TW201428233A - 相對臨界尺寸之量測的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

一實施例係關於一種在一目標基板之電子束檢測期間量測一相對臨界尺寸(RCD)之方法。獲得一參考影像。一關注區界定於該參考影像中。使用一電子束成像裝置獲得一目標影像。該目標影像及參考影像經對準，且該關注區定位於該目標影像中。接著，在該目標影像中之該關注區內進行該RCD之量測。另一實施例係關於一種量測涉及沿垂直於該RCD之一掃描長度掃描之一RCD之方法。沿該掃描長度量測點RCD。一濾波器應用於該等點RCD，且計算出該等點RCD之一平均值。亦揭示其他實施例、態樣及特徵。

Description

相對臨界尺寸之量測的方法及裝置 相關申請案之交叉參考
本申請案主張由發明者Hong Xiao於2012年11月30日申請之名稱為「Relative Critical Dimension Measurement for Hotspot Inspection and Control」之美國臨時專利申請案第61/731,580號之權利，該申請案之內容以引用的方式併入本文中。
本發明係關於基板之檢測及檢視，諸如(例如)半導體晶圓及主光罩。
在一習知帶電粒子束儀器中，諸如一電子束(e-beam)檢測儀器，用一聚焦電子束掃描一製造基板(諸如一矽晶圓或一主光罩)，導致來自基板表面之次級電子之發射。偵測所發射之電子，且偵測資料通常被轉換為樣本表面之影像。接著，此等影像經數值分析以偵測製造基板中之異常(稱之為缺陷)。
一實施例係關於一種在一目標基板之電子束檢測期間量測一相對臨界尺寸(RCD)之方法。獲得一參考影像。一關注區界定於參考影像中。使用一電子束成像裝置獲得一目標影像。該目標影像與該參考影像經對準，且該關注區定位於該目標影像中。接著，在該目標影像 中之該關注區內進行該RCD之量測。
另一實施例係關於一種量測涉及沿垂直於該RCD之一掃描長度掃描之一RCD之方法。沿該掃描長度量測點RCD。一濾波器應用於該等點RCD，且計算出該等點RCD之一平均值。
另一實施例係關於一種裝置，其包含：一源，其用於產生一入射電子束；一掃描系統，其用於可控制地使該入射電子束偏斜以在一表面上掃描該入射電子束，使得自其發射次級電子；及一偵測系統，其用於偵測該等次級電子，以便產生一影像資料。該裝置進一步包含一控制及處理系統，該控制及處理系統經程序化以獲得一參考影像、界定該參考影像中之一關注區、獲得一目標影像、使該目標影像與該參考影像對準、定位該目標影像中之該關注區及量測該目標影像中之該關注區內之一RCD。
亦揭示其他實施例、態樣及特徵。
100‧‧‧帶電粒子束成像裝置
101‧‧‧源
102‧‧‧入射電子束(主電子束)
104‧‧‧韋恩濾波器
106‧‧‧掃描偏向器
107‧‧‧聚焦電子透鏡
108‧‧‧物鏡
110‧‧‧目標基板/其他基板范例
111‧‧‧可移動台面
112‧‧‧次級電子束
114‧‧‧偵測系統
150‧‧‧儀器控制及資料處理(控制/處理)系統
152‧‧‧處理器
154‧‧‧資料儲存器
155‧‧‧電腦可讀程序碼(指令)
156‧‧‧使用者介面
158‧‧‧顯示器系統
170‧‧‧資料伺服器
172‧‧‧設計圖案資料
174‧‧‧經提取影像資料
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
210‧‧‧程序
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
218‧‧‧步驟
220‧‧‧步驟
222‧‧‧步驟
224‧‧‧步驟
226‧‧‧輸出缺陷及RCD資料
300‧‧‧參考影像
302‧‧‧特徵
304‧‧‧特徵
306‧‧‧特徵
308‧‧‧特徵
310‧‧‧特徵
312‧‧‧特徵
314‧‧‧特徵
316‧‧‧特徵
318‧‧‧特徵
320‧‧‧特徵
400‧‧‧關注區(ROI)
500‧‧‧目標影像
502‧‧‧特徵
504‧‧‧特徵/線
506‧‧‧特徵/線
508‧‧‧特徵
510‧‧‧特徵
512‧‧‧特徵
514‧‧‧特徵
516‧‧‧特徵
518‧‧‧特徵
520‧‧‧特徵
700‧‧‧關注區(ROI)
802‧‧‧間隙部分
804‧‧‧間隙部分
900‧‧‧方法
901‧‧‧步驟
902‧‧‧步驟
904‧‧‧步驟
906‧‧‧步驟
908‧‧‧步驟
910‧‧‧步驟
1002‧‧‧實例點相對臨界尺寸(RCD)
圖1係根據本發明之一實施例之一帶電粒子束裝置之一示意圖。
圖2係根據本發明之一實施例之結合熱點缺陷檢測之一相對臨界尺寸之量測之一方法之一流程圖。
圖3描繪根據本發明之一實施例之來自一參考現場檢測之一參考影像之一繪示性實例。
圖4描繪根據本發明之一實施例之一參考影像檢測內之一關注區(ROI)之一繪示性實例。
圖5描繪根據本發明之一實施例之一參考現場檢測之一目標影像之一繪示性實例。
圖6描繪根據本發明之一實施例之展示彼此檢測對齊之目標影像與參考影像之一繪示性實例。
圖7描繪根據本發明之一實施例之展示位於目標影像中之一ROI 之一繪示性實例。
圖8描繪根據本發明之一實施例之位於目標影像中之一ROI內之一間隙特徵之一繪示性實例。
圖9係根據本發明之一實施例之在一ROI內量測一相對臨界尺寸之一方法之一流程圖。
圖10描繪根據本發明之一實施例之圖8之實例間隙特徵之實例點相對臨界尺寸。
本文揭示用於使用一帶電粒子束裝置量測相對臨界尺寸之方法及裝置。可結合「熱點」缺陷檢測有利地採用此等方法及裝置。
圖1提供基於根據本發明之一實施例可利用之一掃描電子顯微鏡(SEM)之帶電粒子束成像裝置100之一截面圖。如圖1中所展示，一源101產生一入射電子束(主電子束)102。入射帶電粒子束(電子束102)穿過一韋恩濾波器(Wien filter)104。韋恩濾波器104為經配置以產生彼此交叉之電場及磁場之一光學元件。使用了掃描偏向器106及聚焦電子透鏡107。掃描偏向器106經利用以橫跨目標基板110之表面而掃描帶電粒子束。目標基板110可為(例如)一經圖案化基板，諸如正在製造之一積體電路或用於微影之一主光罩。
聚焦電子透鏡107係用以將入射電子束102聚焦於晶圓或其他基板樣本110之表面上之一電子束照射點中。根據一實施例，聚焦透鏡107可藉由產生電場及/或磁場而操作。
由於入射電子束102之掃描所致，次級電子自目標基板110(其可為(例如)一半導體晶圓或一主光罩)之表面發射或散射。目標基板110可由一可移動台面111所支承。接著，藉由暴露於物鏡(末端透鏡)108之電磁場而使次級電子自目標基板110提取而出。電磁場起作用以將所發射電子限制於入射電子束光軸之一相對較小距離內且將此等電子 加速向上進入管柱中。以此方式，該等次級電子形成一次級電子束112。
韋恩濾波器104使次級電子112自入射電子束102之光軸向一偵測軸(用於該裝置之偵測系統114之光軸)偏斜。此使得次級電子112與入射電子束102分離。偵測系統114偵測次級電子112且產生可利用以建立目標基板之表面之影像之資料信號。
一儀器控制及資料處理(控制/處理)系統150可包含：一或多個處理器(即微處理器或微控制器)152、資料儲存器(包含(例如)硬式磁碟機儲存器及記憶體晶片)154、一使用者介面156及一顯示器系統158。資料儲存器154可經配置以儲存或保有電腦可讀程式碼(指令)155及資料，且處理器152可經配置以執行程式碼155且處理資料。使用者介面156可經配置以接收使用者輸入。顯示器系統158可經配置以向一使用者顯示基板表面之畫面。
控制/處理系統150可連接至帶電粒子束管柱之各組件且可用於控制該等組件，以便實施本文所揭示之程序。例如，可通過由控制/處理系統150執行之電腦可讀程式碼155控制台面111之移動及偏向器106之掃描。
另外，控制/處理系統150可經配置以接收且處理來自偵測系統114之電子影像資料。特定而言，控制/處理系統150中之電腦可讀程式碼155可用於實施與本文所描述之相對臨界尺寸量測技術相關之程序。
此外，根據本發明之一實施例，控制/處理系統150可經配置以與一資料伺服器170界接。資料伺服器170可經配置以儲存設計圖案資料172及所提取之影像資料174。在一檢測運轉期間，資料伺服器170應帶電粒子束成像裝置100之控制/處理系統150之要求可即時提供該資料。
圖2係根據本發明之一實施例之用於結合缺陷檢測以量測一相對臨界尺寸之一方法200之一流程圖。方法200可使用(例如)帶電粒子束成像裝置100來執行。
按照步驟202，現場位置資訊(即待檢測之現場之位置)可由資料處理系統自一源載入。現場位置資訊可為(例如)一設計規則檢查之「熱點」。替代地，現場位置資訊亦可包括帶電粒子束成像裝置100或另一檢測裝置之一先前檢測之檢測結果中之缺陷位置。
對於各現場位置，可執行用於熱點檢測及RCD量測之一程序210。如圖所展示，程序210可涉及執行以下步驟。
按照步驟212，一參考影像可載入至一資料處理系統中，諸如(例如)控制/處理系統150。在一實施例中，參考影像可為藉由一成像裝置(諸如(例如)帶電粒子束成像裝置100)自一參考現場獲取之一SEM影像。較佳地，參考現場係對應於一檢測現場之一已知良好(無缺陷)現場。在另一實施例中，(例如)參考影像可自設計資料中轉譯，該設計資料可由帶電粒子束成像裝置100自資料伺服器170擷取。
圖3展示來自一參考現場之一參考影像之一繪示性實例。如所描繪，參考影像300可包含多個特徵(302、304、306、308、310、312、314、316、318及320)。雖然繪示性實例僅展示各特徵之輪廓，但參考影像中之各特徵由於與背景或周圍像素的對比因此係可分辨的。例如，各特徵相對於參考影像之較亮像素之一背景可具有較暗像素。替代地，各特徵相對於較暗像素之一背景可具有較亮像素。對於SEM影像，較亮像素通常對應於所偵測之次級電子之一較大強度，且較暗像素通常對應於所偵測之次級電子之一較小強度。
按照步驟214，可界定參考影像內之一關注區(ROI)。圖4展示一參考影像內之一ROI 400之一繪示性實例。如所描繪，ROI 400可為一矩形。在此特定實例中，ROI 400包含彼此鄰近或靠近之兩個特徵 (304及306)之部分。
按照步驟216，可收集或獲取檢測現場之一目標影像。該目標影像可為一SEM影像且可使用(例如)帶電粒子束成像裝置100來收集。
圖5展示一目標影像500之一繪示性實例。此目標影像500對應於圖3中所描繪之參考影像300。如所描繪，目標影像500可包含對應於(但某種程度可稍微不同於)參考影像300中之多個特徵(302、304、306、308、310、312、314、316、318及320)之多個特徵(502、504、506、508、510、512、514、516、518及520)。此外，雖然繪示性實例僅展示各特徵之輪廓，但參考影像中之各特徵由於與背景或周圍像素對比因此係可分辨的。
按照步驟218，可使目標影像與參考影像彼此對準。對準程序可涉及(例如)相對於參考影像轉化目標影像之定位直至其等之間有一良好匹配。(例如)藉由一最小平方擬合可判定匹配之品質因數。可在其他實施方案中使用其他對準程序。
圖6中描繪展示彼此對準之目標影像及參考影像之一繪示性實例。圖6中，目標影像之特徵(502至520)之輪廓用實線展示，同時來自參考影像之匹配特徵(分別為302至320)之輪廓用虛線展示。如所展示，目標特徵與參考特徵彼此對應，但其等之精確形狀及定位可不同。
按照步驟220，可將ROI 700定位於目標影像500中，如圖7中所描繪。在此特定實例中，ROI 700包含位於參考影像300中之相應於ROI 400中之對應於兩個參考特徵(304及306，分別地)之兩個目標特徵(504及506)之部分。
按照步驟222，可執行一檢測程序或一檢視程序以判定ROI是否具有一缺陷及/或將該缺陷分類。可使用現存技術執行此程序。
按照步驟224，可執行一相對臨界尺寸(RCD)量測。可執行該 RCD量測以判定ROI內之一指定特徵之一RCD。按照步驟224之RCD量測可與按照步驟222之缺陷偵測及/或分類平行地執行。
在一繪示性實例中，指定特徵可為ROI 700中之兩個線特徵(504及506)之邊緣之間之間隙特徵之寬度。圖8中描繪此間隙特徵。在此實例中，有其間之間隙似乎係封閉之兩個間隙部分(802及804)。在另一實例中，指定特徵可為一線，而非一間隙。
可相對於一像素尺寸量測指定特徵之RCD(例如，一間隙或一線之寬度)。換言之，可就像素數目方面來判定指定特徵之RCD。基於影像之放大比率，像素之數目可轉換為一距離(例如，以奈米計算)。基於影像像素之此一特徵寬度可稱之為一RCD量測，此係因為其係相對於影像像素而非以奈米計算之一絕對量測之一量測。
根據本發明之一實施例，可根據圖9中所展示之例示性方法900量測RCD。替代地，可利用其他類似方法。
在例示性方法900中，可沿垂直於臨界尺寸之一長度(本文中將該長度稱之為「掃描長度」或「垂直長度」)掃描指定特徵。可以一或多個像素之增量進行掃描。例如，垂直於ROI內之RCD之長度可為1024像素長且可編號為1至1024。此情況中，以一像素之增量之掃描將導致1024個掃描點，而以兩個像素之增量之掃描則將導致512個掃描點，依此類推。可按照步驟901判定或選擇用於掃描之一增量。可預期：一像素之一掃描增量通常係被選擇的。
按照步驟902，可選擇沿垂直長度之一下一個掃描點。接著，可按照步驟904量測掃描點處之RCD(「點RCD」)。可就像素數目來量測點RCD。圖10中由箭頭繪示兩個線(504及506)之間之實例間隙特徵之實例點RCD 1002。
在圖10中所展示之實例中，可藉由考量水平掃描點處之垂直行像素量測各點RCD。可在像素行中之像素強度上執行一微分，以便判 定指示沿該行之像素強度變化之一函數。接著，正臨限值及負臨限值可應用於像素強度之變化以選擇該點處之指定特徵之起點像素及終點像素。接著，點RCD可判定為自起點像素至終點像素之像素數目。
方法900可繼續沿垂直長度選擇一下一個掃描點且在該掃描點處量測點RCD，直至按照步驟906判定無待選擇之進一步掃描點。根據本發明之一實施例，在已量測全部點RCD之後，接著，可按照步驟908在點RCD資料上執行選擇性濾波。
在一實施例中，所應用之濾波器可為一最近鄰(NN)濾波器。該NN濾波器可取各點最近鄰點RCD之平均數作為該點之RCD。換言之，掃描點j之NN過濾點RCD可為掃描點j-1、j、j+1之三個未經處理點RCD之平均數。替代地，NN濾波器可由一權重因數設定該中間點j之未經處理點RCD之權重。例如，若該權重因數為2，則掃描點j之NN過濾點RCD可有效地取掃描點j-1、j、j及j+1之四個未經處理點RCD之平均數。
在另一實施例中，所應用之濾波器可為一下一個最近鄰(NNN)濾波器。一NNN濾波器可取各點最近鄰點RCD及下一個最近鄰點RCD之平均數作為該點之RCD。換言之，掃描點j之NNN過濾點RCD可為掃描點j-2、j-1、j、j+1及j+2之五個未經處理點RCD之平均數。替代地，NNN濾波器可由一權重因數設定中間點j之未經處理點RCD之權重。例如，若權重因數為2，則掃描點j之NNN過濾點RCD可有效地取掃描點j-2、j-1、j、j、j+1及j+2之六個未經處理點RCD之平均數作為該點之RCD。
在另一實施例中，所應用之濾波器可為一下一個最近鄰濾波器之下一個最近鄰(NNNN)濾波器。一NNNN濾波器可取各點RCD與其最近鄰點RCD、下一個最近鄰點RCD及下一個最近鄰點RCD之下一個最近鄰點RCD之平均數作為該點之RCD。換言之，中間點j之NNNN過 濾點RCD可為掃描點j-3、j-2、j-1、j、j+1、j+2及j+3之七個未經處理點RCD之平均數。替代地，NNNN濾波器可由一權重因數設定掃描點j之未經處理點RCD之權重。例如，若權重因數為2，則掃描點j之NNNN過濾點RCD可有效地取掃描點j-3、j-2、j-1、j、j、j+1、j+2及j+3之八個未經處理點RCD之平均數作為該點之RCD。
可用各種方式處理臨界值。設想有M個掃描點，使得j之範圍係自1至M。在下文中描述處理臨界值之一方式，但其他實施方案亦係可能的。
在一實施方案中，計算平均數時可忽略不存在之最近鄰掃描點。例如，NN過濾點RCD(不含中間點之權重)在掃描點1處可計算為掃描點1及掃描點2之兩個點RCD之平均數，且在掃描點M處可計算為掃描點M-1及掃描點M之兩個點RCD之平均數。如另一實例，NN過濾點RCD包含中間點之雙倍權重可在掃描點1處計算以有效地取掃描點1、1及2之三個點RCD之平均數作為該點之RCD，且可在掃描點M處計算以有效地取掃描點M-1、M及M之三個點RCD之平均數作為該點之RCD。
回到圖9，在按照步驟908之選擇性濾波之後，可按照步驟910計算各種RCD特性。在一實施例中，RCD特性包含：該RCD之一平均RCD、一最大RCD、一最小RCD及一標準差、一短/開放旗標及一短/開放長度。
可基於未經處理及/或過濾點RCD資料計算各RCD特性。可藉由取全部未經處理點RCD(或替代地，全部過濾點RCD)計算平均RCD之平均數作為該點之RCD。可藉由尋求最短未經處理點RCD(或替代地，尋求最短過濾點RCD)判定最小RCD。可藉由尋求最長未經處理點RCD(或替代地，尋求最長過濾點RCD)判定最大RCD。標準差可計算為未經處理點RCD之標準差(或替代地，計算為過濾點RCD之標準 差)。
短/開放旗標可用於指示是否有指示兩條線之間之一短路之一封閉間隙或指示一開放電路之一斷線。若最小RCD判定為零，可設置短/開放旗標。若設置短/開放旗標，可提供短/開放長度。可(例如)基於沿對點RCD(未經處理的或濾波的)具有零之間隙或線之長度之像素數目計算短/開放長度。換言之，可計算及輸出短/開路之延續長度。
在以上描述中，給出許多具體細節以提供本發明之實施例之一全面理解。然而，本發明之繪示性實施例之以上描述不希望極盡完備或將本發明限制於所揭示之精確形式。一熟悉相關技術者將能體會：可在不含一或多個具體細節之情況下或採用其他方法、組件等等之情況下實踐本發明。在其他實例中，未詳細展示或描述已熟知結構以避免使本發明之態樣不清楚。如熟悉相關技術者所認知：雖然本文為繪示性目的而描述本發明之具體實施例及實例，但本發明之範疇內之各種等效修改係可能的。
可根據以上詳細描述對本發明進行此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應被解釋為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之具體實施例。實情係，本發明之範疇將藉由以下申請專利範圍決定，該等申請專利範圍應根據所建立之請求項解譯之理論而被解釋。
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
210‧‧‧程序
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
218‧‧‧步驟
220‧‧‧步驟
222‧‧‧步驟
224‧‧‧步驟
226‧‧‧輸出缺陷及RCD資料

Claims (21)

  1. 一種在一目標基板之電子束檢測期間量測一相對臨界尺寸之方法，該方法包括：獲得一參考影像；界定該參考影像中之一關注區；使用一電子束成像裝置獲得一目標影像；將該目標影像與該參考影像對準；定位該目標影像中之關注區；及量測該目標影像中之該關注區內之一相對臨界尺寸。
  2. 如請求項1之方法，其中量測該相對臨界尺寸(RCD)包括：沿垂直於該RCD之一掃描長度掃描；沿該掃描長度量測點RCD；及取該等點RCD之平均數。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括：將一濾波器應用於該等點RCD。
  4. 如請求項3之方法，其中該濾波器包括取一點之相鄰點RCD之平均數作為該點之RCD之一最近鄰型濾波器。
  5. 如請求項4之方法，其中該最近鄰型濾波器沿該掃描長度取一點之一先前點RCD及一後來點RCD之平均數作為該點之RCD。
  6. 如請求項4之方法，其中該最近鄰型濾波器沿該掃描長度取一點之兩個先前點RCD及兩個後來點RCD之平均數作為該點之RCD。
  7. 如請求項4之方法，其中該最近鄰型濾波器沿該掃描長度取一點之三個先前點RCD及三個後來點RCD之平均數作為該點之RCD。
  8. 如請求項4之方法，其中該最近鄰型濾波器設定該點RCD之權重。
  9. 如請求項2之方法，其進一步包括：判定該等點RCD是否包含一零值以偵測一短/開放特性。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括：計算該短/開放特性之一延續長度。
  11. 如請求項2之方法，其進一步包括：計算該RCD之一最小RCD、一最大RCD及一標準差。
  12. 一種裝置，其包括：一源，其用於產生一入射電子束；一掃描系統，其用於可控制地使該入射電子束偏斜以在一表面上掃描該入射電子束，使得自其發射次級電子；一偵測系統，其用於偵測該等次級電子，以便產生一影像資料；及一控制及處理系統，其經程式化以獲得一參考影像，界定該參考影像中之一關注區，獲得一目標影像，使該目標影像與該參考影像對準，定位該目標影像中之該關注區，及量測該目標影像中之該關注區內之一相對臨界尺寸。
  13. 如請求項12之裝置，其中該控制及處理系統進一步經程式化以藉由以下方法量測該相對臨界尺寸(RCD)：沿垂直於該RCD之一掃描長度掃描，沿該掃描長度判定點RCD，及取該等點RCD之平均數。
  14. 如請求項13之裝置，其中該控制及處理系統進一步經程式化以將一濾波器應用於該等點RCD。
  15. 如請求項14之裝置，其中該濾波器包括取一點之相鄰點RCD之平均數作為該點之RCD之一最近鄰型濾波器。
  16. 如請求項15之裝置，其中該最近鄰型濾波器設定該點RCD之權重。
  17. 如請求項13之裝置，其中該控制及處理系統進一步經程式化.以判定該等點RCD是否包含一零值以偵測一短/開放特性。
  18. 如請求項17之裝置，其中該控制及處理系統進一步經程式化以計算該短/開放特性之一延續長度。
  19. 如請求項13之裝置，其中該控制及處理系統進一步經程式化以計算該RCD之一最小RCD、一最大RCD及一標準差。
  20. 一種量測一相對臨界尺寸(RCD)之方法，該方法包括：沿垂直於該RCD之一掃描長度掃描；沿該掃描長度量測點RCD；將一濾波器應用於該等點RCD；及取該等點RCD之平均數。
  21. 如請求項20之方法，其中該濾波器包括取一點之相鄰點RCD之平均數作為該點之RCD之一最近鄰型濾波器。
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