用于检查半导体样本的图像生成的制作方法

1.本公开的主题大体上涉及检查半导体样本的领域，并且更具体地，涉及可用于检查半导体样本的图像的生成。


背景技术：

2.对于与制造器件的超大规模集成相关联的高密度和高性能的当下需求需要亚微米的特征、提高的晶体管和电路速度以及改良的可靠性。随着半导体工艺发展，诸如线宽之类的图案尺寸和其他类型的临界尺寸持续缩小。这样的需求需要形成具有高精确度和一致性的器件特征，其进而使得对制造过程的谨慎监控，包括当器件还是半导体晶片形式时对器件的自动化检查成为必要。
3.可以在待检查的样品的制造期间或之后使用通过非破坏性检查工具来提供检查。检查通常涉及通过将光或电子引导向晶片和检测来自晶片的光或电子来生成用于样本的某一输出(例如，图像、信号等等)。各种非破坏性检查工具包括，以非限制性示例举例，扫描电子显微镜、原子力显微镜、光学检验工具等等。
4.检查过程可以包括多个检查步骤。在制造过程期间，检查步骤可以被执行多次，例如在某些层的制造或处理之后等等。另外或替代地，各检查步骤可以被重复多次，例如用于不同的晶片位置，或用于具有不同的检查设置的相同的晶片位置。
5.在半导体制造期间的各种步骤中使用检查过程以检测和分类样本上的缺陷，并且执行与计量有关的操作。可以通过(多个)过程的自动化来提高检查的效力，例如缺陷检测、自动缺陷分类(adc)、自动缺陷评估(adr)、自动化的与计量有关的操作等等。


技术实现要素：

6.根据本公开的主题的某些方面，提供检查半导体样本的计算机化系统，所述系统包括处理和存储器电路(pmc)，所述处理和存储器电路(pmc)经配置以：获得半导体样本的区域的帧序列，所述帧序列是由经配置以从多个方向扫描区域的电子束工具获取，帧序列包括多组帧，其中每组帧是从相应方向获取；以及配准多个帧组，并且基于配准的结果生成半导体样本的图像，包括：响应于在从每个方向获取的帧组之间执行第一配准的确定，针对每个方向，在从所述方向获取的帧组之间执行第一配准并且将经配准的帧组组合以生成第一复合帧，从而产生分别对应于多个方向的多个第一复合帧；以及在多个第一复合帧之间执行第二配准，并且将经配准的多个第一复合帧组合以生成半导体样本的区域的图像；其中所生成的图像具有关于从多个方向中的给定方向扫描的帧的缩小的图像伪影，并且其中图像可用于检查半导体样本。
7.除以上特征之外，以技术上可能的任何期望的组合或排列，根据本公开的主题的这个方面的系统可以包括以下罗列的特征(i)到(xii)中的一个或多个：
8.(i).配准多组帧并且生成半导体样本的图像可以进一步包括，响应于不执行第一配准的确定，针对每个方向，将从所述方向获取的帧组组合以生成第二复合帧，从而产生分
别对应于多个方向的多个第二复合帧；以及在多个第二复合帧之间执行第二配准，并且将经配准的多个第二复合帧组合以生成半导体样本的图像。
9.(ii).系统可以进一步包括电子束工具。
10.(iii).可以通过连续地从多个方向扫描区域和在每次扫描期间从每个方向获取一个或多个帧来获得帧序列。
11.(iv).电子束工具可以经配置以通过调整在电子束工具的扫描过程与成像过程之间的同步来补偿从不同方向获取的帧之间的偏移中的至少部分。
12.(v).确定可以是基于以下因素中的至少一个：被包括在帧组中的帧的数量和待检查的样本的层和/或材料。
13.(vi).可以执行第一配准以校正由电子束工具的电子束与半导体样本之间的一种或多种物理效应导致的在从每个方向获取的帧组之间的漂移。
14.(vii).一种或多种物理效应可以选自由热膨胀、充电效应和工具公差组成的群组。
15.(viii).第一配准可以包括使用归一化互相关函数在帧组之间执行图像匹配。
16.(ix).在图像匹配期间被用于当前帧的搜索范围可以基于在当前帧的至少一个前序帧中标识的至少一个先前漂移。
17.(x).可以执行第二配准以校正由从多个方向扫描区域导致的在多个第一复合帧之间的偏移。
18.(xi).在第二配准中执行的图像匹配期间被用于当前帧的搜索方向可以基于在获取当前帧时的扫描方向。
19.(xii).多个方向可以包括两对或更多对相反的方向，并且执行第二配准可以包括：针对每个给定对的相反的方向，配准与给定对中的相反方向相对应的两个第一复合帧，并且经将配准的两个第一复合帧组合以获得复合帧，从而产生对应于两对或更多对相反的方向的两个或更多个复合帧；并且配准两个或更多个复合帧并将经配准的两个或更多个复合帧组合以生成半导体样本的图像。
20.根据本公开的主题的其他方面，提供检查半导体样本的方法，所述方法由处理和存储器电路(pmc)执行并且包括：获得半导体样本的区域的帧序列，所述帧序列是由经配置以从多个方向扫描区域的电子束工具获取，帧序列包括多组帧，其中每组帧是从相应方向获取；并且配准多组帧和基于配准的结果生成半导体样本的图像，包括：响应于在从每个方向获取的帧组之间执行第一配准的确定，针对每个方向，在从所述方向获取的帧组之间执行第一配准并且将经配准的帧组组合以生成第一复合帧，从而产生分别对应于多个方向的多个第一复合帧；以及在多个第一复合帧之间执行第二配准，并且将经配准的多个第一复合帧组合以生成半导体样本的区域的图像；其中所生成的图像具有关于从多个方向的给定方向扫描的帧的缩小的图像伪影，并且其中图像可用于检查半导体样本。
21.加以必要变更，以技术上可能的任何期望的组合或排列，本公开的主题的这个方面可以包括以上关于系统所罗列的一个或多个特征(i)到(xii)中的一个或多个。
22.根据本公开的主题的其他方面，提供非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括指令，所述指令在被计算机执行时，导致计算机执行检查半导体样本的方法，所述方法包括：获得半导体样本的区域的帧序列，所述帧序列是由经配置以从多个方向扫
描区域的电子束工具获取，帧序列包括多组帧，其中每组帧是从相应方向获取；并且配准多组帧和基于配准的结果生成半导体样本的图像，包括：响应于在从每个方向获取的帧组之间执行第一配准的确定，针对每个方向，在从所述方向获取的帧组之间执行第一配准并且将经配准的帧组组合以生成第一复合帧，从而产生分别对应于多个方向的多个第一复合帧；以及在多个第一复合帧之间执行第二配准，并且将经配准的多个第一复合帧组合以生成半导体样本的区域的图像；其中所生成的图像具有相较于从多个方向中的给定方向扫描的帧的缩小的图像伪影，并且其中图像可用于检查半导体样本。
23.加以必要变更，以技术上可能的任何期望的组合或排列，本公开的主题的这个方面可以包括以上关于系统所罗列的一个或多个特征(i)到(xii)中的一个或多个。
附图说明
24.为了理解本公开和知道如何可以在实践中执行本公开，仅以非限制性示例举例，现将参考附图描述实施例，其中：
25.图1示出了根据本公开的主题的某些实施例的检查系统的概括框图。
26.图2a示出了根据本公开的主题的某些实施例的生成可用于检查半导体样本的图像的概括流程图。
27.图2b示出了根据本公开的主题的某些实施例的帧配准和图像生成的替代过程的概括流程图。
28.图3示出了根据本公开的主题的某些实施例的在两步配准过程中执行的第二配准的概括流程图。
29.图4示出了根据本公开的主题的某些实施例的在样本上的目标区域的帧序列的示例。
30.图5示出了根据本公开的主题的某些实施例的在双向扫描中的图像生成过程的示意图。
31.图6示出了根据本公开的主题的某些实施例的在四向扫描中的图像生成过程的示意图。
32.图7示出了两个图表，其例示根据本公开的主题的某些实施例的帧之间的漂移和偏移。
具体实施方式
33.在以下具体实施方式中，阐明许多细节以便提供对本公开的彻底的理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本公开的主题。在其他情况下，并未详述众所周知的方法、程序、组件和电路以免模糊本公开的主题。
34.除非另外特别地陈述，否则如自以下讨论而显而易见，应理解本说明书讨论通篇使用的诸如“执行”、“获得”、“扫描”、“确定”、“获取”、“配准”、“生成”、“组合”、“补偿”、“调整”、“校正”等等术语，是指计算机的(多个)动作和/或(多个)过程，其操纵数据和/或将数据变换为其他数据，所述数据表示为物理数据(诸如电子的、数量)和/或所述数据表示物理对象。术语“计算机”应扩展地解释为覆盖具有数据处理能力的任何种类的基于硬件的电子设备，以非限制性示例举例，包括检查系统、图像生成系统和在本技术中公开的其相应部
分。
35.本说明书中所用的术语“检查”应扩展地解释为覆盖任何种类的与计量有关的操作，以及在样本制造期间与样本中缺陷的检测和/或分类有关的操作。通过在待检查的样本的制造期间或之后使用非破坏性检查工具来提供检查。以非限制性示例举例，检查过程可以包括以下操作中的一个或多个：使用相同的或不同的检查工具进行的运行时扫描(单次或多次扫描)、抽样、评估、测量、分类和/或关于样本或其部分提供的其他操作。同样地，检查可以在待检查的样本的制造之前提供，并且可以包括例如生成(多个)检查配方和/或其他设置操作。注意到，除非另外特定地陈述，否则本说明书中使用的术语“检查”或其衍生物在检验区域的分辨率或尺寸上不受限制。以非限制性示例举例，各种各样的非破坏性检查工具包括扫描电子显微镜、原子力显微镜、光学检验工具等等。
36.本说明书中所用的术语“计量”应扩展地解释为覆盖在待检验的样本的制造期间或之后通过使用检查和/或计量工具提供的在样本中的任何种类的测量特性和特征。以非限制性示例举例，计量过程可以包括生成测量配方和/或执行运行时测量，其例如是通过扫描(单次或多次扫描)、评估、测量和/或使用相同的或不同的工具针对样本或其部分所提供的其他操作。例如通过采用图像处理技术分析测量结果，诸如测量的图像。注意，除非另外特别地陈述，否则本说明书中所用的术语“计量”或其衍生物不仅限于测量技术、检验区域的测量分辨率或尺寸。
37.本文中所用的术语“非暂态存储器”和“非暂态存储介质”应扩展地解释为覆盖适合于本公开的主题的任何易失或非易失的计算机存储器。
38.本说明书中所用的术语“样本”应扩展地解释为覆盖任何种类的晶片、掩模和其他结构，其组合和/或部分被用来制造半导体集成电路、磁头、平板显示器和其他半导体制造的制品。
39.本说明书中所用的术语“缺陷”应扩展地解释为覆盖在样本上或样本内部形成的任何种类的异常或不期望的特征。
40.应理解，除非另外特别地陈述，否则在单独的实施例的上下文中描述的本公开的主题的某些特征也可以组合以单个实施例提供。相反地，在单独的实施例的上下文中描述的本公开的主题的各种特征也可以单独地或以任何适合的子组合提供。在以下具体实施方式中，阐明许多细节以便提供对本方法和设备的彻底的理解。
41.着眼于此，注意图1，图1示出了根据本公开的主题的某些实施例的检查系统的功能框图。
42.图1中示出的检查系统100可以用于检查(例如，晶片和/或其部分的)半导体样本，作为样本制造过程的一部分。根据本公开的主题的某些实施例，所示出的检查系统100包括基于计算机的系统101，基于计算机的系统101能够在样本制造期间生成半导体样本的一个或多个图像(以下称为制造过程(fp)图像，或为了简便起见只称为图像)。fp图像可用于检查半导体样本。系统101在本文中也称为图像生成系统。
43.如上所述，本文中提及的检查可以解释为覆盖任何种类的与计量有关的操作，以及在样本的制造期间与样本中缺陷的检测和/或分类有关的操作。举例来说，生成的fp图像可以用于检查，诸如例如缺陷检测和/或自动缺陷评估(adr)和/或自动缺陷分类(adc)和/或与计量有关的操作。在一些实施例中，系统101可以被配置成在生成的图像上执行一个或
多个计量操作。举例来说，计量操作可以包括关于样本或其部分的临界尺寸(cd)测量。在此情况下，系统101也被称为计量系统，所述计量系统是检查系统100的子系统。
44.系统101可以可操作地连接到一个或多个检查工具120，一个或多个检查工具120被配置成扫描半导体样本和捕获半导体样本的帧/图像以用于检查样本。在一些实施例中，检查工具120中的至少一个具有计量能力并且可以被配置成在捕获的图像上执行计量操作。这样的检查工具也被称为计量工具。
45.本说明书中所用的术语“计量操作”应扩展地解释为覆盖用于提取关于半导体样本上的一个或多个结构元件的计量信息的任何计量操作程序。举例来说，提取的计量信息可以表明以下中的一个或多个：尺寸(例如，线宽、线距、接触直径、元件尺寸、边缘粗糙度、灰度统计数值等等)、元件的形状、元件内部或元件之间的距离、相关角度、与对应于不同设计水平的元件关联的覆盖信息等等。在一些实施例中，计量操作可以包括测量操作，诸如例如关于样本上的某些结构执行的临界尺寸(cd)测量。
46.本文中所用的术语“检查工具”应扩展地解释为覆盖可被用于与检查有关的过程的任何工具，以非限制性示例举例，包括成像、扫描(单次或多次扫描)、抽样、评估、测量、分类和/或其他关于样本或其部分提供的过程。
47.举例来说，可以通过一个或多个低分辨率检查工具(例如，光学检验系统、低分辨率sem等等)来检查样本。提供样本的低分辨率图像信息的所得的数据(称为低分辨率图像数据)可以直接或经由一个或多个中间系统被传输到系统101。替代地或另外，可以通过高分辨率工具(例如，扫描电子显微镜(sem)或原子力显微镜(afm)或透射电子显微镜(tem))来检查样本。提供样本的高分辨率图像信息的所得的数据(称为高分辨率图像数据)可以直接或经由一个或多个中间系统被传输到系统101。
48.在不以任何方式限制本公开的范围的情况下，也应注意，检查工具120可以以各种类型的检查机器的形式实施，诸如光学成像机器、电子束机器等等。在一些情况下，相同的检查工具可以提供低分辨率图像数据和高分辨率图像数据。
49.根据某些实施例，检查工具中的一个是电子束工具，诸如例如扫描电子显微镜(sem)。sem是一种电子显微镜，其通过用聚焦的电子束扫描表面来产生样本的图像。电子与样本中的原子相互作用，从而产生各种信号，这些信号包含关于样本的表面形貌学和组分的信息。将束的位置与检测到的信号的强度组合以产生图像。sem能够在半导体晶片的制造期间精确地测量特征。举例来说，sem工具可以是用于测量图像中的结构特征的临界尺寸的临界尺寸扫描电子显微镜(cd-sem)。
50.使用sem用于cd计量的问题之一涉及充电效应。当被电子束扫描时，半导体样本收集电荷，并且由电子束导致的表面电荷在样本上的聚集可能导致扫描故障和图像伪影，诸如例如总图像失真和/或图像清除。这样的图像伪影可以导致更加不能够精确地测量半导体工业中的临界的集成器件尺寸。因为随着光刻技术发展，cd变得越来越小，预期电荷聚集将成为cd-sem计量的更大的变量误差分量。相对于尺寸和特征边缘轮廓，由电荷导致的伪影可能更加显著，并且由图像伪影导致的不精确可以形成集成电路制造中的显著问题。
51.特别地，从给定方向(例如，从左到右)扫描样本可以导致样本的不均匀充电，这可能影响cd测量。举例来说，假定在样本的区域中存在线结构。当从与结构的纵轴垂直的一个特定方向，例如从左到右地扫描所述区域时，电子束与不同的表面结构和/或不同的材料不
同地相互作用，因此导致在所述区域中的不同的局部充电。举例来说，在一些情况下，线结构的边缘将很可能发射更多电子，因此导致表面上的正电荷。由于边缘表面的正电荷，当束沿着线结构的边缘到中心并且朝向另一边缘移动时，束的至少一部分可能被带正电荷的邻近的边缘表面吸引，因此改变其原路径并且被重新导向邻近的表面而不是原本的目标目的地。在此情况下，事实上到达目标位置的电子的量与原本应到达的量相比将有所不同，从而影响针对目标位置所生成的sem信号的精确度。举例来说，在理想状况中，表示线结构的sem信号将典型地具有两个峰值，这两个峰值分别表示两个线边缘。然而，由于局部充电效应，与第一峰值相比，第二峰值(即，从扫描方向的第二个)将以减小的振幅出现，并且可能有一些伪影。
52.用于减小充电效应的不同的测量涉及物理地改变/变换待测量的特征，或创建可以中和电荷的堆叠或涂层。然而，这些测量都需要物理改变晶片结构，其在实施中很复杂。根据本公开的主题的某些实施例，提出图像生成方法和系统，其用于减小/消除由充电效应导致的图像伪影，而不是试图消除充电效应本身。
53.如图1中所示出的，系统101包括处理器和存储器电路系统(pmc)102，处理器和存储器电路系统(pmc)102可操作地与基于硬件的i/o接口126连接。pmc 102被配置成提供操作系统所必需的处理(更多细节参考图2a、图2b和图3)，并且包括处理器(未单独地显示)和存储器(未单独地显示)。pmc 102的处理器可以被配置成根据计算机可读指令执行若干功能模块，所述计算机可读指令被实施在被包括在pmc中的非暂态计算机可读存储器上。这样的功能模块在下文中称为被包括在pmc中。
54.根据某些实施例，被包括在pmc 102中的功能模块可以包括第一配准模块104和第二配准模块106。pmc 102可以被配置成经由i/o接口126获得半导体样本的区域的帧序列。可以通过被配置成从多个方向扫描区域的电子束工具(例如，检查工具120中的一个)来获得帧序列。帧序列包括多组帧，其中每组帧是从相应方向获取。pmc 102可以被配置成配准多组帧并且基于配准的(多个)结果生成半导体样本的图像。
55.具体地，第一配准模块104可以被配置成响应于在从每个方向获取的帧组之间执行第一配准的确定，针对每个方向，在从所述方向获取的帧组之间执行第一配准，并且将配准的帧组组合以生成第一复合帧，从而产生分别对应于多个方向的多个第一复合帧。
56.第二配准模块106可以被配置成在多个第一复合帧之间执行第二配准，并且将配准的多个第一复合帧组合以生成半导体样本的区域的图像。由以上过程所生成的图像具有关于从多个方向中的给定方向扫描的帧的减小的图像伪影。图像可如上所述用于检查半导体样本。
57.系统101、pmc 102和其中的功能模块的操作将参考图2a、图2b和图3进一步详细说明。
58.根据某些实施例，系统101可以包括存储单元122。存储单元122可以被配置成存储操作系统101所必需的任何数据，例如与系统101的输入和输出相关的数据，以及由系统101生成的中间处理结果。举例来说，存储单元122可以被配置成存储由检查工具120和/或其衍生物产生的帧。因此，帧可以被从存储单元122检取并且被提供到pmc 102用于进一步处理。
59.在一些实施例中，系统101可以可选地包括基于计算机的图形用户界面(gui)124，图形用户界面(gui)124被配置成启用与系统101相关的用户指定的输入。举例来说，可以
(例如，通过gui 124的显示形成部件)向用户呈现样本的视觉表示，所述视觉表示包括样本的帧/图像数据。可以通过gui为用户提供定义某些操作参数的选项。在一些情况下，用户也可以在gui上看到操作结果，诸如生成的图像，和/或其他检查结果(例如，在生成的图像上的测量结果)。
60.如将参考图2进一步详细说明，系统101被配置成经由i/o接口126接收帧序列。帧可以包括由检查工具120产生的帧数据(和/或其衍生物)和/或存储在一个或多个数据存储地中的帧数据。帧数据可以包括以下各项中的一项或多项：在制造过程期间由检查工具捕获的帧，通过各种预处理阶段获得的由捕获的帧衍生的帧，以及基于计算机生成的设计数据的帧(例如，模拟帧、合成帧等等)。注意到，在一些情况下，帧可以包括帧数据和关联的数字数据(例如，元数据、手工打造的属性等等)。进一步注意到，帧数据可以包括与样本的所关心的层和/或样本的一个或多个额外层相关的数据。
61.系统101进一步被配置成处理所接收的帧和经由i/o接口126将结果或其部分(例如，生成的图像和/或图像上的cd测量数据)发送到存储单元122和/或检查工具120。
62.在一些实施例中，除检查工具120外，检查系统100可以包括一个或多个检查模块，诸如例如缺陷检测模块和/或自动缺陷评估模块(adr)和/或自动缺陷分类模块(adc)和/或与计量有关的模块和/或可用于检查半导体样本的其他检查模块。一个或多个检查模块可以被实施为独立计算机，或所述一个或多个检查模块的功能性(或至少其部分)可以与检查工具120集成。在一些实施例中，如从系统101获得的所生成的图像可以被检查工具120和/或一个或多个检查模块(或其部分)使用以用于进一步检查样本。
63.本领域技术人员将容易地理解，本公开的主题的教导不受图1中所示出的系统束缚；等效物和/或修改的功能性可以以另一方式被巩固或分解并且可以在任何适当的软件与固件和/或硬件的组合中被实施。
64.注意到，在图1中示出的检查系统可以在分布式计算环境中实施，其中被包括在pmc 102中的上述功能模块可以分布在若干本地和/或远程设备上，并且可以通过通信网络链接。进一步注意到，在其他实施例中，(多个)检查工具120、存储单元122和/或gui 124中的至少一些可以在检查系统100外部并且经由i/o接口126与系统101以数据通信的方式操作。系统101可以被实施为与检查工具共同使用的(多个)独立计算机。替代地，系统101的相应功能可以至少部分地与一个或多个检查工具120集成，从而促进和增强检查工具120在与检查有关的过程中的功能性。
65.参考图2a，描绘了根据本公开的主题的某些实施例的生成可用于检查半导体样本的图像的概括流程图。
66.如上所述，由电子束导致的样本上的充电效应可能导致扫描故障和图像伪影，诸如例如总图像失真和/或图像清除。这样的图像伪影可以影响样本检查的精确度和效力。举例来说，通过电子束工具从特定方向(例如，从左到右)扫描样本可能导致样本的不均匀充电，其可能影响cd测量的精确度。
67.根据本公开的主题的某些实施例，提出图像生成方法和系统，以用于减小/消除由充电效应导致的图像伪影，从而提供具有减小的伪影和特征一致性的图像，并且因此改良样本的检查结果。
68.具体地，可以(例如，从(多个)检查工具120，经由i/o接口126由pmc 102)获得
(202)半导体样本的区域的帧序列。可以由被配置成从多个方向扫描区域的电子束工具来获得帧序列。举例来说，帧序列可以是由sem工具捕获的sem帧。举例来说，sem工具可以是用于测量图像中的结构元件/特征的临界尺寸的临界尺寸扫描电子显微镜(cd-sem)。帧序列包括多个帧组，其中各帧组是从多个方向中的相应方向获取。
69.在一些实施例中，多个方向可以包括一对或多对相反方向。一对相反方向是指彼此在直径上对置的两个方向(例如，两者之间的角度是180度)，诸如例如第一方向是左到右，并且第二方向是右到左，或第一方向是顶部到底部，并且第二方向是底部到顶部。举例来说，在一些情况下，多个方向包括一对相反方向。在这样的情况下，图像序列是从两个相反方向被捕获，这也称为双向扫描。举例来说，第一个帧组是从第一方向(例如，从左到右)获取的，并且第二个帧组是从第二方向(例如，从右到左)获取的。
70.举另一示例来说，多个方向可以包括多对相反方向。举例来说，可以从两对相反方向获取图像序列，第一对在左与右之间，第二对在顶部与底部之间。这也称为四向扫描。因此，分别从四个方向获取四个帧组。类似地，可以添加一对或多对额外的方向，诸如例如沿着对角线的方向等等，并且，因此，可以从这样的方向获取额外的帧组。这样的从多个方向扫描样本区域的方式可以通常称为n向扫描(n≥2)。
71.在一些实施例中，可以具体地确定需要多少个方向(和具体哪些方向)用于扫描给定半导体样本或其区域。举例来说，可以基于样本的特定层和/或被包括在样本的目标区域中的特定结构元件/特征来做出这样的确定。举例来说，双向扫描对于诸如例如线之类的结构元件来说可以是足够的。在这样的情况下，可以通过从法向于/垂直于结构元件的主方向(例如，线的纵轴)的方向扫描样本的区域来获取帧。在另一示例中，在结构元件包括圆形形状的接触件的情况下，可以使用四向扫描或更多方向的扫描用于补偿由不同方向引起的充电效应所导致的可能的伪影。因此，在本公开的一些实施例中，所提出的方法可以进一步包括确定用于扫描样本的区域的多个方向。举例来说，可以以工具中的手动配置的形式由用户做出确定，或以图像生成方法的一部分的形式由系统101自动地做出确定。替代地，它可以是默认的确定，例如，系统可以默认总是执行双向扫描或四向扫描等等。这个默认确定因此可以被认为是系统的预确定或预配置。
72.本文中使用的结构元件或特征可以指样本上的任何原始物体，所述原始物体具有带轮廓的几何形状或几何结构，在一些情况下与其他物体组合(因此形成图案)。结构元件的示例可以包括一般形状的特征，包括诸如例如接触件、线结构等等。
73.现在参考图4，说明根据本公开的主题的某些实施例的在样本上的目标区域的帧序列的示例。
74.根据某些实施例，可以通过从多个方向顺序地扫描区域，以及在每次扫描期间从每个方向获得一个或多个帧来获取帧序列。图4示出了在四向扫描中获取的帧序列的示例，四向扫描包括左到右和右到左的第一对方向，以及顶部到底部和底部到顶部的第二对方向。具体地，400示出了其中样本的目标区域被从四个方向顺序地扫描，并且每次从每个方向获取一个帧的示例。如图所示，帧1是从左到右的第一方向获取的，帧2是从右到左的第二方向获取的，帧3是从顶部到底部的第三方向获取的，并且帧4是从底部到顶部的第四方向获取的。随后，序列以类似方式继续，并且帧5到8以这个顺序重复。
75.410示出了其中样本的目标区域被从四个方向顺序地扫描，并且每次从每个方向
获取两个帧的另一示例。如图所示，帧1和帧2是从左到右的第一方向获取的，帧3和帧4是从右到左的第二方向获取的，帧5和帧6是从顶部到底部的第三方向获取的，并且帧7和帧8是从底部到顶部的第四方向获取的。
76.不同的扫描顺序可以相较于彼此具有不同的优势。举例来说，当以如400中示出的方式扫描时，可以预期电荷在样本的整个表面上散播更均匀，因此对减小聚集的充电效应以及从而导致的图像伪影有利，而以如410中示出的方式扫描可以减小在从每个方向捕获的两个帧之间的漂移量(因为它们以邻近帧的形式被捕获，因此不会有多个漂移的问题)。
77.尽管出于说明性目的，在示例的序列中仅仅示出了八个帧，但应理解，在任一示例中的序列可以以类似的重复的方式继续。也应理解，在每次扫描中从每个方向获取的帧的数量不限于如示例中示出的一个或两个帧。关于多个方向的扫描的顺序也可能与上述所说明的不同，并且可以具有关于上述所描述的不同的优势。因此，任何其他适合的帧数量与不同的扫描顺序的组合可以在本公开中适用和应用。
78.继续图2的描述，包括从多个方向获取的多个帧组的帧序列可以被配准并且基于配准的结果(例如，由pmc 102)生成(204)半导体样本的图像。在一些实施例中，配准可以包括在从每个方向获取的每个帧组中的帧之间的第一配准，以及在来自多个方向的帧(即，被配准并且被组合的帧)之间的第二配准。在一些情况下，第一配准可以是可选的。举例来说，可以确定第一配准是否需要被执行，如将在下文中进一步详细描述的。
79.根据某些实施例，响应于在从每个方向获取的帧组之间执行第一配准的确定，针对每个方向，可以在从所述方向获取的帧组之间(例如，通过包括在pmc 102中的第一配准模块104)执行(206)第一配准，从而产生经配准的帧组。经配准的帧组可以被组合(206)以生成每个方向的第一复合帧。因此，可以分别对应于多个方向获取多个第一复合帧。
80.根据某些实施例，执行第一配准的目的是校正在从给定方向获取的帧组中的帧之间的漂移，所述漂移是由在电子束工具的电子束与半导体样本之间的一个或多个物理效应导致的。举例来说，一个或多个物理效应可以选自包括以下各项的群组：热膨胀、充电效应和工具公差。
81.热膨胀是指物理现象，即当半导体样本(诸如晶片)被放置在位于保持稳定温度的腔室中的检验平台上并且被电子束扫描时，晶片连续地被加热，这导致晶片表面的物理膨胀。这样的热膨胀可能导致束的原始目标位置漂移。如上所述的充电效应是指由电子束与样本之间的相互作用导致的表面电荷在样本上的聚集的物理现象。由于连续的扫描过程，整个区域的表面被以不间断的方式充电(这也称为区域充电，与如上所述的局部充电相对)，因此影响束在样本上的实际目的地的至少一部分，这导致帧之间的漂移。工具公差是指与电子束工具本身相关的某些物理差异，或在不同工具之间的差异。举例来说，在一些情况下，在扫描期间在工具上可能有粒子，和/或可能有零件装配的机械差异，这些因素可以共同或者单独地导致帧之间的漂移。
82.应当注意，列举以上物理效应仅仅是出于说明和示例性的目的，并且不应被认为是以任何方式限制本公开的范围。在不同的实施例中，除以上物理效应之外或代替以上物理效应，可以导致可能的漂移的其他物理效应可以被应用。
83.在一些实施例中，第一配准可以包括执行在从给定方向获取的帧组中的帧之间的图案匹配。图案匹配大体上是指检查某一图案或结构的组成部分的存在。举例来说，图案匹
配可以通过标识在组的第一帧中的特定结构元件或图案，并且在组的各剩余帧中搜索所标识的图案来执行。图案匹配可以以不同的方式使用各种各样的算法来执行。举例来说，归一化互相关函数可以在本公开中使用以推断或预测图案的预期位置。
84.在一些情况下，为了发现匹配的图案，在图案匹配期间在当前帧中使用的搜索范围(例如，搜索半径和/或搜索方向)可以基于在当前帧的至少一个先前帧中标识的至少一个先前漂移。举例来说，假定从给定方向获取的一组帧包括四个帧。在第一帧中标识特定结构元件(例如，线、接触件或至少其部分)。当在第二帧中搜索特定元件时，例如可以默认或由用户定义搜索范围，包括搜索半径和/或搜索方向，因为没有参考漂移要考虑。一旦在第二帧中发现元件，就可以识别在两个帧之间的第一漂移(依据在第一帧与第二帧中的元件位置之间的相对距离和方向)。当在第三帧中搜索相同的结构元件时，第一漂移可以用作在确定其中的特定搜索范围时的参考。类似地，当在第四帧中搜索相同的元件时，第一漂移和/或第二漂移可以作为用于确定搜索范围的参考，因此启用更有效率并且更精确的搜索。
85.一旦第一配准被执行，针对每个方向获取经配准的帧组。可以将经配准的帧组组合以生成针对每个方向的第一复合帧。因此，可以分别对应于多个方向获得多个第一复合帧。可以以各种方式执行帧的组合。举例来说，可以通过对经配准的帧求和来组合经配准的帧组，在求和期间选择性地对帧求平均和/或施加权重。
86.可以(例如，通过被包括在pmc 102中的第二配准模块106)在多个第一复合帧之间执行(208)第二配准，从而生成经配准的多个第一复合帧。经配准的多个第一复合帧可以被组合(208)以生成半导体样本的区域的图像。由以上过程产生的图像相较于从多个方向中的给定方向扫描的帧具有减小的图像伪影(例如，当样本被从一个方向扫描时，由样本的不均匀充电导致)。这样的生成的图像可用于检查半导体样本。
87.根据某些实施例，执行第二配准是为了校正由从多个方向扫描区域导致的在多个第一复合帧之间的偏移。由定向扫描导致的偏移可以与电子束工具的扫描机制有关。举例来说，来自不同方向的扫描可以用工具中的不同的扫描线圈来实施，并且在扫描线圈之间可能存在过程延迟，所述延迟可以转化成这样的偏移。举例来说，当在给定方向上开始扫描时，当束开始从静止加速时，总有一个加速期，所述加速期导致所形成的信号的延迟。当从不同的方向扫描时，在加速期期间获取的信号在形成的帧的不同侧驻留，因此导致在从不同方向获取的帧之间的偏移。应当注意，这只是可以导致在从不同方向获取的帧之间的偏移的这样的物理现象的一个示例，并且本公开不局限于导致偏移的任何特定因素或现象。
88.第二配准可以以与第一配准类似的方式执行，例如通过在对应于多个方向的多个第一复合帧之间执行图案匹配。图案匹配可以以与以上参考框206描述的类似方式执行。具体地，在一些实施例中，在图案匹配期间为了发现匹配的图案而在当前帧中使用的搜索方向可以基于在获取当前帧时的扫描方向。
89.举例来说，假定在第一配准之后获取对应于四个扫描方向的四个第一复合帧。当在这些帧中的一个帧中搜索特定图案时，可以基于生成特定的复合帧的扫描方向来定义优选的搜索方向。举例来说，如果第一复合帧是基于从第一方向(例如，左到右)获取的一组帧产生的，那么在这样的帧中的优选的搜索方向可以被定义成与第一方向一致。举例来说，针对x方向(例如，左-右维度)设置的搜索半径可以相较于针对y方向(例如，顶部-底部维度)设置的搜索半径更大。
90.在一些实施例中，多个方向可以包括两对或更多对相反方向。在这样的情况下，第二配准可以在两步配准过程中执行，如图3中所示。具体地，针对每对给定的相反方向，对应于给定对中的相反方向的两个第一复合帧可以被配准。经配准的两个第一复合帧可以被组合(302)以获得复合帧，从而产生对应于两对或更多对相反方向的两个或更多个复合帧。所述两个或更多个复合帧可以被配准，并且经配准的两个或更多个复合帧可以被组合(304)以生成半导体样本的图像，如下文将参考图6例示。
91.现在参考图7，图示了两个图表，其例示了根据本公开的主题的某些实施例的帧之间的漂移和偏移。
92.如图所示，702示出了样本的单向扫描的图表，即仅仅从一个给定方向扫描样本。从给定方向获取包括八个帧的一组帧。图表的x轴表示组中的八个帧的帧编号，例如，帧1-8。y轴表示在组中的帧之间导致的漂移量。如上所述，组中的帧之间的漂移可以是由电子束工具的电子束与样本之间的一个或多个物理效应导致的，诸如例如热膨胀、充电效应和工具公差等等。在一些情况下，帧之间的漂移呈现线性关系。当漂移至少部分地是由热膨胀的效应导致时，尤其如此。如在图表702中表示，关于每个特定帧的漂移量形成线性回归。
93.另一方面，704示出了样本的双向扫描的图表，即从两个方向(例如，一对相反方向)扫描样本。获取八个帧的序列，包括两组帧，其中各组包括从相应方向获取的四个帧。具体地，从两个方向顺序地扫描样本，与图4的400中所示出的类似。因此，从第一方向获取包括帧1、3、5和7的第一组帧，并且从第二方向获取包括帧2、4、6和8的第二组帧。因为每组帧在序列中的每隔一个帧进行收集，因此预期双向扫描中的组中的每两个邻近帧之间的漂移量是单向扫描组中的每两个邻近帧之间的漂移量的两倍。举例来说，图表702中的帧1与帧2之间的漂移是约1nm，而图表704中的帧1与帧3之间的漂移是约2nm。
94.因此，当执行第一配准时，为了校正这样的漂移，应该相应地定义在图案匹配中使用的搜索半径。举例来说，在双向扫描中，搜索半径应该至少是单向扫描的搜索半径的两倍，并且在四向扫描中，搜索半径应该至少是单向扫描的搜索半径的四倍。
95.如上所述，如在图表704中所示的第二组帧包括从第二方向获取的帧2、4、6和8。如图所示，在第二组帧的漂移量与第一组帧的漂移量之间存在偏移。举例来说，在帧1(从第一方向获取)的漂移与帧2(从第二方向获取)的漂移之间的偏移是约16nm，并且在帧3与帧4之间的偏移也是如此。如上所述，在从不同方向获取的帧之间的这一偏移可以是由定向扫描(即，从不同的方向扫描样本)导致的，这可能与电子束工具的扫描机制有关。如上所述的第二配准是为了校正这样的偏移。
96.如在图7中所示，在从不同方向获取的帧之间的偏移可以比在从相同方向获取的帧之间的漂移大得多。因此，在一些情况下，除第二配准之外或代替第二配准，可以采取不同的测量方法来补偿这样的偏移。根据某些实施例，可以执行工具配置优化来解决这个问题。如已知的，电子束工具可以大体上被认为除了别的以外，包括扫描模块和成像模块。扫描模块可以被配置成使用电子束物理地扫描样本的表面，从而导致基于从样本发射的电子来检测到信号。成像模块可以被配置成将检测到的信号转化成可以由帧表示的数字形式。两个模块通常需要完全同步以便生成的帧可以精确地反映生成的信号。
97.在本公开的一些实施例中，提出相应地调整/调试在扫描过程与成像过程之间的同步以便补偿在从不同方向获取的帧之间的偏移的至少部分。准确的调整或调试可以基于
从参考样本获得的偏移数据。
98.举例来说，在图7的图表704的示例中，第二组帧可以利用相对于从扫描过程生成的信号的预配置的延迟来成像，而对于第一组帧则不需要延迟。类似地，在图4的示例中，当存在从四个方向获取的四组帧时，在成像过程与扫描过程之间的延迟可以被不同地配置用于生成不同的帧组。
99.根据某些实施例，当执行从多个方向获取的多组帧的配准和半导体样本的图像的生成时，如关于图2a中的框204所述，可以实施替代的过程来取代步骤206和208。当在一些情况下确定不执行第一配准时，这是适用的，如将关于图2b详细地描述的。
100.现在转向图2b，示出了根据本公开的主题的某些实施例的帧配准和图像生成的替代过程的概括流程图。
101.如上所述，在一些实施例中，可以做出确定以决定是否执行第一配准。举例来说，确定可以是基于以下因素中的至少一个：包括在帧组中的帧的数量，和待检查的样本的层(如在制造过程中的制造步骤)和/或材料。举例来说，在一些情况下，仅仅从每个方向获取一个帧，即每组帧包括单个帧。在这样的情况下，不需要在每组帧内执行第一配准。在另一示例中，样本的某些层可能不会有漂移的问题，这是由于所述层的物理特性，诸如例如所述层的材料、充电、温度等等。在一些情况下，可以共同或单独地使用样本的层和/或材料以用于确定是否有必要执行第一配准。
102.应当注意，本文中提及的关于第一配准的确定可以由系统101自动地(例如，作为所提出的方法的一部分)或由用户手动地(例如，作为可调的系统配置)做出。替代地，它可以是默认确定，即系统可以默认总是执行第一配准或默认不执行第一配准。这种默认确定可以因此被认为是系统的预确定或预配置。
103.根据某些实施例，响应于不执行第一配准的确定，可以将从每个方向获取的帧组组合(210)以生成第二复合帧，从而产生分别对应于多个方向的多个第二复合帧。可以在多个第二复合帧之间执行第二配准，并且可以将经配准的多个第二复合帧组合(212)以生成半导体样本的图像。
104.图5示出了根据本公开的主题的某些实施例的在双向扫描中的图像生成过程的示意图。
105.如所例示的，获取四个帧的序列(帧1-4)，包括从第一方向(例如，从左到右)获取的两个帧(帧1和3)，和从第二方向(例如，从右到左)获取的两个帧(帧2和4)。针对从相同的方向获取的帧，可以做出是否执行第一配准510的确定。响应于肯定的确定，帧1和3被配准，并且经配准的两个帧被组合以生成复合帧502(术语称为第一复合帧，如上文在第一配准被执行时所述)。类似地，帧2和4被配准，并且经配准的两个帧被组合以生成复合帧504。替代地，响应于否定的确定，帧1和3仅仅被组合(例如，求和)以生成复合帧502(术语称为第二复合帧，如上文在第一配准不被执行时所述)。类似地，帧2和4被组合以生成复合帧504。随后对两个复合帧502和504执行第二配准520，并且经配准的两个复合帧被组合以生成样本的图像506。
106.图6示出了根据本公开的主题的某些实施例的在四向扫描中的图像生成过程的示意图。
107.如所例示的，通过从四个方向扫描样本获取八个帧的序列(帧1-8)，包括各自从相
应方向获取的四组帧。每个组包括两个帧：从第一方向(例如，从左到右)获取的帧1和5，从第二方向(例如，从右到左)获取的帧2和6，从第三方向(例如，从顶部到底部)获取的帧3和7，和从第四方向(例如从底部到顶部)获取的帧4和8。显然，四个方向包括两对相反方向。
108.类似地，如上文参考图5所述，可以做出是否执行第一配准510的确定，并且基于确定的结果，针对给定方向，来自每个组的两个帧可以首先被配准并且随后被组合，或者仅仅被组合以生成复合帧。因此，可以生成四个复合帧602、604、606和608。
109.因为存在两对相反方向，因此可以在两个步骤525和530中执行在四个复合图像之间的第二配准。首先，针对每对相反方向，与所述对中的两个相反方向相对应的两个第一复合帧首先被配准，并且经配准的两个第一复合帧被组合以获得复合帧。举例来说，与左到右和右到左的相反方向相对应的复合帧602和604被配准和被组合(525)以生成复合帧610。类似地，另两个复合帧606和608被配准和被组合(525)以生成复合帧612。因此，生成对应于两对相反方向的两个复合帧。两个复合帧610和612随后被配准和被组合(530)以生成半导体样本的图像614。
110.根据某些实施例，如上文参考图2a、图2b和图3所描述的图像生成过程可以作为检查配方的一部分被包括，所述检查配方可被系统101和/或检查工具120使用以用于在运行时中检查样本，诸如例如执行关于样本的计量操作。在这样的情况下，本公开的主题也包括用于在配方设置期期间生成检查配方的系统和方法，其中配方包括如参考图2a、图2b和图3所描述的步骤(及其各种实施例)。应当注意，术语“检查配方”应扩展地解释为覆盖可以被检查工具使用以用于执行与如上所述的任何种类的检查相关的操作的任何配方。
111.应当注意，在本公开中示出的示例，诸如例如如上所述的从特定例示的方向获取的帧、配准算法、图案匹配算法和列举的物理效应等等，仅仅出于示例性目的被示出，并且不应被认为是以任何方式限制本公开。除以上之外，或代替以上，可以使用其他示例。
112.如本文中描述的图像生成过程的某些实施例的优点中的一个是提供样本的图像，所述图像具有减小的图像伪影(例如，当从一个方向扫描样本时，由样本的不均匀充电导致的图像伪影)。当用于半导体样本的检查(诸如例如cd测量)时，这样的生成的图像可以提供精确度更高的更好的结果。
113.将理解，本公开的应用不限于在本文中包含的描述中所阐述的或在图示中所示出的细节。
114.还将理解，根据本公开的系统可以至少部分地在适当编程的计算机上实施。同样地，本公开考虑计算机可读的计算机程序用于执行本公开的方法。本公开进一步考虑有形地体现用于执行本公开的方法的可被计算机执行的指令程序的非暂态计算机可读存储器。
115.本公开能够有其他实施例而且能够以各种方式来实践和执行。因此，将理解本文中采用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被认为具有限制性。因而，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概念可以容易地被用作用于设计其他结构、方法和系统以用于执行本公开的主题的若干目的的基础。
116.本领域技术人员将容易地理解，各种修改和变更可以被应用于如上文所描述的本公开的实施例而不脱离在随附权利要求书中和由其所限定的本公开的范围。