TWI451284B

TWI451284B - 評估物件的方法及系統

Info

Publication number: TWI451284B
Application number: TW102124984A
Authority: TW
Inventors: Nir Ben-David Dodzin; Vered Gatt
Original assignee: Applied Materials Israel Ltd
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2014-09-01
Also published as: TW201407398A

Description

評估物件的方法及系統

本發明主要涉及用於微製造、平板顯示器、微電子機械(micro-electromechanical,MEM)器件等等的諸如晶圓、光罩(mask)或倍縮光罩(reticle)的物件的自動檢測領域。

在過去的幾十年中，對於檢測微觀製造缺陷的缺陷檢測已經成為尤其是用於半導體晶圓的微加工製造流程的標準部分。

適用於最可能發現多種類型缺陷的各種檢測技術通常應用於半導體製造流程的多個步驟中。檢測的經濟效益已經非常顯著並且一般認為檢測技術對20世紀九十年代出現的半導體晶圓製造領域的顯著增長有重要貢獻。

檢測系統被應用于大量的不同應用中，該等應用包括當製造流程中的特定程序步驟具有超過在該步驟正常預期水平的增加的缺陷密度時，監控以標記的程序；透過檢測稱為短迴圈晶圓來解決問題，該晶圓僅用製造程序步驟的子集進行處理，從而有助於故障檢修和診斷或者優化程序步驟的特定子集，以及在程序發展期間，從而優化新的製造程序來減少或消除程序特有的或系統缺陷機制。

用於經構圖的晶圓檢測的晶圓檢測系統通常工作如下所述。高功率顯微鏡，傳統為光學顯微鏡，或最近常用的SEM(Scanning Electron Microscope，掃描電子顯微鏡)或電子顯微鏡，設置為受電腦控制以順序獲取物件的區域的圖像，該物件諸如於製造期間或之後用於微加工、平板顯示器、微電子機械(MEM)器件等等的含有以小塊(dice)排列的多個積體電路的晶圓、光罩或倍縮光罩。

以這種方式獲取的圖像或對比資料隨後與參考資料相比較。在參考圖像和獲取圖像之間存在差別處發現或檢測到缺陷。參考圖像可從如通常使用光罩或倍縮光罩檢測的電腦輔助設計(Computer Aided Design,CAD)資料得出。另外地或可選地，參考圖像可僅為緊鄰單元或晶圓上晶片或被檢測的相似晶圓的圖像。對小缺陷的缺陷檢測程序靈敏度可透過調整圖像獲取參數諸如圖元尺寸、對比度、亮度、充電和偏壓條件等，以及用於比較所獲取的檢測圖像和參考圖像的圖像處理參數來控制。

物件諸如晶圓可包括重複區域，其包括許多重複的結構元件，諸如儲存單元(諸如靜態記憶體(SRAM)、動態記憶體(DRAM)、鐵電記憶體(FRAM)、快閃記憶體)。重複區域還可包括重複的結構元件可編程邏輯單元，諸如包含在可編程邏輯器件(PLA)、可編程邏輯電路(PLD)中的可編程邏輯單元。其他物件諸如MEM顯示器和平板顯示器可包括重複區域。

典型地，包括在相同重複區域內的理想相同的結構元件(稱為單元)進行相互比較或與所謂的「黃金單元(golden cell)」相比較。兩種類型的比較稱為單元與單元比較。

儲存陣列通常被非重複區域圍繞。這些非重複區域通常利用所謂的晶片與晶片比較來相互比較。

晶片與晶片比較涉及將一個晶片的圖像資訊與另一晶片的圖像資訊相比較。本技術領域已知晶片與晶片比較由於其減小的靈敏性因此對缺陷的敏感度顯著低於單元與單元比較。後者優於晶片與晶片比較，原因在於其對程序變化、顏色變化(當應用光場技術時以及當局部透明層設置在單元上時發生的現象)，以及對光圖像採集(和/或照射)過程的變化不太敏感。這些變化可包括輻射強度變化、光行差；焦距不准，感測器飽和、感測器陣列不均勻、不對準等等。

儘管單元與單元比較具有一些優點。其對靠近重複區域邊緣的單元的圖像資訊的採集和與重複區域的邊緣隔開的單元的圖像資訊的採集之間的區別作出回應。注意到由於用於照射區域的輻射的較寬能量分佈以及當照射靠近陣列的邊緣的結構元件時產生通過空間頻率濾波器的圖案資訊，因此特定的結構元件的圖形資訊可能受特定結構元件的圍繞物影響。典型地，此種空間頻率濾波器係配置用於阻擋重複結構元件陣列的干涉波瓣(lobes)。非重複區域可改變干涉波瓣的位置，從而圖像資訊可通過這些空間頻率濾波器。

第1圖示出現有技術晶圓的區域8。多個儲存單元陣列10-18被垂直縫(以V表示)和水平縫(以「H縫」20-30 表示)圍繞。在通常實施的混合比較過程期間，每個陣列內的重複結構元件的圖像資訊與相同陣列內的重複結構元件的圖像資訊相比較，而垂直縫的圖像資訊與另一晶片的垂直縫的圖像資訊相比較。這種混合比較過程具有以上所述的晶片與晶片比較的缺點和單元與單元比較的缺點。

越來越需要提供可評估物件的改進的系統、方法和電腦程式產品。

一種用於評估物件的方法，該方法包括：(i)獲得物件一區域的圖像；其中該區域包括至少部分地被至少一組非重複區域所圍繞的多個陣列的重複結構元件；其中屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同；其中非重複區域以重複方式排列；以及(ii)回應第一子區域的圖像資訊與緊鄰第一子區域的第二子區域的圖像資訊之間的比較，而提供評估結果；其中第一子區域包括第一陣列的重複結構元件和第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的重複結構元件和第二非重複區域。

一種用於評估物件的系統；該系統包括：配置用於儲存物件一區域的圖像的儲存單元；其中該區域包括多個陣列的重複結構元件，其至少部分被至少一組非重複區域所圍繞；其中屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同；其中非重複區域以重複方式排列；以及處理器，其係配置用於回應第一子區域的圖像資訊與緊鄰第一子區域的第二子區域的圖像資訊之間的比較，而提供評估結果；其中第一子區域包括第一陣列的重複結構元件和第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的重複結構元件和第二非重複區域。

電腦程式產品，其包括具有電腦可讀程式的電腦可使用媒體，其中電腦可讀程式，當在電腦上執行時，使得電腦可執行以下步驟：接收物件一區域的圖像；其中該區域包括多個陣列的重複結構元件，其至少部分被至少一組非重複區域所圍繞；屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同；其中非重複區域以重複方式排列；以及回應第一子區域的圖像資訊與緊鄰第一子區域的第二子區域的圖像資訊之間的比較，而提供評估結果；其中第一子區域包括第一陣列的重複結構元件和第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的重複結構元件和第二非重複區域。

8‧‧‧晶圓區域

10-18‧‧‧儲存單元陣列

20-30‧‧‧水平縫

30‧‧‧第一子區域

40‧‧‧第二子區域

10(1),13(1)‧‧‧內部分

10(2),13(2)‧‧‧外部分

為了理解本發明並說明實際如何實施，將僅透過非限制實施例的方式，參照附圖描述實施方式，其中：第1圖示出晶圓的一區域；第2圖示出根據本發明的實施方式的兩個子區域；第3圖示出根據本發明的另一實施方式的兩個子區域；第4圖示出根據本發明的實施方式的方法；第5圖示出根據本發明的另一實施方式的方法；以及第6圖示出根據本發明的實施方式的系統。

一種於製造期間或之後用於評估用於微加工、平板顯示器、微電子機械(MEM)器件等等的諸如晶圓、光罩或倍縮光罩之類的物件的方法、系統和電腦程式產品。

根據本發明的實施方式子區域被限定。每個子區域包括重複的結構元件陣列。該重複的結構元件陣列被至少一組非重複區域所圍繞。屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同。非重複區域以重複方式排列。取代晶片與晶片比較，該方法、系統和電腦程式產品採取其他比較方式。該比較在屬於彼此緊鄰的子區域(通常屬於相同晶片)的多個非重複區域的圖像資訊之間進行。這種類型的比較由於較少受程序變化、顏色變化或圖像採集條件變化的影響而更為可靠。

根據本發明的實施方式，取代重複圖案陣列的一個結構元件的圖像資訊與重複結構元件的相同陣列的另一結構元件的圖像資訊比較，第一子區域的重複結構元件的圖像資訊與第二子區域的對應重複結構元件的圖像資訊比較。這種比較克服了比較誤差，該誤差由位於重複結構元件陣列的邊緣附近的結構元件的圖像資訊與遠離重複結構元件的陣列的邊緣的結構元件的圖像資訊比較引起。

根據本發明的另一實施方式，重複元件的陣列分離為內部分和外部分。外部分可定位在內部分和圍繞重複結構元件的陣列的非重複區域之間。該內部分包括所選擇的結構元件，其被選擇使得它們的圖像資訊不受非重複區域影響而外部分的結構元件的圖像資訊可能受非重複區域影響。重複結構元件陣列的內部分內的結構元件的圖像資訊與相同內部分內的其他結構元件的圖像資訊進行比較。屬於特定子區域的重複結構元件陣列的外部分內的結構元件的圖像資訊，與屬於另一子區域的重複結構元件另一陣列的外部分內的結構元件的對應圖像資訊相比較。

除非另外說明，術語諸如「第一」和「第二」用於任意區別該術語描述的元件。因此，這些術語不意在指出該元件的時間或其他優先次序。

除非另外說明，術語「對應結構元件」意指屬於不同子區域的結構元件，該不同子區域關於它們所屬的子區域的邊界而實質上定位在相同位置處。

術語「圖像資訊」意指用於描述在圖像的光採集期間所獲得資訊之資訊。該資訊通常包括一個或多個灰階圖元，但這不是必須的。注意圖像資訊可透過利用成像鏡片或不成像鏡片而獲得。圖像資訊可在與其他圖像資訊進行比較前先進行數位處理(例如透過使用濾波器)。

第2圖示出根據本發明的實施方式的兩個子區域。第一子區域的圖像資訊與第二子區域的對應圖像資訊相比較。第2圖示出連續的子區域。注意圖像資訊比較可在彼此緊鄰的子區域之間進行，即使這些子區域彼此隔開。參照第1圖描述的實施例，包括陣列10和水平縫20的子區域可與包括陣列18和水平縫27的另一子區域相比較。注意第一子區域的圖像資訊可與表示多個其他子區域的資訊相比較。這可包括將第一子區域的資訊與多個其他子區域的平均(或其他統計或統計相關函數)進行比較。

如果這些區域之間由於程序變化引起的預期變化低於特定的程序變化閥值，則兩個子區域可視為緊鄰。另外地或可選地，如果顏色變化、光圖像採集和/或照射過程的時間變化對比較過程的影響低於特定閥值，則兩個子區域可視為緊鄰。這些閥值的每個可由用戶、評估工具操作者或物件製造商為回應各種參數諸如要求的靈敏度、要求的信噪比，所期望檢測到的缺陷等等來設定。如果這些子區域之間的距離不超過晶片的長度(或寬度)的一小部分，則通常子區域認為彼此緊鄰。

第4圖示出根據本發明的實施方式用於評估物件的方法100。

方法100開始於步驟110，其獲得物件一區域的圖像；其中該區域包括至少部分地被至少一組非重複區域所圍繞的重複結構元件的多個陣列。屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同。非重複區域以重複的方式排列。

注意該區域可比晶片小得多，可包括一個或多個小塊(dice)等等。

參照第2圖描述的實施例，重複結構元件的陣列是陣列10和陣列13。第一組的非重複區域包括水平縫20、23和26，而第二組非重複區域包括垂直縫(以V表示)。

步驟110可包括光學式(包括使用電子光學)獲得這些圖像，獲得表示這些圖像的圖像資訊，及其它類似物。注意區域，諸如第1圖的區域8的圖像可涉及採集區域8的多部分的圖像並生成合成圖像，其包括多個獨立光學式採集的圖像的多部分。另外，注意圖像的光學採集可能需要對準。當每個子區域完成對準時，對準通常更容易(以及花費更少時間)。注意區域的多部分的光學式獲得的圖像可能部分重疊，從而補償圖像的光學採集相關的各種未對準問題。另外，注意區域8的圖像可在取得該區域的多個圖像並處理這些圖形後生成(例如，透過求和這些圖像從而平均掉隨機噪音)。本領域的技術人員將理解該圖像可透過使用單色輻射、帶電粒子束、寬帶輻射、脈衝光源、連續光源等等方式進行採集。

步驟110後接著步驟130，其回應第一子區域的圖像資訊與緊鄰第一子區域的第二子區域的圖像資訊之間的比較而提供評估結果。第一子區域包括第一陣列的重複結構元件和第一非重複區域。第二子區域包括第二陣列的重複結構元件和第二非重複區域。注意每個子區域可包括一個或多個非重複區域的一個或多個部分。

合宜地，步驟130包括步驟132、134和136中至少一個步驟。

步驟132包括第一子區域的圖像資訊和第二子區域的圖像資訊之間的比較，其中第一子區域包括第一陣列的儲存單元以及包括有第一縫的第一非重複區域。第二子區域包括第二陣列的儲存單元以及包括有第二縫的第二非重複區域。第2圖提供該等子區域的實施例。

步驟134包括比較不同子區域的對應結構元件的圖像資訊。每個結構元件係位在相對於包括該結構元件的子區域的邊界的實質上相同位置處。步驟134包括，例如：(i)將屬於第一子區域且位於不靠近它們陣列的邊緣的重複結構元件的圖像資訊與位於不靠近另一陣列的邊緣的第二子區域的對應結構元件相比較，以及(ii)將第一子區域的非重複區域的結構元件的圖像資訊與第二子區域的另一非重複區域的對應結構元件相比較。

步驟136包括將靠近第一陣列的邊緣的結構元件的圖像資訊和靠近第二陣列的對應邊緣的對應元件的圖像資訊相比較。注意步驟134可視為包括步驟136，但這不是必須的。

第3圖示出根據本發明的實施方式的兩個子區域。

第3圖示出陣列10和13中每個陣列係分割為內部分(分別為10(1)和13(1))和外部分(分別為10(2)和13(2))。外區域包括結構元件，它們的圖像資訊受圍繞其陣列的一個或多個非重複區域影響(至少大於特定閥值)。內部區域包括結構元件，它們的圖像資訊不受非重複區域的影響(或影響低於特定閥值)。注意閥值可以表示單元與單元比較的特徵和子區域與子區域比較的特徵之間的平衡。

第5圖示出根據本發明的實施方式的方法200。

方法200開始於步驟110，其獲得物件一區域的圖像；其中該區域包括重複結構元件的多個陣列，該重複結構元件至少部分地被至少一組非重複區域所圍繞；其中屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同；其中非重複區域以重複的方式排列。

步驟110之後是步驟144和146。這些步驟可彼此並行地執行，但為簡化說明，第5圖示出步驟144之後為步驟146。

步驟144包括將包含在第一陣列重複結構元件的的外部分中的第一重複元件的圖像資訊與包含在第二陣列的重複結構元件的外部分中的對應重複元件的圖像資訊相比較。第一陣列屬於第一子區域以及第二陣列屬於第二子區域。第一和第二子區域彼此緊鄰。

步驟146包括將包含在第一陣列的重複結構元件的內部分中的第一重複元件的圖像資訊與包含在第一陣列的重複結構元件的內部分中的另一重複元件的圖像資訊相比較。

步驟146後是步驟148，其回應步驟144和146的至少其中一個比較而提供評估結果。

第6圖示出根據本發明的實施方式的系統300。

系統300包括儲存單元320、處理器310和圖像採集單元330。系統300可自包括圖像採集單元的檢測工具光學式獲得區域的圖像或可接收圖像(或表示該等圖像的資訊)。

儲存單元320係配置用於儲存物件一區域的圖像。該區域包括至少部分地被至少一組非重複區域所包圍的多個陣列的重複結構元件；其中屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地彼此相同；其中非重複區域以重複的方式排列。

處理器310係配置用於回應第一子區域的圖像資訊與緊鄰第一子區域的第二子區域的圖像資訊的比較，而提供評估結果；其中第一子區域包括第一陣列的重複結構元件和第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的重複結構元件和第二非重複區域。

合宜地，處理器310係配置用於將第一子區域的圖像資訊與第二子區域的圖像資訊相比較；其中第一子區域包括第一陣列的儲存單元以及包括有第一縫的第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的儲存單元以及包括有第二縫的第二非重復區域。

合宜地，處理器310係配置用於將不同子區域的不同結構元件的圖像資訊進行比較，其中每個結構元件係位在相對於包括該結構元件的子區域的邊界的實質上相同位置處。

合宜地，處理器310係配置用於將靠近第一陣列的重複結構元件邊緣的結構元件的圖像資訊與靠近第二陣列的對應邊緣的對應元件的圖像資訊相比較。

合宜地，處理器310係配置用於將包括在第一陣列的重複結構元件的外部分中的第一重複元件的圖像資訊與包括在第二陣列的重複結構元件的外部分中的對應重複元件的圖像資訊相比較。

合宜地，處理器310係配置用於將包含在第一陣列的重複結構元件的內部分中的第一重複元件的圖像資訊與包含在第一陣列的重複結構元件的內部分中的另一重複元件的圖像資訊相比較。

合宜地，提供一種電腦程式產品。其包括具有電腦可讀程式的電腦可用媒體，其中該電腦可讀程式，當在電腦上執行時，使電腦可執行以下步驟：接收物件一區域的圖像；其中該區域包括至少部分地被至少一組非重複區域所圍繞的多個陣列的重複結構元件；其中屬於單一組非重複區域的多數非重複區域理想地為彼此相同；其中非重複區域以重複方式排列；以及回應第一子區域的圖像資訊與靠近第一子區域的第二子區域的圖像資訊之間的比較，而提供評估結果；其中第一子區域包括第一陣列的重複結構元件和第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的重複結構元件和第二非重複區域。

合宜地，電腦程式產品使電腦可將第一子區域的圖像資訊與第二子區域的圖像資訊進行比較；其中第一子區域包括第一陣列的儲存單元以及包括有第一縫的第一非重複區域；其中第二子區域包括第二陣列的儲存單元和包括有第二縫的第二非重複區域。

合宜地，電腦程式產品使電腦可比較不同子區域的不同結構元件的圖像資訊；其中每個結構元件係位在相對於包括結構元件的子區域的邊界的實質上相同位置處。

合宜地，電腦程式產品使電腦可將靠近第一陣列的重複結構元件的邊緣的結構元件的圖像資訊與靠近第二陣列的重複結構元件的對應邊緣的對應元件的圖像資訊相比較。

合宜地，電腦程式產品使電腦可將包括在第一陣列的重複結構元件的外部分中的第一重複元件的圖像資訊與包括在第二陣列的重複結構元件的外部分中的對應重複元件的圖像資訊相比較。

合宜地，電腦程式產品使電腦可將包括在第一陣列的重複結構元件的內部分中的第一重複元件的圖像資訊與包括在第一陣列的重複結構元件的內部分中的另一重複元件的圖像資訊相比較。

注意雖然以上正文涉及兩個子區域的結構元件的圖像資訊之間的比較，但可實施超過兩個不同子區域的結構元件之間的多個比較。例如，如果兩個子區域的兩個理想地相同的對應結構元件的圖像資訊之間存在差別，則可進行至少一個額外比較，從而確定進行比較的該等兩個理想相同的對應結構元件中的哪個結構元件為缺陷的。

進一步注意到該方法、系統和電腦程式產品可針對子區域的圖像資訊與「黃金」子區域的圖像資訊之間的比較進行適當修正。因此，第一子區域的圖像資訊可與第二子區域的圖像資訊相比較。

本領域的熟習技術人員將容易理解不同的修改和變化可應用於如以上所述的本發明的實施方式，而不偏離所附申請專利範圍書限定的保護範圍。

Claims

一種用於評估一或更多晶粒的方法，該方法包括以下步驟：使用一成像裝置來獲得一或更多晶粒之一區域的一圖像，該晶粒的該區域包括複數個陣列的重複結構元件，該等多個陣列的重複結構元件至少部分地被一或更多組非重複區域所圍繞；其中對於該一或更多組非重複區域的每一特定組(subject group)而言，該特定組中的非重複區域以重複方式排列，以及比較該區域的一第一子區域的圖像資訊與該區域的一第二子區域的圖像資訊，其中該第二子區域鄰近於該第一子區域，該第一子區域包含一第一陣列之該等複數個陣列的重複結構元件以及一第一非重複區域，且該第二子區域包含一第二陣列之該等複數個陣列的重複結構元件以及一第二非重複區域；以及回應該比較而提供一評估結果，該評估結果指示受比較之該等子區域中是否存在缺陷。
如請求項1所述之方法，其中該第一子區域以及該第二子區域包含一單晶粒的一區域的子區域。
如請求項1所述之方法，其中該第一子區域與該第二子區域的圖像資訊包含該等重複子區域的結構元件的圖像資訊，其中每一個重複子區域的每一個結構元件位於該重複子區域內且位於相對於該重複子區域的邊界實質上相似的位置。
如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在當獲得一缺陷的一結果指示時，至少額外地比較該第一子區域與該第二子區域的圖像資訊。
如請求項1所述之方法，其中該第一子區域或該第二子區域的圖像資訊包含一重複元件的圖像資訊，其中該重複元件係包含於一陣列之重複結構元件的一外部分之中。
如請求項1所述之方法，其中該第一子區域或該第二子區域的圖像資訊包含一重複元件的圖像資訊，其中該重複元件係包含於一陣列之重複結構元件的一內部分之中。
一種用於評估一物件的系統，該系統包括一電腦可讀取儲存裝置，該電腦可讀取儲存裝置儲存由一處理器執行的指令；以及一處理器，該處理器通信地耦合至該儲存裝置且適於執行藉由該儲存裝置所儲存的該等指令，該等指令用於致使該處理器執行下列步驟：獲得一或更多晶粒的一區域的一圖像，該晶粒的該區域包含複數個陣列的重複結構元件，該等複數個陣列的重複結構元件至少部分地被一或更多組非重複區域所圍繞；其中對於該一或更多組非重複區域的每一特定組(subject group)而言，該特定組中的非重複區域以重複方式排列，以及比較該區域的一第一子區域的圖像資訊與該區域的一第二子區域的圖像資訊，其中該第二子區域鄰近於該第一子區域，該第一子區域包含一第一陣列之該等複數個陣列的重複結構元件以及一第一非重複區域，且該第二子區域包含一第二陣列之該等複數個陣列的重複結構元件以及一第二非重複區域；以及回應該比較而提供一評估結果，該評估結果指示受比較之該等子區域中是否存在缺陷。
如請求項7所述之系統，其中該第一子區域以及該第二子區域包含一單晶粒的一區域的子區域。
如請求項7所述之系統，其中該第一子區域與該第二子區域的圖像資訊包含該等重複子區域的結構元件的圖像資訊，其中每一個重複子區域的每一個結構元件位於該重複子區域內且位於相對於該重複子區域的邊界實質上相似的位置。
如請求項7所述之系統，進一步包含用於致使該處理器執行下列步驟的指令：在當獲得一缺陷的一結果指示時，至少額外地比較該第一子區域與該第二子區域的圖像資訊。
如請求項7所述之系統，其中該第一子區域或該第二子區域的圖像資訊包含一重複元件的圖像資訊，其中該重複元件係包含於一陣列之重複結構元件的一外部分之中。
如請求項7所述之系統，其中該第一子區域或該第二子區域的圖像資訊包含一重複元件的圖像資訊，其中該重複元件係包含於一陣列之重複結構元件的一內部分之中。
如請求項7所述之系統，進一步包含一圖像獲得單元，該圖像獲得單元通信地耦合至該處理器且適於獲得該圖像資訊。