TWI401429B - 檢測荷電粒子顯微影像之微影光罩錯位的方法與系統 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種檢測堆疊漂移(overlay shift)缺陷的方法與裝置，特別是一種檢測半導體元件的接觸/通道(contact/via)栓塞與金屬線之間的堆疊漂移缺陷的方法與裝置。
堆疊漂移(overlay shift)是一種在半導體(如積體電路)製程期間常發生的缺陷。而其中一個造成堆疊漂移缺陷發生的主要原因是在半導體元件內形成兩個連續層之微影光罩的錯位。第一圖係顯示半導體元件之堆疊漂移缺陷的剖面圖。如第一圖所示，堆疊漂移缺陷可能發生在半導體元件之不同層的位置上，例如在接觸栓塞104與第一層金屬線102之間的位置上或在通道栓塞108與第二層金屬線106之間的位置上。因為堆疊漂移的發生，在蝕刻製程後所形成的金屬線並沒有對準其下方的接觸/通道栓塞。結果會造成元件間之高接觸電阻的產生。此電阻會導致整個裝置的功能失常，例如包含對應位元線之斷線的源/汲接觸栓塞可能會阻礙動態隨機讀取記憶體(Dynamic Random Access Memory, DRAM)的操作。
由堆疊漂移缺陷而導致的另一個問題是半導體製程的成本增加。由於半導體元件大都是以一層堆疊至另一層上方之一層接一層的方式製造，若發現栓塞接觸(plug-to-contact)層有缺陷得立即回報以停止半導體製程，來防止製程的多餘浪費。
而現今，在半導體元件上用於偵測堆疊漂移缺陷的方式是透過樣品的荷電粒子束影像。第二圖係顯示習知之荷電粒子束顯微系統(charged particle beam microscope system)200的概略圖，荷電粒子束源210產生荷電粒子束，然後藉由聚焦鏡模組220與物鏡模組230分別將此荷電粒子束聚焦以形成荷電粒子束探針(probe)240。然後，所形成的荷電粒子束探針240會打在固定於平台290之樣品295的表面上。藉由偏角量測模組250控制荷電粒子束探針240掃瞄樣品295的表面。在荷電粒子光束240打在樣品295的表面之後，二次荷電粒子260將會被誘發(induced)，而從樣品295表面沿著被樣品295所反射之包含其他荷電粒子的光束240方向射出。接著，藉由檢測模組270檢測與收集這些粒子，然後檢測模組270因而會傳送一檢測信號271。而連接檢測模組270的影像形成模組280會接收檢測信號271然後形成樣品295的荷電粒子顯微影像。在一實施例中，荷電粒子係為電子。
然而，藉由現存的荷電粒子束檢測方法或工具很難檢驗出堆疊漂移。而且現今通常是利用肉眼由上而下觀測此樣品之荷電粒子顯微影像，其檢視結果都不太可靠，且準確性差。
因此需要設計一種可即時回報堆疊漂移缺陷產生的可靠方法，而此方法特別是用於在蝕刻過程將金屬線形成於接觸/通道栓塞上方之後，便於半導體元件之製程處理的控制。
由堆疊漂移缺陷而導致的另一個問題是半導體製程的成本增加。由於半導體元件大都是以一層堆疊至另一層上方之一層接一層的方式製造，若發現栓塞接觸(plug-to-contact)層有缺陷得立即回報以停止半導體製程，來防止製程的多餘浪費。
而現今，在半導體元件上用於偵測堆疊漂移缺陷的方式是透過樣品的荷電粒子束影像。第二圖係顯示習知之荷電粒子束顯微系統(charged particle beam microscope system)200的概略圖，荷電粒子束源210產生荷電粒子束，然後藉由聚焦鏡模組220與物鏡模組230分別將此荷電粒子束聚焦以形成荷電粒子束探針(probe)240。然後，所形成的荷電粒子束探針240會打在固定於平台290之樣品295的表面上。藉由偏角量測模組250控制荷電粒子束探針240掃瞄樣品295的表面。在荷電粒子光束240打在樣品295的表面之後，二次荷電粒子260將會被誘發(induced)，而從樣品295表面沿著被樣品295所反射之包含其他荷電粒子的光束240方向射出。接著，藉由檢測模組270檢測與收集這些粒子，然後檢測模組270因而會傳送一檢測信號271。而連接檢測模組270的影像形成模組280會接收檢測信號271然後形成樣品295的荷電粒子顯微影像。在一實施例中，荷電粒子係為電子。
然而，藉由現存的荷電粒子束檢測方法或工具很難檢驗出堆疊漂移。而且現今通常是利用肉眼由上而下觀測此樣品之荷電粒子顯微影像，其檢視結果都不太可靠，且準確性差。
因此需要設計一種可即時回報堆疊漂移缺陷產生的可靠方法，而此方法特別是用於在蝕刻過程將金屬線形成於接觸/通道栓塞上方之後，便於半導體元件之製程處理的控制。
如上所述，本發明之目的在於半導體製程期間，提供檢測堆疊漂移缺陷的方法以便於有效地找出堆疊漂移缺陷。
本發明之另一目的在於增加堆疊漂移缺陷檢測的準確性，以避免在半導體製程期間不必要的浪費。
根據上述之目的，提供一種用於檢測荷電粒子顯微影像之微影光罩錯位的方法，其包含提供樣品的荷電粒子顯微影像的步驟；從該影像定義出一檢測圖案週期的步驟；以該檢測圖案週期為一單元，均化該影像以縮減該影像為平均的檢測圖案週期的步驟；估算平均檢測圖案週期之平均寬度的步驟；以及比較該平均寬度與一初始值，判斷連續之微影光罩錯位出現的步驟。
根據上述之目的，更提供一種荷電粒子光束檢測系統，其包含影像成形裝置與影像分析裝置。影像形成裝置用於形成樣品的荷電粒子顯微影像，並利用兩個連續微影光罩使該影像所表示之兩個不同圖案可代表該樣品的部分區域。影像分析裝置耦接此影像形成裝置，並用於接收從影像形成裝置所傳送的影像，且影像分析裝置包含圖案定義元件、影像均化元件、估算元件與缺陷判斷元件。圖案定義元件其用於從影像中定義一檢測圖案週期，該檢測圖案週期包含兩個圖案的一接觸點。影像均化元件以檢測圖案週期為一單位，利用影像均化元件均化該影像以縮減該影像為一平均的檢測圖案週期。估算元件用於估算平均的檢測圖案週期的平均寬度。缺陷判斷元件用於將平均寬度與一初始值比較，以判定連續微影光罩的錯位是否出現。若平均寬度等於或大於初始值，則判定有出現連續微影光罩的錯位，反之則判定沒有出現連續微影光罩的錯位。
本發明之另一目的在於增加堆疊漂移缺陷檢測的準確性，以避免在半導體製程期間不必要的浪費。
根據上述之目的，提供一種用於檢測荷電粒子顯微影像之微影光罩錯位的方法，其包含提供樣品的荷電粒子顯微影像的步驟；從該影像定義出一檢測圖案週期的步驟；以該檢測圖案週期為一單元，均化該影像以縮減該影像為平均的檢測圖案週期的步驟；估算平均檢測圖案週期之平均寬度的步驟；以及比較該平均寬度與一初始值，判斷連續之微影光罩錯位出現的步驟。
根據上述之目的，更提供一種荷電粒子光束檢測系統，其包含影像成形裝置與影像分析裝置。影像形成裝置用於形成樣品的荷電粒子顯微影像，並利用兩個連續微影光罩使該影像所表示之兩個不同圖案可代表該樣品的部分區域。影像分析裝置耦接此影像形成裝置，並用於接收從影像形成裝置所傳送的影像，且影像分析裝置包含圖案定義元件、影像均化元件、估算元件與缺陷判斷元件。圖案定義元件其用於從影像中定義一檢測圖案週期，該檢測圖案週期包含兩個圖案的一接觸點。影像均化元件以檢測圖案週期為一單位，利用影像均化元件均化該影像以縮減該影像為一平均的檢測圖案週期。估算元件用於估算平均的檢測圖案週期的平均寬度。缺陷判斷元件用於將平均寬度與一初始值比較，以判定連續微影光罩的錯位是否出現。若平均寬度等於或大於初始值，則判定有出現連續微影光罩的錯位，反之則判定沒有出現連續微影光罩的錯位。
本發明的一些實施例會詳細描述如下。然而，除了詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。
如前面章節所述，其中一個造成堆疊漂移的主要原因是在半導體元件中形成兩個連續層之微影光罩的錯位。因此，在本發明的一實施例中，提供從荷電粒子顯微影像(charged particle microscopic image)中檢測微影光罩之錯位的方法，此荷電粒子顯微影像可藉由在第二圖中所示之傳統的荷電粒子顯微系統獲得。第三A-三F圖與第四圖係顯示此檢測方法的實施方式與流程圖。
第三A圖係顯示晶圓的荷電粒子顯微影像的俯視圖。此荷電粒子顯微影像30係表示如第一圖所示之層級結構的俯視，用於檢視在半導體元件(如動態隨機讀取記憶體(dynamic random access memory (DRAM))的接觸/通道栓塞與金屬線之間的堆疊漂移。如第三A圖所示，顯微影像30包含從線區域304所沿伸出來的凸出區域302。這是因為在由區域302與304所表示之層級結構的形成期間，連續的光罩的對準不準確所造成的。換句話說，堆疊漂移基本上是無法避免的，並藉由估算漂移的程度以判斷“缺陷”是否產生。凸出區域302與線區域304在荷電粒子顯微影像30中分別表示半導體元件樣品的通道/接觸栓塞與金屬線。在此需要說明的是，在第三A圖所示之顯微影像30是樣品的高解析度的荷電粒子顯微影像，實際上，它也可以其它形式形成，如電壓對比(voltage contrast, VC)影像，其中該區域302與304由像素灰階所表示。
為了達到檢測堆疊漂移缺陷(微影光罩的錯位)的目的，本發明所使用方法的優點之ㄧ是可以避免利用肉眼辨識樣品的堆疊漂移缺陷，藉由影像處理的方式同樣可以達到相同的辨識目的。而為了達到此方法，從該影像中定義重複的圖案(pattern)週期(period)單元是非常重要的步驟，因而可透過影像處理實現對於此單元的進一步分析。上述之目的可以藉由下列兩個方法達到：(1)在至少兩個任意軸上，如第三B圖所示之x軸與y軸，投影此影像圖案(區域302與304)以定義在不同軸的圖案週期，或(2)如果已檢視之圖案的規格(specification)是存在的，例如樣品的GDS檔案或資料庫檔案，此規格可作為定義此圖案週期的參考資料，圖案週期係分別沿著兩個任意軸，如第三B圖所示之x軸與y軸。然後，適當的檢測圖案週期可以藉由觀測這些次圖案週期來定義。
請參閱第三B圖，其顯示上述之方法(1)的示意圖。仔細來說，方法(1)沿著單一的水平線(如沿著x軸)累加像素灰階值以獲得在y軸上該影像圖案(區域302和304)之投影的灰階值輪廓312。同樣地，沿著單一的垂直線(如沿著x軸)累加像素灰階值以獲得在x軸上該影像圖案(區域302和304)之投影的灰階值輪廓310。接著，藉由觀測在x軸輪廓310的週期變化，可獲得x軸的圖案週期(pattern period)306。同樣地，藉由觀測在y軸輪廓312的圖案週期(pattern period)，可獲得y軸的圖案週期(pattern period)308。在此需要說明的是，在沿著x軸或y軸的累加操作期間，可相互的削減其背景雜訊，因為這些雜訊係隨機地以正信號或負信號出現，而消除效應或可稱之為背景雜訊的均化，而均化也可適用於影像中。
另外，在此同樣要說明的是，實際上此影像圖案(pattern)(區域302和304)並非如第三A圖與第三B圖所示之完美地對準。對於這些非常態分布的圖案週期，在影像中的圖案週期可優先移動或重新組織以相互對準。這類的校準動作可以輕易的藉由現今的影像處理技術來達成，故其校準動作的詳細說明在此不再贅述。
另外，同樣要在此說明的是，對於方法(2)的實現，圖案的規格應該由客戶提供。舉例來說，對於一個512x512的影像而言，此規格可明確的指出沿著x軸方向每十個像素會出現一個x軸圖案週期，以及沿著y軸方向每十五個像素會出現一個y軸圖案週期，而x軸圖案週期與y軸圖案週期可分別從該影像直接定義。
如上所述，在找出沿著x軸或y軸方向之單一的圖案週期306/308之後，可以定義且得到一檢視圖案週期，然後可藉由此檢視圖案週期以均化該影像。依舊參閱第三B圖，在此實施例中，顯微影像30可先被剪成複數個x軸週期306，而單一的x軸週期沿著x軸方向累加，結果得到包含x軸平均的背景影像雜訊之單一的x軸週期314，如第三C圖所示。接著，此平均的x軸週期314被切成多條單一的y軸圖案週期308，然後將沿著y軸方向將y軸圖案週期累加以形成y軸平均的(同樣也是x軸平均的)y軸圖案週期316，如第三D圖所示。在此需要說明的是，上述之沿著x軸或y軸方向的操作順序是可以相互交換的，舉例來說，如第三E圖所示，顯微影像30首先先沿著y軸方向均化以形成一串包含y軸平均的背景雜訊的y軸圖案週期308而標示為318，包含平均的y軸圖案週期308的此串週期318然後沿著x軸方向均化，以x軸週期306為一單元，形成如第三D圖之相同的圖案週期316。換句話說，不管用那種方法，顯微影像30將以x軸均化與y軸均化的兩種方式縮減為圖案週期316，而最終的圖案週期316被視為檢視圖案週期。
顯然地，如第三D圖所示，檢視圖案週期316較佳係包含應受到檢測的線至栓塞(line-to-plug)連接/接觸點。
在定義出檢視圖案週期316之後，量測檢測圖案週期316的寬度以判斷包含在檢測圖案週期316的接觸栓塞與金屬線之間的平均堆疊漂移的程度，因而判斷是否飄移是在可容許範圍內。舉例來說，檢視圖案週期316的寬度可與一初始值比較，若此檢視圖案週期316的寬度等於或大於此初始值，則判斷此為不可容許的推疊漂移，因此在此樣品中檢測出堆疊漂移缺陷。初始值可以由客戶所提供。
在不同的實施例中，可藉由修改檢視圖案週期316進一步完成判斷步驟。舉例來說，可以從檢視區域圖案週期316中減去線區域304的影像，所以僅剩暴露的凸出區域302可供分析，如第三F圖所示。在此需要說明的是，在此實施例中所顯示的是二度空間的檢測圖案週期，熟悉影像處理的技藝者應該了解多度空間的檢測圖案週期同樣可以達到找出檢測圖案週期306的相同目的。
綜觀來說，請參閱第四圖，其顯示根據本發明實施例在半導體製程期間，用於檢視推疊漂移缺陷之方法的流程圖。如第四圖所示，此方法包含下列的步驟，在步驟402中，提供樣品的荷電粒子顯微影像，此樣品可以是一半導體元件，如DRAM等。在步驟404中，從該荷電粒子顯微影像中定義一檢測圖案週期。在步驟406中，以該檢測圖案週期為單元，均化此荷電粒子顯微影像，進而形成一平均的檢測圖案週期。在步驟408中，從平均的檢測圖案週期估算一平均寬度。然後，在步驟410中，比較平均寬度與初始值，以判斷堆疊漂移缺陷是否出現。
依舊參閱第四圖，在一實施例中，在定義步驟中進一步包含觀測出顯示在影像中週期的灰階值輪廓。在不同的實施例中，此定義步驟更包含定義至少兩個獨立的圖案週期，且每一週期在影像中各沿著一預定的方向。在此範例中，此檢測圖案週期包含所定義之單獨圖案週期的重疊部分，如第三圖所示之檢測圖案週期316包含x軸與y軸週期306與308的重疊部分。為了獲得這些單獨的圖案週期，在影像中的像素灰階沿著每個預先定義的方向累加以獲得一對應的灰階值輪廓。然後，在所獲得的灰階值輪廓中觀測其週期變化以定義單獨的圖案週期。
在本實施例的一範例中，在影像中沿著第一與第二方向分別定義第一與第二圖案週期，其如同在第三圖的x軸週期306與y軸週期308。舉例來說，影像的像素灰階值可以第一方向累加以獲得第一灰階值輪廓，而沿著第二方向累加以獲得第二灰階值輪廓。而第一方向與第二方向實際上可相互垂直，如第三圖所示之x軸與y軸方向。在此範例中，如在第三圖示中所描述，沿著第一方向(如x軸方向) 投影在第二軸形成一灰階值輪廓(第一灰階值輪廓)，而此第一灰階值輪廓係沿著第二方向(如y軸方向)。同樣地，沿著第二方向，投影在第一軸形成灰階值輪廓(第二灰階值輪廓)，而此第二灰階值輪廓係沿著第一方向(如x軸方向)。接著，藉由觀測在第二灰階值輪廓的週期變化以定義第一圖案週期，藉由觀測在第一灰階值輪廓的週期變化以定義第二圖案週期，而檢測圖案週期包含所定義之第一圖案週期與第二圖案週期的重疊部分。
在定義檢測圖案週期之後的均化步驟中，於所包含的影像中將像素灰階一個像素接著一個像素的累加，而以檢測圖案週期作為累加的單元。舉例來說，像素灰階值可以沿著第一軸方向累加然後沿著第二軸方向累加，或先第二軸方向累加然後第一軸方向累加。
此檢測圖案週期包含具有導線之接觸/通道栓塞的一接觸點，其形成於在樣品之部份的連續層結構中。在此範例中，為了達到檢測堆疊漂移缺陷的目的，樣品的影像應該在兩個層層堆疊的連續層結構形成之後獲得。另外，此上部層級結構應包含導線，而下部層級結構應包含接觸/通道栓塞。在一實施例中，此樣品為包含上述之層級結構的動態隨機讀取記憶體(DRAM)。
在一實施例中，此檢測方法可視為一獨立的計算模組，其用於分析由一般/傳統的荷電粒子束顯微系統所產生的影像。請參閱第五圖，其顯示耦接第二圖所示之傳統的荷電粒子束顯微系統的一計算元件500。在本發明的實施例中，計算元件500係耦接荷電粒子束顯微系統的影像成形模組280，用於接收需要被檢測之樣品的影像(樣品295)。計算元件500可以為一硬體、韌體、軟體或上述之所有可能的任何組合，舉例來說，其可以是獨立的積體電路(IC)或電腦程式中編碼用於執行此方法之步驟的電腦可讀取媒體。
請參閱第六圖，其顯示根據本發明實施例之計算元件500的概略方塊圖。如圖所示，計算元件500至少包含輸入模組610與計算模組620。舉例來說，輸入模組610可用於耦接荷電粒子束顯微系統的影像成形模組280，因此計算元件500可以從荷電粒子束顯微系統接收樣品295的影像。計算模組620耦接輸入模組610以接收該影像的訊息使其可以作進一步的處理與分析。如第六圖所示，計算模組620可進一步包含圖案定義元件621、影像均化元件622、估算元件623以及缺陷判斷元件624。圖案定義元件621係用於從影像中定義一檢測圖案週期。影像均化元件622藉由所定義的檢測圖案週期為一單元均化此影像用以縮減此影像為一平均的檢測圖案週期。估算元件623用於估算此檢測圖案週期的一平均寬度。缺陷判斷元件624用於將所估算的平均寬度與一初始值比較以判斷連續的微影光罩的錯位是否出現。若此平均寬度等於或大於此初始值，則判斷連續微影光罩的錯位有出現；反之，則判斷連續微影光罩的錯位沒有出現。
在一實施例中揭露一種荷電粒子檢測系統，其用於檢測從荷電粒子顯微影像顯示之微影光罩的錯位。請參閱第七圖，其顯示根據本發明實施例之荷電粒子檢測系統700的示意圖。如圖所示，荷電粒子束檢測系統700至少包含傳統的荷電粒子顯微系統，如第二圖所示之荷電粒子顯微系統200，以及影像分析裝置710，影像分析裝置710與傳統的荷電粒子顯微系統耦接。此荷電粒子顯微系統700的實體設計與操作的詳細說明已於前面章節介紹過，故在此不再贅述。
影像分析裝置710可以是硬體、軔體、軟體或上述之所有可能的任何組合，舉例來說，其可以是獨立的積體電路(IC)或電腦程式中編碼用於執行此方法之步驟的電腦可讀取媒體。在此需要說明的是此影像分析裝置710的實體設計與操作的詳細說明如同在之前所介紹之第五圖與第六圖的計算元件500。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
如前面章節所述，其中一個造成堆疊漂移的主要原因是在半導體元件中形成兩個連續層之微影光罩的錯位。因此，在本發明的一實施例中，提供從荷電粒子顯微影像(charged particle microscopic image)中檢測微影光罩之錯位的方法，此荷電粒子顯微影像可藉由在第二圖中所示之傳統的荷電粒子顯微系統獲得。第三A-三F圖與第四圖係顯示此檢測方法的實施方式與流程圖。
第三A圖係顯示晶圓的荷電粒子顯微影像的俯視圖。此荷電粒子顯微影像30係表示如第一圖所示之層級結構的俯視，用於檢視在半導體元件(如動態隨機讀取記憶體(dynamic random access memory (DRAM))的接觸/通道栓塞與金屬線之間的堆疊漂移。如第三A圖所示，顯微影像30包含從線區域304所沿伸出來的凸出區域302。這是因為在由區域302與304所表示之層級結構的形成期間，連續的光罩的對準不準確所造成的。換句話說，堆疊漂移基本上是無法避免的，並藉由估算漂移的程度以判斷“缺陷”是否產生。凸出區域302與線區域304在荷電粒子顯微影像30中分別表示半導體元件樣品的通道/接觸栓塞與金屬線。在此需要說明的是，在第三A圖所示之顯微影像30是樣品的高解析度的荷電粒子顯微影像，實際上，它也可以其它形式形成，如電壓對比(voltage contrast, VC)影像，其中該區域302與304由像素灰階所表示。
為了達到檢測堆疊漂移缺陷(微影光罩的錯位)的目的，本發明所使用方法的優點之ㄧ是可以避免利用肉眼辨識樣品的堆疊漂移缺陷，藉由影像處理的方式同樣可以達到相同的辨識目的。而為了達到此方法，從該影像中定義重複的圖案(pattern)週期(period)單元是非常重要的步驟，因而可透過影像處理實現對於此單元的進一步分析。上述之目的可以藉由下列兩個方法達到：(1)在至少兩個任意軸上，如第三B圖所示之x軸與y軸，投影此影像圖案(區域302與304)以定義在不同軸的圖案週期，或(2)如果已檢視之圖案的規格(specification)是存在的，例如樣品的GDS檔案或資料庫檔案，此規格可作為定義此圖案週期的參考資料，圖案週期係分別沿著兩個任意軸，如第三B圖所示之x軸與y軸。然後，適當的檢測圖案週期可以藉由觀測這些次圖案週期來定義。
請參閱第三B圖，其顯示上述之方法(1)的示意圖。仔細來說，方法(1)沿著單一的水平線(如沿著x軸)累加像素灰階值以獲得在y軸上該影像圖案(區域302和304)之投影的灰階值輪廓312。同樣地，沿著單一的垂直線(如沿著x軸)累加像素灰階值以獲得在x軸上該影像圖案(區域302和304)之投影的灰階值輪廓310。接著，藉由觀測在x軸輪廓310的週期變化，可獲得x軸的圖案週期(pattern period)306。同樣地，藉由觀測在y軸輪廓312的圖案週期(pattern period)，可獲得y軸的圖案週期(pattern period)308。在此需要說明的是，在沿著x軸或y軸的累加操作期間，可相互的削減其背景雜訊，因為這些雜訊係隨機地以正信號或負信號出現，而消除效應或可稱之為背景雜訊的均化，而均化也可適用於影像中。
另外，在此同樣要說明的是，實際上此影像圖案(pattern)(區域302和304)並非如第三A圖與第三B圖所示之完美地對準。對於這些非常態分布的圖案週期，在影像中的圖案週期可優先移動或重新組織以相互對準。這類的校準動作可以輕易的藉由現今的影像處理技術來達成，故其校準動作的詳細說明在此不再贅述。
另外，同樣要在此說明的是，對於方法(2)的實現，圖案的規格應該由客戶提供。舉例來說，對於一個512x512的影像而言，此規格可明確的指出沿著x軸方向每十個像素會出現一個x軸圖案週期，以及沿著y軸方向每十五個像素會出現一個y軸圖案週期，而x軸圖案週期與y軸圖案週期可分別從該影像直接定義。
如上所述，在找出沿著x軸或y軸方向之單一的圖案週期306/308之後，可以定義且得到一檢視圖案週期，然後可藉由此檢視圖案週期以均化該影像。依舊參閱第三B圖，在此實施例中，顯微影像30可先被剪成複數個x軸週期306，而單一的x軸週期沿著x軸方向累加，結果得到包含x軸平均的背景影像雜訊之單一的x軸週期314，如第三C圖所示。接著，此平均的x軸週期314被切成多條單一的y軸圖案週期308，然後將沿著y軸方向將y軸圖案週期累加以形成y軸平均的(同樣也是x軸平均的)y軸圖案週期316，如第三D圖所示。在此需要說明的是，上述之沿著x軸或y軸方向的操作順序是可以相互交換的，舉例來說，如第三E圖所示，顯微影像30首先先沿著y軸方向均化以形成一串包含y軸平均的背景雜訊的y軸圖案週期308而標示為318，包含平均的y軸圖案週期308的此串週期318然後沿著x軸方向均化，以x軸週期306為一單元，形成如第三D圖之相同的圖案週期316。換句話說，不管用那種方法，顯微影像30將以x軸均化與y軸均化的兩種方式縮減為圖案週期316，而最終的圖案週期316被視為檢視圖案週期。
顯然地，如第三D圖所示，檢視圖案週期316較佳係包含應受到檢測的線至栓塞(line-to-plug)連接/接觸點。
在定義出檢視圖案週期316之後，量測檢測圖案週期316的寬度以判斷包含在檢測圖案週期316的接觸栓塞與金屬線之間的平均堆疊漂移的程度，因而判斷是否飄移是在可容許範圍內。舉例來說，檢視圖案週期316的寬度可與一初始值比較，若此檢視圖案週期316的寬度等於或大於此初始值，則判斷此為不可容許的推疊漂移，因此在此樣品中檢測出堆疊漂移缺陷。初始值可以由客戶所提供。
在不同的實施例中，可藉由修改檢視圖案週期316進一步完成判斷步驟。舉例來說，可以從檢視區域圖案週期316中減去線區域304的影像，所以僅剩暴露的凸出區域302可供分析，如第三F圖所示。在此需要說明的是，在此實施例中所顯示的是二度空間的檢測圖案週期，熟悉影像處理的技藝者應該了解多度空間的檢測圖案週期同樣可以達到找出檢測圖案週期306的相同目的。
綜觀來說，請參閱第四圖，其顯示根據本發明實施例在半導體製程期間，用於檢視推疊漂移缺陷之方法的流程圖。如第四圖所示，此方法包含下列的步驟，在步驟402中，提供樣品的荷電粒子顯微影像，此樣品可以是一半導體元件，如DRAM等。在步驟404中，從該荷電粒子顯微影像中定義一檢測圖案週期。在步驟406中，以該檢測圖案週期為單元，均化此荷電粒子顯微影像，進而形成一平均的檢測圖案週期。在步驟408中，從平均的檢測圖案週期估算一平均寬度。然後，在步驟410中，比較平均寬度與初始值，以判斷堆疊漂移缺陷是否出現。
依舊參閱第四圖，在一實施例中，在定義步驟中進一步包含觀測出顯示在影像中週期的灰階值輪廓。在不同的實施例中，此定義步驟更包含定義至少兩個獨立的圖案週期，且每一週期在影像中各沿著一預定的方向。在此範例中，此檢測圖案週期包含所定義之單獨圖案週期的重疊部分，如第三圖所示之檢測圖案週期316包含x軸與y軸週期306與308的重疊部分。為了獲得這些單獨的圖案週期，在影像中的像素灰階沿著每個預先定義的方向累加以獲得一對應的灰階值輪廓。然後，在所獲得的灰階值輪廓中觀測其週期變化以定義單獨的圖案週期。
在本實施例的一範例中，在影像中沿著第一與第二方向分別定義第一與第二圖案週期，其如同在第三圖的x軸週期306與y軸週期308。舉例來說，影像的像素灰階值可以第一方向累加以獲得第一灰階值輪廓，而沿著第二方向累加以獲得第二灰階值輪廓。而第一方向與第二方向實際上可相互垂直，如第三圖所示之x軸與y軸方向。在此範例中，如在第三圖示中所描述，沿著第一方向(如x軸方向) 投影在第二軸形成一灰階值輪廓(第一灰階值輪廓)，而此第一灰階值輪廓係沿著第二方向(如y軸方向)。同樣地，沿著第二方向，投影在第一軸形成灰階值輪廓(第二灰階值輪廓)，而此第二灰階值輪廓係沿著第一方向(如x軸方向)。接著，藉由觀測在第二灰階值輪廓的週期變化以定義第一圖案週期，藉由觀測在第一灰階值輪廓的週期變化以定義第二圖案週期，而檢測圖案週期包含所定義之第一圖案週期與第二圖案週期的重疊部分。
在定義檢測圖案週期之後的均化步驟中，於所包含的影像中將像素灰階一個像素接著一個像素的累加，而以檢測圖案週期作為累加的單元。舉例來說，像素灰階值可以沿著第一軸方向累加然後沿著第二軸方向累加，或先第二軸方向累加然後第一軸方向累加。
此檢測圖案週期包含具有導線之接觸/通道栓塞的一接觸點，其形成於在樣品之部份的連續層結構中。在此範例中，為了達到檢測堆疊漂移缺陷的目的，樣品的影像應該在兩個層層堆疊的連續層結構形成之後獲得。另外，此上部層級結構應包含導線，而下部層級結構應包含接觸/通道栓塞。在一實施例中，此樣品為包含上述之層級結構的動態隨機讀取記憶體(DRAM)。
在一實施例中，此檢測方法可視為一獨立的計算模組，其用於分析由一般/傳統的荷電粒子束顯微系統所產生的影像。請參閱第五圖，其顯示耦接第二圖所示之傳統的荷電粒子束顯微系統的一計算元件500。在本發明的實施例中，計算元件500係耦接荷電粒子束顯微系統的影像成形模組280，用於接收需要被檢測之樣品的影像(樣品295)。計算元件500可以為一硬體、韌體、軟體或上述之所有可能的任何組合，舉例來說，其可以是獨立的積體電路(IC)或電腦程式中編碼用於執行此方法之步驟的電腦可讀取媒體。
請參閱第六圖，其顯示根據本發明實施例之計算元件500的概略方塊圖。如圖所示，計算元件500至少包含輸入模組610與計算模組620。舉例來說，輸入模組610可用於耦接荷電粒子束顯微系統的影像成形模組280，因此計算元件500可以從荷電粒子束顯微系統接收樣品295的影像。計算模組620耦接輸入模組610以接收該影像的訊息使其可以作進一步的處理與分析。如第六圖所示，計算模組620可進一步包含圖案定義元件621、影像均化元件622、估算元件623以及缺陷判斷元件624。圖案定義元件621係用於從影像中定義一檢測圖案週期。影像均化元件622藉由所定義的檢測圖案週期為一單元均化此影像用以縮減此影像為一平均的檢測圖案週期。估算元件623用於估算此檢測圖案週期的一平均寬度。缺陷判斷元件624用於將所估算的平均寬度與一初始值比較以判斷連續的微影光罩的錯位是否出現。若此平均寬度等於或大於此初始值，則判斷連續微影光罩的錯位有出現；反之，則判斷連續微影光罩的錯位沒有出現。
在一實施例中揭露一種荷電粒子檢測系統，其用於檢測從荷電粒子顯微影像顯示之微影光罩的錯位。請參閱第七圖，其顯示根據本發明實施例之荷電粒子檢測系統700的示意圖。如圖所示，荷電粒子束檢測系統700至少包含傳統的荷電粒子顯微系統，如第二圖所示之荷電粒子顯微系統200，以及影像分析裝置710，影像分析裝置710與傳統的荷電粒子顯微系統耦接。此荷電粒子顯微系統700的實體設計與操作的詳細說明已於前面章節介紹過，故在此不再贅述。
影像分析裝置710可以是硬體、軔體、軟體或上述之所有可能的任何組合，舉例來說，其可以是獨立的積體電路(IC)或電腦程式中編碼用於執行此方法之步驟的電腦可讀取媒體。在此需要說明的是此影像分析裝置710的實體設計與操作的詳細說明如同在之前所介紹之第五圖與第六圖的計算元件500。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
200‧‧‧荷電粒子束顯微系統
210‧‧‧荷電粒子束光源
220‧‧‧聚焦鏡模組
230‧‧‧物鏡模組
240‧‧‧荷電粒子光束
250‧‧‧偏角量測模組
260‧‧‧第二荷電粒子
270‧‧‧檢測模組
271‧‧‧檢測信號
280‧‧‧影像形成模組
290‧‧‧平台
295‧‧‧樣品
30‧‧‧荷電粒子顯微影像
302‧‧‧凸出區域
304‧‧‧線區域
306‧‧‧圖案週期
308‧‧‧圖案週期
310‧‧‧灰階值輪廓
312‧‧‧灰階值輪廓
314‧‧‧圖案週期
316‧‧‧圖案週期
318‧‧‧圖案週期
402 ~ 410‧‧‧步驟
500‧‧‧計算元件
610‧‧‧輸入模組
620‧‧‧計算模組
621‧‧‧圖案定義元件
622‧‧‧影像均化元件
623‧‧‧估算元件
624‧‧‧缺陷判斷元件
700‧‧‧荷電粒子束檢測系統
710‧‧‧影像分析裝置
210‧‧‧荷電粒子束光源
220‧‧‧聚焦鏡模組
230‧‧‧物鏡模組
240‧‧‧荷電粒子光束
250‧‧‧偏角量測模組
260‧‧‧第二荷電粒子
270‧‧‧檢測模組
271‧‧‧檢測信號
280‧‧‧影像形成模組
290‧‧‧平台
295‧‧‧樣品
30‧‧‧荷電粒子顯微影像
302‧‧‧凸出區域
304‧‧‧線區域
306‧‧‧圖案週期
308‧‧‧圖案週期
310‧‧‧灰階值輪廓
312‧‧‧灰階值輪廓
314‧‧‧圖案週期
316‧‧‧圖案週期
318‧‧‧圖案週期
402 ~ 410‧‧‧步驟
500‧‧‧計算元件
610‧‧‧輸入模組
620‧‧‧計算模組
621‧‧‧圖案定義元件
622‧‧‧影像均化元件
623‧‧‧估算元件
624‧‧‧缺陷判斷元件
700‧‧‧荷電粒子束檢測系統
710‧‧‧影像分析裝置
第一圖係顯示半導體元件之堆疊漂移缺陷的剖面圖；
第二圖係顯示荷電粒子束顯微系統的概略圖；
第三A-三F圖係顯示根據本發明實施例用於檢測堆疊漂移缺陷之方法的實施方式；
第四圖係顯示根據本發明實施例用於檢測堆疊漂移缺陷之方法的流程圖；
第五圖係顯示根據本發明實施例之耦接傳統的荷電粒子顯微系統的計算元件；
第六圖係顯示根據本發明實施例之計算元件的概略方塊圖；以及
第七圖係顯示根據本發明實施例之荷電粒子束檢測系統。
第二圖係顯示荷電粒子束顯微系統的概略圖；
第三A-三F圖係顯示根據本發明實施例用於檢測堆疊漂移缺陷之方法的實施方式；
第四圖係顯示根據本發明實施例用於檢測堆疊漂移缺陷之方法的流程圖；
第五圖係顯示根據本發明實施例之耦接傳統的荷電粒子顯微系統的計算元件；
第六圖係顯示根據本發明實施例之計算元件的概略方塊圖；以及
第七圖係顯示根據本發明實施例之荷電粒子束檢測系統。
402~410‧‧‧步驟
Claims (25)
- 一種用於檢測荷電粒子顯微影像之微影光罩錯位的方法，其包含：
提供一樣品之ㄧ荷電粒子顯微影像，藉由兩個連續微影光罩，該影像可用以表示部分該樣品所形成的至少兩個不同圖案；
從該影像定義一檢測圖案週期，該檢測圖案週期包含該兩個圖案的一接觸點；
以該檢測圖案週期為一單元，均化該影像以縮減該影像為一平均的檢測圖案週期；
估算該平均的檢測圖案週期的一平均寬度；
比較該平均寬度與一初始值，以判斷該些連續微影光罩之錯位的出現；
其中若該平均寬度等於或大於該初始值，則判定有出現該連續微影光罩的錯位，反之則判定沒有出現該連續微影光罩的錯位。 - 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該定義步驟更包含觀測在該影像中所顯示之該圖案的一灰階值輪廓。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該定義步驟更包含定義至少兩個獨立圖案週期，該至少兩個獨立圖案週期在該影像中分別沿著對應的一方向，且其中該檢測圖案週期包含該至少兩個獨立圖案週期的一重疊部分。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該定義步驟更包含沿著每一該方向累加一像素灰階值以獲得一對應的灰階值輪廓，且其中該至少兩個獨立圖案週期是藉由觀測在該灰階值輪廓中的一週期變化而定義出來的。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該定義步驟更包含沿著在該影像中預定的一第一方向與一第二方向定義出一第一圖案週期與一第二圖案週期，且其中該檢測圖案週期包含該第一圖案週期與該第二圖案週期的一重疊部分。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該定義步驟更包含：
沿著該第一方向累加一像素灰階值以獲得沿著該第二方向的一第一灰階值輪廓；
沿著該第二方向累加該像素灰階值以獲得沿著該第一方向的一第二灰階值輪廓；
其中該第一圖案週期是藉由觀測在該第二灰階值輪廓中的一週期變化所定義出，而該第二圖案週期是藉由觀測在該第一灰階值輪廓中的一週期變化所定義出。 - 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一方向與該第二方向實際上係相互垂直。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該平均步驟更包含以該檢測圖案週期為一累加單元，在該影像中累加一像素灰階值。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該均化步驟更包含以該檢測圖案週期為一累加單元，在該影像中分別沿著一第一方向與一第二方向累加一像素灰階值。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第一方向與該第二方向實際上係相互垂直。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該影像的該檢測圖案週期包含具有一導通線之ㄧ接觸/通道栓塞的一接觸點，其形成於該樣品之部份的連續層結構中。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該樣品之該影像是在一層堆疊另一層的該兩個連續層結構形成之後所形成，且其中該上部的層結構包含一導通線，而該下部的層結構包含一接觸/通道栓塞。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該樣品為一動態隨機讀取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)。
- 一種荷電粒子光束檢測系統，其包含：
一影像形成裝置，其用於形成一樣品之ㄧ荷電粒子顯微影像，利用兩個連續微影光罩使該影像所表示之至少兩個不同圖案代表該樣品的部分區域；
一影像分析裝置，其耦接該影像形成裝置，並接收從該影像形成裝置所傳送之該影像，且該影像分析裝置包含：
一圖案定義元件，其用於從該影像中定義一檢測圖案週期，該檢測圖案週期包含該兩個圖案的一接觸點；
一影像均化元件，以該檢測圖案週期為一單位，利用該影像均化元件均化該影像以縮減該影像為一平均的檢測圖案週期；
一估算元件，其用於估算該平均的檢測圖案週期的一平均寬度；以及
一缺陷判斷元件，其用於將該平均寬度與一初始值比較，以判定該連續微影光罩的錯位是否出現；
其中若該平均寬度等於或大於該初始值，則判定有出現該連續微影光罩的錯位，反之則判定沒有出現該連續微影光罩的錯位。 - 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該圖案定義元件沿著由該影像所預定的一第一方向與一第二方向定義一第一圖案週期與一第二圖案週期，且其中該檢測圖案週期包含該第一圖案週期與該第二圖案週期的一重疊部分。
- 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該圖案定義元件沿著該第一方向與該第二方向累加一像素灰階值以獲得沿著該第二方向的一第一灰階值輪廓與沿著該第一方向的一第二灰階值輪廓，且其中該第一圖案週期是藉由觀測在該第二灰階值輪廓的一週期變化所定義，且該第二圖案週期是藉由觀測該第一灰階值輪廓的一週期變化所定義。
- 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該第一方向與該第二方向實際上是相互垂直。
- 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該影像均化元件以該檢測圖案週期為一累加單元將一像素灰階值累加至該影像。
- 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該樣品之該影像是在該兩個一層堆疊另一層之連續層結構形成之後所形成，且其中該上部的層結構包含一導通線，而該下部的層結構包含一接觸/通道栓塞。
- 一種用於從一荷電粒子顯微影像檢測一微影光罩錯位的計算元件，其包含：
一輸入模組，其耦接一荷電粒子光束微影系統，且用於接收一樣品的一荷電粒子顯微影像；
其中該影像是藉由該荷電粒子顯微系統所形成，且利用兩個連續微影光罩使該影像所表示之至少兩個不同圖案代表該樣品的部分區域；以及
一計算模組，其耦接該輸入模組，並從該輸入模組接收該影像的訊息，且該計算模組至少包含：
一圖案定義元件，其用於從該影像中定義一檢測圖案週期，該檢測圖案週期包含該兩個圖案的一接觸點；
一影像均化元件，以該檢測圖案週期為一單位，利用該影像均化元件均化該影像以縮減該影像為一平均的檢測圖案週期；
一估算元件，其用於估算該平均的檢測圖案週期的一平均寬度；以及
一缺陷判斷元件，其用於將該平均寬度與一初始值比較，以判定該連續微影光罩的錯位是否出現；
其中若該平均寬度等於或大於該初始值，則判定有出現該連續微影光罩的錯位，反之則判定沒有出現該連續微影光罩的錯位。 - 如申請專利範圍第20項所述之計算元件，其中該圖案定義元件沿著由該影像所預定的一第一方向與一第二方向定義一第一圖案週期與一第二圖案週期，且其中該檢測圖案週期包含該第一圖案週期與該第二圖案週期的一重疊部分。
- 如申請專利範圍第21項所述之計算元件，其中該圖案定義元件沿著該第一方向與該第二方向累加一像素灰階值以獲得沿著該第二方向的一第一灰階值輪廓與沿著該第一方向的一第二灰階值輪廓，且其中該第一圖案週期是藉由觀測在該第二灰階值輪廓的一週期變化所定義，且該第二圖案週期是藉由觀測該第一灰階值輪廓的一週期變化所定義。
- 如申請專利範圍第21項所述之計算元件，其中該第一方向與該第二方向實際上是相互垂直。
- 如申請專利範圍第20項所述之計算元件，其中該影像均化元件以該檢測圖案週期為一累加單元將一像素灰階值累加至該影像。
- 如申請專利範圍第20項所述之計算元件，其中該樣品之該影像是在該兩個一層堆疊另一層之連續層結構形成之後所形成，且其中該上部的層結構包含一導通線，而該下部的層結構包含一接觸/通道栓塞。
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