CN117730342A - 在失真的样本图像中检测半导体样本中缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测样本中，特别是半导体样本中的缺陷的方法，该方法包括下列步骤：提供样本的一参考图像；提供通过一粒子束检查***生成的一样本图像，其中该样本图像包含相对于该参考图像的旋转；将该样本图像分割成样本图像区域；将该参考图像分割成参考图像区域，其中每一样本图像区域被指定一个参考图像区域以形成一图像区域对；在每一图像区域对中识别存在于图像区域对的样本图像区域及相关联参考图像区域两者中的一结构；基于所识别结构在个别相关联参考图像区域中的位置，通过校正每一样本图像区域中所识别结构的横向偏移而配准该等样本图像区域，从而形成所校正样本图像区域；以及逐像素比较每一所校正样本图像区域与个别相关联参考图像区域以检测缺陷。

Description

在失真的样本图像中检测半导体样本中缺陷的方法
技术领域
本发明有关一种用于检测样本、特别是半导体样本中的缺陷的方法，其中通过粒子束检查***生成样本图像。该粒子束检查***可特别为多粒子束检查***。
背景技术
随着越来越小且越来越复杂的微结构(诸如，半导体部件)的不断发展，有需要开发且优化用于生产及检查小尺径微结构的平面生产技术及检测***。举例而言，半导体部件的开发及生产需要监控测试晶片的设计，而平面生产技术需要制程优化以达成高产量的可靠性生产。此外，近来还需要分析用于逆向工程的半导体晶片及客户专属、个别的半导体部件配置。因此，需要能以高产量使用的检查装置，用于以高精确度检查晶片上的微结构。
用于生产半导体部件的典型硅晶片直径可达300mm(毫米)。每一晶片分割成30至60个重复区域(“裸芯”)，其中尺寸可达800mm2(平方毫米)。半导体装置包含多个半导体结构，其通过平面集成技术在晶片表面上分层产生。由于生产制程因素，半导体晶片典型上具有平面表面。在此情况下，集成半导体结构的结构尺寸从数微米扩展至5nm的临界尺寸(critical dimension，CD)，其中在不久将来结构尺寸会变得甚至更小；未来，结构尺寸或临界尺寸(CD)预期会小于3nm(纳米)，例如2nm，或甚至小于1nm。在上述小型结构尺寸的情况下，必需在非常大的区域内快速识别出临界尺寸大小的缺陷。针对数个应用，由检测设备提供的关于测量精确度的规格要求甚至更高，例如高到两倍或一个数量级。举例而言，半导体特征件的宽度必需以小于1nm的精确度测量，例如0.3nm或更小，且半导体结构的相对位置必需以小于1nm的叠加精确度确定，例如0.3nm或更小。
多射束扫描式电子显微镜(multi-beam scanning electron microscope，MSEM)为带电粒子***(带电粒子显微镜(charged particle microscope，CPM))领域中相当新颖的发展。举例而言，多射束扫描式电子显微镜揭露于US 7 244 949 B2及US 2019/0355544A1中。在多射束电子显微镜或MSEM的情况下，样本被多个个别电子束同时照射，该电子束排列在场或光栅中。举例而言，可提供4至10000个个别电子束以作为一次辐射，其中每一个别电子束与邻近的个别电子束分开1至200微米的间距。举例而言，MSEM具有大约100个个别电子束(“小射束(Beamlet)”)，其例如排列在六边形光栅中，其中个别电子束被分开大约10μm的间距。多个带电个别粒子束(一次射束)被聚焦在欲通过共同物镜检查的样本的表面上。举例而言，样本可为固定至安装在可移动台上的晶片支架的半导体晶片。在以带电一次个别粒子束照射晶片表面期间，交互作用产物，例如二次电子或背散射电子，从晶片表面发出。其起点对应于样本(多个一次个别粒子束中的每一个聚焦在其上)上的那些位置。交互作用产物的数量及能量取决于晶片表面的材料组成物及形貌(topography)。交互作用产物形成多个二次个别粒子束(二次射束)，其由共同物镜收集，且其由于多射束检测***的投射成像***入射在排列于检测平面中的检测器上。检测器包含多个检测区域，每个区域包含多个检测像素，且检测器捕获多个二次个别粒子束中的每一者的强度分布。在过程中获得例如100μm×100μm的像场。
现有技术的多射束电子显微镜包含一系列静电及磁性元件。可设置至少一些静电及磁性元件，以调适多个个别带电粒子束的焦点位置及像散校正(stigmation)。此外，现有技术的具有带电粒子的多射束***包含一次或二次个别带电粒子束的至少一个交叉平面。此外，现有技术的***包含检测***，以使设置更容易。现有技术的多射束粒子显微镜包含至少一个射束偏转器(“偏转扫描仪(deflection scanner)”)，以借助于多个一次个别粒子束进行样本表面区域的集体扫描，以获得样本表面的像场。关于多射束电子显微镜及其操作方法的更多细节描述于2020年5月28日申请的德国专利申请案第102020206739.2号中，其揭露内容在此是以引用方式整个并入本专利申请案供参考。
为了检测半导体样本中的缺陷，使用通过扫描式电子显微镜或通过其他粒子束检查***(诸如，例如前述的MSEM)获得样本图像。两种常规方法在此基于样本图像与参考图像的比较。此参考图像可为同样通过带电粒子束检查***(“裸芯与裸芯比较(die-to-diecomparison)”，D2D)记录的参考图像。然而，也有可能直接比较样本图像与所需目标设计，其中可例如基于设计数据生成仿真图像(“裸芯与数据库比较(die-to-databasecomparison)”，D2DB)。在两种方法中，欲比较的图像被彼此逐像素(pixel by pixel)比较。若样本图像中相较于参考图像的结构之间有太大的偏差，则将这些偏差检测为缺陷。
此类缺陷检测的一问题为样本图像中结构的失真。若发生失真，则样本图像中的结构被改变，例如相较于参考图像中结构的偏移和/或旋转，且样本图像与参考图像之间基于像素的比较的失真导致的偏差随后被标记为缺陷，尽管这些偏差经常不构成真正的缺陷。这类标记非真正缺陷的不期望检测被称为“误判”或“误报”。由于这类误判缺陷，可能无法进行可靠的缺陷检测。
失真本身可为仿射失真(affine distortions)或非线性失真。仿射失真的一个实例为样本图像相较于参考图像的旋转。旋转的原因可能不同。第一种可能性为，例如，样本未与粒子束检查***精确对齐(“错位”)。在此，有可能原则上仅以有限的精确度将样本置于样本支架上。发生旋转的另一成因可为电子透镜：在磁透镜中，带电粒子由于洛伦兹力(Lorentz force)而发生旋转。此旋转以粒子束检查***的相对应校准进行校准，但在粒子束检查***重新聚焦之后，像场旋转仍规律再次发生。
样本图像中的仿射失真的进一步实例可为像素尺寸的各向异性，因为带电粒子束检查***中的两扫描方向通常彼此独立或可独立设置。
非线性失真可例如由于粒子束扫描产生器的非线性而发生。由于此为粒子束检查***(例如，扫描式电子显微镜)的属性，可通过校准将非线性至少降至某一点。非线性失真的另一来源为样本上的电荷：原则上其无法被校准。
在所述的情况下，失真导致样本图像与参考图像之间的差异，且随后导致大量不希望的误判缺陷检测结果。
当考虑一简单实例时，有可能理解所提及的失真的含义：观察到样本图像中的结构的旋转，相较于参考图像，此旋转仅为1mrad：假设样本图像的边缘长度为10μm，此旋转导致从左角落至右角落特征偏移0.001rad x 10000nm＝10nm，其中此偏移已与意欲被发现的缺陷的尺寸有相同的数量级。通过将样本图像的结构与参考图像中的相对应结构进行直接比较，在使用常规方法进行基于像素的比较期间从而确定了许多误判缺陷。
NAKAGAKI,Ryo；HONDA,Toshifumi；NAKAMAE,Koji.Automatic recognition ofdefect areas on a semiconductor wafer using multiple scanning electronimages.Measurement Science and Technology,2009,20,p.075503揭露一种以扫描式电子显微镜检测缺陷的方法，其施加单电子束。为了改进现有方法，该论文建议提供额外的检测器，以便在一次扫描期间同时生成数个具有不同优势的不同图像，以识别不同类型的缺陷。该文献进一步揭露一种局部配准，以应对射束以扫描动作移动时样本表面静电荷引起的图像失真。此类型的失真为非线性失真。该文献未揭露图像中的缺陷检测，包含仿射失真，诸如样本图像相对于参考图像的旋转。此外，由于标准化的互相关系系数用于局部配准，因此该文献的方法不适用于具有仿射失真(诸如，旋转)的图像中的缺陷检测。
发明内容
因此，本发明目的在于改进一种检测样本(特别是半导体样本)中的缺陷的方法。检测缺陷的方法应提供可靠的结果，特别是即使样本图像具有失真且特别是若样本图像相对于参考图像包含旋转。此外，该方法也应适用于多射束粒子显微镜及其特定特征。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利实施例从从属权利要求中显而易见。
本专利申请要求申请日为2021年7月30日的德国专利申请10 2021 119008.8的优先权，其全部内容通过引用并入本专利申请。
根据本发明实施例的第一方面，本发明有关一种检测样本(特别是半导体样本)中的缺陷的方法，该方法包括下列步骤：
a)提供样本的参考图像；
b)提供通过粒子束检查***生成的样本图像，其中该样本图像包含相对于该参考图像的旋转；
c)将该样本图像分割成样本图像区域；
d)将该参考图像分割成参考图像区域，其中每一该样本图像区域被指定一个参考图像区域以形成图像区域对；
e)在每一图像区域对中识别存在于该图像区域对的样本图像区域及其相关联的参考图像区域中的结构；
f)基于所识别结构在相应相关联的参考图像区域中的位置，并通过校正每一样本图像区域中所识别结构的横向偏移，配准(register)所述样本图像区域，进而形成校正的样本图像区域；以及
g)逐像素比较每一校正的样本图像区域与相应相关联的参考图像区域，以检测缺陷。
根据本发明实施例，样本图像通过粒子束检查***生成。可能的作法是，在检测缺陷方法期间，样本图像“实时”生成。然而，也可能的是，样本图像在检测缺陷方法之前已生成。粒子束检查***可特别为任何粒子束检查***。其可为个别粒子束***，例如单射束电子显微镜(SEM)或氦离子显微镜(HIM)。然而，也可能的是，粒子束检查***为多射束粒子束***，例如多射束电子显微镜(MSEM)。在本专利申请案的定义的情境中，样本图像在任何情况下是以个别指定的带电粒子束生成的。根据定义，样本图像从而并非由多个个别图像构成的图像；此类构成的图像将对应于多个样本图像。
根据本发明实施例，样本图像可具有失真，特别是样本图像包含相对于参考图像的旋转作为失真。即使样本图像具有此类失真，且特别是即使样本图像包含相对于参考图像的旋转，本案检测样本中缺陷的方法提供良好结果。然而，即使在无失真的样本图像中当然也可能使用检测缺陷的方法。同样常见的情况为，事先并不完全清楚是否存在失真或其为何种类型的失真。在此情况下，根据本发明用于检测缺陷的方法提供显著附加价值。
根据本发明实施例，提供样本的参考图像。此参考图像可为样本的仿真图像，其基于例如样本或半导体样本的指定设计数据。然而，也可能的是，参考图像为样本的进一步记录、或相同或可比较的样本的进一步记录，而该样本、或相同或可比较的样本被与所提供的样本图像相同或另一粒子束检查***记录或已经被记录。
根据本发明实施例，样本图像被分割成样本图像区域(补块(patches))。较佳是，所有样本图像区域具有相同尺寸。例如，其可为矩形或正方形，但也可能为平行四边形或其他形状。使用具有相同尺寸的样本图像区域简化了后续的配准方法。
根据本发明实施例，参考图像也被分割成参考图像区域，其中每一样本图像区域被指定一个参考图像区域以形成图像区域对。参考图像与样本图像的尺寸在此匹配或被相应地缩放使得存在匹配关系。每一个样本图像区域与相关联参考图像区域的尺寸最好是相同，以达到对多个图像区域对的最佳指定。
根据本发明实施例，在每一图像区域对中，识别存在于样本图像区域与图像区域对的相关联参考图像区域中的结构。此结构用作后续配准的起始结构。该结构为易于辨识的结构，其应能在每一图像区域中毫无疑问地被识别。从现有技术中充分习知如何选择及识别此结构。例如，US,6,921,916B2、US 6,580,505B1及US 5,777,392 A揭露了关于配准方法及标记结构的基本细节。
根据本发明实施例，配准样本图像区域的步骤通过基于所识别结构在个别相关联参考图像区域中的位置进而校正每一样本图像区域中所识别结构的横向偏移而实现，然后就形成所校正样本图像区域。所识别结构的横向偏移被校正。由于样本图像包含相对于参考图像的旋转作为失真，因此每一样本图像区域中所识别结构也被旋转至某一角度。然而，在此，此旋转仅被偏移校正。示意性地来说，每一样本图像区域从而在配准操作期间被偏移。使用纯偏移操作，使每一图像区域对中的所识别结构实质上彼此重合。本发明实施例提供部分区域(特别是样本图像区域)的配准，而非整个样本图像的共同/单步配准。由于仅有横向偏移被校正的情况，常规配准例程能进行配准。由于进行每一样本图像区域的一个配准，使得配准期间样本图像中的失真仅具有不明显的影响(如果有的话)。尽管在整个样本图像失真的情况下，存在与整个参考图像的显著偏差，使得无法通过偏移操作使完整样本图像相对于其中成像结构与参考图像重合，此在配准较小的样本图像区域时是成功的。
若将每一校正的样本图像区域与个别指定的检测缺陷的参考图像区域进行基于像素的比较，则此基于像素的比较在缺陷检测期间将实际上不会产生误判缺陷，或将显著减少其发生。当样本图像中发生失真时，通过仔细检查样本图像区域中结构的几何情况与尺寸关系，此效果变得明显。
根据本发明的较佳具体实施例，样本图像的失真很小，而针对相关联偏移
在此情况下，表示视场Wx x Wy中的位置，且/>表示相关联偏移。若满足此方程式，则样本图像中的结构仍位于其预期位置附近。在此情况下，个别样本图像区域相对于指定的参考图像区域的初始配准将会成功。举例而言，个别射束扫描电子显微镜的10μm视场(FOV)应被考虑。位于其中的结构旋转1mrad使位于其中的结构从其预期位置(参考图像中的预期位置)偏移不超过10nm。
根据本发明的较佳具体实施例，欲检查缺陷的样本图像中的尺寸CD的结构很小，且适用下列：
在具有尺寸CDx的窗口内
以及
在具有尺寸CDy的窗口内
因此，条件(2a)、(2b)意指不同位置的失真变化不会太大。因此，结构实际上不因失真而改变其形状(条形不会变成曲折形，反之亦然)。在现有半导体缺陷检测方法中，通常不论如何皆满足上述两条件(1)及(2a)或(2b)。举例而言，使一结构具有空间范围为50nm，且由于失真而经历1mrad的旋转。随后，此结构会经历不大于0.05nm的局部失真，其反过来低于粒子束检查***的典型分辨率极限。结构可发生的典型偏移在约10nm的数量级内。经常发生的结构形状改变在小于1nm的范围内，例如约0.1nm，其低于典型粒子束检查***的分辨率极限。
若欲检查的结构可有意义分解为多个相应的小部分，则样本图像中欲检查的缺陷的结构很小的条件(2a)、(2b)也应视为符合。
根据本发明的较佳具体实施例，个别所识别结构的个别横向偏移在彼此线性独立的两个方向上，特别是在两相互正交的方向上被校正。例如，在x方向上与y方向上校正横向偏移，其中x与y彼此正交。此具有运算优势。然而，也有可能的是，提供不同的坐标系或参考***(例如，平行四边形)。
上述通常考虑也导致关于样本图像区域的较佳尺寸或大小的需求。样本图像区域必须足够大，以便仍可检测到其中能配准的结构。此外，样本图像区域必须足够大，以尽管样本图像区域与指定的参考图像区域之间有相对偏移，但仍存在具有相互对应的可识别结构的共同图像区域内容物。发明人的计算部分显示，如果适用以下则满足这类关于样本图像区域APB的边缘长度的需求：
因此，样本图像区域的尺寸或大小应至少为最大程度出现的失真的大小的至少五倍。此较佳应用于校正横向偏移时的每一方向上，换言之，例如，在x方向与y方向上的笛卡尔坐标系中。在此可估计或计算最大程度出现失真的大小，特别是其取决于出现的失真的类型。在此基础上，可根据方程式(3)确定样本图像区域的尺寸。
换言之，样本图像区域必需不能太小。另一方面，样本图像区域也必需不能太大，否则会出现上述根据现有技术的整个样本图像所发生的一步配准问题。部分发明人的计算显示，若位置相依性失真在样本图像区域上的改变不会显著超过作为缺陷检测的一部分的缺陷尺寸的大约一半，则是有利。否则，失真的结果将是样本图像区域与指定的参考图像区域不能通过配准使彼此重合，而是在样本图像区域与指定的参考图像区域之间的差异图像区域中，将始终是超过一半缺陷尺寸的信号，其随后会被不正确解释为误判缺陷。在数学上，此可得出下列估计值：
在此，ADef表示缺陷尺寸且表示位置相依性失真或偏移的梯度的绝对值。此梯度的绝对值可根据一实例而说明性地想象为样本图像区域的角落相对于彼此的偏移(因失真而压缩或扩展角落与角落的距离)。由于失真超过大约一半的缺陷尺寸，因此角落与角落的距离可能不变。
若因失真而发生旋转，则样本图像区域APB的最大尺寸会特别小。因此，需要将样本图像分解为特别小的样本图像区域。另一方面，目的在于以尽可能少的分解进行成功的配准。因此，较佳是，在根据本发明(同时)通过另一方法的缺陷检测之前，检测及校正(可检测的)旋转。在这情况下，可选择更大的样本图像区域，并可校正其他无法检测到的旋转。
根据本发明的较佳具体实施例，当分割样本图像时，选择样本图像区域的尺寸，使得该样本图像区域的形状不因失真而实质上改变。因此，必需额外选择足够小的样本图像区域尺寸，以满足所述的条件。样本图像区域的典型尺寸在此约为1至5μm，较佳为1至3μm，例如2μm。
根据本发明的较佳具体实施例，样本图像区域为四边形，特别是矩形或正方形，且相较于相关联参考图像区域的角落之间相对于彼此的距离，样本图像区域的角落之间相对于彼此的距离偏移，是因为样本图像中的失真不超过预定数量的像素。
根据本发明的较佳具体实施例，由于失真不超过预期缺陷尺寸的一半，使得样本图像区域的角落之间相对于彼此的距离相较于参考图像区域的角落之间相对于彼此的相关联距离偏移。
根据本发明的较佳具体实施例，相互邻近的样本图像区域具有重叠，其中个别重叠被选择至少为预期缺陷的尺寸的大小。邻近的样本图像区域之间的重叠较佳为选择相同的尺寸。然而，选择的重叠也有可能不同，例如选择在x方向与y方向上尺寸不同的重叠。若被选择的设定的重叠至少为预期缺陷的尺寸的大小，则任何此类缺陷在至少一个样本图像区域中完全成像。当计数缺陷时，可能必须注意避免将相同缺陷计数两次。
根据本发明的较佳具体实施例，相对于该参考图像，样本图像具有除了旋转之外的另一仿射失真，和/或相对于该参考图像，样本图像具有非线性失真。仿射失真需要空间的点与直线被映像为点与直线，同时保持共线性(collinearity)。维持任一直线上任意三点的分割比率(保留分割比率)，且每一对平行直线被映像为一对平行直线(保留平行性)。仿射失真的实例为旋转(例如，由于样本放置错位或带电粒子束的像场旋转)及上述像素尺寸的各向异性。非线性失真的实例为由于射束生成中的非线性及由于样本充电引起的失真。可能的是，不同的效果在失真中彼此叠加，换言之，失真总体上为多个不正确的成像/失真的结果。缺陷检测原则上可为借助本发明的方法成功地应用于所有类型的失真。然而，针对旋转形式的失真，特别强调本发明实施例方法的成功应用，这是因为一方面，此类型的发生特别频繁，且另一方面，现有配准方法在此类型的失真情况下常常失效。尽可能地校正旋转是有利的，即使是在进行本发明的方法之前也如此。随后，作为根据本发明实施例方法的一部分，其余的旋转校正以其特定强度进行处理。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：在配准期间基于样本图像区域的校正的横向偏移确定样本图像的失真函数或失真图案。较佳是，基于所有样本图像区域的校正的横向偏移以确定失真函数或失真图案。用于确定失真函数或失真图案的数据越多，则函数或图案的确定越精确。有可能例如检查与失真图案旋转的校正的横向偏移相关的可用数据。有可能在此假设旋转作为失真，且有可能确定在特定旋转角度处，所校正的样本图像区域是否有实际上相应于期望/预览的偏移。随后，可迭代确定尽可能精确的旋转角度。因此，较佳是，该方法包含确定样本图像相对于参考图像的旋转角度。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：基于失真函数和/或失真图案调整和/或校准粒子束检查***。因此，有可能通过粒子束检查***减少或完全防止在进一步记录中的失真。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：将样本图像相对于参考图像粗略配准。此粗略配准在此于实际精细配准或根据本发明的配准之前进行，作为根据本发明检测缺陷的方法的一部分。针对粗略配准，可单独或组合使用现有技术的众所周知的配准方法。在粗略配准之后，样本图像与相关联参考图像应较佳地至少足够良好地彼此叠加，由此，作为根据本发明实施例方法的一部分，通过分割产生的样本图像区域及其相关联参考图像区域不完全分离，但具有至少部分地真正彼此对应的结构。若后者针对所有样本图像区域皆不可能，则该条件应满足至少尽可能多的样本图像区域。预配准可能非常重要，特别是在D2D方法中，因为在D2D方法中不能确保在来自两个不同测量的图像中实际看到相同的图像，例如由于在大约0.5μm至1μm的范围内的不准确性可能由于样本台的定位误差而必然会发生。在此程度上，且尽可能，预配准也应涉及预校正样本图像中已多次提及的相对于参考图像的旋转。
根据本发明的较佳具体实施例，粒子束检查***为个别粒子束***，特别是单独射束电子显微镜(SEM)或氦离子显微镜(HIM)。然而，其也可为另一个别粒子束***。
根据本发明的进一步较佳具体实施例，粒子束检查***为多粒子束***，特别是多射束电子显微镜(MSEM)，其与多个个别粒子束一起操作。然而，也可能使用具有不同带电粒子的不同的多粒子束***作为粒子束检查***。
根据本发明的较佳具体实施例，所述方法针对多个样本图像进行，其中每一样本图像通过与其相关联的个别粒子束生成。一多图像(multi-image)由多个个别图像(样本图像)构成。原则上，所述方法在此可针对每一样本图像进行。
存在以复数行(column)操作的多粒子束***。此意指个别粒子束被引导通过个别粒子光学单元以产生个别粒子束。原则上，个别类型的失真可发生在每一行内。例如，可能的是，个别粒子束的像场旋转发生在每一行内。此每一行的效果也可被一般的旋转所覆盖，其由例如样本支架上欲检查的样本的错位所造成。根据本发明的方法在此类失真的情况下发挥作用。
还存在以单行操作的多射束粒子束***。根据一较佳的具体实施例，多粒子束***包含用于多个个别粒子束的单行。在此，多个个别粒子束穿过相同的粒子光学单元(其中未排除个别粒子束在粒子-光学电子束路径中的一些点处仍个别受到影响；然而，经常存在所有个别粒子束都会通过其传播的磁透镜，例如物镜、聚光镜和/或场透镜或相应的***)。若针对每一个别粒子束指定一样本图像(单视场，single field of view、sFOV)，其中样本图像构成一整体样本图像(多视场，multi-field of view、mFOV)，则单行***中的失真情况与多行***中的不同：因为它们仅穿过一行，个别粒子束在其整体上经历像场旋转，因此个别样本图像相对于彼此不会额外旋转。在此情况下，像场旋转及由于样本相对于样本支架的不准确定位的旋转可叠加。原则上，所述缺陷检测的方法在此也可针对每一样本图像个别进行。
为了即使在使用多粒子束***时仍进一步整体改进缺陷检测的方法，根据一较佳的具体实施例，针对多个样本图像以逐壳层化(shell-wise)方式进行该方法。逐壳制程从基础样本图像开始进行。此样本图像可居中位于多个样本图像内，但也可能的是，其在相对于其的横向偏移的位置，或例如在***区域附近。若以排列在中心的样本图像作为起点，则围绕该中心样本图像的多个完整的壳可由围绕中心或基础样本图像排列的其他样本图像定义。若基础样本图像未居中排列，则壳层可能不完整，但本发明仍可使用逐壳层的作法。样本图像的配准仍以逐样本图像区域方式针对每一样本图像进行，且仅在样本图像区域内进行偏移校正。此外，通过比较所校正样本图像区域与个别相关联参考图像区域，逐像素进行缺陷检测。然而，针对多个样本图像进行配准及缺陷检测的顺序是重要的，且此顺序为逐壳层。在新的/更多外壳层中进行缺陷检测之前，可进行该壳层内样本图像的位置的额外校正。例如，可针对样本图像的中心位置进行位置校正和/或可校正样本图像的整体取向。随后，在逐像素缺陷检测步骤之前的配准步骤中，仅所识别结构的横向偏移被校正。逐壳层制程有助于减少由于错误传播所出现的误差，特别是存在旋转为失真时的情况。一多图像(也就是mFOV)中存在越多样本图像(也就是sFOV)，则此类误差的减少越重要。
根据本发明的较佳具体实施例，样本图像彼此以六边形方式排列和/或样本图像具有与邻近的样本图像的重叠。通过个别样本图像的六边形排列，形成整体六边形多样本图像，其又可与其他多样本图像以平铺(镶嵌图块)方式彼此相邻放置。因此，多粒子束***较佳为以3n(n-1)+1个个别粒子束操作，其中n表示自然数。然而，也可能的是，样本图像相对于彼此以不同方式(例如，以棋盘方式)排列。不同样本图像之间的重叠使得更容易将样本图像拼接在一起以形成多样本图像。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：
选择样本图像作为基础样本图像；
针对基础样本图像进行方法步骤a)至g)以检测缺陷；
选择排列在围绕基础样本图像的第一壳层中的第一样本图像；以及
针对第一样本图像进行方法步骤a)至g)以检测缺陷。
所选定基础样本图像较佳为其中显示易于识别结构的样本图像。基础样本图像应被安全地配准，因为进一步的配准及后续的缺陷检测皆由基础样本图像的配准所建立。一旦基础样本图像被正确地配准，并具有所述的先决条件(样本图像的失真很小，且样本图像中与缺陷相关的欲检查结构很小)，则开始第一样本图像的配准及围绕基础样本图像的第一壳的校正(配准)的样本图像中的缺陷检测。若样本图像彼此以六边形方式排列，则围绕基础样本图像的第一(完整)壳层包含六个进一步的样本图像。如上面已进一步描述的，通过逐样本图像区域校正每一样本图像区域中所识别结构的横向偏移，样本图像在此配准，且针对所有样本图像区域形成所校正的样本图像区域。上述的详细说明据此适用。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：基于第一壳层的第一个别样本图像的逐样本图像区域配准，确定针对失真的第一旋转角度。
确定的第一旋转角度在此以第一近似值将旋转描述为失真。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法包括下列步骤：
选择排列在围绕基础样本图像的第二壳层中的第二样本图像；
基于确定的第一旋转角度校正第二样本图像的位置；以及
针对位置校正的第二样本图像进行方法步骤a)至g)以检测缺陷。
第二壳层也可为封闭的壳层或仅部分壳层。若样本图像以六边形排列，则完整第二壳具有12个第二样本图像。基于确定的第一旋转角度，第二样本图像被配准。在此情况下，例如，若第二壳层的第二样本图像也如此，即其旋转第一旋转角度，则推断第二样本图像以何种方式偏移/偏移至何种程度。参考确定的第一旋转角度从而确保配准的简化起始条件，其中(如同原则上的情况)样本图像区域通过校正所识别结构的横向偏移而逐样本图像区域地配准。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：基于第二壳层的第二样本图像的逐样本图像区域配准，确定针对失真的第二旋转角度。
由于此第二旋转角度的确定，改进了第一旋转角的现有值。首先，围绕基础样本图像的第二壳比围绕基础样本图像的第一壳明显排列更多的第二样本图像。因此，改进了用于确定第二旋转角度的数据基础。其次，随着与旋转中心的距离增加，可被确定的旋转角度的精确度增加。
根据本发明的较佳具体实施例，该方法更包括下列步骤：
选择排列在围绕基础样本图像的第三壳层中的第三样本图像；
基于确定的第二旋转角度校正第三样本图像的位置；以及
针对位置校正的第三个别样本图像进行方法步骤a)至g)以检测缺陷。
第三壳也可为完整的壳或部分壳。若个别样本图像彼此以六边形方式排列(镶嵌图块)，则完整第三壳具有18个个别样本图像。基于确定的第二旋转角度，第三个别样本图像接着被配准。在此，先前方法步骤中确定的第二旋转角度也用于针对缺陷检测/配准制程提供更好的起始条件，以便针对第三壳的第三个别样本图像的配准。此外，基于第三壳层的第三个别样本图像的配准，可确定失真的第三旋转角度。以所述的方式，该方法可针对一个或多个进一步壳层进行，其中这些壳层也可为完整的壳层或仅部分壳层。因此，关于旋转角度的确定，所述方法具有迭代性，且随着每一次迭代，旋转角度典型上变得可更精确地确定。样本图像的配准从基础样本图像开始越往外移动，则将确定的旋转角度作为配准的一部分的考虑也变得越重要：无需事先考虑先前方法步骤中确定的旋转角度，在越远位置的壳层中样本图像的配准失效的可能性越高。将出现一情况，即在不考虑旋转角度的情况下，将在样本的参考图像的区域中搜索配准，其仅具有数个区域或与样本图像的实际相关联区域/感兴趣区域不具有任何共同的区域。针对所述原因，在通过多粒子束检查***获得的样本图像中失真的情况下，样本图像的逐壳层配准在检测样本中缺陷的方法中作出重要贡献。
根据本发明的进一步方面，本发明有关一计算机程序产品，其具有用于进行该方法的程序代码，如上面各种具体实施例变型及实例中所述。在此情况下，程序代码可分割成一个或多个部分代码。代码可以任何所需的程序语言编写。
所述的本发明具体实施例彼此可全部或部分组合，只要不引起技术矛盾即可。
附图说明
参考附图将更好地理解本发明，其中：
图1显示多射束粒子显微镜(MSEM)的示意图；
图2示意性说明样本图像相较于参考图像的失真；
图3示意性显示样本图像分割为多个样本图像区域；
图4示意性显示样本图像区域的配准结果；
图5示意性显示以旋转形式确定失真图案；
图6示意性显示旋转对多个样本图像的效果；以及
图7示意性显示样本图像中彼此叠加的失真效果。
具体实施方式
图1为多射束粒子显微镜1形式的粒子束***1的示意图，其使用多个粒子束。粒子束***1生成多个粒子束，其被入射在欲检查的对象上以在那里生成交互作用产物，例如二次电子，其从该对象发出且随后被检测到。粒子束***1为扫描式电子显微镜(SEM)类型，其使用多个一次粒子束3，其被入射在对象7的表面上的多个位置5处并在那里产生多个电子束斑点、或斑点，其在空间上彼此分开。欲检查的对象7可为任何所需的类型，例如半导体晶片或生物样本中，并包含微型元件或其类似物的排列。对象7的表面排列在物镜***100的物镜102的第一平面101(物平面)中。
图1中的放大细节I1显示物平面101的平面图，其具有在第一平面101中形成的入射位置5的规则性矩形场103。在图1中，入射位置的数量为25个，其形成5x5场103。入射位置的数量25为由于简化说明而选择的数字。实际上，可选择明显更大的射束数量，从而选择入射位置数量，例如，20x30、100x100等。
在所述的具体实施例中，入射位置5的场103实质上为规则的矩形场，邻近的入射位置之间具有恒定间距P1。间距P1的示例性值为1微米、10微米及40微米。然而，场103也可能具有其他对称性，例如，诸如六边形对称。
第一平面101中形成的射束点的直径可以很小。该直径的示例性值为1纳米、5纳米、10纳米、100纳米及200纳米。通过物镜***100进行用于塑形束斑点5的粒子束3聚焦。
入射在对象上的一次粒子生成交互作用产物，例如二次电子、背散射电子或由于其他原因而反向运动的一次粒子，其从对象7的表面或第一平面101发出。从对象7的表面发出的交互作用产物通过物镜102塑形而形成二次粒子束9。粒子束***1提供用于将多个二次粒子束9引导至检测器***200的粒子束路径11。检测器***200包含具有投射透镜205的粒子光学单元以将二次粒子束9导向粒子多检测器209。
图1中的细节I2显示平面211的平面图，其中坐落粒子多检测器209的个别检测区域，其中二次粒子束9被入射在位置213处。入射位置213位于彼此具有规则间距P2的场217中。间距P2的示例性值为10微米、100微米及200微米。
一次粒子束3于包含至少一个粒子源301(例如，电子源)、至少一个准直透镜303、多孔径配置305及场透镜307的电子束生成装置300中生成。粒子源301产生发散粒子束309，其通过准直透镜303准直或至少实质上准直，以塑形照射多孔径配置305的射束311。
图1中的细节I3显示多孔径配置305的平面图。多孔径配置305包含多孔板313，其具有形成于在其中的多个开口或孔315。开口315的中点317排列在场319中，其被成像在由物平面101中的束斑点5形成的场103上。孔315的中点317之间的间距P3可具有5微米、100微米及200微米的示例值。孔315的直径D小于孔的中点之间的距离P3。直径D的示例性值为0.2x P3、0.4x P3及0.8x P3。
照射粒子束311的粒子穿过孔315并形成粒子束3。入射在板313上的照射束311的粒子被板313吸收，因此不会用于形成粒子束3。
由于施加的静电场，多孔径配置305以在平面325中形成束焦点323的方式聚焦每一粒子束3。或者，束焦点323可为虚拟的。束焦点323的直径可为例如10纳米、100纳米及1微米。
场透镜307与物镜102提供第一成像粒子光学单元，用于将平面325(其中形成束焦点323)成像在第一平面101上，使得在该处形成束斑点或入射位置5的场103。若对象7的表面排列在第一平面中，则在物表面上相应地形成束斑点。
物镜102与投射透镜装置205提供第二成像粒子光学单元，用于将第一平面101成像在检测平面211上。因此，物镜102为作为第一与第二粒子光学单元的一部分的透镜，而场透镜307仅属于第一粒子光学单元，而投射透镜205仅属于第二粒子光学单元。
射束开关400设置在多孔径配置305与物镜***100之间的第一粒子光学单元的射束路径中。射束开关400也为物镜***100与检测器***200之间的射束路径中的第二光学单元的一部分。
关于此类多射束粒子束***及其中使用的部件的进一步信息，诸如，例如粒子源、多孔板及透镜，可从国际专利申请案WO 2005/024881 A2、WO 2007/028595 A2、WO 2007/028596 A1、WO 2011/124352 A1及WO 2007/060017 A2以及德国专利申请案DE 10 2013016 113 A1及DE 10 2013 014 976 A1中获得，其揭露内容是以引用方式全部并入本专利申请案供参考。
多粒子束***更包含一计算机***10，其配置成用于控制多粒子束***的个别粒子光学部件及评估与分析使用多检测器209获得的信号。其也可用于进行根据本发明的方法。在此情况下，计算机***10可由多个个别的计算机或部件构成。
图2示意性说明样本图像20相较于参考图像的失真。样本图像20使用个别粒子束生成，其中此个别粒子束可为个别粒子束检查***的唯一粒子束或来自多粒子束***的多个个别粒子束3的个别粒子束。样本图像20对应于，例如，MSEM的个别像场(单视场，sFOV)。在所示的实例中，样本图像20为矩形，并具有长边21与稍短边22。样本图像20的典型尺寸为大约10μm(短边22)或12μm(长边21)。然而，边21、22的尺寸也可更大或更小。
样本图像20包含多个结构23a至32a，其在此是以细长条为例来说明。在样本图像20中同样显示相关联参考图像的结构23b至32b。样本图像20与被指定至该样本图像20的参考图像形成图像对。结构23a至32a在图2中以填满图案表示，而指定至参考图像的结构23b至32b仅以轮廓显示。图2显示个别结构23a至32a不确切地位于参考结构23b至32b上。在样本图像20的中心区域中，结构27a与27b以及28a与28b仍相当良好地彼此叠加。然而，在样本图像20的角落区域中，不再为此情况：在右上角落，结构25a与26a相对于参考结构25b与25b位于下方并向右偏移。在样本图像20的右下角落，结构31a与32a也向下偏移，但在此情况下向左。此也出现在样本图像20的其他角落：左下角落的结构29a与30a相对于参考结构29b与30b向左上偏移。样本图像20左上角落的结构23a与24a相对于参考结构23b与24b向右上偏移。
当观察结构23a至32a并比较图2中的参考结构23b至32b时，很明显发现，使用一纯偏移或多个纯偏移无法使结构彼此重合。反而，结构23a至32a呈现出相对于参考图像的样本图像20的失真。若针对样本图像20进行常规缺陷检测方法，结果将会有多个误判缺陷：所校正样本图像20与参考图像的基于像素的比较提供了许多缺陷的误判(false positive)信号，因为相关联结构23a至32a与23b至32b在许多位置根本无法彼此叠加。是否特别将成功的样本图像选择做为参考图像或者是否参考图像为基于样本的设计数据的仿真图像，在此无关紧要。举例来说，基于样本的设计数据的仿真图像，对半导体样本的缺陷检测(D2DB缺陷检测)而言，通常是常规的作法。
图3现说明本发明的基本概念并示意性显示将样本图像20分割为多个样本图像区域40至44。样本图像区域40至44在此仅以示例说明，且当然整个样本图像20分割成多个样本图像区域(换言之，图3未显示所有样本图像区域)。在所示的实例中，样本图像区域40至44或所有样本图像区域具有相同尺寸及相同大小。在所示的实例中，其为正方形，并具有例如大约2μm的边缘长度。
图4现说明例如针对样本图像区域42，样本图像区域42的配准：配准根据本发明的方法进行，其通过在个别指定的参考图像区域中基于所识别结构或结构25b与26b的位置校正所识别结构或结构25a与26a的横向偏移，从而形成所校正的样本图像区域42’。图4A显示配准(registration)之前的开始情况，图4B显示逐样本图像区域配准后的情况：结构25a与26a可通过横向偏移Δx、Δy而与参考图像的指定结构25b与26b实质上重合。样本图像区域中结构的位置相较于参考图像区域中的位置的偏差非常小，甚至该偏差可能小至低于粒子束***的测量精确度/分辨率。在所示的实例中，横向偏移在相互线性上独立的两个方向上进行，在本情况中为在彼此正交的x轴与y轴的方向上。x轴与y轴相应地绘制于图4A中。图4B显示横向偏移Δx与Δy。
逐样本图像区域配准使得有可能在基于像素的缺陷检测期间显著减少或完全防止误判缺陷的数量。若进行校正的样本图像区域42’与相关联参考图像区域的基于像素的比较，则样本图像区域25a与26a的结构非常精确地叠加于参考图像区域的结构25b与26b的顶部，其中基于像素的缺陷检测不会提供误判缺陷。
在此应注意的是，为了说明原理，图中的位置偏差明显被夸大。偏差特别是可低于检测极限或低于粒子束检查***的分辨率。
在图3所示的实例中，样本图像区域40至44不重叠。然而，可能的是，样本图像区域40至44与邻近的样本图像区域具有重叠，样本图像区域被选择为至少与预期缺陷的尺寸一样大。这确保在样本图像区域40至44的至少一个中实际上可见到真正的缺陷。若计数缺陷，应注意位于两样本图像区域中的实际上相同的缺陷不被计数两次。
在图3及图4所示的实例中，样本图像20的失真很小，而针对相关联偏移
在此情况下，表示视场Wx x Wy中的位置，且/>表示相关联偏移。若满足此方程式，则样本图像20中的结构23a至32a仍位于其预期位置附近。在此情况下，相对于指定的参考图像区域，个别样本图像区域40至44或所有样本图像区域的初始配准将会成功。举例来说，可考虑个别射束扫描电子显微镜的视场(FOV)为10μm。位于其中的结构旋转1mrad，使得位于其中的结构从其预期位置(参考图像中的预期位置)偏移不超过10nm。
在图3及图4所示的实例中，样本图像20中的尺寸CD的结构23a至32a(其为欲检查的缺陷)很小，且适用下列：
在具有尺寸CDx的窗口内
以及
在具有尺寸CDy的窗口内
因此，条件(2a)、(2b)意指不同位置的失真变化不会太大。因此，结构23a至32a实际上不因失真而改变其形状(条形不会变成曲折形，反之亦然)。在现有半导体缺陷检测方法中，通常不论如何皆满足上述两条件(1)及(2a)或(2b)。举例而言，使一结构具有空间范围为15nm，且由于失真而经历1mrad的旋转。随后，此结构会经历不大于0.05nm的局部失真，其反过来低于粒子束检查***的典型分辨率极限。结构可发生的典型偏移在约10nm的数量级内。经常发生的结构形状改变在小于1nm的范围内，例如约0.1nm，其低于典型粒子束检查***的分辨率极限。
此外，在图3及图4中，与样本图像区域40至44的边缘长度APB相关的两个需求(3)及(4)被满足，如上面本案的一般部分所讨论：
根据方程式(3)，样本图像区域40至44的尺寸或大小从而为最大程度出现的失真的大小的至少五倍。在所示的实例中，此应用于横向偏移被校正时的每一方向上，在所示的实例中为在x方向与y方向上。根据方程式(4)，位置相依性失真在每一样本图像区域40至44上的改变不会显著超过作为缺陷检测的一部分的缺陷尺寸ADef的约一半。
图5示意性显示旋转形式的失真图案的确定。在此，重新参考图2所示的实例，图5所示的结构与图2中的相同。当考虑到样本图像区域42、45、46、47及48时，有可能基于每一样本图像区域发现的偏移Δx、Δy，得出关于样本图像20的失真函数或失真图案的结论。所示实例为旋转，其由相对应的箭头52、55、56及57表示。样本图像区域52、55、56及57的结构相对于样本图像中点整体或近似中心排列的样本图像区域48旋转。此旋转导致横向偏移的不同校正或导致不同样本图像区域42、45、46及47中两尺寸Δx、Δy的偏移。若失真函数或失真图案为已知，则有可能基于此而调整和/或校准粒子束检查***。在未来的记录中，样本图像(从而样本图像区域)随后可能具有较小的失真或根本无失真；此当然也取决于所发现的失真的类型。
图6示意性说明对多个样本图像201至209的旋转效果。多个样本图像201至209对应于多视场(mFOV)，其可例如使用多束电子显微镜获得。在多粒子束***中，所发生的失真的差异取决于检查***的构造类型：若为具有多个行的***，其中个别电子束或粒子束被引导通过专门指定给该射束的光学单元，获得例如图6A所示的图案或图6A所示的失真：样本图像20i的中点对应于参考图像的中点。通过实例说明的是样本图像205与209的中点60与69。图6同样通过虚线说明一个参考图像或多个参考图像的坐标系。尽管中点是一个置于另一者的顶部之上，或正确排列，但仍然存在失真。在每一情况下，个别样本图像20i相对于参考图像旋转大约相同的绝对值。即整体而言，在基于像素的缺陷检测中，不使用根据本发明的方法，在整个多视场的配准期间或也在每一样本图像20i的配准期间，多个误判缺陷将在一个步骤中被检测。然而，这可通过根据本发明针对每一样本图像区域进行每一样本图像20i的配准而防止误判，如上所述。
图6B显示不同失真的实例，其中在此情况下失真也为旋转。不同于图6A，其中旋转由粒子束***的行的每一粒子光学单元中的场旋转引起，图6B所示的失真可以两方式引起：首先，可能的是，欲检查的样本(半导体样本)仅以有限的精准度被排列在样本支架上，并在制程中发生旋转。然而，也可能的是，根据图6B的多粒子束检查***为具有个别行的多射束***，其中所有个别粒子束3穿过共同粒子光学单元。在制程中，所有个别粒子束3在其穿过磁透镜的磁场时(例如，在穿过共同物镜102时)有可能经历像场旋转。在此情况下，由样本图像201至209构成的多视场(mFOV)整体相对于中心60被偏移或旋转。此可例如参考样本图像209：在此，样本图像209的中心不再与参考图像的坐标系69的零点相同。若在图6B所示的失真情况下，针对每一样本图像20i完整地进行个别样本图像20i的配准，即不分割成样本图像区域，可清楚发现，在后续基于像素的样本图像20i与相关联参考图像的比较中，许多误判缺陷将被检测到。误判缺陷的数量随着与旋转中心60的距离增加而增加。在此，每一样本图像20i的个别样本图像区域的配准提供如上述的重要改进。然而，尽管如此，在多射束***中，针对每一样本图像20i，可仅逐样本图像区域进行配准，而没有进一步配准措施，且后续基于像素的缺陷检测仍不足够。针对此一情况，本发明所提出的配准多个样本图像20i不仅是以逐样本图像区域方式，还以相对于样本图像的逐壳层(shell-wise)化方式。
图7a通过实例显示包含多个样本图像20i的配准的逐壳层缺陷检测，其中多个样本图像20i相对于参考图像具有旋转形式的失真。图7a显示不同失真彼此叠加于顶部的一般情况(图6A及图6B中所示的失真的叠加)。图7右侧显示具有参考轴XRef与YRef的参考坐标系。
针对根据本发明的缺陷检测方法，首先选择样本图像作为基础样本图像：该基础样本图像表示在由参考标志205所示的实例中。选择基础样本图像使得在样本图像205中非常确定地定位的结构(未显示)可被可靠指定给参考图像中的相应结构。其次，以所述方式进行基础样本图像205的缺陷检测，其中相关联样本图像区域在样本图像205中以逐样本图像区域的方式配准。然后，选择排列在围绕基础样本图像205的第一壳S1中的第一样本图像：在所示的实例中，这些为样本图像201至204以及206至209。由于样本图像201至204以及206至209与基础样本图像205空间上很接近，缺陷检测和针对第一壳层S1的样本图像以逐样本图像区域方式的配准也非常成功。在配准及缺陷检测之后，确定失真的第一旋转角度：该旋转角度在第一壳层S1的虚线圆中通过小型黑色箭头表示。在进一步的方法步骤中，随后选择排列在围绕基础样本图像205的第二壳层S2中的第二样本图像；在所示的实例中，仅说明第二壳层的一些样本图像，特别是样本图像2010至2015。在缺陷检测开始之前，其包含样本图像2010至2015的配准，或更一般地在第二壳层S2中样本图像的配准，样本图像的位置基于确定的第一旋转角度而被校正。因此，可防止样本图像2010至2015的中心区域相对于参考***移得更远，直至最终根本不可能在样本图像与参考图像之间进行指定。在旋转的校正后，第二个别样本图像2010至2015随后以所述方式配准，并针对第二个别样本图像2010至2015进行缺陷检测方法，即以逐样本图像区域方式。在进一步的方法步骤中，可再次确定旋转角度，且该方法整体可针对一个或多个进一步壳层的样本图像进行。用于确定旋转角度的样本图像越多，则可确定的越精确，且整体失真校正越好。因此，在配准步骤后的基于像素的比较中，更好的缺陷检测变得有可能。
根据本发明的检测样本(特别是半导体样本)中的缺陷的方法使能通过逐样本图像区域配准而显著减少或防止误判缺陷检测。此对于通过个别射束粒子束检查***记录的样本图像及通过多粒子束检查***记录的样本图像皆适用。在后一情况下，针对缺陷检测，在所有所校正的样本图像区域与个别指定的参考图像区域的基于像素的比较之前，多个样本图像的壳层化样本图像区域配准甚至可进一步改进该方法。
实例1.一种检测样本、特别是半导体样本中的缺陷的方法，其包括下列步骤：
提供样本的参考图像；
提供通过粒子束检查***生成的样本图像，其中该样本图像可能具有失真；
将该样本图像分割成样本图像区域；
将该参考图像分割成参考图像区域，其中每一样本图像区域被指定一个参考图像区域以形成图像区域对；
在每一图像区域对中识别存在于图像区域对的样本图像区域及所指定参考图像区域中的结构；
基于所识别结构在相应所指定的参考图像区域中的位置，并通过校正每一样本图像区域中所识别结构的横向偏移，配准样本图像区域，从而形成校正的样本图像区域；以及
逐像素比较每一校正的样本图像区域与相应相关联的参考图像区域以检测缺陷。
实例2.如实例1所述的方法，其更包括下列步骤：
提供预期缺陷尺寸ADef；以及
定义该样本图像区域的边缘长度APB，使得边缘长度APB为在样本图像区域中出现的最大程度的失真的大小的至少五倍，因此
实例3.如前述实例中任一者所述的方法，其更包括下列步骤：
提供预期缺陷尺寸ADef；以及
定义该样本图像区域的边缘长度APB，使得位置相依性失真在样本图像区域上的变化不会显著超过预期缺陷尺寸ADef的一半，因此
其中表示位置相依性失真/>的梯度的绝对值。
实例4.如前述实例中任一者所述的方法，
其中相应所识别结构的横向偏移在相对于彼此线性独立的两方向上被校正，特别是在两相互正交的方向上。
实例5.如前述实例中任一者所述的方法，
其中在分割样本图像时，选择所述样本图像区域的尺寸，使得所述样本图像区域的形状不因失真而实质上改变。
实例6.如前述实例所述的方法，
其中样本图像区域为四边形，特别是矩形或正方形，且其中由于失真不超过预定数量的像素，使得该样本图像区域的角落之间相对于彼此的距离相对于参考图像区域的角落之间相对于彼此的相关距离偏移。
实例7.如前述实例所述的方法
其中由于失真不超过预期缺陷尺寸的一半，使得该样本图像区域的角落之间相对于彼此的距离相较于参考图像区域的角落之间相对于彼此的相关距离偏移。
实例8.如前述实例中任一者所述的方法，
其中相互邻近的样本图像区域具有重叠，且
其中重叠被选定为至少预期缺陷尺寸的大小。
实例9.如前述实例中任一者所述的方法，
其中相对于参考图像，该样本图像具有仿射失真；和/或
其中相对于参考图像，该样本图像具有非线性失真。
实例10.如前述实例中任一者所述的方法，
其中该样本图像包含相较于参考图像的旋转。
实例11.如前述实例中任一者所述的方法，其更包括下列步骤：
在配准期间基于样本图像区域的所校正的横向偏移以确定样本图像的失真函数或失真图案。
实例12.如前述实例所述的方法，其更包括下列步骤：
基于失真函数和/或失真图案调整和/或校准该粒子束检查***。
实例13.如前述实例中任一者所述的方法，其更包括下列步骤：
相对于参考图像粗略配准样本图像。
实例14.如前述实例中任一者所述的方法，
其中该粒子束检查***为个别粒子束***，特别是单独射束电子显微镜(SEM)或氦离子显微镜(HIM)。
实例15.如实例1至13中任一者所述的方法，
其中该粒子束检查***为多粒子束***，特别是以多个个别粒子束操作的多射束电子显微镜(MSEM)。
实例16.如前述实例所述的方法，
其中该方法针对多个样本图像进行，且
其中每一样本图像通过指定至其的个别粒子束生成。
实例17.如前述实例所述的方法，
其中所述多个样本图像以壳层化方式来配准。
实例18.如前述实例所述的方法，
其中所述样本图像相对于彼此以六边形方式排列；和/或其中所述样本图像具有与邻近的样本图像的重叠。
实例19.如前述实例所述的方法，其更包括下列步骤：
选择样本图像作为基础样本图像；
配准该基础样本图像；
选择排列在围绕基础样本图像的第一壳层中的第一样本图像；以及
配准该第一样本图像。
实例20.如前述实例所述的方法，其更包括下列步骤：
基于第一壳层的第一样本图像的配准，确定针对失真的第一旋转角度。
实例21.如前述实例所述的方法，其更包括下列步骤：
选择排列在围绕基础样本图像的第二壳层中的第二样本图像；以及
基于确定的第一旋转角度以配准第二样本图像。
实例22.如前述实例所述的方法，其更包括下列步骤：
基于第二壳层的第二样本图像的配准，确定针对失真的第二旋转角度。
实例23.如前述实例所述的方法，其更包括下列步骤：
选择排列在围绕基础样本图像的第三壳层中的第三样本图像；以及
基于确定的第二旋转角度以配准第三个别样本图像。
实例24.如前述实例所述的方法，
其中针对一个或多个进一步壳层以进行该方法。
实例25.一种计算机程序产品，其包含用于进行如前述实例1至24中任一者所述的方法的程序代码。
附图标记列表
1 多射束粒子显微镜
3 一次粒子束(个别粒子束)
5 束斑点、入射位置
7 物体
8 样本台
9 二次粒子束
10 计算机***、控制器
11 二次粒子束路径
13 一次粒子束路径
20 样本图像
21 样本图像的侧边
22 样本图像的侧边
23 结构
24 结构
25 结构
26 结构
27 结构
28 结构
29 结构
30 结构
31 结构
32 结构
40 样本图像区域(补块)
41 样本图像区域(补块)
42 样本图像区域(补块)
43 样本图像区域(补块)
44 样本图像区域(补块)
45 样本图像区域(补块)
46 样本图像区域(补块)
47 样本图像区域(补块)
48 样本图像区域(补块)
52 标记失真(旋转)的箭头
55 标记失真(旋转)的箭头
56 标记失真(旋转)的箭头
57 标记失真(旋转)的箭头
60 坐标原点、样本图像区域205的中心(基础样本图像区域)
69 样本图像区域209的中心
100 物镜***
101 物平面
102 物镜
103 场
110 孔
200 检测器***
205 投射透镜
207 检测区域
209 粒子多检测器
211 检测平面
213 入射位置
215 检测区域
217 场
300 射束生成装置
301 粒子源
303 准直透镜***
305 多孔径配置
306 微光学
307 场透镜***
309 发散粒子束
311 照射粒子束
313 多孔板
315 多孔板中的开口
317 开口的中点
319 场
323 束焦点
325 中间像平面
400 射束开关
XRef 参考图像的x轴
YRef 参考图像的y轴
Δx 在x方向上的横向偏移
Δy 在y方向上的横向偏移
S1 第一壳层
S2 第二壳层
APBx 样本图像区域在x方向上的边缘长度
APBy 样本图像区域在y方向上的边缘长度。

Claims (26)

1.一种用于检测样本、特别是半导体样本中的缺陷的方法，包括下列步骤：
a)提供该样本的参考图像；
b)提供通过粒子束检查***生成的样本图像，其中该样本图像包含相对于该参考图像的旋转；
c)将该样本图像分割成样本图像区域；
d)将该参考图像分割成参考图像区域，其中每一样本图像区域被指定一个参考图像区域以形成图像区域对；
e)在每一图像区域对中识别存在于该图像区域对的该样本图像区域以及所指定的参考图像区域两者中的结构；
f)基于所识别结构在相应所指定的参考图像区域中的位置，并通过校正每一样本图像区域中所识别结构的横向偏移，配准所述样本图像区域，从而形成多个校正的样本图像区域；以及
g)逐像素比较每一校正的样本图像区域与相应相关联的参考图像区域以检测缺陷。
2.如权利要求1所述的方法，更包括下列步骤：
提供预期缺陷尺寸ADef；以及
定义该样本图像区域的边缘长度APB，使得该边缘长度APB为在该样本图像区域中出现最大程度的失真的大小的至少五倍，也就是
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，更包括下列步骤：
提供预期缺陷尺寸ADef；以及
定义该样本图像区域的边缘长度APB，使得位置相依性失真在一样本图像区域上的变化不会明显超过该预期缺陷尺寸ADef的一半，因此
其中表示该位置相依性失真/>的梯度的绝对值。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中相应所识别结构的相应横向偏移在相对于彼此线性独立的两方向上被校正，特别是在两相互正交的方向上。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中在分割该样本图像时，选择所述样本图像区域的尺寸，使得所述样本图像区域的形状不因该失真而实质上改变。
6.如权利要求5所述的方法，
其中所述样本图像区域为四边形，特别是矩形或正方形，且
其中由于该失真不超过预定数量的像素，使得所述样本图像区域的角落之间相对于彼此的距离相较于所述参考图像区域的角落之间相对于彼此的相关距离而偏移。
7.如权利要求6所述的方法，
其中由于该失真不超过预期缺陷尺寸的一半，使得所述样本图像区域的角落之间相对于彼此的距离相较于所述参考图像区域的角落之间相对于彼此的相关距离而偏移。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中相互邻近的样本图像区域具有重叠，且
其中相应重叠被选定为至少预期缺陷尺寸的大小。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中相对于该参考图像，该样本图像具有除了该旋转之外的另一仿射失真；和/或
其中相对于该参考图像，该样本图像具有一非线性失真。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，更包括下列步骤：
在配准期间基于所述样本图像区域的所校正的横向偏移以确定该样本图像的失真函数或失真图案。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，更包括下列步骤：
确定该样本图像相对于该参考图像的旋转角度。
12.如权利要求11所述的方法，更包括下列步骤：
基于该失真函数和/或该失真图案以调整和/或校准该粒子束检查***。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，更包括下列步骤：
相对于该参考图像粗略配准该样本图像。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中该粒子束检查***为个别粒子束***，特别是单独射束电子显微镜(SEM)或氦离子显微镜(HIM)。
15.如权利要求1至13中任一项所述的方法，
其中该粒子束检查***为多粒子束***，特别是以多个个别粒子束操作的多射束电子显微镜(MSEM)。
16.如权利要求15所述的方法，
其中该方法针对多个样本图像进行，且
其中每一样本图像借助于指定至其的个别粒子束生成。
17.如权利要求16所述的方法，其中该多粒子束***包含用于所述多个个别粒子束的单行。
18.如权利要求16至17中任一项所述的方法，
其中该方法针对所述多个样本图像以壳层化方式进行。
19.如权利要求18所述的方法，
其中所述样本图像相对于彼此以六边形方式排列；和/或
其中所述样本图像具有与邻近的样本图像的重叠。
20.如权利要求19所述的方法，更包括下列步骤：
选择样本图像作为基础样本图像；
针对该基础样本图像进行所述方法步骤a)至g)以检测缺陷；
选择排列在围绕该基础样本图像的第一壳层中的第一样本图像；以及
针对所述第一样本图像进行所述方法步骤a)至g)以检测缺陷。
21.如权利要求20所述的方法，更包括下列步骤：
基于该第一壳层的第一样本图像的逐样本图像区域配准，确定针对该失真的第一旋转角度。
22.如权利要求21所述的方法，更包括下列步骤：
选择排列在围绕该基础样本图像的第二壳层中的第二样本图像；
基于确定的第一旋转角度以校正该第二样本图像的位置；以及
针对位置校正的第二样本图像进行所述方法步骤a)至g)以检测缺陷。
23.如权利要求22所述的方法，更包括下列步骤：
基于该第二壳层的第二样本图像的逐样本图像区域配准，确定针对该失真的第二旋转角度。
24.如权利要求23所述的方法，更包括下列步骤：
选择排列在围绕该基础样本图像的第三壳层中的第三样本图像；
基于确定的第二旋转角度以校正该第三样本图像的位置；以及
针对位置校正的第三个别样本图像进行所述方法步骤a)至g)以检测缺陷。
25.如权利要求24所述的方法，
其中针对样本图像的一个或多个进一步壳层以进行所述方法步骤a)至g)以检测缺陷。
26.一种计算机程序产品，包含用于进行如前述权利要求1至25中任一项所述的方法的程序代码。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5777392A (en) 1995-03-28 1998-07-07 Nec Corporation Semiconductor device having improved alignment marks
US6462818B1 (en) 2000-06-22 2002-10-08 Kla-Tencor Corporation Overlay alignment mark design
US7068833B1 (en) 2000-08-30 2006-06-27 Kla-Tencor Corporation Overlay marks, methods of overlay mark design and methods of overlay measurements
EP2579271B8 (en) 2003-09-05 2019-05-22 Carl Zeiss Microscopy GmbH Particle-optical systems and arrangements and particle-optical components for such systems and arrangements
DE602006020899D1 (de) 2005-09-06 2011-05-05 Applied Materials Israel Ltd Teilchenoptische Anordnung mit teilchenoptischer Komponente
DE602006013707D1 (de) 2005-11-28 2010-05-27 Applied Materials Israel Ltd Teilchenoptische komponente
US9336981B2 (en) 2010-04-09 2016-05-10 Applied Materials Israel Ltd. Charged particle detection system and multi-beamlet inspection system
SG10201708537XA (en) * 2013-06-07 2017-11-29 Asti Holdings Ltd Systems and methods for automatically verifying correct die removal from film frames
DE102013014976A1 (de) 2013-09-09 2015-03-12 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Teilchenoptisches System
DE102013016113B4 (de) 2013-09-26 2018-11-29 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verfahren zum Detektieren von Elektronen, Elektronendetektor und Inspektionssystem
KR102520386B1 (ko) 2017-03-20 2023-04-11 칼 짜이스 마이크로스카피 게엠베하 하전 입자 빔 시스템 및 방법
US10997710B2 (en) * 2017-10-18 2021-05-04 Kla-Tencor Corporation Adaptive care areas for die-die inspection
US10522376B2 (en) * 2017-10-20 2019-12-31 Kla-Tencor Corporation Multi-step image alignment method for large offset die-die inspection

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