TW521363B - Method and apparatus for numerically analyzing growth degree of grains on semiconductor wafer using SEM image - Google Patents
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Description
521363 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 1 .發明範疇 本發明係關於一種用來分析/評估半導體晶圓之表面狀 態的方法與裝置，特別是一種定量上精確地分析/評估半 導體晶圓表面上顆粒成長狀態的方法與裝置，其經由電腦 ，利用掃描式電子顯微鏡（SEM)掃描半導體晶圓表面所得 之影像檔案，自動地計算並讀出中顆粒的成長度。 2 .相關技藝説明 ’在製造半導體裝置中，隨著電容器逐漸變得更小，一種 補償電容器尺寸與電容的方法便被提出來。特別是，既然 電容器的電容與電容器電極的表面積成正比，製造過程的 焦點是在獲得一較寬之電容器電極的表面積。 增加電容器電極表斋積的典型製造方法，是在電容器電 極表面上成長半球形顆粒（HSGs)。最近，有一種藉由在半 球形顆粒（HSGs)成長的地方，形成完整圓柱形堆疊（OCS)- 型的電容器電極，來增加電極本身之表面積的方法被提出 來。在此一方法中，爲了補償不足的部分，表面積也是依 據半球形顆粒（HSGs)的成長來增加。 結合半球形顆粒（HSGs)程序之完整圓柱形堆疊（OCS)程 序的引進，顯著地'增加電容器電極的表面積，從而獲得了 一個大的電容器電極的電容。完整圓柱形堆疊（OCS)-型電 容之上面部分的表面是小的，而其側壁則是大的。此時， 既然半球形顆粒（HSGs)的顆粒成長度對電容的獲得是敏感 的，在形成完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容的製造過程中， -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂 穩 521363 A7 B7 五、發明説明（2 ) 便使用測量半球形顆粒（HSGs)厚度的方法。可是在引進完 整圓柱形堆疊（OCS)程序後，會蝕刻多晶矽薄膜，而其上 卻可能成長測量檢測部分的半球形顆粒（HSGs)，所以不能 使用此一方法。 爲了解決這個問題，一種測量晶元中光反射的方法便被 提出來。可是，在此一方法中有缺乏辨別力的問題。 其間，廣泛地使用掃描式電子顯微鏡（SEM)以精確地掃 描半導體晶圓的表面狀態，以及分析製造缺陷。然而，在 先前技藝中，掃描式電子顯微鏡（SEM)只不過掃描成長於 完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容上半球形顆粒（HSGs)的成長 狀態，以及顯示掃描的影像。因此，使用者直接觀看顯示 白勺影像，並以經驗決定半球形顆粒（HSGs)的成長度。此一 方法需要很多的時間與"精力。此外，因爲使用者的錯誤， 很難精確地計算半球形顆粒（HSGs)的定量成長度。 發明概要 因此，本發明旨在提供一種方法與裝置，使用由掃描式 電子顯微鏡（SEM)掃描半導體晶圓表面所產生的影像資料 ，自動分析關於半導體晶圓表面的顆粒成長度。 根據本發明之一個態樣，提供一種數値分析半導體晶圓 表面上之顆粒成長度的方法，其包括步驟：選擇一數値目 標區域，以讀出影像檔案中特定部分的顆粒成長度，此一 影像檔案係藉由使用掃描式電子顯微鏡（SEM)掃描半導體 晶圓表面上的特定部分來產生·，對排列於所選擇數値目標 區域中之各像素的影像資料做標準化；比較標準化之各個 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 玎 魏 521363 五、發明説明（ 3 像貝，直與預定的臨界値，並計算其標準化的影目對排二於Γ臨界俊的像素數目’·藉由算出計數的像素數 5値目標區域中全部像素數目的比例，來算出 此-數値目標區域表面上的顆粒成長度。 Λ月 < 另悲樣，提供一種數値分析半導體晶圓 表=之顆粒成長度的方法，其包括步驟·在監視器上顯 二：道’其中影像係藉由使用掃描式電子顯微鏡(SEM)掃 Ϊ半導體^表面上的特定部分來獲得，·假如使用者爲了 :出特足區域上顆粒之成長度，指㈣示影像中的數儘目 ^域，則對排列於所選擇數値目標區域中之各像素的影 像'貝料做標準化’·比較標準化之各個像素的影像資料値與 I的臨界Ί計算其標準化的影像資料値大於臨界値 像素數目’藉由异出計數的像素數目對排列於數値目標 區域中全部像素數目的比例，來算出此一數値目標區域表面上的顆粒成長度。 ㈣u㈣’爲了移_比信號轉換成數位 ㈣時可能引起的雜訊’在完成關於影像資料的標準化之 則，尚包括-個平滑化的程序，利用鄭接像素之影像資料的平均値，使排列於數値目標區域中各個像素的影像資料變得平滑。 · 裝 訂
標準化係使用下列等式來完成：A:Cmin IxK NC..
Cmax ~ C maxy 其中，排列於（i，j)點上之像素的標準 化影像資料値 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 521363 A7 . -- -B7 五 明（4 厂 " ' ~-- ’ Qj爲排列於（i，j)點上之像素的非標準化影像資料値， 是數値目標區域中影像資料的極小値，Cmax是數値目標區 域中影像資料的極大値，而κ則是一個常數。此一常數κ 是監視器總濃淡度的數目。 根據本發明，此一方法尚包括形成網線的步驟，以於顯 示的影像上，將監視器的螢幕劃分成許多次區域，從而使 使用者能夠指定至少一個次區域作爲數値目標區域。 為了實現本發明之一個態樣，提供一種對半導體晶圓表 面上之顆粒成長度做數値分析的裝置，其包括：一部掃描 式電子顯微鏡（SEM)，用來掃描半導體晶圓表面上的特定 郅分，以產生影像信號；一部類比對數位轉換器，用來將 掃描式電子顯微鏡（SEM)產生的影像信號轉換成數位資料 ，·一部電腦，用來將气位資料存成影像檔案、開啓儲存的 影像檔案，以自動選擇數値目標區域來計算特定部分上的 顆粒成長度、對排列於所選擇之數値目標區域中各個像素 的影像資料執行標準化、比較標準化之各個像素的影像資 料値與預定的臨界値，從而計算其標準化的影像資料値大 於臨界値的像素數目，以及藉由算出計數的像素數目對排 列於數値目標區域中全部像素數目的比例，來算出此一數 値目標區域表面上的顆粒成長度；以及一個用來顯示所計 算之比例的顯示器.。 爲了實現本發明之另一個態樣，提供一種對半導體晶圓 表面上之顆粒成長度做數値分析的裝置，其包括· 一部掃 描式電子顯微鏡（SEM)，用來掃描半導體晶圓表面上的特 疋部分’以產生影像信號；一部類比對數位轉換器，用來 -7- t張尺度適用中國國家A4規格(21〇 X 297公釐)-----~— A7 B7 五、發明説明（5 =掃描式電子顯微鏡（SEM)產生的影像信號轉換成數位資 〜；~邵顯示器，用來接收影像信號，並在螢幕上顯示特 ::分的影像；以及一部電腦，用來將數位資料存成影像 田木、在所顯示之特定部分的影像上形成網線， 分成許多次區域、如果使用者選擇了榮幕上預定的次2 並將所4擇的次區域指定爲數値目標區域，則開啓所倚 子的影像檔案，以對排列於所選擇之數値目標區域中各個 像^的衫像資料執行標準化、比較標準化之各個像素的影 像貝料値與預定的臨界値，從而計算其標準化的 俊大於臨界値的像素數目，以及葬由置小、+奴a ^ v丨界i歡㈢以及猎由异出計數的像素數目 對排列於數値目標區域中全部像素數目的比例，來算出此 -數俊目標H域表面上的顆粒成長度，並將料算的比例 提供給顯示器，而於螢幕上顯示所計算的比例。 用於標準化的的等式與上述的等式相同。 在芫成標準化之前’讓電腦使用㈣像素影像資料的平 均値來執行平滑化的程序，以平滑化排列於數値目標區域 中的各個像素是理想的。 圖式簡單 藉由參照附圖，詳細地描述其具體實施例，本發明之上 述目的與優點將變得更顯而易見，其中： 圖1是一張圖，顯示一種根據本發明具體實施例，用來 數値分析半導體晶圓表面上顆粒成長度的裝置； 圖2是一張成長於半導體晶圓上，具有半球形顆粒 (HSGs)之心整圓柱形堆疊（〇cs) _型電容器的剖面圖； 圖3是一張流程圖，顯示用來計算半導體晶圓表面上顆 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱ί 521363 A7 . B7 五、發明説明（6 ) 粒成長度的第一個數値運算法則； 圖4是一張流程圖，顯示用來計算半導體晶圓表面上顆 粒成長度的第二個數値運算法則； 圖5是一張圖，顯示形成於完整圓柱形堆疊（OCS)-型電 容器元件之掃描式電子顯微鏡（SEM)影像框架上的網線； 圖6A與6B分別是圖5所示數値目標區域中，預定之上面 與下面部分的放大掃描式電子顯微鏡（SEM)影像圖； 圖7A與7B係實例圖，分別是將圖6A與6B所示之掃描式電 子顯微鏡（SEM)影像的影像資料値，從0到250改變影像資 料値，劃分成五個等級時的數量分佈圖； 圖8A與8B分別是對圖6A與6B所示之掃描式電子顯微鏡 (SEM)影像資料做標準化後，所得到的實例影像圖； 圖9A是執行平滑化程序前的影像實例圖，而圖9B則是完 成平滑化程序後的影像實例圖； 圖10A至10C是影像實例圖，分別是所計算之半球形顆粒 (HSGs)成長度與半球形顆粒（HSGs)成長狀態的値； 圖11A至11C是實例圖，顯示當運用數値運算法則時，藉 由將臨界値設定爲121，掃描式電子顯微鏡（SEM)影像與所 計算之半球形顆粒（HSGs)成長度；以及 圖12A與12B是實例圖，分別顯示根據半導體晶圓的測量 位置與半球形顆粒（HSGs)成長時間之半球形顆粒（HSGs)成 長度的計算結果。 具體實施例詳細説明 現在將參考附圖，詳細地敘述本發明之較佳具體實施例。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 521363 A7 . B7 五、發明説明（7 ) 圖1是一張圖，顯示一種根據本發明具體實施例，用來 數値分析半導體晶圓表面上顆粒成長度的裝置。此一裝置 可能是一部内建電腦的掃描式電子顯微鏡（SEM)。通常， 此一掃描式電子顯微鏡（SEM)具有一產生電子的電子槍12 、電子透鏡單元16、18與20、反應室單元，以及顯示器單 元34與38。電子透鏡單元16、18與20含有第一個聚焦透鏡 16、第二個聚焦透鏡18與掃描線圈20。此等電子透鏡單元 16、18與20累積並發送電子槍12所產生的電子至樣品30的 表面上，從而控制影像的放大倍率。反應室單元包含一工 作台28以承載其上之樣品30、一反向散射電子偵測器22以 偵測反向散射電子24，以及一部次級電子偵測器32以偵測 次級電子26。顯示器單元34與38包含一影像處理器34，如 掃描器，以處理偵測器22與26所產生的電子影像信號，以 及一部監視器38，用來將處理後的影像信號顯示於其螢幕 上。此外，此一掃描式電子顯微鏡（SEM)尚含有一部電腦 36，用來處理所需之資料，並控制掃描式電子顯微鏡 (SEM)的運作，以及一類比對數位轉換器37，用來將次級 電子偵測器32所輸出的類比信號轉換成數位信號，並提供 數位信號給電腦36。 此一掃描式電子顯微鏡（SEM)是一種顯微鏡，使用次級 電子26與當電子束14照射到樣品30之表面上時所噴出的反 向散射電子24來形成影像，由此觀察樣品30的表面狀態。 圖2是一張顯示完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器元件50 預定部分50的剖面圖，其中半球形顆粒（HSGs)成長於樣品 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 521363 A7 . B7 五、發明説明（8 ) 30，即半導體晶圓上。首先，爲了實現本發明之方法，需 要掃描半導體晶圓的表面，特別是電容器元件50的表面， 以由此獲得其影像資料。在下文中，將敘述掃描影像的程 序0 ， 首先，如果選擇了掃描式電子顯微鏡（SEM)掃描運作的 處理程式，則承載樣品30，即半導體晶圓，於工作台28上 ，並尋找待檢測的特定部分。這時候，傾斜工作台28的同 時，決定最適宜的放大倍率與聚焦，然後掃描影像並予儲 存。既然完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器元件50不像堆疊 式電容器，其上面部分的表面區域是小的，僅使用上面部 . 分的影像，不可能精確地決定半球形顆粒（HSGs)的成長度 。爲了這個緣故，需要獲得成長了很多半球形顆粒（HSGs) 之電容器元件5〇之側蹙的影像。因此，藉由里姓工作台28 至預定的a上、如約45度角，而將電子束14均勻地入射到 上面部分與電容器元件50之側壁較佳。 電子束14係藉由施加高電壓於電子槍12來產生。由於加 速電壓，從電子槍12射出的電子被加速與集中於電子透鏡 單元16、18與20，並且照射至樣品30。如果電子束14照射 到樣品30，則如次級電子26與反向散射電子24等具有不同 資訊的電子便被放_射出來。偵測器22與32偵測反向散射電 子24與次級電子26，而被偵測到的電子則轉換成電子信號 。接著，電子信號被放大以產生類比影像信號。尤其是， 既然從次級電子獲得的掃描式電子顯微鏡（SEM)影像具有 深的焦距深度，即使樣品具有如切割斷面的粗糙表面，此 - 11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 521363 A7 . B7 五、發明説明（9 ) 一掃描式電子顯微鏡（SEM)的影像還是清晰的。此一影像 資料經由影像處理器34被傳送到監視器38，並顯示樣品30 的表面影像，或者是由攝影機（未顯示）提供成相片。此外 ，此一影像信號藉由類比對數位轉換器37轉換成數位信號 ，而數位信號則以影像檔案形式存入電腦36。此一影像檔 案與檢測位置的資訊及檢測裂口的辨識碼連接在一起。 另一種方法是，儘管反向散射電子儲存成影像檔案，掃 描式電子顯微鏡（SEM)將反向散射的資料本身感知成電子 )言號，並將資料存入記憶體。儲存的資料被用作基本資料 。此時，爲了改善使用者介面，使用掃描式電子顯微鏡 (SEM)中的影像資料來完成上述過程是有用的。 當準備好樣品30的影像檔案時，便自動算出半球形顆粒 (HSGs)對完整圓柱形采疊（OCS)-型電容器元件50的成長度 。數値處理係由電腦36内建之數値程序所完成。 提出兩個數値運算法則作爲本發明之具體實施例。第一 個數値運算法則與第二個數値運算法則分別顯示於圖3與4 。根據第一個數値運算法則，程序自動選擇數値目標區域 。而根據第二個數値運算法則，係由使用者選擇數値目標 區域。 圖3是一張流程圖，顯示用來計算半導體晶圓表面上顆 粒成長度的第一個數値運算法則。 參照圖3，使用者在監視器3 8螢幕上執行一數値程序。 在步驟S10中，假如命令數値執行指令，則於初始的螢幕 上提供選擇數値處理程式名稱的選單，使使用者能夠選擇 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 521363 A7 . B7 五、發明説明（10 ) 處理程式的名稱。此一數値處理程式不僅包含影像檔案將 被回存的目錄資訊，亦包含如待計算影像檔案的儲存目錄 、數値目標區域的區域與位置，以及臨界値等資訊。使用 者從處理程式檔案中選擇一個待計算的影像檔案。電腦36 相應於使用者的數値執行指令來驅動數値程序。 在步驟S12中，一旦執行數値序，留駐於電腦36記憶體 中的數値程序，便從記憶體中讀取儲存於硬碟的待計算影 像檔案。接著，開啓影像檔案以執行數値過程，並完成其 次的資料處理。此時，數値處理包含同時計算幾個影像檔 案的批次處理，以及個別地計算一個影像檔案的單獨處理 。在批次處理的情況中，幾個待計算的影像檔案係預先儲 存於硬碟中的特定目錄，並視需要於指定特定的目錄的同 時，要求此一數値處瘦。然後，電腦繼續開啓幾個儲存於 特定目錄中的影像檔案、執行數値處理，並產生各個影像 檔案的數値結果。 在單獨處理的情況中，當指定儲存於硬碟中的影像檔案 時，可能一個接一個執行數値程序。此一數値程序係在影 像檔案暫存於記體中，即在掃描式電子顯微鏡（SEM)所產 生的影像檔案存入硬碟之前，便直接完成，因此採取製造 狀態的中間檢驗：接著，當獲得滿意的結果時，這些影像 檔案與數値結果便存入影碟中。 在步驟S14中，開啓影像檔案後，便從影像檔案的資料 中，自動選擇用來計算顆粒成長度的數値目標區域。此一 由掃描式電子顯微鏡（SEM)所產生的影像檔案可以存成各 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂 521363 A7 B7 五、發明説明（H ) 種檔案格式。舉例來説，壓縮此一影像資料，並存成標記 影像檔案格式（TIFF)的影像格式。 圖5是一張顯示完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器元件之 掃描式電子顯微鏡（SEM)影像圖，更特別是一張顯示完整 圓柱形堆疊（OCS)-型電容器之上面與下面部分的影像圖。 此一影像係工作台28的傾斜角Θ約45度角時，掃描完整圓 柱形堆疊（OCS)-型電容器元件所得。在此一掃描式電子顯 微鏡（SEM)影像中，影像的中心部分數値目標區域，即完 整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器元件，以相同的放大倍率重 疊於影像中心。 數値目標區域之自動選擇係經由網線運算法則來完成。 亦即，引進網線運算法則以減少亮度偏差所引起的計算誤 差。 ％ 首先，在X -軸與y -軸的方向上以適當大小劃分影像，由 此獲得許多網線形式的次區域。在圖5中，分別於X -轴與 y -軸的方向上，使用五條網線64a-64e與另五條網線66a-66e ，以80像素的間距，將影像劃分成6段。此時，尚未完成 監視器38螢幕上的影像分劃，但是影像檔案的資料已經用 上述的方法分割。 分割影像檔案後、便自動地選擇待執行數値運算的區域 ，即資料。雖然可對全部的影像檔案做數値運算，爲精確 地分析半球形顆粒（HSGs)的成長狀態，選擇一個適當的數 値目標區域是較理想的。如圖5中可見，既然影像的上面 部份68與側壁70的上面部份比側壁70的下面部份不亮，降 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂 m 521363 A7 . B7 五、發明説明（12 ) 低了計算的準確度。於是，希望藉由選擇具有小亮度差異 的數値目標區域，來採取一增加計算精確度的方案。從此 一觀點，而於圖5中以粗線條指定數値目標區域。對應於 此區域62的資料是使用座標値，從影像檔案中擷取出來的 。亦即，比較對應於網線64a與66b、64e與66b、64a與66d， 以及64e與66d交點的座標値，與各個像素影像資料的座標 値，從而自動擷取排列於數値目標區域62中像素的影像資 料。 •在步驟S18中，擷取數値目標區域的資料後，便標準化 所擷取的資料。圖6A與6B是分別是圖5所示數値目標區域 62中，預定之上面與下面部分的放大掃描式電子顯微鏡 (SEM)影像。如圖7A與圖7B所示，假如根據亮度與對比， 計算圖6A與6B所示之南·個放大的影像，則影像資料値的分 佈會大大地改變。圖7A與7B是藉由改變影像資料値，從0 到250將影像資料値劃分成五個等級時的數量分佈圖。如 果計算圖6A中具有低亮度的影像，則存在很多150或更少 的資料。相反地，如果計算圖6B中具有高亮度的影像，則 存在很多150或更多的資料。在此一情形下，很難客觀地 決定半球形顆粒（HSGs)的成長度。因此，藉由使用其影像 資料之最大値與最小値，來標準化排列於數値目標區域62 中各個影像的資料値，以決定半球形顆粒（HSGs)的成長度 是有利的。 對排列於數値目標區域62中各個像素之影像資料所執行 之標準化，係使用下列等式： -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 %k 521363 A7 B7 五 發明説明（13 ) NC;; C：： -
Cma: κ (等式υ 其中，NCij疋排列於（i，j)點上之像素的標準化影像資料値 ，（^爲排列於GJ)點上之像素的非標準化影像資料値，c— 是數値目標區域中影像資料的極小値，Cmax是數値目標區 域中影像資料的極大値，而K則是一個常數。將常數尺設 成監視器總濃淡度的數目是理想的。舉例來説，如果監視 器濃淡度的數目疋256 ’則將常數K設爲256 0 •如果使用等式1來標準化所有排列於數値目標區域62中 的像素資料，則標準化的資料値NCu•具有〇至〖之間的値。 圖8A與8B分別是對圖6A與6B所示之掃描式電子顯微鏡 (SEM)影像資料做標準化後，所得到的掃描式電子顯微鏡 影像。參照、圖8A與8B:可以看到所計算❾亮度彳級均勾地 分佈。 、叩于儿 < 則，對各個像素的 像資料⑨行平滑化#呈序是較佳的。_然並非總是需要平 化程序，但爲了獲得更精確的數値運算結果，是需要平 化程序的。標準化係使用數値目標區域中像素資=的最 値與最小値來完成。當決定最大値與最小値時，假如： 上發生數位化雜訊，由於雜訊對最大値與最小値的影:: 可能增加誤差發生料n這個問題可以藉由使= 化程序，減少包含於各個像素影像資料中的雜訊 此一平滑化程序使用鄰接像素影像資料的平均倌， 匕，改變 -16- 521363 A7 . B7 五、發明説明（14 ) 排列於數値目標區域中各個像素的影像資料。一種方法係 使用下列等式來實施： k=2，l=2 Σ ^i+jj+k ACi} = —— （等式 2 ) 使用上述平滑化等式，計算8鄰接像素的影像資料與其 擁有之影像資料的平均値。待平滑化的前一個像素的影像 資料被所計算的平均値所取代。將此一平滑化程序應用於 排列於數値目標區域62中所有像素，便完成處理。 •可是計算影像資料的平均値時，所包含的像素數目不需 要總是9。假如可以移除待平滑化的像素，可能只要計算8 個鄰接像素中的幾個像素，例如4像素，的平均値。 在步驟S32中，電腦36讀取所開啓影像檔案的資料，並 將其提供給影像處理器34，從而在監視器38上，顯示掃描 式電子顯微鏡（SEM)影像。舉例來説，如圖5所示，掃描式 電子顯微鏡（SEM)影像即顯示於監視器38上。 此外，在步驟S34中，形成許多用來將監視器38螢幕劃 分成許多次區域的網線，64a-64e與66a-66e，其中網線係重 疊於所顯示的影像上。當監視器38螢幕上顯示著與網線重 疊之所掃描的完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器元件的掃描 式電子顯微鏡（SEM)影像，使用者可使用一輸入裝置，如 滑鼠（未顯示），在其上選擇數値目標區域。 在步驟S36中，藉由監視使用者的選擇，電腦36在儲存 於記憶體的影像檔案中，搜尋對應於所選擇數値目標區域 的影像資料。如果圖5中粗線條裡的8個次區域是所選擇的 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂 521363 A7 . B7 五、發明説明（15 ) 數値目標區域，則使用座標資料，從影像檔案中擷取包含 於數値目標區域62中的影像資料。根據此一方法，既然使 用者直接觀看顯示於螢幕上的影像，並選擇數値目標區域 ，與第一個數値運算法則比較起來，所選擇之數値目標區 域的性質可以更優越。可是，既然使用者應直接選取數値 目標區域，自動化的程度便降低了。 在步驟S38中，擷取數値目標區域的影像資料後，便使 用上述的方法，對所擷取的影像資料執行平滑化程序。在 步驟S40中，執行標準化。在步驟S42中，算出影像資料了 像素數目。在步驟S44中，計算半球形顆粒（HSGs)的成長度。 圖11A至11C是在完整圓柱形堆疊（OCS) -型電容器元件成 長期間，於預定的成長條件下，運用數値運算法則時，並 將臨界値設定爲121，'所得到的掃描式電子顯微鏡（SEM)影 像與所計算之半球形顆粒（HSGs)成長度。假如經過60秒、 100秒與140秒的半球形顆粒（HSGs)成長時間，則數字上可 見半球形顆粒（HSGs)分別成長約36%、54%與66%。 • 圖12A與12B是實例圖，分別顯示根據半導體晶圓的測量 位置與半球形顆粒（HSGs)成長時間之半球形顆粒（HSGs)成 長度的計算結果。在圖12A與12B中，參考符號T、L、C、 R與F分別代表所剎量之掃描式電子顯微鏡（SEM)影像位置 爲上、下、左、右與平面區域。 其間，雖然可於具有掃描式電子顯微鏡（SEM)的電腦38 中安裝此一數値運算法則，而於離線狀態下操作，但也可 能在連線狀態下，經由其他與局部存取網路（Local Access -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝 訂 521363 A7 . B7 五 發明説明（16 )
Network，LAN)結合的電腦，來執行數値程序。爲此，連線 服務功能僅附加於數値程序。 雖然將在製造完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器元件時， 用來計算半球形顆粒（HSGs)成長度的方法，敘述成本發明 的具體實施例，使用樣品之掃描式電子顯微鏡（SEM)影像 ，本發明可應用於計算樣品表面不均的分佈程度。 如上所述，使用掃描式電子顯微鏡（SEM)所抓取之樣品 ，如半導體晶圓，表面上的顆粒成長度，可以經由程式自 動計算，而非使用者的視覺觀察。因此，可以快速並精確 地完成顆粒成長狀態的分析。結果，改善了裝置的品質， 並減少分析時間，因而獲得一增加的生產力。 雖然已經詳細地敘述本發明，應了解可對其做各種改變 、替換與修改，而不傜離由延伸專利申請範圍所定義之本 發明的精神與範圍。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 申請專利範圍 I種對半導體晶圓表面上之顆粒成長度做數値分析的 方法，其包括下列步驟： 選擇一數値目標區域，以讀出影像檔案中特定部分 的顆粒成長度，此一影像檔案係藉由使用掃描式電子 =微鏡（SEM)掃描半導體晶圓表面上的特定部分來產 對排列於所選擇數値目標區域中之各個像素的影像 -資料執行標準化； / 比較標準化之各個像素的影像資料値與預定的臨界 値，並計算其標準化的影像資料値大於臨界値的像素 數目；以及 " 藉由算出计數的象素數目對排列於數値目標區域 全部像素數目的比例，來算出此一數値目標區域表 上的顆粒成長度。 2.如申請專利範園第”頁之方法，進—步包括於監視 上顯示所計算之比例的步驟。 H請專利^“項之方法，在對影像資料執行標 〈則，進-步包括執行平滑化程序的步驟，並使 =影像.資料的平均値’來平滑化排列於數値 T抑戍中的各個像素的影像資料。 4.:;申：專利範固第1項之方法’其中標準化係使用 列万程式來執行： 訂 中 面 器 下 線 20- 521363 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 NC, Ά -C” :K 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 其中，NQj是排列於（i，j)點上之像素的標準化影像資 料値， Cij爲排列於(i，j)點上之像素的非標準化影像資料値， Cmin是數値目標區域中影像資料的極小値， 匸^是數値目標區域中影像資料的極大値，而 K則是一個常數。 5\如申請專利範圍第4項之方法，其中將常數K是監視 器的總濃淡度數目。 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中影像檔案含有掃 描成長於電容器表面上之半球形顆粒（HSGs)成長狀態 所得到的影像資料/ 7 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中電容器是完整圓 柱形堆疊(OCS) -型電容器。 8 .如申請專利範圍第7項之方法，其中顆粒成長度的數値 目標包含完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器的側壁。 9 · 一種對半導體晶圓表面上之顆粒成長度做數値分析的 方法，其包括下列步驟： 在監視器上顯示影像，此一影像係藉由使用掃描式 電子顯微鏡（SEM)掃描半導體晶圓表面上的特定部分 來獲得； 假如使用者爲了算出特定部分上顆粒之成長度，指 -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 1Γ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 521363 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 定顯示影像中的數値目庐 广“ 目棣區域，則對排列於數値目栌 區域中之各個像素的影像資料執行標準化； ^ 比較標準化之各個像夸的旦 ^ 素的衫像貨料値與預定的臨界 計算其標準化的影像資料値大於臨界値的料 數目；以及 瓦 藉由算出計數的像素數目對排列於數値目標區域中 全邵像素數目的比例，來算出此—數値目標區域表面 -上的顆粒成長度。 10·如申請專利範圍第9項之方法，進-步包括形成網線 的t驟，以於顯示的影像上，將監視器的螢幕劃分成 奋午多次區域，從而使使用去砂、 1文仗用者把夠指疋至少一個次區 作爲數値目標區域。％ 11·如申請^利範圍第9項之方法’在對影像資料執行標 準化（則，進一步包括執行平滑化程序的步驟，其使 用鄰接像素影像資料的平均値，來平滑化排列於數値 目標區域中的各個像素的影像資料。 12.如申請專利範圍第㈣之方法，其中對特定像素的平 滑化程序，係藉由將特定像素的影像資料，以特定像 素的影像資料及鄰接於此一特定像素的像素的影像資 料之間的平均値來取代。 H如中請㈣範圍第9項之方法’其中標準化係使用下 列方程式來完成： ΙΓ .---ΜΦ-----訂-----—^^1 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 521363 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 NC, c「cn χΚ 其中，1^(^是排列於（i，j)點上之像素的標準化影像資 料値， Qj爲排列於(i，j)點上之像素的非標準化影像資料値， Cmin是數値目標區域中影像資料的極小値， Cmax是數値目標區域中影像資料的極大値，而 K則是一個常數。 ί4.如申請專利範圍第13項之方法，其中將常數K是監視 器的總濃淡度數目。 15. 如申請專利範圍第9項之方法，其中影像含有掃描成 長於電容器表面上之半球形顆粒（HSGs)成長狀態所得 到的影像。 ％ 16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中電容器是完整圓 柱形堆疊（OCS)-型電容器。 17. 如申請專利範圍第16項之方法’其中顆粒成長度的數値 目標包含完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器的側壁。 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) 18. —種對半導體晶圓表面上之顆粒成長度做數値分析的 裝置，其包括： 一掃描式電子顯微鏡（SEM)，用來掃描半導體晶圓 表面上的特定部分，以產生影像信號； 一類比至數位轉換裝置，用來將掃描式電子顯微鏡 (SEM)產生的影像信號轉換成數位資料； -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I&裝I’用來將數位資料存成影像檔案、開玲 錯存的影像檔案，以自私 " A i 、 以自動選擇數値目標區域來計算特 =部分上的顆粒成長度、對排列於所選擇之數値目標 、’中各個像素的影像資料執行標準化、比較標準: 個像素的影像資料値與預定的臨界値，從而計算 2 t準化的影像資料値大於臨界値的像素數目，以及 猎由算出計數的像素數目對排列於數値目標區域中全 •邵像素數目的比例，來算出此一數値目標區域表面上 的顆粒成長度；以及 一顯示裝置，用來顯示所計算之比例。 /申明專利範圍第18項之裝置，其中在對影像資料執 行標準化之前，該電腦裝置執行平滑化程序的步驟， 其使用鄰接像素影像資料的平均値，來平滑化排列於 數値目標區域中的各個像素的影像資料。 20·如申請專利範圍第以項之裝置，其中標準化係使用下 列方程式來完成： 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Cij - Cn NC. ：κ vCmav - 其中，NCij是排列於（I，j)點上之像素的標準化影像 料値， · Cij爲排列於(i，j)點上之像素的非標準化影像資料値， Cmin是數値目標區域中影像資料的極小値， Cmax是數値目標區域中影像資料的極大値，而 -24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） 521363 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 K則是一個常數。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中將常數K是監視 器的總濃淡度數目。 22. 如申請專利範圍第1 8項之裝置，其中影像檔案含有 掃描成長於電容器表面上之半球形顆粒（HSGs)成長狀 態所得到的影像資料。 23. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中電容器是完整圓 -柱形堆疊（OCS)-型電容器。 24. 如申請專利範圍第23項之裝置，其中顆粒成長度的數値 目標包含完整圓柱形堆疊（OCS)-型電容器的側壁。 25. —種對半導體晶圓表面上之顆粒成長度做數値分析的 裝置，其包括： 〜 一掃描式電子顯微鏡（SEM)，用來掃描半導體晶圓 表面上的特定部分，以產生影像信號； 一類比至數位轉換裝置，用來將掃描式電子顯微鏡 (SEM)產生的影像信號轉換成數位資料； 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 一顯示裝置，用來接收影像信號，並在螢幕上顯示 特定部分的影像；以及 一電腦裝置，.用來將數位資料存成影像檔案、在所 顯示之特定部分的影像上形成網線，將螢幕分割成許 多次區域，如果使用者選擇了螢幕上預定的次區域， 並將所選擇的次區域指定爲數値目標區域，則開啓所 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 521363 申請專利範圍 储存的影像構案，以對排列於所選擇 個像素的影像資料執行標準化、比較標準化之各 2像素的影像資料値與預定的臨界値，從而 :=像資料値大於臨界値的像素數目，以及藉： 异出计數的像素數目對排列於數値目標區域中全部像 素：目的比例，來算出此—數値目標區域表面上的顆 =長度/並將所計算的比例提供给顯示裝置，以於 •螢幕上顯示所計算的比例。 订 %·如申請專利範園第25項之裝置，其中在對影像資料執 仃標率化（前，該電腦裝置執行平滑化程序的步驟， 其使用鄰接像素影像資料的平均値，來平滑化排列於 數値目標區域中的各個像素的影像資料。 27. 如申請專利範圍第25項之裝置，其中標準化係使用下 列方程式來完成： NC” = {xK 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 其中，NClj是排列於（iJ)點上之像素的標準化影像資 料値， A爲排列於(i，j)點上之像素的非標準化影像資料値， Cmin是數値目標區域中影像資料的極小値， Cmax是數値目標區域中影像資料的極大値，而 κ則是一個常數。 28. 如申請專利範圍第27項之裝置，其中將常數κ是監祝 -26- 521363 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 器的總濃淡度數目。 29. 如申請專利範圍第25項之裝置，其中影像檔案含有掃 描成長於電容器表面上之半球形顆粒（HSGs)成長狀態 所得到的影像資料。 30. 如申請專利範圍第29項之裝置，其中電容器是完整圓 柱形堆疊（OCS) -型電容器。 31. 如申請專利範圍第30項之裝置，其中顆粒成長度的數値 -目標包含完整圓柱形堆疊(OCS)-型電容器的侧壁。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ 線 ΤΤ 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）
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