TW202331644A - 用於半導體取樣製造的遮罩檢查 - Google Patents

用於半導體取樣製造的遮罩檢查 Download PDF

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Abstract

提供了一種用於遮罩檢查的系統和方法，包括：針對遮罩的檢查區域，獲得複數個檢查圖像和一組參考圖像；產生複數個缺陷圖，該複數個缺陷圖各自包括位於相應檢查圖像的檢查區域中的一或多個候選缺陷；將一或多個候選缺陷對準到感興趣候選缺陷（DCI）列表；針對列表中的至少一個給定DCI，產生對應於複數個檢查圖像的複數個差分補塊；基於複數個差分補塊來計算等級；及將偵測閾值應用於該等級以決定給定DCI是否為感興趣缺陷（DOI）。

Description

用於半導體取樣製造的遮罩檢查
當前揭露的標的一般涉及遮罩檢查領域，並且更具體地，涉及關於光遮罩的缺陷偵測。
與製造的微電子裝置的超大規模集成相關聯的高密度和高效能的當前需求要求亞微米特徵、提高的電晶體和電路速度、以及改善的可靠性。隨著半導體製程的進步，諸如線寬度之類的圖案尺寸和其他類型的臨界尺寸不斷縮小。這種需求要求形成具有高精度和高均勻性的裝置特徵，這進而又需要對製造製程進行仔細監測，包括在裝置仍處於半導體晶片形式時對裝置進行自動檢查。
半導體裝置通常在光刻製程中使用光刻遮罩（也被稱為光遮罩或遮罩或模版）製造。光刻製程是製造半導體裝置的主要製程之一，並且包括根據待生產的半導體裝置的電路設計對晶片表面進行圖案化。這種電路設計首先在遮罩上進行圖案化。因此，為了獲得可操作的半導體裝置，遮罩必須是沒有缺陷的。遮罩是藉由複雜的製程製造的並且可能存在各種缺陷和變化。
此外，遮罩通常以重複的方式使用以在晶片上製造許多晶粒。因此，遮罩上的任何缺陷都會在晶片上重複多次並且會導致多個裝置出現缺陷。建立具有生產價值的製程需要對整個光刻製程進行嚴格控制，尤其是考慮到大規模的電路集成和半導體裝置的減小的尺寸。
多種遮罩檢查方法已經被研發出來並投入使用。根據設計和評估遮罩的某些一般技術，製造遮罩並且用於藉由遮罩來曝光晶片，然後執行檢查以決定遮罩的特徵/圖案是否已根據設計轉移到晶片上。最終印刷的特徵與預期設計的任何差異可能需要修改設計、修復遮罩、製造新遮罩及/或曝光新的晶片。
替代地，可以使用各種遮罩檢查工具直接對遮罩進行檢查。檢查程序可以包括複數個檢查步驟。在遮罩的製造程序期間，可以多次執行檢查步驟，例如在某些層的製造或加工之後，等等。附加地或替代地，每個檢查步驟可以重複多次，例如針對不同的遮罩位置或者針對具有不同檢查設置的相同遮罩位置。
遮罩檢查通常涉及藉由將光或者電子引導至遮罩並且偵測來自遮罩的光或者電子來產生針對遮罩的某些檢查輸出（例如，圖像、信號等）。一旦輸出已被產生，通常藉由對所述輸出應用缺陷偵測方法及/或演算法來執行缺陷偵測。檢查的目標經常是提供對感興趣缺陷（如果感興趣缺陷未校正，則可能導致最終裝置無法達到預期效能或者導致故障，從而對良率產生不利影響）的高靈敏度偵測，同時提高抑制對誤報/滋擾和雜訊的偵測的效率。
根據當前揭露的標的的某些態樣，提供了一種用於檢查可用於製造半導體取樣的遮罩的電腦化系統，所述系統包括處理和記憶體電路系統（PMC），所述處理和記憶體電路系統（PMC）用於：針對遮罩的檢查區域，獲得具有至少以檢查區域重疊的複數個視場（FOV）的複數個檢查圖像，並且針對每個檢查圖像，獲得一組參考圖像，所述一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像；產生對應於複數個檢查圖像的複數個缺陷圖，每個缺陷圖包括位於相應檢查圖像的檢查區域中的一或多個候選缺陷，並且對準相應檢查圖像的一或多個候選缺陷，從而產生感興趣候選缺陷（DCI）列表；針對列表中的至少一個給定DCI，產生複數個差分補塊（patch），其中PMC配置成藉由以下方式產生與複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的差分補塊：分別從檢查圖像和一組參考圖像提取圍繞給定DCI的位置的圖像補塊，從而產生檢查補塊和一組參考補塊；針對每個參考補塊，計算濾波器，所述濾波器最佳化成使檢查補塊與使用濾波器獲得的經校正參考補塊之間的差異最小化，從而產生對應於一組參考補塊的一組濾波器和一組經校正參考補塊；並且組合一組經校正參考補塊以獲得複合參考補塊，並且將檢查補塊與複合參考補塊進行比較以獲得差分補塊；基於複數個差分補塊來計算等級（grade），並且將偵測閾值應用於所述等級以決定給定DCI是否為感興趣缺陷（DOI）。
除上述特徵之外，根據當前揭露的標的的這個態樣的系統可以包括，以技術上可能的任何期望的組合或排列的，以下列出的特徵（i）至（xii）中的一或多個： （i）.遮罩是多晶粒遮罩。檢查區域位於遮罩上的檢查晶粒中。一或多個參考區域分別來自遮罩上的檢查晶粒的一或多個參考晶粒。 （ii）.遮罩是單晶粒遮罩。檢查區域和一或多個參考區域來自遮罩上的單個晶粒並且共享相同的設計圖案。 （iii）.PMC配置成在計算濾波器之前，分別將檢查補塊與來自所述組之每一者參考補塊配準以校正檢查補塊與每個參考補塊之間的相應偏移。 （iv）.濾波器被計算以校正以下參考補塊的雜訊中的至少一者：配準殘差、強度增益和偏移、散焦或視場（FOV）畸變。 （v）.濾波器包括用於校正參考補塊的相應雜訊的一組濾波器部件。 （vi）.等級是藉由以下方式計算的：基於差分補塊中的最高像素值來針對複數個差分補塊之每一者差分補塊計算得分，從而產生對應於複數個差分補塊的複數個得分，並且對複數個得分求平均以獲得等級。 （vii）.PMC進一步配置成執行產生複數個差分補塊、計算等級並且針對DCI列表之每一者DCI應用偵測閾值，以決定所述DCI是否為DOI，並且提供對應於檢查區域並且包括藉由所述決定偵測到的一或多個DOI的經更新的缺陷圖。 （viii）.PMC進一步配置成重複以下操作：獲得複數個檢查圖像、產生複數個缺陷圖、對準一或多個候選缺陷、產生複數個差分補塊、計算等級以及針對遮罩上的一或多個額外的檢查區域應用偵測閾值。 （ix）.複數個檢查圖像由具有預定義步長的光化檢查工具順序地獲取。光化檢查工具配置成類比可用於製造半導體取樣的光刻工具的光學配置。 （x）.所述系統進一步包括光化檢查工具。 （xi）.複數個檢查圖像藉由以下方式獲得：使用具有預定步長的非光化檢查工具順序地獲取複數個圖像，並且對複數個圖像執行類比以類比可用於製造半導體取樣的光刻工具的光學配置，從而產生複數個檢查圖像。 （xii）.感興趣候選缺陷（DCI）列表包括在複數個檢查圖像的至少大多數中共同的一或多個候選缺陷。
根據當前揭露的標的的其他態樣，提供了一種用於檢查可用於製造半導體取樣的遮罩的方法，所述方法由處理和記憶體電路系統（PMC）執行並且所述方法包括：針對遮罩的檢查區域，獲得具有至少以檢查區域重疊的複數個視場（FOV）的複數個檢查圖像，並且針對每個檢查圖像，獲得一組參考圖像，所述一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像；產生對應於複數個檢查圖像的複數個缺陷圖，每個缺陷圖包括位於相應檢查圖像的檢查區域中的一或多個候選缺陷，並且對準相應檢查圖像的一或多個候選缺陷，從而產生感興趣候選缺陷（DCI）列表；針對列表中的至少一個給定DCI，產生複數個差分補塊，包括藉由以下方式產生與複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的差分補塊：分別從檢查圖像和一組參考圖像提取圍繞給定DCI的位置的圖像補塊，從而產生檢查補塊和一組參考補塊；針對每個參考補塊，計算濾波器，所述濾波器最佳化成使檢查補塊與使用濾波器獲得的經校正參考補塊之間的差異最小化，從而產生對應於一組參考補塊的一組濾波器和一組經校正參考補塊；並且組合一組經校正參考補塊以獲得複合參考補塊，並且將檢查補塊與複合參考補塊進行比較以獲得差分補塊；並且基於複數個差分補塊來計算等級，並且將偵測閾值應用於所述等級以決定給定DCI是否為感興趣缺陷（DOI）。
加以必要修改，當前揭露的標的的這個態樣可以包括關於所述系統的以技術上可能的任何期望的組合或排列的以上列出的特徵（i）至（xii）中的一或多個。
根據當前揭露的標的的其他態樣，提供了一種包括指令的非暫時性電腦可讀取媒體，該等指令在由電腦執行時使電腦執行用於檢查可用於製造半導體取樣的遮罩的方法，所述方法包括：針對遮罩的檢查區域，獲得具有至少以檢查區域重疊的複數個視場（FOV）的複數個檢查圖像，並且針對每個檢查圖像，獲得一組參考圖像，所述一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像；產生對應於複數個檢查圖像的複數個缺陷圖，每個缺陷圖包括位於相應檢查圖像的檢查區域中的一或多個候選缺陷，並且對準相應檢查圖像的一或多個候選缺陷，從而產生感興趣候選缺陷（DCI）列表；針對列表中的至少一個給定DCI，產生複數個差分補塊，包括藉由以下方式產生與複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的差分補塊：分別從檢查圖像和一組參考圖像提取圍繞給定DCI的位置的圖像補塊，從而產生檢查補塊和一組參考補塊；針對每個參考補塊，計算濾波器，所述濾波器最佳化成使檢查補塊與使用濾波器獲得的經校正參考補塊之間的差異最小化，從而產生對應於一組參考補塊的一組濾波器和一組經校正參考補塊；並且組合一組經校正參考補塊以獲得複合參考補塊，並且將檢查補塊與複合參考補塊進行比較以獲得差分補塊；並且基於複數個差分補塊來計算等級，並且將偵測閾值應用於所述等級以決定給定DCI是否為感興趣缺陷（DOI）。
加以必要修改，當前揭露的標的的這個態樣可以包括關於所述系統的以技術上可能的任何期望的組合或排列的以上列出的特徵（i）至（xii）中的一或多個。
在以下詳細描述中，闡述了許多特定細節以提供對本案內容的全面理解。然而，本領域技藝人士將理解，在沒有這些特定細節的情況下，也可以實踐當前揭露的標的。在其他情況下，並未對眾所周知的方法、程序、部件和電路進行詳細描述，以避免混淆當前揭露的標的。
除非另有特別說明，從以下討論中可以明顯看出，應理解，在整個說明書的討論中利用的諸如「檢查」、「獲得」、「產生」、「對準」、「提取」、「計算」、「組合」、「比較」、「獲取」、「計算」、「應用」、「配準」、「校正」、「平均」、「執行」、「提供」、「重複」、「獲取」等術語是指電腦的將資料操作及/或轉換為其他資料的（多個）動作及/或（多個）處理，所述資料表示為物理（諸如電子）量及/或所述資料表示物理物件。術語「電腦」應廣泛地解釋為涵蓋具有資料處理能力的任何類型的基於硬體的電子設備，藉由非限制性示例，包括本案中揭露的遮罩檢查系統、缺陷偵測系統及其相應部分。
本說明書中所使用的術語「遮罩」也稱為「光刻遮罩」或「光遮罩」或「模版」。這些術語應被等效地且廣泛地解釋為涵蓋光刻製程中在半導體晶片上待圖案化的範本保持電路設計（例如，定義積體電路的特定層的佈局）。例如，遮罩可以實現為熔融石英板，所述熔融石英板覆蓋有在光刻製程中投射到晶片上的不透明、透明和相移區域的圖案。例如，遮罩可以是極紫外光（EUV）遮罩或氟化氬（ArF）遮罩。再例如，遮罩可以是記憶體遮罩（可用於製造記憶體設備）或邏輯遮罩（可用於製造邏輯裝置）。
本說明書中所使用的術語「檢查」或「遮罩檢查」應被廣泛地解釋為涵蓋用於評估製造的光遮罩在電路設計方面的準確性和完整性及其將電路設計的精確表示生產到晶片上的能力的任何操作。檢查可以包括與各種類型的缺陷偵測、缺陷審查及/或缺陷分類相關的任何類型的操作，及/或在遮罩製造程序期間及/或之後及/或在使用遮罩用於半導體取樣製造期間的計量操作。可在製造遮罩後使用無損檢查工具進行檢查。作為非限制性示例，檢查程序可以包括以下操作中的一或多個操作：使用檢查工具對遮罩或其部分進行掃瞄（在單次或多次掃瞄中）、成像、取樣、偵測、測量、分類及/或提供其他操作。同樣地，遮罩檢查也可以解釋為包括，例如，在實際檢查遮罩之前，產生（多個）檢查配方及/或其他設置操作。需要注意的是，除非另有特別說明，否則本說明書中所使用的術語「檢查」或其派生詞在檢查區域的解析度或尺寸方面不受限制。各種無損檢查工具包括光學檢查工具、掃瞄電子顯微鏡、原子力顯微鏡等。
本說明書中所使用的術語「計量操作」應被廣泛地解釋為涵蓋用於提取與半導體取樣（諸如遮罩）上的一或多個結構元件有關的計量資訊的任何計量操作程序。在一些實施例中，計量操作可以包括測量操作，諸如例如，對取樣上的某些結構元件進行的臨界尺寸（CD）測量，包括但不限於以下內容：尺寸（例如，線寬度、線間距、接觸直徑、元件尺寸、邊緣粗糙度、灰階統計等）、元件形狀，元件內的距離或元件之間的距離、有關角度、與對應於不同設計位凖的元件相關聯的重疊資訊等。例如，藉由使用影像處理技術對諸如測量圖像之類的測量結果進行分析。應注意，除非另有特別說明，否則本說明書中所使用的術語「計量」或其派生詞不限於測量技術、測量解析度或檢查區域尺寸。
本說明書中所使用的術語「取樣」應被廣泛地解釋為涵蓋用於製造半導體積體電路、磁頭、平板顯示器和其他半導體製件的任何類型的晶片、相關結構、以上各項的組合及/或部件。
本說明書中所使用的術語「缺陷」應被廣泛地解釋為涵蓋在遮罩上形成的任何類型的異常或不期望的特徵/功能。在一些情況下，缺陷可能是感興趣缺陷（DOI），這是真實的缺陷，當印刷在晶片上時，對所製造的裝置的功能有一定影響，因此偵測出DOI符合客戶的利益。例如，任何可能導致良率損失的「致命」缺陷都可以表示為DOI。在一些其他情況下，缺陷可能是指滋擾（也稱為「誤報」缺陷），這是可以忽略的，因為它對所完成裝置的功能沒有影響。
本說明書中所使用的術語「候選缺陷」應被廣泛地解釋為涵蓋遮罩上的可疑缺陷位置，所述位置被偵測為是感興趣缺陷（DOI）的概率相對較高。因此，在對候選缺陷進行審查後，候選缺陷實際上可能是DOI，或者在一些其他情況下，候選缺陷可能是由檢查期間的不同變化（例如，製程變化、顏色變化、機械和電氣變化等）引起的滋擾或隨機雜訊。
本文所使用的術語「非暫時性記憶體」和「非暫時性儲存媒體」應被廣泛地解釋為涵蓋適用於當前揭露的標的的任何揮發性或非揮發性電腦記憶體。這些術語應被視為包括儲存一或多個指令集的單個媒體或多個媒體（例如，集中式或分散式資料庫，及/或相關聯的緩存和伺服器）。這些術語也應被視為包括能夠儲存或編碼指令集以供電腦執行並且使電腦執行本案內容的方法中的任何一或多個方法的任何媒介。因此，這些術語應包括但不限於唯讀記憶體（「ROM」）、隨機存取記憶體（「RAM」）、磁片儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體設備等。
應當理解，除非另有特別說明，在單獨實施例的上下文中描述的當前揭露的標的的某些特徵也可以在單個實施例中以組合的形式提供。反之，在單個實施例的上下文中描述的當前揭露的標的的各種特徵也可以單獨地或以任何合適的子群組合的形式提供。在以下的詳細描述中，提出了許多具體細節以提供對方法和裝置的透徹理解。
考慮到這一點，請注意圖1，圖1圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的遮罩檢查系統的功能方塊圖。
圖1中所示的檢查系統100可用於在遮罩製造程序期間或之後及/或在使用遮罩用於半導體取樣製造期間對遮罩進行檢查。如前述，本文所提及的檢查可被解釋為涵蓋與各種類型的缺陷檢查/偵測、缺陷分類有關的任何類型的操作、及/或計量操作，諸如例如關於遮罩或其部分的臨界尺寸（CD）測量。根據當前揭露的標的的某些實施例，所示的檢查系統100包括基於電腦的系統101，系統101能夠自動檢查和偵測遮罩上的缺陷。如前述，本文中待偵測的缺陷可以指在遮罩上形成的任何類型的異常或不期望的特徵/功能。例如，在一些情況下，待偵測的缺陷可能與邊緣定位位移（EPD）有關，所述邊緣定位位移指示遮罩上的預期位置與印刷特徵邊緣的實際位置之間的差異。在一些其他情況下，待偵測的缺陷可能與CD測量及/或CD均勻性（即，跨遮罩或其部分上的CD測量的變化）或在遮罩上形成的任何其他類型的缺陷有關。系統101也稱為遮罩缺陷偵測系統，是檢查系統100的子系統。
系統101可操作地連接至遮罩檢查工具120，遮罩檢查工具120配置成掃瞄遮罩並且擷取遮罩的一或多個圖像以檢查遮罩。本文所使用的術語「遮罩檢查工具」應被廣泛地解釋為涵蓋可用於與遮罩檢查有關的程序的任何類型的檢查工具，作為非限制性示例，包括對遮罩或其部分進行掃瞄（在單次或多次掃瞄中）、成像、取樣、偵測、測量、分類及/或其他程序。
在不以任何方式限制本案內容的範圍的情況下，還應當注意，遮罩檢查工具120可以實現為各種類型的檢查機，諸如光學檢查工具、電子束工具等。在一些情況下，遮罩檢查工具120可以是相對低解析度的檢查工具（例如，光學檢查工具、低解析度掃瞄電子顯微鏡（SEM）等）。在一些情況下，遮罩檢查工具120可以是相對高解析度的檢查工具（例如，高解析度SEM、原子力顯微鏡（AFM）、透射電子顯微鏡（TEM）等）。在一些情況下，檢查工具可以提供低解析度圖像資料和高解析度圖像資料兩者。在一些實施例中，遮罩檢查工具120具有計量能力，並且可以配置成對所擷取的圖像執行計量操作。所得的圖像資料（低解析度圖像資料及/或高解析度圖像資料）可以直接地或經由一或多個中間系統傳輸到系統101。本案內容不限於任何特定類型的遮罩檢查工具及/或由檢查工具產生的圖像資料的解析度。
根據某些實施例，遮罩檢查工具可以實現為光化檢查工具，所述光化檢查工具配置成類比/模仿可用於製造半導體取樣的光刻工具（例如，掃瞄器或步進機）的光學配置，例如，藉由將形成在遮罩中的圖案投射到晶片上，如下文關於圖5的進一步詳細描述。
現在轉到圖5，圖5圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的光化檢查工具和光刻工具的示意圖。
與光刻工具520類似，光化檢查工具500可以包括配置成以曝光波長產生光（例如，鐳射）的照明源502、照明光學裝置504、遮罩保持器506和投射光學裝置508。照明光學裝置504和投射光學裝置508可以包括一或多個光學元件（諸如例如，透鏡、光圈、空間濾波器等）。
在光刻工具520中，遮罩被定位在遮罩保持器506處，並且光學地對準以將待複製的電路圖案的圖像投射到放置在晶片保持器512上的晶片上（例如，藉由使用各種步進、掃瞄及/或成像技術在晶片上產生或複製圖案）。與光刻工具520不同，代替於放置晶片保持器512，光化檢查工具500在晶片保持器的位置處放置偵測器510（諸如例如，電荷耦合設備（CCD）），其中偵測器510配置成偵測藉由遮罩投射的光，並且產生遮罩的圖像。
可以看出，光化檢查工具500配置成類比光刻工具520的光學配置，包括但不限於例如，諸如例如波長、曝光光的部分相干性、瞳孔形狀、照明孔徑、數值孔徑（NA）等照明/曝光條件，所述光學配置用於在半導體裝置製造期間在實際光刻製程中曝光光刻膠。因此，由偵測器510獲取的遮罩圖像514預期類似於經由光刻工具使用遮罩製造的晶片的圖像516。使用這種光化檢查工具獲取的遮罩圖像也稱為航空圖像。如下所述，航空圖像被提供給系統101以進行進一步處理。
根據某些實施例，在一些情況下，遮罩檢查工具120可以實現為非光化檢查工具，諸如例如一般光學檢查工具、電子束工具（例如，SEM）等。在這種情況下，檢查工具的偵測器能夠與所使用的特定類型的顯微鏡連接並且將來自所述顯微鏡的圖像資訊數位化，從而獲取遮罩的圖像。
可以對所獲取的圖像執行類比以類比光刻工具的光學配置，從而產生航空圖像。在一些情況下，圖像類比可以由系統101執行（例如，藉由在PMC 102中結合圖像類比模型，可以將類比的功能集成到PMC 102中），而在一些其他情況下，圖像類比可由遮罩檢查工具120的處理模組或者由可操作地連接至遮罩檢查工具120和系統101的單獨的類比引擎/單元來執行。
僅出於說明的目的，以下描述的某些實施例被提供為用於由光化遮罩檢查工具獲取的圖像。本領域技藝人士將容易理解，當前揭露的標的的教導同樣適用於藉由任何其他合適的技術和檢查工具獲取的圖像，並且使用合適的類比模型進一步將圖像轉換為航空圖像。術語「航空圖像」應被廣泛解釋為涵蓋由光化遮罩檢查工具獲取的圖像和從由（多個）非光化檢查工具擷取的圖像類比的航空圖像。
系統101包括可操作地連接至基於硬體的I/O介面126的處理器和記憶體電路系統（PMC）102。PMC 102配置成提供對系統進行操作所需的處理，如參照圖2、圖3和圖4進一步詳細的描述，並且PMC 102包括處理器（未單獨示出）和記憶體（未單獨示出）。PMC 102的處理器可以配置成根據包括在PMC中的非暫時性電腦可讀記憶體上實現的電腦可讀取指令來執行若干功能模組。此類功能模組在下文中被稱為包括在PMC中。
本文所指的處理器可以表示一或多個通用處理設備，諸如微處理器、中央處理單元等。更具體地，處理器可以是複雜指令集計算（CISC）微處理器、精簡指令集計算（RISC）微處理器、超長指令字（VLIW）微處理器、實現其他指令集的處理器或實現指令集組合的處理器。處理器還可以是一或多個專用處理設備，諸如專用積體電路（ASIC）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器等。處理器配置成執行用於執行本文所討論的操作和步驟的指令。
本文所指的記憶體可以包括主記憶體（例如，唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體（DRAM）（諸如同步DRAM（SDRAM）或Rambus DRAM（RDRAM）等）和靜態記憶體（例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）等）。
如前述，在一些實施例中，系統101可以配置成偵測遮罩上的缺陷。如果在晶片量產前未偵測到遮罩缺陷，則遮罩缺陷將在生產的晶片上重複多次，從而導致多個半導體裝置出現缺陷（例如，影響設備的功能並且無法達到預期效能），並且對良率產生不利影響。
鑒於光遮罩的先進製程中大規模電路集成以及半導體裝置的減小尺寸，遮罩檢查變得對不同類型的變化和雜訊越來越敏感。為了偵測較小的缺陷，預期藉由敏感掃瞄（即具有相對高靈敏度的掃瞄）來檢查遮罩，其中缺陷圖中反映的大多數可疑缺陷更可能是誤報或雜訊。在這種情況下，DOI可能被掩藏在誤報和雜訊中，從而影響偵測靈敏度並且導致誤報率（FAR）增加。
在遮罩檢查中，晶粒到晶粒（D2D）檢查通常用於使用來自一個晶粒的檢查圖像和來自一或多個參考晶粒的一或多個參考圖像進行缺陷偵測。通常將檢查圖像與參考圖像進行比較，以建立指示遮罩上潛在缺陷的差分圖像。傳統D2D檢查使用一或多個相鄰晶粒作為參考，因此參考圖像的數量非常有限。此外，如前述，檢查圖像和參考圖像是使用靈敏掃瞄獲取的，因此受到上述誤報和雜訊增加的影響，並且難以將DOI從誤報和雜訊中分離出來。
根據當前揭露的標的的某些實施例，提出了配置成藉由獲取足夠的參考圖像來偵測DOI的改進的遮罩檢查系統和方法，所述參考圖像被進一步最佳化並且用於建立組合的最佳參考圖像，從而呈現具有更高的訊雜比（SNR）的更可靠的差分圖像，從而在降低FAR的同時提高偵測靈敏度。
為了建立足夠的參考，使用（例如，來自多個參考晶粒，或者來自單個晶粒的）多個參考位置，並且可以使用重疊掃瞄來為每個參考位置擷取多個圖像。多個參考的重疊圖像被一同使用以減少雜訊並且增加偵測置信度。使用圖像濾波技術分別對多個參考圖像進行進一步地校正，以便建立最佳參考圖像，從而能夠更好地區分DOI和誤報或隨機雜訊。已證明所提出的製程提高了對遮罩特征的先進製程控制的缺陷偵測的靈敏度，同時不影響檢查輸送量。
根據某些實施例，系統101的PMC 102中包括的功能模組可以包括影像處理模組104和缺陷偵測模組106。PMC 102可以配置成針對遮罩的檢查區域（經由I/O介面126）獲得具有至少以檢查區域重疊的複數個視場（FOV）的複數個檢查圖像，並且針對每個檢查圖像，獲得一組參考圖像，所述一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像。例如，檢查圖像和參考圖像可以藉由諸如例如光化檢查工具的遮罩檢查工具120來獲取。
缺陷偵測模組106可以配置成產生對應於複數個檢查圖像的複數個缺陷圖。每個缺陷圖包括位於相應檢查圖像的檢查區域中的一或多個候選缺陷。相應檢查圖像的一或多個候選缺陷可以被對準，從而產生感興趣候選缺陷（DCI）列表。
針對清單之每一者給定DCI，影像處理模組104可以配置成產生複數個差分補塊。具體地，影像處理模組104可以配置成至少藉由以下步驟產生與複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的差分補塊：分別從檢查圖像和一組參考圖像提取圍繞給定DCI的位置的圖像補塊，從而產生檢查補塊和一組參考補塊；針對每個參考補塊，計算濾波器，所述濾波器最佳化成使檢查補塊與使用濾波器獲得的經校正參考補塊之間的差異最小化，從而產生對應於一組參考補塊的一組濾波器和一組經校正參考補塊；並且組合一組經校正參考補塊以獲得複合參考補塊，並且將檢查補塊與複合參考補塊進行比較以獲得差分補塊。
缺陷偵測模組106可以進一步配置成基於複數個差分補塊計算等級，並將偵測閾值應用於所述等級以決定給定DCI是否為感興趣缺陷（DOI）。
將參照圖2、圖3和圖4對系統100、系統101、PMC 102和其中的功能模組的操作進行進一步詳細地說明。
根據某些實施例，系統100可以包括儲存單元122。儲存單元122可以配置成儲存作業系統100和系統101所需的任何資料，例如，與系統100和系統101的輸入和輸出有關的資料，以及由系統101產生的中間處理結果。例如，儲存單元122可以配置成儲存由遮罩檢查工具120產生的檢查圖像和參考圖像及/或其衍生物（例如，預處理後的圖像）。因此，可以從儲存單元122中檢索圖像並且將其提供給PMC 102以供進一步處理。
在一些實施例中，系統100可以可選地包括基於電腦的圖形化使用者介面（GUI）124，GUI 124配置成啟用與系統101有關的使用者指定輸入。例如，可以（例如，藉由形成GUI 124的一部分的顯示器）向使用者呈現遮罩的視覺表示，所述視覺表示包括遮罩或其部分的圖像。可以藉由GUI向用戶提供定義某些指令引數（諸如例如，敏感掃瞄參數、參考區域/位置的數量、感興趣候選缺陷（DCI）列表、偵測閾值等）的選項。在一些情況下，使用者還可以在GUI上查看操作結果，諸如複合參考補塊、（多個）差分補塊、（多個）偵測到的DOI、（多個）缺陷圖、及/或進一步的檢查結果。
如前述，系統101配置成經由I/O介面126接收遮罩的複數個圖像（例如，檢查圖像及/或參考圖像）。圖像可以包括由遮罩檢查工具120產生的圖像資料（及/或其衍生物）及/或儲存在儲存單元122或一或多個資料儲存器中的圖像資料。在一些情況下，圖像資料可以指由遮罩檢查工具擷取的圖像，及/或從藉由各種預處理階段獲得的擷取圖像匯出的預處理圖像等。應當注意，在一些情況下，圖像可以包括相關聯的數位資料（例如，中繼資料、手工製作的屬性等）。還應當注意，在一些實施例中，圖像資料與要印刷在晶片上的半導體裝置的目標層有關。
系統101進一步配置成經由處理所接收到的圖像並且經由I/O介面126將檢查結果（例如，偵測到的DOI、缺陷圖、複合參考補塊等）發送至儲存單元122、及/或用於渲染的GUI 124、及/或遮罩檢查工具120。
在一些實施例中，除系統101之外，遮罩檢查系統100還可以包括一或多個檢查模組，諸如例如，（多個）額外的缺陷偵測模組及/或自動缺陷審查模組（ADR）及/或自動缺陷分類別模組（ADC）及/或計量相關模組及/或可用於對遮罩進行額外檢查的其他檢查模組。一或多個檢查模組可以實現為獨立電腦，或者一或多個檢查模組的功能（或者至少其中一些功能）可以與遮罩檢查工具120集成。在一些實施例中，從系統101獲得的輸出可以由遮罩檢查工具120及/或一或多個檢查模組（或其部分）使用以用於進一步檢查遮罩。
本領域技藝人士將容易理解，當前揭露的標的的教導不受圖1所示的系統的限制；等效及/或修改的功能可以以另一種方式合併或劃分，並且可以以軟體與韌體及/或硬體的任何適當組合來實現。
應當注意，圖1所示的遮罩檢查系統可以在分散式運算環境中實現，其中PMC 102中包括的上述功能模組可以分佈在多個本端及/或遠端設備上，並且可以藉由通訊網路連結。還應當注意，在其他實施例中，遮罩檢查工具120、儲存單元122及/或GUI 124中的一或多個可以在系統100外部並且經由I/O介面126與系統101進行資料通訊。系統101可以實現為與遮罩檢查工具一起使用的（多個）獨立電腦。替代地，系統101的各個功能可以至少部分地與遮罩檢查工具120集成，從而促進和增強遮罩檢查工具120在檢查有關程序中的功能。
雖然不一定如此，但系統101和系統100的操作程序可以對應於關於圖2至圖4所描述的方法的一些或所有階段。同樣，關於圖2至圖4所描述的方法及其可能的實現方式可由系統101和系統100實現。因此，應當注意，加以必要修改，系統101和系統100的各種實施例可以實現與關於圖2至圖4所描述的方法有關的所討論的實施例，反之亦然。
現在參照圖2，圖2圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的對可用於製造半導體取樣的遮罩的遮罩檢查的一般流程圖。
針對遮罩的檢查區域，可以（例如，由PMC 102經由I/O介面126、從遮罩檢查工具120或者從儲存單元122）獲得（202）複數個檢查圖像。複數個檢查圖像具有至少以檢查區域重疊的複數個視場（FOV）。針對每個檢查圖像，可以獲得一組參考圖像，所述一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像。檢查圖像和參考圖像為如前述的航空圖像。
在一些實施例中，複數個檢查圖像（及/或參考圖像）可以由光化檢查工具（諸如例如應用材料公司（Applied Materials Inc.）的Aera遮罩檢查工具）順序地獲取。光化檢查工具配置成類比可用於根據遮罩製造半導體晶片的光刻工具（例如，掃瞄器或步進機）的光學配置，如上文參照圖5所述。可以以預定義步長獲取圖像，使得圖像的FOV至少以檢查區域重疊。
由這種光化檢查工具獲取的圖像（即，航空圖像）預期類似於經由光刻工具使用遮罩製造的晶片的圖像。換言之，光化遮罩檢查工具配置成為了捕捉遮罩圖像，所述遮罩圖像可以類比遮罩中的設計圖案在製造程序後實際上將如何出現在物理晶片中。
在一些情況下，光化檢查工具可能不可用於檢查遮罩。在這種情況下，諸如例如一般光學檢查工具、電子束工具等的非光化檢查工具可以用於獲取遮罩的非航空圖像。可以對獲取的非航空圖像進行類比，以類比光刻工具的光學配置，從而產生遮罩的航空圖像。因此，在一些實施例中，參照圖2描述的遮罩檢查方法可以進一步包括預備步驟：獲得由非光化檢查工具獲取的複數個圖像，並且在圖像上執行類比（例如，藉由PMC 102的影像處理模組104，或藉由遮罩檢查工具120的處理模組等）以類比光刻工具的光學配置，從而產生複數個檢查圖像（即，航空圖像）。
在一些實施例中，在檢查期間，遮罩可以在曝光期間相對於遮罩檢查工具的偵測器以步長移動（或者遮罩和工具可以在彼此相反的方向上移動），並且遮罩可以藉由遮罩檢查工具沿著遮罩的條帶逐步掃瞄，所述遮罩檢查工具一次僅對遮罩的（在條帶內的）部件/部分成像（也稱為工具或圖像的視場（FOV））。例如，在每個步驟中，可以從遮罩的矩形部分偵測光，並且將這種偵測到的光在所述部分中的多個點處轉換為多個強度值，從而形成對應於遮罩的所述部件/部分的圖像。FOV或對應於FOV的圖像的大小和尺寸可以根據某些因素（諸如不同的工具配置）而有所不同。在一個示例中，對應於遮罩的矩形FOV的每個圖像可以是長度約為1000像素，寬度約為1000像素。在另一示例中，對應於矩形FOV的圖像可以是約為800像素×1600像素的大小。
因此，可以在沿遮罩的條帶的順序掃瞄期間順序地獲得遮罩的複數個圖像，每個圖像表示遮罩的相應部件/部分。例如，可以從左到右掃瞄遮罩的第一條，然後從右到左掃瞄第二條，依此類推，直到掃瞄整個遮罩（或遮罩的感興趣的區域）。
在一些情況下，可以藉由遮罩檢查工具以步長來獲取複數個圖像，所述步長預定義為使得複數個圖像的FOV可以根據步長而部分地重疊。例如，在步長被預定義為FOV長度的1/3的情況下，三個順序擷取的圖像重疊FOV的1/3。換言之，重疊區域的給定檢查區域可以在三個連續圖像中被擷取三次。因此，使用重疊成像採集，可以在多個重疊圖像中多次擷取遮罩上的每個檢查區域。
可以針對每個檢查圖像獲得一組參考圖像，所述一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像。針對每個檢查區域，可以辨識一或多個參考區域並且將其用作比較的參考。例如，在待檢查的遮罩是多晶粒遮罩（其中遮罩場包括具有相同/相似設計圖案的多個晶粒）並且檢查區域位於遮罩上的檢查晶粒中的情況下，來自遮罩上的檢查晶粒的一或多個參考晶粒（例如，檢查晶粒的相鄰晶粒）的一或多個參考區域（對應於檢查區域的位置）可以用作參考（諸如例如，在D2D檢查中）。
作為另一示例，在遮罩是單晶粒遮罩（其中遮罩場僅包括一個晶粒）的情況下，檢查區域和一或多個參考區域位於遮罩的同一晶粒中，其中一或多個參考區域與檢查區域共享相同/相似的設計圖案。如下文將更詳細描述的，例如，可以基於遮罩的設計資料，使用可用於辨識相似圖案的任何合適演算法來辨識一或多個參考區域。
如將參照圖2描述的，在一些實施例中，所獲得的複數個檢查圖像（及/或參考圖像）可以在進一步處理之前進行預處理。預處理可以包括以下操作中的一或多個操作：內插（例如，在圖像具有相對低解析度的情況下）、雜訊濾波、焦點校正、像差補償和圖像格式轉換等。
應當注意，本案內容不限於遮罩檢查工具的特定模態、及/或由此獲取的圖像的類型、及/或處理圖像所需的預處理操作。
可以（例如，藉由PMC 102中的缺陷偵測模組106）產生（204）對應於複數個檢查圖像的複數個缺陷圖。可以使用至少一個參考圖像（例如，來自一組參考圖像中的一個參考圖像）來產生每個缺陷圖，並且每個缺陷圖可以指示相應檢查圖像上的候選缺陷分佈。例如，可以基於檢查圖像的像素值與至少一個參考圖像的像素值之間的差異來產生至少一個差異圖像。可以藉由使用偵測閾值基於至少一個差異圖像決定可疑缺陷（即，候選缺陷）的位置來產生缺陷圖。在一些實施例中，缺陷圖可以進一步指示候選缺陷的一或多個缺陷特性，諸如例如候選缺陷的位置、強度和大小等。缺陷圖顯示的候選缺陷可以基於候選缺陷的位置而定位在對應檢查圖像中。
如前述，在一些實施例中，可以使用敏感掃瞄來獲取檢查圖像和一或多個參考圖像。例如，可以藉由使用具有更高靈敏度的特定參數配置的檢查工具來啟用敏感掃瞄。配置參數可以包括以下各項中的一項或多項：照明條件、偏振和每個區域的雜訊位凖等。
在一些實施例中，除了敏感掃瞄或代替敏感掃瞄，可以根據敏感偵測要求來配置偵測閾值。例如，可以使用相對較低的閾值來顯示缺陷圖中的更多可疑缺陷，從而導致具有更高靈敏度的缺陷偵測。這種由敏感掃瞄及/或敏感偵測產生的缺陷圖中的候選缺陷最有可能是雜訊及/或誤報（因為DOI很少見）。此類缺陷圖也因此被稱為雜訊圖。
具體地，每個缺陷圖可以包括位於相應檢查圖像的檢查區域中的一或多個候選缺陷。可以對準相應檢查圖像的一或多個候選缺陷，從而產生感興趣候選缺陷（DCI）列表。例如，可以基於候選缺陷的缺陷特徵（例如，缺陷位置）對相應檢查圖像的候選缺陷進行對準。例如，可以將缺陷圖轉換為遮罩座標，從而藉由遮罩座標系中的座標列表描述每個候選缺陷。重疊檢查圖像的複數個缺陷圖可以報告位於檢查圖像的FOV之間的重疊檢查區域中的相同缺陷。一旦使用遮罩座標報告了候選缺陷，就可以在檢查圖像的候選缺陷之間進行統一。可以藉由將遮罩座標系中的候選缺陷座標與匹配標準匹配（例如，藉由對候選缺陷的位置應用擴張）來執行統一。在一些實施例中，除了匹配座標之外，所述統一還可以考慮到缺陷圖中候選缺陷的出現次數。例如，可以定義配置參數以用於對匹配的候選缺陷進行附加濾波，要求在一定數量的重疊缺陷圖中（例如，在所有複數個缺陷圖中）偵測候選缺陷，如在下文中進一步舉例說明的。在一些實施例中，可選地，一旦候選缺陷被統一，可以基於在每個缺陷圖中排名的候選的強度來執行額外的濾波，例如，具有相對較高排名的經統一候選將被選為DCI列表。
現在參照圖6，圖6示意性地圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的多晶粒遮罩以及多晶粒遮罩的檢查區域、複數個檢查圖像和參考圖像的示例。
如圖所示，多晶粒遮罩600具有包括共享相同設計圖案的九個晶粒的遮罩場。針對遮罩600的檢查晶粒中的給定檢查區域602，順序地獲取三個重疊檢查圖像603、604和605。這三個圖像以特定的步長來擷取，使得它們的FOV以例如圖像的FOV的三分之一重疊。因此，檢查區域602在三個圖像中被獲取三次（例如，檢查區域602位於第一圖像的右側、第二圖像的中間和第三圖像的左側）。
針對遮罩600的檢查晶粒中的檢查區域602，來自遮罩上的檢查晶粒的兩個參考晶粒（例如，兩個相鄰晶粒）的兩個參考區域606和608（對應於檢查區域602的位置）可以用作比較的參考。針對任一參考區域，可以類似地獲取三個參考圖像，其中FOV以圖像的FOV的三分之一重疊。因此，針對檢查圖像603、604和605之每一者檢查圖像獲得六個參考圖像的集合。
在缺陷偵測期間，可以使用六個參考圖像中的至少一個為每個檢查圖像產生缺陷圖。因此，產生了對應於三個檢查圖像603、604和605的三個缺陷圖。每個缺陷圖包括在相應檢查圖像的檢查區域內顯示的一或多個候選缺陷。可以對準/配準相應檢查圖像的候選缺陷，從而產生感興趣候選缺陷（DCI）列表。
例如，假設在三個檢查圖像的檢查區域中的對應位置處顯示相同數量的候選缺陷（例如，三個候選缺陷）並且所述候選缺陷在圖像之間正確對準，則DCI列表可以包括三個候選缺陷。又例如，在一些情況下，由於諸如雜訊及/或變化等各種原因，可能在不同的檢查圖像中顯示出不同數量的候選缺陷。例如，假設在第一檢查圖像的檢查區域中顯示了三個候選缺陷，在第二檢查圖像的檢查區域中顯示了三個候選缺陷，在第三檢查圖像的檢查區域中僅顯示了兩個候選缺陷。每次進行對準時，兩個候選缺陷被統一為三個檢查圖像中的共同候選缺陷，而剩餘的一個候選缺陷出現在兩個圖像中但不知何故從第三檢查圖像中缺失。在一些情況下，如前述的配置參數可以定義為要求候選缺陷出現在大多數檢查圖像中（例如，三分之二）。在這種情況下，DCI清單可以包括三個候選缺陷，從而也可以得到第三圖像中缺失候選缺陷的對應位置的圖像資訊，並在進一步處理中進行處理，以輔助判斷此候選缺陷是DOI還是誤報。在一些其他情況下，替代地，上述配置參數可以定義為要求候選缺陷出現在所有檢查圖像中。在這種情況下，DCI清單可以僅包括出現在所有圖像中的兩個共同候選缺陷。在更進一步的情況下，DCI列表可以基於附加的或替代的因素（諸如例如，待選擇的預定數量的DCI、候選缺陷的相對於某些缺陷特徵的排名等）來決定。
繼續圖2的描述，對於如上決定的DCI列表中的至少一個給定DCI，可以（例如，藉由PMC 102中的影像處理模組104）產生（206）複數個差分補塊。具體地，可以在如下參照框208至214描述的程序中產生與複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的差分補塊。
具體地，針對每個檢查圖像，可以分別從檢查圖像和一組參考圖像中提取（208）圍繞給定DCI的位置的圖像補塊，從而產生檢查補塊和一組參考補塊。在圖6的示例中，圖示在三個檢查圖像中共同的DCI（例如，假設存在M個選定的DCI，儘管在圖6中僅圖示其中一個（作為黑點））。例如，針對檢查圖像603中的DCI，可以分別從檢查圖像603和六個參考圖像中的每一個參考圖像中提取圍繞DCI的正方形形狀的周圍圖像補塊，從而產生檢查補塊（例如，檢查補塊610中的左側檢查補塊）和一組參考補塊612（在本示例中為六個參考補塊）。因此，針對DCI列表之每一者DCI，可以產生對應的檢查補塊和一組參考補塊。
可選地，在一些實施例中，分別將檢查補塊與來自一組參考補塊的每個參考補塊配準（210）。將兩個圖像補塊（檢查補塊和相應的參考補塊）配準以執行準確的比較。配準可以包括測量兩個圖像補塊之間的偏移並且相對於一個圖像補塊移動另一個圖像補塊以校正偏移。偏移可能由各種因素（諸如例如，由工具漂移（例如，掃瞄器及/或平臺漂移）導致的導航誤差等）引起，因為這兩個補塊是從針對不同晶粒獲取的不同圖像中提取的。
可以根據本領域已知的任何合適的配準演算法來實現配準。例如，可以使用以下演算法中的一者或多者來執行配準：基於區域的演算法、基於特徵的配準或相位關聯配準。基於區域的方法的示例是使用諸如盧卡斯·卡納德（Lucas Kanade）演算法（LK）之類的光流進行配準。基於特徵的方法是基於在兩個圖像中找到不同的資訊點（「特徵」），並且根據特徵的對應關係計算每對圖像之間所需的變換。這允許彈性配準（即非剛性配準），其中不同區域分別移動。相位關聯配準是使用頻域分析完成的（其中傅裡葉域中的相位差被轉換為圖像域中的配準）。
替代地，在一些實施例中，可以跳過配準。例如，在可以估計檢查補塊和相應參考補塊之間可能沒有實質性偏移的情況下，可以省略配準。
針對每個參考補塊，可以計算（212）濾波器以應用於參考補塊以產生具有更好品質（例如，更少雜訊、具有更高SNR）的經校正參考補塊。在一些實施例中，可以使用最佳化方法獲得濾波器，以使檢查補塊與對應的經校正參考補塊（所述經校正參考補塊藉由對對應的參考補塊應用濾波器來獲得）之間的差異最小化，從而提高所產生的差分補塊中的缺陷信號的SNR。由此獲得的濾波器在本文中也被稱為用於相應參考補塊的最佳濾波器。
在一些實施例中，由此產生的最優濾波器能夠校正檢查補塊與參考補塊之間的某些變化和變換，這些變化和變換可能由各種雜訊類型/源引起，所述雜訊類型/源諸如例如以下各項中的一項或多項：配準殘差（例如，剛體配準殘差或彈性配準殘差等）、強度增益和偏移、散焦和視場（FOV）畸變（也稱為圖像感測器均勻性或CCD均勻性噪音）等。
此類雜訊中的一些可以用線性模型來表示，諸如例如剛體配準殘差、強度增益和偏移、散焦等。例如，諸如例如 之類的函數可以表示檢查補塊和參考補塊中的像素（x，y）的灰階位凖之間的強度增益和偏移的變化，其中係數 a k 表示增益因數， b k 表示偏移。在一些其他情況下，雜訊中的一些可以用非線性模型表示，諸如例如，FOV畸變、彈性配準殘差等。
具體地，如前述的FOV畸變是指圖像的FOV內不同位置處的圖像強度變化和不均勻性。這可能是由某些光學系統像差引起的，包括但不限於例如像散、場中的不均勻照明、由於透鏡形狀和散斑等引起的畸變，如在下文中進一步詳細描述的。
例如，FOV畸變可能由不均勻照明（例如，照明不均勻性）引起，這在低照明條件下變得尤其關鍵，並且這可能增加圖像的某些區域的雜訊。像散和場曲是光學系統的已知像差，這可能導致圓柱形影響，其中圖像的x方向和y方向上的對比度和焦點不均勻並且沿FOV變化。這些像差會顯著影響補塊的相似性，並且導致FOV不同位置的圖案外觀出現差異。
此外，由於透鏡形狀引起的畸變會導致沿FOV的不同放大倍率（這可能導致像素尺寸的變化）。斑塊是指在訊框之間變化的高頻雜訊（例如，雜訊可能不會出現在不同圖像中的同一位置）。
如所描述的，前述的像差可以在不同FOV位置之間變化，而在一些情況下，所述像差還取決於圖案。應當注意，雖然FOV畸變通常由非線性濾波器表示，但在相對較小的圖像補塊上解決FOV畸變時，FOV畸變的行為可以估計為線性，因此在某些情況下可以使用線性濾波器校正FOV畸變。
為了解決如前述的各種雜訊，可以（單獨地或以任何合適的組合）使用不同的濾波方法，諸如例如線性回歸、非線性回歸、匹配濾波器等。特別地，在一些實施例中，每個單獨的參考補塊都需要特定的校正，因為不同的補塊可能遭受不同的雜訊。例如，當使用來自FOV中不同位置的參考補塊時，可能會出現不同的FOV畸變。因此，需要獨特的濾波器來單獨校正每個參考補塊，以解決上述雜訊和像差中的一者或多者。
在一些實施例中，可以使用最佳化方法來獲得濾波器，以使檢查補塊與對應的經校正參考補塊（當在對應的參考補塊上應用濾波器時）之間的差異最小化。例如，最佳化程序的目標損失函數可以表示為： ，其中 h表示濾波器， ref表示參考補塊的像素值，並且 ins表示檢查補塊的像素值。例如，濾波器可以具有固定的尺寸（例如，5*5，或7*7），當將濾波器應用於參考補塊時，可以與參考補塊的對應部分順序地迴旋，從而得到經校正參考補塊。這種計算的濾波器可以校正由以下各項中的一項或多項引起的上述變化：配準殘差、強度增益和偏移、散焦和FOV畸變等。
在一些實施例中，在所需校正可以被認為是線性變換的情況下，可以使用最小二乘（LS）最佳化來計算濾波器。下面描述這種最佳化的示例性實現方式。
對於給定圖像 I和參考圖像 R，搜索濾波器 f，使得 。 f是使參考補塊與圖像補塊之間的差異最小化的濾波器。最佳化演算法找到濾波器( f)，使得 I和 R*f( R由 f濾波)在LS方面最相似。這個方程可以被組織為線性方程組，使得針對濾波器變數計算LS最佳化。演算法的輸出包括估計的最優濾波器 f和經濾波圖像 R_經校正。藉由在圖像 R上應用未知濾波器 f（例如，尺寸為3×3）並且將其與圖像 I進行比較，可以產生一組近似線性方程。這組線性方程被轉換為矩陣符號 x = A b ，其中：
離散的2D迴旋可以表示為矩陣乘法，並且問題轉化為以下的LS平方問題： 。並且LS解由下式提供： （其中 b 是已知觀測值的向量，A是已知矩陣， x 是未知參數的向量）。
在一些其他實施例中，在所需的校正可以被認為是非線性變換的情況下，可以使用例如反覆運算最佳化方法來計算濾波器。例如，最佳化方法可以實現為一階（基於梯度的）線搜索最佳化方案。可以計算與濾波器初始值的第一次粗略擬合並且將其用作最佳化的初始起點。在每次反覆運算中，可以在起點計算梯度，並且辨識下降方向（例如，反梯度方向），沿著所述下降方向，損失函數將被充分減小。計算步長，所述步長決定沿此方向移動的距離。在以所決定的步長沿著下降方向移動時，會匯出新的起點並且用於開始下一次反覆運算。可以重複進行反覆運算直到達到收斂（即損失函數的誤差達到最小值）。具有使損失函數能夠最小化的最佳化值的濾波器成為用於校正參考補塊的最佳濾波器。
在一些情況下，可選地，濾波器可以額外地包括一或多個圖像遮罩。例如，可以使用一個遮罩來避免無效的圖像資訊，諸如圖像補塊中的瑕疵像素（例如，燒焦的像素）。又例如，權重遮罩可以用於在圖像補塊的不同區域上應用不同權重的目的。例如，權重遮罩可以配置成使得增加圖像補塊中重要區域的權重，同時可以減少不太重要區域的權重。可能需要特殊特定權重的區域的示例包括（但不限於）：可疑缺陷像素、可疑缺陷周圍的區域（不包括缺陷本身）、周邊像素、圖像內的邊緣（通常具有高梯度）。這種遮罩可以單獨使用或以組合使用。
可選地，在某些情況下，可以根據參考圖像的雜訊特性（例如，雜訊位凖）來調整濾波器的尺寸。
根據某些實施例，如圖3所示，針對每個參考補塊，可以選擇（302）一或多個雜訊以進行校正（例如，不同類型/來源的雜訊），例如，從包括以下內容的群組中選擇（302）：配準殘差（包括剛體配準殘差及/或彈性配準殘差等）、強度增益和偏移、散焦及/或視場（FOV）畸變。可以具體計算（304）包括一組濾波器部件的濾波器，（使用任何合適的最佳化方法）以校正每個參考補塊的相應雜訊。如前述，每個濾波器部件可以是線性的或非線性的，並且可以解決上述雜訊類型中的一者或多者，可選地具有一或多個圖像遮罩。計算後的濾波器可以應用於（306）參考補塊以獲得經校正參考補塊。
一旦針對每個參考補塊計算了相應的濾波器，就獲得了對應於一組參考補塊的一組濾波器，並且可以建立一組經校正參考補塊（例如，藉由將一組濾波器應用於對應的參考補塊）。可以組合（214）一組經校正參考補塊以獲得複合參考補塊。檢查補塊可以與複合參考補塊進行比較以獲得差分補塊。
例如，可以基於檢查補塊的像素值與複合參考補塊的像素值之間的差異來產生差分補塊。在一些情況下，可以（針對補塊中的像素中的至少一些像素）使用一或多個差異正規化因數來進一步對差分補塊進行正規化。例如，可以基於差分補塊及/或複合參考補塊中像素值的正常群體的行為來決定差異正規化因數。例如，為了減少散粒雜訊效應，可以根據複合參考補塊中對應像素值的灰階位凖來對差分補塊進行正規化（例如，具有較高灰階位凖值的像素通常比具有較低灰階位凖值的像素雜訊更大，因此可以為不同的像素分配不同的正規化因數）。在一些情況下，可以將差分補塊中的像素值正規化為差分補塊的對應原始像素值與對應差異正規化因數之間的比率。
在圖6的示例中，計算相應的濾波器並將其應用於六個參考補塊612之每一者參考補塊，從而產生六個對應經校正參考補塊。六個經校正參考補塊組合起來產生複合參考補塊。例如，可以藉由使用以下計算中的任何一個或其組合來組合/聚合經校正參考補塊（或其至少一部分）的對應像素值來執行所述組合：平均、加權平均、求最小值、求最大值和求均值。
一旦針對每個檢查圖像執行框208至214的上述程序並且獲得與檢查補塊相對應的差分補塊，就獲得與複數個檢查圖像相對應的複數個差分補塊（對於給定DCI）。在圖6的示例中，對於所示的DCI，針對三個檢查圖像603、604和605中的每一個檢查圖像重複框208至214的上述程序，並且獲得對應於三個檢查補塊610的三個差分補塊。
可以基於複數個差分補塊來計算等級，並且可以（例如，由PMC 102中的缺陷偵測模組106）將偵測閾值應用（216）到所述等級以決定給定的DCI是否為感興趣缺陷（DOI）。
如圖4所例示的，在一些實施例中，可以藉由基於差分補塊中的最高像素值針對複數個差分補塊之每一者差分補塊計算得分來計算（402）等級，從而產生對應於複數個差分補塊的複數個得分，並且對所述複數個得分求平均（404）以獲得所述等級。例如，每個差分補塊的得分可以是補塊中的最高像素值，其指示可疑缺陷信號的強度。又例如，可以將得分匯出為補塊中的像素值的平均值（例如，平均、加權平均或平均值）。
圖8圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的複數個差分補塊的示例。如圖所示，例如，藉由將每個檢查補塊與相應的複合參考補塊（其基於六個參考補塊產生）進行比較，來產生對應於圖6中的三個檢查補塊610的三個差分補塊802、804和806。如前述，三個差分補塊被進一步正規化。如圖所示，基於補塊中的最高像素值來計算每個差分補塊的得分，從而產生三個得分。藉由對三個得分求平均可以得出等級。
在一些實施例中，可以對DCI列表之每一者DCI執行複數個差分補塊的產生（206）、等級的計算以及偵測閾值的應用（216），從而決定DCI是否為DOI。可以提供對應於檢查區域的經更新的缺陷圖，所述經更新的缺陷圖包括藉由所述決定偵測到的一或多個DOI。在圖6的示例中，假設在參照框204描述的程序中選擇的DCI集合中有M個DCI（儘管圖6中僅圖示其中一個DCI），如前述的決定可以是對於M個DCI中的每一個DCI進行決定，可以將M個DCI中的N個DCI決定為DOI。可以產生經更新的缺陷圖，所述經更新的缺陷圖包括對應於檢查區域的N個DOI。
可以針對遮罩上的一或多個額外的檢查區域重複參照圖2描述的程序。在一些實施例中，可以對遮罩上的待檢查的感興趣區域（ROI）進行預定義，並且可以使用上述程序檢查ROI內的一或多個檢查區域。在一些情況下，可以將ROI定義為整個遮罩，而在一些其他情況下，可以將ROI定義為遮罩的一部分。
應當注意，儘管參照圖2描述的遮罩檢查程序是使用如圖6所示的多晶粒遮罩的示例來舉例說明的，但這絕非旨在以任何方式限制本案內容。應當理解，所提出的方法和系統可以類似地應用於單晶粒遮罩。圖7圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的單晶粒遮罩、以及單晶粒遮罩的檢查區域、複數個檢查圖像和參考圖像的示例。
如圖所示，單晶粒遮罩700具有由單個晶粒組成的遮罩場。針對單個晶粒中的給定檢查區域702，順序地獲取三個檢查圖像703、704和705。類似於上文參照圖6所描述的，這三個圖像以特定步長擷取，使得三個圖像的FOV以例如圖像的FOV的三分之一重疊。因此，檢查區域702在三個圖像中被獲取三次（例如，檢查區域702位於第一圖像的右側、第二圖像的中間和第三圖像的左側）。
針對檢查區域702，來自同一晶粒的與檢查區域共享相同設計圖案的三個參考區域706、708和709可以用作比較的參考。針對每個參考區域，可以類似地獲取三個參考圖像，其中FOV以圖像的FOV的三分之一重疊。因此，針對檢查圖像703、704和705之每一者檢查圖像獲得九個參考圖像的集合。
可以以各種方式辨識單晶粒遮罩中的參考區域。晶粒（或其（多個）部分）的設計資料可以包括具有特定幾何結構和佈置的各種設計圖案。設計圖案可以定義為由一或多個結構元素組成，每個結構元素都具有帶有輪廓的幾何形狀（例如，一或多個多邊形）。
在一些實施例中，可以接收單晶粒遮罩的設計資料，並且可以檢索複數個設計組，所述複數個設計組各自對應於具有相同設計圖案的一或多個晶粒區域。因此，可以辨識晶粒中對應相同設計圖案的區域。應當注意，當設計圖案相同或當設計圖案高度相關或彼此相似時，可以認為設計圖案是「相同的」。可以應用各種相似性度量和演算法來匹配和聚類相似的設計圖案，並且本案內容不應被解釋為受用於推導設計組的任何特定度量的限制。設計組的聚類（即，從CAD資料到複數個設計組的劃分）可以預先執行，或者由PMC 102作為本檢查程序的預備步驟來執行。
一旦在如圖7所示的單晶粒場景中辨識參考區域並獲得參考圖像，就可以與上文參照圖2和圖6所描述的多晶粒場景類似地執行缺陷圖、差分補塊的產生以及等級計算和DOI的決定。
根據某些實施例，由關於圖2描述的檢查程序產生的輸出可以包括以下各項中的一項或多項：決定的DOI、針對檢查區域的經更新的缺陷圖及/或針對每個檢查補塊的複合參考補塊。輸出可以由遮罩檢查工具120及/或包括在遮罩檢查系統100中的一或多個檢查模組使用，以進一步檢查遮罩，諸如例如，額外的缺陷偵測、缺陷審查、缺陷分類、計量相關操作（例如，CD測量）及/或任何其他檢查操作。例如，複合參考補塊可用於與EPD有關的缺陷偵測。
應當注意，適用於當前揭露的檢查程序的遮罩可以是任何種類的遮罩，包括但不限於記憶體遮罩及/或邏輯遮罩、及/或Arf遮罩及/或EUV遮罩等。本案內容不限於待檢查的遮罩的特定類型或功能。
根據某些實施例，如上文參照圖2、圖3和圖4描述的遮罩檢查程序可以被包括作為可由系統101及/或檢查工具120用於在運行時線上遮罩檢查的檢查配方的一部分。因此，當前揭露的標的還包括用於在配方設置階段期間產生檢查配方的系統和方法，其中所述配方包括如參照圖2、圖3和圖4描述的步驟（及其各種實施例）。應當注意，術語「檢查配方」應被廣泛解釋為涵蓋可由檢查工具用於執行與任何種類的遮罩檢查相關的操作（包括如前述的實施例）的任何配方。
應當注意，本案內容中示出的示例，諸如例如遮罩檢查工具架構和配置、遮罩類型及/或佈局、例示的圖像補塊、特定雜訊類型/源和濾波器以及上述的最佳化方法等，僅出於示例性目的進行說明，不應被視為以任何方式限制本案內容。除了以上內容或代替以上內容，可以使用其他適當的示例/實施方式。
如本文所述的遮罩檢查程序的某些實施例的優點之一是能夠在半導體代工廠中大規模生產晶片之前偵測遮罩上的感興趣缺陷（DOI），具有改進的偵測靈敏度，從而實現更高的DOI擷取率同時抑制FAR。
這至少藉由以下能力來實現：獲取重疊圖像從而增加參考的數量，計算針對相應參考補塊定製的特定濾波器，從而有效地去除每個參考補塊中的各種雜訊，以及將多個經校正參考補塊組合成進一步消除雜訊的複合參考補塊，從而得到具有改進的SNR的差分補塊。
此外，針對擷取相同檢查區域的多個重疊檢查圖像重複上述程序，並且在做出關於DOI是否存在的決定時（例如，基於複數個差分補塊的得分來產生等級），多個結果（即，複數個差分補塊）都被考慮在內，這可以進一步去除誤報，並且有效提高偵測靈敏度，而無需調整偵測閾值。其他優點在於，對小的圖像補塊進行處理而不是處理完整的檢查和參考圖像允許了更準確地校正參考，從而實現更高品質的參考建立。
如本文所述的遮罩檢查程序的某些實施例的優點之一是將如前述的多個參考檢查程序應用於單晶粒遮罩，從而能夠以增加的偵測靈敏度偵測單晶粒遮罩上的DOI。
應當理解，本案內容不限於其應用於本文所包含的描述或附圖中所示的細節。
還應當理解，根據本案內容的系統可以至少部分地在適當程式設計的電腦上實現。同樣地，本案內容設想了一種電腦程式，所述電腦程式可由電腦讀取以用於執行本案內容的方法。本案內容進一步設想了一種非暫時性電腦可讀記憶體，所述非暫時性電腦可讀記憶體有形地體現可由電腦執行以用於執行本案內容的方法的指令程式。
本案內容能夠具有其他實施例並且能夠以各種方式實踐和執行。因此，應當理解，本文所使用的表述和術語旨在用於描述目的而不應被視為限制性的。因此，本領域技藝人士將理解，本案內容所基於的概念可以容易地用作設計其他結構、方法和系統以實現當前揭露的標的的若干目的的基礎。
本領域技藝人士將容易理解，在不脫離在所附請求項中限定並由所附請求項限定的本案內容的範圍的情況下，可以將各種修改和改變應用於如前述的本案內容的實施例。
100:檢查系統 101:基於電腦的系統 102:PMC 104:影像處理模組 106:缺陷偵測模組 120:遮罩檢查工具 122:儲存單元 124:GUI 126:I/O介面 202:步驟 204:步驟 206:步驟 208:步驟 210:步驟 212:步驟 214:步驟 216:步驟 302:步驟 304:步驟 306:步驟 402:步驟 404:步驟 500:光化檢查工具 502:照明源 504:照明光學裝置 506:遮罩保持器 508:投射光學裝置 510:偵測器 512:晶片保持器 514:遮罩圖像 516:圖像 520:光刻工具 600:多晶粒遮罩 602:檢查區域 603:檢查圖像 604:檢查圖像 605:檢查圖像 606:參考區域 608:參考區域 610:檢查補塊 612:參考補塊 700:單晶粒遮罩 702:檢查區域 703:檢查圖像 704:檢查圖像 705:檢查圖像 706:參考區域 708:參考區域 709:參考區域 802:差分補塊 804:差分補塊 806:差分補塊
為了理解本案內容並瞭解如何在實踐中實施本案內容，現在將僅藉由非限制性示例的方式參考附圖對實施例進行描述，在附圖中：
圖1圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的遮罩檢查系統的功能方塊圖。
圖2圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的對可用於製造半導體取樣的遮罩的遮罩檢查的一般流程圖。
圖3圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的計算並且應用濾波器的一般流程圖。
圖4圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的計算等級的一般流程圖。
圖5圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的光化檢查工具和光刻工具的示意圖。
圖6示意性地圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的多晶粒遮罩以及多晶粒遮罩的檢查區域、複數個檢查圖像和參考圖像的示例。
圖7示意性地圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的單晶粒遮罩以及單晶粒遮罩的檢查區域、複數個檢查圖像和參考圖像的示例。
圖8圖示根據當前揭露的標的的某些實施例的複數個差分補塊的示例。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
202:步驟
204:步驟
206:步驟
208:步驟
210:步驟
212:步驟
214:步驟
216:步驟

Claims (15)

  1. 一種用於檢查可用於製造一半導體取樣的一遮罩的電腦化系統，該系統包括一處理和記憶體電路系統（PMC），該處理和記憶體電路系統（PMC）配置成： 針對該遮罩的一檢查區域，獲得具有至少以該檢查區域重疊的複數個視場（FOV）的複數個檢查圖像，並且針對每個檢查圖像，獲得一組參考圖像，該一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像； 產生對應於該複數個檢查圖像的複數個缺陷圖，每個缺陷圖包括位於一相應檢查圖像的該檢查區域中的一或多個候選缺陷，並且對準該相應檢查圖像的一或多個候選缺陷，從而產生一感興趣候選缺陷（DCI）列表； 針對該列表中的至少一個給定DCI，產生複數個差分補塊，其中該PMC配置成藉由以下方式產生與該複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的一差分補塊： 分別從該檢查圖像和該一組參考圖像提取圍繞該給定DCI的一位置的一圖像補塊，從而產生一檢查補塊和一組參考補塊； 針對每個參考補塊，計算一濾波器，該濾波器最佳化成使該檢查補塊與使用該濾波器獲得的一經校正參考補塊之間的一差異最小化，從而產生對應於該一組參考補塊的一組濾波器和一組經校正參考補塊；及 組合該一組經校正參考補塊以獲得一複合參考補塊，並且將該檢查補塊與該複合參考補塊進行比較以獲得該差分補塊； 基於該複數個差分補塊來計算一等級，並且將一偵測閾值應用於該等級以決定該給定DCI是否為一感興趣缺陷（DOI）。
  2. 根據請求項1之電腦化系統，其中該遮罩是一多晶粒遮罩，該檢查區域位於該遮罩上的一檢查晶粒中，並且該一或多個參考區域分別來自該遮罩上的該檢查晶粒的一或多個參考晶粒。
  3. 根據請求項1之電腦化系統，其中該遮罩是一單晶粒遮罩，並且該檢查區域和該一或多個參考區域來自該遮罩上的單個晶粒並且共享相同的設計圖案。
  4. 根據請求項1之電腦化系統，其中該PMC配置成在該計算一濾波器之前，分別將該檢查補塊與來自該組之每一者參考補塊配準以校正該檢查補塊與每個參考補塊之間的一相應偏移。
  5. 根據請求項1至4中任一項所述的電腦化系統，其中該濾波器包括一組濾波器部件，以用於校正以下雜訊的該參考補塊的相應雜訊：配準殘差、強度增益和偏移、散焦或視場（FOV）畸變。
  6. 根據請求項1至4中任一項所述的電腦化系統，其中該濾波器是使用最小二乘最佳化計算的。
  7. 根據請求項1至4中任一項所述的電腦化系統，其中該等級是藉由以下方式計算的：基於該差分補塊中的一最高像素值來針對該複數個差分補塊之每一者差分補塊計算一得分，從而產生對應於該複數個差分補塊的複數個得分，並且對該複數個得分求平均以獲得該等級。
  8. 根據請求項1至4中任一項所述的電腦化系統，其中該PMC進一步配置成執行該產生複數個差分補塊、計算一等級並且針對該DCI列表之每一者DCI應用一偵測閾值以決定該DCI是否為一DOI，並且提供對應於該檢查區域並且包括藉由該決定偵測到的一或多個DOI的一經更新的缺陷圖。
  9. 根據請求項1至4中任一項所述的電腦化系統，其中該複數個檢查圖像由具有一預定義步長的一光化檢查工具順序地獲取，該光化檢查工具配置成類比可用於製造該半導體取樣的一光刻工具的光學配置。
  10. 一種用於檢查可用於一製造半導體取樣的一遮罩的電腦化方法，該方法由一處理和記憶體電路系統（PMC）執行並且該方法包括以下步驟： 針對該遮罩的一檢查區域，獲得具有至少以該檢查區域重疊的複數個視場（FOV）的複數個檢查圖像，並且針對每個檢查圖像，獲得一組參考圖像，該一組參考圖像包括一或多個對應參考區域之每一者對應參考區域的複數個參考圖像； 產生對應於該複數個檢查圖像的複數個缺陷圖，每個缺陷圖包括位於一相應檢查圖像的該檢查區域中的一或多個候選缺陷，並且對準該相應檢查圖像的一或多個候選缺陷，從而產生一感興趣候選缺陷（DCI）列表； 針對該列表中的至少一個給定DCI，產生複數個差分補塊，包括藉由以下方式產生與該複數個檢查圖像之每一者檢查圖像相對應的一差分補塊： 分別從該檢查圖像和該一組參考圖像提取圍繞該給定DCI的一位置的一圖像補塊，從而產生一檢查補塊和一組參考補塊； 針對每個參考補塊，計算一濾波器，該濾波器最佳化成使該檢查補塊與使用該濾波器獲得的一經校正參考補塊之間的一差異最小化，從而產生對應於該一組參考補塊的一組濾波器和一組經校正參考補塊；並且 組合該一組經校正參考補塊以獲得一複合參考補塊，並且將該檢查補塊與該複合參考補塊進行比較以獲得該差分補塊； 基於該複數個差分補塊來計算一等級，並且將一偵測閾值應用於該等級以決定該給定DCI是否為一感興趣缺陷（DOI）。
  11. 根據請求項10之電腦化方法，其中該遮罩是一多晶粒遮罩，該檢查區域位於該遮罩上的一檢查晶粒中，並且該一或多個參考區域分別來自該遮罩上的該檢查區域的一或多個參考晶粒。
  12. 根據請求項10至11中任一項所述的電腦化方法，其中該濾波器包括一組濾波器部件，以用於校正以下雜訊的該參考補塊的相應雜訊：配準殘差、強度增益和偏移、散焦或視場（FOV）畸變。
  13. 根據請求項10至11中任一項所述的電腦化方法，進一步包括以下步驟：執行該產生複數個差分補塊、計算一等級並且針對該DCI列表之每一者DCI應用一偵測閾值以決定該DCI是否為一DOI，並且提供對應於該檢查區域並且包括藉由該決定偵測到的一或多個DOI的一經更新的缺陷圖。
  14. 根據請求項10至11中任一項所述的電腦化方法，其中該複數個檢查圖像由具有一預定義步長的一光化檢查工具順序地獲取，該光化檢查工具配置成類比可用於製造該半導體取樣的一光刻工具的光學配置。
  15. 一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，該非暫態電腦可讀取儲存媒體有形地體現指令程式，該等指令程式在由一電腦執行時使該電腦執行請求項10至11中任一項所述的方法。
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