TW202341218A - 處理系統及帶電粒子束裝置 - Google Patents

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Abstract

提出一種處理系統及帶電粒子束裝置，目的在於從內隔離材與內隔離材之間這類的溝或者孔的圖像，判定在溝或孔內成長的磊晶層的成長程度或缺陷的有無。 一種具備電腦系統的處理系統，其中，前述電腦系統係，藉由對複數個構造體之間的層照射電子束而得到之與前述層之二維平面上的一方向相應的訊號輪廓(profile)，從該訊號輪廓算出前述層之距離及亮度值，基於前述距離及前述亮度值，判定或輸出前述層的狀態。

Description

處理系統及帶電粒子束裝置
本發明有關處理系統及帶電粒子束裝置。
近年的半導體元件愈加微細化，伴隨此而磊晶成長的操作範圍(process window)亦變窄。伴隨此，當緊密配置磊晶層時為了避免磊晶層彼此結合，會使用內隔離材(inner spacer)。另一方面，為了管理半導體元件的製造程序，會運用掃描電子顯微鏡等的帶電粒子束裝置。掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)，是藉由將匯聚的電子束在微細圖案上掃描，而取得圖案的圖像或訊號波形之裝置，是一種可做微細的圖案的掃描或檢查之裝置。然而，從磊晶層放出的電子，在放出至試料表面以前會衝撞內隔離材或虛設閘極(dummy gate)等的側壁，因此檢測效率低，其結果難以做磊晶層的高精度的測定。
專利文獻1中，揭示一種用來檢查下層的缺陷之改善圖案圖像的掃描電子顯微鏡。更具體而言，揭示一種手法，係利用加速電壓所造成的電子往樣本的侵入長度的差別，使用2種類的加速電壓來分別取得圖像，取它們的差分，藉此強調下層圖案。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 美國專利申請案公開第2010/0136717號說明書
[發明所欲解決之問題]
若加速電壓一被變更，則檢測效率會相異，因此不僅是內隔離材與內隔離材之間這類的溝部的磊晶層，連生成的SEM圖像本身也會大不相同。此外，就算電子到達了磊晶層部，二次電子衝撞側壁而讓檢測效率變低這點仍不會變。如專利文獻1揭示般，即使變更加速電壓而再拍攝，仍無法僅強調內隔離材與內隔離材之間的溝部的磊晶層，而難以做高精度測定。
另一方面，最近的半導體元件中，為了使電晶體的驅動電流(on current)上昇，會進行對Si磊晶成長SiGe等晶格常數相異的材料，藉此藉由晶略畸變提升遷移率(mobility)。若磊晶層太薄則源極汲極間的電阻大而無法得到足夠的電晶體的驅動電流，若太厚則會增加對於隔離材部或高介電常數(High-K)膜的接觸，因此靜電電容會增加而電晶體的響應性能會降低。因此，必須有適當的磊晶層的成長管理。此外，磊晶成長的結果，藉由N型或P型的相異，晶圓面內、內隔離材與內隔離材之間的距離也會相異，因此必須做觀察、計測。
計測中，理想是運用可做微細圖案的測定或檢查之電子顯微鏡，但磊晶層的二次電子檢測量比內隔離材等的其他區域還低，磊晶層的觀察非常困難。又，近年的半導體製程管理中，測定或檢查的效率化的需求高，講求自動化。
本發明為解決這樣的問題而創作，以下提出一種處理系統及帶電粒子束裝置，目的在於從內隔離材與內隔離材之間這類的溝或者孔的圖像，判定在溝或孔內成長的磊晶層的成長程度或缺陷的有無。 [解決問題之技術手段]
本發明之處理系統的一例， 係具備電腦系統的處理系統，其中， 前述電腦系統， 藉由對複數個構造體之間的層照射電子束而得到之與前述層之二維平面上的一方向相應的訊號輪廓，從該訊號輪廓算出前述層之距離及亮度值， 基於前述距離及前述亮度值，判定或輸出前述層的狀態。
本發明之帶電粒子束裝置的一例，具備上述的處理系統。 [發明之效果]
按照上述構造，可從內隔離材與內隔離材之間的溝或者孔的圖像，計測在溝或孔內成長的磊晶層的成長程度或判定缺陷的有無。
以下基於所附圖面說明本揭示之實施例。 [實施例1] 圖1為示意本揭示的實施例1之掃描電子顯微鏡(帶電粒子束裝置)的全體概略圖。說明圖1的裝置構造。在從電子源101引出電子束102的下游方向，配置有變形照明光圈103、檢測器104、掃描偏向用偏向器105、對物透鏡106。又，在電子光學系統，還附加有一次射束的中心軸(光軸)調整用校準器、像差修正器等(未圖示)。
另，本實施例中的對物透鏡106是示意藉由激磁電流來控制對焦之電磁透鏡的例子，但亦可為靜電透鏡或是電磁透鏡與靜電透鏡之複合。平台107構成為上面載置晶圓亦即試料108而移動。
電子源101、檢測器104、掃描偏向用偏向器105、對物透鏡106、平台107的各部連接至控制裝置109，又在控制裝置109連接有系統控制部110。
系統控制部110具備電腦系統，作用成為本實施例之處理系統。系統控制部110的動作，藉由此電腦系統而實現。系統控制部110的電腦系統，功能上配置有記憶裝置111、演算部112，連接有具備圖像顯示裝置的輸出入部113。
雖未圖示，但系統控制部110的控制系統、電路系統以外的構成要素係配置於真空容器內，做真空排氣而使其動作。此外，具備從真空外將晶圓配置於平台上之晶圓搬送系統。
另，系統控制部110，更具體而言構成為具備演算部112即中央處理部與記憶裝置111即記憶部。令此中央處理部作為上述的演算部112而執行記憶裝置111中記憶的程式等，藉此便能夠進行有關缺陷檢查或尺寸計測之圖像處理，或者控制裝置109等的控制。
本說明書中，有時將此系統控制部110、輸出入部113、控制裝置109等總括而統稱為控制部。又，輸出入部113可設計成鍵盤或滑鼠等的輸入手段與液晶顯示裝置等的顯示手段分別構成作為輸入部、輸出部，亦可藉由利用觸控面板等之一體型的輸出入手段來構成。
說明有關運用裝置而實施之圖像觀察。從電子源101放出的電子束102藉由對物透鏡106而其對焦受到控制，在試料108上以射束徑成為極小之方式被聚焦。掃描偏向用偏向器105受到控制裝置109所控制，使得電子束102掃描試料108的被規定好的區域。
到達試料108的表面之電子束102，與表面附近的物質相互作用。藉此，背向散射電子、二次電子、歐傑(Auger)電子等的二次性電子會從試料產生，成為應取得的訊號。本實施例中示意訊號為二次電子之情形。
從電子束102到達試料108的位置產生之二次電子114係藉由檢測器104而被檢測。從檢測器104被檢測出的二次電子114之訊號處理，是和從控制裝置109送至掃描偏向用偏向器105的掃描訊號同步進行，藉此形成SEM圖像，實施試料108的觀察。另，本實施例中，檢測器104配置於比對物透鏡106或掃描偏向用偏向器105還上游，但配置的順序亦可調換。
說明本實施例中，運用亮度輪廓之配方登錄及執行。圖2示意配方登錄的流程，圖3示意磊晶成長後的截面圖與俯視圖與輪廓之關係，圖4示意用來決定閾值的GUI(Graphical User Interface；圖形使用者介面)的例子。
圖2的處理，是藉由系統控制部110控制其執行。圖2中，首先為了進行亮度值的比較，係修正檢測器的機械誤差及經時變化(201)。例如，可取得對檢測器施加電壓所造成的亮度放大率的特性曲線而進行修正，亦可藉由同一圖案的亮度的補償而修正。
接著，拍攝計測對象即試料108的圖案，記憶拍攝時的檢測器參數(202)。拍攝圖像中亦可施以亮度修正份的補償。
在磊晶成長不充分的區域，比起磊晶部以外的區域(例如內隔離材)或充分成長的磊晶部，亮度會變暗。運用圖3說明這一點。
圖3(a)為磊晶成長充分的情形的截面圖，圖3(b)為磊晶成長不充分的情形的截面圖。在基板303上，磊晶部302(磊晶成長層)成長於2個內隔離材301之間，但圖3(b)中磊晶部302的成長程度比圖3(a)小。
圖3(c)為磊晶成長充分的情形的俯視圖，對應至圖3(a)。圖3(d)為磊晶成長不充分的情形的俯視圖，對應至圖3(b)。箭頭表示帶電粒子束的掃描方向即訊號輪廓的時間軸方向。此方向為磊晶成長層之二維平面上的一方向，訊號輪廓根據此方向而生成。磊晶部302的兩端的區域的亮度，在圖3(d)中比圖3(c)小。
圖3(e)為磊晶成長充分的情形下的圖像的輪廓(訊號輪廓)，圖3(f)為磊晶成長不充分的情形下的圖像的輪廓(訊號輪廓)。
另，內隔離材(構造體)，能夠做成例如半導體鰭片型閘極層。依此方式，在具有具體的構造之半導體元件中便能夠進行合適的處理。
圖2中，於步驟202之後，輸入用來判定磊晶部的成長程度之閾值(例如%單位)，記憶作為配方參數(203)。
例如，在磊晶部，或在2個內隔離材之間，當某一區域的亮度為磊晶部的最大亮度的30%以下的情形下，定義在該區域磊晶成長不充分。將該值「30%」記錄作為配方的資訊。此外，亦可將亮度值其本身即「3000」訂為閾值。
例如圖4所示GUI中，由使用者判斷而決定閾值，輸入至例如閾值輸入欄401。本例中為30%。系統控制部110受理此閾值並記憶。
圖5示意配方執行的流程。圖5的處理，是藉由系統控制部110控制其執行。首先如同配方登錄時般，為了進行亮度值的比較，係修正檢測器的機械誤差及經時變化(501)。
其後，拍攝圖像(502)。拍攝圖像中亦可施以亮度修正份的補償。
接著，辨明內隔離材－內隔離材間的區域(503)。本說明書中，所謂「內隔離材－內隔離材間」意指2個內隔離材之間。作為具體例，基於訊號輪廓，辨明複數個構造體(本實施例中為2個內隔離材)的區域之複數個第1位置，而辨明該些第1位置之間的區域。
運用圖6及圖7說明此處理的例子。圖6為磊晶成長不充分的情形下的圖像的輪廓的例子，圖7為磊晶成長不充分的情形的圖像的輪廓的例子。
圖6(a)及圖7(b)示意各自的訊號輪廓，閾值601及閾值701表示配方中登錄的閾值(被輸入至例如圖4的GUI者)。圖6(b)及圖7(b)，示意內隔離材位置602(第1位置)及內隔離材位置702(第1位置)的例子。
內隔離材位置，被辨明為例如訊號輪廓的峰值位置，惟亦可運用其他的辨明方法。更具體而言，亦可藉由二元值化或輪廓的一階微分的零點交叉，二階微分的峰值或其他方法來檢測。
圖5中，接著，從內隔離材－內隔離材間中央朝向左右(或兩側)的內隔離材尋找配方登錄時記憶的閾值以下的亮度(504)。例如，基於上述複數個第1位置，辨明磊晶成長層之第2位置。作為具體例，第2位置，被辨明為2個第1位置間的中央位置，即內隔離材－內隔離材間的中央位置603及中央位置703。作為另一具體例，第2位置，被辨明為內隔離材－內隔離材間的峰值位置。
然後，基於此中央位置與配方中登錄的閾值，朝向左右的內隔離材尋找閾值以下的亮度，藉此辨明磊晶成長層之複數個邊緣位置(第3位置)。例如，系統控制部110，如圖6(b)及圖7(b)所示，從中央位置603及中央位置703朝向訊號輪廓的兩側搜尋，藉此辨明複數個邊緣位置。依此方式，便能夠在中央位置的兩側分別辨明邊緣位置。
接著，系統控制部110，辨明邊緣位置(505)。當如圖6(c)般有閾值以下的亮度的情形下，將該亮度的位置(作為更具體的例子，係在各自的搜尋方向最先發現的閾值以下的亮度的位置)訂為磊晶部的邊緣位置604(第3位置)。另一方面，當如圖7(c)般沒有閾值以下的亮度的情形下，將內隔離材的端部訂為邊緣位置704(第3位置)。內隔離材的端部，被辨明為在例如內隔離材-內隔離材間亮度成為極小的點。
這裡，本實施例中雖是搜尋「閾值以下」的亮度，惟亦可搜尋「未滿閾值」的亮度。亦即，系統控制部110，當2個內隔離材間的亮度值全部都在閾值以上，或2個內隔離材間的亮度值全部都超過閾值的情形下，基於兩側的內隔離材位置而不是邊緣位置來算出磊晶成長層之距離。依此方式，便能夠根據亮度適當地進行情況劃分而算出距離。
作為又另一變形例，亦可不針對2個內隔離材間的亮度值的「全部」判定是否為閾值以上(或超過閾值)，而是針對2個內隔離材間的亮度值的「一部分」判定是否為閾值以上(或超過閾值)。
依此方式檢測出兩側(左右)的邊緣後，基於邊緣位置算出磊晶成長層之距離(506)。例如，算出2個邊緣位置之間的距離。作為具體例，圖6(c)例子中算出距離605，圖7(c)例子中算出距離705。
依此方式，系統控制部110，藉由對2個內隔離材之間的磊晶成長層照射電子束而得到和規定方向相應的訊號輪廓，由此算出磊晶成長層之距離及亮度值。
然後，輸出計測出的距離(507)。當如圖6(c)般有閾值以下的亮度的情形下，邊緣間的距離被輸出作為磊晶部的寬度。另一方面，當如圖7(c)般沒有閾值以下的亮度的情形下，邊緣間的距離被輸出作為內隔離材間的距離。
於是，基於磊晶成長層之距離及亮度值，而判定或輸出磊晶成長層的狀態。例如，邊緣間的距離，能夠輸出作為表示磊晶成長層的成長程度之數值。此外，當沒有閾值以下的亮度的情形(圖7)下能夠輸出示意磊晶成長層沒有缺陷這一資訊，當有閾值以下的亮度的情形(圖6)下能夠輸出示意磊晶成長層有缺陷這一資訊。
像這樣，按照實施例1之掃描電子顯微鏡及系統控制部110，可從內隔離材與內隔離材之間的溝或者孔的圖像，計測在溝或孔內成長的磊晶層的成長程度或判定缺陷的有無。
尤其是，如圖6及圖7所示，基於內隔離材位置602(第1位置)及內隔離材位置702(第1位置)、中央位置603(第2位置)及中央位置703(第2位置)、邊緣位置604(第3位置)及邊緣位置704(第3位置)而進行判定，故可基於明確的位置辨明來處理。
[實施例2] 本實施例中，說明依每一元件設定閾值，而做配方登錄的例子。以下，針對和實施例1共通的部分有時省略說明。
圖8示意用來登錄在P型和N型相異的閾值的GUI的例子。GUI801中作為對P型元件的閾值設定20%，GUI802中作為對N型元件的閾值設定30%。
系統控制部110，事先記憶該些2種類的閾值，取得表示作為計測對象的元件是P型或N型之資訊，根據此資訊選擇閾值來使用。像這樣，系統控制部110記憶複數個閾值，根據層的種類選擇閾值。表示層的種類之資訊(例如表示元件為P型或N型之資訊)，能夠從例如未圖示的GUI輸入，但亦可由系統控制部110自動地取得。
另，本實施例中雖使用在P型和N型相異的閾值，惟亦可藉由其他的基準來將元件的種類分類。
像這樣，藉由依元件的每一種類設定閾值，能夠根據元件的種類使用合適的閾值而計測成長程度或評估缺陷的有無。
[實施例3] 本實施例中說明藉由閾值以下的亮度的面積來做判定時的配方登錄及執行。以下，針對和實施例1或2共通的部分有時省略說明。
圖2(上述)示意配方登錄的流程，圖9示意用來從直方圖決定閾值的GUI。步驟201及202的處理能夠設計成如同實施例1。步驟203中，使用者從直方圖確認磊晶部的最大亮度(或實質的最大亮度)，而輸入比其還低的值作為閾值。例如，當最大亮度為10000的情形下輸入3000。此外，亦可將相對於最大亮度值的比例訂為閾值。圖9例子中，作為閾值輸入3000LSB(Least Significant Bit；最低有效位)。
圖10示意本實施例之配方執行的流程。步驟1001～1003能夠設計成如同圖5的步驟501～503。
步驟1003之後，在內隔離材－內隔離材間的區域內檢測閾值以下的亮度，輸出其面積(1004)。此面積表示磊晶成長層的成長程度(惟值愈大則成長度愈低)。此外，亦可輸出相對於區域全體的面積之閾值以下的亮度的面積的比例作為成長程度。又，亦可輸出在區域內閾值以上的亮度的面積作為成長程度(此情形下值愈大則成長度愈高)，亦可輸出相對於區域全體的面積之閾值以上的亮度的面積的比例作為成長程度。
又，在配方登錄的時間點(例如圖2的處理中)，亦可登錄被判定為磊晶成長不充分(亦即有缺陷)的面積的閾值、或比例的閾值，基於該些閾值來判定而輸出磊晶成長的成長程度或缺陷的有無。
像這樣，本實施例中，系統控制部110，基於磊晶層(本實施例中為藉由內隔離材－內隔離材間的距離而被辨明的層)中的具有規定的亮度範圍的面積，而判定或輸出磊晶層的狀態。依此方式，例如能夠進行抗噪性強的判定。
[實施例4] 圖7為內隔離材訊號清晰的情形的例子，但若如圖11般沒有內隔離材的情形或內隔離材訊號不清晰的情形1101下，輪廓波形會成為如1102般。在此情形下，可訂為欲計測的磊晶成長部的左右的磊晶成長部與訊號成為最小值的位置1104之距離1105，亦可設計成回傳事先決定好的值。亦即，系統控制部110，可基於訊號輪廓中訊號成為最小值的位置來算出磊晶成長層之距離，亦可訂為事先記憶好的規定值而算出。依此方式，當沒有內隔離材的情形下或內隔離材訊號不清晰的情形下仍能夠輸出距離。
[其他實施例] 上述各實施例中，作為狀態判定的對象的層是磊晶成長層，尤其是，層的狀態包含層的成長程度(藉由例如數值表示)及/或缺陷的有無(藉由例如二元值的資訊表示)。依此方式，能夠專供磊晶成長層進行合適的判定。然而，亦可將其他任意種類的層訂為對象，在該情形下，層的狀態的判定方法及表現方法可由所屬技術領域者適宜設計。
101:電子源 102:電子束 103:變形照明光圈 104:檢測器 105:掃描偏向用偏向器 106:對物透鏡 107:平台 108:試料 109:控制裝置 110:系統控制部(處理系統) 111:記憶裝置 112:演算部 113:輸出入部 114:二次電子 301:內隔離材(構造體) 302:磊晶部(層) 601:閾值 602:內隔離材位置(第1位置) 603:中央位置(第2位置) 604:邊緣位置(第3位置) 605:距離 701:閾值 702:內隔離材位置(第1位置) 703:中央位置(第2位置) 704:邊緣位置(第3位置) 705:距離 1101:沒有內隔離材的情形或內隔離材訊號不清晰的情形 1102:輪廓波形 1104:成為最小的位置 1105:距離
[圖1]示意本揭示的實施例1之掃描電子顯微鏡的全體概略圖。 [圖2]實施例1之配方登錄時的流程。 [圖3]實施例1之磊晶成長後的截面圖與俯視圖與輪廓之關係。 [圖4]實施例1中用來決定閾值的GUI的例子。 [圖5]實施例1之配方執行的流程。 [圖6]實施例1中當有閾值以下的亮度的情形下計測磊晶部的寬度的例子。 [圖7]實施例1中當沒有閾值以下的亮度的情形下計測內隔離材間的距離的例子。 [圖8]本揭示的實施例2中用來決定閾值的GUI的例子。 [圖9]本揭示的實施例3中用來決定閾值的GUI的例子。 [圖10]實施例3之配方執行的流程。 [圖11]實施例4之沒有內隔離材或訊號弱的情形的例子。
601:閾值
602:內隔離材位置(第1位置)
603:中央位置(第2位置)
604:邊緣位置(第3位置)
605:距離

Claims (10)

  1. 一種處理系統，係具備電腦系統的處理系統，其中， 前述電腦系統係， 藉由對複數個構造體之間的層照射電子束而得到之與前述層之二維平面上的一方向相應的訊號輪廓(profile)，從該訊號輪廓算出前述層之距離及亮度值， 基於前述距離及前述亮度值，判定或輸出前述層的狀態。
  2. 如請求項1記載之處理系統，其中，前述構造體為內隔離材(inner spacer)。
  3. 如請求項1記載之處理系統，其中， 前述電腦系統， 基於前述訊號輪廓，辨明前述複數個構造體的區域之複數個第1位置， 基於前述複數個第1位置，辨明前述層之第2位置， 基於規定的閾值及前述第2位置，辨明前述層之複數個第3位置， 基於前述複數個第3位置，算出前述層之距離。
  4. 如請求項3記載之處理系統，其中， 前述電腦系統，當前述複數個第1位置間的前述亮度值為前述閾值以上，或當前述複數個第1位置間的前述亮度值超過前述閾值的情形下，基於前述複數個第1位置而非前述複數個第3位置來算出前述距離。
  5. 如請求項3記載之處理系統，其中， 前述第2位置，為2個第1位置間的中央位置， 前述電腦系統，從前述中央位置朝向前述訊號輪廓的兩側搜尋，藉此辨明前述複數個第3位置。
  6. 如請求項1記載之處理系統，其中，前述層為磊晶成長層， 前述層的狀態，包含前述層的成長程度或缺陷的有無。
  7. 如請求項3記載之處理系統，其中，前述處理系統記憶複數個前述閾值，根據前述層的種類而選擇前述閾值。
  8. 如請求項1記載之處理系統，其中，前述處理系統，基於前述層中的具有規定的亮度範圍的面積，而判定或輸出前述層的狀態。
  9. 如請求項1記載之處理系統，其中，前述電腦系統，基於前述訊號輪廓中訊號成為最小值的位置而算出前述層之前述距離。
  10. 一種帶電粒子束裝置，具備如請求項1記載之處理系統。
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