TW202324291A - 掃描式電子顯微鏡影像強化 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種減少一掃描式電子顯微鏡(SEM)影像中之一樣本充電效應的方法，該方法包含： 在一第一掃描方向上自一第一電子射束掃描獲得一樣本上之一目標特徵之一第一SEM影像； 在不同於該第一掃描方向之一第二掃描方向上自一第二電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之一第二SEM影像； 對準該第一SEM影像及該第二SEM影像；及 基於該第一SEM影像及該第二SEM影像之一組合產生一輸出影像。

Description

掃描式電子顯微鏡影像強化

本文中之描述係關於影像強化之領域，且特別地係關於掃描式電子顯微術(SEM)影像強化。

在積體電路(IC)之製造程序中，對未完成或已完成電路組件進行檢測以確保其根據設計而製造且無缺陷。可採用利用光學顯微鏡或帶電粒子(例如電子)束顯微鏡，諸如掃描式電子顯微鏡(SEM)之檢測系統。隨著IC組件之實體大小不斷縮小，且其結構不斷變得更複雜，包括尺寸度量衡、缺陷偵測及檢測之度量衡程序中的準確度及產出量變得更重要。

然而，當檢測電絕緣材料時，SEM影像之品質(例如，臨界尺寸或邊緣置放誤差之量測準確度)通常遭受SEM引發之充電假影。用於SEM成像中以減少SEM引發之充電假影之已知技術為使用不同掃描方向獲得之複數個SEM影像的平均化。然而，需要對此項技術之進一步改良。

根據本發明之一第一態樣，提供一種減少一掃描式電子顯微鏡(SEM)影像中之一樣本充電效應的方法，該方法包含： 在一第一掃描方向上自一第一電子射束掃描獲得一樣本上之一目標特徵之一第一SEM影像； 在不同於該第一掃描方向之一第二掃描方向上自一第二電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之一第二SEM影像； 對準該第一SEM影像及該第二SEM影像；及 基於該第一SEM影像及該第二SEM影像之一組合產生一輸出影像。

根據本發明之一第二態樣，提供一種方法，其包含： 藉由使用一掃描式電子顯微鏡在複數個不同方向上掃描一校準特徵來獲得複數個校準SEM影像； 針對來自該複數個校準SEM影像之該等校準SEM影像中之一或多者判定一或多個位置偏移，使得該等位置偏移可用於在組合複數個SEM影像時產生一經改良輸出影像。

根據本發明之一第三態樣，提供一種方法，其包含： 藉由使用一掃描式電子顯微鏡在該複數個不同方向上掃描一目標特徵來獲得複數個目標SEM影像；及 組合該等目標SEM影像以產生一輸出影像； 其中在各別掃描期間施加一或多個位置偏移。

根據本發明之一第四態樣，提供一種使用一掃描式電子顯微鏡(SEM)影像量測一樣本上之一目標特徵之一參數的方法，該方法包含： 在一第一掃描方向上自一第一電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之一第一SEM影像； 在不同於該第一掃描方向之一第二掃描方向上自一第二電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之一第二SEM影像； 對準該第一SEM影像及該第二SEM影像； 基於該第一SEM影像及該第二SEM影像之一組合產生一輸出影像；及 自該輸出影像判定該參數。

現將詳細參考例示性實施例，在隨附圖式中說明該等例示性實施例之實例。以下描述參考隨附圖式，其中除非另外表示，否則不同圖式中之相同編號表示相同或類似元件。闡述於例示性實施例之以下描述中之實施並不表示所有實施。實情為，其僅為符合關於如所附申請專利範圍中所敍述之所揭示實施例的態樣之設備及方法之實例。舉例而言，儘管一些實施例在利用電子射束之上下文中進行描述，但本發明不限於此。可類似地應用其他類型之帶電粒子射束。此外，可使用其他成像系統，諸如光學成像、光偵測、x射線偵測等。

電子裝置由形成於稱為基板之矽塊上之電路構成。許多電路可一起形成於相同矽塊上且稱為積體電路或IC。此等電路之大小已顯著地減小，使得更多該等電路可安裝於基板上。舉例而言，智慧型手機中之IC晶片可與縮略圖一樣小且仍可包括超過20億個電晶體，各電晶體之大小小於人類毛髮之大小的1/1000。製造此等極小IC為經常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。甚至一個步驟中之誤差可能導致成品IC中之缺陷，藉此使得成品IC無用。因此，製造程序之一個目標為避免此類缺陷以使在該程序中製造之功能性IC的數目最大化，亦即改良程序之總體良率。

改良良率之一個組分為監視晶片製造程序，以確保其正生產足夠數目個功能性積體電路。監視程序之一種方式為在晶片電路結構形成之不同階段處檢測該等晶片電路結構。可使用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行檢測。SEM可用於實際上使此等極小結構成像，從而獲取結構之「圖像」。影像可用於判定結構是否恰當地形成，以及結構是否形成於恰當位置中。若結構有缺陷(例如，錯誤形狀、大小或位置)，則可調整程序，因此缺陷不大可能再現。可能需要缺陷偵測及檢測程序具有較高產出量以滿足IC製造商之要求。

然而，由SEM影像指示之結構之誤差可為「真實的」或可為「假的」。舉例而言，當SEM對結構進行成像時，失真可能出現在影像中，使得結構看起來變形或錯位，而實際上，在結構之形成或置放中不存在誤差。失真可由在與掃描階段期間引入之電子交互作用之後在晶圓之結構上累積的電荷導致。因此，SEM可不再產生如實地表示結構之影像，從而導致自影像導出之量測中的誤差。

本文中之揭示內容尤其描述用於產生具有減少失真之SEM影像的方法及系統。根據本文中所揭示之方法產生的SEM影像可因此更加忠實於原始結構，使得可以較準確結果檢測IC，且不會將時間浪費在歸因於錯誤診斷之「假」誤差上。在一個實例中，使用不同掃描方向獲取兩個(或更多)影像。兩個(或更多)影像彼此對準且接著組合(例如，藉由平均化)以產生待檢查之影像。初始影像在組合成最終影像之前有時稱為圖框。可藉由在掃描程序中施加不同偏移而預先執行對準，或藉由對準影像而在掃描之後執行對準。已發現此途徑會導致特徵之形狀之較準確量測。

現參考圖1，其繪示符合本發明之實施例的例示性電子射束檢測(EBI)系統100。EBI系統100可用於成像。如圖1中所展示，EBI系統100可包括主腔室101、裝載/鎖定腔室102、電子射束工具104及裝備前端模組(EFEM) 106。電子射束工具104位於主腔室101內。雖然描述及圖式係針對電子射束，但應瞭解，實施例並非用於將本發明限制於特定帶電粒子。

EFEM 106可包括第一裝載埠106a及第二裝載埠106b。EFEM 106可包括額外裝載埠。第一裝載埠106a及第二裝載埠106b接收含有待檢測之晶圓(例如，半導體晶圓或由其他材料製成之晶圓)或樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP) (晶圓及樣本可互換使用)。

EFEM 106中之一或多個機械臂(未展示)可將晶圓輸送至裝載/鎖定腔室102。裝載/鎖定腔室102連接至裝載/鎖定真空泵系統(未展示)，其移除裝載/鎖定腔室102中之氣體分子以達至低於大氣壓之第一壓力。在達至第一壓力之後，一或多個機械臂(未展示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室102輸送至主腔室101。主腔室101連接至主腔室真空泵系統(未展示)，其移除主腔室101中之氣體分子以達至低於第一壓力之第二壓力。在達至第二壓力之後，晶圓經受電子射束工具104之檢測。電子射束工具104可為單射束系統或多射束系統。

控制器109以電子方式連接至電子射束工具104，且亦可以電子方式連接至其他組件。控制器109可為經組態以對EBI系統100執行各種控制之電腦。控制器109亦可包括經組態以執行各種信號及影像處理功能之處理電路系統。雖然控制器109在圖1中展示為在包括主腔室101、裝載/鎖定腔室102及EFEM 106之結構的外部，但應理解，控制器109可為結構之一部分。

在一些實施例中，控制器109可包括一或多個處理器(未展示)。處理器可為能夠操縱或處理資訊之通用或特定電子裝置。舉例而言，處理器可包括任何數目個中央處理單元(或「CPU」)、圖形處理單元(或「GPU」)、光學處理器、可程式化邏輯控制器、微控制器、微處理器、數位信號處理器、智慧財產(IP)核心、可程式化邏輯陣列(PLA)、可程式化陣列邏輯(PAL)、通用陣列邏輯(GAL)、複合可程式化邏輯裝置(CPLD)、場可程式化閘陣列(FPGA)、系統單晶片(SoC)、特殊應用積體電路(ASIC)及能夠進行資料處理之任何類型電路之任何組合。處理器亦可為虛擬處理器，其包括在經由網路耦接之多個機器或裝置上分佈之一或多個處理器。

在一些實施例中，控制器109可進一步包括一或多個記憶體(未展示)。記憶體可為能夠儲存可由處理器(例如，經由匯流排)存取之程式碼及資料的通用或特定電子裝置。舉例而言，記憶體可包括任何數目個隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、光碟、磁碟、硬碟機、固態硬碟、隨身碟、安全數位(SD)卡、記憶棒、緊湊型快閃(CF)卡或任何類型之儲存裝置的任何組合。程式碼可包括作業系統(OS)及用於特定任務之一或多個應用程式(或「app」)。記憶體亦可為虛擬記憶體，其包括在經由網路耦接之多個機器或裝置上分佈之一或多個記憶體。

現參考圖2，其繪示根據本發明之實施例之例示性成像系統200。圖2之電子射束工具104可經組態用於EBI系統100。電子射束工具104可為單射束設備或多射束設備。如圖2中所展示，電子射束工具104可包括機動樣本載物台201及由機動樣本載物台201支撐以固持作為待檢測樣本之實例的晶圓203之晶圓固持器202。電子射束工具104可進一步包括物鏡總成204、電子偵測器206 (其包括電子感測器表面206a及206b)、物鏡孔徑208、聚光透鏡210、射束限制孔徑212、槍孔徑214、陽極216及陰極218。在一些實施例中，物鏡總成204可包括經修改擺動物鏡延遲浸沒透鏡(SORIL)，其包括磁極片204a、控制電極204b、偏轉器204c及激磁線圈204d。

藉由在陽極216與陰極218之間施加加速電壓而自陰極218發射初級電子射束220。初級電子射束220穿過槍孔徑214及光束限制孔徑212，此兩者可判定進入駐存於光束限制孔徑212下方之聚光透鏡210之電子射束的大小。聚光透鏡210在光束進入物鏡孔徑208之前聚焦初級電子射束220，以在電子射束進入物鏡總成204之前設定電子射束的大小。偏轉器204c偏轉初級電子射束220以促進晶圓上之射束掃描。舉例而言，在掃描程序中，可控制偏轉器204c以在不同時間點使初級電子射束220依序偏轉至晶圓203之頂部表面之不同位置上，以提供用於晶圓203之不同部分的影像重建構之資料。此外，亦可控制偏轉器204c以在不同時間點使初級電子射束220偏轉至特定位置處之晶圓203之不同側上，以提供用於彼位置處之晶圓結構的立體影像重建構之資料。此外，在一些實施例中，陽極216及陰極218可產生多個初級電子射束220，且電子射束工具104可包括複數個偏轉器204c以同時將多個初級電子射束220投影至晶圓之不同部分/側，以提供用於晶圓203之不同部分的影像重建構之資料。

在許多情況下，SEM之電子射束以二維光柵圖案橫跨樣本進行掃描。光柵圖案包含在第一方向上之緩慢移動及在第二方向上之快速移動。第二方向垂直或幾乎垂直於第一方向。第一方向可稱為主掃描方向或緩慢掃描方向，且第二方向可稱為子掃描方向或快速掃描方向。除非另外指定，否則本文中所提及之掃描方向為快速掃描方向。亦可機械地、經由載物台移動或藉由機械掃描與偏轉器之掃描的組合來執行掃描。舉例而言，可藉由載物台移動及偏轉器之快速掃描來執行緩慢掃描。

激磁線圈204d及磁極片204a產生在磁極片204a之一端處開始且在磁極片204a之另一端處終止的磁場。正由初級電子射束220掃描之晶圓203之一部分可浸沒於磁場中且可帶電，此又產生電場。電場在初級電子射束與晶圓203碰撞之前減少在晶圓203之表面附近衝擊初級電子射束220的能量。與磁極片204a電隔離之控制電極204b控制晶圓203上之電場，以防止晶圓203之微拱起且確保適當射束聚焦。

在接收初級電子射束220後，可自晶圓203之部分發射次級電子射束222。次級電子射束222可包含次級電子、反向散射電子及由如下文所論述之晶圓203發射之其他電子。次級電子射束222可在電子偵測器206之感測器表面206a及206b上形成射束點。電子偵測器206可產生表示射束點之強度之信號(例如電壓、電流或類似者)，且將該信號提供至影像處理系統250。次級電子射束222及所得射束點之強度可根據晶圓203之外部或內部結構而變化。此外，如上文所論述，初級電子射束220可投影至晶圓之頂部表面之不同位置及/或特定位置處之晶圓之不同側上，以產生不同強度之次級電子射束222 (及所得射束點)。因此，藉由將射束點之強度與晶圓203之位置進行映射，處理系統可重建構反映晶圓203之內部或表面結構的影像。

成像系統200可用於檢測樣本載物台201上之晶圓203，且包括電子射束工具104，如上文所論述。成像系統200亦可包括影像處理系統250，該影像處理系統250包括影像獲取器260、儲存器270及控制器109。影像獲取器260可包括一或多個處理器。舉例而言，影像獲取器260可包括一電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦、任何種類之行動計算裝置及類似者，或其組合。影像獲取器260可經由一媒體(諸如一電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電或其組合)與電子射束工具104之偵測器206連接。影像獲取器260可自偵測器206接收一信號，且可建構一影像。影像獲取器260可因此獲取晶圓203之影像。影像獲取器260亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓、疊加指示符於一所獲取影像上，及類似者。影像獲取器260可執行對所獲取影像之亮度及對比度或類似者之調整。儲存器270可為一儲存媒體，諸如一硬碟、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體及類似者。儲存器270可與影像獲取器260耦接，且可用於保存作為原始影像之經掃描原始影像資料，及後處理影像。影像獲取器260及儲存器270可連接至控制器109。在一些實施例中，影像獲取器260、儲存器270及控制器109可一起整合為一個控制單元。

在一些實施例中，影像獲取器260可基於自偵測器206接收到的一成像信號來獲取一樣本之一或多個影像。一成像信號可對應於用於進行帶電粒子成像之一掃描操作。一所獲取影像可為包括複數個成像區域之一單個影像。該單個影像可儲存於儲存器270中。該單個影像可為可劃分為複數個區之一原始影像。該等區中之各者可包括含有晶圓203之一特徵的一個成像區域。

在一些實施例中，該SEM影像可為藉由初級電子射束220在晶圓203上沿著單個掃描方向之單次掃描產生的一個別SEM影像。在一些實施例中，該SEM影像可為藉由對多個SEM影像進行平均化產生的一第一平均SEM影像，各SEM影像藉由初級電子射束220在晶圓203上沿著相同掃描方向之一單次掃描產生。本發明之實施例不限於藉由任何特定方法產生的任何特定SEM影像，且所揭示之方法及系統可增強包括但不限於本文中之實例的SEM影像。

缺陷偵測中之挑戰為由檢測工具(例如SEM)引入之假影。假影並不源自最終產物之實際缺陷。其可使待檢測之影像之品質失真或降低，且導致缺陷偵測中之困難或不準確。舉例而言，當使用SEM檢測電絕緣材料時，SEM影像之品質通常受SEM引發之充電假影的影響。

現參考圖3，其為符合本發明之實施例之SEM引發之充電效應的實例程序的說明。SEM產生用於檢測之初級電子射束(例如，圖2中之初級電子射束220)。在圖3中，初級電子射束302之電子經投影至樣本304之表面上。樣本304可具有絕緣材料，諸如非導電抗蝕劑、二氧化矽層或類似者。初級電子射束302之電子可穿透絕緣體樣本304之表面達某一深度，從而與交互作用體積306中之絕緣體樣本304之粒子交互作用。

初級電子射束302之一些電子可與交互作用體積306中之粒子彈性地交互作用(例如，以彈性散射或碰撞形式)，且可反射或回跳出樣本304之表面。彈性交互作用保存交互作用之主體(例如，初級電子射束302之電子及樣本304之粒子)的總動能，換言之，無交互作用主體之動能轉換成其他形式之能量(例如，熱能、電磁能等)。自彈性交互作用產生之此類反射電子可稱為反向散射電子(BSE)，諸如圖3中之BSE 308。

初級電子射束302之一些電子可與交互作用體積306中之粒子無彈性地交互作用(例如，以無彈性散射或碰撞形式)。無彈性交互作用並不保存交互作用之主體的總動能，換言之，交互作用主體之動能中之一些或所有轉換成其他形式之能量。舉例而言，經由無彈性交互作用，初級電子射束302之一些電子之動能可導致電子激勵及粒子原子之躍遷。此無彈性交互作用亦可產生射出樣本304之表面之電子，其可稱為次級電子(SE)，諸如圖3中之SE 310。

BSE及SE之良率或發射速率取決於例如初級電子射束302之電子的能量及受檢測材料等。初級電子射束302之電子之能量可部分地由其加速電壓(例如，圖2中之陽極216與陰極218之間的加速電壓)賦予。BSE及SE之數量可比初級電子射束302之注入電子更多或更少(或甚至相同)。傳入及傳出電子之不平衡可導致電荷(例如，正電荷或負電荷)在樣本304之表面上的累積。額外電荷可在樣本304之表面上或附近局部地累積，其可稱為SEM引發之充電效應。

通常，絕緣材料(例如，許多類型之抗蝕劑)可帶正電荷，因為傳出電子(例如，BSE或SE)之數目通常超過SEM之初級電子射束之傳入電子之數目，且額外正電荷累積於絕緣體材料之表面上或附近。圖3展示SEM引發之充電效應出現且導致正電荷累積於絕緣體樣本304之表面上的情況。正電荷可實體地模型化為孔312。在圖3中，注入至交互作用體積306中之初級電子射束302之電子可擴散至交互作用體積306之相鄰體積，該等電子可稱為擴散電子，諸如擴散電荷314。擴散電子可與樣本304中之正電荷(例如孔)重組，諸如重組對316。電荷之擴散及重組可影響孔312之分佈。孔312可能藉由例如以下各者而引起問題：將BSE及SE吸引回至樣本304之表面，增加初級電子射束302之電子之著陸能量，使初級電子射束302之電子偏離其預期著陸點，或干擾絕緣體樣本304之表面與BSE及SE之電子偵測器(諸如，圖2中之電子偵測器206)之間的電場。

SEM引發之充電效應可使由電子偵測器接收到的SEM信號衰減及失真，此可進一步使所獲取SEM影像失真。此外，由於樣本304不導電，因此當初級電子射束302橫跨其表面掃描時，正電荷可沿著初級電子射束302之路徑累積。正電荷之此累積可增加或複雜化所獲取SEM影像中之失真。由SEM引發之充電效應導致的此失真可稱為SEM引發之充電假影。由於電荷主要沿著初級電子射束302之路徑累積，因此SEM引發之充電假影可主要沿著掃描方向出現。SEM引發之充電假影可引發估計所製造結構之幾何大小時的誤差或導致檢測中之缺陷之誤識別。本發明可解決由SEM引發之充電效應導致的失真及其他誤差，而與導致充電效應之精確機制無關。

舉例而言，圖4 (其為自在一個方向上(從左向右)執行之單次掃描獲得的SEM影像)展示所觀測接觸孔(CH)歸因於充電而相對於由實線圓指示之預期圓形形狀而變形。白色圓點指示擬合於影像之輪廓上的點，且白色箭頭指示圓點自其預期位置變形之程度及方向。此等變形影響接觸孔及其他特徵之所觀測寬度、位置及邊緣位置，其為使用SEM搜尋之常見度量。

圖5為類似於圖4但自模擬導出之影像，確認失真之來源。

為了減輕由SEM引發之充電導致的變形，已提出使用不同快速掃描方向量測相同區域且將所得圖框相加在一起以形成SEM影像。舉例而言，四個掃描程序可包含：在第一方向上之第一掃描，例如平行於SEM設備或樣本之X軸；在反向平行於第一方向之第二方向上之第二掃描；在與第一方向正交之第三方向上之第三掃描，例如平行於SEM設備或樣本之Y軸；及在反向平行第三方向之第四方向上之第四掃描。

本發明人已判定，自四次此類掃描導出之影像的簡單組合仍並不準確地表示樣本上之實際實體結構。人們認為，不準確性產生，此係因為影像之組合並不考慮樣本之充電。由於特徵之明顯位置歸因於SEM引發之充電而平行於快速掃描方向移位，因此在相反導引之掃描中量測之特徵並未最佳地重疊。特徵有時亦在與快速掃描方向正交之方向上移位，且此亦可藉由本發明方法解決，但此類移位通常小於平行於快速掃描方向之移位。圖6繪示為何相反導引之掃描中之特徵並未最佳地重疊。

圖6在左側展示藉由使用擬合於掃描之不同掃描方向及輪廓掃描特徵而獲得的四個影像。在右側，輪廓及其中心展示為重疊，可見，該等輪廓及中心歸因於充電引發之特徵偏移而未準確地重疊。

因此，本發明提出使用不同掃描方向獲得之特徵的影像應在組合之前對準(例如，藉由平均化)，且理想地，對準係基於對所關注實際堆疊進行之量測。在一些情況下，有可能將組合基於量測，該量測並未在精確結構上進行，而是在具有與所關注晶圓類似之充電效應的結構或堆疊上進行。

本發明可使用兩種不同影像對準途徑來實施：在掃描程序期間之對準(例如，在硬體中)，或在影像後處理中之對準。若採取影像後處理途徑，則有必要儲存來自所使用之所有不同掃描方向的影像。因此，在掃描期間對準個別影像可為較佳的。此可藉由在空間中設定偏移來實施，該偏移在一或多次掃描中有效地減輕充電引發之特徵移位。判定最佳偏移之一種途徑為尋找組合影像之特徵邊緣最清晰的偏移值。可使用基於梯度之優化器，但其他技術亦為有效的。可為各對相反方向掃描找到一或多個偏移值(例如，一個用於平行及反向平行於X方向之掃描，且一個用於平行於及反向平行Y方向之掃描)。在一些情況下，足夠為各對相反方向掃描判定單個偏移值；影像接著在相反方向上移位由偏移值判定之量。亦有可能單獨地對準單獨影像之部分(例如，線)，而非將單個偏移施加至整個影像。

可藉由各種方法(例如，平均化)組合自各種掃描獲得之影像以形成合成影像。偏移亦可與基於模型之校正一起使用，例如，如在2021年3月19日申請之名稱為「SEM Image Enhancement」之共同未決專利申請案第EP 21163831.7號中所描述，該文件特此相對於SEM影像之校正的描述以引用之方式併入。

圖7至圖12展示可藉由本發明之實施例達成之結果。圖7展示在無任何對準程序之情況下在不同方向上對接觸孔之四次掃描的組合。可清楚地看到，所觀測接觸孔相比於預期圓形形狀更接近於菱形形狀。圖8為具有重疊分析以展示0.58 nm之平均輪廓誤差、1.25 nm之最大輪廓誤差及35.14 nm之臨界尺寸(CD)的同一圖。圖9及圖10為自模擬導出以再生經實驗觀測之菱形形狀的類似視圖(無及有疊加分析)。在模擬中，最大輪廓誤差(變形)為1.4 nm，平均輪廓誤差(變形)為0.63 nm，且CD為34.63 nm。圖11及圖12為基於相同模擬但在組合之前應用根據實施例之對準程序的類似視圖。在圖11中，可清楚地看到，結果為更圓的接觸孔。如圖12中所展示之分析展示，最大輪廓變形減小至0.5 nm (即，僅初始變形之36%)，且平均輪廓變形減小至0.11 nm (即，僅初始變形之17%)。現在以35.22 nm量測CD。此等誤差減小為非常顯著的。

圖13及圖14展示可藉由遭受SEM引發之充電之密集接觸孔的圖案中之實施例達成的結果。圖13展示在個別掃描方向之間無對準之經模擬情況，且圖14展示具有根據實施例之對準的效應。在兩種情況下，可看到，歸因於充電，水平及豎直『帶』仍然可見。然而，在對準之情況下，接觸孔更圓。

圖15為自校準程序導出偏移之實施例之特定方法的流程圖。首先，在多個(例如四個)方向上掃描校準樣本S151以產生相同特徵(例如接觸孔)之複數個校準影像。分析校準影像以判定一或多個偏移S152。舉例而言，分析程序可包含執行具有不同偏移之重複組合(影像之平均化)，直至導出偏移之最佳集合，例如各方向一個偏移。可採用回歸技術以比所有可能組合之強力分析更快地完成分析。使用合適度量(例如，組合影像之清晰度)來判定偏移之最佳集合。

在已判定合適偏移之情況下，以與校準樣本相同但施加偏移之方式掃描樣本S153。可藉由在偏移判定之位置中開始掃描或改變感測器輸出與輸出影像中之位置之間的映射來施加偏移。後一途徑可涉及丟棄自感測器輸出之一些資料或引入填充。因此，自SEM輸出之不同組件影像具有內置之相關偏移，且可直接組合S154。

接著評估S155組合影像，以判定是否存在缺陷或其他瑕疵，且必要時採取補救動作S156。補救動作可涉及以下各者中之任一者或全部：調整應用於後續批次基板之微影程序的參數；調整應用於樣本之後續微影或其他程序的參數；剝離樣本且重工；及丟棄樣本。

在圖15之方法中，校準樣本可為隨後待檢測之相同結構的已知良好實例，或在成像期間展現類似充電的類似結構。校準樣本可為一批基板中之第一基板。校準樣本可為作為待量測樣本之樣本基板上之參考結構。藉由重新使用在校準程序中判定之偏移，圖15之方法在計算上有效，且避免儲存自不同方向性掃描中之各者導出之影像的需要；此等影像一旦經組合便可丟棄。

圖16為針對待評估之各特徵導出偏移的實施例之特定方法的流程圖。在該方法中，在多個(例如四個)方向上掃描S161樣本。處理組件影像中之各者以計算S162參考座標，例如待評估之特徵之幾何中心或重心。接著基於參考座標組合S163組件影像，例如藉由偏移影像中之一或多者，使得參考座標重合。替代地，可使用類似於圖15之方法中所使用之程序的程序(使用回歸以找到最清晰之影像組合)。接著如圖15中之方法那樣執行樣本之估計S164及補救動作S165。

為了清楚起見，可更改圖式中之組件的相對尺寸。在圖式之以下描述內，相同或類似附圖標號係指相同或類似組件或實體，且僅描述關於個別實施例之差異。

如本文中所使用，除非另外特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。舉例而言，若陳述組件可包括A或B，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件可包括A、B或C，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或C，或A及B，或A及C，或B及C，或A及B及C。

可提供一種儲存指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令用於控制器之處理器以進行影像檢測、影像獲取、啟動帶電粒子源、調整像散補償器之電激勵、調整電子之著陸能量、調整物鏡激勵、調整次級電子偵測器位置及定向、載物台運動控制、射束分離器激勵、施加掃描偏轉電壓至射束偏轉器、接收及處理與來自電子偵測器之信號資訊相關聯的資料、組態一靜電元件、偵測信號電子、調整控制電極電位、調整施加至電子源、提取器電極及樣本之電壓等。非暫時性媒體之常見形式包括例如軟碟、可撓性磁碟、硬碟、固態硬碟、磁帶或任何其他磁性資料儲存媒體、緊密光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、任何其他光學資料儲存媒體、具有孔圖案之任何實體媒體、隨機存取記憶體(RAM)、可程式化唯讀記憶體(PROM)及可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他快閃記憶體、非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)、快取記憶體、暫存器、任何其他記憶體晶片或卡匣，及其網路化版本。

以下經編號條項中描述本發明之態樣： 1. 一種減少掃描式電子顯微鏡(SEM)影像中之樣本充電效應的方法，該方法包含： 在第一掃描方向上自第一電子射束掃描獲得樣本上之目標特徵之第一SEM影像； 在不同於該第一掃描方向之第二掃描方向上自第二電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之第二SEM影像； 對準該第一SEM影像及該第二SEM影像；及 基於該第一SEM影像及該第二SEM影像之組合產生輸出影像。 2. 如條項1之方法，其中對準該第一SEM影像及該第二SEM影像包含將位置偏移施加至該第一SEM影像及該第二SEM影像中之至少一者。 3. 如條項1之方法，其中對準該第一SEM影像及該第二SEM影像包含將各別位置偏移施加至該第一SEM影像及該第二SEM影像中之至少一者之部分。 4. 如條項2或3之方法，其中該(等)位置偏移係預定的。 5. 如條項4之方法，其中該(等)位置偏移已藉由對具有類似於該目標特徵之校準特徵的樣本執行校準掃描而判定。 6. 如條項4或5之方法，其中在該第一電子射束掃描及該第二電子射束掃描中之各別者期間施加該(等)位置偏移。 7. 如條項2或3之方法，其中該(等)位置偏移係自該第一SEM影像及該第二SEM影像判定的。 8. 如條項7之方法，其中該位置偏移經判定使得該輸出影像中之該特徵之輪廓線具有最大清晰度。 9. 如任一前述條項之方法，其中該第二方向反向平行於該第一方向。 10.    如任一前述條項之方法，其進一步包含： 在不同於該等第一及第二掃描方向之第三掃描方向上自第三電子射束掃描獲得樣本上之目標特徵之第三SEM影像；及 在不同於該等第一第二及第三掃描方向之第四掃描上自第四電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之第四SEM影像；其中 對準包含對準該第三SEM影像及第四SEM影像以及該第一SEM影像及該第二SEM影像；且 該輸出影像係基於該第三SEM影像及第四SEM影像以及該第一SEM影像及該第二SEM影像之組合。 11.    如條項10之方法，其中該第四方向反向平行於該第三方向。 12.    如條項10或11之方法，其中該第三方向與該第一方向正交。 13.    一種方法，其包含： 藉由使用掃描式電子顯微鏡在複數個不同方向上掃描校準特徵來獲得複數個校準SEM影像； 針對來自該複數個校準SEM影像之該等校準SEM影像中之一或多者判定一或多個位置偏移，使得該等位置偏移可用於在組合複數個SEM影像時產生經改良輸出影像。 14.    如條項13之方法，其進一步包含： 藉由使用掃描式電子顯微鏡在該複數個不同方向上掃描目標特徵且使用該等位置偏移組合複數個目標SEM影像以產生輸出影像來獲得該等目標SEM影像。 15.    如條項14之方法，其中該校準特徵及該目標特徵在相同樣本上。 16.    如條項14之方法，其中該校準特徵及該目標特徵在不同樣品上。 17.    如條項14至16中任一項之方法，其中在該等目標SEM影像之獲得期間施加該等位置偏移。 18.    一種方法，其包含： 藉由使用掃描式電子顯微鏡在複數個不同方向上掃描目標特徵來獲得複數個目標SEM影像；及 組合該等目標SEM影像以產生輸出影像； 其中在各別掃描期間施加一或多個位置偏移。 19.    一種方法，其包含： 藉由使用掃描式電子顯微鏡在複數個不同方向上掃描目標特徵來獲得複數個目標SEM影像；及 使用一或多個位置偏移組合該等目標SEM影像以產生輸出影像。 20.    如條項19之方法，其進一步包含自該等目標SEM影像判定該等位置偏移。 21.    一種使用掃描式電子顯微鏡(SEM)影像量測樣本上之目標特徵之參數的方法，該方法包含： 在第一掃描方向上自第一電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之第一SEM影像； 在不同於該第一掃描方向之第二掃描方向上自第二電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之第二SEM影像； 對準該第一SEM影像及該第二SEM影像； 基於該第一SEM影像及該第二SEM影像之組合產生輸出影像；及 自該輸出影像判定該參數。 22.    如條項21之方法，其中該參數係選自由邊緣位置誤差及臨界尺寸組成之群。 23.    一種電腦程式產品，其包含其上經記錄有指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在由掃描式電子顯微鏡之控制器執行時實施如以上條項中任一項之方法。 24.    一種系統，其包含： 掃描式電子顯微鏡(SEM)，其經組態以用電子射束掃描且產生影像；及 非暫時性機器可讀媒體，其儲存在由處理器執行時使得該處理器與該SEM合作執行如條項1至22中任一項之方法的指令。

應瞭解，本發明之實施例不限於已在上文描述及在隨附圖式中說明之確切構造，且可在不脫離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。本發明已結合各種實施例進行描述，藉由考慮本文中所揭示之本發明之規格及實踐，本發明之其他實施例對於熟習此項技術者將為顯而易見的。意欲將本說明書及實例僅視為例示性的，其中本發明之真實範疇及精神藉由以下申請專利範圍指示。

以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡述之申請專利範圍之範疇的情況下如所描述進行修改。

100:電子射束檢測系統 101:主腔室 102:裝載/鎖定腔室 104:電子射束工具 106:裝備前端模組 106a:第一裝載埠 106b:第二裝載埠 109:控制器 200:成像系統 201:機動樣本載物台 202:晶圓固持器 203:晶圓 204:物鏡總成 204a:磁極片 204b:控制電極 204c:偏轉器 204d:激磁線圈 206:電子偵測器 206a:電子感測器表面 206b:電子感測器表面 208:物鏡孔徑 210:聚光透鏡 212:射束限制孔徑 214:槍孔徑 216:陽極 218:陰極 220:初級電子射束 222:次級電子射束 250:影像處理系統 260:影像獲取器 270:儲存器 302:初級電子射束 304:樣本 306:交互作用體積 308:反向散射電子 310:次級電子 312:孔 314:擴散電荷 316:重組對 S151:步驟 S152:步驟 S153:步驟 S154:步驟 S155:步驟 S156:步驟 S161:步驟 S162:步驟 S163:步驟 S164:步驟 S165:步驟

本發明之實施例之其他優點將自結合隨附圖式進行之以下描述變得顯而易見，在該等圖式中藉助於說明及實例闡述本發明之某些實施例。

圖1為繪示符合本發明之實施例之例示性電子射束檢測(EBI)系統的示意圖。

圖2為繪示符合本發明之實施例之例示性電子射束工具的示意圖，該電子射束工具可為圖1之例示性電子射束檢測系統之部件。

圖3為符合本發明之實施例之SEM引發之充電效應之實例程序的說明。

圖4為實驗導出之SEM影像的實例，其展示認為由單次掃描中之充電效應引起的失真之分析。

圖5為具有由單次掃描中之經模擬充電效應引起的失真之經模擬SEM影像的實例。

圖6為自不同掃描方向及其組合導出之經模擬SEM影像的實例。

圖7為自四次掃描之組合導出之實驗量測之SEM影像的實例。

圖8為應用失真分析之圖7的影像。

圖9為自四次掃描之組合導出之經模擬SEM影像的實例。

圖10為應用失真分析之圖9的影像。

圖11為類似於圖9但應用符合本發明之組件影像之對準的視圖。

圖12為應用失真分析之圖11的影像。

圖13為藉由習知程序獲得之多個接觸孔的影像。

圖14為藉由實施例之方法獲得之多個接觸孔的影像。

圖15為根據實施例之方法的流程圖。及

圖16為根據另一實施例之方法的流程圖。

S151:步驟

S152:步驟

S153:步驟

S154:步驟

S155:步驟

S156:步驟

Claims (15)

1. 一種減少一掃描式電子顯微鏡(SEM)影像中之一樣本充電效應的方法，該方法包含： 在一第一掃描方向上自一第一電子射束掃描獲得一樣本上之一目標特徵之一第一SEM影像； 在不同於該第一掃描方向之一第二掃描方向上自一第二電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之一第二SEM影像； 對準該第一SEM影像及該第二SEM影像；及 基於該第一SEM影像及該第二SEM影像之一組合產生一輸出影像。
2. 如請求項1之方法，其中對準該第一SEM影像及該第二SEM影像包含將一位置偏移施加至該第一SEM影像及該第二SEM影像中之至少一者。
3. 如請求項1之方法，其中對準該第一SEM影像及該第二SEM影像包含將各別位置偏移施加至該第一SEM影像及該第二SEM影像中之至少一者之部分。
4. 如請求項2之方法，其中該(等)位置偏移係預定的。
5. 如請求項4之方法，其中該(等)位置偏移已藉由對具有類似於該目標特徵之一校準特徵的一樣本執行校準掃描而判定。
6. 如請求項4之方法，其中在該第一電子射束掃描及該第二電子射束掃描中之各別者期間施加該(等)位置偏移。
7. 如請求項2之方法，其中該(等)位置偏移係自該第一SEM影像及該第二SEM影像判定的。
8. 如請求項7之方法，其中該位置偏移經判定使得該輸出影像中之該特徵之輪廓線具有最大清晰度。
9. 如請求項1之方法，其中該第二方向反向平行於該第一方向。
10. 如請求項1至9中任一項之方法，其進一步包含： 在不同於該等第一及第二掃描方向之一第三掃描方向上自一第三電子射束掃描獲得一樣本上之一目標特徵之一第三SEM影像；及 在不同於該等第一第二及第三掃描方向之一第四掃描上自一第四電子射束掃描獲得該樣本上之該目標特徵之一第四SEM影像；其中 對準包含對準該第三SEM影像及第四SEM影像以及該第一SEM影像及該第二SEM影像；且 該輸出影像係基於該第三SEM影像及第四SEM影像以及該第一SEM影像及該第二SEM影像之一組合。
11. 如請求項10之方法，其中該第四方向反向平行於該第三方向。
12. 如請求項10之方法，其中該第三方向與該第一方向正交。
13. 一種方法，其包含： 藉由使用一掃描式電子顯微鏡在複數個不同方向上掃描一校準特徵來獲得複數個校準SEM影像； 針對來自該複數個校準SEM影像之該等校準SEM影像中之一或多者判定一或多個位置偏移，使得該等位置偏移可用於在組合複數個SEM影像時產生一經改良輸出影像。
14. 如請求項13之方法，其進一步包含： 藉由使用一掃描式電子顯微鏡在該複數個不同方向上掃描一目標特徵且使用該等位置偏移組合複數個目標SEM影像以產生一輸出影像來獲得該等目標SEM影像。
15. 一種系統，其包含： 一掃描式電子顯微鏡(SEM)，其經組態以用一電子射束掃描且產生一影像；及 一非暫時性機器可讀媒體，其儲存在由一處理器執行時使得該處理器與該SEM合作執行如請求項1之方法的指令。

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