TW202333105A - 掃描式電子顯微鏡之影像對準 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種判定複數個資料集之間的偏移之方法，每一資料集表示形成於一樣本上之一圖案的一取樣區域，其中每一取樣區域得自一遮罩圖案之一預定部分，該方法包含： 在該等資料集之雜訊中偵測該遮罩圖案之一指紋(fingerprint)；及 基於該遮罩圖案之該指紋判定偏移。

Description

掃描式電子顯微鏡之影像對準

本文中之描述內容係關於影像對準領域，且特別而言係關於掃描式電子顯微鏡(SEM)影像對準。

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檢測以確保其等係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組件之實體大小繼續縮小，且其結構繼續變得更複雜，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。

為了充分地分析樣本之部分的影像，有必要的是準確地知曉裝置圖案之哪一部分表示於影像中，例如以使名義上相同的圖案的多個影像彼此對準。存在圖案在樣本上之置放的不確定性及樣本在檢測系統中之置放的不確定性，該等不確定性可組合以給予關於裝置圖案之哪一部分準確地繪示於顯微鏡影像中的顯著不確定性。常常，此類不確定性參看識別影像中之地標來解析。然而，其未必總是可能的。舉例而言，在裝置圖案具有大於顯微鏡影像之尺寸的長度之直線的區域之處，已有必要的是添加地標以便使該圖案之影像在該等線的方向上對準。

根據本發明之一第一態樣，提供一種判定複數個資料集之間的偏移的方法，每一資料集表示形成於一樣本上之一圖案的一取樣區域，其中每一取樣區域得自於一遮罩圖案之一預定部分，該方法包含： 在該等資料集之雜訊中偵測該遮罩圖案之一指紋(fingerprint)；及 基於該遮罩圖案之該指紋判定偏移。

根據本發明之一第二態樣，提供一種檢測方法，其包含： 使用一掃描式電子顯微鏡以藉由掃描一或多個樣本中之一預定圖案的複數個複本來獲得複數個SEM影像； 提取該複數個SEM影像中之每一者中的一線之一輪廓以獲得複數個線輪廓； 判定該等線輪廓中之每一者的一初始偏移集合； 基於該等線輪廓及該初始偏移集合來計算一平均輪廓；及 反覆地計算一改良之偏移集合及更新該平均輪廓，該改良之偏移集合使該等輪廓線中之每一者與平均輪廓之間的相關最大化。

根據本發明之一第三態樣，提供一種對準影像的方法，其包含： 接收複數個影像，該等影像中之每一者包括一樣本之一相同特徵集合的影像，該等特徵已利用一微影系統使用一遮罩來形成，其中所有該等特徵為該影像中不具有地標的平行線性特徵且使用該遮罩之大體上相同的部分形成，該等特徵中之每一者具有一線邊緣粗糙度，該線邊緣粗糙度包括由該遮罩產生之一分量及一隨機分量； 分析該等影像以導出對應於由該遮罩產生之一第一線邊緣粗糙度分量的資料；及 基於該導出資料對準該等影像。

根據本發明之一第四態樣，提供一種電腦程式產品，其包含一非暫時性電腦可讀媒體，該非暫時性電腦可讀媒體上記錄有指令，該等指令在由一電腦或一掃描式電子顯微鏡的一控制器執行時實施上述方法中的任一者。

根據本發明之一第四態樣，提供一種系統，其包含： 一掃描式電子顯微鏡(SEM)，其經組態以運用一電子射束進行掃描且產生一影像；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該處理器與該SEM合作以執行上述方法中之任一者的指令。

現將詳細參考例示性實施例，其實例說明於附圖中。以下描述內容參考附圖，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相似元件。闡述於例示性實施例之以下描述中之實施方案並不表示全部實施方案。實情為，其僅為符合關於所附申請專利範圍中所敍述之所揭示實施例的態樣的設備及方法之實例。舉例而言，儘管一些實施例係在利用電子射束之內容背景中予以描述，但本發明不限於此。可相似地應用其他類型之帶電粒子束。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同一矽塊上且被稱為積體電路或IC。此等電路之大小已顯著地減小，使得電路中之許多電路可安裝於基板上。舉例而言，智慧型手機中之IC晶片可小達拇趾甲大小且仍可包括20億個以上電晶體，每一電晶體之大小可小達人類毛髮之大小的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會潛在地引起成品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。

提高良率之一個組件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該電路結構形成之各種階段處檢測晶片電路結構。可使用掃描式電子顯微鏡(SEM)來進行檢測。SEM可用於實際上將此等極小結構成像，從而獲取結構之「圖像」。影像可用於判定結構是否正常形成，且亦結構是否形成於適當位置。若結構為有缺陷的(例如，錯誤形狀、大小或位置)，則程序可經調整，使得缺陷不大可能再次出現。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。

將進行檢測的一些結構涉及具有簡單重複圖案，諸如平行線的大型區域。平行線之區域可為存在於最終裝置中的互連層之部分。又一些特徵以兩步法形成，在該兩步法中，連續平行線在一個步驟中形成，且接著在第二步驟中進行「切割」以形成較短線。因此，連續平行線並不繼續存在至製成品中，而是在連續平行線經切割之前仍需要對連續平行線進行檢測。平行線之此等區域可大於檢測工具的視野，使得由檢測工具輸出之影像由延伸橫越影像之一系列平行線組成。線將常常平行於影像之數側(例如，在X或Y方向上延伸)，但亦可為對角線。

因為樣本上圖案之置放且樣本在檢測系統中之置放上的不確定性以及在影像中缺少由筆直平行線組成的任何識別地標，可難以準確地判定裝置圖案之哪一部分已經成像且在線的方向上對準多個影像。準確地知曉圖案之哪一部分已經成像且精準地對準不同樣本之多個影像為重要的以恰當地診斷經印刷圖案中任何可變性的原因。

本文中之揭示內容尤其描述用於使多個SEM影像彼此對準且藉此判定圖案之經成像部分與用以形成圖案之遮罩之間的關係的方法及系統。本發明者已認識到，可被稱為「雜訊」的影像中特徵之形狀的變化得自若干源。雜訊源可包括：遮罩；暴露光阻劑至遮罩圖案的微影步驟；經執行以使光阻劑顯影的化學程序；將圖案轉印至基板中的化學或物理程序，例如蝕刻程序(其中檢測係在圖案轉印步驟之後)；及成像程序。本發明者已認識到，來自微影步驟、化學程序及成像的雜訊為高度隨機的(random、stochastic)，且在得自不同樣本的影像之間不同，但由遮罩引起之雜訊在影像之間為相當一致的，此係因為雜訊係得自遮罩上圖案的微小變化，變化並不隨時間改變或僅非常緩慢地改變。因此，本發明內容描述用於比較多個影像以在雜訊中找尋遮罩之「指紋」且藉此使影像彼此對準且與遮罩對準的數學方法。

現參考圖1，圖1說明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中所繪示，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(equipment front end module，EFEM) 106。電子射束工具104定位於主腔室101內。雖然本描述及圖式係針對電子射束，但應瞭解，實施例並不用以將本發明限於特定帶電粒子。本文所描述之方法可應用至自任何形式之顯微鏡，包括光學顯微鏡導出的影像。

EFEM 106可包括第一裝載埠106a及第二裝載埠106b。EFEM106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)或待檢測之樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP) (晶圓與樣本可互換使用)。

EFEM 106中之一或多個機器人臂(圖中未示)可將晶圓運送至裝載/鎖定腔室102。裝載/鎖定腔室102連接至裝載/鎖定真空泵系統(圖中未示)，其移除裝載/鎖定腔室102中之氣體分子以達到低於大氣壓之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(圖中未示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室102運送至主腔室101。主腔室101連接至主腔室真空泵系統(圖中未示)，該系統移除主腔室101中之氣體分子以達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，藉由電子射束工具104對晶圓進行檢測。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可為經組態以執行對EBI系統100之各種控制的電腦。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中被展示為在包括主腔室101、裝載/鎖定腔室102及EFEM 106之結構外部，但應瞭解，控制器109可係該結構之部分。

在一些實施例中，控制器109可包括一或多個處理器(圖中未示)。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，處理器可包括以下各者之任何組合：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)及具有資料處理能力之任何類型電路。處理器亦可為虛擬處理器，其包括在經由網路耦接的多個機器或裝置上分佈的一或多個處理器。

在一些實施例中，控制器109可進一步包括一或多個記憶體(圖中未示)。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，記憶體可包括以下各者之任何組合：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、固態機、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。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的多個機器或裝置上分佈的一或多個記憶體。

現參考圖2，圖2說明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可經組態以用於EBI系統100中。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及晶圓固持器202，該晶圓固持器202由機動樣本載物台201支撐以固持作為待檢測之樣本之實例的晶圓203。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、聚光器透鏡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及射束限制孔徑212，此兩者可判定進入駐存於射束限制孔徑212下方之聚光器透鏡210之電子射束的大小。聚光器透鏡210在射束進入物鏡孔徑208之前聚焦初級電子射束220，以在射束進入物鏡總成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之頂表面之不同位置上，以提供用於晶圓203的不同部分之影像重構的資料。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的晶圓結構之立體影像重建構之資料。另外，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投射至晶圓之不同部分/側，以提供用於晶圓203的不同部分之影像重建構的資料。

在多數情況下，SEM之電子射束以二維光柵圖案橫越樣本進行掃描。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。第一方向可稱作主掃描方向或緩慢掃描方向，且第二方向可稱作子掃描方向或快速掃描方向。除非另外規定，否則本文中所提及之掃描方向為快速掃描方向。掃描亦可機械地、經由載物台移動或藉由機械掃描與藉由偏轉器之掃描的組合來執行。舉例而言，可藉由載物台移動及藉由偏轉器之快速掃描來執行緩慢掃描。

勵磁線圈204d及磁極片204a產生在磁極片204a之一末端處開始且在磁極片204a之另一末端處終止的磁場。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。電場在該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。

在接收到初級電子射束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、反向散射電子及如下文所論述之由晶圓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上形成射束光點。電子偵測器206可產生表示射束光點之強度的信號(例如，電壓、電流或其類似者)，且將該信號提供至影像處理系統250。次級電子射束222及所得射束光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的不同位置或特定位置處之晶圓之不同側上，以產生不同強度的次級電子射束222 (及所得射束光點)。因此，藉由將射束光點之強度與晶圓203之位置映射，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其類似者，或其組合。影像獲取器260可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電或其組合之媒體與電子射束工具104之偵測器206連接。影像獲取器260可自偵測器206接收信號，且可構建影像。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、將指示符疊加於所獲取影像上，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其類似者的調整。儲存器270可為諸如一硬碟、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等的一儲存媒體。儲存器270可與影像獲取器260耦接，且可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像及後處理影像。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可基於接收自偵測器206之成像信號獲取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。所獲取影像可為包括複數個成像區域之單一影像。該單一影像可儲存於儲存器270中。該單一影像可為可劃分成複數個區的一原始影像。該等區中之每一者可包括含有晶圓203之一特徵的一個成像區域。

在一些實施例中，SEM影像可為藉由初級電子射束220在晶圓203上沿著單一掃描方向之單一掃描產生的一個別SEM影像。在一些實施例中，該SEM影像可為藉由對多個SEM影像求平均產生的一第一平均SEM影像，每一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一掃描產生。本發明之實施例不限於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應用至包括(但不限於)本文中之實例的SEM影像。

如上文所論述，本發明提供一種方法，該方法用以使包含線的一目標圖案之多個影像對準以便在不使用具有對準特徵之一專用遮罩的情況下分解線之此類圖案的功率頻譜密度(PSD)。已揭示可經最大化以判定影像之相對移位的一等式。此等式可以反覆方式有效地解析。最大值經良好界定，且可被獲得。最大值可直接用於分解中，且因此準確的校正移位值對於分解並非關鍵的。

實施例之一檢測方法描繪於圖3中。在步驟S301中，一樣本或複數個樣本經成像以獲得複數個樣本影像。每一樣本在其上具有圖案，該圖案已使用相同遮罩(或倍縮光罩)形成。圖案包含大於樣本影像的筆直平行線之區域。每一樣本可具有該圖案之多個複本，在該狀況下，可獲取每樣本之多個樣本影像。影像之位置經判定，使得只要有可能，每一影像得自遮罩的同一預定部分。成像可使用如上文參看圖1及圖2所述之一掃描式電子顯微鏡、另一類型之掃描式電子顯微鏡(諸如，多波束SEM)或一光學顯微鏡來執行。影像可在顯影(AI)之後或在圖案轉印之後獲得。所要地，獲得相同圖案位置在顯影之後且在圖案轉印之後的影像。

步驟S302中，複數個樣本影像藉由參看對於所有影像共同的遮罩雜訊彼此對準。如下文進一步論述，對準可藉由各種數學技術來執行，該等數學技術找尋複數個影像之間的相關且判定影像之間的偏移。在大多數情況下，可假定影像位置中之不確定性小於線之間的間隔，使得僅線之方向上的偏移需要被判定。可使用基於偏移之初始估計的反覆方法。

在對準影像之後，有可能的是分解影像中之雜訊以判定其源。此操作在步驟S303中進行。步驟S304中，在需要之處進行補救措施。補救措施可包括以下各項中之一或多者：調整該微影程序之參數，調整圖案轉印程序之參數；調整成像程序之參數；修補或替換遮罩；再加工樣本；及報廢樣本。使參數已經調整的程序可為隨後應用至已成像之樣本(例如，使得補償變化引入至已經檢測之後的層中)的程序，或應用至後續樣本以改良產出率及/或良率的程序。

分解源之誤差貢獻(步驟S303)的實例為將位於影像 k中之目標部分(例如，晶粒) j中之線 i的移位之變化 分解為得自遮罩、隨機(散粒)雜訊及成像(SEM)雜訊的貢獻。本發明可應用至線性特徵之一或兩個邊緣或兩個邊緣的中心線或平均值。在影像含有多個線之處，本發明可共同或獨立地應用至影像中的線中之一或多者。用以識別邊緣的輪廓之提取可以任何合適演算法執行。舉例而言，具體適合於自SEM影像提取邊緣的各種演算法為此項技術中熟知的，且可係基於局部或全域臨限值；最大梯度偵測或自參考演算法。使用機器學習技術的方法亦是可能的。

邊緣置放之變化可表達為： 其中 為邊緣之平均y位置， 為遮罩貢獻， 為隨機雜訊貢獻，且 為成像貢獻。

為簡單起見，假定資料集中之所有影像得自同一遮罩位置。此情形暗示，晶粒 及影像 一起判定影像。影像可得自抗蝕劑已經顯影使得遮罩圖案在抗蝕劑中可偵測到之後，或在圖案已由程序步驟，諸如蝕刻轉印至基板之後已被掃描的樣本。藉由應用本發明至得自圖案轉印之前及圖案轉印之後的樣本的影像，關於由圖案轉印步驟引入之雜訊的資訊可為相同的。影像在圖案轉印前且圖案轉印後不必得自相同樣本。

抗蝕劑或散粒雜訊中之隨機效應此處經非常一般地界定。隨機效應包括由在曝光、顯影及蝕刻期間發生之物理及化學程序之非確定性本質引起的所有可能效應。抗蝕劑中之隨機效應包括光子散粒雜訊及酸雜訊。光子散粒雜訊為由暴露區域吸收之光子量的不確定性。酸雜訊為由一個光子產生之酸量的不確定性。在EUV微影中，局部接收到之光子及局部產生之酸的相對變化為顯著的，且導致經顯影圖案之所得尺寸的顯著變化。

假定線的預期值為零，亦即 。若否，則可自 減去平均值以使得 。此外，吾人界定自變異函數為： 其經假定為僅取決於距離 。功率頻譜密度接著界定為

吾人的目標為將 及 分解為遮罩-、隨機雜訊及成像貢獻。

遵循變異數分析(ANOVA)方法， 的遮罩、隨機雜訊及成像貢獻可表達為均方，從而應用如蒙哥馬利D.C.之「Design and Analysis of Experiment」(John Wiley& Sons, Inc.(2009))中描述的線性巢套模型： 其中MC為均方差，S為同一樣本(例如，晶圓)位置處的影像之數目，M為樣本區(例如，晶粒)的數目，在該等區處，遮罩的相同部分經量測，且SN為散粒雜訊。

對於均方，吾人在此處現明確地包括影像的對準。每一影像關於任意參考具有單一移位 。對於成像均方，發現：

等效地，吾人找尋隨機雜訊均方：

現在，第二項為同一遮罩位置處影像群組上平均值的乘積。

最終，遮罩均方讀取：

影像中所有線移位上的平均值 為0，此係由於在影像中不存在固定參考。第二項因此變為零。

由於傅立葉變換為線性運算，所以 之分量的等式可藉由對以上等式進行傅立葉變換來獲得： 其中 其中 指示 的傅立葉變換。

自以上均方的表達式，因此遵循，吾人需要關於影像對上之平均值且所有影像上的平均之計算單一影像中的輪廓線差異，以判定 的分解。為此，吾人需要影像移位 。

現將描述用以執行影像之對準(步驟S302)且藉此判定影像移位 的方法。廣義而言，為了找尋一對影像之間的移位，應找尋對應於影像之間的最大相關的移位值。為此目的，一者應使兩個影像之輪廓波動之間的方差最大化。應注意，在標準化傅立葉變換(相位關聯)情況下亦存在變型。

對於單一遮罩位置，吾人具有多個影像，且因此吾人具有影像對之移位之間的一致性關係。每一影像關於金參考具有單一移位 ，且影像之間的移位自此得出。此情形暗示，相較於存在影像對存在較少未知項，此情形增大信號對雜訊比。若已獲得ADI及AEI影像兩者，則一旦同一遮罩位置處ADI影像之間及AEI影像之間的移位已經最佳化，則ADI影像的平均值可關於AEI影像的平均值對準。再者，存在僅一個可能移位，且因此改良信雜比。

為了獲得移位，吾人針對以上等式中之影像群組之平均值的差異使 上的積分最大化。首先，吾人針對同一晶圓位置處每一影像群組的平均值找尋以下等式： 其中 為傅立葉變換運算符(請注意，指示該F的方括號為運算符)，且 為逆傅立葉變換運算符。

應注意，此等式含有影像自身的項。然而，影像自身的所得相關獨立於影像關於參考的移位，且此等項並不改變最佳 。因此僅交叉項有貢獻，且吾人僅具有一個此類項(此係由於吾人具有兩個影像的群組)。因此，此等式等效於兩個影像的對準。解可使用單一FFT獲得。應注意，不存在針對影像置放的絕對參考；找到僅相對移位 。

下一步驟考慮在同一遮罩位置處獲得之所有影像的平均值。吾人發現

雖然等式(17)具有僅一個未知項，且可因此由單一FFT解析，但等式(18)具有許多未知項。等式(18)可撰寫為影像之間逆傅立葉變換的總和，其可藉由FFT快速地計算。然而，此等逆傅立葉變換為有雜訊的釘狀信號，且因此數值最佳化對於使用導數的演算法為硬的。若目標函數針對所有可能(離散) 進行計算，則此情形為離散最佳化問題。離散最佳化問題已知為NP困難的(至少記憶體使用量隨著變數的數量以指數方式生長)，且因此此方法在影像之數目為大的情況下可涉及過量計算時間及資源。

此外，等式(18)亦包括影像群組之平均值之間的相關，亦即等式(17)中考慮的相關。應注意，兩個群組之間的相關相較於同一遮罩位置處之影像之間的相關強健得多。此情形可提出數值最佳化上的問題。

為了克服由群組之間的相關引起之問題，提議針對兩個影像之共同移位且並非一對影像中的內部移位進行最佳化。吾人首先改變變數： 為每影像對的移位與一對影像之影像之間的移位之總和，因此 。吾人接著藉由第一等式使 最佳化，且在吾人使用第二等式來找尋 時使 保持固定。

為了克服過量計算時間及資源的問題，使用反覆方法。可獲得針對所有 之合理良好的初始猜測。現在，吾人僅關於一個 進行最大化，且因此吾人僅受 干擾。不考慮獨立於 的所有項，則針對最大化的良率為：

此情形可藉由單一FFT容易地判定。由於影像上之總和可經儲存且反覆地更新，因此針對單一 之最佳化的計算負載獨立於影像的數目。如圖4中所繪示，程序藉由判定S402所有線之初始偏移d_j且判定平均線S403來開始。接著，獲得S404第一線之偏移且更新S405平均線，該偏移使表達式(19)之值最大化從而保持其他值恆定。在步驟S406中，檢查是否已滿足終止準則，且若否，則步驟S404及S405針對下一線進行重複。在所有線已被處理之後，循環以第一步驟再次開始。即使在線已被處理時，最大化表達式(19)將很可能導致經更新偏移，此係因為平均線將由於對其他線之偏移的更新已被改變。終止準則可包括所有線已被處理某數目次，例如2至5次，或針對最遲反覆的偏移改變小於臨限值。針對此方法之計算負載因此藉由影像之數目(自由度)線性地按比例縮放，且減小記憶體使用量。此方法之可能變化固持平均線為恆定的，直至所有線已被處理，且接著更新平均線，但此方法有時並不集中於穩定解決方案。

針對 之合理良好的初始猜測得自SEM自身之硬體對準的品質之知識。若此知識並非足夠，則關於第一影像的逐對對準可替代地予以執行。請注意，只要大部分影像經合理地良好地對準，則偶發未對準並非嚴重的。

以上例示性程序係基於自由SEM輸出之經像素編碼影像提取的輪廓線，然而，亦有可能的是基於影像之整個或部分的像素值來執行方法。若遮罩雜訊之層級相較於隨機雜訊層級為低的，則較高數目個影像可能被需要以達成足夠的信雜比。在平行於線性特徵的方向上對準之程序之前，影像在垂直於線性特徵的方向上所要地進行對準。

圖5至圖10繪示根據實施例之對準方法的結果。圖5繪示依據偏移自測試晶圓獲得的ADI及AEI影像之試驗性資料集中數對影像之間的交叉相關。應瞭解，遠遠大於背景雜訊之單一強峰值對於所有影像對存在，但處於不同偏移值。資料集含有AEI及ADI影像兩者，其中ADI影像繪示較高且較窄的相關峰值。

圖6至圖9繪示個別影像與平均輪廓之交叉相關。在圖6中，繪示針對18個ADI影像之第一反覆中之結果，而圖7繪示三個反覆之後的結果，從而繪示快速改進。圖8與圖9分別繪示一個及五個反覆之後的18個AEI影像的結果。每一反覆需要所有影像對的連續對準，因此九根線繪示於圖形中。

圖10繪示在對準程序已經實施之後將雜訊分解為不同源的結果。可看出，源自SEM之隨機(散粒)雜訊在高頻率下佔優勢，但在較低頻率下，遮罩及抗蝕劑雜訊為更重要的。

本文揭示之對準方法亦可用於其他目的，例如縫合在一起而重疊的影像中。

本文所述之方法及系統可有利地應用至關鍵尺寸(CD)及/或關鍵尺寸均一性(critical dimension uniformity；CDU)的量測。量測可在顯影之後執行(被稱作顯影後檢測(After Development Inspection)或ADI)或在蝕刻之後執行(蝕刻後檢測(After Etch Inspection)或AEI)。可進行量測以定位極端變化以及判定諸如標準偏差的統計量測。

由本文所述之方法及系統對準的影像適合於用作對變化分析(ANOVA)程序的輸入，以便將變化分解例如為遮罩上的變化、歸因於光子及酸散粒雜訊的可變性及SEM量測雜訊。本文所描述之方法可藉由準確地對準影像來改良ANOVA的結果，而不需要引入缺陷或其他地標以對準影像。地標可包括線方向、線的間隙、線的末端或線與其他特徵之交叉點的改變。

為了清楚起見，圖式中之組件的相對尺寸可經變更。在以下圖式描述內，相同或類似參考數字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，則除非另外具體陳述或不可行，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。

可提供一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存指令，該等指令用於使控制器之處理器進行影像檢測、影像獲取、啟動帶電粒子源、調整像散補償器之電激勵、調整電子之導降能量、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、唯讀光碟記憶體(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例示性實施例： 1. 一種判定複數個資料集之間的偏移之方法，每一資料集表示形成於一樣本上之一圖案的一取樣區域，其中每一取樣區域得自一遮罩圖案之一預定部分，該方法包含： 在該等資料集之雜訊中偵測該遮罩圖案之一指紋；及 基於該遮罩圖案之該指紋判定偏移。 2. 如條項1之方法，其中偵測該遮罩圖案之一指紋包含針對不同試驗性偏移值判定該等資料集之間的相關。 3. 如條項2之方法，其中判定相關包含判定數對資料集與一平均資料集之間的相關。 4. 如條項2或3之方法，其中判定相關包含使用一快速傅立葉變換。 5. 如條項2、3或4之方法，其中判定相關係一反覆程序。 6. 如前述條項中任一項之方法，其中該遮罩圖案之該指紋係由該遮罩圖案中之雜訊產生。 7. 如前述條項中任一項之方法，其中該遮罩圖案包含延伸橫越該等取樣區域之一系列連續平行線。 8. 如條項6之方法，其中該等資料集表示該等取樣區域中之該等連續平行線之輪廓。 9. 如前述條項中任一項之方法，其進一步包含基於該等偏移分解該等資料集中之雜訊。 10. 如前述條項中任一項之方法，其中該等資料集中的至少一者表示形成於一基板上之抗蝕劑中之一圖案或已轉印至該基板中之一圖案。 11. 如前述條項中任一項之方法，其中該等資料集中之至少一者表示形成於一基板上之抗蝕劑中之一圖案密，且該等資料集中之至少另一者表示已轉印至該基板中之一圖案。 12. 如條項11之方法，進一步包含基於以下各者判定一圖案轉印程序之一特性：表示形成於一基板上之抗蝕劑中之一圖案的該等資料集，及表示已轉印至該基板中之一圖案的該等資料集，以及該等偏移。 13. 一種檢測方法，其包含： 使用一掃描式電子顯微鏡以藉由掃描一或多個樣本中之一預定圖案的複數個複本來獲得複數個SEM影像； 提取該複數個SEM影像中之每一者中的一線之一輪廓以獲得複數個線輪廓； 判定該等線輪廓中之每一者的一初始偏移集合； 基於該等線輪廓及該初始偏移集合來計算一平均輪廓；及 反覆地計算一改良之偏移集合及更新該平均輪廓，該改良之偏移集合使該等輪廓線中之每一者與平均輪廓之間的相關最大化。 14. 如條項13之方法，其中判定一初始偏移集合係基於該掃描式電子顯微鏡的知識。 15. 如條項13之方法，其中判定一初始偏移集合包含判定該等線輪廓中之一所選擇一者與該等線輪廓中另一者之間的偏移。 16. 如條項13、14或15之方法，其中反覆地計算包含針對該等線輪廓中之每一者的2至5個反覆， 17. 一種對準影像的方法，其包含： 接收複數個影像，該等影像之每一者包括一樣本之一相同特徵集合的影像，該等特徵已利用一微影系統使用一遮罩來形成，其中所有該等特徵為在該等影像中不具有地標的平行線性特徵且使用該遮罩之大體上相同的部分形成，該等特徵中之每一者具有一線邊緣粗糙度，該線邊緣粗糙度包括由該遮罩產生之一分量及一隨機分量； 分析該等影像以導出對應於由該遮罩產生之一第一線邊緣粗糙度分量的資料；及 基於該導出資料對準該等影像。 18. 一種電腦程式產品，其包含一非暫時性電腦可讀媒體，該非暫時性電腦可讀媒體上記錄有指令，該等指令在由一電腦或一掃描式電子顯微鏡之一控制器執行時實施如以上條項中任一項的方法。 19. 一種系統，其包含： 一掃描式電子顯微鏡(SEM)，其經組態以運用一電子射束進行掃描且產生一影像；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該處理器與該SEM合作以執行條項1至17中任一者之方法的指令。

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示出之準確構造，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了描述，本發明之其他實施例藉由考慮本文中所揭示之本發明之規範及實踐對於熟習此項技術者將為顯而易見。意欲本說明書及實例僅視為例示性的，其中本發明之真正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的是，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下如所描述進行修改。

100:例示性電子射束檢測(EBI)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(EFEM) 106a:第一裝載埠 106b:第二裝載埠 109:控制器 200:例示性成像系統 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:聚光器透鏡 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 S301:步驟 S302:步驟 S303:步驟 S304:步驟 S402:步驟 S403:步驟 S404:步驟 S405:步驟 S406:步驟 S407:步驟

本發明之實施例之其他優勢將自結合附圖進行之以下描述為顯而易見，在附圖中藉助於說明及實例闡述本發明的某些實施例。

圖1係圖示符合本發明之實施例的例示性電子射束檢測(EBI)系統的示意圖。

圖2為說明符合本發明之實施例的例示性電子射束工具之示意圖，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為實施例之檢測方法的流程圖。

圖4為實施例之對準方法的流程圖。

圖5為交叉相關對測試資料集合之影像之逐對對準之偏移的圖形。

圖6為交叉相關對數對影像之對準的偏移對一個反覆之後ADI測試資料之平均輪廓的圖形。

圖7為交叉相關對數對影像之對準的偏移對三個反覆之後ADI測試資料之平均輪廓的圖形。

圖8為交叉相關對數對影像之對準的偏移對一個反覆之後AEI測試資料之平均輪廓的圖形。

圖9為交叉相關對數對影像之對準的偏移對五個反覆之後AEI測試資料之平均輪廓的圖形。

圖10為測試資料之功率頻譜密度的圖形。

S402:步驟

S403:步驟

S404:步驟

S405:步驟

S406:步驟

S407:步驟

Claims (15)

1. 一種判定複數個資料集之間的偏移之方法，每一資料集表示形成於一樣本上之一圖案的一取樣區域，其中每一取樣區域得自一遮罩圖案之一預定部分，該方法包含： 在該等資料集之雜訊中偵測該遮罩圖案之一指紋(fingerprint)；及 基於該遮罩圖案之該指紋判定偏移。
2. 如請求項1之方法，其中偵測該遮罩圖案之一指紋包含針對不同試驗性偏移值判定該等資料集之間的相關。
3. 如請求項2之方法，其中判定相關包含判定數對資料集與一平均資料集之間的相關。
4. 如請求項2之方法，其中判定相關包含使用一快速傅立葉變換。
5. 如請求項2之方法，其中判定相關係一反覆程序。
6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該遮罩圖案之該指紋係由該遮罩圖案中之雜訊產生。
7. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該遮罩圖案包含延伸橫越該等取樣區域之一系列連續平行線。
8. 如請求項6之方法，其中該等資料集表示該等取樣區域中之該等連續平行線之輪廓。
9. 如請求項1至5中任一項之方法，其進一步包含基於該等偏移分解該等資料集中之雜訊。
10. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該等資料集中之至少一者表示形成於一基板上之抗蝕劑中之一圖案及已轉印至該基板中之一圖案。
11. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該等資料集中之至少一者表示形成於一基板上之抗蝕劑中之一圖案，且該等資料集中之至少另一者表示已轉印至該基板中之一圖案。
12. 如請求項11之方法，其進一步包含基於以下各者判定一圖案轉印程序之一特性：表示形成於一基板上之抗蝕劑中之一圖案的該等資料集，及表示已轉印至該基板中之一圖案的該等資料集，以及該等偏移。
13. 一種檢測方法，其包含： 使用一掃描式電子顯微鏡以藉由掃描一或多個樣本中之一預定圖案的複數個複本來獲得複數個SEM影像； 提取該複數個SEM影像中之每一者中的一線之一輪廓以獲得複數個線輪廓； 判定該等線輪廓中之每一者的一初始偏移集合； 基於該等線輪廓及該初始偏移集合來計算一平均輪廓；及 反覆地計算一改良之偏移集合及更新該平均輪廓，該改良之偏移集合使該等輪廓線中之每一者與該平均輪廓之間的相關最大化。
14. 一種電腦程式產品，其包含一非暫時性電腦可讀媒體，該非暫時性電腦可讀媒體上記錄有指令，該等指令在由一電腦或一掃描式電子顯微鏡之一控制器執行時實施如請求項1至13中任一項之方法。
15. 一種系統，其包含： 一掃描式電子顯微鏡(SEM)，其經組態以運用一電子射束進行掃描且產生一影像；及 一非暫時性機器可讀媒體，其儲存指令，該等指令在由一處理器執行時使該處理器與該SEM合作以執行如請求項1至13中任一項之方法。