多重图像度量的制作方法

多重图像度量的制作方法
【专利摘要】多重图像度量。使用源自一条或多条带电粒子束的多张已配准图像执行度量。测量使来自一张图像的在第二图像中不可见的特征组合以确定从单张图像不能确定的关系。在一个实施例中，测量使用来自不同元素地图的特征来确定两个特征之间的关系，如在距离该第二图像上的特征一定距离确定的位置处的该第一图像内的两个特征之间的距离或角度。
【专利说明】多重图像度量

【技术领域】
[0001]本发明涉及使用多张图像确定尺寸。

【背景技术】
[0002]“微制造”是具有微米或纳米级特征的极小结构的制造。使用微制造工艺例如来生产集成电路、建造用于读取和写入磁介质的磁头、以及制造微型机械或机电装置。在微制造过程中，需要对临界尺寸进行测量以保证制造工艺正确操作和正在生产的部件符合产品规格。
[0003]为了确定微观物体的临界尺寸和其他特征，经常需要获得物体的图像并且然后对图像进行测量。例如，经常使用电子显微镜对微观结构进行观察和测量。
[0004]在半导体装置的开发过程中，对装置内存在的化学元素的分布进行测量用来对工艺成功和质量进行监控。一种用于对工件上的多个点处的材料进行标识的技术被称为能量色散X射线谱(EDS或EDX)，其可以用于样品的元素分析或化学表征。在EDX中，将电子束引导向样品，并且对响应于电子束而来自样品的X射线的能量进行测量并标绘成直方图以形成光谱。可以将所测量的光谱与各种元素的已知光谱进行比较以确定存在哪些元素和化合物。
[0005]EDX可以用来形成示出样品内的元素的空间分布的元素地图。通过在样品上逐点地移动电子束来创建元素地图。可以产生几张地图(每张地图示出单个元素)来示出工件的区域的成分。如电子能量损失能谱(EELS)和高角环形暗场成像(HAADF)的其他技术可以产生非元素图像和元素地图。EELS对电子穿过样品时被吸收的能量进行测量。当电子穿过时，样品内的不同材料引起电子损失不同量的能量，所以可以通过对电子损失的能量量值进行测量来对样品的材料进行标识。对穿过样品的电子的能量进行测量并且通过从初始束中的电子能量中减去现有能量来确定能量损失。EELS不仅可以确定单独元素，而且还可以确定它们的化学状态。HAADF是一种在扫描透射电子显微镜(STEM)中对样品进行绘图的方法。通过使用对样品内的原子的原子数量的变化敏感的环形暗场检测器仅收集高角散射电子来形成图像。
[0006]为了在图像上进行测量或执行其他度量活动，对比度必须足够识别出图像中发现的特征。在其他方法中，如钨(W)、钽(Ta)和铪(Hf)较重元素的对比度与如氮(N)、氧(O)和碳(C)的轻元素的对比度不同。不同的元素可以用不同的清晰度出现在不同的图像内。因为不同的元素不可以两者都出现在同一张图像内，所以会难于确定由不同元素组成的特征之间的测量几何关系。


【发明内容】

[0007]本发明的目标在于提供一种对微观空间关系进行测量的高效方法。
[0008]本发明的一些实施例提供了一种用于当单张图像自己没有包含足够执行那些活动的单独信息时将来自同一物体的至少两张图像的信息组合起来以执行自动化度量测量的方法。
[0009]本发明的一些实施例使用用带电粒子束系统的操作形成的图像。例如，本发明的实施例使用带有多个检测器的扫描电子显微镜(SEM)、带有多个检测器的聚焦离子束(FIB)显微术、带有明场或暗场或各种分段检测器的扫描透射电子显微镜(STEM)或透射电子显微镜(TEM)采集的图像。本发明的一些实施例使用多张图像，每张图像显示工件的一种不同的元素。
[0010]为了可以更好地理解以下本发明的详细说明，上文已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点。下文将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应认识到所披露的概念和具体实施例可容易地用作改进或设计用于实施本发明相同目的其他结构的基础。本领域的技术人员还应认识到这些同等构造不脱离如所附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]为了更加彻底地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下说明，其中:
图1A至图1F示出了单晶体管结构的图像的集合，这些图像包括非元素HAADF图和铝(Al)、镍(Ni)、铪(Hf)、钽(Ta)和钨(W)元素地图；
图2为一个流程图，示出了一种对由第二图像内的几何特征限定的位置处的一张图像内的两个几何特征之间的水平尺寸进行测量的方法；
图3A至图3C展示了图2的步骤；
图4A至图4C展示了一种用于确定在第一图像中可见但在第二图像中不可见的第一特征与在第一图像中不可见而在第二图像中可见的第二特征之间的角度的方法的步骤；以及图5为适用于实施本发明的一些实施例的程序的扫描电子显微镜。

【具体实施方式】
[0012]本发明的实施例提供了一种用于确定在单张图像中不可充分辨识用于测量的两个特征之间的几何或其他关系的方法。即，这些特征其中之一或者在图像中不可见或者不具有足够的对比度来精确地进行测量。当第一特征在没有充分地示出第二特征的图像内是可见的并且第二特征在没有以足够精确测量的对比度示出第一特征的不同图像内可见时，实施例提供用于测量例如第一特征与第二特征之间的距离或角度。实施例在测量由出现在不同元素地图上的不同元素组成的特征的尺寸中是有用的。如在此使用的“特征”可以包括单条边缘或多条连接或没有连接的边缘的组合。例如，直线或曲线、形成二维形状的连接线、或线或形状之间的空间。
[0013]为了测量试样的临界尺寸，经常必须使用如EDX、EELS和HAADF的不同方法创建多张图像。从这些技术的结果产生的图像或地图可以仅示出试样的一些结构而没有示出或没有以足够在执行精确测量中使用的对比度示出其他结构。例如，在钨元素地图中，在图像中将仅看到由钨制作的结构，而将不会示出所有其他结构。使用一张图像的可见特征和至少一张其他图像的可见特征执行试样的两个特征之间的一些测量。优选地以足够经常以亚纳米精度执行测量的对比度示出不同图像中的这些可见特征。例如，在钨元素地图中可见的结构和在铪元素地图中可见的结构可以一起用来对两个结构之间的距离或不同结构上的边缘之间的角度进行测量。
[0014]本发明的实施例可以使用软件度量工具。由此“度量工具”被定义为适用于图像的软件过程以对至少一个特征进行标识和定位和/或确定图像中的至少一个特征的尺寸。例如，度量工具可以自动地找出图像中的特征的位置、图像中的两个或更多个特征之间的尺寸、或图像中单个特征的尺寸。这些尺寸包括特征的长度、宽度或高度或两个或更多个特征之间的距离或角度。美国专利号8，095，231中描述了这种可以包括屏幕上显示的几何形状和相关联功能的度量工具的示例，该专利通过引用结合于此。度量工具可以在例如使用者指定的区域上操作，该使用者在图像的一部分上画一个框，并且然后工具执行相关联的功能，如找出框内的边缘，确定两条边缘之间的距离或角度，找出框外与框内的图案匹配的图案等。
[0015]单独度量工具可以包括圆弧查找器、边缘查找器、线拟合查找器或图案定位器。圆弧查找器自动地对将它们放置在的区域内的圆形特征进行标识并且能够返回圆弧的中心的坐标、圆弧的末端之间的角度、圆弧的长度、圆弧的末端之间的距离和/或圆弧的半径。边缘查找器自动地对它们被放置在其中的区域内的特征的边缘或特征的边缘的集合进行确定和定位。两个边缘查找器可以测量边缘集合内的两条边缘之间的距离。在一些情况下，单个边缘查找器可以具有两个边缘查找器的组合能力；该单个边缘查找器可以定位两条边缘并且测量这两条边缘之间的距离。线拟合查找器自动地对它们被放置其中的区域内的线性特征进行确定和定位并且能够确定沿着图像的区域的线方程。如果使用多个线拟合查找器，则结果数据可以用于确定图像数据内的两条边缘之间的角度。图案定位器对它们被放置其中的区域内的指定图案的实例进行确定和定位。可以手动地或自动地放置“自动化”度量工具并且其然后自动地执行功能。可以在比样品被放置在其中的视野更大的区域上可选地对该功能进行例如以下重复:对样品的大区域进行扫描、对类似特征进行识别和执行类似的测量。一些实施例使用一种被称为“形状链接(shape-linking)”的图形工具，其中，一张图像上的边缘查找器链接到一张不同图像上的不同边缘查找器上。这允许使用者容易图形化地在不同图像上的边缘查找器之间创建交互。
[0016]当多张图像一起使用时，必须对这些图像进行配准，S卩，相互对准。在一些情况下，已经内在地配准了图像集合。例如，如果扫描探针用来生成图像，并且同时检测器正在创建不同的图像，并且如果检测中没有撤销时间延迟，则将自动地使这些图像相关联。在其他情况下，可能需要配准步骤，该配准步骤基于互相关技术或其他替代性图案识别和对准技术。配准会涉及到图像经过平移、旋转和/或缩放的变形和其他更复杂的变形。当使用同一检测器同时获得多张图像时，所产生的不同地图之间的配准往往是内在良好的。例如，当用于元素分析的检测器为所产生的所有地图所共用时，如当EELS继续用来创建不同的元素地图时，由这些技术产生的不同地图之间的配准是内在良好的。但甚至当在相互使用同一设备的几分钟内获得不同的图像时，这些图像往往由于热不稳定性、机械不稳定性或电不稳定性而发生漂移。典型地，在图像采集序列过程中使用漂移校正以改进图像配准。漂移校正技术是众所周知的并且例如在Wells等人的题为“用于束加工的束定位(BeamPosit1ning for Beam Processing)”美国专利号7，880，151对其进行了描述。在一些情况下，一张如HAADF非元素地图的图像可能具有和与扫描相关的相异采集时间延迟相关联的微小配置误差。在取消图像之间的配准的情况下，可以按上述执行重新配准。
[0017]体IA至图1E示出了单个试样的不同类型的图像。例如，此图像集合包含晶体管结构的非元素地图和多个元素地图。图1A为一张HAADF非元素地图，而图1B至图1E分别为铝(Al)、镍(Ni)、铪(Hf)AS(Ta)和钨(W)元素地图。这些图像相互配准良好。
[0018]根据一些实施例，一旦图像配准良好，则由使用者选择一张图像作为参考图像。选择第一自动化度量工具来对位于参考图像内的第一特征进行标识。由使用者选择包含第二特征的第二图像。选择第二自动化度量工具来对位于第二图像内的第二特征进行标识。第一特征和第一自动化度量工具可以用来确定第二度量工具的定位，或者反之亦然。在一些实施例中，在第二图像上显示第一几何特征上使用的第一几何特征和自动化度量工具，作为第二自动化度量工具的视觉参考点，或者反之亦然。另一个度量工具然后可以确定第一几何特征与第二几何特征之间的几何关系，如距离或角度。
[0019]图2为一个流程图，示出了一种使用第二图像内的第三几何特征的竖直位置测量第一图像内的两个几何特征之间的水平尺寸的方法，该第二图像与另一图像配准，作为第二图像内的参考点以精确地测量水平尺寸。
[0020]在步骤202中，将带电粒子束引导向工件。在步骤204中，使用带电粒子束系统中的一个或多个检测器来采集第一和第二图像。在一些实施例中，带电粒子束用扫描不止一次，其中在不同扫描中过程中采集不同图像。在一些实施例中，在单次扫描过程中从一个或多个检测器采集多张图像。在步骤206中，对第一和第二图像进行配准，如果没有从该采集方法内在地对它们进行配准。在步骤208中，使用第一度量工具在第一图像中自动地定位第一几何特征，并且执行第一度量工具的功能。在步骤210中，在其他可以使用的度量工具的结果中使用第一度量工具的结果。在一些实施例中，可以在配准良好的图像的集合中的任一图像上显示此结果。在步骤212中，使用第一度量工具在第二图像中自动地定位第二几何特征，并且执行第二度量工具的功能。在步骤214中，显示或以另外的方式使用第二度量工具的结果。
[0021]图3A至图3C展示了一种用于确定图像中具体高度下的两个几何特征之间的水平距离的方法。由第三特征限定的具体高度在显示这两个几何特征的图像中是不可见的，但其在与第一图像配准良好的另一张图像中是可见的。图3A示出了工件的一部分的第一类型的第一图像。图3B示出了工件的同一部分的一种不同类型的第二图像，其中，来自第一图像的一些信息转移到第二图像。图3C与图3B是同一张图像，但还示出了使用来自第一图像的信息对第二图像中可见的两个特征之间的空间关系进行的计算，在此情况下为距离。
[0022]图3A示出了配准良好的图像的集合中的放置在包含第一图像300中的可见第一几何特征304的区域上的第一边缘查找器302、晶体管结构的铪元素地图。此第一边缘查找器302确定第一几何特征304的第一边缘306的位置。第一边缘306为图像集合中的所有图像所共有，即使其在所有图像中不可见，并且由于所有图像没有配准良好，所以第一边缘306的位置可以用作图像集合中的所有图像内的参考点。图3B示出了放置在第二图像310中的多个区域上的第二边缘查找器316和第三边缘查找器318、同一晶体管结构的钨元素地图，分别包含可见第二几何特征312和可见第三几何特征314。这两个边缘查找器确定第二几何特征312的第二边缘324和第二几何特征314的第三边缘326。图3C示出了通过第二边缘查找器316和第三边缘查找器318自动地确定第二边缘324与第三边缘326之间的水平距离322。将第一边缘306的位置用作参考点来计算第二边缘324与第三边缘326之间的水平距离322。第二边缘324的位置和第三边缘326的位置在距离第一边缘306的位置同样远的竖直距离320处。
[0023]在一些实施例中，在图像310上显示第二边缘324与第三边缘326之间的水平距离322。在一些实施例中，在其他功能中使用第二边缘324与第三边缘326之间的水平距离322。在一些实施例中，使用者可以对第二边缘324和第三边缘326进行定位以及使用如单个边缘查找器的单个自动化度量工具确定这两条边缘之间的距离。
[0024]图4A至图4C示出了一种用于确定在第一图像中可见但在第二图像中不可见的第一特征与在第一图像中不可见而在第二图像中可见的第二特征之间的角度的方法。图4A示出了工件的一部分的第一类型的第一图像。图4B示出了工件的同一部分的第二类型的第二图像。图4C与图4A是同一张图像，但还示出了使用来自第二图像的特征的空间信息对第一图像内的特征的空间关系进行的测量。图4A示出了放置在包含第一图像400中的第一几何特征404的区域上的第一线拟合边缘查找器402、晶体管结构的钨元素地图。第一线拟合边缘查找器402确定并描绘与第一图像400中的第一几何特征404的整个边缘最佳拟合的第一线406。图4B示出了放置在包含第二图像中的第二几何特征414的区域上的第二线拟合边缘查找器412、同一晶体管结构的铪元素地图。第二线拟合边缘查找器412确定并描绘与第二图像中的第二几何特征414的整个边缘最佳拟合的第二线416。在一些实施例中，在第二图像410中还描绘了第一线406。图4C示出了可以确定最佳拟合的两条线(406和416)之间的角度418。
[0025]在一些实施例中，可以通过另一种度量工具或另一种软件工具确定最佳拟合的两条线之间的角度。在一些实施例中，在图像集合中的至少一张图像上显示该角度。在一些实施例中，在另一功能中使用该角度。
[0026]本发明的其他实施例可以包括元素地图、非元素地图、或使用其他成像方法(如像EELS地图的能量过滤地图、SEM反向散射图像、SEM次级电子图像、FIB图像、或光学图像)创建的其他图像。可以或者同时或者在不同时间产生这些图像。
[0027]在一些实施例中，可以在配准良好的图像的集合中的每张图像中描绘每个度量工具的结果。在一些实施例中，可以打开和关闭这些结果以便分别示出或从视野上隐藏这些结构。在一些实施例中，可以将图像分层堆积在彼此上，其中优选地可以调整每张图像的透明度。这通过允许操作员同时看到不同图像上的不同特征或在图像之间进行切换来方便将度量工具放置在不同图像上。该重叠还可以用来对这些图像进行配准。
[0028]在本发明的一些实施例中，分层图像中的不同图像还可以组合成新的单图像。这些从分层图像创建的新的单图像还可以用作配准良好的图像集合中的图像并且因此具有与那些图像相同的特性。它们还可以用来创建附加单分层图像。在本发明的一些实施例中，分层图像还具有可以“打开”或“关闭”图像的控制模块，从而对看到哪些图像和隐藏哪些图像进行控制。
[0029]在本发明的一些实施例中，用于将度量工具放置在图像上的方法在数量上并没有限制到两张图像。在本发明的方法中会涉及到两张以上图像来执行度量活动。
[0030]在本发明的一些实施例中，配准良好的图像集合中的图像可以在不同颜色格式(如灰度级、对比度等)之间变化。
[0031]图5为根据本发明的一些实施例的带有适用于实施程序的X射线检测器540的扫描电子束系统500的不例。系统500还配备有与电源和控制单兀545 —起的扫描电子显微镜541。通过在阴极553与阳极554之间施加电压从而从阴极553发射出电子束532。电子束532通过聚光透镜556和物镜透镜558被聚焦成一个细斑点。电子束532通过偏转线圈560在试样上进行二维扫描。聚光透镜556、物镜透镜558以及偏转线圈560的操作由电源和控制单元545来控制。
[0032]系统控制器533控制着扫描电子束系统500的各部分的操作。在真空控制器534的控制下用离子泵568和机械泵送系统569排空真空室510。
[0033]电子束532可被聚焦到样品502上，该样品在下真空室510内的可移动X_Y_Z台504上。当电子束内的电子撞击样品502时，样品发出X射线，这些X射线的能量与样品内的元素相关。在该电子束入射区域的附近产生具有样品元素成分固有能量的X射线。通过X射线检测器540采集射出的X射线，尽管可以使用其他类型的检测器，但优选地硅漂移检测器类型的能量色散检测器，该能量色散检测器生成具有与检测到的X射线的能量相称的幅度的信号。通过反向散射电子检测器547检测反向散射电子，该检测器可以包括例如微通道板或固态检测器。
[0034]通过处理器520对检测器540的输出进行放大和分类，该处理器对在规定时间段中、在选定能量和能量分辨率和优选地每个通道在10-20 eV之间的通道宽度(能量范围)下检测到的X射线的总数进行计数和分类。类似地，通过处理器520对BSE检测器547的输出进行放大和处理。处理器520可以包括:计算机处理器；操作员界面装置(如键盘或计算机鼠标);用于存储数据和可执行指令的程序存储器522 ;用于数据输入和输出的界面装置、体现在可执行的计算机程序代码内的可执行软件指令；以及用于通过视频电路542显示图像和图像上的使用者选定可执行指令的结果的显示器544。
[0035]处理器520可以是标准实验室个人计算机的一部分，并且通常耦联到至少某种形式的计算机可读介质上。包括易失性和非易失性介质、可移动和非可移动介质两者的计算机可读介质可以是任何可以被处理器520访问的可用介质。作为举例但不受限于示例，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括任何方法或技术中实现的用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的易失性、非易失性以及非可移动的介质。例如，计算机存储介质包括RAM、ROM、EEPR0M、快闪存储器或其他存储技术、CD-ROM、数字通用光盘(DVD )或其他光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器、或其他磁性存储器件、或者任何其他可以用于存储所希望的信息和可以被处理器520访问的介质。
[0036]程序存储器522可以包括以可移除和/或不可移除、易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质并且可以提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。通常，通过在不同时间存储在计算机的各计算机可读存储介质内的指令对处理器520进行编程。程序和操作系统通常分布在例如软盘或⑶-ROM上。从那里开始，其被安装或装到计算机的辅助存储器内。在执行时，它们至少部分地被装到计算机的主电子存储器内。此处所述发明包括这些类型和其他各种类型的计算机可读存储介质，同时此类介质包含用于结合微处理器或其他数据处理器执行下述步骤的指令和程序。本发明还包括根据此处所述的方法和技术被编程时的计算机本身。
[0037]从该系统获得的图像可以存储在存储器的一部分内，如图像存储器部分523。在一些实施例中，数据模板存储器部分524存储数据模板，如元素的已知光谱的定义、材料的已知衍射图案，以便确定样品的元素含量。
[0038]虽然所示实施例包括扫描电子显微镜，其他实施例可以使用其他仪器来生成样品的图像，如透射电子显微镜、扫描穿透电子显微镜或聚焦离子束显微镜。也可以使用X射线荧光系统从样品上生成X射线。其他实施例可以从样品上检测其他辐射，如伽马射线。
[0039]根据本优选发明的一些实施例，一种对工件的两张不同图像内的特征之间的关系进行测量的方法，通过带电粒子束系统产生这些图像，该方法包括:将带电粒子束引导向工件；对该工件响应于该带电粒子束而发出的第一发射物进行检测以产生第一图像；对该工件响应于该带电粒子束或响应于第二带电粒子束而发出的第二发射物进行检测以产生第二图像；自动地对该第一图像内的第一特征进行定位；自动地对第二图像内的第二特征进行定位，该第二特征在该第一图像中不可充分辨识用来确定该第一特征与该第二特征之间的所希望的空间关系；以及使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量。
[0040]在一些实施例中，自动地对该第一图像内的第一特征进行定位包括对该第一图像内的第一边缘进行定位；自动地对该第二图像内的第二特征进行定位包括对该第二图像内的第二边缘进行定位；以及使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括对涉及该第一和第二边缘的空间关系进行确定。在一些实施例中，自动地对该第一图像内的第一特征进行定位包括对该第一图像内的多条边缘进行定位；自动地对第二图像内的第二特征进行定位包括对该第二图像内的第二边缘进行定位；以及使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括对在使用该第二图像内的该边缘确定的位置处确定该第一图像内的该多条边缘之间的关系。
[0041]在一些实施例中，在该方法中，该第二图像源自由该第二束引起的发射物。在一些实施例中，对第一发射物进行检测和对第二发射物进行检测包括对不同频率的X射线进行检测。在一些实施例中，这些第一发射物和这些第二发射物其中之一包括X射线，并且这些第一发射物和这些第二发射物中的另一个包括透射电子、反向散射电子或次级电子。
[0042]在一些实施例中，使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括在距离该第二图像内的一条线规定距离处确定该第一图像中的两条边缘的间距。在一些实施例中，使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括确定两条线之间的角度。
[0043]在一些实施例中，将带电粒子束引导向工件包括:使用扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)或聚焦离子束(FIB)显微镜对该工件进行扫描；或使用透射电子显微镜(TEM)使该工件成像。在一些实施例中，对第一发射物进行检测或对第二发射物进行检测包括使用不同的检测器对第一发射物进行检测或对第二发射物进行检测。在一些实施例中，这些不同的检测器包括单个检测器的不同部分。
[0044]在一些实施例中，在该工件的单次扫描过程中同时执行对第一发射物进行检测或对第二发射物进行检测。在一些实施例中，对第一发射物进行检测包括使用检测器对第一发射物进行检测，并且其中，对第二发射物进行检测包括在使用同一检测器对第二发射物进行检测之前变更该检测器以形成该第二图像。例如，可以通过配置用来检测次级电子的Everhardt-Thornley检测器(ETD)的栅格来采集第一图像；然后通过配置用来检测反向散射电子的ETD的栅格来采集第二图像。ETD的栅格的电压典型地是正的以检测次级电子和是负的以检测反向散射电子。在一些实施例中，对第二发射物进行检测包括在对第二发射物进行检测之前变更这些带电粒子束特征以形成该第二图像。例如，使用具有10 keV着陆能量的带电粒子束采集第一 SEM图像；然后通过将该束的着陆能量变至5 keV来采集第二SEM图像。电子束可以用来使表面下的特征成像。第一着陆能量可以用来形成表面下的特征的第一图像，并且然后可以改变该着陆能量以形成示出表面特征或示出在与该第一图像的深度不同的深度下的表面下的特征的第二图像。
[0045]在一些实施例中，对该检测器进行变更包括改变该检测器处的电压以检测次级电子或反向散射电子。在一些实施例中，对第二发射物进行检测包括在对第二发射物进行检测之前变更这些带电粒子特征以形成该第二图像。在一些实施例中，在对第二发射物进行检测之前对这些带电粒子束特征进行变更以形成该第二图像包括改变该束的着陆能量。
[0046]根据本发明的一些实施例，一种用于确定至少两张图像中的第一图像上的至少一个特征的空间关系的方法包括:使用带电粒子束系统中的至少一个检测器采集至少两张图像，从一套度量工具中选择第一度量工具，该套工具包括对至少一个几何特征进行标识和定位或确定图像中的至少一个几何特征的尺寸或特征的软件过程；将该第一度量工具放置在包含该至少两张图像中的第一图像上的第一几何特征的区域上，该第一度量工具自动地对该第一图像上的该第一几何特征进行定位；执行该第一度量工具的功能；从该套度量工具中选择一个第二度量工具；将该第二度量工具放置在包含该至少两张图像中的第二图像上的第二几何特征的区域上，该第二度量工具自动地对该第二图像上的该第二几何特征进行定位；以及执行该第二度量工具的功能，执行该第一度量工具的功能的结果对执行该第二度量工具的功能的特征进行定义。
[0047]在一些实施例中，该第一几何特征在该第一图像上可见但在该第二图像上不充分可见，并且该第二几何特征在该第二图像上可见但在该第一图像上不充分可见。在一些实施例中，该第一几何特征在该第一图像上可见，但对在执行精确测量中使用而言缺乏足够可行的对比度。在一些实施例中，使用从执行该第一度量工具的功能采集的信息确定该第二度量工具的放置位置。
[0048]在一些实施例中，该套度量工具包括以下各项中的至少一项:圆弧查找器、边缘查找器、线拟合查找器、或图案定位器。在一些实施例中，通过多个检测器同时采集该至少两张图像。在一些实施例中，通过单个检测器顺序地采集该至少两张图像。图像的同时采集在此用来包括从稍后分析的单个检测获得信号以产生多张图像。例如，当电子束被扫描时，光谱仪可以收集光谱信息，并且然后可以将该光谱信息分析成不同的元素地图。
[0049]在一些实施例中，通过多个检测器同时采集该至少两张图像。在一些实施例中，通过单个检测器顺序地采集该至少两张图像。在一些实施例中，这些图像包括EDX元素地图、EELS地图、HAADF地图、SEM配置中的同时检测器地图、SEM反向散射图像、SEM次级电子图像、FIB图像、或光学图像。
[0050]在一些实施例中，该方法进一步包括在该图像集合中的至少一张图像上示出该第二度量工具的结果或另外以某种方式使用这些结果。在一些实施例中，执行这些度量工具的功能包括产生至少一张附加图像，该至少一张附加图像显示从执行这些度量工具的功能确定的数据。
[0051]在一些实施例中，该方法进一步包括将该至少两张图像分层堆积在彼此顶部，从而除了该至少两张现有图像以外还创建一张新的图像。在一些实施例中，该分层图像具有打开和关闭单独图像的能力，打开定义为示出该图像，并且关闭被定义为隐藏该图像。在一些实施例中，将该至少两张图像分层堆积在彼此顶部上进一步包括以下选项:在该分层图像中示出该至少两张图像中的每张图像的特征的百分比，当选择的百分比越低时，这些特征显得更透明。
[0052]在一些实施例中，通过使用扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)或聚焦离子束(FIB)对该工件进行扫描来采集该至少两张图像；或使用透射电子显微镜(TEM)使该工件成像。在一些实施例中，该多个检测器包括单个检测器的不同部分。在一些实施例中，在该工件的单次扫描过程中采集该至少两张图像。
[0053]在一些实施例中，使用单个检测器采集该至少两张图像，该单个检测器能够产生可以后分析的光谱数据以创建一张或多张图像。在一些实施例中，采集该至少两张图像包括改变该入射束的来自用于获得该第一图像的束特征的特征以便创建该第二图像，该束特征包括该束的能量或该束的角度。在一些实施例中，采集该至少两张图像包括改变该检测器来自用于获得该第一图像的检测器特征的特征以便创建该第二图像。
[0054]根据本发明的一些实施例，一种用于产生工件的图像的带电粒子束系统，包括:用于将带电粒子束引导向该工件的带电粒子束柱；用于对该工件响应于该带电粒子束而发出的发射物进行检测以产生至少一张图像的至少一个检测器；用于执行存储器指令的处理器；以及包含用于执行以下操作的计算机指令的计算机存储器:自动地对第一图像内的第一特征进行定位，该第一图像从该工件响应于该带电粒子束而发出的产生该第一图像的发射物形成；自动地对第二图像内的第二特征进行定位，该第二图像从该工件响应于该带电粒子束而发出的产生该第二图像的发射物形成，该第二特征在该第一图像中不可充分辨识用来确定该第一特征与该第二特征之间的所希望的空间关系；以及使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量。
[0055]本发明的优选方法或装置具有许多新方面，并且出于不同的目的，因为本发明可以体现在不同的方法或装置中，所以不需要在每个实施例中介绍每个方面。而且，所述实施例的许多方面是可以单独获得专利的。本发明具有广泛的适用性并且可以提供如以上示例中所述和所示的许多效益。实施例根据特定应用将有很大不同，并且不是每个实施例将提供所有这些效益和满足本发明可以实现的所有目标。
[0056]应认识到本发明的实施例可以通过计算机硬件、硬件和软件两者的组合实现，或通过存储在非瞬态计算机可读存储器内的计算机指令实现。可以根据本说明书中所述的方法和附图在使用标准编程技术的计算机程序内执行这些方法，包括配置有计算机程序的非瞬态计算机可读存储介质，其中如此配置的存储介质致使计算机以特定的并且预定义的方式操作。可以用高级程序性编程语言或面向对象编程语言执行每个程序。然而，如果希望，可以用汇编语言或机器语言执行这些程序。在任何情况下，语言可以是编译型语言或解释型语言。此外，程序可以在被编程用于该目的专用集成电路上运行。
[0057]进一步地，可以在任何类型的计算平台内执行方法论，包括但不限于个人计算机、微型计算机、主机、工作站、网络化或分布式计算环境、与带电粒子工具或其他成像装置分开、整合或通信的计算机平台等。可以用存储在非瞬态存储介质或装置(无论是可移动的还是与计算平台整合的)上的机器可读代码执行本发明的各个方面，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，从而使得可以被可编程计算机读取，以便当计算机读取该存储介质或装置时对该计算机进行配置和操作，以执行此处所述的程序。此外，可以通过有线或无线网络传输机器可读代码或机器可读代码的各部分。此处所述本发明包括这些和其他各种类型的非瞬态计算机可读存储介质，同时此类介质包含用于结合微处理器或其他数据处理器实施上述步骤的指令和程序。本发明还包括根据此处所述的方法和技术被编程时的计算机本身。
[0058]计算机程序可以应用到输入数据上，以执行此处所述的功能，并且从而转换输入数据以生成输出数据。将输出信息应用到一个或多个输出装置上，如显示监控器。在本发明的优选实施例中，所转换的数据表示物理和有形物体，包括在显示器上产生物理和有形物体的具体视觉描绘。
[0059]除非另外指明，否则术语“工件”、“样品”、“衬底”以及“试样”可以在本申请中互换地使用。进一步地，无论何时在此处使用术语“自动”、“自动化”或类似术语，那些术语将被理解成包括手动地启动自动或自动化过程或步骤。术语“尺寸”包括任何可测量的空间关系，如长度、宽度或角度。
[0060]在以下讨论中和在权利要求书中，以开放式的方式使用术语“包括”，并且因此应被解释为表示“包括但不限于......”。就本说明书中没有专门定义任何术语来讲，目的在于给出术语其简单且普通的意思。附图旨在帮助理解本发明，并且除非另外指明，否则不按比例绘制。适用于实施本发明的粒子束系统例如可以从本申请的受让人FEI公司商购。
[0061]尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应了解到，在不脱离如随附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行各种变化、代替以及改变。而且，本发明的范围并非旨在局限于在本说明书中所述的工艺、机器、制造物、物质的组合物、手段、方法以及步骤的具体实施例。如本领域的普通技术人员将从本发明的披露中轻易认识到的，可以根据本发明利用现有的或往后要开发的、大体上执行相同功能或大体上实现和此处所述的对应实施例相同结果的工艺、机器、制造物、物质的组合物、手段、方法以及步骤。相应地，所附权利要求书是旨在于将此类工艺、机器、制造物、物质的组合物、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。
【权利要求】
1.一种对工件的两张不同图像内的特征之间的关系进行测量的方法，由带电粒子束系统产生这些图像，该方法包括: 将带电粒子束引导向工件； 对该工件响应于该带电粒子束而发出的第一发射物进行检测以产生第一图像； 对该工件响应于该带电粒子束或响应于第二带电粒子束而发出的第二发射物进行检测以产生第二图像； 自动地对该第一图像内的第一特征进行定位； 自动地对该第二图像内的第二特征进行定位，该第二特征在该第一图像中不可充分辨识用来确定该第一特征与该第二特征之间的所希望的空间关系；以及使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量。
2.如权利要求1所述的方法，其中: 自动地对该第一图像内的第一特征进行定位包括对该第一图像内的第一边缘进行定位； 自动地对第二图像内的第二特征进行定位包括对该第二图像内的第二边缘进行定位；以及 使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括对涉及该第一和第~.边缘的空间关系进行确定。
3.如权利要求1所述的方法，其中: 自动地对该第一图像内的第一特征进行定位包括对该第一图像内的多条边缘进行定位； 自动地对第二图像内的第二特征进行定位包括对该第二图像内的第二边缘进行定位；以及 使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括在使用该第二图像内的该边缘确定的位置处确定该第一图像内的该多条边缘之间的关系。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该第二图像源自由该第二束引起的发射物。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对第一发射物进行检测和对第二发射物进行检测包括对不同频率的X射线进行检测。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，这些第一发射物和这些第二发射物其中之一包括X射线，并且这些第一发射物和这些第二发射物中的另一个包括透射电子、反向散射电子或次级电子。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括在距离该第二图像内的一条线规定距离处确定该第一图像中的两条边缘的间距。
8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，使用来自该第二特征的空间信息对该第一特征的空间关系进行测量包括确定两条线之间的角度。
9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将带电粒子束引导向工件包括:使用扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)或聚焦离子束(FIB)显微镜对该工件进行扫描；或使用透射电子显微镜(TEM)使该工件成像。
10.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对第一发射物进行检测或对第二发射物进行检测包括使用不同的检测器对第一发射物进行检测或对第二发射物进行检测。
11.如权利要求10所述的方法，其中，这些不同的检测器包括单个检测器的不同部分。
12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在该工件的单次扫描过程中同时执行对第一发射物进行检测和对第二发射物进行检测。
13.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对第一发射物进行检测包括使用检测器对第 一发射物进行检测，并且其中，对第二发射物进行检测包括在使用同一检测器对第二发射物进行检测之前变更该检测器以形成该第二图像。
14.如权利要求13所述的方法，其中，对该检测器进行变更包括改变该检测器处的电压以检测次级电子或反向散射电子。
15.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对第二发射物进行检测包括在对第二发射物进行检测之前变更这些带电粒子束特征以形成该第二图像。
16.如权利要求15所述的方法，其中，在对第二发射物进行检测之前对这些带电粒子束特征进行变更以形成该第二图像包括改变该束的着陆能量。
17.一种确定至少两张图像中的第一图像上的至少一个特征的空间关系的方法，包括: 使用带电粒子束系统中的至少一个检测器采集至少两张图像； 从一套度量工具中选择第一度量工具，该套工具包括对至少一个几何特征进行标识和定位或确定图像中的至少一个几何特征的尺寸或特征的软件过程； 将该第一度量工具放置在包含该至少两张图像中的第一图像上的第一几何特征的区域上，该第一度量工具自动地对该第一图像上的该第一几何特征进行定位； 执行该第一度量工具的功能； 从该套度量工具中选择第二度量工具； 将该第二度量工具放置在包含该至少两张图像中的第二图像上的第二几何特征的区域上，该第二度量工具自动地对该第二图像上的该第二几何特征进行定位；以及 执行该第二度量工具的功能，执行该第一度量工具的功能的结果对执行该第二度量工具的功能的特征进行定义。
18.如权利要求17所述的方法，其中，该第一几何特征在该第一图像上可见，但在该第二图像上不充分可见，并且该第二几何特征在该第二图像上可见但在该第一图像上不充分可见。
19.如权利要求17所述的方法，其中，该第一几何特征在该第一图像上可见，但对在执行精确测量中使用而言缺乏足够可行的对比度。
20.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，使用从执行该第一度量工具的功能采集的信息确定该第二度量工具的放置位置。
21.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，该套度量工具包括以下各项中的至少一项:圆弧查找器、边缘查找器、线拟合查找器、或图案定位器。
22.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，通过多个检测器同时采集该至少两张图像。
23.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，通过单个检测器顺序地采集该至少两张图像。
24.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，这些图像包括EDX元素地图、EELS地图、HAADF地图、SEM配置中的同时检测器地图、SEM反向散射图像、SEM次级电子图像、FIB图像、或光学图像。
25.如权利要求所述17至19中任一项所述的方法，进一步包括在该图像集合中的至少一张图像上示出该第二度量工具的结果或另外以某种方式使用这些结果。
26.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，执行这些度量工具的功能包括产生至少一张附加图像，该至少一张附加图像显示从执行这些度量工具的功能确定的数据。
27.如权利要求17至19中任一项所述的方法，进一步包括将该至少两张图像分层堆积在彼此顶部，从而除了该至少两张现有图像以外还创建新的图像。
28.如权利要求27所述的方法，其中，该分层图像具有打开和关闭这些单独图像的能力，打开定义为示出该图像，并且关闭被定位为隐藏该图像。
29.如权利要求27所述的方法，其中，将该至少两张图像分层堆积在彼此顶部上进一步包括以下选项:在该分层图像中示出该至少两张图像中的每张图像的特征的百分比，当选择的百分比越低时，这些特征显得越透明。
30.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，通过使用扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)或聚焦离子束(FIB)显微镜对该工件进行扫描来采集该至少两张图像；或使用透射 电子显微镜(TEM)使该工件成像。
31.如权利要求22所述的方法，其中，这些不同的检测器包括单个检测器的不同部分。
32.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，在该工件的单次扫描过程中采集该至少两张图像。
33.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，使用单个检测器采集该至少两张图像，该单个检测器能够产生可以后分析的光谱数据以创建一张或多张图像。
34.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，采集该至少两张图像包括改变该入射束的来自用于获得该第一图像的束特征的特征以便创建该第二图像，该束特征包括该束的能量或该束的角度。
35.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，采集该至少两张图像包括改变该检测器的来自用于获得该第一图像的检测器特征的特征以便创建该第二图像。
36.一种用于产生工件的图像的带电粒子束系统，包括: 用于将带电粒子束引导向该工件的带电粒子束柱； 用于对该工件响应于该带电粒子束而发出的发射物进行检测以产生至少一张图像的至少一个检测器； 用于执行计算机指令的处理器；以及 包含用于执行以下动作的计算机指令的计算机存储器: 自动地对第一图像内的第一特征进行定位，该第一图像从该工件响应于该带电粒子束而发出的产生该第一图像的第一发射物形成； 自动地对第二图像内的第二特征进行定位，该第二图像从该工件响应于该带电粒子束而发出的产生该第二图像的第二发射物形成，该第二特征在该第一图像中不可充分辨识用来确定该第一特征与该第二特征之间的所希望的空间关系；以及使用来自该第二特征的 空间信息对该第一特征的空间关系进行测量。
【文档编号】G01N23/22GK104048979SQ201410094487
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】T.G.米勒 申请人:Fei公司