TW463282B - Integrated circuit defect inspection using Fourier transform spatial filtering technique - Google Patents

Description

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4 6 328 2 五'發明說明（2) 作，不適合於一般的故障分析（failure analysis) 實驗 室中使用。 所以，針對這個缺點，已經有不少的努力與研究貢獻 於將缺陷偵測的處理變的更容易與更方便。直至目前，空 間濾波（Spa t i a 1 f i 11 e r i ng)的技術已經被發展且應用 在缺陷分析的領域上面。空間濾波的技術乃是利用利用 SEM顯微圖片的幻燈片與一雷射光學台（1 as er 〇p t i ca 1 bench)，藉由建立用以形成於光學路徑上繞射尖峰的罩幕 (mask)，而重建僅包含缺陷的影像。自此，内線檢查工具 便包含有使用一參考影像以與一測試影像比較的程序加上 利用類似傅里葉轉換（Fourier Transform)的自動序 列’便於在 過 先 b此發 一般的 且未提供最 也需要昂貴 般皆是在研 按，傅 Spatial F i 測的領域上 術發展出一 工具上的全 陷1則可迅 體來配合。 測量缺陷 展出的内 影像處理 佳化且全 的硬體設 發的階段 里葉轉換 11 er i ng) 面。因此 套可適用 自動演算 速並準確 與對缺陷做分類前將之偵測出。不 線檢查工具依然有其缺點存在。首 套裝軟體無法與一實驗室環境相容， 自動的空間濾波解決方案。再者，其 備與之配合。因此’其應用的領域— ’而在實際的生產環境便不適用。 空間遽波（F 〇 u r i e r T r a n s f 〇 r m 的+技術已經被廣泛的應用在缺陷偵 於2利用傅里葉轉換空間遽波技 : 彳二制電腦系統或任何缺陷偵測 '，用以偵測並分析積體電路上的缺 地偵測出缺陷，並且不需要昂貴的硬

463282 五、發明說明（3) 職是之故，吾人鑑於習用技術的缺點，乃經悉心實驗 與研究並一本鍥而不捨的精神’終創作出本案之使用傅里 葉轉換空間濾波技術的積體電路缺陷偵測。以下為本案之 說明。 發明概述 本案之一目的在於發展一使用傅里葉轉換空間濾波技 術的積體電路缺陷偵測方法，其可以快速而準禮地偵測出 積體電路表面的缺陷。 # V本案之另—目的在於提供一使用傅里葉轉換空間濾波 娜j =積體電路缺陷偵測系統，其可以全自動地偵測出積 月豆略表面的缺陷。 ， 技術=| t— S的在於提供一使用傅里葉轉換空間濾波 而使得1 式產品，其可應用於積體電路缺陷偵測上面 出。 t體電路表面上的缺陷能夠被迅速而準確地偵測 法，其包含 省’本案提供了一積體電路的缺陷偵測方 數位影像? S列步驟：（a)獲得該積體電路的一第一二維 生一第—二）對該第—二維數位影像執行傅里葉轉換產 素資料複數陳像素貧料複數陣列’（C)計算該第一二維像 界化該功率」的功率頻谱（power Spectrum)，（d)臨 罩幕的影像上…Γ的影像而產生—第一罩幕，（e)將該第一 特定的像素數母個所偵測到的點向水平與垂直方向擴張一 以移除該第—目^產生~第二罩幕，（f)應用該第二罩幕 —維像素資料複數陣列中的週期性成份以產

第7頁 4 6 328 2 五、發明說明（4) ' 生一第二二維像素資料複數陣列’以及（g)對該第二二維 像素貧料複數陣列執行逆傅里葉轉換產生一第二二維數位 影像，、該第广二維數位影像即為積體電路的缺陷影像。. 立上述之第一 一維數位影像係為可為一掃描式電子顯微 ^ (SEM)影像或一原子斥力顯微鏡（AFM)影像或一聚焦 雄子束（F I B )影像。而功率頻譜乃是對該第一二維像素 資料複數陣列以下式 P(Mfv)= l〇g(l+^(^v)^(Av)) 計算而得。 上述的步驟（d )中，臨界化功率頻譜的步驟係以設定 —可調整的臨界值（如1 0%)，將低於臨界值的功 = 除，而產生一第一罩幕。而在步驟（幻中，第一罩幕曰的^ 影像上每個所偵測到的點乃是向水平與垂直方向擴張—個 或二個像素而產生該第二罩幕。 ’ 而在步驟（g)之後，本案之方法更包含將該第二二 維數位影像與該第一二維數位影像比較以辯識缺陷 驟。 / 根據本案另一方面的構想’上述的積體電路缺陷彳貞測 演算法’亦可實現在一控制主機如個人電腦上，而形成— 積體電路缺陷偵測系統。該積體電路缺陷偵測系統包含— 掃描裝置’用以獲得該積體電路的一第—二維數位影像’

第8頁 4 6 32 8 2 對該第— 維像素資料複 像素資料複數 率頻譜的 像而產生 罩幕以移除該第— 以產生一第二二維 對該第二 界化該功 罩幕的影 該掃描裝 鏡。而該 二維數位 數陣列， 陣列的功 影像而產 一第二罩 二維像素 像素資料 二維像素 數位影像 置係包含 功率計算 五、發明說明（5) 一傅里葉轉換裝置 換產生一第一 計算該第一 生裝置，臨 擴張該第一 應用該第二 週期性成份 逆傅里葉轉換裝置 逆傅里葉轉換產生一第二二維 根據上述構想， 鏡或一原_子斥力顯微 景5像執行傅里葉轉 一功率計算裴置， 率頻譜’—罩幕產 生—第—罩幕，並 幕，一過濾裝置， 資料複數陣列中的 複數陣列，以及— 資料複數陣列執行 〇 :掃描式光學顯微 戎置係以下式 尸("，v) = l〇g(l+ 从 V)) 對該第一二維像素資料複數陣列計算而得 而該罩幕產生裝置以設定於該功率頻譜影：：率頻譜。 之十為一臨界值以臨界化該功率頻继 I冗點的百分 幕產生裝置將該第-罩幕的影像上測該罩 平與垂直方向擴張一特定的像素數目而 、」的點向水 本案再一方面的構想為一電腦程式產σ 4第二罩幕。 可讀取之媒介所組成，該電腦可讀取1 含一電腦 算指令以控制一控制主機以獲得一雷二上ίτ、包含一演 數位影像，對該第—二維數位影像心傅里；轉二維

463282 五、發明說明¢6) (Fourier Transform)產生一第一二維像素資料複數陣 列，計算該第一二維像素資料複數陣列的功率頻譜，臨界 化該功率頻譜的影像而產生一第一罩幕，將該第一罩幕的 影像上每個所偵測到的點向水平與垂直方向擴張一特定的 像素數目而產生一第二罩幕，應用該第二罩幕以移除該第 一二維像素資料複數陣列中的週期性成份以產生一第二二 維像素資料複數陣列，以及對該第二二維像素資料複數陣 列執行逆傅里葉轉換產生一第二二維數位影像 本案之前的敘述與本案之優點與特徵，得藉由下面之 實施例配合下列圖示詳細說明，俾得一更深入之瞭解。 簡單圖示說明 第一圖為一積體電路表面的二維像素陣列影像； 第二圖為第一圖之二維像素陣列影像經過傅里葉轉換後所 計算出的功率頻譜影像； 第三圖（A )至（D )分別為第二圖的功率頻譜影像分別以 0%、5%、1 0%、1 5°/。的臨界值做臨界化的示意圖； 第四圖（A) 至（B) 分別為經過臨界化後所重建的缺陷亮 度與電路亮度度的示意圖； 第五圖（A )至（B) 分別代表未經過罩幕擴張步驟與經過 罩幕擴張步驟的罩幕示意圖； 第六圖為重生之缺陷影像示意圖；以及 第七圖顯示根據本案之另一較佳實施例，將積體電路缺陷 偵測演算法實現在一控制主機如個人電腦上的積體電路缺 陷偵、測系統之典型示意圖。

第10頁 463282 五、發明說明（7) 較佳實施例說明 根據本案一第一較佳實施例，本案的 乃是提供-可安裝於任何控制電腦系統或：：：，， 的-演算法，該演算法乃是基於利用二維傅】！置上 體電路表面的掃描二維影像（如se ^=#換將積 生一罩農，乂忐疋·径时界化而彦 卓奉使付功率頻譜影像中的缺陷與雜句部於 ^座 特性所造成之人工產物以及一部份的規電 ：Μ 消除，具脓$ # , 电路結構的圖案 =兩像素向水平與垂直方向各擴張- 將二維福ΐίϊ 盡可能地消除，再利用第二罩幕 葉；換】ί: 中的週期性成份給移，，執行逆傅里 影大，生一缺陷影像後將缺陷影像比例放大至正常的 缺陷。 更可與原先的影像做比較而分析積體電路上的 面的：;:演以2列“下。首★，獲得積體電路表 it rsF\i^ ^ ^ 圖所不。戎影像可為一掃描式電子顯微 子克像、原子斥力顯微鏡（AFM)影像或一聚焦離 千束（FIB)影像。 接著，利用二維傅里葉轉換（2_D F〇uHer 滿I J 將影像的二維函數f( X，y )轉換成一個二維 . ''卩列（2_D c〇mplex pixel array) ’ 如下式所 不 ， 463282

U{ st Λ \ 1 叫》·Μ 供〇产〇 jj- : 生 77別代表在水平方向與垂直方向的訊號空間頻 牛’ N代表在該二維影像在水平方向或垂直方向的像素數 目° 在計算出影像函數的二維傅里葉轉換之後，以下式求 出^一維複數像素陣列的功率頻譜（p⑽e r s p e c t r u m): P(^i,v)=\og(l+F (μ,ν)Ε*(β,ν)) 該功率頻譜為一實數函數（real functi〇n)，其代表每個 生間頻率在原始影像中的比重。第二囷所示者為功率頻譜 影像的示意圖，由圖中可看出功率頻譜中的亮點即代表規 則的電路結構’而黑暗的區域即代表雜訊與缺陷。而在X 方向與Y方向的點之延長部份即代表由SEM特性所造成的人 工產物，其發生是因為SEM本身的掃描特性與隨著時間變 化而引起影像位置的微細波動而產生。 在完成了功率頻譜之後，接著便開始進行產生罩幕 (mask)的步驟。該罩幕的形成方法，是對功率頻譜設定 —可調整的臨界值（threshold value)，再以該臨界值對 該功率頻譜進行臨界化（thresholding) ^第三圖（Α)至 (D)分別顯示了功率頻譜影像分別以〇 %、5 %、1 、1 5 %的

第12頁 463282 五、發明說明（9) 臨界值做臨界化 中’若臨界值設 (規則電路結構） 其餘的百分之九 成的人工產物以 方的週期波形） 第四圖（A)與第 建的缺陷亮度與 接下來，便 將罩幕影像中所 擴張—個像素以 為未經過罩幕擴 罩幕擴張步驟的 的規則性圖案全 所造成的人工產 再者，利用 期性的成份給移 —缺陷影像： 的示意圓，其申可砉 定為10% ’意即功率頻第：圖（c) …之十做度最亮的點 十的話，在影像中的缺而消除，而留下‘ 冰干的缺陷盘SFM拉Μ 及與影像的週期性占 '、 寺11所以 、4 f生成份有關的亮 將會被濾除，而σ留I Bt J (如下 八 留下規則的圖案部份。 四圖（B )分別顯千T奸t，ja # m 斤炚宜命& •'‘貞不了經過臨界化後所重 電路亮度的示意圖。 開始進行所謂「罩幕擴張」的步騾。我們 有偵、測到的亮點向水平方向與垂直方向各 產生一個新的罩幕’如第五圖（A )所示 張步驟的罩幕與第五圖（B)所示為經過 罩幕。如此的作法’將可使得影像中所有 部被捕獲’並且可盡可能地消除SEM特性 物。 . 最終所形成的罩幕將二維傅里葉轉換中週 除’再執行如下式之逆傅里葉轉換以重生 1 N-l N-\ ^ μ=0 ν=〇 最後，將所形成的缺陷影像比例放大至正常的影像大

第13頁 463282 五、發明說明（10) 來便可以與原來的影像間做分 小’如第六圖所示。如此 析比較，定位缺陷的所在 由以上所述與實際的操作過程，可以得知本案的積體 測f顯著的特徵在於利用臨界化功率頻譜影像 的方式產生-罩桊，並且將罩幕上的影像往水平盘垂直方 向擴張，而利用最終形成的罩幕以移除二維傅里 週期性的成份’最後以逆傅里葉轉換重建一缺陷的影像並 隨比例放大以便與原始影像做比較。本案提供了 一迅速 (約2-3秒）且全自動的方法以偵測並觀察積體電路之sem 影像中的不規則區域（缺陷與雜訊），且其可適用於任何控 制主機（如PC)上，也不需昂貴的硬體來配合，大大地^ 低了所需花費的硬體設備成本與影像處理所需花費的 間。 · 除了上述實施例之積體電路缺陷偵測演算法外，上述 =體f路缺陷偵測演算法亦可實現在—控制主機如個Γ 毛細j未顯示）上，而形成一積體電路缺陷偵測系統。請 參見第七@1，其顯示了本案另一較佳實施例之積 ： 陷偵測系統的典型示意圖。該積體電路缺陷偵測系' :::::積體電路如晶圓71的缺陷’該積體電路缺陷： 描裝置72 (其可為-掃描式光學顯微鏡^ 影像，一：“竟所組成）’用以獲得晶圓71的二維數位 ，、 傅里茶轉換裝置73，對該第一二維數位％ 換產生一第-二維像素資料複數陣列， ^ 用从計算該第一二維像素資料複數陣列的功率

第14頁 4 6 328 2 五、發明說明（II) 頻譜，一罩幕產生裝置7 5，臨界化該功率頻譜的影像而產 生一第一罩幕，並擴張該第一罩幕的影像而產生一第二罩 幕，一過濾裝置7 6，應用該第二罩幕以移除該第一二維像 素資料複數陣列中的週期性成份以產生一第二二維像素資 料複數陣列，以及一逆傅里葉轉換裝置7 7，對該第二二維 像素資料複數陣列執行逆傅里葉轉換產生一第二二維數位 影像。因此，吾人可以在一個人電腦上發展出一套全自動 的積體電路缺陷偵測系統’使得積體電路的缺陷可以被迅 速而準確的偵測出而大幅提升了積體電路生產的良率，改 善了習知技術所遭遇到的缺失與不便。 是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由 熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附 申請專利範圍所欲保護者。

第15頁 圖式簡單說明 第一圖為一積體電路表面的二維像素陣列影像； 第二圖為第一圖之二維像素陣列影像經過傅里葉轉換後所 計算出的功率頻譜影像； 第三圖（A )至（D )分別為第二圖的功率頻譜影像分別以 0 %、5 %、1 0 %、1 5 %的臨界值做臨界化的示意圖； 第四圖（A ) 至（B ) 分別為經過臨界化後所重建的缺陷亮 度與電路亮度度的示意圖； 第五圖（A )至（B)分別代表未經過罩幕擴張步驟與經過 罩幕擴張步驟的罩幕示意圖； 第六圖為重生之缺陷影像示意圖；以及 第七圖顯示根據本案之另一較佳實施例，將積體電路缺陷 偵測演算法實現在一控制主機如個人電腦上的積體電路缺 陷偵測系統之典型示意圖。

第16頁

Claims (1)

1. 463282 I六、申請專利範圍 | I :1. 一種積體電路的缺陷偵測方法，其包含下列步驟： 1 I (a)獲得該積體電路的一第一二維數位影像； i (b )以傅里葉轉換計算該第一二維數位影像而產生一 第一二維像素資料複數陣列； | ( c)計算該第一二維像素資料複數陣列的功率頻譜； ^ (d) 臨界化該功率頻譜的影像而產生一第一罩幕； 丨 (e) 擴張將第一罩幕的影像而產生一第二罩幕； (f )應用該第二罩幕以移除該第一二維像素資料複數 丨 I陣列中的週期性成份以產生一第二二維像素資料複數陣 I 列；以及 丨 (g)以逆傅里葉轉換計算該第二二維像素資料複數陣 I i列而產生一第二二維數位影像。 ;2.如申請專利範圍第1項之方法，其中在該步驟 （a)中， 1 該第一二維數位影像係為一掃描式電子顯微鏡 （SEM)影 i 丨像。 3如申請專利範圍第1項之方法，其中在該步驟 U)中， 丨 !該第一二維數位影像係為一原子斥力顯微鏡 （AFM)影 丨像。 U如申請專利範圍第1項之方法，其中在該步驟 （a)中， 丨 i該第一二維數位影像係為一聚焦離子束 （F I B )影像。 :5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中在該步驟 （c )中， I該功率頻譜乃是對該第一二維像素資料複數陣列以下式 ，

   第17頁 463282 六、申請專利範圍 Ε{μ,ν)Ρ\μ,ν)) i !計算而得。 :6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中在該步驟 （d ) 中，對該該功率頻譜影像臨界化的臨界值係設定於該功率 頻譜影像最亮點的百分之十。 ;7,如申請專利範圍第1項之方法，其中在該步驟 （e ) ^ ，擴張該第一罩幕的影像以產生該第二罩幕的步驟乃是 執行將該第一罩幕的影像上每個所偵測到的點向水平與垂 直方向擴張一特定的像素數目。 i 8.如申請專利範圍第7項之方法，其中該特定的像素數目 |係為1。 :9.如申請專利範圍第7項之方法，其中該特定的像素數目 係為2。 i 1 〇.如申請專利範圍第1項之方法，該方法更包含下列步 驟： (h)比較該第二二維數位影像與該第一二維數位影像 以辯識缺陷。 ;1 1. 一種積體電路的缺陷偵測系統，其包含： 一掃描裝置，用以獲得該積體電路的一第一二維數位 嘭像； 一傅里葉轉換裝置，對該第一二維數位影像執行傅里 葉轉換產生一第一二維像素資料複數陣列；

   463282 六、申請專利範圍 一功率計算裝置， 的功率 第一罩 1資料複 複數陣 — I i列執行 12. 如 包含一 13. 如 一掃描 1 4.如 一原子 15.如 係以下 頻譜； 罩幕產 幕，並 過濾裝 數陣列 歹I以 逆傅里 逆傅里 申請專 個人電 申請專 式光學 中請專 斥力顯 申請專 式： 生裝置， 擴張該第 置’應用 中的週期 及 葉轉換裝 葉轉換產 利範圍第 腦。 利範圍第 顯微鏡。 利範圍第 微鏡。 利範圍第 計算該第一二維像素資料複數陣列 臨界化該功率頻譜的影像而產生— 一罩幕的影像而產生一第二罩幕； 該第二罩幕以移除該第一二維像素 性成份以產生一第二二維像素資料 置，對該第二二維像素資料複數 生一第一二維數位影像。 1 1項之系統，其中該缺陷偵測系統 1 1項之系統，其中該掃描裝置係為 11項之系統，其中該掃描裝置係為 1 1項之系統，其中該功率計算裝置 戶("，v) = l〇g(i + F("，v)y(y，V))該Ϊΐΐί像，資料體陣綱而得到該功率頻譜 以設定於該功率頻譜影像最亮點的百以 46328 2 1六、申請專利範圍 j 臨界化該功率頻譜的影像。 j :1 7.如申請專利範圍第1 1項之系統，其中該罩幕產生裝置 I !將該第一罩幕的影像上每個所偵測到的點向水平與垂直方 丨 向擴張一特定的像素數目而產生該第二罩幕。 j 18. —種電腦程式產品，由含一電腦可讀取之媒介所組 i i成，該電腦可讀取之媒介上係包含一演算指令以控制一控 丨 制主機以獲得一積體電路的一第一二維數位影像，以傅里 I葉轉換計算該第一二維數位影像而產生一第一二維像素資 j 料複數陣列，計算該二維傅里葉轉換的功率頻譜，臨界化 ;該功率頻譜的影像而產生一罩幕，將該罩幕的影像上每個 I所偵測到的點向水平與垂直方向擴張一特定的像素數目， 應用形成的罩幕以移除該第一二維像素資料複數陣列中的 週期性成份以產生一第二二維像素資料複數陣列，以及以 i該第二二維像素資料複數陣列產生一第二二維數位影像。 丨 1 I

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