CN111247618B - 通过反向散射粒子对掩埋特征的检测 - Google Patents

Abstract

本文中公开了用于使用反向散射粒子检测掩埋特征的设备(100)和方法。在一个示例中，该设备包括：带电粒子的源；平台(30)；被配置为将带电粒子的射束引导到平台上支撑的样本(9)的光学器件(16)；被配置为检测来自样本的射束中的带电粒子的反向散射粒子的信号检测器(5010)；其中信号检测器具有角分辨率。在一个实例中，该方法包括：从样本的区域获得反向散射粒子的图像；基于图像来确定掩埋特征的存在或位置。

Description

通过反向散射粒子对掩埋特征的检测

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月26日提交的美国申请62/563,601的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于检查(例如，观察、测量和成像)在诸如集成电路(IC)制造的器件制造过程中使用的诸如晶片和掩模的样本的方法和设备。

背景技术

器件制造过程可以包括将期望的图案施加到衬底上。备选地称为掩模或掩模版的图案化装置可以用于生成期望的图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯的一部分)上。图案的转印通常经由成像到衬底上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。单个衬底可以包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。光刻设备可以用于该转印。一个类型的光刻设备被称为步进器，其中通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分。另一类型的光刻设备被称为扫描仪，其中通过在给定方向上通过辐射束扫描图案、同时平行于或反平行于该方向扫描衬底来照射每个目标部分。通过将图案压印到衬底上，也可以将图案从图案化装置转印到衬底。

为了监测器件制造过程的一个或多个步骤(例如，曝光、抗蚀剂处理、蚀刻、显影、烘烤等)，可以检查诸如通过器件制造过程或本文使用的图案化装置被图案化的衬底的样本，其中可以测量样本的一个或多个参数。一个或多个参数可以包括例如边缘位置误差(EPE)，边缘位置误差是衬底或图案化装置上的图案的边缘与图案的预期设计的对应边缘之间的距离。检查还会发现图案缺陷(例如，连接失败或分离失败)和不期望的粒子。

检查在器件制造过程中使用的衬底和图案化装置可以帮助改进产量。从检查中获得的信息可以用于标识缺陷或调整器件制造过程。

发明内容

本文中公开了一种设备，包括：带电粒子的源；平台；被配置为将带电粒子的射束引导到平台上支撑的样本的光学器件；被配置为检测来自样本的射束中的带电粒子的反向散射粒子的信号检测器；其中信号检测器具有角分辨率。

根据一个实施例，信号检测器围绕设备的主射束轴被定位。

根据一个实施例，信号检测器被配置为检测反向散射电子。

根据一个实施例，信号检测器包括第一检测器部件和第二检测器部件，其中第一检测器部件和第二检测器部件被配置为检测与射束的轴成不同角度的反向散射粒子。

根据一个实施例，第一检测器部件和第二检测器部件呈环形形状并且同轴地被定位。

根据一个实施例，信号检测器具有允许射束到达样本的孔。

本文中公开了一种方法，包括：从来自样本的区域的带电粒子束中获得反向散射粒子的图像；基于图像来确定掩埋特征的存在或位置。

根据一个实施例，该方法进一步包括：从样本上的结构的设计中标识区域。

根据一个实施例，掩埋特征是掩埋空隙。

根据一个实施例，掩埋空隙在连接两个电子部件的通孔中，两个电子部件在样本的表面下处于不同的深度处。

根据一个实施例，确定掩埋特征的存在或位置包括将图像与参考图像进行比较。

根据一个实施例，参考图像从区域、从包括该区域的同一管芯、从样本的另一区域或从不同的样本获得。

根据一个实施例，图像和参考图像利用来自射束的不同角度的反向散射粒子形成。

根据一个实施例，参考图像根据区域中的结构的设计或形成结构的过程条件来进行模拟。

根据一个实施例，将图像与参考图像进行比较包括将图像和参考图像对准并且减去对应的像素。

根据一个实施例，确定掩埋特征的存在或位置包括将图像输入到机器学习模型中，机器学习模型输出掩埋特征的存在或位置。

根据一个实施例，确定掩埋特征的存在或位置包括处理图像并且基于处理结果。

根据一个实施例，处理图像包括检测图像中的边缘。

根据一个实施例，处理图像包括获得图像的截面并且获得截面的导数。

本文中公开了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括其上记录有指令的非暂时性计算机可读介质，指令在由计算机执行时实现上述任何方法。

附图说明

图1示意性地示出了可以执行带电粒子束检查的设备。

图2A示意性地示出了次级电子的产生。

图2B示意性地示出了反向散射电子的产生作为反向散射粒子的示例。

图3A示意性地示出了将处于样本表面下方不同深度处的两个电子部件连接的通孔的截面图。

图3B示意性地示出了将处于样本表面下方不同深度处的两个电子部件连接的另一通孔的截面图。

图4示意性地示出了根据从入射带电粒子束的轴的角度θ(以度为单位)的来自具有掩埋空隙的通孔的反向散射粒子的每立体角的径向密度I(以任意单位)、以及根据θ的来自不具有掩埋空隙的通孔的反向散射粒子的I。

图5A示意性地示出了根据实施例的图1的设备的一部分。

图5B示意性地示出了图5A的信号检测器的截面图和俯视图。

图6示意性地示出了根据实施例的用于带电粒子束检查的方法的流程图。

图7示意性地示出了根据实施例的用于确定掩埋特征的存在或位置的若干可能方式的流程图。

图8示出了图7的步骤中的比较的示例。

图9和图10各自示出了使用模型来处理反向散射粒子的图像的示例。

具体实施方式

存在用于检查样本(例如，衬底和图案化装置)的多种技术。一种检查技术是光学检查，其中将光束引导到衬底或图案化装置，并记录表示光束和样本的相互作用(例如，散射、反射、衍射)的信号。另一种检查技术是带电粒子束检查，其中将带电粒子(例如，电子)束引导到样本，并记录表示带电粒子与样本之间的相互作用(例如，次级发射和反向散射发射)的信号。

图1示意性地示出了可以执行带电粒子束检查的设备100。设备100可以包括被配置为生成和控制带电粒子束的部件，诸如可以在自由空间中产生带电粒子的源10、射束提取电极11、聚束透镜12、射束消隐偏转器13、孔14、扫描偏转器15和物镜16。设备100可以包括被配置为检测表示带电粒子束和样本的相互作用的信号的部件，诸如E×B带电粒子迂回装置17、信号检测器21。设备100还可以包括被配置为处理信号或控制其他部件的部件，诸如处理器。

在检查过程的示例中，带电粒子束18被引导到样本9(例如，晶片或掩模)，样本9被定位在平台30上。表示射束18与样本9的相互作用的信号20由E×B带电粒子迂回装置17引导至信号检测器21。处理器可以使得平台30移动或使得射束18扫描。

由于在带电粒子束检查中使用的带电粒子的波长比在光学检查中使用的光的波长更短，带电粒子束检查可以具有比光学检查更高的分辨率。由于衬底和图案化装置上的图案的尺寸随着器件制造过程的发展而变得越来越小，带电粒子束检查变得越来越广泛。

信号20可以是次级粒子(例如，次级电子(“SE”)、俄歇电子、X射线或阴极发光)、反向散射粒子(例如，反向散射电子(“BSE”))。次级粒子是由于次级发射而从样本9发射的粒子。次级粒子之所以称为“次级”，是因为它们通过诸如此处的带电粒子束中的带电粒子的其他粒子(“初级粒子”)的轰击而生成。初级粒子不限于带电粒子，还可以是光子或中子。在一个示例中，当带点粒子束撞击样本9时，如果带电粒子的能量超过样本9中电子的电离电势，则样本9中的一些电子可以通过接收来自带电粒子的能量而被电离。次级粒子的产生是非弹性事件。图2A示意性地示出了次级电子的产生。粒子201被引导到原子202。如果粒子201的能量超过原子202的至少一些电子203的电离电势，则粒子201可以将其某些能量损失给电子203中的一个电子并且将该电子从原子202出射。所出射的电子204是次级电子。

反向散射粒子是被样本9反弹回来的入射粒子。带电粒子束中的带电粒子可以通过与样本9中原子的原子核的弹性散射相互作用而被反射或“反向散射”出样本9。样本9中较重的原子反向散射更强。因此，反向散射粒子可以携带样本9的组成信息。反向散射粒子的产生是很大的弹性事件。反向散射粒子与射束中的带电粒子具有相似的能量。图2B示意性地示出了反向散射电子的产生作为反向散射粒子的示例。电子211(例如，来自射束的电子)被引导至包括原子213的样本212。电子211与原子213的原子核214之间的相互作用可以导致电子211从样本212反向散射出而作为反向散射电子215。

当带电粒子束撞击样本212时，带电粒子与三维体积的样本212(其被称为相互作用体积)中的原子相互作用。相互作用体积可以具有比射束覆盖区下的样本表面大几个数量级的线性维度。相互作用体积的尺寸和形状可能受到许多因素的影响，诸如带电粒子的着陆能量、样本212的原子的原子序数、样本212的密度、射束相对于入射局部面积的入射角等。

并非在相互作用体积中生成的所有信号都能逸出样本212而允许检测。如果信号从样本表面下方过深的位置生成，则它无法逸出。生成信号并且信号仍然可以逸出的最大深度被称为逸出深度。例如，次级电子的逸出深度约为5-50nm；反向散射电子的逸出深度可以为500-5000nm；X射线的逸出深度更大。

由于与样本中结构的维度相比，逸出深度可能相对较大，所以带电粒子束检查可以用于测量掩埋在样本表面下的特征。反向散射粒子往往比次级粒子具有更大的逸出深度。因此，反向散射粒子往往比次级粒子更适合于测量掩埋特征。

一种特定类型的掩埋特征是掩埋空隙。掩埋空隙可能会损害IC的完整性。例如，通孔中的掩埋空隙可能导致不同深度处的电路之间断开，并且因此导致整个IC芯片的故障。

图3A示意性地示出了通孔3010的截面图，通孔3010连接处于样本表面下不同深度处的两个电子部件3020和3030。通孔3010在其中不具有空隙。撞击在通孔3010上的带电粒子束3040产生从样本逸出的反向散射粒子3041。图3B示意性地示出了通孔3011的截面图，通孔3011连接处于在样本表面下的不同深度处的两个电子部件3021和3031。除了通孔3011在其中具有空隙3015之外，通孔3011与通孔3010相同。空隙3015可以被掩埋在样本表面下方，例如超过次级粒子的逸出深度但在反向散射粒子的逸出深度之内。撞击在通孔3011上的带电粒子束3043产生从样本逸出的反向散射粒子3044。因为通孔3011在其中具有空隙3015，通孔3011与通孔3010相比具有可以使得入射粒子反向散射的更少原子。因此，即使带电粒子束3040和带电粒子束3043具有相同的强度，反向散射粒子3041也具有比反向散射粒子3044更大的强度。

掩埋空隙的存在不仅会影响反向散射粒子的强度，而且还会影响反向散射粒子的角度依赖性。例如，反向散射粒子3041和反向散射粒子3044可以具有不同的角度依赖性。图4示意性地示出了根据从入射带电粒子束的轴的角度θ(以度为单位)的来自具有掩埋空隙的通孔的反向散射粒子4020的每立体角的径向密度I(以任意单位)、以及根据θ的来自不具有掩埋空隙的通孔的反向散射粒子4010的I。在该示例中，角度依赖性的差异在小角度处显著。

图5A示意性地示出了根据实施例的设备100的一部分。设备100具有信号检测器5010，信号检测器5010被配置为检测来自样本9的反向散射粒子，并且信号检测器5010具有角分辨率。信号检测器5010可以围绕设备100的主射束轴定位。图5B示意性地示出了信号检测器5010的截面图和俯视图。信号检测器5010可以包括第一检测器部件5011和第二检测器部件5011。第一检测器部件5011和第二检测器部件5012被配置为检测具有不同θ的反向散射粒子。在一个示例中，第一检测器部件5011和第二检测器部件5012呈环形形状并且同轴地被定位。信号检测器5010可以具有孔5013以允许射束到达样本9。

从样本获得的反向散射粒子的图像可以用于检测掩埋特征。图6示意性地示出了根据实施例的用于带电粒子束检查的方法的流程图。在步骤6040中，从样本的区域6030获得反向散射粒子的图像6050。该方法可以包括可选的步骤6020，在步骤6020中，从样本上的结构的设计6010(例如，如由GDS文件表示)标识区域6030。例如，可以基于设计6010来确定通孔(例如，通孔3010和3011)在样本上的位置，并且涵盖这样的通孔的区域可以被标识为区域6030。在步骤6060中，基于图像6050来确定掩埋特征的存在或位置。

在步骤6060中掩埋特征的存在或位置的确定可以以多种方式实现。图7示意性地示出了根据实施例的用于该确定的若干可能方式的流程图。在一个示例中，在步骤7020中将图像6050与参考图像7010进行比较。参考图像7010可以从相同区域6030、从包括区域6030的相同管芯、从相同样本的另一区域、甚至从不同的样本获得。参考图像7010也可以是根据区域6030中的结构设计或形成结构的过程条件模拟的图像。图像6050和参考图像7010可以利用来自射束的不同角度的反向散射粒子形成。可以基于比较来确定掩埋特征的存在或位置。在一个示例中，图像6050被输入到机器学习模型7030中，机器学习模型7030输出掩埋特征的存在或位置。在另一示例中，使用合适的模型7040来处理图像6050，并且可以基于处理的结果来确定掩埋特征的存在或位置。

图8示出了步骤7020中的比较的示例。例如，可以通过将参考图像7010和图像6050对准并且减去每个对应像素来获得参考图像7010和图像6050之间的差8010。在该示例中，可以在差8010中清楚地揭露掩埋特征8019。

图9示出了使用模型7040处理图像6050的示例。在该示例中，获得图像6050的截面(由作为位置x的函数的信号I的强度曲线表示)。获得强度I相对于位置x的导数(dI/dx)作为位置x的函数。掩埋特征可以在导数中显示为一对峰值和谷值。

图10示出了使用模型7040处理图像6050的示例。在该示例中，图像6050经历边缘检测。掩埋特征可能显示为环。

可以使用以下条款来进一步描述实施例：

1.一种设备，包括：

带电粒子的源；

平台；

光学器件，被配置为将带电粒子的射束引导到平台上支撑的样本；

信号检测器，被配置为检测来自样本的射束中的带电粒子的反向散射粒子；

其中信号检测器具有角分辨率。

2.根据条款1的设备，其中信号检测器围绕设备的主射束轴被定位。

3.根据条款1的设备，其中信号检测器被配置为检测反向散射电子。

4.根据条款1的设备，其中信号检测器包括第一检测器部件和第二检测器部件，其中第一检测器部件和第二检测器部件被配置为检测与射束的轴成不同角度的反向散射粒子。

5.根据条款4的设备，其中第一检测器部件和第二检测器部件呈环形形状并且同轴地被定位。

6.根据条款1的设备，其中信号检测器具有允许射束到达样本的孔。

7.一种方法，包括：

从来自样本的区域的带电粒子束中获得反向散射粒子的图像；

基于图像来确定掩埋特征的存在或位置。

8.根据条款7的方法，进一步包括：根据样本上的结构的设计来标识区域。

9.根据条款7的方法，其中掩埋特征是掩埋空隙。

10.根据条款9的方法，其中掩埋空隙在连接两个电子部件的通孔中，两个电子部件在样本的表面下方处于不同深度处。

11.根据条款7的方法，其中确定掩埋特征的存在或位置包括：将图像与参考图像进行比较。

12.根据条款11的方法，其中参考图像从区域、从包括该区域的同一管芯、从样本的另一区域或从不同样本获得。

13.根据条款11的方法，其中图像和参考图像利用来自射束的不同角度的反向散射粒子形成。

14.根据条款11的方法，其中参考图像根据在区域中的结构的设计或形成结构的过程条件来被模拟。

15.根据条款11的方法，其中将图像与参考图像进行比较包括将图像和参考图像对准并且减去对应像素。

16.根据条款7的方法，其中确定掩埋特征的存在或位置包括将图像输入到机器学习模型中，机器学习模型输出掩埋特征的存在或位置。

17.根据条款7的方法，其中确定掩埋特征的存在或位置包括处理图像并且基于处理的结果。

18.根据条款17的方法，其中处理图像包括检测图像中的边缘。

19.根据条款17的方法，其中处理图像包括获得图像的截面并且获得截面的导数。

20.一种计算机程序产品，包括其上记录有指令的非暂时性计算机可读介质，指令在由计算机执行时执行根据条款7至19中任一项的方法。

尽管本文中公开的概念可以用于检查诸如硅晶片或图案化装置(诸如玻璃上的铬)的样本，但是应当理解，所公开的概念可以利用任何类型的样本来被使用，例如除硅晶片以外的样本的检查。

上面的描述旨在是例示性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在不脱离下面阐述的权利要求的范围的情况下进行描述的修改。

Claims (15)

1.一种设备，包括：

带电粒子的源；

平台；

光学器件，被配置为将所述带电粒子的射束引导到所述平台上支撑的样本；

信号检测器，被配置为检测来自所述样本的所述射束中的所述带电粒子的反向散射粒子，

其中所述设备被配置为基于由所述信号检测器收集的反向散射粒子的角度依赖性来检测被覆盖在所述样本的表面之下的掩埋特征。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号检测器围绕所述设备的主射束轴被定位。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号检测器被配置为检测反向散射电子。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号检测器包括第一检测器部件和第二检测器部件，其中所述第一检测器部件和所述第二检测器部件被配置为检测与所述射束的轴成不同角度的反向散射粒子。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一检测器部件和所述第二检测器部件呈环形形状并且同轴地被定位。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号检测器具有允许所述射束到达所述样本的孔。

7.一种方法，包括：

从来自样本的区域的带电粒子的射束中获得反向散射粒子的图像，所述图像利用来自所述射束的不同角度的反向散射粒子形成；

基于所述反向散射粒子的角度依赖性来确定被覆盖在所述样本的表面之下的掩埋特征的存在或位置。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：根据所述样本上的结构的设计标识所述区域。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述掩埋特征是掩埋空隙。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述掩埋空隙在连接两个电子部件的通孔中，所述两个电子部件在所述样本的表面下方处于不同深度处。

11.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述掩埋特征的所述存在或所述位置包括将所述图像与参考图像进行比较。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述参考图像从所述区域、从包括所述区域的同一管芯、从所述样本的另一区域或从不同样本获得。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述参考图像利用来自所述射束的不同角度的反向散射粒子形成，或者其中所述参考图像根据在所述区域中的结构的设计或所述结构被形成所在的过程条件来被模拟。

14.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述掩埋特征的所述存在或所述位置包括将所述图像输入到机器学习模型中，所述机器学习模型输出所述掩埋特征的所述存在或所述位置；或者其中确定所述掩埋特征的所述存在或所述位置包括处理所述图像并且基于所述处理的结果。

15.一种计算机程序产品，包括其上记录有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时实现根据权利要求7所述的方法。

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