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TWI889978B - 利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3d特徵輪廓的方法 - Google Patents

利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3d特徵輪廓的方法

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TWI889978B
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Abstract

一種利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法包含提供一掃描電子顯微鏡的影像，掃描電子顯微鏡的影像為一材料層上的一特徵圖案，特徵圖案包含一內緣和一外緣，外緣環繞內緣，然後判別特徵圖案的內緣和外緣的位置，接著依據特徵圖案的內緣和外緣的位置定義出一側邊區域，接續自動產生一側邊模型以模擬特徵圖案在側邊區域的一輪廓，最後依據內緣的位置、外緣的位置、材料層的厚度以及側邊區域的輪廓，自動輸出一3D特徵輪廓。

Description

利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法
本發明係關於一種模擬3D特徵輪廓的方法，特別是一種利用掃描電子顯微鏡的影像來模擬3D特徵輪廓的方法。
掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)主要用於觀察固體表面次微米尺度之物理結構，其特點為晶圓無須經過切片或鍍金屬膜等預處理步驟，即可觀察及量測光阻、絕緣層及金屬層等之圖案。穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)可提供材料內部的形態、晶體原子結構等，由於穿透式電子顯微鏡具備高解像能力，比一般影像觀察及分析工具優越許多，而廣泛地用於材料分析。穿透式電子顯微鏡是藉由穿透電子束打至試片，再經放大成像，因此，穿透式電子顯微鏡的試片其所要觀察的區域薄度，必需達到電子束能穿透的等級。
然而，使用穿透式電子顯微鏡觀察結構所花費的時間和成本較高，因此需要一種可觀察材料內部但又花費較少的分析方式。
根據本發明之一較佳實施例，一種利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法包含提供一掃描電子顯微鏡的影像，掃描電子顯微鏡的影像為一材料層上的一特徵圖案，特徵圖案包含一內緣和一外緣，外緣環繞內緣，然後，判別特徵圖案的內緣和外緣的位置，接著依據特徵圖案的內緣和外緣的位置定義出一側邊區域，接續自動產生一側邊模型以模擬特徵圖案在側邊區域 的一輪廓，最後依據內緣的位置、外緣的位置、材料層的厚度以及側邊區域的輪廓，自動輸出一3D特徵輪廓。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10:掃描電子顯微鏡的影像
12:材料層
12a:上表面
12b:下表面
14:特徵圖案
16:內緣
18:外緣
20:側邊區域
22a:輪廓
22b:輪廓
22c:輪廓
22d:輪廓
24a:3D特徵輪廓
24b:3D特徵輪廓
24c:3D特徵輪廓
24d:3D特徵輪廓
26a:側壁
26b:側壁
26c:側壁
26d:側壁
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
W:厚度
X:X軸
Y:Y軸
Z:Z軸
第1圖為一掃描電子顯微鏡的影像。
第2圖至第5圖為根據本發明之較佳實施例所繪示的利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法。
第6圖為本發明利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法的流程圖。
如第1圖和第6圖的步驟S1所示，首先提供一掃描電子顯微鏡的影像10，掃描電子顯微鏡的影像10可以是一顯影後檢測(after develop inspection,ADI)影像或一蝕刻後檢測(after etching inspection,AEI)影像，掃描電子顯微鏡的影像10包含一材料層12上的一特徵圖案14，另外，提供一空間直角座標系統，空間直角座標系統包含X軸、Y軸和Z軸，在第1圖中，特徵圖案14是位在空間直角座標系統的XY平面上並且沿著Z軸方向朝向材料層12內部延伸，特徵圖案14包含一內緣16和一外緣18，並且外緣18環繞內緣16。掃描電子顯微鏡的影像10可以是一接觸洞的上視圖、一矩形溝渠的上視圖、一源極/汲極摻雜區的上視圖或是其它半導體元件的上視圖。在本實施例中以掃描電子顯微鏡的影像10為接觸洞的上視圖為例。材料層12可以為一半導體基底或一絶緣層。
如第2圖和第6圖的步驟S2所示，在XY平面上，判別特徵圖案14上的內緣16和外緣18在材料層12上的位置，內緣16和外緣18判定的位置可藉由例如邊緣偵測程式或對比度分析找到特徵之邊緣，如此就可判定內緣16和外緣18在材料層12上的位置(例如XY座標)。詳細來說，在步驟S2時所謂判別出位置指的是上視圖所呈現的內緣16和外緣18在材料層12上表面上位置。
由第2圖和第6圖的步驟S3所示，利用內緣16和外緣18的位置可以在XY平面上定義出一側邊區域20。接著如第3圖所示，配合材料層12的厚度W就可以對應出內緣16、外緣18和側邊區域20在材料層12上的實際位置，在第3圖中以材料層12的側視圖呈現內緣16、外緣18和側邊區域20在材料層12上的位置，其中材料層12的厚度W可利用量測方式獲得，材料層12的厚度W為沿著Z軸方向由材料層12的上表面12a量測至材料層的下表面12b的數值，材料層12的側視圖和上視圖的方向垂直。此外，在本實施例中所定位出內緣16和外緣18在材料層12上的深度位置為內緣16位在遠離材料層12之上表面12a的位置，外緣18位在材料層12之上表面12a的位置，但在不同實施例中，也可以是外緣18位在遠離材料層12之上表面12a的位置，內緣16位在材料層12之上表面12a的位置。
如第4圖以及第6圖中的步驟S4所示，利用演算法自動產生一側邊模型以模擬特徵圖案在側邊區域20的輪廓22a/22b/22c/22d，側邊區域20的位置請參閱第3圖，在施行正式模擬3D特徵輪廓之前，會事先利用多個掃描電子顯微鏡的影像以及其對應的穿透式電子顯微鏡的影像作為樣本以建立多項式資料庫作為側邊模型。
依據掃描電子顯微鏡的影像的類型不同，可使用不同的參數以生成側邊模型，舉例而言，產生側邊模型時，可以將微影製程的參數輸入多項式資料庫以生成側邊模型，微影製程的參數包含：焦距偏差值(focus offset)、曝光能量、光阻類型、顯影時間或光阻烘烤溫度，或是輸入蝕刻製程的參數以生成側 邊模型，蝕刻製程的參數包含：蝕刻機台、材料層的成分、蝕刻劑種類、蝕刻製程的操作功率、蝕刻製程的操作壓力或載台溫度，但不限於上述所提出之參數，所有會影響側邊形狀的因素，都可作為參數。
如第4圖所示，以材料層12的側視圖來看，依據生成側邊模型的參數不同，如第4圖所示，側邊區域20的輪廓22a可以是一無曲率的斜線，又或者側邊區域20的輪廓22b可以是一朝向材料層12之上表面12a凸出的曲線，再或者側邊區域20的輪廓22c可以是一朝向材料層12之下表面12b凸出的曲線，或是側邊區域20的輪廓22d可以是一具有不同凸出方向的曲線，但不限於上述情況，側邊區域20的輪廓也可以是上述斜線或曲線所組成的輪廓。
如第5圖和第6圖的步驟S5所示，依據內緣16的位置、外緣18的位置、材料層12的厚度W以及第4圖中側邊區域的輪廓22a/22b/22c/22d，自動輸出3D特徵輪廓24a/24b/24c/24c。第5圖中的3D特徵輪廓24a即是依據第4圖中的態樣(a)中的內緣16的位置、外緣18的位置、材料層12的厚度W以及側邊區域的輪廓22a生成的3D特徵輪廓24a，3D特徵輪廓24a是依據第1圖中掃描電子顯微鏡的影像10上的特徵圖案14所模擬出的特徵圖案14的立體結構之其中一個實施例。
同理第5圖中各自的3D特徵輪廓24b/24c/24d為特徵圖案14的立體結構之其它實施例，詳細來說，3D特徵輪廓24b/24c/24d依序是依據第4圖中的內緣16的位置、外緣18的位置、材料層12的厚度W以及側邊區域的輪廓22b/22c/22d所生成。3D特徵輪廓24a/24b/24c/24d皆埋入在材料層12中，此外3D特徵輪廓24a/24b/24c/24d各自包含一側壁26a/26b/26c/26d，側壁26a/26b/26c/26d連接3D特徵輪廓24a/24b/24c/24d的內緣16和外緣18，如第5(a)圖所示，側壁26a可以是一無曲率的斜面，如第5圖中的態樣(b)所示，側壁26b可以是一朝向材料層12之上表面12a凸出的曲面26b，如第5圖中的態樣(c)所示，側壁26c可以是一朝向材料層12之下表面12b凸出的曲面16c，如第5圖態樣(d)所示，側壁26d可以是一具有不 同凸出方向的曲面，但不限於此，側壁可以是以上述無曲率的斜面或凸出的曲面所組成的其它輪廓。至此完成本發明之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法。
由於穿透式電子顯微鏡影像的成本高，本發明之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓可以用來做初步製程上的判斷，以減少對穿透式電子顯微鏡影像的需求並降低成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
S1:步驟 S2:步驟 S3:步驟 S4:步驟 S5:步驟

Claims (8)

  1. 一種利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，包含： 提供一掃描電子顯微鏡的影像，提供一空間直角座標系統包含X軸、Y軸和Z軸，該影像為一材料層上的一特徵圖案，該特徵圖案包含一內緣和一外緣，該外緣環繞該內緣，該特徵圖案位在該空間直角座標系統中的XY平面，該材料層具有一厚度，該厚度係沿著該Z軸； 量測該材料層的該厚度； 判別該特徵圖案的該內緣和該外緣的位置； 依據該特徵圖案的該內緣和該外緣的位置定義出一側邊區域； 自動產生一側邊模型以模擬該特徵圖案在該側邊區域的一輪廓；以及 依據該內緣的位置、該外緣的位置、該材料層的該厚度以及該側邊區域的該輪廓，自動輸出一3D特徵輪廓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中使用微影製程的參數以生成該側邊模型，該微影製程的參數包含：焦距偏差值(focus offset)、曝光能量、光阻類型、顯影時間或光阻烘烤溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中使用蝕刻製程的參數以生成該側邊模型，該蝕刻製程的參數包含：蝕刻機台、該材料層的成分、蝕刻劑種類、蝕刻製程的操作功率、蝕刻製程的操作壓力或載台溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中該影像包含一顯影後檢測(after develop inspection, ADI)影像或一蝕刻後檢測(after etching inspection, AEI)影像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中在判別該特徵圖案的該內緣和該外緣的位置之後，可定位出該內緣位在遠離該材料層之上表面的位置，該外緣位在該材料層之上表面的位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中該3D特徵輪廓包含一側壁，該側壁連接該內緣和該外緣。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中該側壁包含一無曲率的斜面、一朝向該材料層之上表面凸出的曲面或一朝向該材料層之下表面凸出的曲面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之利用掃描電子顯微鏡的影像模擬3D特徵輪廓的方法，其中該3D特徵輪廓係埋入在該材料層中。
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