TW201708823A - 用於測量多層結構的層之間疊對的技術 - Google Patents

用於測量多層結構的層之間疊對的技術 Download PDF

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Abstract

一種用於決定多層結構的層之間疊對的方法，該方法可包含以下步驟：得到代表多層結構的給定影像、得到用於多層結構之層的預期影像、提供多層結構之經結合的預期影像以作為該等層之預期影像的結合、執行給定影像相對經結合的預期影像之對位及提供給定影像的分割(Segmentation)，從而產生經分割的影像及該多層結構之層的映射。方法可更包含以下步驟：藉由一起處理多層結構之任兩個經選擇的層之映射及該任兩個經選擇的層之預期影像來決定該任兩個經選擇的層之間的疊對。

Description

用於測量多層結構的層之間疊對的技術
本發明係與藉由分析表示多層結構之影像來決定此類結構的層之間疊對的技術相關。舉例而言，本發明係與現代積體電路的自動檢測相關，該等現代積體電路構成了帶有由微影技術所產生之多層的微縮半導體結構。更確切地說，本發明係與需要利用掃描式電子顯微鏡(SEM)以得到代表影像的疊對評價技術相關。
眾多技術領域可建議複雜多層實體的範例。可藉由分析實體之可用影像來研究此類實體的內部結構。可在現代3D半導體結構、地球物理、生物、醫藥及如電腦斷層等之醫療設備技術的檢查中發現此類分析的範例。可藉由各種在對應領域中被利用的技術得到要被分析的影像。
本專利申請案將使用來自於現代多層半導體結構之檢測領域的範例來描述所提及之技術。
感興趣的現代多層半導體結構已達到該等現代多層半導體結構無法透過光學顯微鏡而以所需的準確率及解析度來被檢查(因光學顯微鏡所提供之資訊為處理視覺影像之結果)的微型化規模(目前節點規模最多約7-10nm)。對於此類現代結構來說，有一種應用複雜的、基於模式之用於處理目測所得到之資料的分析方法之理論上的選擇。
替代地，更實用的選項係利用涉及具有高於光學顯微鏡解析度之解析度的工具之技術。
在半導體晶圓之檢測中經常使用此類工具(舉例而言為掃描式電子顯微鏡(SEM))。可在微電子裝置之製造中使用SEM以偵測及分類缺陷，以提供複雜的處理控制等。然而，SEM影像包含豐富細節，該豐富細節必須被正確地解釋以辨識出現在每張影像的結構，以區別結構與其他特徵及估計其之相對座標。
為了繼續描述，已如下文介紹一些廣泛性的定義，該等定義對於瞭解問題及將於下文描述的示例性解決方案來說係為重要的。
三維積體電路 ( 3D IC )─藉由堆疊矽晶圓及/或晶粒及使用直通矽穿孔(TSV)來垂直互連該等矽晶圓及/或晶粒而使得該等矽晶圓及/或晶粒表現為單一裝置所製造的積體電路。在本說明書中，談論到使用晶圓廠程序所製造的3D IC係藉由一層(晶粒)到另一層(晶粒)上來逐漸沉積多層(晶粒)。3D IC 為多層結構 的一較佳範例。
SEM ─掃描式電子顯微鏡，使用該掃描式電子顯微鏡以將3D IC暴露至主要電子束、收集響應電子束上的資料或散射來自3D IC之多層的電子，及藉由應用電腦處理至所收集資料而進一步重建多層之經結合的SEM 影像 。
可用影像 或給定影像 ─表示真實多層結構的影像； SEM 影像 為可用 / 給定影像 之範例。
CD SEM ─臨界尺寸量測掃描式電子顯微鏡 ，該臨界尺寸量測掃描式電子顯微鏡可應用至範圍廣泛之具有自約3000 nm 至約7 nm尺寸的節點中。CD SEM 係藉由利用更精密的電子光學及更先進的影像處理來實現高解析度、高通量、高靈敏度及高重複性。
預期影像 ─一或多個在多層結構之特定層中要被建立及/或要被發現之特定細節/特徵/結構的影像。舉例而言，預期影像 可為 設計影像 (舉例而言為藉由使用用於設計特定層之特徵的CAD(電腦輔助設計)工具所建立的 CAD 影像 )。預期影像 可為設計影像 ，該設計影像係經模擬 以便在根據設計製造真實物體後看起來更接近該真實物體。
經結合的預期影像 ─藉由結合考慮到層及該等層之元素的能見度之多層結構之層的預期影像所得到的影像。
疊對 ( OVL ) ─ 特徵化多層結構之一層相對於該多層結構之另一層之圖案對圖案對齊之向量。
目前係在一系列步驟中製造現代矽晶圓，每一階段放置材料之圖案於晶圓上；以此方式將電晶體、接觸等所有由不同材料所製造的元件放下。為了正常運作最終裝置，層之個別圖案必須正確對齊。疊對控制係為上述圖案對圖案對齊之控制。
對位 ─藉由兩個或更多影像之相互定位之辨識的該兩個或更多影像之最大可能對齊。舉例而言，可藉由完成最大可能之影像間的疊對來執行對位。各種對位技術存在；將於本說明書中提出經客製化以用於進階半導體節點之對位的一種版本。
可用影像的 分割 (Segmentation)─標記可用影像之像素以將像素相關於不同類別的特徵(物件、元素)。可將特徵設置在多層結構之不同層處。典型地使用影像分割以於影像中設置物件及邊界(線段、曲線等)。更確切地說，影像分割為指派標記至影像中的每個像素使得帶有相同標記的像素共享某些特徵之程序。舉例而言，特定標記可指示結構之特定層。
SEM 影像之分割 ─標記多層結構之SEM影像的像素以得到經分割的影像Segm (x,y)，該經分割的影像Segm (x,y)其中相似地標記像素形式分割。分割為藉由指派而將SEM影像之像素標記至每個具有座標(x,y)之像素的程序；索引j為此像素所屬之層的索引。索引j可接受來自區間{1…N}之值，其中N為多層結構之層之數量。
N層多層結構之層之 映射 ─為一組N個二元影像；每個二元影像具有給定影像之尺寸。
特定層之 映射 為僅包含該層之特徵的二元影像，該等特徵在給定影像上為可見的(因此在 經分割的影像 上)，且該等特徵藉由以該特定層之標記所標記之像素之區域(分割)而經呈現於映射 上，可如下所示： Map (x, y){j} = {1, 若 Segm (x,y) = j; 0 若 Segm(x, y) ≠ j,  1＜=j ＜=N,  其中 N 為層之數量}.
將在描述中間歇地使用術語「像素之區域」及術語「分割」。
對有效及準確估計多層結構(舉例而言如現代微型化多層半導體結構)中之疊對的解決方案有長期需求。
本發明之一目標係提供更通用之用於呈現真實多層結構之影像之分析以決定結構之層間的疊對的技術。
本發明之更具體的目標係提供有效及準確之用於多層半導體結構中之疊對測量的技術。此目標已由發明者確認為係對現代半導體多層結構中之疊對之集中的、全面的測量之長期需求。
期待此類有效及準確的解決方案以允許多層結構中之疊對/偏移的可靠估計，以在晶圓廠處理期間對所欲產量影響最小及能線上調整晶圓廠處理。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於決定多層結構的層之間疊對的方法，該方法包含以下步驟： ─ 提供代表多層結構的影像 (所謂給定影像或可用影像)， ─ 得到用於多層結構之個別層的預期影像； ─ 提供多層結構之經結合的預期影像(為考慮到層之順序及因層之一者在另一者上之放置所造成的能見度/預期遮蔽之該等層之預期影像的結合)； ─ 執行給定影像相對於經結合的預期影像之對位； ─ 提供給定影像之分割，從而產生： ○ 經分割的影像，(其中經分割的影像之每個像素係相關於指示多層結構之層相關於哪個像素的標記，從而建立具有相同標記之像素之區域/分割)，及 ○ 經分割的映射，亦稱為該多層結構之層的映射(其中此類映射為一組二元影像，及其中特定層之映射為僅包含該層之特徵的二元影像，該等特徵在給定影像上為可見的(因此在經分割的影像上)，且該等特徵藉由以該特定層之標記所標記之分割而經呈現於映射上)； ─ 藉由一起處理多層結構之任兩個經選擇的層之映射及該任兩個經選擇的層之預期影像來決定(測量)該任兩個經選擇的層之間的疊對。
有利地，所提出之方法允許決定用於多層結構之相對於剩餘層之任一層之每個層的疊對。實際上，可用任何結合來對結構之所有層決定疊對。
應該注意到的是，層之預期影像及/或經結合的預期影像可被理解為已經歷模擬的設計影像，以建立該等設計影像相對於真實多層結構之給定影像的相似度(即，以模擬經結合影像/所製造之層之真實外觀)。將此類預期影像稱為經模擬的設計影像。
根據方法之一版本，此為測量多層半導體結構之層間之疊對的方法，其中 ─ 多層結構為如3D IC的半導體結構，舉例而言為晶圓， ─ 給定影像為3D IC的SEM影像， ─ 預期影像為經模擬的設計影像(舉例而言為經模擬以模擬所製造之層的真實外觀之層的CAD影像)， ─ 藉由結合所提到之考慮到層之順序及預期遮蔽之層之設計影像來形成經結合的預期影像(舉例而言為經結合的CAD影像)； ─ 分割為SEM影像分割，從而產生結構之經分割的影像(SEM影像)及層之個別映射(SEM映射)， ─ 藉由一起處理3D IC 之任兩層之映射及該任兩層之預期(較佳地為經模擬)影像(舉例而言，藉由使用相同層之經模擬的CAD影像來處理該等層的SEM映射)來決定該任兩層間的疊對。
應該要注意的是，分割可參考層之預期影像；即，方法可包含以下步驟：在執行分割的同時考慮到預期影像。
可藉由迭代地強化分割來改善所提出之技術，以便更確切地以給定影像(SEM影像)之每個像素每個像素地區分位於不同層或相同層上的特徵。
可藉由調整層之預期影像來校正分割之結果。可基於所測量到之疊對來完成此事。
因此，可藉由使用關於所測量到之疊對之反饋來強化分割結果。
應該要注意到的是，亦可基於疊對測量之結果而迭代地強化分割來改善不同之意欲測量疊對及使用分割的技術。
因此，一旦校正分割結果，將亦可立即改善疊對測量之結果。
鑒於上述，方法可包含以下步驟：藉由以下步驟校正分割結果，該等以下步驟為： ─ 基於所測量到之相關於特定層之疊對值來校正該特定層之預期影像(舉例而言，藉由偏移來變化預期影像之座標)， ─ 藉由考慮到經校正的預期影像來校正分割；舉例而言，藉由基於特定層之經校正的預期影像來得到該特定層之經校正映射；
之後可基於經校正的分割再次測量疊對，且可迭代地持續方法。
所提及的反饋(更確切地說為校正層之預期影像(CAD影像)之步驟) 舉例而言可由其中所測量之疊對不超過疊對之預定極限之情況所導致，及/或可藉由偏移/調整層之CAD影像更接近層之對應映射(SEM映射)來改善該所提及的反饋，因而改善處理之下個步驟上的分割結果。
方法可包含由一組現有的/預定的極限所盡可能允許多的迭代。極限可與疊對測量程序的時間、品質、成本及疊對值相關。隨著描述的進行將提及一些其他極限。
為了更有效的疊對測量，方法可包含以下步驟：考慮到可在一或多個可接受偏位之預定極限內所導致之額外的、可能的遮蔽。
此類極限眾所皆知地係在製造滿足特定品質要求之多層結構(如半導體晶圓)前。所論述之極限之一範例可為限制層上之元素尺寸之可接受變化的「CAD至SEM之最大變異」。限制之另一範例為限制特定層之間可接受之疊對的「CAD至SEM之最大偏移」。舉例而言，若在該等不同層間的疊對及/或元素尺寸在一組一些預定之可接受極限上變化，則一電晶體之沉積在結構之不同層上的元素將不會形成正常運作的電晶體。通常將其中疊對超出一/多個預定極限之結構視為有缺陷的。在一些情況中，當執行CAD校正時(例如說，偏移層之CAD影像以更靠近層之經分割的影像)，可藉由更加自信地使用CAD資訊來改善分割。
在分割之步驟處(甚至是之後) 可考慮額外的/可能的遮蔽，以在層之預期影像上及個別地在層之映射上定義所謂的安全區域 ，該等安全區域為與屬於該層之元素之此類分割相關之區域，其中分割將在給定影像上為可見的(儘管會有預期及額外的(可能的) 在預期影像及給定影像間的遮蔽及失真)。此類失真之範例可為CAD-SEM影像偏差。
換句話說，安全區域 係與元素之分割相關，該等分割保持可見；即，無法由任何限制偏位或失真(最大可能的疊對及可能的尺寸變異等)阻擋。不用說，全然不被阻擋之元素將被視為在預期影像上及在層之映射上形成安全區域。
參照至安全區域之分割結果之使用將被視為更有效/可靠。
(舉例而言)根據下述兩版本之一版本可執行決定(測量)多層結構之任兩層間之疊對之步驟。
在測量疊對之第一版本中，方法可包含以下步驟： ─ 對於兩個經選擇的層之每一者來說，藉由參照安全區域來執行特定層之映射(SEM映射)及相同之特定層之預期影像(設計/CAD影像)間之每層對位； ─ 對於兩個經選擇的層之每一者來說，藉由比較特定層之映射(SEM映射)及相同之特定層之預期影像(設計/CAD影像)來測量特定層之偏移(或對位之向量)，從而個別地得到兩個經選擇層之兩個偏移；得到在該兩個經選擇層間之疊對以作為該等兩個偏移間之差異。
可將偏移之測量(對位之向量)呈現為特定層之映射(例如說，SEM映射)相對於該特定層之預期影像(例如說，CAD影像) 沿著兩軸X及Y之X/Y偏移之測量；舉例而言， 可決定層「i」之沿著軸X偏移之X分量接近式1： ∆Xi =XSEMi - XCADi                                                                  [1] 可決定層「i」相對於層「j」之疊對之X分量接近式2： ∆Xi - ∆Xj =XSEMi – XSEMj+(XCADj-XCADi) = XSEMi – XSEMj+ 偏位   [2] 其中(XCADj-XCADi)=偏位=常數 亦對軸Y執行類似操作，以得到疊對之Y分量。
應該要注意到的是，若對位係基於如上所述的安全區域，則可更有效執行該每層對位。
根據測量疊對之第二選項，方法可包含以下步驟： ─ 選擇個別地出現在兩個經選擇層之兩個經選擇映射中之兩個安全區域(MSA)； ─ 分配個別地出現在兩個經選擇層之兩個經選擇影像中之兩個分割(ESA)，該等兩個分割ESA個別地對應至該兩個區域MSA； ─ 藉由計算兩個經選擇之安全區域MSA之重心(COG)間之差異來決定用於該兩個經選擇之安全區域MSA之疊對之向量V1 (疊對Simg 之向量)； ─ 藉由計算兩個分割ESA之重心(COG)間之差異來決定用於該兩個分割ESA之向量V2 (疊對Sexp 之向量)； ─ 藉由計算 V1及V2間之差異來決定經選擇的兩層間之疊對。
為半導體結構檢查之目的，較佳地在SEM影像上估計V1同時在CAD影像上估計V2。
當該兩個區域中僅有一者為MSA及/或該兩個分割中僅有一者為ESA且同時其他區域/分割不為安全區域 時，可執行疊對測量之第二選項。
再次地，因為方法係適於執行用於任何數量之額外選擇的替代成對層(換句話說係用於多層結構之所有層)之疊對之測量，故此方法係有利的。
可如下文替代地定義發明方法： 一種用於執行決定多層結構之層間之層對的方法，該方法包含以下步驟： ─ 得到代表多層結構的給定影像， ─ 得到用於多層結構之個別層的預期影像及多層結構之經結合的預期影像； ─ 執行給定影像相對於經結合的預期影像之對位； ─ 執行給定影像之分割； ─ 決定多層結構之任兩個經選擇的層之間的層對； ─ 使用關於經決定疊對之反饋來校正分割之結果。 方法可更包含以下步驟：使用經校正的分割結果來重新決定疊對。
發明方法之另一獨立定義可如下文所示： 一種用於執行決定多層結構之層間之層對的方法，該方法包含以下步驟： ─ 得到代表多層結構的給定影像， ─ 得到用於多層結構之個別層的預期影像及多層結構之經結合的預期影像； ─ 執行給定影像相對於經結合的預期影像之對位； ─ 執行給定影像之分割，從而產生 ○ 經分割的影像，及 ○ 該多層結構之層之映射； ─ 決定預期影像及層之映射上之安全區域，其中安全區域係代表特定層上之元素之分割，其中分割不可由任何預定偏位來阻擋；   ─ 藉由利用所決定的安全區域來一起處理多層結構之任兩個經選擇的層之映射及該兩個經選擇的層之預期影像，以決定該兩個經選擇的層間之疊對。
應當牢記上文所述之方法係有利於基於結構的SEM影像及層之初步設計影像來檢查多層結構(如現代的半導體晶圓或3D IC)。此外，它可以很容易地允許測量結構之所有層的疊對值。
在製造3D積體電路期間，若3D IC之上層引入臨界疊對，則可持續移除該等上層。可能可使用對應層之經校正的CAD影像來持續程序以用新層取代被移除層。當藉由校正CAD影像來校正疊對值時，可藉由在製造下個晶圓前提供高階步進機(掃描機)校正來執行此事。
掃描機能沿著每個軸來處理高階校正；舉例而言為(a+bx+cx^2+dx^3)，其中x為兩個特定層間的疊對。使用CD-SEM疊對結果及一些疊對數學模型，使用者/顧客可找到這些係數a、b、c及d及使用該等係數於掃描機中以修正像差。
新提出的方法對於任何結構而言係有效的；特別是有利於使用SEM來檢查的3D IC結構，原因如下： 該新提出的方法是一般性 的；即 ，該新提出的方法不依賴於要被檢查之層的幾何形狀， 該新提出的方法是全面性 的；即 ，該新提出的方法允許執行層之間(而非在層之元素間)的測量； 該新提出的方法是綜合性的 /通用的 ，因對於結構之所有層來說資訊係同步(平行)得到的；資訊允許計算用於任何成對層之疊對； 該新提出的方法是藉由迭代改善可用影像之分割來允許用於改善準確性之反饋 。 該新提出的方法是穩健的 ，因該新提出的方法對噪音是平穩的或該新提出的方法對信噪比(SNR)係平穩的， 該新提出的方法藉由提供帶有sub-nm精度之測量而為準確的 。
根據本發明之第二態樣，亦提供了包含記憶體之用於影像處理的系統，該記憶體經配置以儲存多層結構(舉例而言，3D IC)之給定影像(舉例而言，SEM影像)及層之預期影像。在一範例中，預期影像為在製造3D IC中所使用之層的設計(CAD)影像；在另一範例中，該等預期影像為經模擬以相配給定影像的設計影像。系統亦包含處理器，該處理器經配置以執行以下步驟： (可選地，以初步模擬設計影像來)產生經結合的預期影像， 以經結合的預期影像來處理給定影像以執行其中之對位， 執行給定影像之分割至結構之對應多層之映射，及 基於結構之任兩層之映射及適宜的預期影像來執行該任兩層間的疊對測量。
此處根據本發明之實施例而額外提供電腦軟體產品，該電腦軟體產品包含其中儲存程式指令的非暫態電腦可讀取媒體，當由電腦讀取該等指令時，該等指令使電腦執行上述方法之步驟。
隨著描述的進行將進一步描述本發明。
圖 1 為用於根據本發明實施系統S之一實施例之設備之示例性集合之圖示呈現。在如圖1所示的範例中，系統S是意欲使用掃描式電子顯微鏡(SEM)來檢查多層半導體結構(3D IC及晶圓)。
系統S包含帶有處理器(未展示)及經示意性地展示為外部區塊M之記憶體的電腦C。亦可用顯示器D及鍵盤K裝備電腦，以便操作者可控制及調整檢查程序。電腦C透過線路L與掃描式電子顯微鏡(SEM)通訊，該SEM經調適以建立三維多層結構之影像(半導體晶圓W經展示)。
將在SEM系統中得到的SEM影像傳送至電腦C，其中該SEM影像經處理及經儲存於記憶體M之中。
電腦C之記憶體M亦可儲存為晶圓W之層所初步建立的一組預期影像。
系統S之操作係聚焦於基於處理給定影像(SEM影像)及預期影像來測量晶圓之層間的疊對。
預期影像可為為層所設計之CAD影像。作為替代地，可根據模擬而自設計影像形成預期影像，以讓該等預期影像看起來最大類似感興趣之真實結構之層上的真實圖案。
在本範例中，電腦軟體可包含一或多個用於設計影像之模擬的程式，以便將該等設計影像轉換成預期影像，該等預期影像係最大接近根據製造層及藉由SEM掃瞄該等層所可得到之影像。意欲測量半導體晶圓中之疊對之所提出系統之特定實施例使用此類模擬而更有效地運作。電腦包含一些電腦可讀取媒體，該些電腦可讀取媒體包含負責系統之新功能之所提出的軟體產品(示意展示為虛線輪廓 SP)。將參考經圖示於下列圖式中的流程圖來描述一些功能。
圖2展示所提出方法之一版本的流程圖。版本10可作為方法之一些修改的一基礎。
方塊12：得到真實多層結構的給定影像。在本發明所描述的特定範例中，給定影像為由掃描式電子顯微鏡所產生的SEM影像。
方塊14：得到多層結構之層的預期影像。 ─ 盒14.1指示複數個為包含示例性層「i」之結構之多層所開發之設計影像。 ─ 方塊14可包含設計影像之模擬，如下所示： ─ 盒14.2指示可模擬設計影像以個別地形成多層之預期影像； ─ 盒14.3指示可自層之經模擬影像得到經結合的預期影像。
預期影像可為(舉例而言)CAD影像或經模擬的CAD影像。
上述之預期影像的變異可儲存於電腦記憶體中。
此外，使用下述操作來將給定影像與預期影像做比較。
方塊16指示給定影像(SEM影像)相對於經結合的預期影像對位。
方塊18係對給定影像之分割負責；即：
盒18.1表示得到經分割的影像，此事係意味藉由指示特定像素所相關之層之標記來「標記」給定影像之每個像素。經分割的影像儲存於電腦記憶體中。
盒18.2指示稍後自經分割的影像形成複數個層映射(包含示例性層「i」之映射)及將該複數個層映射儲存於記憶體中。在本案特定範例中，映射為個別層之SEM映射。
可選地，可藉由考慮到在方塊14中所接收到之合適的預期影像來幫助及益於執行於盒18.1及盒18.2中之分割程序(這些可選箭頭未展示於圖2中)。
方塊20為疊對(OVL)測量之方塊。藉由方塊20所提出之測量疊對的概念為所謂全面測量疊對之基礎。即，可藉由一起處理多層結構之任何兩層之預期影像及該等層之映射來測量該等層間之OVL。若在本案特定範例中預期影像為CAD影像，則可藉由處理任兩個經選擇之層的CAD影像及SEM映射來測量該任兩個經選擇之層間的疊對。
將參考下列圖示來描述流程圖10中所定義之概念之一些特定實施及結合。
圖 3 展示流程圖的片段，該流程圖圖示說明可如何決定額外特徵(即，所謂的安全區域)及該等額外特徵可如何與展示於圖2之方法結合。
然而，應該要注意到的是，安全區域之概念不僅只有與本發明所描述之疊對測量之方法一起使用，亦可與用於檢查半導體結構之其他方法一起使用。
安全區域定義於新方塊15中。
方塊15包含首先在每個層「i」之預期影像上(在本案特定範例中，在層之經模擬的CAD影像上)定義用於該每個層「i」之安全區域。安全區域應被理解為特定層之元素/特徵之此類區域不能被任何經限制的偏位所阻擋。換句話說，特定層之特徵之安全區域應在特徵之尺寸及層間之X/Y疊對之最大允許偏差處保持可見(即，不被屬於其他層之特徵阻擋)。有該等偏差的預定極限。示意性地藉由經饋送至方塊15之資料之箭頭指示偏差極限。所定義的安全區域通常小於特徵之預期視覺分割(即，小於在層之預期影像中被視為可見的那些分割)。
(圖7及圖8將進一步提供一些安全區域意義的圖示說明)。
方塊15定義此類安全區域在特定層之預期影像(例如，CAD影像)上。稱呼這些安全區域為ESA (預期安全區域 )。如何完成?預期影像之像素(該像素經設計為可見的且在任何允許偏差處仍維持可見的)將被視為屬於ESA。對結構之每個層執行相似操作。
可選地，可使用帶有經定義之安全區域ESA之層之預期影像以得到經結合的預期影像(方塊14.3，未展示於圖3中)及稍後用於盒16中的正確對位。
在本案範例中，稍後使用定義於方塊15中之安全區域ESA以改善方塊18中之分割。即，當建立層之映射(例如，SEM映射)於經修改之盒18A中時考慮安全區域ESA。特定層之所得到的映射將包含對應至為該特定層所定義之ESA之映射安全區域MSA。
可藉由比較特定ESA與感興趣之層之映射來定義每個MSA。
稍後使用在預期影像上及層之映射上所決定之安全區域(ESA及MSA)以用於兩個經選擇層之疊對之準確測量。由於此事，一般方塊20會在圖3中經修改及經標示為20A(因OVL測量係基於安全區域)。
使用安全區域以用於疊對測量之範例將呈現於圖6之流程圖中及圖8之圖式表現中。
圖4圖示說明經修改之用於疊對測量之方法的流程圖，該方法包含基於測量結果的反饋。舉例而言，此類方法包含以下步驟：反饋可用參考圖2所描述之流程圖10來開始。
在圖4之範例中，部分展示流程圖10：僅可見方塊18及方塊20。
當(舉例而言藉由流程圖10的方塊20)計算出疊對結果時，將結果與預定OVL極限作比較(方塊22)。若超過OVL極限，則產品(如半導體晶圓)被視為有缺陷的。可拋棄有缺陷的晶圓；作為替代地，可移除結構之一(多個)上層且稍後再次沉積該(多個)上層。
若未超過OVL極限，則可在有可用資源執行OVL的情況中(因額外用於改善準確率之回合花費了額外時間、能源及材料等─方塊24)改善OVL。若是的話，發明人建議藉由調整兩層之一者或兩者之係為該等層之疊對而被確認的預期(設計影像)來改善疊對 (方塊26)。舉例而言，可一者相對另一者來調整預期影像之模擬及/或可偏移預期影像(CAD影像)等。
特定層之經校正的預期影像稍後可反饋回分割方塊18，以改善分割結果。之後將參考該層之經更新的預期影像來執行分割(至少在盒18.2中)。盒27自方塊14及方塊26接收預期層影像上之資訊，及盒27將選擇其間中最新的資訊以反饋該最新資訊給方塊18。
亦可將此類來自方塊26之經更新的資訊反饋至負責測量OVL的方塊20。正因如此，在下個製造回合處，將參考該特定層之經校正的預期影像來重新計算疊對。
在程序之特定階段處，在方塊24處可決定任何進一步之OVL的改善是無用的或是過於昂貴的。
圖5圖示測量疊對之一可能版本係基於定義於方塊20(圖2)之一般演算法(可選地使用定義於方塊20A(圖3)中之經修改版本)。方塊20之一般演算法示意地描述任兩個經選擇層之映射及預期影像之經結合的處理以測量其中之疊對。方塊20A增加使用所謂安全區域執行處理之可能性至方塊20。
圖5示意性地圖示說明OVL計算之具體流程圖，該流程圖包含以下流程步驟：
盒20.1，其中選擇任何兩層(稱為層1及層2)以測量其中之OVL；
盒20.2，其中對該等經選擇的層之每層執行對位。此類每層對位包含以下步驟：特定層之預期影像(例如，CAD影像或經模擬的CAD影像)相對於其之映射(SEM映射)之對齊。基於層1及層2之個別的CAD影像及SEM影像而對該層1及該層2執行操作。若係基於初步定義於預期影像(CAD經模擬影像)及層之映射(SEM影像)上之安全區域來執行，則可助於每層對位。
盒20.4包含以下步驟：測量層之映射自層之預期影像之偏移(x/y向量)。對於層1來說，將稱所測量向量為「偏移1」。一旦測量到此類對於層2之向量，則立即接收到「偏移2」。
盒20.6包含以下步驟：計算疊對(OVL)以做為在盒20.4處所得到之兩個偏移間之差異。
圖6展示測量多層結構之任兩層間之疊對(OVL)的另一版本。將安全區域之概念利用於此版本中，因此演算法通常標記為20A。然而，此版本藉由一些以安全區域所執行之新操作而不同於圖5之版本，該等新操作如下所示：
盒20.1─選擇用於OVL測量的兩層(與圖5中之操作相同)。
盒20.3─自電腦記憶體呼叫兩個經選擇的層之映射(即，層之分割映射)及確保映射係被排列於該等映射之真實相互位置中(如在結構中一樣)。
盒20.5─安全區域經辨識於層之映射上。舉例而言，讓安全區域1(MSA 1)經辨識於層1之層映射上，及讓安全區域2(MSA 2)經辨識於層2之映射上。
盒20.7─決定用於經辨識之安全區域之重心(COG)及測量在兩個安全區域MSA1及MSA2之COG間之向量V1。向量V1將指示層之映射間之「可見疊對」。在本案範例中，為層之分割映射來決定向量V1。
盒20.9─該盒20.9係用於自電腦記憶體得到層1及層2之兩個預期影像，及係用於放置該等預期影像於該等預期影像之經設計的相互位置中。
20.11─在層1及層2之預期影像上，辨識對應於個別之層映射之安全區域MSA1及MSA2之分割。該等分割實際上為預期影像之安全區域ESA1及ESA2。
20.13─發現該等分割(ESA1及ESA2)之COG，及測量ESA1及ESA2之COG間之向量V2。在本案範例中，對於為層之CAD影像之預期影像來決定V2。
20.15─計算層1及層2間之疊對OVL以作為向量V1及向量V2間之差異。
圖7包含六個部分7a-7f。
圖7a為4層結構之經結合的預期影像，其中藉由數字1-4來標記每層之特徵/元素。每個數字(1、2、3及4)指示其中係根據設計而定位特徵之層之編號。在此範例中，預期影像為經模擬的設計影像。
圖7b展示真實結構之給定影像(在此範例中，為SEM影像)的示意圖。稍後可藉由參考部分7a之預期影像來分割給定影像之斑點。
圖7c為層3之預期影像，其中深色輪廓係對應位於圖3上的對角線元素。環繞對角線元素3之虛線輪廓係展示該對角線元素3所被允許的尺寸偏差(∆3)。虛線垂直線展示位於層4之垂直元素4之尺寸偏差之極限。元素4之尺寸偏差係標記為∆4。事實上，元素4部分地阻擋了元素3。
此處亦有箭頭「OVL極限」，該OVL極限示意性地展示層3及層4間之疊對的極限。
部分7d展示係自部分7b之給定影像之分割所立即得到之層3的分割映射。層3之映射(部分7d)展示僅層3之分割在給定影像上被看見。可使用層3之此映射以執行與層3之預期影像(部分7c)之對位，以進一步測量(舉例而言，在層3及層4間之)疊對。
部分7e示意性展示可如何在層3之預期影像上定義預期之安全區域ESA(若要決定層3及層4間之相互位置(疊對)時)。層3之ESA為將在偏位之最差情況中(即，當尺寸偏差及涉及到層3及層4之疊對兩者皆發生時)保持可見之區域。
部分7f示意性地展示層3之映射上之安全區域MSA；在最差情況中該等MSA可對應該層之預期影像上之安全區域ESA。
圖8呈現如何使用安全區域之概念來測量兩示例層(層1及層2)間之疊對的圖示說明。參考圖6來一般性地描述相關演算法。
讓圖8之左方部分「A」圖示層1及層2之兩個預期影像(CAD影像)相對於彼此而在其之預期位置中。右方部分「B」展示層1及層2之兩個分割相對於彼此而映射在其之真實位置中。
應該要提醒的是，在特定層處不被阻擋的區域被視為該層之安全區域。
讓層1為上層及層2為下層。在層1上，有經標記為L1的垂直元素，該垂直元素被視為未被阻擋的。在層2上，有經標記為L2的對角線元素。根據設計(圖8之左方部分「A」)，L2部分地由L1所阻擋。在層之真實的分割映射(圖8之右方部分「B」)上，L2亦部分地由L1所阻擋，但可注意到L2之位置因一些尺寸偏差及/或疊對而視覺地偏移。
讓深色輪廓為元素L2之安全區域。在部分「B」處，L2之深色分割及整個L1為映射安全區域(MSA)。在部分「A」處，僅L2之深色分割適用於「B」及整個L1為ESA。
現在為所有安全區域決定重心(COG)。
稍後，為「B」(層1及層2之SEGM映射)決定向量V1以作為位於兩不同層1及層2處之兩安全區域MSA之COG間之差異。
類似地，為「A」(層1及層2之CAD影像)決定向量V2以作為位於兩不同層1及層2處之兩安全區域ESA之COG間之差異。
最後，計算層1及層2間之疊對，以作為向量V1及向量V2間之差異：OVL=V1-V2。
儘管已參考特定範例及圖示、方法之其他經修改的版本及可能被提出之系統之不同實施來描述發明，但發明仍被視為無論何時由下述申請專利範圍所定義之本發明之部分。
所有符號為單一段落號
請自下一行開始作符號說明表，亦可採表格方式
10‧‧‧版本
12‧‧‧方塊
14‧‧‧方塊
14.1‧‧‧盒
14.2‧‧‧盒
14.3‧‧‧盒
15‧‧‧方塊
16‧‧‧方塊
18‧‧‧方塊
18.1‧‧‧盒
18.2‧‧‧盒
20‧‧‧方塊
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20.6‧‧‧盒
20.7‧‧‧盒
20.9‧‧‧盒
20.11‧‧‧盒
20.13‧‧‧盒
20.15‧‧‧盒
20A‧‧‧方塊
22‧‧‧方塊
24‧‧‧方塊
26‧‧‧方塊
27‧‧‧盒
將以下列非限制性圖式之幫助而用更多細節來解釋本發明，該等非限制性圖式其中：
圖 1 ─示意性地圖示說明經調適以執行用於測量多層結構中之疊對之發明方法之系統的實施例。在圖1中，結構為半導體晶圓，藉由SEM得到初始(給定)影像及由電腦處理器處理該初始(給定)影像。
圖 2 圖示說明所提出方法之一版本的示意方塊圖。
圖 3 圖示說明所提出方法之另一版本的方塊圖，該方法包含以下步驟：從層之預期影像及該等層之映射上之阻擋決定安全區域，該等安全區域允許更有效的分割及因而更準確的疊對測量。
圖 4 圖示說明所提出方法之進一步的版本的方塊圖，該方法包含允許基於所得到的測量而在進一步的製造/檢查步驟處改善疊對之反饋。
圖 5 圖示說明用於測量多層結構之兩個經選擇的層間之疊對的(使用每層對位的)一示例性程序的方塊圖。
圖 6 圖示說明用於測量多層結構之兩個經選擇的層間之疊對的(基於安全區域使用COG方法的)另一示例性程序的方塊圖。
圖 7 藉由以下各者之圖說來呈現所提出程序之不同階段的示意圖示，該等以下各者分別為：結構之經結合的預期影像及給定影像、一層之預期影像及映射及定義所謂安全區域的階段。
圖 8 為如圖6所展示之示例性程序的示意圖示。
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Claims (15)

  1. 一種用於決定一多層結構的層之間疊對的方法，該方法包含以下步驟： ─得到代表該多層結構的一給定影像， ─得到用於該多層結構的層之預期影像；─提供該多層結構的一經結合的預期影像為該等層之該等預期影像的一結合；─執行該給定影像相對於該經結合的預期影像之對位；─提供該給定影像之分割(Segmentation)，從而產生：     ○一經分割的影像，及     ○該多層結構之該等層的映射；─藉由一起處理該多層結構之任兩個經選擇的層之該等映射及該任兩個經選擇的層之該等預期影像來決定該任兩個經選擇的層之間的疊對。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該等層的該等預期影像及/或該經結合的預期影像為已經歷模擬的設計影像。
  3. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中： ─ 該多層結構為一半導體結構3D IC， ─ 該給定影像為該真實3D IC的一SEM影像， ─ 該等預期影像為該等層之經模擬的設計影像， ─ 藉由結合考慮到該等層之順序及預期遮蔽之該  等層之該等經模擬的設計影像來形成該經結合的預期影像， ─ 該分割為該SEM影像分割，從而產生該等層之SEM映射， ─ 藉由使用該3D IC 之任兩層之該等預期影像來處理該等兩層之該SEM映射而決定該等兩層之間的該疊對。
  4. 如前述請求項之任一請求項所述之方法，其中該分割考慮到該等層之該等預期影像。
  5. 如前述請求項之任一請求項所述之方法，包含以下步驟：藉由調整該等預期影像之至少一個影像來強化該分割。
  6. 如前述請求項之任一請求項所述之方法，包含以下步驟：藉由考慮到該等預期影像及該給定影像之間的可能遮蔽及失真來決定該等層之該等預期影像及該等映射兩者上的安全區域。
  7. 如請求項6所述之方法，其中藉由利用該等經決定的安全區域來執行決定該多層結構之任何兩個經選擇的層之間的疊對之該步驟。
  8. 如前述請求項之任一請求項所述之方法，其中如以下所述地執行決定該多層結構之任何兩個經選擇的層之間的疊對之該步驟： ─ 對於該等兩個經選擇的層之每者而言，執行該特定層之該映射及相同特定層之該預期影像之間之每層對位； ─ 對於該等兩個經選擇的層之每者而言，藉由比較一特定層之該映射及相同特定層之該預期影像來測量該特定層的一偏移，從而個別得到該等兩個經選擇的層之兩個偏移； 得到該等兩個經選擇的層之間的疊對以作為該等兩個偏移之間的一差異。
  9. 如請求項6及請求項8所述之方法，其中該每層對位係基於該等安全區域來執行。
  10. 如請求項6至請求項9之任一請求項所述之方法，其中如以下所述地執行決定該多層結構之任何兩個經選擇的層之間的疊對之該步驟： ─選擇個別出現於該等兩個經選擇的層之該等兩個經選擇的映射中之像素的兩個安全區域(MSA)； ─ 分配個別出現於該等兩個經選擇的層之該等兩個預期影像中的兩個分割(ESA)，該兩個分割ESA個別對應至像素的該兩個安全區域MSA； ─ 藉由計算該兩個經選擇之安全區域MSA之重心(COG)間的一差異來決定用於該兩個經選擇之安全區域MSA的疊對Simg 的一向量； ─ 藉由計算該兩個分割ESA之重心(COG) 間的一差異來決定用於該兩個分割ESA的疊對Sexp 的一向量； ─ 藉由計算Simg 及Sexp 之間的一差異來決定該等經選擇的兩個層之間的疊對。
  11. 如前述請求項之任一請求項所述之方法，使用關於該經決定之疊對的反饋以校正該分割。
  12. 如請求項11所述之方法，包含使用經校正的分割來重新決定疊對之步驟。
  13. 如前述請求項之任一請求項所述之方法，包含以下步驟：相對於剩餘層之任何一層來決定用於該多層結構之每層之疊對。
  14. 一種用於影像處理的系統，包含經配置以儲存一多層結構的一給定影像及該多層結構之層的預期影像的記憶體及一處理器，該處理器經配置以執行以下步驟： 產生一經結合的預期影像， 一起處理該給定影像及該經結合的預期影像，以便執行其間對位， 執行該給定影像之分割至該結構之該對應多層之映射，及 基於該結構之任兩層之該等映射及合適的預期影像來執行該兩層間的疊對測量。
  15. 一種電腦軟體產品，包含其中儲存程式指令的一非暫態電腦可讀取媒體，當藉由一電腦讀取該等指令時該等指令使該電腦執行如請求項1至請求項13之任一者所述的方法。
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