TWI580952B - 使用表面高度屬性用於分級缺陷的方法與裝置 - Google Patents

使用表面高度屬性用於分級缺陷的方法與裝置 Download PDF

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Description

使用表面高度屬性用於分級缺陷的方法與裝置
本發明係關於使用電子束成像對基板之檢驗及檢查。
在一習用電子束檢驗儀器中，用一聚焦電子束掃描一經製造之基板(諸如一矽晶圓或一光罩)，此導致自基板表面發射電子(包含次級及/或反向散射電子)。偵測經發射電子，且通常將偵測資料轉換成試樣之表面之一影像。該影像通常來自一「法向」視圖(亦即，來自垂直於該表面之一視點之一視圖)。然後對此等影像進行數值分析以偵測經製造之基板中之異常情況(稱作缺陷)。
此外，可藉由進一步成像來檢查所偵測之缺陷且將其分級(人工地或自動地)成不同級別或類別。可使用對一缺陷之分級來判定其原因以使得在製造製程中可做出適當調整以便改良其良率。
非常期望改良用於電子束檢驗之方法及裝置。更特定而言，非常期望改良由電子束儀器成像之缺陷之分級。
一項實施例係關於一種分級一基板表面上之一缺陷之方法。該方法包含使一初級電子束在該基板表面之一目標區域上方掃描，致使自該目標區域發射次級電子，其中該目標區域包含該缺陷。使用複數個至少兩個離軸感測器偵測來自該目標區域之該等次級電子以便獲得該目標區域之複數個影像圖框，該目標區域之每一影像圖框包含來自一不 同離軸感測器之資料。處理該複數個影像資料圖框以產生該目標區域之一表面高度圖。判定該缺陷之表面高度屬性。將該缺陷之該等表面高度屬性輸入至一缺陷分級器中。
可將該方法應用於諸如一裸半導體晶圓之一裸基板或諸如正製造之一積體電路或用於微影之一光罩之一經圖案化基板。在後面的情形中，可獲得對應於該目標區域之一參考位點之複數個對應影像圖框，產生該參考位點之一表面高度圖，且判定該缺陷之表面高度屬性亦可使用該參考位點之該表面高度圖。
另一實施例係關於一種裝置，其包含：一源，其用於產生一初級電子束；若干掃描偏轉器，其經組態以可控制地偏轉該初級電子束；一控制系統，其經組態以控制該等掃描偏轉器以使得該初級電子束在一基板表面上之區上方掃描；及一偵測系統，其經組態以用於使用複數個至少兩個離軸感測器偵測次級電子以便產生該等區中之每一者之複數個影像圖框。經掃描之該等區可包含一目標區域(其包含將經分級之一缺陷)且在某些情形中包含對應於該目標區域之一參考位點。在適用時，一影像資料處理系統可經組態以處理該複數個影像圖框以產生該目標區域及該參考位點之一表面高度圖。該影像資料處理系統可使用該(等)表面高度圖判定該缺陷之表面高度屬性，且將該缺陷之該等表面高度屬性輸入至一缺陷分級器中。
亦揭示其他實施例、態樣及特徵。
本文中揭示用於產生表面高度屬性及使用此等屬性之方法及裝置。可採用此等方法及裝置來實質上改良使用電子束儀器之自動缺陷分級之準確性。
圖1A係根據本發明之一第一實施例用於自動產生一先前所偵測之缺陷之表面高度屬性以便分級該缺陷之一方法100之一流程圖。圖1A之方法100可尤其適合於與一裸基板(諸如一裸矽晶圓)一起使用。
如所展示，可在缺陷檢查系統之數個軟體模組之控制下執行方法100。此等模組可包含一缺陷檢查掃描模組101、一表面高度圖產生模組105、一檢查影像產生模組107、一缺陷遮罩產生模組109、一表面高度屬性產生模組111及一自動缺陷分級模組121。每一模組可包含可儲存於資料儲存器(諸如一硬碟機或記憶體電路)中且可由一電腦系統(諸如，舉例而言，用於一缺陷檢查系統之儀器控制與影像處理之一電腦系統)之一或多個微處理器執行之電腦可讀程式碼。
如所展示，缺陷檢查掃描模組101可平移102固持一基板之一載台以使得基板表面之一目標區域定位於成像系統之視域(FOV)中。此後，在藉由入射束掃描目標區域時，自兩個或兩個以上視角收集104影像資料。可同時完成自兩個或兩個以上視角收集104影像資料。
在收集104目標區域之次級電子影像資料之後，表面高度圖產生模組105可接收該影像資料且產生106目標區域之 一表面高度圖。根據一項實施例，產生106表面高度圖之程序可包含產生目標區域之表面之一個三維模型或表示。可基於一朗伯(Lambertian)模型或另一選擇係基於立體視覺建構此一三維表示。可自該三維模型產生106表面高度圖。在其他實施例中，可採用其他技術來產生106表面高度圖。
一檢查影像產生模組107亦可自缺陷檢查掃描模組101接收影像資料。檢查影像產生模組107可產生檢查影像108且將其提供至一缺陷遮罩產生模組109。缺陷遮罩產生模組109產生110對應於檢查影像中之至少一者之一缺陷遮罩。缺陷遮罩將與先前所偵測之缺陷相關聯之像素和影像圖框中之其他像素區分開。
基於目標區域之表面高度圖及缺陷遮罩，可由一表面高度屬性產生模組111判定112一組表面高度屬性。根據本發明之一實施例，表面高度屬性可包含缺陷區與環繞缺陷區之背景區之間的一高度差114、缺陷區內之高度變化116之一度量及環繞缺陷區之背景區內之高度變化118之一度量。
可以一自動或人工方式選擇環繞缺陷之背景區。舉例而言，可將背景區選擇為在距缺陷區某一範圍內但不在缺陷區內之彼等像素。可藉由計算缺陷區之一平均高度、計算環繞缺陷區之背景區之平均高度並計算兩個平均高度之間的一差來判定缺陷區與該背景區之間的高度差114。缺陷區內之高度變化116之度量及背景區內之高度變化118之度 量可係統計度量。高度變化之一統計度量之一實例係高度之標準偏差。
在其他實施例中，可使用替代表面高度屬性。舉例而言，可藉由計算在同一缺陷之不同視角之次級電子影像中所偵測之缺陷斑點(缺陷區)之間的差異距離或相位/定向來產生反映形貌資訊之一有用表面高度屬性。
然後可將先前所偵測之缺陷之表面高度屬性饋送(輸入)至一自動缺陷分級模組(缺陷分級器)121中。自動缺陷分級模組121可有利地利用該等表面高度屬性來分級122先前所偵測之缺陷。分級器。自動缺陷分級模組121可係可以一分級器訓練模式或一分級模式操作之一統計分級器。分級器訓練模式可接收已知類型之缺陷之表面高度屬性及其他屬性以便訓練由自動缺陷分級模組121使用之缺陷分級器。分級模式使用經訓練之缺陷分級器以基於表面高度屬性及其他屬性而分級一缺陷。另一選擇係，自動缺陷分級模組121可利用一基於規則之分級器。
圖1B係根據本發明之一第二實施例用於自動產生一先前所偵測之缺陷之表面高度屬性以便分級該缺陷之一方法150之一流程圖。圖1B之方法150可尤其適合於與一經圖案化基板(諸如在正形成於一矽基板上之製程中之一積體電路或供在光微影中使用之一光罩)一起使用。
與圖1A之方法100相比，圖1B之方法150中之額外步驟包含自對應於目標區域之一參考位點獲得影像資料及使用該影像資料之步驟。參考位點包含對應於目標區域中之缺 陷區之一無缺陷區。另外，圖1B之方法150包含由表面高度屬性產生模組111產生之一額外表面高度屬性。此額外屬性係目標區域中之缺陷區與參考位點中之對應區之間的高度差158。
如圖1B中所展示，缺陷檢查掃描模組101可藉由平移152固持基板之一載台以使得參考位點定位於成像系統之視域中而自參考位點獲得影像資料。然後可藉由入射束掃描參考位點且可自兩個或兩個以上視角收集154影像資料。可同時完成自兩個或兩個以上視角收集154影像資料。在收集154參考位點之次級電子影像資料之後，表面高度圖產生模組105可接收影像資料、對準155參考位點之影像資料與目標區域之影像資料，且產生156參考位點之一表面高度圖。表面高度產生模組111接收目標區域及參考位點之表面高度圖且亦接收缺陷遮罩。
根據此實施例，由表面高度產生模組111產生之屬性可包含缺陷區與環繞缺陷區之背景區之間的高度差114、缺陷區內之高度變化116之度量、環繞缺陷區之背景區內之高度變化118之度量及缺陷區與參考位點之對應區之間的高度差158。可藉由在其影像圖框中量測兩個高度中之每一者與環繞背景區之一高度之比較來判定後面的高度差158。換言之，計算缺陷區與其背景區之高度之比較、計算參考位點處之對應無缺陷區與其背景區之高度之比較，且然後求出此兩個高度之間的差158。
如上文所闡述，圖1B之方法150可針對目標區域(其包含 先前所偵測之缺陷)及一對應參考位點(其不具有缺陷)兩者以不同視角獲得兩個或兩個以上次級電子影像圖框。在圖4A、圖4B及圖4C中展示針對包含一缺陷之一目標區域以不同視角收集104之三個次級電子影像圖框之一實例。在圖5A、圖5B及圖5C中展示針對不具有缺陷之參考位點以不同視角收集154之三個次級電子影像圖框之一對應實例。在圖6中展示針對目標區域產生110之一缺陷遮罩之一實例。對於在圖6中所展示之特定遮罩601，將無缺陷像素602展示為白像素，將與兩個缺陷604及606相關聯之像素展示為暗像素。此外，在此實例中，圖7A展示針對目標區域產生106之一表面高度圖，且圖7B展示針對參考位點產生156之一表面高度圖。在圖7A及圖7B之表面高度圖中，較高表面高度由較淺灰度像素表示且較低表面高度由較暗灰度像素表示。
根據本發明之一實施例，使用表面高度屬性進行缺陷分級在某些類型之缺陷之分級中係非常有利的。舉例而言，圖8展示各種習用屬性很難區別係「溝槽」之缺陷與係「凸塊」之缺陷。
用於缺陷分級之習用屬性包含缺陷之一最大尺寸(eDR最大尺寸)802、缺陷之一面積(eDR面積)804、缺陷區之一能量密度(eDR能量密度)806及缺陷區之一亮度(eDR缺陷亮度)808。如所見，使用此等習用屬性，並未很好地將係凸塊之缺陷與係溝槽之缺陷分離。相比而言，缺陷區相對於背景區(相對於背景之SH)810之高度差114經展示非常有效 地分離係凸塊之缺陷與係溝槽之缺陷。在圖8之實例中，高度差114對於絕大部分溝槽而言係-50或更小且對於絕大部分凸塊而言係+50或更大。
分別在圖9A及圖9B中展示一落上粒子及一溝槽之實例性次級電子影像圖框。注意，僅自此等影像來看，粒子與溝槽在外觀上係類似的。分別在圖10A及圖10B中展示粒子及溝槽之實例性表面高度圖。在此等圖中，較淺像素表示較高表面高度，而較暗像素表示較低表面高度。如所見，在圖10A中缺陷淺於(高於)背景，而在圖10B中缺陷暗於(低於)背景。分別在圖11A及11B中展示對應於粒子及溝槽之實例性缺陷遮罩。遮罩中之暗區表示缺陷區。
更一般而言，可有利地使用根據本發明之實施例產生之表面高度屬性以在結合其他屬性使用時輔助更穩健且詳細之缺陷分級。使用本文中所揭示之表面高度屬性，可更容易地分級甚至相對於背景區係平坦的缺陷。此乃因可使用表面高度屬性來區別此一平坦缺陷與一凸塊或溝槽。
下文關於圖2及圖3來闡述經組態以自多個視角同時收集影像資料之一裝置之一例示性實施例。圖2提供電子束柱之一剖面圖，且圖3提供可與該柱一起使用之一分段偵測器之一平面圖。
如在圖2中所展示，一源201產生一初級電子束(亦即，一入射束)202。初級束202穿過一維恩(Wien)濾光器204。維恩濾光器204係經組態以產生彼此交叉之電場及磁場之一光學元件。利用掃描偏轉器206及聚焦電子透鏡207。利 用掃描偏轉器206使電子束跨越晶圓或其他基板樣本210之表面掃描。利用聚焦電子透鏡207將初級束202在晶圓或其他基板樣本210之表面上聚焦成一束點。根據一項實施例，聚焦透鏡207可藉由產生電場及/或磁場而操作。
由於初級束202之掃描，自基板210(舉例而言，其可係一半導體晶圓或一光罩)之表面發射或散射次級電子。基板210可由一可移動載台211固持。然後藉由曝露於物(最終)鏡208之電磁場而自基板210提取次級電子。該電磁場起作用以將所發射之電子侷限於距初級束光軸相對小之一距離內且使此等電子向上加速成柱。以此方式，由次級電子形成一次級電子束212。
維恩濾光器204使經散射之電子束212自初級束202之光軸偏轉至一偵測軸(該裝置之偵測系統214之光軸)。此用於將經散射之電子束212與初級束202分離。根據本發明之一項實施例，偵測系統214可包含(舉例而言)在圖3中進一步詳細展示之一分段偵測器300。
一儀器控制與影像處理(控制/處理)系統250可包含一或多個處理器(亦即，微處理器或微控制器)252、資料儲存器(舉例而言，包含硬碟機儲存器及記憶體晶片)254、一使用者介面256及一顯示系統258。資料儲存器254可經組態以儲存或保持電腦可讀程式碼(指令)255及資料，且處理器252可經組態以執行程式碼255並處理該資料。使用者介面256可經組態以接收使用者輸入。顯示系統258可經組態以將基板表面之視圖顯示給一使用者。
控制/處理系統250可連接至且可用於控制電子束柱之各種組件以便實施本文中所揭示之程序。舉例而言，載台211之移動及藉由偏轉器206進行之掃描可由控制/處理系統250所執行之電腦可讀程式碼255控制。
另外，控制/處理系統250可經組態以接收並處理來自偵測系統214之電子影像資料。特定而言，可使用控制/處理系統250中之電腦可讀程式碼255來實施與使用在本發明中所闡述之表面高度屬性自動分級缺陷有關之程序。
如圖3中所展示，分段偵測器300可包含五個感測器或偵測器分段302、304-1、304-2、304-3及304-4。中心(軸上)分段302可經組態以偵測來自經散射之電子束212之一中心之影像資料。中心分段302在軸上，此乃因其位於偵測軸上。來自中心分段302之影像資料可對應於來自一法向視圖(亦即，以零度之一極角法向於樣本表面之一視角)之影像資料。四個外部(離軸)分段(304-1、304-2、304-3及304-4)可對應於來自有角視圖(亦即，以一非零極角及以不同方位角不法向於樣本表面之視角)之影像資料。換言之，四個外部分段(304-1、304-2、304-3及304-4)中之每一者以一不同方位角(舉例而言，間隔開大約90度)但以相同或大約相同極角偵測自基板表面發射之經散射之電子。外部分段(304-1、304-2、304-3及304-4)係離軸的，此乃因其位於偵測軸外。在替代實施方案中，可實施不同分段。
在上文說明中，給出眾多特定細節以提供對本發明之實施例之一透徹理解。然而，本發明之所圖解說明之實施例 之上文說明並非意欲為窮盡性的或意欲將本發明限制於所揭示之精確形成。可在不具有該等特定細節中之一或多者之情形中或者使用其他方法、組件等來實踐本發明。在其他例項中，未詳細展示或闡述眾所周知之結構或操作以避免使本發明之態樣模糊。儘管出於說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但如熟習此項技術者將認識到，可在本發明之範疇內做出各種等效修改。
可根據上文詳細說明對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中使用之術語不應理解為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範疇將由以下申請專利範圍來判定，該申請專利範圍將根據申請專利範圍解釋之所建立原則來加以理解。
101‧‧‧缺陷檢查掃描模組
105‧‧‧表面高度圖產生模組
107‧‧‧檢查影像產生模組
109‧‧‧缺陷遮罩產生模組
111‧‧‧表面高度屬性產生模組
114‧‧‧高度差
116‧‧‧高度變化
118‧‧‧高度變化
121‧‧‧自動缺陷分級模組
158‧‧‧高度差/差
201‧‧‧源
202‧‧‧初級束(入射束)
204‧‧‧維恩濾光器
206‧‧‧掃描偏轉器/偏轉器
207‧‧‧聚焦電子透鏡/聚焦透鏡
208‧‧‧物(最終)鏡
210‧‧‧基板樣本/基板
211‧‧‧可移動載台/載台
212‧‧‧電子束
214‧‧‧偵測系統
250‧‧‧儀器控制與影像處理(控制/處理)系統
252‧‧‧處理器
254‧‧‧資料儲存器
255‧‧‧電腦可讀程式碼(指令)/程式碼
256‧‧‧使用者介面
258‧‧‧顯示系統
300‧‧‧分段偵測器
302‧‧‧偵測器分段/中心(軸上)分段
304-1‧‧‧偵測器分段/外部(離軸)分段
304-2‧‧‧偵測器分段/外部(離軸)分段
304-3‧‧‧偵測器分段/外部(離軸)分段
304-4‧‧‧偵測器分段/外部(離軸)分段
601‧‧‧特定遮罩
602‧‧‧無缺陷像素
604‧‧‧缺陷
606‧‧‧缺陷
802‧‧‧最大尺寸(eDR最大尺寸)
804‧‧‧面積(eDR面積)
806‧‧‧能量密度(eDR能量密度)
808‧‧‧亮度(eDR缺陷亮度)
810‧‧‧相對於背景之SH
圖1A係根據本發明之一第一實施例之用於使用表面高度屬性分級缺陷之一方法之一流程圖。
圖1B係根據本發明之一第二實施例之用於使用表面高度屬性分級缺陷之一方法之一流程圖。
圖2係根據本發明之一實施例之一電子束裝置之一示意圖。
圖3係根據本發明之一實施例之一偵測器分段之一示意圖。
圖4A、圖4B及圖4C展示根據本發明之一實施例針對一實例性目標區域以不同視角收集之三個次級電子影像圖框。
圖5A、圖5B及圖5C展示根據本發明之一實施例針對對應於實例性目標區域之一參考位點以不同視角收集之三個對應次級電子影像圖框。
圖6展示根據本發明之一實施例針對實例性目標區域產生之一缺陷遮罩。
圖7A及圖7B分別展示根據本發明之一實施例針對實例性目標區域及對應參考位點之表面高度圖。
圖8展示根據本發明之一實施例之表面高度屬性在區別某些類型之缺陷中之有效性。
圖9A及圖9B分別展示一落上粒子(亦即，一凸塊)及一溝槽之實例性次級電子影像圖框。
圖10A及圖10B分別展示針對粒子及溝槽之實例性表面高度圖。
圖11A及圖11B分別展示對應於粒子及溝槽之實例性缺陷遮罩。
101‧‧‧缺陷檢查掃描模組
105‧‧‧表面高度圖產生模組
107‧‧‧檢查影像產生模組
109‧‧‧缺陷遮罩產生模組
111‧‧‧表面高度屬性產生模組
114‧‧‧高度差
116‧‧‧高度變化
118‧‧‧高度變化
121‧‧‧自動缺陷分級模組

Claims (20)

  1. 一種分級一基板表面上之一缺陷之方法，該方法包括：使一初級電子束在該基板表面之一目標區域上方掃描，致使自該目標區域發射次級電子，其中該目標區域包含該缺陷；使用複數個至少兩個離軸感測器偵測來自該目標區域之該等次級電子以便產生該目標區域之複數個影像圖框，該目標區域之每一影像圖框包含來自一不同離軸感測器之資料；處理該複數個影像資料圖框以產生該目標區域之一表面高度圖；基於該目標區域之該表面高度圖而判定該缺陷之表面高度屬性，其中該等表面高度屬性包含一缺陷區的一平均高度與環繞該缺陷區之一背景區的一平均高度之間的一高度差；及將該缺陷之該等表面高度屬性饋送至一缺陷分級器中。
  2. 如請求項1之方法，其中該等表面高度屬性進一步包含該缺陷區內之高度變化之一統計度量。
  3. 如請求項2之方法，其中該等表面高度屬性進一步包含環繞該缺陷區之該背景區內之高度變化之一統計度量。
  4. 如請求項3之方法，其中該基板表面包括一裸半導體表面。
  5. 如請求項3之方法，其中該基板表面包括一經圖案化表 面。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包括：使用該複數個至少兩個離軸感測器偵測來自一參考位點之該等次級電子以便產生該參考位點之複數個影像圖框，該參考位點之每一影像圖框包含來自一不同離軸感測器之資料；及對準該目標區域之該等影像圖框與該參考位點之該等影像圖框。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包括：處理該參考位點之該複數個影像圖框以產生該參考位點之一表面高度圖。
  8. 如請求項7之方法，其中判定該缺陷之該等表面高度屬性亦係基於該參考位點之該表面高度圖。
  9. 如請求項8之方法，其中該等表面高度屬性進一步包含相對於環繞該缺陷區之該背景區的該缺陷區與相對於環繞一對應無缺陷區之一背景區的該參考位點中之該對應無缺陷區之間的一高度差。
  10. 如請求項3之方法，其中該統計度量包含一標準偏差。
  11. 一種分級一基板表面上之一缺陷之裝置，其包括：一源，其用於產生一初級電子束；若干掃描偏轉器，其經組態以可控制地偏轉該初級電子束；一控制系統，其經組態以控制該等掃描偏轉器以使得該初級電子束在一目標區域上方掃描以使得自該目標區 域發射次級電子，其中該目標區域包含一缺陷；一偵測系統，其經組態以用於使用複數個至少兩個離軸感測器偵測該等次級電子以便產生該目標區域之複數個影像圖框，每一影像圖框包含來自一不同離軸感測器之資料；及一影像資料處理系統，其經組態以處理該複數個影像圖框以產生該目標區域之一表面高度圖、使用該目標區域之該表面高度圖判定該缺陷之表面高度屬性，且將該缺陷之該等表面高度屬性輸入至一缺陷分級器中，其中該等表面高度屬性包含一缺陷區的一平均高度與環繞該缺陷區之一背景區的一平均高度之間的一高度差。
  12. 如請求項11之裝置，其中該等表面高度屬性進一步包含該缺陷區內之高度變化之一統計度量。
  13. 如請求項12之裝置，其中該等表面高度屬性進一步包含環繞該缺陷區之該背景區內之高度變化之一統計度量。
  14. 如請求項11之裝置，其中該等離軸感測器包括離軸偵測器分段。
  15. 如請求項11之裝置，其中該控制系統進一步經組態以控制該等掃描偏轉器以使得該初級電子束在一參考位點上方掃描以使得由該偵測系統產生該參考位點之複數個影像圖框。
  16. 如請求項15之裝置，其中該影像資料處理系統進一步經組態以對準該目標區域之該等影像圖框與該參考位點之該等影像圖框。
  17. 如請求項16之裝置，其中該影像資料處理系統進一步經組態以處理該參考位點之該複數個影像圖框以便產生該參考位點之一表面高度圖。
  18. 如請求項17之裝置，其中該影像處理系統進一步經組態以亦使用該參考位點之該表面高度圖來判定該缺陷之該等表面高度屬性。
  19. 如請求項18之裝置，其中該等表面高度屬性包括：該缺陷區內之高度變化之一統計度量；環繞該缺陷區之該背景區內之高度變化之一統計度量；及該缺陷區與該參考位點中之一對應無缺陷區之間的一高度差。
  20. 如請求項12之裝置，其中該統計度量包含一標準偏差。
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