TW201730843A

TW201730843A - 藉由降低晶粒至晶粒製程雜訊之缺陷信號對雜訊增強

Info

Publication number: TW201730843A
Application number: TW105140936A
Authority: TW
Inventors: 伯裘恩布拉爾; 詹姆士Ａ史密斯
Original assignee: 克萊譚克公司
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-09-01
Also published as: WO2017100477A1; KR102390304B1; US20170169552A1; CN108369202B; TWI707304B; US10186028B2; KR20180082624A; CN108369202A

Abstract

藉由直方圖按比例調整來調整一測試影像及一參考影像之灰階直方圖。將來自該直方圖按比例調整之參數應用至該測試影像及該參考影像。在應用該等參數後，比較該參考影像與該測試影像以諸如藉由從該測試影像減去該參考影像而產生一差異影像。該差異影像中之雜訊可被減小，此改良該差異影像中之缺陷識別。另外，可找到該差異影像中在垂直方向或水平方向上伸長之雜訊結構。若該雜訊超過一特定臨限，則該等結構無法檢驗。

Description

藉由降低晶粒至晶粒製程雜訊之缺陷信號對雜訊增強

本發明係關於影像處理。

晶圓檢驗系統幫助一半導體製造商藉由偵測在製造製程期間出現之缺陷而增大且維持積體電路(IC)晶片產率。檢驗系統之一個目的在於監測一製造製程是否滿足規格。若製造製程在既定規範之範疇外，則檢驗系統指示問題及/或問題之來源，半導體製造商接著可解決該問題及/或問題之來源。半導體製造行業之演進對良率管理及特定言之計量及檢驗系統提出更高要求。臨界尺寸在縮小而晶圓大小在增大。經濟在驅動行業縮短達成高良率、高價值生產之時間。因此，最小化從偵測到一良率問題至解決它之總時間判定半導體製造商之投資報酬率。可藉由比較一晶圓之一影像與一參考影像而偵測缺陷。然而，一半導體晶圓中之不同層具有不同厚度。甚至一半導體晶圓之相同層可具有不同厚度。厚度變動可影響一影像之灰階，此係因為層厚度影響反射率。晶粒至晶粒材料厚度變動可導致兩個晶粒之間的一不同反射率，此導致晶粒之影像之一不同背景灰階值。此可稱為製程變動。色彩變動或雜訊係製程變動之一實例。難以校正色彩變動或雜訊。此可使得無法識別缺陷檢驗之最佳模式，此係因為無法在色彩雜訊中看到缺陷。製程變動可使得難以找到缺陷且可導致錯誤肯定。增加一直方圖中之容限可導致一些缺陷損失。因此，需要一經改良影像處理技術。

在一第一實施例中，提供一種系統。該系統包括：一載台，其經組態以固持一晶圓；一影像產生系統，其經組態以產生一測試影像；一電子資料儲存單元，其中儲存至少一個參考影像；及一控制器，其與該影像產生系統及該電子資料儲存單元電子通信。該測試影像係該晶圓之一部分之一影像。該控制器經組態以：從該影像產生系統接收該測試影像且從該電子資料儲存單元接收該參考影像；計算該測試影像之一灰階直方圖；計算該參考影像之一灰階直方圖；藉由直方圖按比例調整來調整該測試影像及該參考影像之該等灰階直方圖，藉此產生與該直方圖按比例調整相關之參數；將該等參數應用至該測試影像及該參考影像；且在將該等參數應用至該測試影像及該參考影像後比較該參考影像與該測試影像以產生一差異影像。該控制器可包含一處理器及與該處理器及該電子資料儲存單元電子通信之一通信埠。該影像產生系統可經組態以使用一電子束、一寬頻帶電漿或一雷射之至少一者來產生該該測試影像。該影像產生系統可係一掃描電子顯微鏡之部分。該影像產生系統可經組態以使用亮場或暗場照明之一者。該直方圖按比例調整可經組態以減去一平均值、乘以一增益因數且加上一恆定強度偏移。該差異影像可藉由從該測試影像減去該參考影像而產生。該控制器可經進一步組態以識別該差異影像上之一缺陷。該測試影像及該參考影像可對應於該晶圓之一相同區。該控制器可進一步經組態以：計算該差異影像之垂直於一x軸之投影之一第一長度；計算該差異影像之垂直於一y軸之投影之一第二長度；且遮蔽該差異影像中超過一x投影臨限或一y投影臨限之一或多個像素。在一第二實施例中，提供一種方法。該方法包括：從一系統接收一測試影像；使用一控制器來計算該測試影像之一灰階直方圖；使用該控制器來計算一參考影像之一灰階直方圖；使用該控制器藉由直方圖按比例調整來調整該測試影像及該參考影像之該等灰階直方圖，藉此產生與該直方圖按比例調整相關之參數；使用該控制器將該等參數應用至該測試影像及該參考影像；且在將該等參數應用至該測試影像及該參考影像後使用該控制器比較該參考影像與該測試影像以產生一差異影像。該測試影像係一晶圓之一部分之一影像。該測試影像可係(例如)一顯微鏡影像。該直方圖按比例調整包含減去一平均值、乘以一增益因數且加上一恆定強度偏移。該方法可進一步包括使用該控制器來識別該差異影像上之一缺陷。該比較可包含從該測試影像減去該參考影像。該測試影像及該參考影像可對應於該晶圓之一相同區。該方法可進一步包括：計算該差異影像之垂直於一x軸之投影之一第一長度；計算該差異影像之垂直於一y軸之投影之一第二長度；且遮蔽該差異影像中超過一x投影臨限或一y投影臨限之一或多個像素。

相關申請案之交叉參考此申請案主張2015年12月9日申請且指定為美國申請案第62/265,019號之臨時專利申請案之優先權，該案之揭示內容以引用的方式併入本文中。儘管參考特定實施例描述所主張之標的，其他實施例(包含未提供本文提及之所有好處及特徵之實施例)亦在本發明之範疇內。可在不脫離本發明之範疇的情況下做出各種結構、邏輯、製程步驟及電子改變。因此，僅參考隨附申請專利範圍界定本發明之範疇。可能難以偵測一特定受關注缺陷(DOI)，此係因為其被製程變動「掩埋」。本文揭示之實施例可在產生一差異影像之前減小或消除製程變動。本文揭示之技術可藉由調整一參考影像對一晶圓之部分之一影像(例如，一缺陷影像或測試影像)之背景灰階為而達成色彩雜訊降低。此增強對DOI之敏感度。例如，甚至當色彩為主導雜訊來源時，本文揭示之技術提供經改良之缺陷檢驗，此可改良對DOI之敏感度。找到此等DOI可增大檢驗效率及可靠性。除經增強之對DOI之敏感度外，本文揭示之技術亦可協助光學模式選擇，此係因為直方圖按比例調整可降低測試影像與參考影像之間的背景雜訊的差異。若背景在兩個影像之間更類似，則差異影像將具有較小變動，且因此，缺陷可更容易偵測到，此係因為擾動在一無雜訊差異影像中更明顯。圖1係一方法100之一實施例之一流程圖。諸如從一缺陷檢視系統接收101一測試影像。測試影像可係(例如)來自一光學顯微鏡之一影像或一掃描電子顯微鏡影像。晶圓上之一缺陷包含於測試影像中，但未必在一對應參考影像中。測試影像及參考影像兩者皆覆蓋小於一整個晶圓。例如，測試影像及參考影像兩者可展示一晶圓上之一單一晶粒。測試影像及參考影像可對應於彼此。例如，測試影像及參考影像可展示晶圓上之相同晶粒或相同區。針對測試影像計算102一灰階直方圖。針對一參考影像計算103一灰階直方圖。藉由直方圖按比例調整來調整104測試影像及參考影像之灰階直方圖。產生與直方圖按比例調整相關之參數。例如，產生如增益及偏移之參數以調整各影像之灰階。圖2展示直方圖按比例調整之實例。直方圖500比較一測試影像之直方圖(標記為「測試」)與一參考影像之直方圖(標記為「參考」)。測試影像與參考影像之間在直方圖500上存在大差異。在直方圖按比例調整之後，直方圖501比較測試影像及參考影像之直方圖。此導致兩個影像之間的一更小差異。在一例項中，直方圖按比例調整涉及伸展直方圖直至其與另一直方圖之形狀匹配。此可包含減去一平均值(例如，一累積分佈函數(CDF))，乘以一增益因數，且接著加上一恆定強度偏移。校正值可經預計算以使兩個影像直方圖之強度相等。例如，為將一按比例調整校正應用至一給定參考影像，MaxTest、MaxRef、MeanTest、MeanRef、MinTest及MinRef表示自一給定測試(「Test」)及參考(「Ref」)影像對計算之最大灰階強度、平均值(平均)灰階強度及最小灰階強度值。原始參考影像強度值(IntensityRef)可如下變換為新的值(IntensityRefNew)。所得新的參考影像將具有較少製程變動。在一例項中，計算測試影像及參考影像之直方圖之一CDF。由於CDF具有針對各可能灰階強度值(I )之一單一獨有百分比值，故兩個CDF可藉由計算根據以下公式強制執行跨所有可能的影像強度之CDF等式之強度變換函數而逐點匹配。使用強度變換函數，參考影像可變換如下。所得新的參考影像可具有較少製程變動。其他直方圖按比例調整技術係可能的。返回參考圖1，將來自上述直方圖按比例調整公式之參數應用105至測試影像中之每一灰階及/或參考影像中之每一灰階。在參數應用至測試影像及參考影像之後，比較106參考影像與測試影像以產生一差異影像。比較可包含從測試影像減去參考影像。因此，差異影像可經組態以藉由從測試影像減去參考影像而產生。所得差異影像具有少於直方圖按比例調整之前之一比較之雜訊。可在所產生之差異影像上識別一缺陷。例如，一使用者或一演算法可識別差異影像中之一缺陷。圖3表示使用圖1之方法之一實例。影像400係測試影像且影像401係參考影像。如在圖3中所見，影像400及影像401對應於晶圓之相同區。影像400包含一缺陷402。從影像400減去影像401導致差異影像403。差異影像403中存在一低信雜比值。缺陷402埋藏於由差異影像403中之色彩造成之圖案雜訊中。此使得難以識別缺陷402。比較參考影像401與測試影像400產生差異影像404。比較可在來自直方圖按比例調整之參數(諸如在圖1之實施例中描述之該等參數)應用至測試影像400及參考影像401之後發生。缺陷402之信號歸因於色彩雜訊降低而在差異影像404中增強。差異影像404具有高於差異影像403之一信雜比值。亦可執行應用色彩屬性作為一擾訊事件過濾器。例如，若擾訊事件為一製程變動之一結果，則可識別且濾除擾訊事件。圖4係另一方法200之一實施例之一流程圖。在比較106參考影像及測試影像之後，計算201差異影像之投影。此可包含計算差異影像之垂直於x軸之投影之一第一長度及計算差異影像之垂直於y軸之投影之一第二長度。可遮蔽202差異影像中超過一x投影臨限或一y投影臨限之一或多個像素。此幫助從差異影像移除雜訊。圖5表示使用圖4之方法之一實例。影像600係測試影像且影像601係參考影像。如在圖6中所見，影像600及影像601對應於晶圓之相同區。影像600包含一缺陷602及圖案雜訊603。從影像600減去影像601導致差異影像604。差異影像604包含缺陷602及圖案雜訊603兩者。甚至在如相對於圖1或圖3揭示之直方圖按比例調整之後圖案雜訊603仍可存在於差異影像604中。返回參考圖5，計算差異影像D(x,y)之垂直於x軸之投影之一第一長度(L_y )及差異影像D(x,y)之垂直於y軸之投影之一第二長度(L_x )。此可使用以下兩個方程式來執行。 ABS係絕對值。P(x)及P(y)係分別沿著垂直於x及y軸之一線量測之投影。超過x或y投影臨限之像素將放置於可使用一更高臨限解諧之一單獨片段中。例如，可遮蔽差異影像中超過一x投影臨限或一y投影臨限之一或多個像素。臨限可基於自影像計算之群集統計或基於在配方最佳化期間保存為缺陷屬性之投影值之一分析設定。一演算法可找到沿著y或x伸長之雜訊結構。若雜訊超過一特定臨限，則將結構濾除或遮蔽(例如，不檢驗該等結構)。差異影像605將圖案雜訊603與DIO (例如，缺陷602)分離。差異影像606展示在藉由遮蔽超過x或y投影臨限之像素而移除雜訊結構之後之缺陷602。圖6係一缺陷檢視系統300之一實施例之一方塊圖。缺陷檢視系統300包含經組態以固持一晶圓303或其他工件之一載台304。載台304可經組態以在一個、兩個或三個軸上移動或旋轉。缺陷檢視系統300亦包含經組態以產生晶圓303之一表面之一影像之一影像產生系統301。影像可針對晶圓303之一特定層或區。在此實例中，影像產生系統301產生一電子束302來產生一測試影像303。其他影像產生系統301係可能的，諸如使用寬頻帶電漿或雷射掃描之該等系統。例如，可藉由影像產生系統301執行暗場成像或亮場成像。缺陷檢視系統300及/或影像產生系統301可產生晶圓303之一測試影像。如本文使用，術語「晶圓」一般係指由一半導體或非半導體材料形成之基板。此一半導體或非半導體材料之實例包含但不限於單晶矽、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、藍寶石及玻璃。此等基板普遍可在半導體製造廠中找到及/或處理。一晶圓可包含在一基板上形成之一或多個層。例如，此等層可包含但不限於一光阻劑、一介電材料、一導電材料及一半導電材料。許多不同類型之此等層在技術中已知，且如本文使用之術語晶圓意在涵蓋包含所有類型之此等層之一晶圓。形成於一晶圓上之一或多個層可經圖案化或未圖案化。例如，一晶圓可包含複數個晶粒，各晶粒具有可重複圖案化特徵或週期性結構。此等材料層之形成及處理可最終導致成品裝置。許多不同類型之裝置可形成於一晶圓上，且如本文使用之術語晶圓意在涵蓋其上製造技術已知之任何類型裝置之一晶圓。在一特定實例中，缺陷檢視系統300係一掃描電子顯微鏡(SEM)之部分或一掃描電子顯微鏡(SEM)。藉由使用一聚焦電子束302掃描晶圓303而產生晶圓303之影像。電子用於產生含有關於晶圓303之表面構形及組成之資訊之信號。電子束302可以一光柵掃描型樣掃描，且電子束302之位置可與經偵測之信號組合以產生一影像。缺陷檢視系統300與一控制器305通信。例如，控制器305可與影像產生系統301或缺陷檢視系統300之其他組件通信。控制器305可包含一處理器306、與處理器306電子通信之一電子資料儲存單元307及與處理器306電子通信之一通信埠308。應瞭解，在實踐中，控制器305可藉由硬體、軟體及韌體之任何組合實施。同樣地，如本文描述之其功能可藉由一個單元執行，或在不同組件間劃分，該等組件之各者可繼而藉由硬體、軟體及韌體之任何組合實施。控制器305實施本文描述之各種方法及功能之程式碼或指令可儲存於控制器可讀儲存媒體(諸如電子資料儲存單元307中之一記憶體)中、控制器305內、控制器305外部或其等之組合。控制器305可以任何適當方式(例如，經由一或多個傳輸媒體，其等可包含「有線」及/或「無線」傳輸媒體)耦合至缺陷檢視系統300之組件，使得控制器305可接收藉由缺陷檢視系統300產生之輸出(諸如來自成像裝置301之輸出)。控制器305可經組態以使用輸出來執行數個功能。例如，控制器305可經組態以使用輸出來檢視晶圓303上之缺陷。在另一實例中，控制器305可經組態以發送輸出至一電子資料儲存單元307或另一儲存媒體而不對輸出執行缺陷檢視。控制器305可如本文描述般進一步組態諸如以執行圖1或圖4之實施例。本文描述之控制器305、(諸)其他系統或(諸)其他子系統可採用各種形式，包含一個人電腦系統、影像電腦、主機電腦系統、工作站、網路設備、網際網路設備或其他裝置。一般而言，術語「控制器」可經廣泛定義以涵蓋具有執行來自一記憶體媒體之指令之一或多個處理器之任何器件。(諸)子系統或(諸)系統亦可包含技術中已知之任何合適處理器，諸如一並行處理器。另外，(諸)子系統或(諸)系統可包含作為一單獨或一網路化工具之具有高速處理及軟體之一平台。若系統包含超過一個子系統，則不同子系統可經耦合至彼此，使得影像、資料、資訊、指令等可在子系統之間發送。例如，一個子系統可藉由任何適當傳輸媒體耦合至(諸)額外子系統，該等傳輸媒體可包含技術中已知之任何適當有線及/或無線傳輸媒體。此等子系統之兩者或兩者以上亦可藉由一共用電腦可讀儲存媒體(未展示)有效耦合。一額外實施例係關於儲存程式指令之一非暫時性電腦可讀媒體，該等程式指令可在一控制器上執行用於執行用於識別一晶圓上之異常或偵測符合性/不符合性之一電腦實施方法，如本文揭示。特定言之，如在圖6中展示，電子資料儲存單元307或其他儲存媒體可含有包含可在控制器305上執行之程式指令之非暫時性電腦可讀媒體。電腦實施方法可包含本文中描述之任何(諸)方法之任何(諸)步驟，包含圖1或圖4之該等步驟。實施方法(諸如本文描述之該等方法)之程式指令可儲存於電腦可讀媒體上，諸如在電子資料儲存單元307或其他儲存媒體中。電腦可讀媒體可為一儲存媒體，諸如一磁碟或光碟、一磁帶或技術中已知的任何其他適當非暫時性電腦可讀媒體。程式指令可以各種方式之任一者實施，尤其包含基於程序之技術、基於組件之技術及/或物件定向技術。例如，可視需要使用ActiveX控制項、C++物件、JavaBeans、微軟基礎類別(「MFC」)、SSE (串流SIMD擴展)或其他技術或方法實施程式指令。控制器305可根據本文中描述之實施例之任一者組態。例如，控制器305可經程式化以執行圖1或圖4之一些或所有步驟。雖然被揭示為一缺陷檢視系統之部分，但本文描述之控制器305可經組態用於配合檢驗系統使用。在另一實施例中，本文描述之控制器305可經組態用於配合一計量系統使用。因此，如本文揭示之實施例描述針對分類之一些組態，其可針對具有更適用於或較不適用於不同應用之不同成像能力之系統以數個方式客製化。可如本文中進一步描述般執行方法之該等步驟之各者。方法亦可包含可藉由本文描述之控制器及/或(諸)電腦子系統或(諸)系統執行之任何其他(諸)步驟。藉由一或多個電腦系統執行步驟，該一或多個電腦系統可根據本文描述之實施例之任一者組態。另外，可藉由本文中描述之系統實施例之任一者執行上文描述之方法。儘管已參考一或多個特定實施例描述本發明，但將理解，可在不脫離本發明之範疇的情況下製作本發明之其他實施例。因此，本發明視為僅受隨附申請專利範圍及其合理解釋限制。

100‧‧‧方法
101‧‧‧接收
102‧‧‧計算
103‧‧‧計算
104‧‧‧調整
105‧‧‧應用
106‧‧‧比較
200‧‧‧方法
201‧‧‧計算
202‧‧‧遮蔽
300‧‧‧缺陷檢視系統
301‧‧‧影像產生系統
302‧‧‧電子束
303‧‧‧晶圓
304‧‧‧載台
305‧‧‧控制器
306‧‧‧處理器
307‧‧‧電子資料儲存單元
308‧‧‧通信埠
400‧‧‧影像
401‧‧‧影像
402‧‧‧缺陷
403‧‧‧差異影像
404‧‧‧差異影像
500‧‧‧直方圖
501‧‧‧直方圖
600‧‧‧影像
601‧‧‧影像
602‧‧‧缺陷
603‧‧‧圖案雜訊
604‧‧‧差異影像
605‧‧‧差異影像
606‧‧‧差異影像

為更完全理解本發明之性質及目的，應參考結合附圖進行之以下實施方式，其中：圖1係根據本發明之一方法之一實施例之一流程圖；圖2展示直方圖按比例調整之實例；圖3表示使用圖1之方法之一實例；圖4係根據本發明之一方法之另一實施例之一流程圖；圖5表示使用圖4之方法之一實例；及圖6係根據本發明之一缺陷檢視系統之一實施例之一方塊圖。

100‧‧‧方法

101‧‧‧接收

102‧‧‧計算

103‧‧‧計算

104‧‧‧調整

105‧‧‧應用

106‧‧‧比較

Claims

一種系統，其包括：一載台，其經組態以固持一晶圓；一影像產生系統，其經組態以產生一測試影像，其中該測試影像係該晶圓之一部分之一影像；一電子資料儲存單元，其中儲存至少一個參考影像；及一控制器，其與該影像產生系統及該電子資料儲存單元電子通信，其中該控制器經組態以：從該影像產生系統接收該測試影像且從該電子資料儲存單元接收該參考影像；計算該測試影像之一灰階直方圖；計算該參考影像之一灰階直方圖；藉由直方圖按比例調整來調整該測試影像及該參考影像之該等灰階直方圖，藉此產生與該直方圖按比例調整相關之參數；將該等參數應用至該測試影像及該參考影像；及在將該等參數應用至該測試影像及該參考影像後比較該參考影像與該測試影像以產生一差異影像。
如請求項1之系統，其中該控制器包含一處理器及與該處理器及該電子資料儲存單元電子通信之一通信埠。
如請求項1之系統，其中該影像產生系統係一掃描電子顯微鏡之部分。
如請求項1之系統，其中該影像產生系統經組態以使用一電子束、一寬頻帶電漿或一雷射之至少一者來產生該該測試影像。
如請求項1之系統，其中該影像產生系統經組態以使用亮場或暗場照明之一者。
如請求項1之系統，其中該直方圖按比例調整經組態以減去一平均值、乘以一增益因數且加上一恆定強度偏移。
如請求項1之系統，其中該差異影像經組態以藉由從該測試影像減去該參考影像而產生。
如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以識別該差異影像上之一缺陷。
如請求項1之系統，其中該測試影像及該參考影像對應於該晶圓之一相同區。
如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以：計算該差異影像之垂直於一x軸之投影之一第一長度；計算該差異影像之垂直於一y軸之投影之一第二長度；及遮蔽該差異影像中超過一x投影臨限或一y投影臨限之一或多個像素。
一種方法，其包括：從一系統接收一測試影像，其中該測試影像係一晶圓之一部分之一影像；使用一控制器來計算該測試影像之一灰階直方圖；使用該控制器來計算一參考影像之一灰階直方圖；使用該控制器藉由直方圖按比例調整來調整該測試影像及該參考影像之該等灰階直方圖，藉此產生與該直方圖按比例調整相關之參數；使用該控制器將該等參數應用至該測試影像及該參考影像；及在將該等參數應用至該測試影像及該參考影像後使用該控制器來比較該參考影像與該測試影像以產生一差異影像。
如請求項11之方法，其中該直方圖按比例調整包含減去一平均值、乘以一增益因數且加上一恆定強度偏移。
如請求項11之方法，其進一步包括使用該控制器來識別該差異影像上之一缺陷。
如請求項11之方法，其中該測試影像係一顯微鏡影像。
如請求項11之方法，其中該比較包含從該測試影像減去該參考影像。
如請求項11之方法，其中該測試影像及該參考影像對應於該晶圓之一相同區。
如請求項11之方法，其進一步包括：計算該差異影像之垂直於一x軸之投影之一第一長度；計算該差異影像之垂直於一y軸之投影之一第二長度；及遮蔽該差異影像中超過一x投影臨限或一y投影臨限之一或多個像素。