[发明专利]使用设计补偿扫描电子显微镜束的失真引起的计量误差

说明书

本发明揭示用于量化且校正用于计量操作的图像中的不均匀性的方法及系统。可使用晶片的计量区域图像及设计剪辑。所述计量区域图像可为扫描电子显微镜图像。所述设计剪辑可为所述晶片的所述设计剪辑或合成设计剪辑。可量化且校正包含电子束失真的工具失真。可将所述设计剪辑应用到所述计量区域图像以获得合成图像，使得一或多个工艺改变变化被抑制且一或多个工具失真被增强。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2018年1月5日申请且指派为第201841000566号申请案的印度专利申请案及2018年2月26日申请且指派为第62/635,316号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述申请案的揭示内容特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及半导体晶片计量。

背景技术

半导体制造行业的演进对良率管理及特定来说计量及检验系统提出更高要求。临界尺寸在缩小而晶片大小在增大。经济性在驱动行业缩短实现高良率、高价值生产的时间。最小化从检测到良率问题到解决它的总时间决定半导体制造商的投资报酬率。

制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常包含使用大量制造工艺处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征及多个层级。举例来说，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上的布置中制造多个半导体装置且接着将其分离为个别半导体装置。

在半导体制造期间的各种步骤使用计量过程来监测且控制工艺。计量过程与检验过程不同的处在于：不同于其中在晶片上检测缺陷的检验过程，计量过程用于测量无法使用现有的检验工具确定的晶片的一或多个特性。计量过程可用于测量晶片的一或多个特性，使得工艺的性能可从一或多个特性确定。举例来说，计量过程可测量在工艺期间形成于晶片上的特征的尺寸(例如，线宽、厚度等)。另外，如果晶片的一或多个特性是不可接受的(例如，在所述特性的预定范围之外)，那么可使用晶片的一或多个特性的测量来更改工艺的一或多个参数，使得由所述工艺制造的额外晶片具有可接受特性。

随着先进技术节点中的图案密度及复杂度增大，使用扫描电子显微镜(SEM)的自动化线内计量操作正主张先进工艺控制中的增大的份额。然而，使用SEM获得的图像容易受到跨视野(FOV)的特定不均匀性影响。这些不均匀性的大部分对于缺陷重检、分类或类似练习是可容忍或可忽略的。然而，FOV内或跨FOV的此类不均匀性可导致计量操作中的系统性或随机测量误差。

一些不均匀性可包含SEM束引发的失真，其源自束位置误差、束点大小误差、像散校正(stigmation)误差或其它原因。所成像的一些层还可归因于在FOV边缘处的主光束偏转而展现此行为。此类误差通常可引发在晶片的不同部分处的单个FOV内或跨多个FOV的图像失真。

图5到8是通过比较示范不均匀性或工艺系统性的示范性SEM图像。图5是不具有跨FOV的可见失真的清晰图像。图6是具有跨FOV的失真的失真图像。在图6的接触孔阵列区中，在FOV的边缘处的接触点归因于用于成像的未校准束而失真。失真接触孔的直径测量将归因于失真效应而受影响。

图7是不具有工艺系统性的清晰图像。FOV中的接触点的平均直径是类似的。图8是具有工艺系统性的图像。FOV中的接触点的平均直径是不同的。就束失真来说，图8的图像可被标记为未失真清晰图像。

增加此问题的复杂度的是，跨多个帧对许多SEM图像求平均值。这些失真可不恒定贡献于个别帧。SEM图像可展现带电假影或展示所成像的结构的不实表示。

虽然这些失真对于重检或分类可能不是关键的，但计量操作的性能可通过量化且校正所述失真而改进。因此，需要半导体晶片计量的改进方法及系统。

发明内容