TW202324294A - 在失真的樣本影像中偵測半導體樣本中缺陷的方法 - Google Patents

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詹斯 提摩 紐曼
尤瑞奇 霍夫曼
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德商卡爾蔡司多重掃描電子顯微鏡有限公司
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Abstract

揭露一種偵測樣本中，特別是半導體樣本中的缺陷之方法，該方法包括下列步驟：提供樣本之一參考影像；提供通過一粒子束檢測系統生成的一樣本影像，其中該樣本影像包含相對於該參考影像之旋轉；將該樣本影像分割成多個樣本影像區域；將該參考影像分割成多個參考影像區域，其中每一樣本影像區域被指定一個參考影像區域以形成一影像區域對；在每一影像區域對中識別存在於影像區域對之樣本影像區域及相關聯參考影像區域兩者中的一結構；基於所識別結構在個別相關聯參考影像區域中之位置，藉由校正每一樣本影像區域中所識別結構的橫向偏移而配準該等樣本影像區域，從而形成所校正樣本影像區域；及逐像素比較每一所校正樣本影像區域與個別相關聯參考影像區域以偵測缺陷。

Description

在失真的樣本影像中偵測半導體樣本中缺陷的方法
本發明係有關一種用於偵測樣本（特別是半導體樣本）中的缺陷之方法，其中通過一粒子束檢測系統生成樣本影像。該粒子束檢測系統可特別為一多粒子束檢測系統。
隨著越來越小且越來越複雜之微結構（諸如，半導體元件）的不斷發展，有需要開發且優化用於生產及檢查小尺徑微結構的平面生產技術及檢測系統。舉例而言，半導體元件之開發及生產需要監控測試晶圓的設計，而平面生產技術需要製程優化以達成高產量的可靠性生產。此外，近來還需要分析用於逆向工程之半導體晶圓及客戶專屬、個別的半導體元件配置。因此，需要能以高產量使用的檢查裝置，用於以高精確度檢查晶圓上的微結構。
用於生產半導體元件之典型矽晶圓直徑可達300 mm（毫米）。每一晶圓分割成30至60個重複區域（「晶粒」），其中尺寸可達800 mm²（平方毫米）。半導體裝置包含複數個半導體結構，其係藉由平面集成技術在晶圓表面上分層產生。由於生產製程因素，半導體晶圓典型上具有平面表面。在此情況下，集成半導體結構之結構尺寸從數微米擴展至5 nm之臨界尺寸（critical dimension，CD），其中在不久將來結構尺寸會變得甚至更小；未來，結構尺寸或臨界尺寸（CD）預期會小於3 nm（奈米），例如2 nm，或甚至小於1 nm。在上述小型結構尺寸之情況下，必需在非常大的區域內快速識別出臨界尺寸大小的缺陷。針對數個應用，由檢測設備提供之關於測量精確度的規格要求甚至更高，例如高到兩倍或一個數量級。舉例而言，半導體特徵件之寬度必需以小於1 nm之精確度測量，例如0.3 nm或更小，且半導體結構之相對位置必需以小於1 nm之疊置精確度確定，例如0.3 nm或更小。
多射束掃描式電子顯微鏡（multi-beam scanning electron microscope，MSEM）為帶電粒子系統（帶電粒子顯微鏡（charged particle microscope，CPM））領域中相當新穎的發展。舉例而言，多射束掃描式電子顯微鏡揭露於專利案US 7 244 949 B2及US 2019/0355544 A1中。在多射束電子顯微鏡或MSEM之情況下，樣本被複數個個別電子束同時照射，該電子束係排列在光域或光柵中。舉例而言，可提供4至10000個個別電子束以作為一次輻射，其中每一個別電子束與鄰近之個別電子束分開1至200微米的間距。舉例而言，MSEM具有大約100個個別電子束（「小射束（Beamlet）」），其例如排列在六邊形光柵中，其中個別電子束被分開大約10 µm（微米）的間距。複數個帶電個別粒子束（一次射束）被聚焦在欲透過共同物鏡檢查之樣本的表面上。舉例而言，樣本可為固定至安裝在可移動檯上之晶圓支架的半導體晶圓。在以帶電一次個別粒子束照射晶圓表面期間，交互作用產物，例如二次電子或背散射電子，從晶圓表面發出。其起點對應於樣本（在其上每一該等複數一次個別粒子束所聚焦）上之那些位置。交互作用產物之數量及能量取決於晶圓表面之材料組成物及形貌（topography）。交互作用產物形成複數個二次個別粒子束（二次射束），其等由共同物鏡收集，且其等藉由多射束檢測系統之投影成像系統入射在排列於偵測平面中的偵測器上。偵測器包含複數個偵測區域，每個區域包含複數個偵測像素，且偵測器捕獲多個二二次個別粒子束之每一者的強度分佈。在過程中獲得例如100 µm × 100 µm的影像場。
先前技術之多射束電子顯微鏡包含一系列靜電及磁性元件。可設置至少一些靜電及磁性元件，以調適複數個個別帶電粒子束的焦點位置及像散校正（stigmation）。此外，先前技術之具有帶電粒子的多射束系統包含一次或二次個別帶電粒子束之至少一交叉平面。此外，先前技術之系統包含偵測系統，以使設置更容易。先前技術之多射束粒子顯微鏡包含至少一射束偏轉器（「偏轉掃描器（deflection scanner）」），以借助於複數個一次個別粒子束進行樣本表面區域的集體掃描，以獲得樣本表面之影像場。關於多射束電子顯微鏡及其操作方法的更多細節係描述於2020年5月28日申請之德國專利申請案第102020206739.2號中，其揭露內容在此是以引用方式整個併入本專利申請案供參考。
為了偵測半導體樣本中之缺陷，使用透過掃描式電子顯微鏡或透過其他粒子束檢測系統（諸如，例如前述之MSEM）獲得樣本影像。兩種常規方法在此係基於樣本影像與參考影像的比較。此參考影像可為同樣透過帶電粒子束檢測系統（「晶粒與晶粒比較（die-to-die comparison）」，D2D）記錄的參考影像。然而，亦有可能直接比較樣本影像與所需目標設計，其中可例如基於設計數據生成仿真影像（「晶粒與資料庫比較（die-to-database comparison）」，D2DB）。在兩種方法中，欲比較之影像係彼此逐像素（pixel by pixel）比較。若樣本影像中相較於參考影像之結構之間有太大的偏差，則將彼等偏差偵測為缺陷。
此類缺陷偵測之一問題為樣本影像中結構的失真。若發生失真，則樣本影像中之結構被改變，例如相較於參考影像中結構的偏移及/或旋轉，且樣本影像與參考影像之間基於像素之比較的失真導致的偏差隨後被標記為缺陷，儘管彼等偏差經常不構成真正的缺陷。這類標記非真正缺陷的偵測被稱為「誤判」或「誤報」。由於這類誤判缺陷，可能無法進行可靠的缺陷偵測。
失真本身可為仿射失真（affine distortions）或非線性失真。仿射失真之一實例為樣本影像相較於參考影像的旋轉。旋轉之原因可能不同。第一種可能性為，例如，樣本未與粒子束檢測系統精確對齊（「錯位」）。在此，有可能原則上僅以有限的精確度將樣本置於樣本支架上。發生旋轉之另一成因可為電子透鏡：在磁透鏡中，帶電粒子由於勞侖茲力（Lorentz force）而發生旋轉。此旋轉以粒子束檢測系統之相對應校準進行校準，但在粒子束檢測系統重新聚焦之後，影像場旋轉仍規律再次發生。
樣本影像中之仿射失真的進一步實例可為像素尺寸之非等向性，係因帶電粒子束檢測系統中之兩掃描方向通常彼此獨立或可獨立設置。
非線性失真可例如由於粒子束掃描產生器之非線性而發生。由於此為粒子束檢測系統（例如，掃描式電子顯微鏡）之屬性，可透過校準將非線性至少降至某一點。非線性失真之另一來源為樣本上之電荷：原則上其無法被校準。
在所述之情況下，失真導致樣本影像與參考影像之間的差異，且隨後導致大量不希望的誤判缺陷檢測結果。
當考量一簡單實例時，有可能理解所提及之失真的含義：觀察到樣本影像中之結構的旋轉，相較於參考影像，此旋轉僅為1 mrad：假設樣本影像之邊緣長度為10 µm（微米），此旋轉導致從左角落至右角落特徵偏移0.001 rad （弧度）x 10 000 nm（奈米） = 10 nm，其中此偏移已與意欲被發現之缺陷的尺寸有相同的數量級。藉由將樣本影像之結構與參考影像中之相對應結構進行直接比較，在使用常規方法進行基於像素之比較期間從而確定了許多誤判缺陷。
NAKAGAKI, Ryo；HONDA, Toshifumi；NAKAMAE, Koji. Automatic recognition of defect areas on a semiconductor wafer using multiple scanning electron images. Measurement Science and Technology, 2009, 20, p. 075503揭露一種以掃描式電子顯微鏡偵測缺陷之方法，其施加單電子束。為了改進現有方法，該論文建議提供額外的偵測器，以便在一次掃描期間同時生成數個具有不同優勢的不同影像，以識別不同類型的缺陷。該文獻進一步揭露一種局部配準，以應對射束以掃描動作移動時樣本表面靜電荷引起的影像失真。此類型之失真為非線性失真。
該文獻未揭露影像中之缺陷偵測，包含仿射失真，諸如樣本影像相對於參考影像的旋轉。此外，由於標準化之互相關係系數用於局部配準，因此該文獻之方法不適用於具有仿射失真（諸如，旋轉）之影像中的缺陷檢測。
因此，本發明目的之一在於改進一種偵測樣本（特別是半導體樣本）中的缺陷之方法。偵測缺陷之方法應提供可靠的結果，特別是即使樣本影像具有失真且特別是若樣本影像相對於參考影像包含旋轉。此外，該方法亦應適用於多射束粒子顯微鏡及其等之特定特徵。
根據本發明實施例之一第一態樣，後者係有關一種偵測樣本（特別是半導體樣本）中的缺陷之方法，該方法包括下列步驟： a) 提供樣本之一參考影像； b) 提供通過一粒子束檢測系統生成的一樣本影像，其中該樣本影像包含相對於該參考影像之旋轉； c) 將該樣本影像分割成多個樣本影像區域； d) 將該參考影像分割成多個參考影像區域，其中每一該樣本影像區域被指定一個參考影像區域以形成一影像區域對； e) 在每一該影像區域對中識別存在於該影像區域對之該樣本影像區域及其相關聯之該參考影像區域中的一結構； f) 基於該結構在相關聯之該參考影像區域中之位置，並藉由校正每一該樣本影像區域中該結構的一橫向偏移，配準(register)該些樣本影像區域，進而形成複數個校正樣本影像區域；及 g) 逐像素比較每一校正樣本影像區域與其相關聯的參考影像區域，以偵測缺陷。
根據本發明實施例，樣本影像係透過粒子束檢測系統生成。可能的作法是，在偵測缺陷方法期間，樣本影像係「即時」生成。然而，亦可能的是，樣本影像在偵測缺陷方法之前已生成。粒子束檢測系統可特別為任何粒子束檢測系統。其可為個別粒子束系統，例如單射束電子顯微鏡（SEM）或氦離子顯微鏡（HIM）。然而，亦可能的是，粒子束檢測系統為多射束粒子束系統，例如多射束電子顯微鏡（MSEM）。在本專利申請案之定義之情境中，樣本影像在任何情況下係以個別指定之帶電粒子束生成。根據定義，樣本影像從而並非由複數個個別影像組成的影像；此類組成之影像將對應於複數個樣本影像。
根據本發明實施例，樣本影像可具有失真，特別是樣本影像包含相對於參考影像之旋轉的失真。即使樣本影像具有此類失真，且特別是即使樣本影像包含相對於參考影像之旋轉，本案偵測樣本中缺陷之方法提供良好結果。然而，即使在無失真之樣本影像中當然亦可能使用偵測缺陷之方法。亦常見之情況為，事先並不完全清楚是否存在失真或其等為何種類型的失真。在此情況下，根據本發明用於偵測缺陷之方法提供顯著附加價值。
根據本發明實施例，提供樣本之參考影像。此參考影像可為樣本之仿真影像，其係基於例如樣本或半導體樣本之指定設計數據。然而，亦可能的是，參考影像為樣本之進一步記錄、或相同或可比較的樣本之進一步記錄，而該樣本、或相同或可比較的樣本被與所提供之樣本影像相同或另一粒子束檢測系統記錄。
根據本發明實施例，樣本影像被分割成多個樣本影像區域（補塊、patches）。較佳係，所有樣本影像區域具有相同尺徑。例如，其可為矩形或正方形，但亦可能為平行四邊形或其他形狀。使用具有相同尺徑之樣本影像區域簡化了後續的配準方法。
根據本發明實施例，參考影像亦被分割成多個參考影像區域，其中每一樣本影像區域被指定一參考影像區域以形成影像區域對。參考影像與樣本影像之尺徑在此匹配或被相應地縮放使得存在匹配關係。每一個樣本影像區域與相關聯參考影像區域之尺徑最好是相同，以達到對多個影像區域對的最佳指定。
根據本發明實施例，在每一影像區域對中，識別存在於樣本影像區域與影像區域對之相關聯參考影像區域中的結構。此結構用作後續配準之起始結構。該結構為易於辨識之結構，其應能在每一影像區域中毫無疑問地被識別。從先前技術中充分習知如何選擇及識別此一結構。例如，美國專利案US,6,921,916 B2、US 6,580,505 B1及US 5,777,392 A揭露了關於配準方法及標記結構之基本細節。
根據本發明實施例，配準樣本影像區域的步驟係藉由基於所識別結構在個別相關聯參考影像區域中之位置進而校正每一樣本影像區域中所識別結構的橫向偏移而實現，然後就形成所校正樣本影像區域。所識別結構的橫向偏移被校正。由於樣本影像包含相對於參考影像之旋轉的失真，因此每一樣本影像區域中所識別結構亦被旋轉至某一角度。然而，在此，此旋轉僅被偏移校正。示意性地來說，每一樣本影像區域從而在配準操作期間被偏移。使用純偏移操作，使每一影像區域對中之識別結構實質上彼此重合。本發明實施例提供部分區域（特別是樣本影像區域）之配準，而非整個樣本影像之共同/單步配準。由於僅有橫向偏移被校正的情況，常規配準例程能進行配準。由於進行每一樣本影像區域的一配準，使得配準期間樣本影像中之失真僅具有不明顯的影響。儘管在整個樣本影像失真之情況下，整個參考影像存在與整個參考影像的顯著偏差，使得無法藉由偏移操作使完整樣本影像與相對於其中成像結構之參考影像重合，此在配準較小之樣本影像區域時是成功的。
若將每一校正樣本影像區域與個別指定之檢測缺陷的參考影像區域進行基於像素之比較，則此基於像素之比較在缺陷檢測期間將實際上不會產生誤判缺陷，或將顯著減少其發生。當樣本影像中發生失真時，通過仔細檢查樣本影像區域中結構之幾何情況與尺寸關係，此效果變得明顯。
根據本發明之一較佳具體實施例，樣本影像之失真很小，而針對相關聯偏移
Figure 02_image001
：
Figure 02_image003
（1）
在此情況下，
Figure 02_image005
表示視域 W x x W y 中之位置，且
Figure 02_image007
表示相關聯偏移。若滿足此方程式，則樣本影像中之結構仍位於其等之預期位置附近。在此情況下，個別樣本影像區域之初始配準相對於指定之參考影像區域將會成功。舉例而言，個別射束掃描電子顯微鏡之視域（FOV）應考量10 µm。位於其中之結構旋轉1 mrad（毫弧度），位於其中之結構從其預期位置（參考影像中之預期位置）偏移不超過10 nm。
根據本發明之一較佳具體實施例，欲檢查缺陷之樣本影像中之尺徑CD的結構很小，且適用下列：
Figure 02_image009
（2a） 在具有尺徑 CD x 之範圍內 以及
Figure 02_image011
（2b） 在具有尺徑 CD y 之範圍內
因此，條件（2a）、（2b）意指不同位置之失真變化不會太大。因此，結構實際上不因失真而改變其形狀（條形不會變成曲折形，反之亦然）。在現有半導體缺陷偵測方法中，通常不論如何皆滿足上述兩條件（1）及（2a）或（2b）。舉例而言，使一結構具有空間範圍為50 nm，且由於失真而經歷1 mrad之旋轉。隨後，此結構會經歷不大於0.05 nm之局部失真，其反過來低於粒子束檢測系統之典型分辨率極限。結構可發生之典型偏移在約10 nm之數量級內。經常發生之結構形狀改變在小於1 nm之範圍內，例如約0.1 nm，其低於典型粒子束檢測系統的解析度極限。
若欲檢查之結構可有意義分解為複數個相應之小部分，則樣本影像中欲檢查之缺陷的結構很小的條件（2a）、（2b）亦應視為符合。
根據本發明之一較佳具體實施例，個別識別結構之個別橫向偏移在彼此線性獨立的兩個方向上，特別是在兩相互正交的方向上被校正。例如，在x方向上與y方向上校正橫向偏移，其中x與y彼此正交。此具有運算優勢。然而，亦有可能的是，提供不同的坐標系或參考系統（例如，平行四邊形）。
上述通常考量亦導致關於樣本影像區域之較佳尺寸或尺徑的需求。樣本影像區域必須足夠大，以便仍可偵測到其中能配準的結構。此外，樣本影像區域必須足夠大，以儘管樣本影像區域與指定之參考影像區域之間有相對偏移，但仍存在具有相互對應之可識別結構的共同影像區域內容物。發明人之計算部分顯示，滿足這類關於樣本影像區域A PB之邊緣長度的需求：
Figure 02_image013
（3）
因此，樣本影像區域之尺寸或尺徑應至少為最大程度出現的失真之尺寸的至少五倍。此較佳應用於校正橫向偏移時之每一方向上，換言之，例如，在x方向與y方向上的笛卡爾坐標系（Cartesian coordinate system）中。在此可估計或計算最大程度出現失真之尺寸，特別是其取決於出現之失真的類型。在此基礎上，可根據方程式（3）確定樣本影像區域之尺徑。
換言之，樣本影像區域必需不能太小。另一方面，樣本影像區域也必需不能太大，否則會出現上述根據先前技術之整個樣本影像所發生的一步配準問題。發明人之計算部分顯示，若位置相依性失真在樣本影像區域上的改變不會顯著超過作為缺陷偵測之一部分的缺陷尺寸的大約一半，則是有利。否則，失真之結果將是樣本影像區域與指定之參考影像區域不能藉由配準使彼此重合，而是在樣本影像區域與指定之參考影像區域之間的差異影像區域中，將始終是超過一半缺陷尺寸的訊號，其隨後會被不正確解釋為誤判缺陷。在數學上，此可得出下列估計值：
Figure 02_image015
（4）
在此，A Def表示缺陷尺寸且
Figure 02_image017
表示位置相依性失真或偏移之梯度的絕對值。此梯度之絕對值可根據一實例而說明性地想像為樣本影像區域之角落相對於彼此的偏移（因失真而壓縮或擴展角落與角落之距離）。由於失真超過大約一半的缺陷尺寸，因此角落與角落之距離可能不變。
若因失真而發生旋轉，則樣本影像區域A PB之最大尺寸會特別小。因此，需要將樣本影像分解為特別小的樣本影像區域。另一方面，目的在於以盡可能少的分解以進行成功的配準。因此，較佳係，在根據本發明實施例（同時）透過另一方法的缺陷偵測之前，偵測及校正（可偵測之）旋轉。在這情況下，可選擇更大的樣本影像區域，並可校正其他無法偵測到的旋轉。
根據本發明之一較佳具體實施例，當分割樣本影像時，選擇樣本影像區域之尺寸，使得該樣本影像區域之形狀不因失真而實質上改變。因此，必需額外選擇足夠小的樣本影像區域尺寸，以滿足所述之條件。樣本影像區域之典型尺寸在此約為1至5 µm，較佳為1至3 µm，例如2 µm。
根據本發明之一較佳具體實施例，樣本影像區域為四邊形，特別是矩形或正方形，且相較於相關聯參考影像區域之角落之間相對於彼此的距離，樣本影像區域之角落之間相對於彼此的距離係偏移，係因樣本影像中之失真不超過預定數量之像素。
根據本發明之一較佳具體實施例，由於失真不超過預期缺陷尺寸的一半，使得樣本影像區域之角落之間相對於彼此的距離係相較於參考影像區域之角落之間相對於彼此的距離而偏移。
根據本發明之一較佳具體實施例，相互鄰近之樣本影像區域具有重疊，其中個別重疊被選擇至少為預期缺陷之尺寸的大小。鄰近之樣本影像區域之間的重疊較佳為選擇相同的尺寸。然而，選擇的重疊亦有可能不同，例如選擇在x方向與y方向上尺寸不同的重疊。若被選擇之設定的重疊至少為預期缺陷之尺寸的大小，則任何此類缺陷在至少一樣本影像區域中完全成像。當計數缺陷時，可能必須注意避免將相同缺陷計數兩次。
根據本發明之一較佳具體實施例，相對於該參考影像，樣本影像具有除了旋轉之外的另一仿射失真，及/或相對於該參考影像，樣本影像具有非線性失真。仿射失真需要空間之點與直線被映射為點與直線，同時保持共線性（collinearity）。維持任一直線上任意三點的分割比率（保留分割比率），且每一對平行直線被映射為一對平行直線（保留平行性）。仿射失真之實例為旋轉（例如，由於樣本放置錯位或帶電粒子束之影像域旋轉）及上述像素尺寸之非等向性。非線性失真之實例為由於射束生成中之非線性及由於樣本充電引起的失真。可能的是，不同的效果在失真中彼此疊置，換言之，失真總體上為複數個不正確之成像/失真的結果。缺陷偵測原則上可為借助本發明之方法成功地應用於所有類型的失真。然而，針對旋轉形式之失真，特別強調本發明實施例方法之成功應用，係因一方面，此類型之發生特別頻繁，且另一方面，現有配準方法在此類型之失真情況下失效。盡可能地校正旋轉是有利的，即使是在進行本發明實施例方法之前亦然。隨後，作為根據本發明實施例方法之一部分，其餘之旋轉校正以其特定強度進行處理。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟：在配準期間基於樣本影像區域之校正橫向偏移確定樣本影像之失真函數或失真型樣。較佳係，基於所有樣本影像區域之校正橫向偏移以確定失真函數或失真型樣。用於確定失真函數或失真型樣之數據越多，則函數或型樣之確定越精確。有可能例如檢查與失真型樣旋轉之校正橫向偏移相關的可用數據。有可能在此假設旋轉作為失真，且有可能確定在特定旋轉角度處，所校正樣本影像區域是否實際上相應於期望/預覽的偏移。隨後，可迭代確定盡可能精確的旋轉角度。因此，較佳係，該方法包含確定樣本影像相對於參考影像之旋轉角度。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟：基於失真函數及/或失真型樣調整及/或校準粒子束檢測系統。因此，有可能透過粒子束檢測系統減少或完全防止在進一步記錄中之失真。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟：將樣本影像相對於參考影像粗略配準。此粗略配準在此係於實際精細配準或根據本發明之配準之前進行，作為根據本發明偵測缺陷之方法的一部分。針對粗略配準，可個別使或組合使用先前技術之熟習配準方法。在粗略配準之後，樣本影像與相關聯參考影像應較佳地至少足夠良好地彼此疊置，藉此，作為根據本發明實施例方法之一部分，藉由分割產生之樣本影像區域及其等相關聯參考影像區域不完全分離，但具有至少部分地真正彼此對應之結構。若後者針對所有樣本影像區域皆不存在，則該條件應滿足至少盡可能多的樣本影像區域。預配準可能非常重要，特別是在D2D方法中，係因在D2D方法中不能確保在來自兩個不同測量之影像中實際看到相同的影像，例如由於在大約0.5 µm至1 µm之範圍內的不準確性，可能由於樣本檯之定位誤差而必然會發生。在此程度上，且盡可能，預配準亦應涉及預校正樣本影像中已多次提及之相對於參考影像的旋轉。
根據本發明之一較佳具體實施例，粒子束檢測系統為個別粒子束系統，特別是單射束電子顯微鏡（SEM）或氦離子顯微鏡（HIM）。然而，其亦可為另一個別粒子束系統。
根據本發明之一進一步較佳具體實施例，粒子束檢測系統為多粒子束系統，特別是多射束電子顯微鏡（MSEM），其與複數個個別粒子束一起操作。然而，亦可能使用具有不同帶電粒子之不同的多粒子束系統作為粒子束檢測系統。
根據本發明之一較佳具體實施例，所述方法係針對複數個樣本影像進行，其中每一樣本影像係透過與其相關聯之個別粒子束生成。一個多影像（multi-image）係由複數個個別影像（樣本影像）組成。原則上，所述方法在此可針對每一樣本影像進行。
存在以複數行（column）操作的多粒子束系統。此意指個別粒子束被引導通過個別粒子光學單元以產生個別粒子束。原則上，個別類型之失真可發生在每一行內。例如，可能的是，個別粒子束之影像場旋轉發生在每一行內。此每一行之效果亦可被一般的旋轉所覆蓋，其係由例如樣本支架上欲檢查之樣本的錯位所造成。根據本發明實施例之方法在此類失真之情況下發揮作用。
亦存在以單行操作的多射束粒子束系統。根據一較佳之具體實施例，多粒子束系統包含針對複數個個別粒子束的單行。在此，複數個個別粒子束穿過相同的粒子光學單元（其中未排除個別粒子束在粒子-光學電子束路徑中之一些點處仍個別受到影響；然而，經常存在磁透鏡而所有個別粒子束都會通過該磁透鏡傳播，例如物鏡、聚光鏡及/或場透鏡或相應之系統）。若針對每一個別粒子束指定一樣本影像（單視域，single field of view、sFOV），其中樣本影像被組成一整體樣本影像（多視域，multi-field of view、mFOV），則單行系統中之失真情況與多行系統中的不同：係因其等僅穿過一行，個別粒子束在其等之整體上經歷影像場旋轉，因此個別樣本影像相對於彼此不會額外旋轉。在此情況下，影像場旋轉及由於樣本相對於樣本支架之不準確定位的旋轉可疊置。原則上，所述缺陷偵測之方法在此亦可針對每一樣本影像個別進行。
為了即使在使用多粒子束系統時仍進一步整體改進缺陷偵測之方法，根據一較佳之具體實施例，針對複數個樣本影像以逐殼層化（shell-wise）方式進行該方法。逐殼製程從基礎樣本影像開始進行。此樣本影像可位於複數個樣本影像中心之內，但亦可能的是，其在相對於其之橫向偏移的位置，或例如在外圍區域附近。若以排列在中心的樣本影像作為起點，則圍繞該中心樣本影像之複數個完整的殼可由圍繞中心或基礎樣本影像排列之其他樣本影像定義。若基礎樣本影像未依中心排列，則殼層可能不完整，但本發明仍可使用逐殼層的作法。樣本影像之配準仍以逐樣本影像區域方式針對每一樣本影像進行，且僅在樣本影像區域內進行偏移校正。此外，藉由比較所校正樣本影像區域與個別相關聯參考影像區域，逐像素進行缺陷偵測。然而，針對複數個樣本影像進行配準及缺陷偵測之順序是重要的，且此順序為逐殼層。在新的/更多外殼層中進行缺陷檢測之前，可進行該外殼層內樣本影像之位置的額外校正。例如，可針對樣本影像之中心位置進行位置校正及/或可校正樣本影像之整體方向。隨後，在逐像素缺陷偵測步驟之前的配準步驟中，僅所識別結構的橫向偏移被校正。逐殼層製程有助於減少由於錯誤傳播所出現的誤差，特別是存在旋轉為失真時的情況。
一多影像（也就是mFOV）中存在越多樣本影像（也就是sFOV），則此類誤差的減少越重要。
根據本發明之一較佳具體實施例，樣本影像彼此係以六邊形方式排列及/或樣本影像具有與鄰近之樣本影像重疊。透過個別樣本影像之六邊形排列，形成整體六邊形多樣本影像，其又可與其他多樣本影像以圖案色塊（鑲嵌圖塊）方式彼此相鄰放置。因此，多粒子束系統較佳為以3n(n-1)+1個個別粒子束操作，其中n表示自然數。然而，亦可能的是，樣本影像相對於彼此以不同方式（例如，以棋盤方式）排列。不同樣本影像之間的重疊使得更容易將樣本影像拼接在一起以形成多樣本影像。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟： 選擇一樣本影像作為基礎樣本影像； 針對基礎樣本影像進行方法步驟a）至g）以偵測缺陷；選擇排列在圍繞基礎樣本影像之一第一殼層中的第一樣本影像；及 針對第一樣本影像進行方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
所選定基礎樣本影像較佳為顯示易於所識別結構的樣本影像。基礎樣本影像應被確實地配準，係因進一步之配準及後續的缺陷偵測皆由基礎樣本影像之配準所建立。一旦基礎樣本影像被正確地配準，並具有所述之先決條件（樣本影像之失真很小，且樣本影像中與缺陷相關之欲檢查結構很小），則開始第一樣本影像之配準及圍繞基礎樣本影像之第一殼的校正（配準）樣本影像中之缺陷偵測。若樣本影像彼此係以六邊形方式排列，則圍繞基礎樣本影像之第一（完整）殼層包含六個進一步之樣本影像。如上面已進一步描述的，藉由逐樣本影像區域校正每一樣本影像區域中所識別結構的橫向偏移，樣本影像在此配準，且針對所有樣本影像區域形成所校正樣本影像區域。上述之詳細說明據此適用。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟：基於第一殼層之第一個別樣本影像的逐樣本影像區域配準，確定針對失真之一第一旋轉角度。
確定之第一旋轉角度在此以第一近似值將旋轉描述為失真。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法包括下列步驟： 選擇排列在圍繞基礎樣本影像之一第二殼層中的第二樣本影像； 基於確定之第一旋轉角度校正第二樣本影像之一位置；及 針對位置校正之第二樣本影像進行方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
第二殼層亦可為封閉之殼層或僅部分之殼層。若樣本影像以六邊形排列，則完整第二殼具有12個第二樣本影像。基於確定之第一旋轉角度，第二樣本影像配準。在此情況下，例如，若第二殼層之第二樣本影像亦然，即其等旋轉第一旋轉角度，則推斷第二樣本影像以何種方式偏移/偏移至何種程度。參考確定之第一旋轉角度從而確保配準之簡化起始條件，其中（如同原則上之情況）樣本影像區域藉由校正識別結構之橫向偏移而逐樣本影像區域配準。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟：基於第二殼層之第二樣本影像的逐樣本影像區域配準，確定針對失真之一第二旋轉角度。
由於此第二旋轉角度之確定，改進了第一旋轉角之現有值。首先，圍繞基礎樣本影像之第二殼比圍繞基礎樣本影像之第一殼明顯排列更多的第二樣本影像。因此，改進了用於確定第二旋轉角度之數據基礎。其次，隨著與旋轉中心之距離增加，可被確定之旋轉角度的精確度增加。
根據本發明之一較佳具體實施例，該方法更包括下列步驟： 選擇排列在圍繞基礎樣本影像之一第三殼層中的第三樣本影像； 基於確定之第二旋轉角度校正第三樣本影像之一位置；及 針對位置校正之第三個別樣本影像進行方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
第三殼亦可為完整之殼或部分之殼。若個別樣本影像彼此係以六邊形方式排列（鑲嵌圖塊），則完整第三殼具有18個個別樣本影像。基於確定之第二旋轉角度，第三個別樣本影像接著配準。在此，先前方法步驟中確定之第二旋轉角度亦用於針對缺陷偵測/配準製程提供更好的起始條件，以便針對第三殼之第三個別樣本影像的配準。此外，基於第三殼層之第三個別樣本影像的配準，可確定失真之第三旋轉角度。以所述之方式，該方法可針對一或多個進一步殼層以進行，其中彼等殼層亦可為完整之殼層或僅部分之殼層。因此，關於旋轉角度之確定，所述方法具有迭代性，且隨著每一次迭代，旋轉角度典型上變得可更精確地確定。樣本影像之配準從基礎樣本影像開始越往外移動，則將確定之旋轉角度作為配準之一部分的考量亦變得越重要：無需事先考量先前方法步驟中確定之旋轉角度，在越遠位置之殼層中樣本影像之配準失效的可能性越高。將出現一情況，即在不考量旋轉角度之情況下，將在樣本之參考影像的區域中搜索配準，其僅具有數個區域或與樣本影像之實際相關聯區域/感興趣區域不具有任何共同的區域。針對所述原因，在透過多粒子束檢測系統獲得的樣本影像中失真之情況下，樣本影像之逐殼層配準在偵測樣本中缺陷之方法中作出重要貢獻。
根據本發明之進一步態樣，後者係有關一電腦程式產品，其具有用於進行該方法之程式碼，如上面各種具體實施例變型及實例中所述。在此情況下，程式碼可分割成一或多個部分代碼。代碼可以任何所需之程式語言編寫。
所述之本發明具體實施例彼此可全部或部分組合，只要不引起技術矛盾即可。
圖1為以多射束粒子顯微鏡1形式之粒子束系統1的示意圖，其使用複數個粒子束。粒子束系統1生成複數個粒子束，其被入射在欲檢查之物件上以生成交互作用產物，例如二次電子，其等從該物件發出且隨後被檢測到。粒子束系統1為掃描式電子顯微鏡（SEM）類型，其使用複數個一次粒子束3，其被入射在物件7之表面上的複數個位置5處並產生複數個電子束斑點、或斑點，其在空間上彼此分開。欲檢查之物件7可為任何所需之類型，例如半導體晶圓或生物樣本中，並包含微型元件或其類似物之排列。物件7之表面係排列在物鏡系統100之物鏡102的第一平面101（物件平面）中。
圖1中之放大細節I1顯示第一平面101（物件平面）之平面圖，其具有在第一平面101中形成之入射位置5的規則性矩形場103。在圖1中，入射位置之數量為25個，其形成5 x 5個場103。入射位置之數量25為由於簡化說明而選擇的數字。實際上，可選擇明顯更大的射束數量，從而選擇入射位置數量，例如，20 x 30、100 x 100等。
在所述之具體實施例中，入射位置5之場103實質上為規則的矩形場，鄰近之入射位置之間具有恆定間距P1。間距P1之示例性值為1微米、10微米及40微米。然而，場103亦可能具有其他對稱性，例如，諸如六邊形對稱。
第一平面101中形成之射束點的直徑可以很小。該直徑之示例性值為1奈米、5奈米、10奈米、100奈米及200奈米。藉由物鏡系統100進行用於形塑束斑點5之粒子束3聚焦。
入射在物件上之一次粒子生成交互作用產物，例如二次電子、背散射電子或由於其他原因而反向運動的一次粒子，其從物件7之表面或第一平面101發出。從物件7之表面發出的交互作用產物係藉由物鏡102形塑而形成二次粒子束9。粒子束系統1提供用於將複數個二次粒子束9引導至偵測器系統200的粒子束路徑11。偵測器系統200包含具有投影透鏡205之粒子光學單元以將二次粒子束9導向粒子多偵測器209。
圖1中之細節I2顯示平面211之平面圖，其中坐落粒子多偵測器209之個別偵測區域，其中二次粒子束9被入射在位置213處。入射位置213位於彼此具有規則間距P2之場217中。間距P2之示例性值為10微米、100微米及200微米。
一次粒子束3係於包含至少一粒子源301（例如，電子源）、至少一準直透鏡303、多孔徑配置305及場透鏡307之電子束生成裝置300中生成。粒子源301產生發散粒子束309，其藉由準直透鏡303準直或至少實質上準直，以形塑照射多孔徑配置305之電子束311。
圖1中之細節I3顯示多孔徑配置305之平面圖。多孔徑配置305包含多孔板313，其具有形成於在其中之複數個開口或孔315。開口或孔315之中點317排列在場319中，其被成像在由物件平面101中之束斑點5形成的場103上。開口或孔315之中點317之間的間距P3可具有5微米、100微米及200微米之示例值。開口或孔315之直徑D小於孔之中點之間的距離P3。直徑D之示例性值為0.2 x P3、0.4 x P3及0.8 x P3。
照射粒子束311之粒子穿過開口或孔315並形成粒子束3。入射在板313上之照射束311的粒子被板313吸收，因此不會用於形成粒子束3。
由於施加之靜電場，多孔徑配置305以在平面325中形成束焦點323之方式聚焦每一粒子束3。或者，束焦點323可為虛擬的。束焦點323之直徑可為例如10奈米、100奈米及1微米。
場透鏡307與物鏡102提供第一成像粒子光學單元，用於將平面325（其中形成焦點323）成像在第一平面101上，使得在該處形成入射位置5的場103或束斑點。若物件7之表面排列在第一平面中，則在物件表面上相應地形成束斑點。
物鏡102與投影透鏡裝置205提供第二成像粒子光學單元，用於將第一平面101成像在偵測平面211上。因此，物鏡102為作為第一與第二粒子光學單元之一部分的透鏡，而場透鏡307僅屬於第一粒子光學單元，而投影透鏡205僅屬於第二粒子光學單元。
射束開關400設置在多孔徑配置305與物鏡系統100之間的第一粒子光學單元之射束路徑中。射束開關400亦為物鏡系統100與偵測器系統200之間的射束路徑中之第二光學單元的一部分。
關於此類多射束粒子束系統及其中使用的元件的進一步訊息，諸如，例如粒子源、多孔板及透鏡可從PCT專利申請案WO 2005/ 024881 A2、WO 2007/028595 A2、WO 2007/028596 A1、WO 2011/124352 A1及WO 2007/060017 A2以及德國專利申請案DE 10 2013 016 113 A1及DE 10 2013 014 976 A1中獲得，其揭露內容是以引用方式全部併入本專利申請案供參考。
多粒子束系統更包含一電腦系統10，其配置成用於控制多粒子束系統之個別粒子光學元件及評估與分析使用多偵測器209獲得的訊號。其亦可用於進行根據本發明實施例之方法。在此情況下，電腦系統10可由複數個個別的電腦或元件構成。
圖2示意性說明樣本影像20相較於參考影像的失真。樣本影像20使用個別粒子束生成，其中此個別粒子束可為個別粒子束檢測系統之唯一粒子束或來自多粒子束系統之複數個個別粒子束3的個別粒子束。樣本影像20相應於，例如，MSEM之個別影像場（單視域，sFOV）。在所示之實例中，樣本影像20為矩形，並具有長邊21與稍短邊22。樣本影像20之典型尺徑為大約10 µm（短邊22）或12 µm（長邊21）。然而，邊21、22之尺徑亦可更大或更小。
樣本影像20包含複數個結構23a至32a，其在此是以細長條為例來說明。在樣本影像20中同樣顯示相關聯參考影像之結構23b至32b。樣本影像20與被指定至該樣本影像20之參考影像形成影像對。結構23a至32a在圖2中以填滿圖案表示，而指定至參考影像之結構23b至32b僅以輪廓顯示。圖2顯示個別結構23a至32a不確切地位於參考結構23b至32b上。在樣本影像20之中心區域中，結構27a與27b以及28a與28b仍相當良好地彼此疊置。然而，在樣本影像20之角落區域中，不再為此情況：在右上角落，結構25a與26a位於相對於參考結構25b與25b之下方並向右偏移。在樣本影像20之右下角落，結構31a與32a亦向下偏移，但在此情況下向左。此亦出現在樣本影像20之其他角落：左下角落之結構29a與30a相對於參考結構29b與30b向左上偏移。樣本影像20左上角落之結構23a與24a相對於參考結構23b與24b向右上偏移。
當觀察結構23a至32a並比較圖2中之參考結構23b至32b時，很明顯發現，使用一純偏移或純偏移等無法使結構彼此重合。反而，結構23a至32a呈現出相對於參考影像之樣本影像20的失真。若針對樣本影像20進行常規缺陷偵測方法，結果將會有複數個誤判缺陷：所校正樣本影像20與參考影像之基於像素的比較提供了許多缺陷的誤判(false positive)訊號，係因相關聯結構23a至32a與23b至32b在許多位置根本無法彼此疊置。是否特別將成功的樣本影像選擇做為參考影像或者是否參考影像為基於樣本之設計數據的仿真影像，在此無關緊要。舉例來說，基於樣本之設計數據的仿真影像，對半導體樣本之缺陷偵測（D2DB缺陷偵測）而言，通常是習用的作法。
圖3現說明本發明之基本概念並示意性顯示將樣本影像20分割為複數個樣本影像區域40至44。樣本影像區域40至44在此僅以示例說明，且當然整個樣本影像20分割成複數個樣本影像區域（換言之，圖3未顯示所有樣本影像區域）。在所示之實例中，樣本影像區域40至44或所有樣本影像區域具有相同尺寸及相同尺徑。在所示之實例中，其等為正方形，並具有例如大約2 µm之邊緣長度。
圖4現說明例如針對樣本影像區域42，樣本影像區域42之配準：配準係根據本發明之方法進行，其係藉由在個別指定之參考影像區域中基於識別結構或結構25b與26b之位置校正識別結構或結構25a與26a的橫向偏移，從而形成所校正樣本影像區域42’。圖4A顯示配準(registration)前之開始情況，圖4B逐樣本影像區域配準後之情況：結構25a與26a可與參考影像之指定結構25b與26b透過橫向偏移Δ x、Δ y而實質上重合。樣本影像區域中結構之位置相較於參考影像區域中之位置的偏差非常小，甚至該偏差可能小至低於粒子束系統之測量精確度/分辨率。在所示之實例中，橫向偏移在相互線性上獨立之兩個方向上進行，在本情況中為在x軸與y軸之方向上，其等彼此正交。x軸與y軸相應地繪製於圖4A中。圖4B顯示橫向偏移Δ x與Δ y。
逐樣本影像區域配準使得有可能在基於像素之缺陷偵測期間顯著減少或完全防止誤判缺陷的數量。若進行校正樣本影像區域42’與相關聯參考影像區域之基於像素的比較，則樣本影像區域25a與26a之結構非常精確地疊置於參考影像區域之結構25b與26b的頂部，其中基於像素之缺陷偵測不會提供誤判缺陷。
在此應注意的是，為了說明原理，圖中之位置偏差明顯被誇大。偏差特別是可低於偵測極限或低於粒子束檢測系統之分辨率。
在圖3所示之實例中，樣本影像區域40至44不重疊。然而，可能的是，樣本影像區域40至44與鄰近之樣本影像區域具有重疊，所選擇之樣本影像區域至少與預期缺陷的尺寸一樣大。此確保在樣本影像區域40至44之至少一中實際上可見到真正的缺陷。若計數缺陷，應注意位於兩樣本影像區域中之實際上相同的缺陷不被計數兩次。
在圖3及圖4所示之實例中，樣本影像20之失真很小，而針對相關聯偏移
Figure 02_image019
：
Figure 02_image003
（1）
在此情況下，
Figure 02_image005
表示視域 W x x W y 中之位置，且
Figure 02_image007
表示相關聯偏移。若滿足此方程式，則樣本影像20中之結構23a至32a仍位於其等之預期位置附近。在此情況下，相對於指定之參考影像區域，個別樣本影像區域40至44或所有樣本影像區域之初始配準將會成功。舉例來說，可考慮個別射束掃描電子顯微鏡之視域（FOV）為10 µm。位於其中之結構旋轉1 mrad，位於其中之結構從其等之預期位置（參考影像中之預期位置）偏移不超過10 nm。
在圖3及圖4所示之實例中，樣本影像20中之尺徑CD的結構23a至32a （其為欲檢查之缺陷）很小，且適用下列：
Figure 02_image009
（2a） 在具有尺徑 CD x 之範圍內 以及
Figure 02_image011
（2b） 在具有尺徑 CD y 之範圍內
因此，條件（2a）、（2b）意指不同位置之失真變化不會太大。因此，結構23a至32a實際上不因失真而改變其形狀（條形不會變成曲折形，反之亦然）。在現有半導體缺陷偵測方法中，通常不論如何皆滿足上述兩條件（1）及（2a）或（2b）。舉例而言，使一結構具有空間範圍為15 nm，且由於失真而經歷1 mrad之旋轉。隨後，此結構會經歷不大於0.05 nm之局部失真，其反過來低於粒子束檢測系統之典型分辨率極限。結構可發生之典型偏移在約10 nm之數量級內。經常發生之結構形狀改變在小於1 nm之範圍內，例如約0.1 nm，其低於典型粒子束檢測系統的分辨率極限。
此外，在圖3及圖4中，與樣本影像區域40至44之邊緣長度A PB相關之兩個需求（3）及（4）被滿足，如上面本案之一般部分所論及：
Figure 02_image013
（3）
Figure 02_image015
（4）
根據方程式（3），樣本影像區域40至44之尺寸或尺徑從而為最大程度出現的失真之尺寸的至少五倍。在所示之實例中，此應用於橫向偏移被校正時之每一方向上，在所示之實例中為在x方向與y方向上。根據方程式（4），位置相依性失真在每一樣本影像區域40至44上的改變不會顯著超過缺陷偵測之一部分的缺陷尺寸A Def的約一半。
圖5示意性顯示以旋轉形式之失真型樣的確定。在此，請即重新參考圖2所示之實例，圖5所示之結構與圖2中之該等相同。當考量到樣本影像區域42、45、46、47及48時，有可能基於每一樣本影像區域發現之偏移Δ x、Δ y，得出關於樣本影像20之失真函數或失真型樣的結論。所示實例為旋轉，其由相對應之箭頭52、55、56及57表示。樣本影像區域52、55、56及57之結構相對於樣本影像中點整體或近似中心排列之樣本影像區域48被旋轉。此旋轉導致橫向偏移之不同校正或導致不同樣本影像區域42、45、46及47中兩尺徑Δ x、Δ y之偏移。若失真函數或失真型樣為已知，則有可能基於此而調整及/或校準粒子束檢測系統。在未來之記錄中，樣本影像（從而樣本影像區域）隨後可能具有較小的失真或根本無失真；此當然亦取決於所發現之失真的類型。
圖6示意性說明對複數個樣本影像20 1至20 9之旋轉效果。複數個樣本影像20 1至20 9對應於多視域（mFOV），其可例如使用多束電子顯微鏡獲得。在多粒子束系統中，所發生之失真的差異取決於檢測系統之構造類型：若為具有複數個行的系統，其中個別電子束或粒子束被引導通過專門指定給該射束之光學單元，獲得例如圖6A所示之型樣或圖6A所示之失真：樣本影像20 i之中點相應於參考影像之中點。透過實例說明的是樣本影像20 5與20 9之中點60與69。圖6同樣透過虛線說明參考影像或參考影像等的坐標系。儘管中點置於另一者的頂部之上的一者，或正確排列，但仍然存在失真。在每一情況下，個別樣本影像20 i相對於參考影像旋轉大約相同的絕對值。亦即整體而言，在基於像素之缺陷檢測中，不使用根據本發明之方法，在整個多視域之配準期間或亦在每一樣本影像20 i之配準期間，複數個誤判缺陷將在一步驟中被偵測。然而，這可藉由根據本發明實施例針對每一樣本影像區域進行每一樣本圖像20 i之配準而防止誤判，如上所述。
圖6B顯示不同失真之實例，其中在此情況下失真亦為旋轉。不同於圖6A，其中旋轉係由粒子束系統之行之每一粒子光學單元中的場旋轉引起，圖6B所示之失真可以兩方式引起：首先，可能的是，欲檢查之樣本（半導體樣本）僅以有限之精準度被排列在樣本支架上，並在製程中發生旋轉。然而，亦可能的是，根據圖6B之多粒子束檢測系統為具有個別行的多射束系統，其中所有個別粒子束3穿過共同粒子光學單元。在製程中，所有個別粒子束3在其等穿過磁透鏡之磁場時（例如，在穿過共同物鏡102時）有可能經歷影像場旋轉。在此情況下，由樣本影像20 1至20 9組成之多視域（mFOV）整體相對於中心60被偏移或旋轉。此可例如參考樣本影像20 9：在此，樣本影像20 9之中心不再與參考影像之坐標系69的零點相同。若在圖6B所示之失真情況下，針對每一樣本影像20 i完整地進行配準，亦即不分割成多個樣本影像區域，可清楚發現，在後續基於像素之樣本影像20 i與相關聯參考影像的比較中，許多誤判缺陷將被偵測到。誤判缺陷之數量隨著與旋轉中心60的距離增加而增加。在此，每一樣本影像20 i之個別樣本影像區域的配準提供如上述之重要改進。然而，儘管如此，在多射束系統中，針對每一樣本影像20 i，可僅逐樣本影像區域進行配準，而沒有進一步配準措施，且後續基於像素之缺陷偵測仍不足。針對此一情況，本發明實施例所提出之配準複數個樣本影像20 i不僅是以逐樣本影像區域方式，還以相對於樣本影像之逐殼層(shell-wise)化方式。
圖7a透過實例顯示包含複數個樣本影像20 i之配準的逐殼層缺陷偵測，其中複數個樣本影像20 i相對於參考影像具有以旋轉形式之失真。圖7a顯示不同失真彼此疊置於頂部之一般情況（圖6A及圖6B中所示之失真的疊置）。圖7右側顯示具有參考軸X Ref與Y Ref之參考坐標系。
針對根據本發明實施例之缺陷偵測方法，首先選擇樣本影像作為基礎樣本影像：該基礎樣本影像表示在由參考標誌20 5所示之實例中。選擇基礎樣本影像使得在樣本影像20 5中非常確定而定位的結構（未顯示）可被可靠指定為參考影像中之相應結構。其次，以所述方式進行基礎樣本影像20 5之缺陷偵測，其中相關聯樣本影像區域在樣本影像20 5中以逐樣本影像區域之方式配準。然後，選擇排列在圍繞基礎樣本影像20 5之第一殼S1中之第一樣本影像：在所示之實例中，彼等為樣本影像20 1至20 4以及20 6至20 9。由於樣本影像20 1至20 4以及20 6至20 9與基礎樣本影像20 5缺陷偵測空間上很接近，針對第一殼層S1之樣本影像以逐樣本影像區域方式之配準亦非常成功。在配準及缺陷偵測之後，確定失真之第一旋轉角度：該旋轉角度在第一殼層S1的虛線圓中透過小型黑色箭頭表示。在進一步之方法步驟中，隨後選擇排列在圍繞基礎樣本影像20 5之第二殼層S2中的第二樣本影像；在所示之實例中，僅說明第二殼層之一些樣本影像，特別是樣本影像20 10至20 15。在缺陷偵測開始之前，包含樣本影像20 10至20 15之配準，或更一般地在第二殼層S2中樣本影像之配準，其等位置基於確定之第一旋轉角度而被校正。因此，可防止樣本影像20 10至20 15之中心區域相對於參考系統移得更遠，直至最終根本不可能在樣本影像與參考影像之間進行指定。在旋轉之校正後，第二個別樣本影像20 10至20 15隨後以所述方式配準，並針對第二個別樣本影像20 10至20 15進行缺陷偵測方法，亦即以逐樣本影像區域方式。在進一步之方法步驟中，可再次確定旋轉角度，且該方法整體可針對一或多個進一步殼層化的樣本影像進行。用於確定旋轉角度之樣本影像越多，則可確定的越精確，且整體失真校正越好。因此，在配準步驟後之基於像素的比較中，更好的缺陷偵測變得有可能。
根據本發明之偵測樣本（特別是半導體樣本）中的缺陷之方法使能透過逐樣本影像區域配準而顯著減少或防止誤判缺陷偵測。此對於透過個別射束粒子束檢測系統記錄之樣本影像及透過多粒子束檢測系統記錄之樣本影像皆適用。在後一情況下，針對缺陷偵測，在所有所校正樣本影像區域與個別指定之參考影像區域之基於像素的比較之前，複數個樣本影像之殼層化樣本影像區域配準甚至可進一步改進該方法。
實例1. 一種偵測樣本（特別是半導體樣本）中的缺陷之方法，其包括下列步驟： 提供樣本之一參考影像； 提供通過一粒子束檢測系統生成的一樣本影像，其中該樣本影像可能具有失真； 將該樣本影像分割成多個樣本影像區域； 將該參考影像分割成多個參考影像區域，其中每一樣本影像區域被指定一個參考影像區域以形成一影像區域對； 在每一影像區域對中識別存在於影像區域對之樣本影像區域及所指定參考影像區域中的一結構； 基於該結構在所指定之參考影像區域中之位置，並藉由校正每一樣本影像區域中該結構的一橫向偏移，配準樣本影像區域，從而形成校正樣本影像區域；及 逐像素比較每一校正樣本影像區域與其相關聯之參考影像區域以偵測缺陷。
實例2. 如實例1所述之方法，其更包括下列步驟： 提供一預期缺陷尺寸A Def；及 定義該樣本影像區域之一邊緣長度A PB，使得邊緣長度A PB為在樣本影像區域中出現最大程度之失真
Figure 02_image021
之尺寸的至少五倍，因此
Figure 02_image013
實例3. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 提供一預期缺陷尺寸A Def；及 定義該樣本影像區域之一邊緣長度A PB，使得位置相依性失真
Figure 02_image023
在一樣本影像區域上之變化不會顯著超過預期缺陷尺寸A Def的一半，因此
Figure 02_image025
， 其中
Figure 02_image027
表示位置相依性失真
Figure 02_image023
之梯度的絕對值。
實例4. 如前述實例中任一者所述之方法， 其中該結構之該橫向偏移在相對於彼此係線性獨立的兩方向上被校正，特別是在兩相互正交的方向上。
實例5. 如前述實例中任一者所述之方法， 其中在分割樣本影像時，選擇該些樣本影像區域之尺寸，使得該些樣本影像區域之形狀不因失真而實質上改變。
實例6. 如前述實例所述之方法， 其中樣本影像區域為四邊形，特別是矩形或正方形，且其中由於失真不超過預定數量之像素，使得該樣本影像區域之角落之間相較於彼此的距離係相對於參考影像區域之角落之間相對於彼此的相關距離而偏移。
實例7. 如前述實例所述之方法 其中由於失真不超過預期缺陷尺寸的一半，使得該樣本影像區域之角落之間相對於彼此的距離係相較於參考影像區域之角落之間相對於彼此的相關距離而偏移。
實例8. 如前述實例中任一者所述之方法， 其中相互鄰近之樣本影像區域具有重疊，且 其中重疊係選定為至少預期缺陷尺寸的大小。
實例9. 如前述實例中任一者所述之方法， 其中相對於參考影像，該樣本影像具有仿射失真；及/或 其中相對於參考影像，該樣本影像具有非線性失真。
實例10. 如前述實例中任一者所述之方法， 其中該樣本影像包含相較於參考影像之一旋轉。
實例11. 如前述實例中任一者所述之方法，其更包括下列步驟： 在配準期間基於樣本影像區域之所校正之橫向偏移以確定樣本影像之失真函數或失真型樣。
實例12. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 基於失真函數及/或失真型樣調整及/或校準該粒子束檢測系統。
實例13. 如前述實例中任一者所述之方法，其更包括下列步驟： 粗略配準相對於參考影像之樣本影像。
實例14. 如前述實例中任一者所述之方法， 其中該粒子束檢測系統為一個別粒子束系統，特別是單射束電子顯微鏡（SEM）或氦離子顯微鏡（HIM）。
實例15. 如實例1至13中任一者所述之方法， 其中該粒子束檢測系統為一多粒子束系統，特別是以複數個個別粒子束操作的多射束電子顯微鏡（MSEM）。
實例16. 如前述實例所述之方法， 其中該方法係針對複數個樣本影像進行，且 其中每一樣本影像係透過指定至其之個別粒子束生成。
實例17. 如前述實例所述之方法， 其中該等複數個樣本影像以殼層化方式配準。
實例18. 如前述實例所述之方法， 其中該等樣本影像相對於彼此以六邊形方式排列；及/或其中該等樣本影像具有與鄰近之樣本影像之一重疊。
實例19. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 選擇一樣本影像作為基礎樣本影像； 配準該基礎樣本影像； 選擇排列在圍繞基礎樣本影像之一第一殼層中的第一樣本影像；及 配準該第一樣本影像。
實例20. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 基於第一殼層之第一樣本影像的配準，確定針對失真之一第一旋轉角度。
實例21. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 選擇排列在圍繞基礎樣本影像之一第二殼層中的第二樣本影像； 基於確定之第一旋轉角度以配準第二樣本影像。
實例22. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 基於第二殼層之第二樣本影像的配準，確定針對失真之一第二旋轉角度。
實例23. 如前述實例所述之方法，其更包括下列步驟： 選擇排列在圍繞基礎樣本影像之一第三殼層中的第三樣本影像；及 基於確定之第二旋轉角度以配準第三個別樣本影像。
實例24. 如前述實例所述之方法， 其中針對一或多個進一步殼層以進行該方法。
實例25. 一種電腦程式產品，其包含用於進行如前述實例1至24中任一者所述之方法的一程式碼。
1:多射束粒子顯微鏡 3:一次粒子束（個別粒子束） 5:束斑點、入射位置 7:物件 8:樣本檯 9:二次粒子束 10:電腦系統、控制器 11:二次粒子束路徑 13:一次粒子束路徑 20,20 1~20 15,20 i:樣本影像 21:樣本影像之側邊 22:樣本影像之側邊 23,23a,23b:結構 24,24a,24b:結構 25,25a,25b:結構 26,26a,26b:結構 27,27a,27b:結構 28,28a,28b:結構 29,29a,29b:結構 30,30a,30b:結構 31,31a,31b:結構 32,32a,32b:結構 40:樣本影像區域 41:樣本影像區域 42,42’:樣本影像區域 43:樣本影像區域 44:樣本影像區域 45:樣本影像區域 46:樣本影像區域 47:樣本影像區域 48:樣本影像區域 52:標記失真（旋轉）之箭頭 55:標記失真（旋轉）之箭頭 56:標記失真（旋轉）之箭頭 57:標記失真（旋轉）之箭頭 60:坐標原點、樣本影像區域20 5之中心（基礎樣本影像區域） 69:樣本影像區域20 9之中心 100:物鏡系統 101:第一平面（物件平面） 102:物鏡 103:場 110:孔 200:偵測器系統 205:投影透鏡 207:偵測區域 209:粒子多偵測器 211:偵測平面 213:入射位置 215:偵測區域 217:場 300:射束生成裝置 301:粒子源 303:準直透鏡系統 305:多孔徑配置 306:微光學 307:場透鏡系統 309:發散粒子束 311:照射粒子束 313:多孔板 315:開口或孔 317:開口或孔之中點 319:場 323:束焦點 325:中間影像平面 400:射束開關 X Ref:參考影像之x軸 Y Ref:參考影像之y軸 Δx:在x方向上橫向偏移 Δy:在y方向上橫向偏移 S1:第一殼 S2:第二殼 A PBx:樣本影像區域在x方向上之邊緣長度 A PBy:樣本影像區域在y方向上之邊緣長度
參考附圖將更好地理解本發明，其中： 圖1顯示多射束粒子顯微鏡（MSEM）之示意圖； 圖2示意性說明樣本影像相較於參考影像的失真； 圖3示意性顯示樣本影像分割為複數個樣本影像區域； 圖4示意性顯示樣本影像區域之配準結果； 圖5示意性顯示以旋轉形式確定失真型樣； 圖6示意性顯示旋轉對複數個樣本影像之效果；及 圖7示意性顯示樣本影像中彼此疊置之失真效果。
20:樣本影像
23a,23b:結構
24a,24b:結構
25a,25b:結構
26a,26b:結構
27a,27b:結構
28a,28b:結構
29a,29b:結構
30a,30b:結構
31a,31b:結構
32a,32b:結構
40:樣本影像區域
42:樣本影像區域
43:樣本影像區域
44:樣本影像區域

Claims (26)

  1. 一種用於偵測樣本（特別是半導體樣本）中的缺陷之方法，其包括下列步驟： a) 提供該樣本之一參考影像； b) 提供通過一粒子束檢測系統生成的一樣本影像，其中該樣本影像包含相對於該參考影像之旋轉； c) 將該樣本影像分割成多個樣本影像區域； d) 將該參考影像分割成多個參考影像區域，其中每一樣本影像區域被指定一個參考影像區域以形成一影像區域對； e) 在每一影像區域對中識別存在於該影像區域對之該樣本影像區域及所指定之該參考影像區域兩者中的一結構； f) 基於該結構在所指定之該參考影像區域中之位置，並藉由校正每一樣本影像區域中該結構的一橫向偏移，配準該些樣本影像區域，從而形成複數個校正樣本影像區域；及 g) 逐像素比較每一校正樣本影像區域與其相關聯之參考影像區域以偵測缺陷。
  2. 如請求項1所述之方法，其更包括下列步驟： 提供一預期缺陷尺寸A Def；及 定義該樣本影像區域之一邊緣長度A PB，使得該邊緣長度A PB為在該樣本影像區域中出現最大程度之失真
    Figure 03_image021
    之尺寸的至少五倍，也就是
    Figure 03_image013
  3. 如前述請求項中任一項所述之方法，其更包括下列步驟： 提供一預期缺陷尺寸A Def；及 定義該樣本影像區域之一邊緣長度A PB，使得位置相依性失真
    Figure 03_image023
    在一樣本影像區域上之變化不會明顯超過該預期缺陷尺寸A Def的一半，因此
    Figure 03_image025
    ， 其中
    Figure 03_image027
    表示該位置相依性失真
    Figure 03_image023
    之梯度的絕對值。
  4. 如前述請求項中任一項所述之方法， 其中該結構之該橫向偏移在相對於彼此係線性獨立的兩方向上被校正，特別是在兩相互正交的方向上。
  5. 如前述請求項中任一項所述之方法， 其中在分割該樣本影像時，選擇該些樣本影像區域之尺寸，使得該些樣本影像區域之形狀不因該失真而實質上改變。
  6. 如前述請求項所述之方法， 其中該些樣本影像區域為四邊形，特別是矩形或正方形，且 其中由於該失真不超過預定數量之像素，使得該些樣本影像區域之角落之間相對於彼此的距離係相較於該些參考影像區域之角落之間相對於彼此的相關距離而偏移。
  7. 如前述請求項所述之方法， 其中由於該失真不超過預期缺陷尺寸的一半，使得該些樣本影像區域之角落之間相對於彼此的距離係相較於該些參考影像區域之角落之間相對於彼此的相關距離而偏移。
  8. 如前述請求項中任一項所述之方法， 其中相互鄰近之該些樣本影像區域具有重疊，且 其中重疊係選定為至少預期缺陷尺寸的大小。
  9. 如前述請求項中任一項所述之方法， 其中相對於該參考影像，該樣本影像具有除了該旋轉之外的另一仿射失真；及/或 其中相對於該參考影像，該樣本影像具有一非線性失真。
  10. 如前述請求項中任一項所述之方法，其更包括下列步驟： 在配準期間基於該些樣本影像區域之所校正之該橫向偏移以確定該樣本影像之失真函數或失真型樣。
  11. 如前述請求項中任一項所述之方法，其更包括下列步驟： 確定該樣本影像相對於該參考影像之旋轉角度。
  12. 如前述請求項所述之方法，其更包括下列步驟： 基於該失真函數及/或該失真型樣以調整及/或校準該粒子束檢測系統。
  13. 如前述請求項中任一項所述之方法，其更包括下列步驟： 粗略配準相對於該參考影像之該樣本影像。
  14. 如前述請求項中任一項所述之方法， 其中該粒子束檢測系統為一個別粒子束系統，特別是單射束電子顯微鏡（SEM）或氦離子顯微鏡（HIM）。
  15. 如請求項1至13中任一項所述之方法， 其中該粒子束檢測系統為一多粒子束系統，特別是以複數個個別粒子束操作的多射束電子顯微鏡（MSEM）。
  16. 如前述請求項所述之方法， 其中該方法係針對複數個樣本影像進行，且 其中每一樣本影像係透過指定至其之個別粒子束生成。
  17. 如前述請求項所述之方法，其中該多粒子束系統包含針對該等複數個個別粒子束之單行。
  18. 如請求項16至17中任一項所述之方法， 其中該方法係針對該等複數個樣本影像以殼層化方式進行。
  19. 如前述請求項所述之方法， 其中該等樣本影像相對於彼此以六邊形方式排列；及/或 其中該等樣本影像具有與鄰近之樣本影像之一重疊。
  20. 如前述請求項所述之方法，其更包括下列步驟： 選擇一樣本影像作為基礎樣本影像； 針對該基礎樣本影像進行該等方法步驟a）至g）以偵測缺陷； 選擇排列在圍繞該基礎樣本影像之一第一殼層中的第一樣本影像；及 針對該等第一樣本影像進行該等方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
  21. 如前述請求項所述之方法，其更包括下列步驟： 基於該第一殼層之該第一樣本影像的逐樣本影像區域配準，以確定針對該失真之一第一旋轉角度。
  22. 如前述請求項所述之方法，其更包括下列步驟： 選擇排列在圍繞該基礎樣本影像之一第二殼層中的第二樣本影像； 基於確定之第一旋轉角度以校正該第二樣本影像之一位置；及 針對該位置校正之第二樣本影像進行該等方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
  23. 如前述請求項所述之方法，其更包括下列步驟： 基於該第二殼層之該第二樣本影像的該樣本影像區域配準，以確定針對該失真之一第二旋轉角度。
  24. 如前述請求項所述之方法，其更包括下列步驟： 選擇排列在圍繞該基礎樣本影像之一第三殼層中的第三樣本影像； 基於確定之第二旋轉角度以校正該第三樣本影像之一位置；及 針對該位置校正之第三個別樣本影像進行該等方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
  25. 如前述請求項所述之方法， 其中針對樣本影像之一或多個進一步殼層以進行該等方法步驟a）至g）以偵測缺陷。
  26. 一種電腦程式產品，其包含用於進行如前述請求項1至25中任一項所述之方法的一程式碼。
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