CN112378935A - 基板的结构的状态的基于x射线的评估 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于基板的结构的状态的基于X射线的评估的方法，所述方法可包括获取基板的区域的电子图像，所述区域包括结构；获取所述结构的X射线的图像；并评估结构的状态，其中所述评估是至少基于从结构发射的X射线光子的数量。

Description

基板的结构的状态的基于X射线的评估
相关申请的交叉引用
本申请主张在2019年7月29日提交的美国非临时申请第16/525,037号的权益，所述申请的全部内容为了所有目的通过引用并入本文。
背景技术
评估诸如深孔和深沟槽之类的结构是困难的。深可意味着具有可超过几微米(例如三微米)的深度。从此类结构的底部发射的二次电子和背散射电子无法从结构离开。
存在提供用于评估此类结构的状态的高效、快速且可靠的方式的不断增长的需求。
发明内容
本公开内容的实施方式涉及用于基板的结构的状态的基于X射线的评估的方法，所述方法可包括：获取基板的区域的电子图像，所述区域包括结构；获取所述结构的X射线图像；并且评估结构的状态，其中所述评估是至少基于从结构发射的X射线光子的数量。
一些实施方式提供了一种非瞬态的并且存储指令的计算机可读介质，所述指令一旦由计算机化***执行，就引起所述计算机化***执行以下过程，所述过程包括：获取基板的区域的电子图像，所述区域包括结构；获取所述结构的X射线图像；并且评估所述结构的状态，其中所述评估至少基于从所述结构发射的X射线光子的数量。
本发明可提供一种带电粒子***，所述带电粒子***包括带电粒子光学元件和处理器，其中所述带电粒子光学元件被配置以：(a)获取所述基板的区域的电子图像，所述区域包括所述结构；(b)获取所述结构的X射线图像；并且其中所述处理器被配置以评估所述结构的状态，所述评估至少基于从所述结构发射的X射线光子的数量。
附图描述
在说明书的结束部分中特别指出并明确要求保护被视为本公开内容的一个或多个实施方式的主题。然而，当结合附图阅读时，本公开内容的一个或多个实施方式(关于组织和操作方法两者)以及其目标、特征和优点可参考以下实施方式最佳地理解，其中：
图1示出一种方法的示例；
图2示出基板、区域和各种结构的示例；
图3示出一种方法的示例；
图4示出一种方法的示例；
图5示出带电粒子***的示例。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了众多具体细节以提供对本公开内容的一个或多个实施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，本实施方式可在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，尚未详细描述公知的方法、程序和元件以免混淆本公开内容的本一个或多个实施方式。
在说明书的结束部分中特别指出并明确要求保护被视为本公开内容的一个或多个实施方式的主题。然而，当结合附图阅读时，本公开内容的一个或多个实施方式(关于组织和操作方法两者)以及其目标、特征和优点可参考以下实施方式最佳地理解。
将了解，为了说明的简单和清晰的目的，图中所示的元件未必按比例绘制。例如，为了清晰起见，某些元件的尺寸可相对于其他元件被放大。此外，在适当考虑的情况下，可在附图中重复元件符号以指示对应或类似的元件。
因为所说明的实施方式在大多数情况下可使用本领域技术人员已知的各种电子元件和电路来实施，所以为了理解和了解本实施方式的基本概念并且为了不混淆本公开内容的一个或多个实施方式的教导或从所述教导偏离，将不会以如上所述所认为必要的更大程度上解释细节。
说明书中对方法的任何引用应在作必要修改后应用于能够执行方法的***，并且应在作必要修改后应用于非瞬态和存储用于执行方法的指令的计算机可读介质。说明书中对***的任何引用应在作必要修改后应用于可由***执行的方法，并且应在作必要修改后应用于非瞬态和存储可由***执行的指令的计算机可读介质。在说明书中对非瞬态的计算机可读介质的任何引用应在作必要修改后应用于当执行计算机可读介质中存储的指令时可应用的方法，并且应在作必要修改后应用于被配置以执行计算机可读介质中存储的指令的***。术语“和/或”意味着另外地或替代地。
本发明可提供一种用于评估结构(诸如深孔和深沟槽)的***、方法和计算机可读介质。
图1示出方法100的示例。
方法100可开始于获取基板的区域的电子图像的步骤110，所述区域可包括结构。区域可包括多个结构。
区域的面积可超过结构的横截面的面积达一因子，所述因子可超过十、二十、三十、四十、五十、一百、两百、五百、一千等等。区域可以是基板的一部分，并且可具有毫米尺寸、亚毫米尺寸、厘米尺寸等。区域可具有任何形状。
区域可由带电粒子束***的使用者或操作者选择，可根据一个或多个预定规则来选择，可基于先前的检查步骤来确定，可以以随机的方式选择，可以以伪随机方式选择，并且可基于关于基板的信息选择，等等。关于基板的信息可以是区域检查的结果、感兴趣区域的位置、先前故障的历史，等等。
步骤110可包括用带电粒子照射所述区域并且检测由于照射而从所述区域发射的电子。所检测的电子可包括二次电子、背散射电子或二次电子和背散射电子两者。区域可用一个或多个带电粒子束照射。所述照射可包括通过任何扫描图案进行扫描。
当结构由带电粒子照射时，从结构底部发射的电子(诸如二次电子和/或背散射电子)通常不离开结构。因此，结构在区域的电子图像中显示为黑色。
步骤110之后可以是在电子图像内检测结构的步骤120。从此类结构的底部发射的二次电子和背散射电子无法从结构离开。因此，所述结构可在电子图像中表示为暗部分。表示结构的电子图像的像素可以是超过预定灰度阈值的灰度。
步骤120之后可以是获取结构的X射线图像的步骤130。
步骤130可包括获取子区域的X射线图像，所述子区域可超过所述结构但小于所述区域(甚至比所述区域小得多)。
子区域可能或可能不配合带电粒子光学元件的视场，所述带电粒子光学元件被配置以获取子区域的X射线图像。例如-如果带电粒子光学元件的视场是矩形，并且结构具有圆形横截面-那么子区域可具有包括所述结构的矩形形状。
X射线光子的产率是二次电子产率的分数(例如，在0.001至0.0001之间)。因此，X射线图像的获取速率比电子图像的获取速率小得多(例如，例如小至少一百倍)。获取速率是每面积单位获取图像所需的时间。电子图像可以比X射线图像表现出更高的信噪比。
由于获取速率的差异，选择比区域小得多的子区域可能是有益的。子区域可被选择以稍微超过结构的面积。例如，当结构具有约七十纳米的直径时，子区域可以是一百纳米乘一百纳米的正方形。
获取子区域的X射线图像(而不是获取整个区域的X射线图像)加速了方法100的执行并且增加评估过程的吞吐量。
步骤130可包括用带电粒子照射子区域并且检测由于照射而从所述区域发射的X射线光子。
步骤110可被视为照射过程的第一阶段，而步骤130可被视为照射过程的第二阶段。
步骤130之后可以是评估结构状态的步骤140。评估可至少基于从结构发射的X射线光子的数量。短语“至少基于”意味着评估也可基于额外信息。从结构发射的X射线光子的数量可等于从与所述结构相关的每一像素检测的X射线光子的数量(总和)。
X射线图像可能相对嘈杂，具有较低的信号值(每像素几个X射线光子)，并且可以显示每像素较低的信噪比。从(整个)结构发射的X射线光子的数量大得多，对于噪声的抵抗力更强(因为所述数量考虑到来自不同像素的X射线光子)，并且显示了超过X射线图像的单个像素的信噪比。此外，与涉及基于结构图像比较的像素的缺陷分类相比，通过从所述结构发射(而不是表示每一单个像素)的X射线光子的数量表示结构需要更少的存储元件，促进了X射线图像的更简单处理并且需要更少的计算资源。
步骤140可包括以下至少一项：
a.计算结构的签名。签名可表示从结构发射的X射线光子的数量。签名可包括从结构发射的X射线光子的一个或多个数量，所述结构具有在多个能量范围中的一个范围内的能量。不同的能量范围可以表示或可以不表示不同的材料。
b.至少部分地基于签名以确定结构的状态。
c.将结构的签名与其他结构的签名相比较。
d.将结构的签名与一个或多个参考结构的签名相比较。
e.将结构的签名与参考签名相比较。参考签名可以是一个或多个其他结构的签名，可表示与其他参考签名的签名相关的统计信息(例如，多个签名的平均和标准偏差)，等等。
f.将一个或多个评估规则应用于签名-例如-确定包括结构的签名的值范围，确定来自不同能量范围的X射线光子的不同数量之间的关系，等等。
g.检测结构中的缺陷。
h.将结构的缺陷分类。
i.基于结构的签名将结构的缺陷分类。分类可包括搜索适合结构的签名或以其他方式与结构的签名有关的缺陷分类。分类可包括找到最佳匹配类别或应用任何其他准则。
j.基于至少第一数量的X射线光子来评估结构的状态，所述X射线光子从结构发射并且具有在第一能量范围内的能量。
k.基于至少以下两项来评估结构的状态：(a)第一数量的X射线光子，所述第一数量的X射线光子从结构发射，并且具有在第一能量范围内的能量；和(b)第二数量的X射线光子，所述第二数量的X射线光子从结构发射，并且具有在第二能量范围内的能量，其中所述第二能量范围与第一能量范围不同。
l.将从结构发射的X射线光子数量与X射线光子的一个或多个参考数量相比较。
下文提供了一个或多个评估规则的几个示例：
a.当从结构发射的X射线光子的数量在(或没有在)某个范围内，或在某个范围之外，或在阈值以下，或在阈值以上等等时，确定所述结构有缺陷。
b.假设一定数量的结构显示发射的X射线光子的平均数量和发射的X射线光子的标准偏差。如果从结构发射的X射线光子的数量偏离平均数量多于标准偏差，那么一旦应用评估规则，则评估规则就可导致确定结构是有缺陷的。
c.假设一定数量的结构显示发射的X射线光子的平均数量和发射的X射线光子的标准偏差。如果从结构发射的X射线光子的数量偏离平均数量多于某个因子与标准偏差之间的乘积，那么一旦应用评估规则，则评估规则就可导致确定结构是有缺陷的。
d.如果从结构发射的X射线光子(在或者不在某个能量范围内)的数量在(或不在)某个范围内，或在阈值以下，或在阈值以上等等时，确定所述结构有缺陷。
e.确定从结构发射的X射线光子(在或者不在第一能量范围内)的第一数量在(或者不在)第一某个范围内和/或从结构发射的X射线光子(在或者不在第二能量范围内)的第二数量在(或者不在)第二某个范围内。
f.基于从结构发射的X射线光子的数量将有缺陷的结构元件分类。
g.基于X射线光子的数量将缺陷结构元件分类，所述X射线光子属于从结构发射的不同能量范围。
h.分类可包括确定第一类别的缺陷，所述缺陷包括发射小于第一阈值(例如一百)的X射线光子的结构，所述X射线光子具有在第一能量范围内的能量，所述第一能量范围对应于来自第一材料(例如钛、硅、钨、钒、铁、锌等)的发射。
i.分类可包括确定第二类别的缺陷，所述缺陷包括发射大于第一阈值(例如一百)但小于第二阈值(例如两百)的X射线光子的结构，所述X射线光子具有在第一能量范围内的能量，所述第一能量范围对于来自第一材料的发射。
j.分类可包括确定第三类别的缺陷，所述缺陷包括发射大于第二阈值(例如两百)的X射线光子的结构，所述X射线光子具有在第一能量范围之内的能量，所述第一能量范围对应于来自第一材料的发射。
应注意，缺陷可基于在不同的能量范围中发射的X射线光子的数量来分类，所述不同的能量范围对应于不同的材料。
步骤140可应用于单个结构基础或应用于一组结构基础。一组结构可包括两个或更多个结构。所述组的两个或更多个结构可以是连续结构(例如结构的整个网格)，或可包括不是连续结构的至少两个结构。一组结构的状态可通过将上文段落中所说明的步骤中的任一个步骤应用到一组结构从而来确定。
方法100可包括产生结构组的签名并且使用结构组的签名以评估结构组和/或以评估所述组的一个或多个结构的状态。
方法100可重复多次以获取多个区域的图像并且评估位于基板的一个或多个区域中的一个或多个结构的状态。多个区域可覆盖整个基板或者可仅覆盖基板的一部分。
图2是基板200的区域210的示例。区域210包括为深孔的多个结构220。子区域230围绕结构220。
图3示出方法300的示例。方法300可由步骤310开始：(a)获取基板的区域的电子图像；和(b)获取基板的区域的X射线图像。区域可包括结构。
步骤310可包括用带电粒子照射区域并且检测从区域发射的电子和X射线光子。步骤310之后可以是在电子图像内检测结构的步骤120。
步骤120可包括从全部电子图像像素中确定结构电子图像像素的位置。结构电子图像像素是表示结构的电子图像的像素。步骤120之后可以是步骤330，所述步骤330检索指示从结构发射的X射线光子的X射线检测信号。
步骤330包括从全部X射线图像像素中检索位于结构电子图像像素的位置处的X射线图像像素。步骤330之后可以是步骤140。
方法300比方法100慢，因为方法300涉及获取整个区域的X射线图像。然而，方法300可能实现起来更简单，因为所述方法300不需要多次照明扫描。方法100和方法300中的任一个可结合缺陷检测过程来执行。
图4示出方法400的示例。方法400可包括步骤410、420、430和140。方法410可包括获取基板的区域的电子图像，所述区域包括结构。步骤420可包括获取结构的X射线图像。步骤410和420之后可以是评估结构的状态的步骤140，其中所述评估至少基于从结构发射的X射线光子的数量。结构可以是具有超过三微米的深度的孔或沟槽。
方法400可包括检测电子图像中的结构。检测电子图像中的结构之后可以是步骤420。在检测电子图像中的结构之前可产生指示从区域发射的X射线光子的X射线检测信号。在检测电子图像中的结构之后可检索指示从结构发射的X射线光子的X射线检测信号。
方法100和方法300可被视为方法400的不同示例。
图5示出带电粒子***500的示例。带电粒子***包括带电粒子光学元件510和处理器550。带电粒子光学元件510被配置以(a)获取基板的区域的电子图像，所述区域可包括结构；并且(b)获取(至少)结构的X射线图像。
带电粒子光学元件510可被配置以获取结构的X射线图像、获取包括结构的子区域的X射线图像，或甚至获取整个区域的X射线图像。
处理器550被配置以评估结构的状态。评估至少基于从结构发射的X射线光子的数量。
带电粒子***500可被配置以执行方法100、300和400的至少一个方法。
在图5中，带电粒子光学元件510包括一个或多个电子检测器，诸如二次电子检测器512；并且还包括用于检测X射线光子522的X射线检测器514。X射线检测器514位于带电粒子光学元件510的列511和基板200之间。二次电子检测器512是位于列内的透镜内检测器。应注意，(a)带电粒子光学元件510可包括一个或多个背散射检测器，而不是二次电子检测器；并且(b)带电粒子光学元件510可包括除二次电子检测器以外的一个或多个背散射检测器。
在图5中，带电粒子光学元件510也包括用于输出带电粒子束520的束源504。
X射线检测器514具有孔515，带电粒子束520在入射到基板200上之前通过孔515。二次电子524和背散射电子可传播通过孔。孔515可位于X射线检测器514的中心或位于X射线检测器514的中心外部。
应注意，带电粒子***500可具有其他配置。例如，带电粒子***500可包括一个或多个其他检测器，可包括一个或多个透镜外二次电子检测器，可包括一个或多个透镜内X射线检测器，可包括多个X射线检测器，可包括多个二次电子检测器，在列与检测器中的任一个之间可存在任何空间关系，基板的照射角度可不垂直于基板，任何带电粒子束可以以图5中未示出的方式来偏转和/或操纵，并且可存在额外的光学元件，诸如聚光透镜或任何其他光学透镜或元件。
在上述说明书中，已经参考本发明的实施方式的具体示例描述了本公开内容的一个或多个实施方式。然而，将显而易见的是，在不背离如所附权利要求书中阐述的本公开内容的一个或多个实施方式的更宽广的精神和范围的情况下，可在本文中进行各种修改和改变。
此外，在说明书和权利要求书中的术语“前部”、“背部”、“顶部”、“底部”、“在……之上”、“在……之下”等术语(如果存在)是用于描述性目的并且未必用于描述永久的相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，以使得本文所述的实施例中的实施例例如能够以不同于本文示出或另外描述的定向的其他定向操作。
对术语“包括”、“具有”或“包括”的任何引用可以在作必要修改后适用于“由……组成”或“基本上由……组成”。
用于实现相同功能性的元件的任何布置被有效地“关联”以使得实现所需的功能性。因此，在本文中组合以实现特定功能性的任何两个元件可被视为与彼此“相关联”以使得实现所需的功能性，而与架构或中间元件无关。同样，如此相关联的任何两个元件也可被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦接”以实现所需的功能性。
此外，本领域技术人员将认识到，上文所述操作之间的边界仅是说明性的。多个操作可组合为单个操作，单个操作可分布在额外操作中，并且操作可在时间上至少部分重叠地执行。此外，替代实施方式可包括特定操作的多个实例，并且操作的顺序可以在各种其他实施方式中改变。
同样例如，在一个实施方式中，所示的示例可被实施为位于单个集成电路上或在相同装置内的电路。或者，示例可被实施为以适当的方式彼此互连的任何数量的单独的集成电路或单独的装置。
然而，其他修改、变化和替换也是可能的。因此，说明书和附图被视为说明性而非限制性的。
在权利要求书中，在括号之间的任何参考符号都不应解释为对权利要求的限制。用词‘包括’不排除存在除了权利要求书中所列出的元件或步骤之外的其他元件或步骤。此外，如本文中使用的术语“一(a)”或“一(an)”被定义为一个或多于一个。此外，即使当相同权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一(a)”或“一(an)”之类的不定冠词时，在权利要求书中诸如“至少一个”和“一个或多个”的介绍性短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入另一权利要求元素将含有此引入的权利要求元素的任何特定权利要求限于仅含有一个所述元素的实施方式。使用定冠词也是如此。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”之类的术语是用于任意地在此类所描述的元件之间进行区分。因此，此类术语不必旨在指示此类元件的暂时或其他的优先顺序。事实在于，在相互不同的权利要求中叙述的某些措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
虽然本文已说明和描述了实施方式的某些特征，但是本领域技术人员可想到许多修改、替代、变化和等效物。因此，将理解，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神内的所有此类修改和变化。

Claims (15)

1.一种用于基板的结构的状态的基于X射线的评估的方法，所述方法包括：
获取包括所述结构的所述基板的区域的电子图像；
获取所述结构的X射线图像；和
至少基于从所述结构发射的X射线光子的数量来评估所述结构的所述状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述结构是具有超过三微米的深度的孔或沟槽。
3.如权利要求1所述的方法，包括在所述电子图像中检测所述结构。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述电子图像中检测所述结构之后，获取所述结构的X射线图像。
5.如权利要求3所述的方法，其中在所述电子图像中检测所述结构之前，产生指示从所述区域发射的X射线光子的X射线检测信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中在所述电子图像中检测所述结构之后，检索指示从所述结构发射的X射线光子的X射线检测信号。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中基于至少第一数量的X射线光子来评估所述结构的所述状态，所述X射线光子从所述结构发射并且具有在第一能量范围内的能量。
8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中基于至少以下两项来评估所述结构的所述状态：(a)第一数量的X射线光子，所述第一数量的X射线光子从所述结构发射，并且具有在第一能量范围内的能量；和(b)第二数量的X射线光子，所述第二数量的X射线光子从所述结构发射，并且具有在第二能量范围内的能量，其中所述第二能量范围与所述第一能量范围不同。
9.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中评估所述结构的所述状态包括检测所述结构中的缺陷。
10.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中评估所述结构的所述状态包括将所述结构中的缺陷分类。
11.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中评估所述结构的所述状态包括将从所述结构发射的所述X射线光子的数量与X射线光子的参考数量进行比较。
12.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中评估所述结构的所述状态包括将从所述结构发射的所述X射线光子的数量与从一个或多个其他结构发射的X射线光子的一个或多个数量进行比较。
13.如权利要求1至6中任一项所述的方法，包括评估包括所述结构的一组结构的状态，其中评估所述组的所述状态至少部分地基于从所述组的每一结构发射的所述X射线光子的数量。
14.一种包括计算机可读指令的非瞬态计算机可读介质，所述计算机可读指令一旦由计算机化***执行，就引起所述计算机化***执行以下过程，所述过程包括：
获取包括所述结构的所述基板的区域的电子图像；
获取所述结构的X射线图像；和
至少基于从所述结构发射的X射线光子的数量来评估所述结构的所述状态。
15.一种包括带电粒子光学元件和处理器的带电粒子***，其中所述处理器被配置以控制所述***以：
获取包括所述结构的所述基板的区域的电子图像；
获取所述结构的X射线图像；和
至少基于从所述结构发射的X射线光子的数量来评估所述结构的所述状态。
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