检测缺陷的方法和用于执行该方法的设备与流程

通过引用方式将2017年11月29日提交的题为“methodofdetectingadefectandapparatusforperformingthesame”的韩国专利申请no.10-2017-0161876整体并入本文。

一个或多个实施例涉及用于检测缺陷的设备和方法。

背景技术：

电子束可用于检测衬底上的缺陷。根据一种方法，可以使用电子束来多次扫描衬底的整个表面以获得平均图像。然后可以将平均图像与参考图像进行比较以检测缺陷。

该方法可能具有若干缺点。例如，无论是否检测到缺陷，都会使用电子束来多次扫描衬底的整个表面。因此，扫描时间可能很长。此外，无论缺陷的大小，都会使用相同的灵敏度来检测所述缺陷。因此，可能检测不到非常小的缺陷。可以使用高灵敏度来检测非常小的缺陷。然而，当对衬底的整个表面使用高灵敏度时，会增加用于检测缺陷的时间。

技术实现要素：

根据一个或多个实施例，一种检测缺陷的方法包括：使用第一电子束来初步扫描衬底的区域；检测第一缺陷；使用第二电子束来二次扫描衬底的第一剩余区域；以及检测第二缺陷，其中，所述衬底的所述第一剩余区域是通过从所述衬底的所述区域排除所述第一缺陷所位于的第一部分来定义的。

根据一个或多个其他实施例，一种用于检测缺陷的方法包括：使用初步电子束扫描衬底的整个区域；获得初步图像；将初步缺陷检测灵敏度应用于所述初步图像；将所述衬底的所述整个区域划分为图案化区域和非图案化区域；使用第一电子束来初步扫描所述衬底的所述图案化区域；获得第一图像；将第一缺陷检测灵敏度应用于所述第一图像，所述第一缺陷检测灵敏度高于所述初步缺陷检测灵敏度；检测第一缺陷；使用第二电子束来二次扫描所述图案化区域的第一剩余区域，所述图案化区域的所述第一剩余区域是通过从所述图案化区域排除所述第一缺陷所位于的第一部分来定义的；获得第二图像；将第二缺陷检测灵敏度应用于所述第二图像，所述第二缺陷检测灵敏度高于所述第一缺陷检测灵敏度；以及检测第二缺陷。

根据一个或多个其他实施例，一种用于检测缺陷的设备包括：扫描仪，其使用电子束来多次扫描衬底以检测缺陷；以及控制器，其将所述衬底的剩余区域设置为所述扫描仪中的扫描区域，所述衬底的所述剩余区域是通过从先前扫描的区域中排除所述缺陷所位于的部分来定义的。

根据一个或多个其他实施例，一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令被执行时使控制器控制以下各项操作：使用第一电子束来初步扫描衬底的区域；检测第一缺陷；使用第二电子束来二次扫描所述衬底的第一剩余区域；以及检测第二缺陷，其中，所述衬底的所述第一剩余区域是通过从所述衬底的所述区域排除所述第一缺陷所位于的第一部分来定义的。

附图说明

通过参考附图来详细描述示例性实施例，各特征对于本领域技术人员将变得明白易懂，在附图中：

图1示出了用于检测缺陷的设备的实施例；

图2示出了用于检测缺陷的方法的实施例；

图3示出了具有图案化区域和非图案化区域的衬底的实施例；

图4示出了参考图像和初步图像之间的电压差的示例；

图5示出了具有通过初步扫描检测到第一缺陷的区域的衬底的示例；

图6示出了参考图像和通过初步扫描获得的第一图像之间的电压差的示例；

图7示出了具有通过二次扫描检测到第二缺陷的区域的衬底的示例；

图8示出了参考图像和第二图像之间的电压差的示例；

图9示出了具有通过第三次扫描检测到第三缺陷的区域的衬底的示例；以及

图10示出了参考图像和第三图像之间的电压差的示例。

具体实施方式

图1示出了使用电子束来检测衬底s上的缺陷的设备的实施例。衬底s可以包括掩模衬底。掩模衬底可以包括例如极紫外(euv)掩模衬底。在一个实施例中，所述设备可以使用电子束来检测半导体衬底上的缺陷。衬底s可以具有图案化区域和非图案化区域。

该设备可以包括扫描仪和控制器(con)150。扫描仪可以多次扫描衬底s以检测缺陷。控制器150可以将剩余区域设置为扫描仪中的扫描区域。可以通过从衬底的先前扫描区域中排除缺陷可能位于其中的部分来定义所述剩余区域。

扫描仪可以包括扫描单元(扫描仪)110、检测单元(检测器)120、图像获得单元(iou)130和图像处理单元(图像处理器)140。扫描单元110可以使用电子束来扫描衬底s。检测单元120可以检测从由所述电子束扫描的衬底s发射的二次电子。图像获得单元130可以根据二次电子来获得图像。图像处理单元140可以处理该图像以检测缺陷。

扫描单元110可以将电子束照射到衬底s的表面。扫描单元110可以在衬底s上水平移动以扫描衬底s的表面。在一个实施例中，衬底s可以是水平移动的，而扫描单元110的位置是固定的。

可以基于从扫描单元110照射的电子束的强度来确定由图像获得单元130获得的图像的可见度。当电子束的强度相对低(例如，低于预定值)时，由图像获得单元130获得的图像的可见度也可能是低的(例如，低于预定水平)。当电子束的强度相对较高(例如，高于预定值)时，由图像获得单元130获得的图像的可见度也可能是高的(例如，高于预定水平)。

图像处理单元140可以将图像与参考图像进行比较以检测缺陷。参考图像可以对应于没有缺陷的正常衬底的图像。在示例实施例中，图像处理单元140可以将来自所述图像的电压与来自参考图像的电压进行比较，以计算电压之间的电压差。图像处理单元140可以将预定的缺陷检测灵敏度应用于所述图像和参考图像之间的电压差以检测缺陷。例如，当电压差低于预定缺陷检测灵敏度时，图像处理单元140可以确定衬底s没有缺陷。当电压差不小于预定缺陷检测灵敏度时，图像处理单元140可以确定衬底s具有缺陷。图像处理单元140还可以检测衬底s上的缺陷的位置。因此，图像处理单元140可以具有随缺陷检测灵敏度而变化的缺陷检测能力。

控制器150可以设置扫描单元110的扫描区域，例如检查区域。例如，控制器150可以根据扫描次数逐渐减小扫描单元110的检查区域。在示例实施例中，控制器150可以从后续扫描区域中排除可以通过先前扫描检测到缺陷的部分。因此，随后的扫描区域可以对应于通过从先前扫描的区域排除先前扫描检测到缺陷的部分而定义的区域。此外，控制器150可以从检查区域中排除所述衬底s的未图案化区域。例如，控制器150可以仅将衬底s的图案化区域设置为所述检查区域。

控制器150可以与扫描次数成比例地逐渐增加缺陷检测灵敏度。在一个实施例中，控制器150可以基于扫描次数，与逐渐减小的检查区域成比例地来在图像处理单元140中设置逐渐增加的缺陷检测灵敏度。

此外，控制器150可以根据扫描次数来逐渐增加电子束的强度。例如，控制器150可以基于扫描次数来逐渐增加照射到逐渐减小的检查区域的电子束的强度。

在示例实施例中，当扫描单元110使用初步电子束来扫描所述衬底s的整个表面时，所述图像获得单元130可以获得初步图像。控制器150可以在图像处理单元140中设置初步缺陷检测灵敏度。图像处理单元140可以将初步缺陷检测灵敏度应用于初步图像和参考图像之间的电压差，以将衬底s划分为图案化区域和非图案化区域。控制器150可以从扫描单元110的扫描区域中排除非图案化区域。因此，扫描单元110的第一检查区域可以对应于图案化区域。

扫描单元110可以使用第一电子束来首次扫描衬底s的仅第一检查区域，例如，图案化区域。图像获得单元130可以获得图案化区域的第一图像。当第一检查区域仅包括图案化区域时，第一扫描时间可以小于初步扫描时间。

控制器150可以提供强度高于初步电子束的强度的第一电子束。因此，由图像获得单元130获得的第一图像的可见度可以高于初步图像的可见度。控制器150可以在图像处理单元140中设置高于初步缺陷检测灵敏度的第一缺陷检测灵敏度。图像处理单元140可以将第一缺陷检测灵敏度应用于第一图像和参考图像之间的电压差，以便检测衬底s上的第一缺陷和所述第一缺陷的位置。控制器150可以从第二检查区域中排除第一缺陷所在的第一部分。因此，后续扫描过程的第二检查区域可以对应于第一检查区域的第一剩余区域，所述第一检查区域的第一剩余区域是通过从第一检查区域中排除第一缺陷所在的部分来定义的。

扫描单元110可以二次扫描衬底s的仅第二检查区域，例如，图案化区域中的除了可以使用第二电子束来检测第一缺陷的区域之外的第一剩余区域。图像获得单元130可以获得第二检查区域的第二图像。当第二检查区域仅包括第一检查区域中的除了检测到第一缺陷的第一部分之外的第一剩余区域时，第二扫描时间可以小于第一扫描时间。

控制器150可以提供强度高于第一电子束的强度的第二电子束。因此，由图像获得单元130获得的第二图像的可见度可以高于第一图像的可见度。控制器150可以在图像处理单元140中设置高于第一缺陷检测灵敏度的第二缺陷检测灵敏度。图像处理单元140可以将第二缺陷检测灵敏度应用于第二图像和参考图像之间的电压差，以检测衬底s上的第二缺陷和所述第二缺陷的位置。

第二缺陷的大小可以小于第一缺陷的大小。控制器150可以从第三检查区域中排除第二缺陷位于其中的第二部分。因此，后续扫描过程的第三检查区域可以对应于第二检查区域的第二剩余区域，所述第二检查区域的第二剩余区域是通过从第二检查区域排除第二缺陷可以位于其中的第二部分来定义的。

扫描单元110可以使用第三电子束来第三次扫描衬底s的仅第三检查区域，例如，图案化区域中的除了第一缺陷和第二缺陷所位于的部分之外的第二剩余区域。图像获得单元130可以获得第三检查区域的第三图像。当第三检查区域仅包括第二检查区域中的除了第二缺陷可能位于其中的第二部分之外的第二剩余区域时，第三扫描时间可以小于第二扫描时间。

控制器150可以提供强度高于第二电子束强度的第三电子束。因此，由图像获得单元130获得的第三图像的可见度可以高于第二图像的可见度。控制器150可以在图像处理单元140中设置高于第二缺陷检测灵敏度的第三缺陷检测灵敏度。图像处理单元140可以将第三缺陷检测灵敏度应用于第三图像和参考图像之间的电压差，以便检测衬底s上的第三缺陷和所述第三缺陷的位置。第三缺陷的大小可以小于第二缺陷。

当第三缺陷检测灵敏度对应于最高缺陷检测灵敏度时，非常小的缺陷(例如，使用第三缺陷检测灵敏度未能检测到的缺陷)可能不会导致半导体器件的故障。在这种情况下，控制器150可以结束扫描仪的操作。

当第三缺陷检测灵敏度低于最高缺陷检测灵敏度时，控制器150可以在从扫描单元110的第四扫描区域中排除第三缺陷所位于的部分的情况下，进行扫描单元110和图像处理单元140的上述操作。可以执行扫描单元110、图像处理单元140和控制器150的以下操作，直到可能使用了最高(或其他预定的)缺陷检测灵敏度为止。

图2示出了用于检测缺陷的方法的实施例，该方法可以使用例如图1中的设备来执行。图3示出了具有图案化区域和非图案化区域的衬底的示例。图4示出了参考图像和通过初步扫描获得的初步图像之间的电压差的示例。

图5示出了具有通过初步扫描检测到第一缺陷的区域的衬底的示例。图6示出了参考图像和通过初步扫描获得的第一图像之间的电压差的示例。

图7示出了具有通过二次扫描检测到第二缺陷的区域的衬底的示例。图8示出了参考图像和通过二次扫描获得的第二图像之间的电压差的示例。

图9示出了具有通过第三次扫描检测到第三缺陷的区域的衬底的示例。图10示出了参考图像和通过第三次扫描获得的第三图像之间的电压差的示例。

参照图1至图10，在操作st200中，扫描单元110可使用初步电子束扫描衬底s的整个表面。检测单元120可以检测从初步电子束所照射到的衬底s的表面发射的二次电子。图像获得单元130可以根据检测到的二次电子来获得初步图像。

可以准确地将衬底s上的图案化区域pr和非图案化区域nr彼此区分开。因此，可能不需要提供具有高可见度的初步图像来区分图案化区域pr和非图案化区域nr。因此，控制器150可以以相对较低的预定强度提供从扫描单元110照射的初步电子束。从而，由图像获得单元130获得的初步图像可以具有相对较低的可见度。

在操作st210中，图像处理单元140可以将初步缺陷检测灵敏度应用于初步图像，以便将图3中衬底s的表面上的图案化区域pr与非图案化区域nr区分开。

图像处理单元140可以将初步图像与参考图像进行比较。在一个实施例中，图像处理单元140可以测量初步图像和参考图像之间的电压差。如图4中所示，因为图案化区域pr与非图案化区域nr之间的电压差相对大(例如，高于预定水平)，所以图像处理单元140可以将低的初步缺陷检测灵敏度应用于图案化区域pr和非图案化区域nr之间的电压差，以便区分衬底s上的图案化区域pr与非图案化区域nr。

在操作st220中，控制器150可以仅将图案化区域pr设置为第一检查区域。例如，第一检查区域可以对应于通过从衬底s的整个表面排除非图案化区域nr而定义的区域。

在操作st230中，扫描单元110可以使用第一电子束初步扫描仅第一检查区域，例如图案化区域pr。检测单元120可以检测从第一电子束所照射的第一检查区域发射的二次电子。图像获得单元130可以根据检测到的二次电子来获得第一图像。第一图像可以对应于第一检查区域的图像，例如图案化区域pr的图像。

控制器150可以提供强度高于初步电子束的强度的、从扫描单元110照射的第一电子束。因此，由图像获得单元130获得的第一图像的可见度可以高于初步图像的可见度。

在操作st240中，图像处理单元140可以将第一缺陷检测灵敏度应用于第一图像，以便检测图5中的第一检查区域上的第一缺陷。

图像处理单元140可以将第一图像与参考图像进行比较。在一个实施例中，图像处理单元140可以测量第一图像和参考图像之间的电压差。如图6中所示，因为由第一缺陷引起的电压差可能小于由图案化区域pr引起的电压差，所以使用初步缺陷检测灵敏度可能无法检测到第一缺陷。因此，图像处理单元140可以将第一缺陷检测灵敏度(其高于初步缺陷检测灵敏度)应用于第一图像和参考图像之间的电压差，以便检测衬底s的第一检查区域上的第一缺陷和所述第一缺陷的部分d1。

在操作st250中，控制器150可以将第一检查区域的第一剩余区域(其可以通过从第一检查区域排除第一缺陷所位于的第一部分d1来定义)设置为第二检查区域。例如，第二检查区域可以对应于通过从第一检查区域排除第一缺陷检测部分d1而定义的区域。

在操作st260中，扫描单元110可以使用第二电子束二次扫描仅第二检查区域。检测单元120可以检测从第二电子束所照射到的第二检查区域发射的二次电子。图像获得单元130可以根据检测到的二次电子来获得第二图像。第二图像可以对应于第二检查区域的图像。

控制器150可以提供强度高于第一电子束的强度的、从扫描单元110照射的第二电子束。因此，由图像获得单元130获得的第二图像的可见度可以高于第一图像的可见度。

在操作st270中，图像处理单元140可以将第二缺陷检测灵敏度应用于第二图像，以便检测图7中的第二检查区域上的第二缺陷。第二缺陷的大小可以小于第一缺陷的大小。

图像处理单元140可以将第二图像与参考图像进行比较。在一个实施例中，图像处理单元140可以测量第二图像和参考图像之间的电压差。如图8中所示，当由第二缺陷引起的电压差小于由第一缺陷引起的电压差时，使用第一缺陷检测灵敏度可能无法检测到第二缺陷。因此，图像处理单元140可以将第二缺陷检测灵敏度(其高于第一缺陷检测灵敏度)应用于第二图像和参考图像之间的电压差，以便检测衬底s的第二检查区域上的第二缺陷和所述第二缺陷的部分d2。

在操作st280中，控制器150可以将第二检查区域的第二剩余区域(其可以通过从第二检查区域排除第二缺陷所位于的第二部分d2来定义)设置为第三检查区域。因此，第三检查区域可以对应于通过从第二检查区域排除第二缺陷检测部分d2而定义的区域。

在操作st290中，扫描单元110可以使用第三电子束第三次扫描仅第三检查区域。检测单元120可以检测从第三电子束所照射到的第三检查区域发射的二次电子。图像获得单元130可以从检测到的二次电子获得第三图像。第三图像可以对应于第三检查区域的图像。

控制器150可以提供强度高于第二电子束的强度的、从扫描单元110所照射的第三电子束。因此，由图像获得单元130获得的第三图像的可见度可以高于第二图像的可见度。

在操作st300中，图像处理单元140可以将第三缺陷检测灵敏度应用于第三图像，以便检测图9中的第三检查区域上的第三缺陷。第三缺陷的大小可以小于第二缺陷的大小。

图像处理单元140可以将第三图像与参考图像进行比较。在一个实施例中，图像处理单元140可以测量第三图像和参考图像之间的电压差。如图10中所示，当由第三缺陷引起的电压差低于由第二缺陷引起的电压差时，使用第二缺陷检测灵敏度可能无法检测到第三缺陷。因此，图像处理单元140可以将第三缺陷检测灵敏度(高于第二缺陷检测灵敏度)应用于第三图像和参考图像之间的电压差，以便检测衬底s的第三检查区域上的第三缺陷。

在示例实施例中，所述方法可以包括单个初步扫描过程和三个扫描过程，例如四个扫描过程。在其他示例实施例中，所述方法可以包括不同数量的扫描过程，例如，两个、三个、五个或更多个扫描过程。

在示例实施例中，所述方法和设备可以使用一个扫描仪来检测缺陷。在其他示例实施例中，所述方法和设备可以使用至少两个扫描仪来检测缺陷。例如，所述方法和设备可以使用四个扫描仪来检测衬底的四个区域上的缺陷。

在示例实施例中，所述方法可以应用于检测半导体衬底上的缺陷。因此，包括可以应用所述方法的半导体衬底的半导体器件也可以包括在本文公开的实施例的范围内。

在示例实施例中，所述方法可以应用于检测掩模衬底上的缺陷。因此，使用可以应用所述方法的掩模衬底制造的半导体器件也可以包括在本文公开的实施例的范围内。

本文描述的方法、过程和/或操作可以由将通过计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备执行的代码或指令来执行。计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备可以是本文描述的那些或除了本文描述的元件之外的元件。因为详细描述了形成所述方法的基础的算法(或计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备的操作)，所以用于实现所述方法实施例的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备转换成用于执行本文所述的方法的专用处理器。

本文公开的实施例的控制器、处理器和其他信号生成和信号处理特征可以以非暂时性逻辑单元(例如，可以包括硬件、软件或两者)来实现。当至少部分地以硬件实现时，控制器、处理器和其他信号生成和信号处理特征可以是例如各种集成电路中的任何一种，所述各种集成电路包括但不限于专用集成电路、现场可编程门阵列、逻辑门的组合、片上系统、微处理器、或其他类型的处理或控制电路。

当至少部分地以软件实现时，控制器、处理器和其他信号生成和信号处理特征可以包括例如用于存储要执行的代码或指令的存储器或其他存储设备，所述代码或指令将由例如计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备执行。计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备可以是本文描述的那些或除了本文描述的元件之外的元件。因为详细描述了形成所述方法(或计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备的操作)的基础的算法，所以用于实现所述方法实施例的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备转换成用于执行本文所述的方法的专用处理器。

上述方法的各种操作可以由能够执行所述操作的任何适当的设备执行，所述适当的设备例如各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块。

所述软件可以包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表，并且可以包含在任何“处理器可读介质”中以供指令执行系统、设备或装置使用或与之结合使用，所述指令执行系统、设备或装置例如单核或多核处理器或包含处理器的系统。

结合本文中所公开的实施例而描述的方法或算法的块或操作以及及功能可直接体现于硬件中、由处理器执行的软件模块中或两者的组合中。如果以软件实施，则可将功能作为一个或多个指令或代码存储在有形的非暂时性计算机可读介质上或通过其传输。软件模块可以驻留在以下各项中：随机存取存储器(ram)、闪存、只读存储器(rom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cdrom、或本领域已知的任何其他形式的存储介质。

根据前述示例实施例中的一个或多个，可以从待经历后续扫描处理的扫描区域中排除其中通过先前扫描处理检测到缺陷的衬底的部分。因此，在随后的扫描过程中可不扫描具有缺陷的区域。从而，扫描时间可显着减少。此外，缺陷检测灵敏度可以与扫描次数成比例地逐渐增加，这可以以其他方式减小扫描区域。从而，可以精确地检测小的缺陷。如本文所使用的，术语高、低、大、小和其他相对术语可以例如相对于彼此和/或相对于预定值或水平来定义。

本文已经公开了示例实施例，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅以一般性和描述性意义来使用和解释，而不是出于限制的目的。在一些情况下，如本领域技术人员在提交本申请时显而易见的，结合特定实施例描述的特征、特性和/或要素可单独使用或与结合其他实施例描述的特征、特性和/或要素组合使用，除非另有说明。因此，在不脱离权利要求中阐述的实施例的本质和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。