TW473765B - Method for controlling focus automatically and system for controlling focus automatically - Google Patents

Description

473765 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 面。故、電子束之照射量雖愈少愈佳，惟因自動焦點調整 處理亦需電子束照射，致對每測定點實施自動焦點調整處 理之晶圓表面將受相當污染。 本發明有鑑於此種問題，其目的在提供不失圖案認識精 度，盡量減少實施自動焦點調整處理之頻度，以圖提高能 量之自動焦點控制方法及自動焦點控制系統。 【解決課題之方法】 爲解決上述課題，申請專利範圍第1項之發明，係可對 置於顯微鏡之測定對象，選擇是否實施自動焦點調整處理 之自動焦點控制方法，即、依對裝在前述顯微鏡之測定對 象之影像實施一次元或二次元之傅里葉變換（F〇urier transformation)處理之結果，求功率頻譜，若該功率頻譜所 含所定頻率以上之頻率成分之比例爲所定之基準値以上時 ’則不實施前述自動焦點調整處理，而實施前述測定對象 之圖案認識處理，若前述比例未滿前述基準値時，則在即 將實施前述圖案認識處理之前實施前述自動焦點調整處理。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 申清專利範圍第2項之發明，係包含：對置於顯微鏡之 測定對象，實施自動焦點調整之自動焦點調整機構，及依 裝在顯微鏡之測定對象之影像，實施測定對象之圖案認識 處理之圖案認識機構之自動焦點控制系統，其中包含··依 對裝在顯微鏡之測定對象之影像實施一次元或二次:之傅 里葉變換處理之結果，求功率頻譜之頻率成分解析機構， 及該功率頻譜所含所定頻率以上之頻率成分之比例爲所定 之基準値以上時’則不實施自動焦點調整處理，而實施測 ______；__-5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格__ 1 1 經濟、那中央標準局員工消費合作社印製 、發明說明（3 B、象之圖案遇識處理，若前述比例去t % ni . 即將杳、A η — 列未滿基準値時，則在

Ml施圖案認識處理之前實 控制機構。 、自動焦點調整之自動焦點 中請專利範園第3項之發明 記栽之“片申請專利範園第2項 %又自動焦點控制系统，其中自私 定基準你—/ 也 ，、Τ自動焦點控制機構，將所 羊値疋馬：使圖案認識機構之圖案 檢測誤差量爲顯微鏡之影像取進單位之圖案 由上主 < 丄蓋素以下0 Τ #專利範園第4項之發明，係如中 項訪彔、& ▲ T叫寻利範園第2或3 载又自動焦點控制系統，其中顯微鏡爲 ^鏡’頻率成分解析機構，就不同測定對象之數處;^顯 功G頻：自動焦點控制機構’就前述數處，分別:】斷 2率値以上’對比例爲所定之基準値以上處 ： 調整機構之焦點調整，而實施圖案認識機構之^ ::處理，對比例未滿基準値處，則在即將實施圖案』 =之圖案認識處理之前實施自動焦點調整機構之焦2 申請專利範圍第5項之發明，係如申請專利範圍第2、 广-項記載之自動焦點控制系統’其中所定頻率係二 Hz以上之頻率。 申請專利範圍第6項之發明，係如申請專利範園第2 、4、5任一項記載之自動焦點控制系統，至， / 3 z夏以上 之演算處理裝置，其中之一爲頻率成分解析機構之頻率成 分解析專用而設。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） - ·ϋϋ - ·· -11 I I— m ^flu ml atm— HI- : - 、{"^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 473761) * A7 _____ B7 一 — 五、發明説明（4 ) 〜'一^-- 兹將申請專利範圍第2項之發明，對應例如第7圖之流 程圖説明如下’即「自動焦點調整機構」係對步驟以7之 處理，「頻率成分解析機構」係對步驟S52、S53之處理 ，「自動焦點控制機構」係對步驟S55之處理，分別對應。 登明之實施形能： 以下、參考圖具體説明適用本發明之自動焦點控制系統。 ，1圖係自動焦點控制系統之一實施形態之方塊構成圖 。第1圖所示自動焦點控制系統，構成用掃描型電子顯微 鏡（SEM : Scanning Electron Microscopy)之測長系統，可 大約分爲：電子束鏡筒1、及本體控制裝置2、及主電腦3 。試料室内設有：存取試料（測定對象）之負載鎖定（L〇ad lock)室11、及放置試料之χγ裝載台（stage)12、及將電子 束照射試料之電子束照射裝置13、及控制電子束照射方向 之偏轉器14、及檢測試料之二次電子之二次電子檢測器15。 本體控制裝置2，包含：控制偏轉器14及二次電子檢測 器15之SEM控制部21、及控制XY裝載台12之移動方向 及移動速度之裝載台控制部22。SEM控制部21輸出適應 二次電子檢測器15檢出之二次電子量之模擬信影 像）。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 主電腦3，包含：控制本系統整體之主控制部3 1、及實 施測定對象之影像解析之影像處理部32、及實施顯示裝置 4之顯示控制及XY裝載台i 2之控制等之周邊控制部3 3、 及記憶裝置34。 第2圖係第1圖所示主電腦3内部之影像處理部32之詳

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4^T^I^297^iT 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 473761) A7 -—... ___ B7 五、發明説明（5 ) —~ 細構造之方塊構成圖。影像處理部32，包含：將SEM控 制邵21輸出之SEM影像轉換爲數字數據之a/d轉換5 1 、及存儲轉換數字數據之幀記憶體（Flaine mem〇ry)52、及 實施過濾處理等之影像處理演算部53、及實施顯示在顯示 裝置4之影像數據之生成等之顯示控制部54。 第3圖係第1圖所示自動焦點控制系統之處理動作之主 流程圖’以下依該流程圖説明本系統之動作。首先、將測 定對象之晶圓置於試料室内之XY裝載台12上（步驟S1)。 其次、爲了在預先設定之基準點實施自動焦點調整處理， 移動XY裝載台12(步驟S2)，在該基準點實施自動焦點調 整處理（步驟S3)。至best 一 focus狀態（對焦狀態）時，接著取 進基準點影像，實施圖案選配（Pattern matehing)處理（步驟 S4)，實施基準點之定位（Alignment調整）。關於圖案選配處 理之詳細情形容後説明。 其次、判斷對預定之全部基準點實施圖案選配處理、即 校正調整完成否（步驟S5)，若尚有未實施調整之基準點則 回至步驟S2。 如此、在步驟S1〜S5，分別對晶圓内預先設定之數個基 準點實施校正調此種調|一般稱爲&體校準調整。 對全部基準點實施圖案選配處理時，實施步驟％以下之 測長處理。測長處理時，先將Χγ裝載台12移動至預定之 測定點（步驟S6)。其次、實施判斷在該測定點實施自動隹 點調整處理否之處理(判斷可否實施自動焦點之處理）（步 _______ - 8 _ 本紙張尺度適财關家料·（ CNS )八4規格（2歐]97公& ---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

47376L) A7 B7 五、發明説明（6 ) 上述自動焦點調整處理之目的，雖爲提高依試料之SEM 衫像實施之圖案&忍識精度及信賴性，惟亦有不少已對焦於 不影響圖案認識精度之水平者，若一律實施自動焦點調整 處理，則僅耗費時間並無意義。故判斷可否實施自動焦點 之處理’實施事先判斷需實施自動焦點調整處理否之處理 。關於該判斷可否實施自動焦點之處理容後說明。 步驟S7之處理完成後，取進測定點之影像實施影像解析 (圖案認識處理）（步驟S8)，依其結果實施圖案寬度之測定 長度（步驟S9)。其次、判定對全部測定點實施測長否（步驟 s 1 〇) ’若尚有未實施測長之測定點則回至步驟S6，已對全 部測定點實施測長即搬出晶圓（步驟S11)。 因如此、在第3圖之步驟S6〜S 11，依晶圓内各測定點之 SEM影像求功率頻譜，功率頻譜含所定基準値以上之高頻 率成分時省略自動焦點調整’故可減輕實施自動焦點調整 處理之頻度，而可提高測定時之能量。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第4圖係第3圖之步驟84之圖案選配處理之詳細流程圖 。首先、從主電腦3内之記憶裝置34將對應基準點之基準 影像數據卸載（Down load)(步驟S21)。其次、介SEM控制 邵21將晶圓内基準點之SEM影像（以下、稱測定影像數據） 取進主電腦3内之影像處理部32(步驟S22)。取進之測定影 像數據係從二次電子檢測器15檢出之晶圓之對應二次電 子之模擬數據。 其次、實施空間過濾處理及線形影像強調處理（步驟S23) 。空間過濾'處理係去除含噪音之頻率成分之處理，而線形 ~ 9 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 473765 A7 B7 五、發明説明（7 ) 影像強調處理係強調圖案之對比（Contrast)之處理。 其次、對步驟S21卸載之基準影像數據（Tenplate)，實施 傅里葉變換處理（FFT處理）（步驟S24)。設：對應基準影像 數據之函數爲g(m，n)，FFT處理後之函數爲G(m，n)，則成 立（1)式之關係。但、（m，n)係如第5圖所示表示畫素位置， 即 〇SmS511、〇SnS511 。 【數1】 G(m，n)=F{g(m，n)} M-lN-l

= ^Ylg{^,y)^j2nxJM ^e-j2nyJN jc=0 y=9 511 511 …⑴ = ΣΣ^^)·^2^/511·^2^/5Π x=0 产0 其次對步驟S22取進之測定影像數據實施傅里葉變換處 理（FFT處理）（步驟S25)。設對應測定影像數據之函數爲 f(m，n)，FFT處理後之函數爲F(m，n)則，成立（2)式之關係。 【數2】 G(m?n)=F { f(m?n)} 511 511 =ΣΣ/(ν)，;·2〜/511，趣7511 …⑺ x=0 y=0 其次、實施合成FFT處理後之基準影像數據G(m，n)與測 定影像數據F(m，n)之處理（步驟S26)。設合成後之函數爲 R(m，n)則，成立（3)式之關係。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ::l;y· 473765 A7 B7 五、發明説明（8 ) 【數 R(m，n)=F(m，n)®G(m，n) 511 511 /11=0/2=0 (3) 其中G〇，w)爲G(m，n)之複數共轭

其次、如（4)式所示，將函數R(m，n)逆FFT處理，求相互 相關r(m，n)(步驟S27) 〇 【數4】 r(m,n)=F'1{R(m3n)} 1 M-lN-lΣ Σ R{x,y)-ejl7UXjM .ejl1tynlN

NM 0 y=0 511 511 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -—1 II · 2 18 Σ Σ R(x^y) · ej2nxj5n. e72^/5u ••(4) y=0 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 該相互相關r(m，n)表示圖案選配結果，以如第6圖之 波形表示。其次、檢出第6圖之峰點値及其時之座標（m， η) ’將檢出結果送至主電腦3之主控制部3 1(步驟S28)。 如此、圖案選配處理，預先準備對應基準點之基準影像 數據’分別將測定影像數據及基準影像數據以FFT處理像 予以比較。又、因圖案選配處理需複雜之數値演算，故不 以主電腦3内之主控制部3 1，而以影像處理部3 2實施爲宜 。以影像處理邵3 2實施時，即使影像處理部3 2演算中， 惟主控制部31仍能執行其他處理，而可提高系統整體之處 理效率。 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） n n m m n n n I ----- n : m -------- - -I ,1 I · 473765 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（9 ) 第7圖係第3圖之步驟S7之可否實施自動焦點判斷處理 之詳細流程.圖。先取進對應測定點之SEM影像（步驟S51) 。因取進之SEM影像爲模擬數據，故以A/D轉換器5 1轉 換爲數字後，存儲於幀記憶體52。 其次、對存儲於幀記憶體52之影像數據，實施二次元之 傅里葉變換處理（步驟S52)。接著、依二次元傅里葉變換處 理之結果，求頻率分布（功率頻譜）（步驟S53)。 未對焦之Defocus狀態下，試料之SEM影像依電子束徑 之擴大表面上平滑化，將SEM影像以傅里葉變換所得傅里 葉變換影像中之頻率成分減少。一方面、對焦（Best_focus) 狀態之傅里葉變換影像，混入主要由低頻率成分而成之圖 案之信號成分、及主要由高頻率成分而成之噪音成分。故 由解析傅里葉變換影像之頻率成分，即可判別Defocus狀 態與Best focus狀態。 於是、在上述第7圖之步驟S53，從二次元傅里葉變換 處理所得傅里葉變換影像之各頻率成分之實數部與虚數部 之平方和之平方根求頻率分布（功率頻譜），檢出功率頻譜 中所含高頻率成分之比例（步驟S54)。 第8圖（a)係Best_focus狀態（或其近傍）之功率頻譜圖， 橫軸爲頻率【Hz】、縱軸爲強度。圖示30 Hz以下之成分 反映晶圓之圖案形狀，50〜60 Hz之成分係由電源之噪音所 致。又、其他高頻率成分係由SEM特有之噪音（又稱芝麻 鹽噪音）所致者，其中、例如含取樣附帶之噪音。 一方面、第8圖（b)係Defocus狀態之功率頻譜圖。在 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 、、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 473765 經濟部中央標隼局員工消費合作社印紫 A7 ____B7 五、發明説明（1〇 ) —

Defocus狀態下，因電子束徑擴大之效果爲，可得表面上將 SEM影像平滑化之像，第8圖（a)所示高頻率成分之芝麻鹽 噪音減少。在Defocus狀態下實施圖案認識處理時，因有 播法認識圖案、或誤認圖案之虞’故表實施圖案認識前實 施自動焦點調整處理爲宜。 因此、在弟7圖之步驟S55 ’ 30 Hz以上、且電源頻率 (50〜60 Hz)以外之鬲頻率成分含所定基準値以上時，判斷 爲Best_focixs狀態省略自動焦點調整處理。一方面、3〇 Hz 以上之高頻率成分未滿基準値時，判斷爲Def0cus狀態實 施自動焦點調整處理（步驟S56)。 兹因步驟S5 5之基準値依靠實施圖案認識處理之主電腦 3及影像處理部32等之硬體性能，故需依使用之硬設定最 適肖當値。例如、影像處理部32採用檢測正規化相關係數 之最大値之算法（Algorithm)時，將基準値設定爲功率頻譜 強度總和之約10%、最好1〇〜15〇/〇。 步驟S54或S55之處理完成後，實施第3圖之步驟|§8之 圖案認識處理。 上述實施形態，在整體校準處理（第3圖之步驟S1〜S5) 中’不實施可否實施自動焦點判斷處理，而強制實施自動 焦點調整處理，惟在整體校準處理中，實施可否實施自動 焦點判斷處理亦可。因此、更可縮短測定時間，更可提高 能量。 上述實施形態説明使用掃描型電子顯微鏡（sem)之例，惟 本發明亦能適用於SEM以外之電子顯微鏡及光學顯微鏡。 I—--------rd------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 473761) 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A7 B7 五、發明説明（11 ) 如上述、因判斷實施自動焦點調整處理否之基準之基準 値，依使用之硬體等動作條件而變，故以鍵盤等任意變更 及設定基準値之値亦可。基準値之大致標準以設定爲實施 圖案認識之結果對基準圖案成爲Subpiccel以下誤差爲宜。 又、使其能任意選擇是否實施可否實施自動焦點調整處 理亦可。更設以手動實施焦點調整之模式以代自動焦點調 整處理亦可。 上述實施形態’說明將SEM影像以二次元傅里葉變換處 理之例，惟依一次元傅里葉變換處理之結果求功率頻譜亦 可 〇 又、上述實施形態，説明實g晶圓内細微圖案之尺寸測 定之例，惟本發明之測定對象並不限於晶圓，例如亦可適 用於印刷基片上之圖案之缺陷檢查等。 如以上詳細説明，因依本發明、若對應顯微鏡取進之影 像之功率頻譜所含所定頻率以上之頻率成分之比例未滿所 定基準値，則不實施自動焦點調整處理而實施測定對象之 圖案認識處理，故能縮短測定對象之測定時間，而可提高 犯1本發明尤其對如大口控晶元等，每測定對象之測^ 點數多時等，發揮極大之效果。 又、因顯微鏡使用電子顯微鏡時，需對測定對象照射電 子束，致測定對象表面易附著雜質，唯依本發明因減少實 施自動焦點凋整處理之次數，故可減少電子束之照射量，' 並減少測定對象表面之污染。 _____________ -14 - 本紙張Ik適用¥國@標準（CNS7) 公i (请先閲讀背面之注意事項存填寫本頁) 訂 473卿 經濟部中戎標率局負工消費合作社印t A7 B7 克、發明説明（12 圖式之簡單説明： 第1圖係自動焦點控制系統之-實施形態之方塊構成圖。 第2圖係第1圖所示主電腦内部之影像處理部之詳細構 造之方塊構成圖。 第3圖係自動焦點控制系統之處理動作之主流程圖。 第4圖係第3圖之步驟S4之圖案選配（pattern matching) 處理之詳細流程圖。 弟5圖係説明基準影像資料之座標圖。 第6圖係相互相關r(m，n)之波形圖。 第7圖係第3圖之步驟S7之可否實施自動焦點判斷處理 之詳細流程圖。 第8圖（a)係Best focus狀態之功率頻譜（Power spectrum) 圖，（b)係Defocus狀態之功率頻譜圖。 圖號説明·· 1 電子束鏡筒 2 本體控制裝置 3 主電腦（Host computer) 4 顯示裝置 11負載鎖定（Load lock)室 12 XY 裝載台（Stage) 13電子束照射裝置 14偏轉器 15二次電子檢測器 21 SEM控制部 15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210XM7公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

47376^ A7 B7 五、發明説明（13 ) 22裝載台控制部 31主控制部 32影像處理部 3 3周邊控制部 34記憶裝置 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 473761)

   經濟部中央標準局員工消費合作社印製 •一種自動焦點控制方法，其係即可對置於顯微鏡之測定 對象’選擇是否實施自動焦點調整處理者，其特徵爲： 依對裝在前述顯微鏡之測定對象之影像實施一次元或 一次7之傅里葉變換（Fourier transformation)處理之結果 ’求功率頻譜（P〇wer spectrum)，若該功率頻譜所含所定 頻率以上之頻率成分之比例爲所定之基準値以上時，則 不實施前述自動焦點調整處理，而實施前述測定對象之 圖案認識處理，若前述比例未滿前述基準値時，則在即 將實施前述圖案認識處理之前實施前述自動焦點調整處 理〇 2· 一種自動焦點控制系統，包含： 對置於顯微鏡之測定對象，實施自動焦點調整之自動 焦點調整機構，及 依裝在顯微鏡之測定對象之影像，實施測定對象之圖 案認識處理之圖案認識機構之自動焦點控制系統，其中 包含： 依對裝在顯微鏡之測定對象之影像實施一次元或二次 7G <傅里葉變換處理之結果，求功率頻譜之頻率成分解 析機構，及 若該功率頻譜所含所定頻率以上之頻率成分之比例爲 所定 < 基準値以上時，則不實施自動焦點調整處理，而 實施測定對象之圖案認識處理，若前述比例未滿基準値 時，則在即將實施圖案認識處理之前實施自動焦點調整 之自動焦點控制機構。 -17· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297^7 --------裝------封 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 473765 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 3·如申請專利範園第2項記載之自動焦點控制系統，其中 自動焦點控制機構，將所定基準値定爲：使圖案認識機 構之圖案認識處理所得圖案檢測誤差量爲顯微鏡之 取進單位之1晝素以下。 。 4。如申請專利範園第2或3項記載之自動焦點控制系统， 其中 顯微鏡爲掃描型電子顯微鏡， 頻率成分解析機構，就不同測定對象之數處，分別求 功率頻譜， 自動焦點控制機構，就前述數處，分別判斷功率頻譜 所含所足頻率以上之頻率成分之比例是否爲所定之基準 値以上，對比例爲所定之基準値以上處，不實施自動焦 點調整機構之焦點調整，而實施圖案認識機構之圖案認 識處理，對比例未滿基準値處，則在即將實施圖案認識 機構之圖案認識處理之前實施自動焦點調整機構之焦點 調整。 5 ·如申请專利範圍第2或3項記載之自動焦點控制系統， 其中所定頻率係3 〇 Hz以上之頻率。 6·如申請專利範圍第4項記載之自動焦點控制系統，其中 所定頻率係3 0 Hz以上之頻率。 7·如申請專利範圍第2或3項記載之自動焦點控制系統， 至少含2隻以上之演算處理裝置，其中之一爲頻率成分 解析機構之頻率成分解析專用而設。 8·如申請專利範圍第4項記載之自動焦點控制系統，至少 -18 - —lrl^----0 裝------訂 -------.fh (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇><297公羡） 47376^ A8 B8 C8 ' D8 六、申請專利範圍 含2隻以上之演算處理裝置，其中之一爲頻率成分解析 機構之頻率成分解析專用而設。 9. 如申請專利範圍第5項記載之自動焦點控制系統，至少 含2隻以上之演算處理裝置，其中之一爲頻率成分解析 機構之頻率成分解析專用而設。 10. 如申請專利範圍第6項記載之自動焦點控制系統，至少 含2隻以上之演算處理裝置，其中之一爲頻率成分解析 機構之頻率成分解析專用而設 --------^ 裝------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）