TWI497623B - 用於自動秘方驗證及選擇之系統及方法 - Google Patents

Description

用於自動秘方驗證及選擇之系統及方法

本申請案請求美國臨時專利序號第61/223,075號、申請日2009年7月6日之優先權，並將該全文併入本文據以參考。

發明領域

本發明領域涉及用於自動秘方驗證及選擇之系統及方法。

發明背景

晶圓缺損檢測是一種在半導體製造產業中的常見慣例，其作為複雜產量分析與控制製程的一部分。雖然每一個自動缺損檢測的工具供應商利用不同的檢測原則與方法，但他們都有一個共通概念：檢測秘方(也稱為一檢測工作)。該提到的檢測秘方是就某種代表晶圓(representing wafer)所建立，且被用於每一個相同來源(產品、製程等)的晶圓。所有的晶圓檢測工具共享相同的「設定」→ 「執行」情境。

多數自動檢測工具都面臨非常一致的挑戰，即對製程變化要有不變性。這意味著，使用一個代表晶圓所建立的同一個檢測秘方要被成功地用於相同種類的整批晶圓。

發明概要

一種用以選擇一檢測秘方的方法，該方法根據本發明的一實施例，可包括：獲取半導體裝置之一結構元件的一影像；計算該結構元件的影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離；以及基於該多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方之中選擇至少一個所選檢測秘方。

該方法可包括計算選自下列之多重類型距離、至少三距離或是大多數類型的距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離(Bhattacharyya distance)；(vi)瓦塞斯汀度量(Wasserstein metric)；(vii)司旺度量(Swain metric)；以及(viii)常態化關聯值(normalized correlation)。

該方法可包括基於該結構元件影像與該參考影像之間的多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許的匹配值範圍內的匹配值。

該方法可包括選擇多重所選檢測秘方。

該方法可包括基於藉由應用至少一個所選檢測秘方所得評估結果來改變待計算的類型距離。

該結構元件可被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，其中該複數檢測秘方彼此相差一它們受調整的塗佈材料光學性質之數值。

提供一種檢測系統。根據本發明的一實施例，該系統可包括：一影像獲取模組，用以獲取半導體裝置之一結構元件的一影像；一距離計算器，用以計算該結構元件的影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像之每一者間的多重類型距離；一選擇模組，用以基於多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方之中選擇至少一個所選檢測秘方；以及一控制器，用以控制該影像擷取模組以應用該至少一個所選檢測秘方之每一者。

該距離計算器可適用於計算選自下列之多重類型距離、至少三距離或是大多數類型的距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離(Bhattacharyya distance)；(vi)瓦塞斯汀度量(Wasserstein metric)；(vii)司旺度量(Swain metric)；以及(viii)常態化關聯值(normalized correlation)。

該距離計算器可適用於基於該結構元件影像與該參考影像之間的多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許的匹配值範圍之內的匹配值。

該選擇模組可適用於選擇多重所選檢測秘方。

該距離計算器可適用於基於藉由應用至少一個所選檢測秘方所獲取的評估結果，改變待計算的類型距離。

該結構元件可被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，其中該複數檢測秘方彼此相差一它們受調整的塗佈材料光學性質之數值。

提供一種電腦程式產品。根據本發明的一實施例，它可包括一儲存指令的非暫態電腦可讀媒體，該等指令用以：獲取半導體裝置之一結構元件的一影像；計算該結構元件的影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離；以及基於該多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方之中選擇至少一個所選檢測秘方。

該電腦程式產品可儲存指令，該等指令用以計算選自下列之多重類型距離、大多數類型的距離或是至少三距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離；(vi)瓦塞斯汀度量；(vii)司旺度量；以及(viii)常態化關聯值。

該電腦程式產品可儲存指令，該等指令用以基於該結構元件影像與該參考影像之間的多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許的匹配值範圍之內的匹配值。

該電腦程式產品可儲存指令，該等指令用以選擇多重所選檢測秘方。

該電腦程式產品可儲存指令，該等指令用以基於藉由應用至少一個所選檢測秘方所獲取的評估結果，改變待計算的該類型距離。

該結構元件可被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，其中該複數檢測秘方彼此相差一它們受調整的塗佈材料光學性質之數值。

圖式簡單說明

關於本發明之進一步細節、面相及實施例將僅就圖式以實例的方式、參考至圖式來敘述。圖式中，同樣的參考數字是用來識別同樣或功能性相似的元件。在該等圖中的元件是為了簡明清晰而加以描繪，並未必依照比例繪圖。

第1圖說明本發明一實施例之方法；

第2圖說明本發明一實施例之方法；

第3圖說明本發明一實施例之方法；及

第4圖說明本發明一實施例之檢測系統。

較佳實施例之詳細說明

視為本發明之標的內容係於本案說明書的最後部分被特別指明並清楚地加以主張。不管如何，本發明關於組織與操作方法兩者，連同其目的、特徵及優點，可在與隨附圖式一起閱讀時藉由參考以下詳細說明最佳地加以理解。

在以下詳細說明中，為了提供本發明的一徹底理解，會提出許多特定細節。然而，熟習此藝者將會瞭解到，本發明可不須這些特定細節而即被實施。在其他例子中，眾所熟知的方法、步驟及構件不再詳加敘述，以免模糊本發明。

以下方法、系統及電腦程式產品係針對至少一已知類型的下列製程變化提供一健全與決定性解決方案：晶圓上受檢測目標物的總體對比及/或紋理及/或反射率變化。所述的製程變化種類通常會在晶圓塗佈物「老化」製程(一塗佈液體從一批量中的第一片晶圓到該批量的最後一片晶圓間改變其光學性質的現象)遇到。

晶圓塗佈製程能藉由將一晶圓浸泡在一塗佈液體中作為一電鍍製程的一部分而加以實行。該塗佈液體能隨時間改變其光學特性(反射率、透明度、吸收度)─導致在所得影像上有相當大的改變。因此，理想上同一結構元件之所得影像基本上能互不相同。

該方法、系統與電腦程式產品基於預設標準，提供秘方運轉時適應性，並就現前實施之晶圓容許健全與可靠的秘方選擇/驗證。它們包括僅實行選自既存經順化之檢測秘方儲存庫中「良好」的檢測秘方。

該方法、系統與電腦程式產品可於一些預定義(諸如經順化)之檢測秘方間選擇，每一者都為了該晶圓的特定條件作最佳化。這些條件可以是該晶圓的一總體反射率、對比值、一塗佈液體的光學特性，及類似者。

每個檢測秘方可加以最佳化以偵測與先前所提製程變化狀態有關之晶圓典型影像之缺損。該檢測系統可瀏覽整個所提檢測秘方、使用各種統計方法相對於預存光學度量的一組合而檢定、以及就最小匹配分數去決定實行與否。

所述比較及匹配技術(與該產業中其他常用者不同)不是立基於其對影像特徵或影像特定灰階的決定。健全性是藉由一所提及的統計影像分析之專用組合所達成─即藉由所存晶圓影像參考相對於運轉時晶圓影像來達成。

第1圖說明本發明一實施例之方法100。

方法100起始於階段105或者接受或產生多重檢測秘方。

階段105之後接續根據一檢測秘方設定一檢測系統的階段110。階段110可包括應用一使用者所定義的光學態：包括但不限定於光照強度、光照類型、收集建立，及倍率。階段110可包括應用秘方的所存影像獲取態。

階段110之後接續至少獲取一影像的階段120。在階段120期間獲取的一影像能被稱為一所獲影像。階段120可包括獲取該晶圓之相同結構參考點(或區域)或是不同結構元件(或多個區域)的一連串所獲影像。

階段120之後接續階段130，其評估該至少一所獲影像的每一者與至少一參考影像之間的關係，該等參考影像與在階段110期間用以設定該檢測系統的該檢測秘方有關。該評估是響應於至少一預定義之匹配標準。

階段130之後可接續階段140，其係基於多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方中選擇至少一個所選檢測秘方。該評估是響應於至少一預定義的匹配標準。

階段130可包括比較至少一所獲影像與至少一對應參考影像。

階段130可包括計算一對所獲取影像與參考影像之間的至少一類型距離。每對的參考影像與目前受評估的檢測秘方有關：在階段110期間用以設定檢測系統的檢測秘方。該計算可包括進行每對所獲取影像與參考影像之像素值的至少一統計分析。

階段130可包括使用以下演算法：過簡灰階直方圖均值(Simplistic gray level histogram mean)、L1或L2分布、卡方分布、巴塔帢亞距離、移土者距離(Earth-mover's distance，又名瓦塞斯汀度量)、司旺度量，以及常態化關聯值。

階段130之後可接續階段140，其係處理在階段130期間所計算的該至少一類型距離，以提供一匹配值。該處理可包括應用統計演算法，諸如均值、變異數、多數權重總和，及類似者。

階段140之後可接續階段150，其係基於該匹配值，決定該檢測秘方是否應該被執行。該數值分數能與一匹配值極小值、一匹配值極大值，或是一與該目前受評估檢測秘方有關的匹配值範圍比較。

階段150之後可接續：(i)階段160，其係確認其他檢測秘方是否應該加以評估、(ii)階段170，其係選擇一剩餘檢測秘方(假如存在)並跳到階段110、及(iii)階段180，其係在驗證所有檢測秘方之後執行每個應該被執行之檢測秘方。

或者，假如階段150決定了檢測秘方應該要被執行，則階段150之後可接續階段190執行該檢測秘方。階段190之後可接續一連串階段，其中可包括階段160及階段170。

方法100之各種階段的重複可導致：(i)計算介於晶圓之一結構元件的一所獲取影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之多數參考影像的每一者之間的多重類型距離、及(ii)基於該等多重類型距離的數值，自動地自該等複數檢測秘方之中選擇至少一所選檢測秘方。

第2圖說明本發明一實施例之方法200。該方法200包括：(i.)階段210，其係獲取半導體裝置結構元件之一影像。該結構元素可以是一凸塊、一溝渠，及類似者；(ii.)階段220，其係計算介於該結構元件的所得影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像之每一者之間的多重類型距離；(iii.)階段230，其係基於在結構元件之所得影像與參考影像之間的該等多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值。受成像的結構元件可被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，且該等複數檢測秘方可彼此相差一它們受調整的塗佈材料光學性質之數值；(iv.)階段240，其係基於該等多重類型距離的數值自動地自複數檢測秘方之中選擇至少一所選檢測秘方。階段240可響應於每對參考影像與受檢影像的匹配值，以及(v.)階段250，其係執行每個所選檢測秘方。

階段220可包括計算選自下列之(a)多重類型距離、(b)大多數多重類型距離，或(c)至少三類型距離：

(i)灰階直方圖間之一差距；

(ii)直線(L1)距離；

(iii)歐幾里得(L2)長度；

(iv)卡方距離；

(v)巴塔帢亞距離；

(vi)瓦塞斯汀度量；

(vii)司旺度量；以及

(viii)常態化關聯值。

使用多重類型距離可協助提供一檢測秘方的一健全選擇。該健全性可促成不同類型距離對不同類型改變的不同響應，該等不同類型改變諸如製程變異、塗佈材料之反射率的改變，及類似者。要注意的是其他類型距離可加以計算。

階段240可包括選擇與一參考影像有關的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許匹配值範圍之內的匹配值。該可容許匹配值範圍係事先決定且可藉由一操作子(或其他被授權人)被決定。

階段240可包括選擇多重所選檢測秘方。這些所選檢測秘方的每一者應在階段250期間被執行。

在執行階段210-260的一次或更多重覆後，方法200可藉由階段270更新至少一檢測秘方而進行。

階段270可包括基於藉由應用該至少一所選檢測秘方所獲取的評估結果，改變待計算類型距離。階段270可包括省略一先前所選類型距離，假如那個類型距離沒有促成該所選類型距離的選擇的話(假如，例如在那個類型距離數值與決定是否選擇一相關檢測秘方之間的關聯性非常低)。階段270可包括在方法200的下一次重覆期間增加一新的待計算類型距離。階段270之後可接續階段210。

方法100及200的各個方法可包括一從檢測系統的一操作子(或從任何其他被授權人)接受指令的階段。這些指令可決定每個檢測秘方的脈絡、可決定要計算哪些類型距離、如何計算匹配分數及如何基於匹配分數選擇一檢測秘方。一指令能限制所選檢測秘方的數目且能在參考影像及所獲取影像之產生期間選擇要成像哪些結構元件。

第3圖說明本發明實施例之階段105。

階段105起始於階段310，其係產生至少一檢測秘方。

階段310可包括定義一用於影像取得之設定(一狀態)，例如選擇影像取得之光學特性、一晶圓上的位置，或其他所證物體等等。

階段310之後接續階段320，其係在決定是否使用該檢測秘方時定義至少一待使用的匹配標準。該匹配標準可包括在一所得影像及一參考影像之間待計算的類型距離、其中一或更多類型距離的數值要被處理以提供一匹配值的方式、以及將導致選擇該檢測秘方或是駁回它之匹配值的數值。

階段330之後接續階段330，其係抓取一參考影像-使用所選設定。

階段330之後接續階段340，其係儲存至少一匹配標準及參考影像。

階段310之後可接續階段350，其係決定是否有定義另一個檢測秘方的需求。假如答案是正面的，則階段350後接續階段310。

假設例如只有晶圓(或塗佈材料)光學特性上可容許改變的一部份被先前所定義之檢測秘方所「覆蓋」，則可定義另一個檢測秘方。

階段350可包括決定定義另一個檢測秘方以順應已知的製造改變製程(例如光學液體反射率下降等等)。

第4圖說明本發明一實施例之檢測系統400。該檢測系統400包括：

(i)　一影像獲取模組410，用以獲取半導體裝置之一結構元件的一影像。

(ii)　一距離計算器420，用以計算在該結構元件的影像及藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離。

(iii)　一選擇模組430，用以基於多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方之中選擇至少一個所選檢測秘方；以及

(iv)　一控制器440，用以控制該影像獲取模組以應用該至少一個所選檢測秘方之每一者。

該檢測系統400可執行方法100及200。為了執行方法105，檢測系統400它應該包括秘方產生器450-如第4圖所示。已知檢測系統400可從其他裝置或系統接受秘方，及該秘方產生器450能與檢測系統分離。

距離計算器420及選擇模組430可為處理器444的一部份。

距離計算器420可適於計算選自下列之多重類型距離、大多數類型距離或是三個或以上的類型距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離；(vi)瓦塞斯汀度量；(vii)司旺度量；以及(viii)常態化關聯值。

距離計算器420可適於基於該結構元件影像與該參考影像之間的多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許的匹配值範圍之內的匹配值。

選擇模組430可適於選擇多重所選檢測秘方。

距離計算器420可適於基於藉由應用至少一所選檢測秘方所獲取的評估結果來改變待計算的類型距離。

影像獲取模組410可包括一或更多相機、光學儀器及一或更多感應器、影像抓取器(未顯示)及一影像處理器。影像獲取模組410能響應於儲存在不同檢測秘方的資訊而設定成不同狀態。不同狀態可在其等之光學參數(例如亮度、焦距)、物理參數(例如與晶圓的距離、曝光時間、所使用的化學材料)等等上有所不同。

方法100、200及300或其任一者能被一執行指令之處理器(諸如處理器444)所執行。該指令能被儲存在非暫態電腦可讀媒體中，諸如磁碟、磁帶、磁片，及類似者。

例如，電腦程式產品可包括一儲存指令的非暫態電腦可讀媒體，該等指令用以：獲取半導體裝置之一結構元件的一影像；計算在該結構元件的影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離；以及基於該多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方之中選擇至少一個所選檢測秘方。

雖然本發明的特定特徵在此已加以描繪及說明，熟習此藝者由此將可想到許多修改、替代、變化及等效物。因此要瞭解的是，所附申請專利範圍是意圖涵蓋所有落入本發明真實精神之中的此等修改及變化。

100．．．方法100

105．．．階段105

110．．．階段110

120．．．階段120

130．．．階段130

140．．．階段140

142．．．階段142

144．．．階段144

160．．．階段160

170．．．階段170

180．．．階段180

190．．．階段190

200．．．方法200

210．．．階段210

220．．．階段220

230．．．階段230

240．．．階段240

250．．．階段250

270．．．階段270

300．．．方法300

310．．．階段310

320．．．階段320

330．．．階段330

340．．．階段340

350．．．階段350

400．．．檢測系統

410．．．影像獲取模組

420．．．距離計算器

430．．．選擇模組

440．．．控制器

444．．．處理器

450．．．秘方產生器

第1圖說明本發明一實施例之方法；

第2圖說明本發明一實施例之方法；

第3圖說明本發明一實施例之方法；及

第4圖說明本發明一實施例之檢測系統。

200．．．方法200

210．．．階段210

220．．．階段220

230．．．階段230

240．．．階段240

250．．．階段250

270．．．階段270

Claims (20)

1. 一種用以選擇一檢測秘方的方法，該方法包含：獲取半導體元件之一結構元件的一影像；計算在該結構元件影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離；以及基於該等多重類型距離的數值自動地自該等複數檢測秘方選擇至少一所選檢測秘方。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含計算選自於一由下列所構成之群組中的多重類型距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離(Bhattacharyya distance)；(vi)瓦塞斯汀度量(Wasserstein metric)；(vii)司旺度量(Swain metric)；以及(viii)常態化關聯值(normalized correlation)。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含計算選自於一由下列所構成之群組中的大多數類型的距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離；(vi)瓦塞斯汀度量；(vii)司旺度量；以及(viii)常態化關聯值。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含：基於該結構元件影像與該參考影像之間多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影 像具有一在一可容許的匹配值範圍之內的匹配值。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含選擇多重所選檢測秘方。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其包含基於藉由應用至少一所選檢測秘方所獲取的評估結果來改變待計算的類型距離。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等結構元件被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，其中該等複數檢測秘方彼此相差一它們受調整到的塗佈材料光學性質之數值。
8. 一種檢測系統，其包含：一影像獲取模組，用以獲取半導體元件之一結構元件的一影像；一距離計算器，用以計算在該結構元件的影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離；一選擇模組，用以基於該多重類型距離的數值自動地自該複數檢測秘方之中選擇至少一所選檢測秘方；以及一控制器，用以控制該影像獲取模組以應用該至少一所選檢測秘方的每一者。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該距離計算器適於計算選自於一由以下所構成之群組中的多重類型距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離；(vi)瓦塞斯汀度量；(vii)司旺度量；以及(viii)常態化關聯值。
10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該距離計算器適於計算選自於一由以下所構成群組中的大多數類型的距離：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離；(vi)瓦塞斯汀度量；(vii)司旺度量；以及(viii)常態化關聯值。
11. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該距離計算器適於基於該結構元件影像與該參考影像之間多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許的匹配值範圍之內的匹配值。
12. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該選擇模組適於選擇多重所選檢測秘方。
13. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該距離計算器適於基於藉由應用該至少一所選檢測秘方所獲取的評估結果來改變待計算的類型距離。
14. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該結構元件被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，其中該等複數檢測秘方彼此相差一它們受調整的塗佈材料光學性質之數值。
15. 一種包含儲存有指令之非暫態電腦可讀媒體的電腦程式產品，該等指令用以：獲取半導體元件之一結構元件的一影像；計算在該結構元件的影像與藉由應用複數檢測秘方所獲得之複數參考影像的每一者之間的多重類型距離；以及基於該等多重類型距離的數值自動地自該等複數檢測秘方之中選擇至少一所選檢測秘方。
16. 如申請專利範圍第15項之電腦程式產品，其更儲存有用以計算選自於一由以下所構成之群組中的多重類型距離之指令：(i)灰階直方圖間之一差距；(ii)直線(L1)距離；(iii)歐幾里得(L2)長度；(iv)卡方距離；(v)巴塔帢亞距離；(vi)瓦塞斯汀度量；(vii)司旺度量；以及(viii)常態化關聯值。
17. 如申請專利範圍第16項之電腦程式產品，其更包含儲存有用以執行下列動作的指令：基於該結構元件影像與該參考影像之間多重類型距離的數值，為每個參考影像產生一匹配值；以及選擇與一參考影像相關聯的每個檢測秘方，該參考影像具有一在一可容許的匹配值範圍之內的匹配值。
18. 如申請專利範圍第16項之電腦程式產品，其更儲存有用以選擇所選檢測秘方的指令。
19. 如申請專利範圍第16項之電腦程式產品，其更儲存有用以基於藉由應用該至少一所選檢測秘方所獲取的評估結果來改變待計算的類型距離之指令。
20. 如申請專利範圍第16項之電腦程式產品，其中該等結構元件被塗佈一隨時間而改變光學性質的塗佈材料，其中該等複數檢測秘方彼此相差一它們受調整的塗佈材料光學性質之數值。