放出する可能性が最も高く、それにより、表面に正電荷が生じる。エッジ表面の正電荷のために、ビームがエッジからライン構造の中心に沿って、さらに他方のエッジの方に移動すると、ビームの少なくとも一部は、正に帯電した隣接するエッジ表面によって引き寄せられ、それにより、オリジナルのルートが変更され、最初にターゲットとされた行き先以外の隣接する表面に向け直される可能性がある。そのような場合、ターゲット場所に実際に到達する電子の量は、本来到達すると想定された量と比較して異なり、それによって、ターゲット場所に対して生成されたＳＥＭ信号の精度が影響を受けることになる。例えば、理想的状況では、ライン構造を表すＳＥＭ信号は、一般に、２つのラインエッジをそれぞれ表す２つのピークを有することになる。しかしながら、局所的な帯電の影響のために、第２のピーク（すなわち、走査方向から２番目の）が、第１のピークと比較して、減少した振幅と多分若干のアーチファクトとを伴って現れることになる。

帯電の影響を低減するための様々な手段には、測定されるべき特徴部を物理的に変更／変換すること、または電荷を中和することができるスタックまたはコーティングを作り出すことが含まれる。しかしながら、これらの手段はすべて、実施することが複雑であるウエハ構造への物理的な変更を必要とする。本開示の主題の特定の実施形態によれば、帯電の影響それ自体を削除しようと試みる代わりに、帯電の影響によって引き起こされる画像アーチファクトを低減／削除するための画像生成方法およびシステムが提案される。

図１に示されるように、システム１０１は、ハードウェアベースＩ／Ｏインタフェース１２６に動作可能に接続されたプロセッサおよびメモリ回路（ＰＭＣ）１０２を含む。ＰＭＣ１０２は、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照してさらに詳述するように、システムを操作するために必要な処理を行うように構成され、プロセッサ（個別に図示せず）とメモリ（個別に図示せず）とを含む。ＰＭＣ１０２のプロセッサは、ＰＭＣに含まれる非一時的コンピュータ可読メモリに実装されたコンピュータ可読命令に従っていくつかの機能モジュールを実行するように構成することができる。そのような機能モジュールは、以下、ＰＭＣに含まれているとして参照される。

特定の実施形態によれば、ＰＭＣ１０２に含まれる機能モジュールは、第１の位置合わせモジュール１０４と、第２の位置合わせモジュール１０６とを含むことができる。ＰＭＣ１０２は、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介して、半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得るように構成することができる。フレームのシーケンスは、区域を複数の方向から走査するように構成された電子ビームツール（例えば、調査ツール１２０のうちの１つ）で取得することができる。フレームのシーケンスは、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットは、それぞれの方向から取得される。ＰＭＣ１０２は、複数のフレームのセットを位置合わせし、位置合わせの結果に基づいて半導体試料の画像を生成するように構成することができる。

具体的には、第１の位置合わせモジュール１０４は、各方向から取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行し、位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすように構成することができる。

第２の位置合わせモジュール１０６は、複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の区域の画像を生成するように構成することができる。上述のプロセスからもたらされるような生成された画像は、複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有する。画像は、上述のように、半導体試料の調査のために使用することができる。

システム１０１、ＰＭＣ１０２、およびその中の機能モジュールの操作が、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照してさらに詳述される。

特定の実施形態によれば、システム１０１は、ストレージユニット１２２を含むことができる。ストレージユニット１２２は、システム１０１を操作するのに必要なデータ、例えば、システム１０１の入出力に関連するデータ、ならびにシステム１０１によって生成された中間処理結果を格納するように構成することができる。例として、ストレージユニット１２２は、調査ツール１２０によって作られたフレームおよび／またはその派生物を格納するように構成することができる。その結果、フレームは、ストレージユニット１２２から検索され、さらなる処理のためにＰＭＣ１０２に提供され得る。

いくつかの実施形態では、システム１０１は、オプションとして、システム１０１に関連するユーザ指定入力を可能にするように構成されたコンピュータベースグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１２４を含むことができる。例えば、試料のフレーム／画像データを含む試料の視覚表現をユーザに提示することができる（例えば、ＧＵＩ１２４の一部を形成するディスプレイによって）。特定の操作パラメータを定義するオプションを、ＧＵＩを介して、ユーザに提供することができる。場合によっては、ユーザは、さらに、生成された画像、および／またはさらなる調査結果（例えば、生成された画像に関する測定値）などの操作結果をＧＵＩ上で見ることができる。

図２を参照してさらに詳述するように、システム１０１は、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介して、フレームのシーケンスを受け取るように構成される。フレームは、調査ツール１２０によって作られたフレームデータ（および／またはその派生物）、および／または１つまたは複数のデータデポジトリに格納されたフレームデータを含むことができる。フレームデータは、以下のもの、すなわち、生産プロセス中に調査ツールによって捕捉されたフレーム、様々な前処理段階で得られたような捕捉されたフレームから導出されたフレーム、およびコンピュータ生成された設計データベースフレーム（例えば、シミュレートされたフレーム、合成フレームなど）のうちの１つまたは複数を含むことができる。場合によっては、フレームは、フレームデータおよび関連する数値データ（例えば、メタデータ、手作りの属性など）を含むことができることに留意されたい。フレームデータは、試料の注目する層および／または１つまたは複数の付加的な層に関連するデータを含むことができることにさらに留意されたい。

システム１０１は、受け取ったフレームを処理し、その結果またはその一部（例えば、生成された画像、および／または画像上のＣＤ測定値）をＩ／Ｏインタフェース１２６を介してストレージユニット１２２および／または調査ツール１２０に送るようにさらに構成される。

いくつかの実施形態では、調査ツール１２０に加えて、調査システム１００は、半導体試料の調査のために使用可能である１つまたは複数の調査モジュール、例えば、欠陥検出モジュール、および／または自動欠陥レビューモジュール（ＡＤＲ）、および／または自動欠陥分類モジュール（ＡＤＣ）、および／または計測関連モジュール、および／または他の調査モジュールなどを含むことができる。１つまたは複数の調査モジュールは、スタンドアロンコンピュータとして実装することができ、またはそれらの機能（もしくはそれらの少なくとも一部）は、調査ツール１２０に統合することができる。いくつかの実施形態では、システム１０１から得られたような生成された画像は、試料のさらなる調査のために、調査ツール１２０および／または１つまたは複数の調査モジュール（またはその一部）で使用することができる。

本開示の主題の教示は、図１に示されたシステムによって拘束されず、同等の機能および／または変更された機能は、別の方法で統合または分割されてもよく、ソフトウェアとファームウェアおよび／またはハードウェアの任意の適切な組合せで実現されてもよいことを当業者は容易に理解するであろう。

図１に示された調査システムは、分散コンピューティング環境で実現することができ、ＰＭＣ１０２に含まれるような前記の機能モジュールは、いくつかのローカルデバイスおよび／またはリモートデバイスにわたって分散されてもよく、通信ネットワークを通してリンクされてもよいことに留意されたい。他の実施形態では調査ツール１２０、ストレージユニット１２２、および／またはＧＵＩ１２４のうちの少なくともいくつかは、調査システム１００の外部にあり、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介してシステム１０１とデータ通信して操作することができることにさらに留意されたい。システム１０１は、調査ツールと連携して使用することができるスタンドアロンコンピュータとして実現することができる。代替として、システム１０１のそれぞれの機能は、少なくとも部分的に、１つまたは複数の調査ツール１２０と統合することができ、それによって、調査関連プロセスにおける調査ツール１２０の機能が促進および強化される。

図２Ａを参照すると、本開示の主題の特定の実施形態による半導体試料の調査のために使用可能な画像を生成する一般化された流れ図が示される。

上述のように、電子ビームによって引き起こされる試料への帯電の影響は、例えば、画像全体の歪みおよび／または画像消滅などの走査不具合および画像アーチファクトを引き起こすことがある。そのような画像アーチファクトは、試料の調査の精度および有効性に影響を与えることがある。例えば、電子ビームツールによって特定方向から（例えば、左から右に）試料を走査すると、試料の不均一な帯電が誘起されることがあり、それが、ＣＤ測定の精度に影響を与えることがある。

本開示の主題の特定の実施形態によれば、帯電の影響によって引き起こされる画像アーチファクトを低減／削除し、それによって、低減されたアーチファクトおよび特徴部均一性をもつ画像を提供し、それに応じて、試料の調査結果を改善するための画像生成方法およびシステムが提案される。

具体的には、半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることができる（２０２）（例えば、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介してＰＭＣ１０２によって、調査ツール１２０から）。フレームのシーケンスは、複数の方向から区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され得る。例として、フレームのシーケンスは、ＳＥＭツールによって捕捉されたＳＥＭフレームとすることができる。例えば、ＳＥＭツールは、画像内の構造要素／特徴部の限界寸法を測定するために使用される限界寸法走査電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ）とすることができる。フレームのシーケンスは、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットは、複数の方向のうちのそれぞれの方向から取得される。

いくつかの実施形態では、複数の方向は、１つまたは複数の反対方向の対を含むことができる。対の反対方向は、例えば、左から右の第１の方向と右から左の第２の方向、または上から下の第１の方向と下から上の第２の方向などの互いに完全に（例えば、互いに１８０度）反対である２つの方向を指す。例として、場合によっては、複数の方向は、１つの反対方向の対を含む。そのような場合、画像のシーケンスは、２つの反対方向から捕捉され、それは、２方向走査とも呼ばれる。例えば、フレームの第１のセットは、第１の方向（例えば、左から右）から取得され、フレームの第２のセットは、第２の方向（例えば、右から左）から取得される。

別の例として、複数の方向は、多数の反対方向の対を含むことができる。例えば、画像のシーケンスは、２つの反対方向の対、すなわち、左と右の間の第１の対、および上と下との間の第２の対から取得することができる。これは、４方向走査とも呼ばれる。その結果、フレームの４つのセットが、４つの方向からそれぞれ取得される。同様に、例えば、１つまたは複数の付加的な、対角線に沿った方向などのような方向の対を追加することができ、その結果、フレームの付加的なセットをそのような方向から取得することができる。多数の方向から試料の区域を走査するこの方法は、一般に、Ｎ方向走査（Ｎ≧２）と呼ぶことができる。

いくつかの実施形態では、所与の半導体試料またはその区域を走査するために必要とされる方向の数（および正確な方向）を具体的に決定することができる。例として、そのような決定は、試料の特定の層、および／または試料のターゲット区域に含まれる特定の構造要素／特徴部に基づいて行うことができる。例えば、２方向走査は、例えばラインなどの構造要素の場合十分であり得る。そのような場合、フレームは、構造要素の主方向（例えばラインの長手方向軸）に対して法線／垂直である方向から試料の区域を走査することによって取得することができる。別の例では、構造要素が円の形状であるコンタクトを含む場合、４方向走査またはより多くの方向による走査が、異なる方向に由来する帯電の影響によって引き起こされるあり得るアーチファクトを補正するために使用されてもよい。それゆえに、本開示のいくつかの実施形態では、提案する方法は、試料の区域を走査するために使用される複数の方向を決定することをさらに含むことができる。例として、決定は、ユーザによってツールの手動設定として行われてもよく、またはシステム１０１によって画像生成方法の一部として自動的に行われてもよい。代替として、決定は、デフォルト決定とすることができ、例えば、システムは、デフォルトによって、常に、２方向走査または４方向走査などを実行することができる。したがって、このデフォルト決定は、システムの事前決定または事前設定と見なすことができる。

本明細書で使用される構造要素または特徴部は、輪郭をもつ幾何学的形状または幾何学的構造を有し、場合によっては、他の物体と組み合わされた（それゆえに、パターンを形成する）試料上のオリジナルの物体を参照することができる。構造要素の例は、例えば、コンタクト、ライン構造などを含む一般的な形状の特徴部を含むことができる。

次に、図４を参照すると、本開示の主題の特定の実施形態による試料のターゲット区域のフレームのシーケンスの例が示される。

特定の実施形態によれば、区域を複数の方向から順次走査し、すべての走査中に各方向から１つまたは複数のフレームを得ることによって、フレームのシーケンスを取得することができる。図４は、左から右および右から左の方向の第１の対と、上から下および下から上の方向の第２の対とを含む４方向走査で取得されたフレームのシーケンスの例を示す。具体的には、４００は、試料のターゲット区域が、４つの方向から順次走査され、その都度、１つのフレームが各方向から取得される例を示す。図示のようにフレーム１は、左から右の第１の方向から取得され、フレーム２は、右から左の第２の方向から取得され、フレーム３は、上から下の第３の方向から取得され、フレーム４は、下から上の第４の方向から取得される。次いで、シーケンスは、同様の方法で続き、フレーム５～８がこの順序で繰り返す。

４１０は、試料のターゲット区域が、４つの方向から順次走査され、その都度、２つのフレームが各方向から取得される別の例を示す。図示のようにフレーム１および２は、左から右の第１の方向から取得され、フレーム３および４は、右から左の第２の方向から取得され、フレーム５および６は、上から下の第３の方向から取得され、フレーム７および８は、下から上の第４の方向から取得される。

異なる順序の走査は、互いに異なる利点を有することができる。例えば、４００に示されるような方法で走査する場合、電荷は、試料の表面にわたってより均一に広がると予想することができ、したがって、蓄積された帯電の影響の低減、ならびにそれによって引き起こされる画像アーチファクトの低減にとって有利であり、一方、４１０に示されるような方法で走査すると、各方向から捕捉された２つのフレーム間のドリフトの量を低減することができる（上に述べたように、それらが捕捉されるとき、隣接するフレームが多数のドリフトにより損なわれないので）。

例示の目的で、８つのフレームのみが、例のシーケンスに示されているが、いずれの例のシーケンスも同様の反復方法で継続することができることを理解されたい。走査ごとに各方向から取得されるフレームの数は、例に示されたような１つのフレームまたは２つのフレームに限定されないことも理解されたい。複数の方向に関する走査の順序は、さらに、上述で例示されたものと異なっていてもよく、上述で説明したものと比較して異なる利点を有することができる。その結果、異なる走査順序と組み合わされた他の適切な数のフレームが、本開示において適応および適用されてもよい。

図２の説明を続けると、複数の方向から取得された複数のフレームのセットを含むフレームのシーケンスを位置合わせすることができ、位置合わせの結果に基づいて半導体試料の画像を生成することができる（２０４）（例えば、ＰＭＣ１０２によって）。いくつかの実施形態では、位置合わせは、各方向から取得された各々のフレームのセット内のフレームの中の第１の位置合わせと、複数の方向からのフレーム（すなわち、位置合わせされ組み合わされたフレーム）の間の第２の位置合わせとを含むことができる。場合によっては、第１の位置合わせは、オプションとすることができる。例えば、以下でさらに詳細に説明するように、第１の位置合わせを実行する必要があるかどうかを決定することができる。

特定の実施形態によれば、各方向から取得されたフレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、各方向から取得されたフレームのセットの中で、第１の位置合わせを実行し（例えば、ＰＭＣ１０２に含まれる第１の位置合わせモジュール１０４によって）、位置合わせされたフレームのセットをもたらすことができる（２０６）。位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、方向ごとに第１の複合フレームを生成することができる（２０６）。それゆえに、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームを得ることができる。

特定の実施形態によれば、第１の位置合わせは、所与の方向から取得されたフレームのセット内のフレーム間のドリフトを修正する目的で実行され、ドリフトは、電子ビームツールの電子ビームと半導体試料との間の１つまたは複数の物理的影響によって引き起こされる。例として、１つまたは複数の物理的影響は、熱膨張、帯電の影響、およびツール許容誤差からなる群から選択され得る。

熱膨張は、ウエハなどの半導体試料が、定常温度が保持されるチャンバに設置された検査ステージに配置され、電子ビームによって走査されるとき、ウエハが連続的に加熱され、それにより、ウエハ表面の物理的膨張が引き起こされる物理的現象を指す。そのような熱膨張により、ビームの本来のターゲット場所がドリフトすることがある。帯電の影響は、上述のように、電子ビームと試料との間の相互作用によって引き起こされる試料上の表面電荷の蓄積という物理的現象を指す。連続的な走査プロセスのために、区域全体の表面が、継続的に帯電させられ（これは、上述のような局所帯電に対して区域帯電とも呼ばれる）、それにより、試料上のビームの実際の行き先の少なくとも一部に影響を与え、それが、フレーム間のドリフトを引き起こす。ツール許容誤差は、電子ビームツール自体に関連する特定の物理的差異、または異なるツール間の差異を指す。例えば、場合によっては、走査中にツールに粒子が存在することがあり、および／または部品アセンブリの機械的な差異があることがあり、それらの要因が、一緒にまたは別個に、フレーム間のドリフトをもたらす可能性がある。

上述の物理的影響は、例証および例示のためにのみ列記されており、本開示の範囲を限定すると決して考えられるべきではないことに留意されたい。異なる実施形態では、あり得るドリフトを引き起こすことがある他の物理的影響が、上述に加えてまたは上述の代わりに加えられることがある。

いくつかの実施形態では、第１の位置合わせは、所与の方向から取得されたフレームのセット内のフレーム間のパターンマッチングを実行することを含むことができる。パターンマッチングは、一般に、特定のパターンまたは構造の構成要素の存在をチェックすることを指す。例えば、パターンマッチングは、セットの第１のフレーム内の特定の構造要素またはパターンを識別し、識別されたパターンをセットの残りの各フレーム内で探索することによって実行することができる。パターンマッチングは、様々なアルゴリズムを使用して様々な方法で実行することができる。例として、本開示では、正規化相互相関関数を使用して、パターンの予想される場所を外挿または予測することができる。

いくつかの場合には、一致したパターンを見いだすためにパターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索範囲（例えば、探索半径および／または探索方向）は、現在のフレームの少なくとも１つの前のフレームで識別された少なくとも１つの以前のドリフトに基づくことができる。例えば、所与の方向から取得されたフレームのセットが４つのフレームを含むと仮定する。特定の構造要素（例えば、ライン、コンタクト、またはそれらの少なくとも一部）が、第１のフレームにおいて識別される。第２のフレーム内の特定の要素を探索するとき、考慮すべき基準ドリフトがないので、探索半径および／または探索方向を含む探索範囲は、例えば、デフォルトによってまたはユーザによって、定義され得る。要素が第２のフレーム内で見いだされた後、２つのフレーム間の第１のドリフト（第１のフレームと第２のフレーム内の要素の場所の間の相対的距離および方向に関して）を認識することができる。第３のフレーム内の同じ構造要素を探索するとき、その中の特定の探索範囲を決定するときに第１のドリフトを基準として使用することができる。同様に、第４のフレーム内で同じ要素を探索するとき、探索範囲を決定するために、第１のドリフトおよび／または第２のドリフトを基準としてとることができ、それにより、より効率的でより正確な探索が可能になる。

第１の位置合わせが実行された後、位置合わせされたフレームのセットが、方向ごとに得られる。位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、方向ごとに第１の複合フレームを生成することができる。それゆえに、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームを得ることができる。フレームの組合せは、様々な方法で実行することができる。例として、位置合わせされたフレームのセットは、位置合わせされたフレームを合計し、オプションとして、合計する間にフレームを平均化し、および／または合計する間にフレームに重みを適用することによって、組み合わせることができる。

複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し（例えば、ＰＭＣ１０２に含まれる第２の位置合わせモジュール１０６によって）、位置合わせされた複数の第１の複合フレームをもたらすことができる（２０８）。位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の区域の画像を生成することができる（２０８）。上述のプロセスに由来する画像は、複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクト（例えば、１つの方向から走査されたときの試料の不均一な帯電によって引き起こされる）を有する。そのような生成された画像は、半導体試料の調査のために使用することができる。

特定の実施形態によれば、第２の位置合わせは、複数の方向から区域を走査することによってもたらされる複数の第１の複合フレーム間のオフセットを修正するために実行される。方向性走査によって引き起こされるオフセットは、電子ビームツールの走査メカニズムに関連する可能性がある。例として、異なる方向からの走査は、ツールの異なる走査コイルで実施されることがあり、走査コイル間に処理遅延が存在することがあり、それが、そのようなオフセットに変換される可能性がある。例えば、所与の方向で走査を開始するとき、ビームが静止から速度を増し始めるときに常に加速フェーズがあり、それが、形成される信号の遅延を引き起こす。加速フェーズ中に取得された信号は、異なる方向から走査するとき、形成されたフレームの異なる側に存在し、それにより、異なる方向から取得されたフレーム間にオフセットを引き起こす。これは、異なる方向から取得されたフレーム間のオフセットを引き起こすことがあるそのような物理的現象の単なる１つの例であり、本開示は、オフセットを引き起こす特定の要因または現象に限定されないことに留意されたい。

第２の位置合わせは、例えば、複数の方向に対応する複数の第１の複合フレーム間のパターンマッチングを実行することによって、第１の位置合わせと同様の方法で実行することができる。パターンマッチングは、ブロック２０６を参照して上述した方法と同様の方法で実行することができる。具体的には、いくつかの実施形態では、一致したパターンを見いだすために、パターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索方向は、現在のフレームの取得のときの走査の方向に基づくことができる。

例として、４つの走査方向に対応する４つの第１の複合フレームが第１の位置合わせの後に取得されていると仮定する。フレームのうちの１つで特定のパターンを探索するとき、好ましい探索方向は、特定の複合フレームが生成されている走査方向に基づいて定義することができる。例えば、第１の複合フレームが、第１の方向（例えば、左から右）から取得されたフレームのセットに基づいて生成されている場合、そのようなフレームでの好ましい探索方向は、第１の方向と一致するように定義することができる。例えば、Ｘ方向に対して設定された探索半径（例えば、左右寸法）は、Ｙ方向に対して設定された探索半径（例えば、上下寸法）と比較して大きくすることができる。

いくつかの実施形態では、複数の方向は、２つ以上の反対方向の対を含むことができる。そのような場合、第２の位置合わせは、図３に示すように、２ステップ位置合わせプロセスで実行することができる。具体的には、各々の所与の反対方向の対に対して、所与の対の反対方向に対応する２つの第１の複合フレームを位置合わせすることができる。位置合わせされた２つの第１の複合フレームを組み合わせて、複合フレームを得、それによって、２つ以上の反対方向の対に対応する２つ以上の複合フレームをもたらすことができる（３０２）。図６を参照して以下で例示するように、２つ以上の複合フレームを位置合わせすることができ、位置合わせされた２つ以上の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の画像を生成することができる（３０４）。

次に、図７を参照すると、本開示の主題の特定の実施形態による、フレーム間のドリフトおよびオフセットを例示する２つのグラフが示される。

図示のように、７０２は、試料の１方向の走査、すなわち、１つの所与の方向のみからの試料の走査のグラフを示す。８つのフレームを含むフレームのセットが、所与の方向から取得されている。グラフのＸ軸は、セットにおける８つのフレームのフレーム番号、例えば、フレーム１～８を表す。Ｙ軸は、セット内のフレーム間で引き起こされたドリフトの量を表す。上述のように、セット内のフレーム間のドリフトは、電子ビームツールの電子ビームと試料との間の１つまたは複数の物理的影響、例えば、熱膨張、帯電の影響、およびツール許容誤差などによって引き起こされる可能性がある。いくつかの場合には、フレーム間のドリフトは、直線関係にあるように見える。これは、特に、ドリフトが少なくとも部分的に熱膨張の影響によって引き起こされる場合に当てはまる。グラフ７０２に示されるように、各特定のフレームに対するドリフトの量は、線形回帰を形成する。

他方、７０４は、試料の２方向の走査、すなわち、２方向（例えば、１対の反対方向）からの試料の走査のグラフを示す。２つのフレームのセットを含む８つのフレームのシーケンスが取得され、各セットは、それぞれの方向から取得された４つのフレームを含む。具体的には、試料は、図４の４００に示されたものと同様に、２つの方向から順次走査される。それゆえに、フレーム１、３、５、および７を含むフレームの第１のセットは、第１の方向から取得され、フレーム２、４、６および８を含むフレームの第２のセットは、第２の方向から取得される。各々のフレームのセットはシーケンス内で１フレームおきに収集するので、２方向走査のセット内の２つの隣接するフレームごとの間のドリフトの量は、１方向の走査のセット内の２つの隣接するフレームごとの間のドリフトの量を２倍であると予想される。例えば、グラフ７０２におけるフレーム１とフレーム２との間のドリフトは約１ｎｍであり、一方、グラフ７０４におけるフレーム１とフレーム３との間のドリフトは約２ｎｍである。

それゆえに、第１の位置合わせを実行するとき、そのようなドリフトを修正するために、パターンマッチングで使用される探索半径は、それに応じて、定義されるべきである。例えば、２方向走査では、探索半径は、１方向走査の探索半径と比較して少なくとも２倍にすべきであり、４方向走査では、探索半径は、１方向走査の探索半径と比較して少なくとも４倍にすべきである。

上述のように、グラフ７０４に示されたフレームの第２のセットは、第２の方向から取得されているフレーム２、４、６、および８を含む。図示のように、フレームの第１のセットのドリフトの量と比較してフレームの第２のセットのドリフトの量の間にオフセットがある。例えば、フレーム１のドリフト（第１の方向から取得された）とフレーム２のドリフト（第２の方向から取得された）との間のオフセットは約１６ｎｍであり、同じことが、フレーム３とフレーム４との間のオフセットに当てはまる。異なる方向から取得されたフレーム間のこのオフセットは、上述のように、方向性走査（すなわち、異なる方向からの試料の走査）によって引き起こされることがあり、それは、電子ビームツールの走査メカニズムに関連する可能性がある。第２の位置合わせは、上述のように、そのようなオフセットを修正するためのものである。

図７に示すように、異なる方向から取得されたフレーム間のオフセットは、同じ方向から取得されたフレーム間のドリフトと比較して非常に大きくなる可能性がある。それゆえに、いくつかの場合には、異なる手段が、第２の位置合わせに加えてまたは第２の位置合わせの代わりに、そのようなオフセットを補償するために採用されてもよい。特定の実施形態によれば、この問題に対処するために、ツール設定最適化を実行することができる。知られているように、電子ビームツールは、一般に、とりわけ、走査モジュールとイメージングモジュールとを含むものとして認識することができる。走査モジュールは、電子ビームを使用して試料の表面を物理的に走査し、それにより、試料から放出された電子に基づいて信号が検出されるように構成することができる。イメージングモジュールは、検出された信号を、フレームで表すことができるデジタル形式に変換するように構成することができる。２つのモジュールは、通常、生成されたフレームが生成された信号を正確に反映できるように、正確に同期することを要求される。

本開示のいくつかの実施形態では、それに応じて、異なる方向から取得されたフレーム間のオフセットの少なくとも一部を補償するために、走査プロセスとイメージングプロセスとの間の同期を調節する／適合させることが提案される。正確な調節または適合は、基準試料から得られたオフセットデータに基づくことができる。

例えば、図７のグラフ７０４の例において、フレームの第２のセットは、走査プロセスからの生成された信号を基準にして事前設定された遅延を用いてイメージングすることができるが、一方、フレームの第１のセットに対しては、遅延は必要とされない。同様に、図４の例において、４つの方向から取得された４つのフレームのセットがある場合、異なるフレームのセットを生成するために、イメージングプロセスと走査プロセスとの間の遅延を違うように構成することができる。

特定の実施形態によれば、複数の方向から取得された複数のフレームのセットの位置合わせと、半導体試料の画像の生成とを実行するとき、図２Ａのブロック２０４に関して説明したように、代替プロセスが、ステップ２０６および２０８の代わりに実施されてもよい。これは、図２Ｂに関して詳細に説明されるように、いくつかの場合には、第１の位置合わせを実行しないと決定されたときに適切である。

次に、図２Ｂを参照すると、本開示の主題の特定の実施形態によるフレーム位置合わせおよび画像生成の代替プロセスの一般化された流れ図が示される。

上述のように、いくつかの実施形態では、決定は、第１の位置合わせを実行すべきか否かを決めるために行うことができる。例として、決定は、以下の要因、すなわち、フレームのセットに含まれるフレームの数、および調査されるべき試料の層（製造プロセスにおける製造ステップとしての）および／または材料のうちの少なくとも１つに基づくことができる。例えば、いくつかの場合には、１つのフレームのみが各方向から取得される、すなわち、各々のフレームのセットは単一のフレームを含む。そのような場合、各々のフレームのセット内で第１の位置合わせを実行する必要はない。別の例では、試料の特定の層は、例えば、層の材料、帯電、温度などのようなそれの物理的性質に起因するドリフトの問題を被らない可能性がある。場合によっては、試料の層および／または材料が、第１の位置合わせを実行する必要性を決定するために、一緒にまたは別個に、使用されてもよい。

第１の位置合わせに関して本明細書で言及する決定は、システム１０１（例えば、提案する方法の一部としての）で自動的に行うことができ、またはユーザによって手動で（例えば、調整可能なシステム設定として）行うことができることに留意されたい。代替として、決定は、デフォルト決定とすることができ、すなわち、システムは、デフォルトによって、常に、第１の位置合わせを実行することができ、またはデフォルトによって第１の位置合わせを実行しない。したがって、このデフォルト決定は、システムの事前決定または事前設定と見なすことができる。

特定の実施形態によれば、第１の位置合わせを実行しないという決定に応じて、各方向から取得されたフレームのセットを組み合わせて、第２の複合フレームを生成し、それによって、複数の方向にそれぞれ対応する複数の第２の複合フレームをもたらすことができる（２１０）。第２の位置合わせは、複数の第２の複合フレームの間で実行することができ、位置合わせされた複数の第２の複合フレームを組み合わせて、半導体試料の画像を生成することができる（２１２）。

図５は、本開示の主題の特定の実施形態による２方向走査での画像生成プロセスの概略図を示す。

例示したように、第１の方向（例えば、左から右）から取得された２つのフレーム（フレーム１および３）と、第２の方向（例えば、右から左）から取得された２つのフレーム（フレーム２および４）とを含む４つのフレーム（フレーム１～４）のシーケンスが取得される。同じ方向から取得されたフレームに対して第１の位置合わせ５１０を実行すべきかどうかの決定を行うことができる。肯定的な決定に応じて、フレーム１および３が位置合わせされ、位置合わせされた２つのフレームを組み合わせて、複合フレーム５０２を生成する（第１の位置合わせが実行される場合、上述のように第１の複合フレームと呼ばれる）。同様に、フレーム２および４が位置合わせされ、位置合わせされた２つのフレームを組み合わせて、複合フレーム５０４を生成する。代替として、否定的な決定に応じて、フレーム１および３を単に組み合わせて（例えば、合計して）、複合フレーム５０２を生成する（第１の位置合わせが実行されない場合、上述のように第２の複合フレームと呼ばれる）。同様に、フレーム２および４を組み合わせて、複合フレーム５０４を生成する。次いで、第２の位置合わせ５２０が、２つの複合フレーム５０２および５０４に対して実行され、位置合わせされた２つの複合フレームを組み合わせて、試料の画像５０６を生成する。

図６は、本開示の主題の特定の実施形態による４方向走査での画像生成プロセスの概略図を示す。

例示したように、８つのフレーム（フレーム１～８）のシーケンスは、４つの方向から試料を走査することによって取得され、各々がそれぞれの方向から取得された４つのフレームのセットを含む。各セットは、２つのフレーム、すなわち、第１の方向（例えば、左から右）から取得されたフレーム１および５、第２の方向（例えば、右から左）から取得されたフレーム２および６、第３の方向（例えば、上から下）から取得されたフレーム３および７、第４の方向（例えば、下から上）から取得されたフレーム４および８を含む。明らかに、４つの方向には、２つの反対方向の対が含まれる。

同様に、図５を参照して上述したように、第１の位置合わせ５１０を実行すべきかどうかの決定を行うことができ、決定の結果に基づいて、各セットからの２つのフレームを、最初に位置合わせし、次いで、組み合わせるか、または単に組み合わせて、所与の方向に対する複合フレームを生成する。それゆえに、４つの複合フレーム６０２、６０４、６０６、および６０８を生成することができる。

２つの反対方向の対があるので、４つの複合画像の間の第２の位置合わせを２つのステップ５２５および５３０において実行することができる。最初に、各々の反対方向の対に対して、対である２つの反対方向に対応する２つの第１の複合フレームを最初に位置合わせし、位置合わせされた２つの第１の複合フレームを組み合わせて、複合フレームを得る。例えば、左から右および右から左の反対方向に対応する複合フレーム６０２および６０４を位置合わせし組み合わせて、複合フレーム６１０を生成する（５２５）。同様に、他の２つの複合フレーム６０６および６０８を位置合わせし組み合わせて、複合フレーム６１２を生成する（５２５）。それゆえに、２つの複合フレームは、２つの反対方向の対に対応して生成される。次いで、２つの複合フレーム６１０および６１２を位置合わせし組み合わせて、半導体試料の画像６１４を生成する（５３０）。

特定の実施形態によれば、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照して上述したような画像生成プロセスは、実行時に試料を調査するためのシステム１０１および／または調査ツール１２０により使用可能な調査方策の一部として、例えば、試料に対して計測操作を実行することなどとして含まれ得る。そのような場合、本開示の主題は、方策設定フェーズ中に調査方策を生成するためのシステムおよび方法をさらに含み、方策は、図２Ａ、図２Ｂ、および図３（およびそれらの様々な実施形態）を参照して説明したようなステップを含む。「調査方策」という用語は、上述のようなあらゆる種類の調査に関連する操作を実行するための調査ツールで使用することができる任意の方策を包含するように広く解釈されるべきであることに留意されたい。

例えば、特定の例示された方向から取得されたフレーム、位置合わせアルゴリズム、パターンマッチングアルゴリズム、および上述したような列記された物理的影響などのような本開示に示された例は、例示的な目的にために示されており、本開示を限定すると決して見なされるべきでないことに留意されたい。上述に加えてまたは上述の代わりに、他の例を使用することができる。

本明細書に記載された画像生成プロセスの特定の実施形態の利点の中には、低減された画像アーチファクト（例えば、１つの方向から走査されたときに試料の不均一な帯電によって引き起こされる画像アーチファクト）を有する試料の画像を提供することがある。そのような生成された画像は、例えば、ＣＤ測定などの半導体試料の調査に使用されるとき、より高い精度のより良好な結果を提供することができる。

本開示は、その適用において、本明細書に含まれるかまたは図面に示される説明に記載された詳細に限定されないことを理解されたい。

本開示によるシステムは、少なくとも部分的に、適切にプログラムされたコンピュータで実現することができることも理解されるであろう。同様に、本開示は、本開示の方法を実行するためのコンピュータによって読取り可能であるコンピュータプログラムを企図する。本開示は、さらに、本開示の方法を実行するためのコンピュータによって実行可能な命令のプログラムを有形に具現化する非一時的コンピュータ可読のメモリを企図する。

本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践および実行することができる。したがって、本明細書で用いられる語法および用語は、説明のためのものであり、限定と見なされるべきでないことを理解されたい。それゆえ、当業者は、本開示が基づく概念が、本開示の主題のいくつかの目的を実行するために、他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に利用できることを理解するであろう。

当業者は、様々な変形および変更が、添付の特許請求の範囲においておよび特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、先に記載されたような本開示の実施形態に適用され得ることを容易に理解するであろう。

１００ 調査システム
１０１ コンピュータベースシステム
１０２ プロセッサおよびメモリ回路（ＰＭＣ）
１０４ 第１の位置合わせモジュール
１０６ 第２の位置合わせモジュール
１２０ 調査ツール
１２２ ストレージユニット
１２４ ＧＵＩ
１２６ Ｉ／Ｏインタフェース
５０２、５０４ 複合フレーム
５０６ 画像
５１０ 第１の位置合わせ
５２０ 第２の位置合わせ
６０２、６０４、６０６、６０８ 複合フレーム
６１０、６１２ 複合フレーム
６１４ 画像
７０２、７０４ グラフ

Claims (20)

1. 半導体試料の調査のコンピュータ化されたシステムであって、前記システムが、
   前記半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、前記フレームのシーケンスが、複数の方向から前記区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され、前記フレームのシーケンスが、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットが、それぞれの方向から取得される、シーケンスを得ることと、
   前記複数のフレームのセットを位置合わせし、前記位置合わせの結果に基づいて前記半導体試料の画像を生成することであり、
   各方向から取得された前記フレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得された前記フレームのセットの中で前記第１の位置合わせを実行し、前記位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、前記複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、
   前記複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、前記位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記区域の前記画像を生成することとを含む、生成することと
   を行うように構成された処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）を含み、
   前記生成された画像が、前記複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有し、前記画像が、前記半導体試料の調査のために使用可能である、コンピュータ化されたシステム。
2. 前記複数のフレームのセットを位置合わせし、前記半導体試料の画像を前記生成することが、前記第１の位置合わせを実行しないという決定に応じて、各方向に対して、それから取得された前記フレームのセットを組み合わせて、第２の複合フレームを生成し、それによって、前記複数の方向にそれぞれ対応する複数の第２の複合フレームをもたらすことと、前記複数の第２の複合フレームの間で前記第２の位置合わせを実行し、前記位置合わせされた複数の第２の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記画像を生成することとをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
3. 前記電子ビームツールをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
4. 前記区域を前記複数の方向から順次走査し、すべての走査中に各方向から１つまたは複数のフレームを得ることによって、前記フレームのシーケンスが取得される、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
5. 前記電子ビームツールが、前記電子ビームツールの走査プロセスとイメージングプロセスとの間の同期を調節することによって、異なる方向から取得されたフレーム間のオフセットの少なくとも一部を補償するように構成される、請求項３に記載のコンピュータ化されたシステム。
6. 前記決定が、以下の要因、すなわち、前記フレームのセットに含まれるフレームの数、および調査されるべき前記試料の層および／または材料のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
7. 前記第１の位置合わせが、前記電子ビームツールの電子ビームと前記半導体試料との間の１つまたは複数の物理的影響によって引き起こされた、各方向から取得された前記フレームのセット間のドリフトを修正するために実行される、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
8. 前記１つまたは複数の物理的影響が、熱膨張、帯電の影響、およびツール許容誤差を含む、請求項７に記載のコンピュータ化されたシステム。
9. 前記第１の位置合わせが、正規化相互相関関数を使用して前記フレームのセット間のパターンマッチングを実行することを含む、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
10. 前記パターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索範囲が、前記現在のフレームの少なくとも１つの前のフレームで識別された少なくとも１つの以前のドリフトに基づく、請求項９に記載のコンピュータ化されたシステム。
11. 前記第２の位置合わせが、前記複数の方向から前記区域を走査することによって引き起こされた前記複数の第１の複合フレーム間のオフセットを修正するために実行される、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
12. 前記第２の位置合わせで実行されるパターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索方向が、前記現在のフレームの取得のときの走査の方向に基づく、請求項１１に記載のコンピュータ化されたシステム。
13. 前記複数の方向が、２つ以上の反対方向の対を含み、第２の位置合わせを前記実行することが、
    各々の所与の反対方向の対に対して、前記所与の対の前記反対方向に対応する２つの第１の複合フレームを位置合わせし、前記位置合わせされた２つの第１の複合フレームを組み合わせて、複合フレームを得、それによって、前記２つ以上の反対方向の対に対応する２つ以上の複合フレームをもたらすことと、
    前記２つ以上の複合フレームを位置合わせし、前記位置合わせされた２つ以上の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記画像を生成することと
    を含む、請求項１に記載のコンピュータ化されたシステム。
14. 半導体試料の調査のコンピュータ化された方法であって、前記方法が、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）によって実行され、
    前記半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、前記フレームのシーケンスが、複数の方向から前記区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され、前記フレームのシーケンスが、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットが、それぞれの方向から取得される、シーケンスを得ることと、
    前記複数のフレームのセットを位置合わせし、前記位置合わせの結果に基づいて前記半導体試料の画像を生成することであり、
    各方向から取得された前記フレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得された前記フレームのセットの中で前記第１の位置合わせを実行し、前記位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、前記複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、
    前記複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、前記位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記区域の前記画像を生成することと
    を含む、生成することと
    を含み、
    前記生成された画像が、前記複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有し、前記画像が、前記半導体試料の調査のために使用可能である、コンピュータ化された方法。
15. 前記複数のフレームのセットを位置合わせし、前記半導体試料の画像を前記生成することが、前記第１の位置合わせを実行しないという決定に応じて、各方向に対して、それから取得された前記フレームのセットを組み合わせて、第２の複合フレームを生成し、それによって、前記複数の方向にそれぞれ対応する複数の第２の複合フレームをもたらすことと、前記複数の第２の複合フレームの間で前記第２の位置合わせを実行し、前記位置合わせされた複数の第２の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記画像を生成することとをさらに含む、請求項１４に記載のコンピュータ化された方法。
16. 前記決定が、以下の要因、すなわち、前記フレームのセットに含まれるフレームの数、および調査されるべき前記試料の層および／または材料のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１４に記載のコンピュータ化された方法。
17. 前記第１の位置合わせで実行されるパターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索範囲が、前記現在のフレームの少なくとも１つの前のフレームで識別された少なくとも１つの以前のドリフトに基づく、請求項１４に記載のコンピュータ化された方法。
18. 前記第２の位置合わせで実行されるパターンマッチング中に現在のフレームで使用される探索方向が、前記現在のフレームの取得のときの走査の方向に基づく、請求項１４に記載のコンピュータ化された方法。
19. 前記複数の方向が、２つ以上の反対方向の対を含み、第２の位置合わせを前記実行することが、
    各々の所与の反対方向の対に対して、前記所与の対の前記反対方向に対応する２つの第１の複合フレームを位置合わせし、前記位置合わせされた２つの第１の複合フレームを組み合わせて、複合フレームを得、それによって、前記２つ以上の反対方向の対に対応する２つ以上の複合フレームをもたらすことと、
    前記２つ以上の複合フレームを位置合わせし、前記位置合わせされた２つ以上の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記画像を生成することと
    を含む、請求項１４に記載のコンピュータ化された方法。
20. コンピュータによって実行されたとき、前記コンピュータに半導体試料の調査の方法を実行させる命令のプログラムを有形に具現化する非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体であって、前記方法が、
    前記半導体試料の区域のフレームのシーケンスを得ることであり、前記フレームのシーケンスが、複数の方向から前記区域を走査するように構成された電子ビームツールによって取得され、前記フレームのシーケンスが、複数のフレームのセットを含み、各々のフレームのセットが、それぞれの方向から取得される、シーケンスを得ることと、
    前記複数のフレームのセットを位置合わせし、前記位置合わせの結果に基づいて前記半導体試料の画像を生成することであり、
    各方向から取得された前記フレームのセットの中で第１の位置合わせを実行するという決定に応じて、各方向に対して、それから取得された前記フレームのセットの中で前記第１の位置合わせを実行し、前記位置合わせされたフレームのセットを組み合わせて、第１の複合フレームを生成し、それによって、前記複数の方向にそれぞれ対応する複数の第１の複合フレームをもたらすことと、
    前記複数の第１の複合フレームの間で第２の位置合わせを実行し、前記位置合わせされた複数の第１の複合フレームを組み合わせて、前記半導体試料の前記区域の前記画像を生成することと
    を含む、生成することと
    を含み、
    前記生成された画像が、前記複数の方向のうちの所与の方向から走査されたフレームに関して低減された画像アーチファクトを有し、前記画像が、前記半導体試料の調査のために使用可能である、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。

Images