将工具组件的操作区域调整至预定单元的方法

专利名称：将工具组件的操作区域调整至预定单元的方法
技术领域：
本发明涉及一种在标称相同栅格单元的标称规则栅格中将工具组件的操作区域定位在预定的、随机栅格单元上的方法，从而利用调整机构实现定位，该方法包括如下步骤1.在栅格中找到初始位置参考点；2.执行工具组件相对于栅格的位移；3.随后在栅格中找到位置参考点；4.测试预定栅格单元是否在工具组件操作区域的预定距离以内；5.根据测试结果，重复步骤2，如果必要则重复步骤3、4。
本发明还涉及执行本发明方法的设备。
背景技术：
该方法例如在半导体工业的缺陷分析中被应用，其中期望利用例如扫描电子显微镜(SEM)在半导体电路的标称相同存储单元中检查特定的单元，例如存储单元。这样的半导体电路也许已经脱离了晶片，也可构成晶片的一部分。
在SEM的情况中，聚焦的电子束检查采样，例如半导体电路。在电子束撞击采样的位置，发射次级电子及其它，后者利用次级电子探测器(SED)而被探测到。在这种方式下，能以图像形式连续获得的(位置相关)信息被获取。SEM的焦点大小现今为例如1nm，以便随之产生具有高分辨率的图像。
在半导体工业中，具有例如30cm横截面的所谓晶片被加工为IC。从某种意义上说，晶片被分解为数十甚至数百个IC，从而再每个IC上有无数的半导体元件。这些半导体元件通常在IC上形成标称相同结构的栅格，正如该IC处于存储单元形式的半导体元件的情况下。为了减少生产损耗，期望检查特定的半导体元件。
检查特定单元例如特定存储单元的期望可例如从电测试产生，其中发现所关心的单元的属性是否会偏离其它单元的规格。通过检查这种特定单元，人们能够获知引起偏离的深层原因，引导处理和/或生产的改善，从而减少生产损耗。
例如现今在半导体工业中使用的存储单元通常占据小于1平方微米的面积，并组成栅格，其中排列例如1000×1000个存储单元。为了能够利用例如SEM检查特定存储单元，SEM的操作区域(图像区域)不得不被移位至该特定存储单元。为此目的，首要的是定位易于识别的点，例如栅格的角点，使人能够据此移位至要进行检查的存储单元。
在上述方法中，通过SEM能够获得的半导体电路的图像在显示器上被连续显示。固定在移动机构例如x-y工作台上的半导体电路可利用例如操纵杆被移位。首先，图像区域被移位至在已知位置例如栅格角点的栅格单元。根据这个已知位置，人们事先知道为了到达所要检查的单元，必须移位多少行和多少列。接着，半导体电路利用操纵杆被移位，从而人眼同时跟随显示器上的半导体电路的位移。然后通过位移期间图像在半导体电路上移位了多少行和多少列来计数，最终到达预定位置。
公知方法的缺点在于计数误差可能很大，例如由于中断或干扰了正专心于执行该方法的人员。计数误差会容易产生或者人们会错误地计数，然后整个过程不得不重新执行。在这种环境下人们必须意识到x-y工作台的移动在该放大倍数下以类似振动的方式发生，从而成像小于1μm2的单元。
应该注意单元不是必须以矩形栅格的形式排列，也可以是例如偏斜的栅格或者例如蜂窝形式的栅格。这些栅格形式增大了产生计数误差的可能性。

发明内容
本发明的一个目的在于提供一种方法，其产生计数误差的可能性小于在前面所述方法情况下产生计数误差的可能性。
为了实现这一目的，按照本发明的方法的特征在于-位移的形式为位移跳变；-最大跳变尺寸基于以下条件而定-在栅格周期单元中所示的位移结构的位置不确定性和/或，
-在栅格周期单元中所示的栅格的周期的不确定性，以及；-位移跳变被选为小于最大跳变尺寸。
本发明基于以下认识，即在位移跳变之后，在远小于栅格单元之间的栅格距离的精度下确定栅格单元的位置。结果，在每次位移跳变之后可消除跳变尺寸中的不确定性。但是，在一个栅格单元和与其相距整数个栅格距离的标称相同栅格单元之间不进行区分。因此必须在跳变之后知道在标称相同栅格单元的栅格中，必须确定哪个栅格单元的位置。由调整机构执行的位移的不确定性通常取决于跳变尺寸。现通过选择跳变尺寸，使得跳变尺寸的不确定性小于半个栅格距离，在必须确定哪个栅格单元的位置这一问题上不会发生混乱。通过将从已知位置到预定栅格单元的位置的位移分为其中的不确定性小于半个栅格距离的跳变尺寸，并通过消除每次跳变之后跳变的不确定性，工具组件由此被最终调整至预定栅格单元。
应该注意，移动机构的不确定性会引起不确定性，但这种误差也可由栅格周期的不规则性引起。
还应该注意，跳变尺寸的不确定性在不同方向上不必是相同的。这是由于移位机构(例如机械移位工作台)的不确定性在不同方向上可以是不同的。此外，栅格的周期在不同方向上可以不同，对于不同的方向产生不同的最大跳变尺寸。
在按照本发明的方法的一个实施例中，利用相关技术找到位置参考点。
在这些使用工具组件的实例中，例如在图像形成技术中，利用例如交叉相关可确定两个图像的移位。这实质上是公知技术。因此交叉相关可用于确定两个图像的移位——一个在位移跳变之前被记录，另一个在位移跳变之后被记录。该移位由基于位移跳变的期望分量和基于位移跳变不确定性的随机分量组成。因此可确定随机分量，并随后消除其影响。
应该注意，图像的移位不必等于跳变尺寸当位移是整数个栅格距离时，图像移位例如标称等于零(记录是标称相同的)。
还应该注意，术语“图像”不能仅视为平面图像(2D)，还可理解为空间图像(3D)。
使用相关技术的一个优点在于该方法能以自动方式执行，导致计数误差的风险进一步减小，并导致人员花费的减少。
使用相关技术的另一个优点是人们由此使用来自例如SEM的整个图像的信息，使得即使在信噪比低的情况下仍可以较好地确定移位，从而还可以较好地确定跳变尺寸。
使用相关技术的一个附加优点是在栅格单元不完全相同的情况下还可较好地确定移位，例如由于某些栅格单元的损坏，或者由于栅格单元(部分)不可见，例如由于灰尘粒子位于其上。这还导致产生计数误差的危险进一步减小。
应该注意，2000年11月12-16日于华盛顿贝尔维尤，H.W.Tan等人在Proceedings of the 26th International Symposium on Testing andFailure Analsis(关于测试和故障分析的国际讨论会)上第469-476页提出的“Automatic IC Die Positioning in the SEM(SEM中自动IC模压定位)”中，描述了一种在半导体电路上自动定位SEM图像平面的方法。特别地，在第473页右栏中，阐明了一种在栅格单元的一个规则栅格的情况下实现该目的的方法。在这种情况下，对于第一半导体电路，首先产生从初始位置到要检测的位置的移动，接着产生回到初始位置的移动。在回移过程中，产生一系列记录。对于另一个半导体电路，如果标称相同初始位置处的人员接着利用图像识别技术，在每个跳变之后，人员将所记录的图像与一系列在先记录的图像之一进行比较，便可在每次跳变之后消除位置的不确定性，而且人员可复制第一半导体电路上经过的路径。
因此Tan等人的方法适于复制位移，例如在第一半导体电路上在先实现的位移，但在其它半导体电路上，没有提供本发明问题的解决办法，即在随机选择的预定栅格单元定位的问题。
在按照本发明的方法的另一个实施例中，利用粒子束找到位置参考点。
为了检测具有最大尺寸为几个微米或更小的单元，期望远小于1μm的分辨率。这种分辨率不能通过光学显微镜获得。但是，在SEM的情况下，例如使用电子聚焦束，焦点的大小远小于1μm，例如1nm。结果，图像以例如一个或几个nm的分辨率形成。
应该注意，束不必是聚焦束。例如在发射电子显微镜(TEM)中，采样通常采用基本上平行入射的束照射，从而产生采样的阴影图像。
在按照本发明的方法的另一步实施例中，移位机构引起粒子束的偏转。
替代的是，也可以应用例如图像区域相对栅格单元的机械移位，非机械移位。当利用粒子束时，例如电子束和离子束，图像区域可利用电/磁场偏转粒子束来移位。
在按照本发明的方法的又一个实施例中，工具组件是扫描探针显微镜(SPM)。
扫描探针显微镜，例如扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、静电力显微镜、扫描近场光学显微镜等能够呈现很小的细节，直至原子尺寸的细节。按照本发明的方法非常适于将这种扫描探针显微镜的图像区域移位预定数量的栅格距离。
在按照本发明的方法的又一个实施例中，栅格是半导体电路上图案的栅格。
半导体工业中使用的半导体电路通常表示精微小单元的规则栅格。为了检测这种栅格，这种栅格中的单元必须具有例如高于1μm的精度。当前期望是半导体电路的结构尺寸在未来只会减小，单元数量只会增大。结果，移位机构(例如移动工作台)相对于单元尺寸的相对不精确度也只会增大。在这些电路的情况下应用本发明的方法具有很大吸引力。
在按照本发明的方法的又一个实施例中，利用电磁辐射找到位置参考点。
工具组件可以是光学显微镜，但还可以是例如检测X射线辐射的显微镜(以位置相关的方式)。
应该注意，如果栅格所在位置的采样对使用的电磁辐射来说是完全透明的，则不只会在二维栅格中还会在三维栅格中确定位置参考点。还应该注意，可以想到工具组件利用某种类型的辐射照射物体，但也可观察到另一种类型的辐射。在这一环境中，人们能够例如观察荧光单元，它响应于例如附带粒子束(例如电子束)的X射线辐射或照射而发光。当栅格由例如电子束照射时，人们还可观察到X射线辐射。
在按照本发明的方法的又一个实施例中，利用声音找到位置参考点。
工具组件可发送和/或接收声音，例如超声波，从而实施例如回波描记术。作为一种应用，人们能够例如观察到在医学领域中应用的回波描记术(籍此工具组件生产并检测超声波)，还可观察在石油工业中定位油田所应用的回波描记术，此声波例如由爆炸产生。
在按照本发明的方法的又一个实施例中，利用磁共振找到位置参考点。
在磁共振的情况下，要检测的采样被放在磁场中，该磁场具有梯度。接着，采样被暴露于特定频率的电磁辐射，该频率取决于磁场。对其响应，该采样(特别是采样中的氢原子)吸收并接着再发射电磁辐射，该辐射以振幅、频率和/或相位形式给出有关该采样的信息。
当该采样包含可利用磁共振检测的栅格单元时，工具组件的图像区域可相对于该栅格而被定位。该栅格可以是二维栅格，但也可以是三维栅格。
在按照本发明的方法的又一个实施例中，在工具组件操作区域相对该栅格的非中断移动期间找到位置参考点。
在每次跳变之后，重复停止并再开始移位机构的移动耗费时间。通过在非中断移动期间找到位置参考点节省了时间。
应该注意，在例如为了找到位置参考点而记录图像的情况下，在移动时记录图像会引起某种程度的图像变形。但是，如果在所比较的记录之间出现很大程度的相关，则关于确定所实现位移的结果是不显著的。还可产生具有相同的位移速度和方向的两条记录，以便两条记录具有相同的图像变形。另一种可能是通过操作图像之一来补偿产生的图像变形。


下面基于附图阐明本发明，其中相同的参考标号代表相应的结构。其中-图1示意性地表示执行本发明的方法的设备；-图2A示意性地表示产生位移跳变之前的图像；-图2B示意性地表示产生位移跳变之后的图像；-图2C示意性地表示图2A和图2B的期望的和实现的图像位移；-图2D示意性地表示对应于图2C的交叉相关图案；
-图3示意性地表示STM；-图3A表示图3的区域A的放大部分。
具体实施例方式
图1示意性地表示执行本发明的方法的SEM形式的设备。
要分析的采样例如半导体电路110位于x-y工作台112形式的移位机构上。用电子柱120形式的工具元件的散焦电子束122照射半导体电路110。照射的结果是，释放次级电子，其被次级电子探测器(SED)126检测到。还释放X射线，可以利用探测器127检测X射线，探测器128在此探测所释放的光。半导体电路110、移位机构112以及探测器126、127和128位于真空腔130中，真空腔通过真空装置(未示出)被抽空。如本领域技术人员所知，这种抽空是必要的，以便使电子柱120和SED126正常工作。
由于电子束122的焦点124通过受控制单元140控制的电子柱120在半导体电路110上形成光栅，探测器126、127和128将从半导体电路110检测位置相关信息。来自探测器126、127和128中的一个或多个的信息在监视器144上通过图像处理单元142被转换为电子柱120的图像区域的图像108-i。通过这种方式，在监视器144上呈现由该设备产生的每条记录。
应该注意，例如以矩形栅格形式排列的单元也可以是利用电子束激发的荧光标记，从而发光。这种标记可以是例如涂有硫化镉或硒化镉的毫微晶体。通过利用探测器128检测所释放的光，图1的设备适于根据电子束122的分辨率确定这种标记的位置。这是因为仅当电子束位于标记上时才发光，结果标记被激发。以矩形栅格形式排列的单元也可包含一种材料，该材料发射其X射线辐射特征(利用探测器127可探测)，可在此基础上确定这些单元的位置。
图2A示意性地表示第一图像108-i的结构。图2A还表示定向栅格，该定向栅格具有结构栅格的周期。该定向栅格不是规则结构的一部分，并可视为固定在监视器144的屏幕上。这里着重表示结构100-1，以便简化下一附图即图2B的相同部分。
图2B示意性地表示在向右一个栅格距离的期望位移之后，图像108-2的结构。图2B还表示一个定向栅格。该定向栅格不是规则结构的一部分，并可视为固定在监视器144的屏幕上。以下的图像108-2相对于图像108-1被移位，如图2A所示，但能够清楚地看到实际位移不对应于向右一个栅格距离的期望的位移。
图2C示意性地表示相对于图2A的期望的和实现的图像位移。期望的位移——向右一个栅格距离——用位移矢量200表示。正方形202描绘了出现期望位移矢量的区域，假设在该位移跳变中的不确定性为小于半个栅格距离。由于该栅格是标称相同结构的栅格，因此存在产生类似画面的许多可能位移。这些位移中的一部分用矢量204-i表示。通过这些矢量，人们必须选择描述实际移位的位移矢量。由于该结构是标称相同的，因此无法基于该结构的形式找到正确的矢量。然而众所周知，所实现的位移矢量必须位于正方形202的范围内，因此矢量204-1表示所实现的位移。毫无疑问，只有一个位移矢量可在正方形202中终止。现通过确定矢量200和矢量204-1之差，可消除位移跳变中不确定性的影响。
尽管在某些结构的情况下，能够以简单的方式确定这些结构的位置参考点伴随物，但并不总是能够以容易的方式实现。例如，如果由于该结构不能被明确定义而不容易在该结构上确定位置参考点，如果尘埃粒子位于该结构上，如果该结构被破坏等等，均会发生问题。在这些情况下，相关技术的利用是很有吸引力的。
如相关技术领域的技术人员所知，交叉相关是一种确定两个图像相互移位的算法。在交叉相关的情况下，使用第一图像——所谓参考图像——相对于第二图像的不同移位，人们确定该参考图像和该第二图像之间灰度值(灰度级别)的一致性。这里所确定的值(每个移位一个值)可存储在存储器和/或第三图像中，从而每个点的(灰度)值都对应第一图像和第二图像之间的相关值。应该注意，当图像具有有限尺寸时，通常也是这种情况，图像在移位时相互之间只会部分重叠。人们可选择仅仅比较两个图像的重叠部分。如本领域技术人员所知，这和处理图像区域有限性的相应技术就是所谓的“分屏”。
图2D示意性地表示通过比较图2A和2B所示图像而形成的交叉相关图案。它显示了六个相关顶点210-i，即图像的六次相互移位，从而发生高度相关。毫无疑问这些相关顶点应该用于确定实际位移。如果不确定程度小于半个栅格距离，则寻找后相关顶点与期望位置200的距离应该小于半个栅格，即在正方形202的范围内。因此很清楚哪个相关顶点描述了实际位移，并可确定实际位移。
图2D和图2C之间的对应关系应该清楚图2D的相关顶点表示图2C的矢量204-i的末端。
应该注意，在确定不确定性时会产生误差。该误差例如由相关图案中的噪声引起。可以想到，当通过对两个最终位置测定之间进行比较而重复消除位移跳变中的不确定性时，会产生大于半个栅格距离的累积误差。以这种方式，还不能肯定哪个栅格单元是要研究的栅格单元。但是，通过重复比较，例如最终图像至第一图像，不会产生累积误差。这是由于在这种情况下，期望的移位和实现的移位相对于第一图像被重复确定。
还应该注意，第一图像可以是由例如工具组件形成的图像，但也可以是根据元件的设计数据构造的图像，例如从CAD(计算机辅助设计)方案生成。
在该方法中利用相关技术的一个极大的优点是通过将例如第一图像作为参考图像，并通过在每个跳变之后将在跳变之后记录的图像与之相关，使整个参考图像和整个捕捉图像的信息作为位置参考点，而不必为该目的识别该结构的特定特征。
相关技术的其它优点是可以应用来自整个图像的信息，这在例如信噪比差的情况下也可使应用成为可能。
另一个优点是即使单元不完全相同，例如由于灰尘粒子位于单元(的一部分)上或者单元被破坏，也可获得良好的结果。
应该注意，在位置参考点定位期间，采样不必是静态的。特别地，如果应用例如相关技术的图像获取快速发生，以至获取期间的位移比工具组件或该结构的操作区域的尺寸小，则该位移可以继续，且调整装置的控制可以在移动中改变。即使在获取期间发生相当大的移位，也可由例如获取期间粒子束的连续偏转补偿。对于获取期间的位移，也可在图像存储器中进行补偿。
实验表明，当执行交叉相关的图像在5×5的栅格内包含例如25个栅格单元时，可实现良好的结果。当图像由这些5×5的单元中建立时，包括例如256×256个图像点，则在普通计算机上利用相关技术，位移跳变的实际尺寸可在每秒确定数十次。
图3示意性地表示STM。在STM中，尖针302形式的探针被移动装置304在十分接近待检测表面300的上方移动。从针302到表面300的距离很小，例如小于0.5nm。在针302和表面300之间有电压电源306引起的电势差，该电势差引起隧道电流。该隧道电流由电流测量装置308测量。该隧道电流的大小在很大程度上取决于针302和表面300之间的距离。移动装置304大体上由压电元件组成，针可通过该元件在平行于和垂直于表面300的平面上移动。通过反馈从电流测量装置308到移动装置304的信号，针302在与表面300保持基本恒定的距离。当针302通过移动装置304被移过该表面时，在控制单元310的控制下，针会停留在与该表面基本恒定的距离处，结果，垂直于该表面的移动的压电元件的控制信号会给出相对于表面300的(位置相关)高度信息。由于该高度信息也被传递到控制单元310，因此可在监视器312上显示图像，从而例如不同的灰度值表示不同的高度。
图3A示意性地表示图3的区域A的放大部分。针302的末端位于待检测表面300的微小距离处。隧道电流314在该针和该表面之间流动。移动机构将针302保持在与该表面基本恒定的距离处，以便针302的末端在运动时遵循路径316。
毫无疑问，借助于所获得的图像，可确定位置参考点的位置。因此可通过在STM的操作区域内确定位置参考点来实施按照本发明的方法，随后将到表面的距离增大至安全距离(即该针不接触表面的距离)，然后产生跳变，再次减小该针和该表面之间的距离，并再次在STM的(移位)工作区域内寻找位置参考点。重复进行，直到到达期望的位置。
按照本发明的方法的优点在于，在跳变期间可将该针的位移速度选得远高于该针在形成采样光栅期间的位移速度。
尽管在STM的情况下阐明了按照本发明的方法的应用，但本领域技术人员知道在其它扫描探针显微镜的情况下如何应用该方法。这是由于在所有SPM中，尖锐的探针在该表面上形成光栅，以便非常接近或者接触该表面，并由此获得与采样相关的信息，该信息可例如以图像形式被描述。利用正确形式的SPM，可找到特殊形式的位置参考点，例如磁性粒子的位置或者由摩擦力的偏移系数所表征的结构的位置。
通过前面的内容，本领域技术人员知道如何将本发明应用于随机图像形成技术的情况中，例如可见光或红外线的显微镜方法，例如现今所使用的超声波技术或者利用磁共振的技术。通过前面的内容，本领域技术人员还可推导出如何将本发明用于其它位置确定技术。
权利要求
1.一种在标称相同栅格单元的标称规则栅格中将工具组件的操作区域定位在预定的、随机栅格单元上的方法，从而利用调整机构实现定位，该方法包括如下步骤(1)在栅格中找到初始位置参考点；(2)执行该工具组件相对于该栅格的位移；(3)随后在该栅格中找到位置参考点；(4)测试预定栅格单元是否在该工具组件的操作区域的预定距离以内，并且；(5)根据测试结果，重复步骤2，并且如果必要还重复步骤3和4，其特征在于-该位移采取位移跳变的形式；-最大跳变尺寸基于以下条件而定-在栅格周期单元中所示移位结构的位置不确定性和/或，-在栅格周期单元中所示栅格的周期的不确定性，以及；-该位移跳变被选为小于该最大跳变尺寸。
2.根据权利要求1的方法，其中利用相关技术找到位置参考点。
3.根据权利要求1或2的方法，其中利用粒子束找到位置参考点。
4.根据权利要求1或2的方法，其中该工具组件是扫描探针显微镜。
5.根据权利要求1或2的方法，其中利用电磁辐射找到该位置参考点。
6.根据权利要求1或2的方法，其中利用声音找到该位置参考点。
7.根据权利要求1或2的方法，其中利用磁共振找到位置参考点。
8.根据前述任一权利要求的方法，其中在该工具组件相对该栅格的非中断移动中找到该位置参考点。
9.根据权利要求3的方法，其中该移位机构引起该粒子束的偏转。
10.根据权利要求3或4的方法，其中该栅格是半导体电路上的图案的栅格。
11.一种装备控制单元以执行权利要求2的方法的设备。
全文摘要
本发明描述了一种将例如电子显微镜的图像区域定位在标称相同结构的规则栅格的特定结构上的方法。这种结构例如可以是芯片上的存储单元。现今这种存储单元具有例如小于1μm
文档编号H01L21/66GK1967797SQ200610138819
公开日2007年5月23日 申请日期2006年9月19日 优先权日2005年9月19日
发明者J·S·费伯 申请人:Fei公司