專利名稱：用于半導體器件中的接觸故障檢測的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的檢測領域。特別是，本發(fā)明涉及使用掃描電子顯微鏡檢測接觸故障，例如未打開(not-open)接觸孔。
集成電路是通過首先在硅晶片內(nèi)形成分立半導體器件來制造的。然后在器件中形成多層金屬互連網(wǎng)絡，使它們的有源元件接觸并將它們連接在一起，以制成所要求的電路?；ミB層是通過在分立元件上淀積絕緣層，構圖并在此層腐蝕接觸開口，然后在開口中淀積導電材料形成的。然后在絕緣層上一般施加導電層。然后構圖該導電層并腐蝕以在器件接觸之間形成互連，從而形成電路系統(tǒng)的第一級。重復進行絕緣層的淀積、接觸孔或通孔的形成、導電材料層的形成和構圖等，以形成多級電路系統(tǒng)。
根據(jù)整個集成電路的復雜性，一般要求形成金屬的多層，例如二到四層，以形成所需的互連，并將這些互連連接到接觸焊盤，該接觸焊盤容許外部連接到成品電路。設計到亞微米尺度的集成電路的高密度要求極度精確的尺寸控制和高度靈敏的檢測方法以檢測互連和/或接觸孔的圖形，以保證設計圖形的尺度和結構完整性。隨著電路越來越緊密和小型化，這些要求變得更加嚴格了，例如通過諸如64M DRAM或256MDRAM的半導體存儲器件的批量生產(chǎn)，目前一般要求0.25-0.30μm的電路尺度。
用于例如未打開狀態(tài)之類的接觸孔狀態(tài)的檢測變得越來越重要了，因為接觸孔的縱橫比(A/R)，即其深度與其直徑的比，隨著對半導體器件中的高密度的要求的增加而增加了。但是，使用488nm波長可見光的通常的光學顯微技術在檢測接觸孔的內(nèi)部特征上有限制，因為其不具有足夠高的分辨度來檢測接觸孔的內(nèi)部特征，這些內(nèi)部特征是在200nm或更小尺寸的量級。光學顯微技術也不能提供1μm或更小的光束點尺寸。
本發(fā)明的目的是提供用于半導體器件的接觸故障檢測方法和裝置，其提供了借助于數(shù)字化、而不是通過肉眼或顯微鏡進行接觸圖像的精確接觸故障檢測，基本上避免了由于相關技術的限制和缺陷引起的一個或多個問題。
本發(fā)明的另一目的是提供用于半導體器件的接觸故障檢測方法和用于對接觸進行檢測接觸故障的存在的接觸故障檢測系統(tǒng)，其中接觸具有高的縱橫比，即接觸孔的深度與其直徑的比。
本發(fā)明又一目的是提供用于半導體器件的接觸故障檢測方法和用于檢測在晶片表面上的接觸故障的接觸故障檢測系統(tǒng)，其中該檢測是在短時間內(nèi)進行的以便適用于批量生產(chǎn)設置。
本發(fā)明又一目的是提供使用接觸故障檢測方法和接觸故障檢測系統(tǒng)制造半導體器件的方法。
本發(fā)明又一目的是提供用于快速檢測接觸故障的位置以提高半導體器件的生產(chǎn)率的接觸故障檢測方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明又一目的是提供用于在光刻工藝過程中在顯影處理之后檢測半導體器件中的圖形故障和光刻膠圖形故障的存在的檢測方法和檢測系統(tǒng)。
為實現(xiàn)這些及其它目的，本發(fā)明涉及用于檢測半導體晶片中至少一部分的方法和裝置。在本發(fā)明中，用于半導體晶片的部分的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像數(shù)據(jù)被讀出。在SEM圖像數(shù)據(jù)內(nèi)，用于晶片上的特征的圖像數(shù)據(jù)被識別。計算涉及該特征的參數(shù)并與該參數(shù)的可接受值范圍相比較。在該參數(shù)和可接受值范圍之間的比較的基礎上，將該特征分類。
在一個實施例中，計算的參數(shù)是該特征的尺度或尺寸。例如，在該特征是集成電路中的接觸孔情況下，該參數(shù)可以是圖像數(shù)據(jù)象素中測量的孔的直徑。例如，接觸孔可以確定為二十個象素寬。在另一實施例中，該參數(shù)可以是對于在該特征內(nèi)的象素的平均象素亮度。例如，在該特征是接觸孔的情況下，該參數(shù)可以是對于涉及該接觸孔的象素的象素亮度的平均值。在測量的參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍內(nèi)的情況下，該特征被分類為可接受的。在該參數(shù)在該參數(shù)的可接受值的范圍以外情況下，該特征被分類為故障。例如，在特征為接觸孔情況下，該接觸孔可以被判斷為故障，例如它是未開口的。
在本發(fā)明的一個實施例中，計算特征的兩個參數(shù)。該兩個參數(shù)可以用涉及該特征的象素測量的例如接觸孔之類的特征尺寸。第二個參數(shù)可以是對于涉及該特征的象素的象素亮度的平均值。兩參數(shù)都與該參數(shù)的可接受值的預定范圍相比較。在一個實施例中，在兩參數(shù)同時在它們各自的可接受范圍內(nèi)的情況下，該特征，即接觸孔，可以被分類為可接受的。例如，在這些條件下的接觸孔可以被分類為打開和合適的尺寸和形狀。參數(shù)和它們各自的范圍之間的關系可以用于將特征分類為屬于幾種類型或范疇之一。例如，每個參數(shù)可以用于根據(jù)參數(shù)是否在它的可接受值的范圍之下、之內(nèi)或之上而將特征分類。
在一個實施例中，從掃描電子顯微鏡中的次級電子和更高能量的反向散射電子產(chǎn)生SEM圖像數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)值被數(shù)字化，并可以是數(shù)字化的灰度(grey scale)象素等級或顏色編碼象素值的形式。
在本發(fā)明的一個實施例，使用柵格或網(wǎng)格結構以使例如確定被檢測的特征的位置和/或尺寸而被檢測的特征特征化。柵格或網(wǎng)格結構一般包括疊加在被分析的晶片的部分的圖像上的一對互相垂直的軸?；蛘?，網(wǎng)格軸可以形成任何合適的幾何關系，例如三角形，梯形(trapezoidal)等。在一個實施例中，網(wǎng)格位置程序通過分析沿著平行于相互垂直的軸之一的直線的象素值確定特征的位置、形狀和/或周期圖形，其中該相互垂直的軸之一連續(xù)地位于沿著另一垂直軸的象素位置。例如，網(wǎng)格方法可以包括在多個水平象素位置設置垂直線，并在每個水平位置加上垂直象素亮度值?？偤土炼瓤梢栽诿總€水平位置比較，以識別亮度上的增加，這可用于表示特征例如接觸孔的存在。這道工藝可以對沿著一維方向的多個象素位置重復進行。然后在垂直方向重復進行，從而可以確定所有特征的圖形、形狀和尺寸。
該方法也可用于確定含有被分析的特征的子柵格或網(wǎng)格單元的最佳尺寸。例如網(wǎng)格程序可用于選擇含有一次被分析的一百個接觸孔的象素中的網(wǎng)格單元的最佳尺寸。該方法使本發(fā)明對檢測特征的處理更有效之處在于，不必要的處理可以通過優(yōu)化被檢測的每個區(qū)域的面積而消除。
在一個實施例中，SEM圖像象素數(shù)據(jù)可用于為被檢測的每個特征，例如接觸孔，計算亮度分布圖形(profile)。在一個實施例中，亮度分布圖形首先通過對一個特征將沿著垂直的直角座標軸設置的多個象素位置的每個位置處的一個垂直軸的象素亮度值累計起來產(chǎn)生的。例如，在每個水平象素位置，在垂直方向上的象素亮度值累計起來，進行平均并相對于水平軸象素位置繪制。然后根據(jù)本發(fā)明象素亮度分布圖形用于將該特征分類。
在一個實施例中，為了對所有特征的亮度分布圖形正?；?，從每個網(wǎng)格單元中的所有亮度值中減去背景亮度值。這具有把每個亮度分布圖形的背景值降低到零的效果。接著，可以在正?；瘓D形中設置閾值，以使該閾值以上的象素亮度被斷定為與該被檢測的特征有關。然后，可以從分布圖形中計算出上述識別的第一和第二參數(shù)。例如，特征的尺度可以通過計算沿著第一維方向的象素位置的數(shù)量來計算，其中這些象素位置具有在垂直方向上超過閾值的總計亮度值。由于假設超過閾值的象素亮度總和與特征有關，那么具有超過閾值的總和的象素位置的數(shù)量給出在象素中被測量的特征的一維方向的測量值。第二參數(shù)可以通過計算超過閾值的亮度值的平均值來計算。為了將該具體的特征分類為屬于預定特征型類別之一，這兩個參數(shù)與它們各自的可接受值的預定范圍相比較。
本發(fā)明的檢測方法和系統(tǒng)具有優(yōu)于現(xiàn)有技術方法的多個優(yōu)點。例如，某一現(xiàn)有技術方法使用光學方法，例如光學顯微鏡或肉眼檢查以檢測接觸故障。這些系統(tǒng)不能解決特征中的小的不規(guī)則形狀，結果產(chǎn)生故障電路。與本發(fā)明相關使用的掃描電子顯微鏡提供非常高的分辨率，以使更小的不規(guī)則形狀也能被檢測。因此本發(fā)明適用于目前的尺寸在亞微米范圍的電路特征。而且，因為本發(fā)明的網(wǎng)格方法，本發(fā)明的象素數(shù)據(jù)處理非常有效?？梢院苡行У睾涂焖俚剡M行處理和故障識別，以使本發(fā)明的檢測方法和系統(tǒng)高度適用于晶片和電路批量生產(chǎn)設置。
在另一方面，本發(fā)明涉及用于半導體器件的接觸故障檢測方法，其包括以下步驟設置一個安裝具有形成在其表面上的多個接觸孔的晶片的處理盒；從處理盒中取出一個具體的晶片并將其裝載在SEM的參考室內(nèi)的載物臺上；對準該裝載的晶片以進行電子束掃描；將安裝有晶片的載物臺移動到與SEM的電子束入射方向有關的特定位置；打開快門，用于把電子束掃描到晶片的特定位置；通過識別形成在晶片上的預構圖參考圖像，為檢測位置的檢測自動尋址；把SEM的電子束掃描到檢測位置上；通過重復電子束掃描，自動聚焦，用于得到進一步清晰的圖像；關閉快門，用于將自動聚焦晶片與電子束隔離開；通過將從含有掃描電子束之后至少一個接觸孔的單元表面檢測的電子信號數(shù)值與確定正常接觸的電子信號值相比較，檢測接觸故障；通過移動載物臺到另一個位置并重復相同的步驟，在晶片的另一位置中進一步檢測接觸故障；通過卸載完成的晶片和把其它晶片裝載到參考室中并重復相同的步驟，對處理盒中的所有晶片進一步進行檢測接觸故障。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造半導體器件的方法包括以下步驟對形成在半導體襯底上的特定絕緣材料層形成接觸孔；通過將從包括至少一個接觸孔的表面檢測的電子信號值與對應于正常接觸孔的電子信號值相比較，檢測每個接觸孔的接觸；在檢測之后的接觸孔內(nèi)填入導電材料層之后，進行半導體器件制造工藝的后面的處理。
接觸故障檢測步驟可以對半導體襯底上的特殊取樣位置進行，例如，對批量生產(chǎn)線進行接觸故障檢測步驟。完成光刻膠圖形成型的顯影處理之后，可以對接觸孔成型的光刻膠圖形的底部進行進一步的故障檢測步驟。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明包括制造半導體器件的方法，該方法包括以下步驟為了在半導體襯底上形成的絕緣材料層形成接觸孔，形成光刻膠接觸孔圖形；通過將從包含至少一個接觸孔圖形的單元區(qū)域檢測的電子信號值與對應于正常接觸孔圖形的電子信號值相比較，檢測每個接觸孔的接觸。
通過參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述使本發(fā)明的前述和其它目的、特點和優(yōu)點更明顯，附圖中相同的參考特征在不同的圖中采用了相同的部件表示。附圖并不是按比例的，重點在于表示本發(fā)明的原理。


圖1是表示掃描電子顯微鏡(SEM)的操作的示意方框圖；圖2是表示在參考點被電子束照射時，在SEM中所發(fā)射的、包括次級電子和反向散射電子的電子的能譜的曲線圖；圖3是表示在線(in-line)SEM的構形的方框圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)另一實施例的方框圖6是表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)另一實施例的方框圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)又一實施例的方框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的接觸故障檢測方法和系統(tǒng)的一個實施例的功能方框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的接觸故障檢測方法和系統(tǒng)的另一個實施例的功能方框圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的接觸故障檢測方法和系統(tǒng)的另一個實施例的功能方框圖；圖11表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測方法的一個實施例的邏輯流程的流程圖；圖12表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測方法的另一個實施例的邏輯流程的流程圖；圖13表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測方法的另一個實施例的邏輯流程的流程圖；圖14表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測方法的另一個實施例的邏輯流程的流程圖；圖15是表示根據(jù)本發(fā)明實施例用于接觸故障檢測的晶片上的芯片取樣位置的圖形的示意圖；圖16是表示在圖15的一個芯片取樣位置內(nèi)的取樣區(qū)域的細節(jié)示意圖；圖17是表示其中具有用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接觸故障檢測的接觸孔的半導體器件的截面圖；圖18表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例通過接觸位置識別方法設置網(wǎng)格之后的接觸孔的SEM圖像數(shù)據(jù)；圖19表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的網(wǎng)格設置以進行接觸識別方法的示意圖；圖20表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的網(wǎng)格設置以進行接觸識別方法的示意圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在接觸單元與水平和垂直象素單元之間的關系示意圖；圖22表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在背景值去掉之前接觸單元的亮度分布圖形；圖23表示在背景值去掉之后圖22的接觸單元的亮度分布圖形；圖24表示在背景值去掉之后接觸單元的SEM圖像的亮度分布圖形；圖25表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例接觸故障檢測的代碼識別結果的圖表；圖26表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例接觸故障檢測的一部分結果的圖表；圖27表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例半導體器件處理工序的邏輯流程的流程圖；圖28是根據(jù)本發(fā)明接觸檢測方法的一個實施例邏輯流程的方框圖；圖29是表示根據(jù)圖28的方法讀取掃描電子顯微鏡圖像數(shù)據(jù)的邏輯流程的流程圖；圖30A-30D表示根據(jù)圖28的方法識別接觸孔位置的邏輯流程的流程圖；圖31A-31D表示根據(jù)圖28的方法計算接觸孔分布圖形的邏輯流程的流程圖；圖32A-32B表示根據(jù)圖28的方法檢測接觸孔的邏輯流程的流程圖。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明使用的掃描電子顯微鏡100的方框圖，用以檢測半導體器件中的接觸孔。
參照圖1，電子槍102發(fā)射電子束通過聚光透鏡104。電子束穿過偏轉(zhuǎn)線圈122、物鏡108的膜片106和快門124。聚焦電子束發(fā)射到參考或樣品表面110并掃描，該表面可以是被檢測的半導體晶片的表面。從參考表面發(fā)射的次級電子和反向散射電子在信號檢測器112中被檢測，產(chǎn)生表示接收電子的信號。被檢測的電子信號在信號放大器114中放大。被放大的信號可以在陰極射線管(CRT)118內(nèi)部的熒光表面上掃描，以形成參考表面的可視圖象。
CRT118的掃描通過與被偏轉(zhuǎn)線圈122控制的參考表面的掃描相關的偏轉(zhuǎn)線圈116控制。在SEM中，參考表面的掃描表面被分割成精細的象素，被每個象素元件檢測的電子信號被順時地傳輸，以便形成SEM圖像。到此為止，穿過信號放大器114的電子信號被轉(zhuǎn)移到掃描電路120中，從而電子束的偏轉(zhuǎn)角度在第二偏轉(zhuǎn)線圈122中控制。
此外，對于每個象素被放大的電子信號可以轉(zhuǎn)移到處理單元，其可以實現(xiàn)各種使信號符合要求和處理的功能。處理單元115可以把每個象素的電子信號轉(zhuǎn)換為離散的灰度或顏色編碼值，用于產(chǎn)生圖像?；叶戎悼梢哉J為是被0到255之間的二進制值化編碼的可能級別256之一個。存儲器可以用于儲存每個象素的灰度值。作為處理單元的一部分的計算機可以處理所需的圖像數(shù)據(jù)。在一個構形中，計算機被編程以分析灰度數(shù)據(jù)，用以進行如這里的詳細說明的本發(fā)明的接觸檢測。
圖3表示在線SEM系統(tǒng)的特征的方框圖，接觸檢測可以在線進行。在現(xiàn)有技術工藝中，SEM圖像數(shù)據(jù)是在生產(chǎn)線以外收集和分析，即脫離制造工藝。因為本發(fā)明的在線方法已經(jīng)大大提高了效率，所以SEM圖像數(shù)據(jù)可以在制造工藝過程中收集和分析。這樣，可以消除現(xiàn)有技術方法中使用的額外的檢測步驟。在線SEM系統(tǒng)包括電子光學部分，參考部分，真空部分和電子部分。電子光學部分包括電子束發(fā)生器14，電子束偏轉(zhuǎn)器15和信號檢測器16。參考部分包括用于將參考物，即晶片，從處理盒傳送到參考室的參考物傳送部分12，和參考物對準部分13。真空部分包括用于保持參考室內(nèi)為真空的真空形成部分11。電氣部分包括主計算機10，其具有用于控制電子光學部分、參考室、真空部分和其它系統(tǒng)部件的主控制器21。電氣部分還包括能夠儲存來自信號檢測器16的檢測信號數(shù)據(jù)的存儲單元或存儲器22，和用于顯示從所檢測電子信號產(chǎn)生的圖像的主顯示器19。自動聚焦控制器18進行自動聚焦以提供清晰的圖像。
在一般的掃描電子顯微鏡中，電子束照射到參考表面，產(chǎn)生次級電子并從參考表面發(fā)射。來自電子束的電子也可以從該表面散射。圖2表示在照射參考表面時從參考表面發(fā)射和散射的電子的能譜。如圖2所示，發(fā)現(xiàn)次級電子(SE)的最高數(shù)量在小于50eV的電子能帶中，發(fā)現(xiàn)大部分反向散射電子(BSE)在更高能帶中。廣泛可利用的在線SEM使用在大約20eV的低能帶中產(chǎn)生的次級電子(SE)，以使表面和邊緣的圖像更清晰。但是，在例如接觸孔之類的檢測特征帶有高的縱橫比即孔的深度與其直徑之比的情況下，接觸孔內(nèi)部產(chǎn)生的次級電子在它們穿過接觸孔的同時可能分散，從而接觸孔的圖像不清楚。由于這些特征一般用肉眼視力檢查，對于接觸故障檢測，清晰的圖像是必要的。
圖4-7表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)的各種實施例的方框圖。圖4的系統(tǒng)包含與圖3中所示的在線SEM的部件相同的一些部分。但是，它還包括在主計算機20內(nèi)的接觸故障檢測模塊60。如上所述，在線SEM的結構包括電子光學部分，其包括電子束發(fā)生器14，電子束偏轉(zhuǎn)器15和信號檢測器部分16。信號檢測器最好使用能夠檢測在用電子束照射參考表面之后發(fā)射的次級電子(SE)和反向散射電子(BSE)的檢測器。該系統(tǒng)還包括參考室，其包括參考對準部分13，用于旋轉(zhuǎn)和傾斜其上放置被檢測的參考晶片的載物臺，同時沿著X、Y和Z軸移動。真空形成部分11保持參考室處于所要求級別的真空狀態(tài)。參考物傳送部分12將參考物傳送到參考室中。電氣部分包括主計算機20，其具有用于控制電子光學部分、參考室、真空形成部分和其它子系統(tǒng)的主控制器21。主存儲單元或存儲器22儲存從信號檢測器16檢測的信號。主顯示器19顯示得自檢測電子信號的圖像。自動聚焦控制器18自動進行用于顯示清晰圖像顯示的聚焦操作。本實施例還包括接觸故障檢測模塊60，用于根據(jù)本發(fā)明分析包含在從信號檢測器16傳送的并在主計算機20中儲存的電子信號中的信息，以檢測接觸孔。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)的另一實施例。圖5的系統(tǒng)還包括與圖3的在線SEM相同的部分部件。不同的部分是，它還包括接觸故障檢測模塊60和位于主計算機20內(nèi)的接觸評定尺寸(CD)測量模塊70。評定尺寸是被檢測的特定特征的尺寸。例如在圓形接觸孔的情況下，評定尺寸可以是孔的直徑。在一個實施例中，接觸評定尺寸(CD)測量模塊70通過將來自被SEM產(chǎn)生的接觸圖像的接觸直徑與預儲存的標準值相比較進行測量的。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障在線檢測系統(tǒng)的另一實施例。圖6的系統(tǒng)還包含與圖3的在線SEM相同的部分部件。所不同的是，它還包括與主計算機10接口的子計算機80和子計算機80內(nèi)的接觸故障檢測模塊60。子計算機80可以使用標準商業(yè)上通用的個人計算機，并可以包括子顯示器和子存儲單元或存儲器。接觸故障的存在可以通過子計算機80中的接觸故障檢測模塊60分析來自儲存在主存儲單元22中的接觸電子信號的數(shù)據(jù)來檢測。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)的另一實施例。圖7的系統(tǒng)也包括與圖6的在線SEM相同的部分部件，具有與主計算機40連接的子計算機80。它還具有在子計算機80中的接觸故障檢測模塊60和主計算機40中的接觸CD測量模塊70。
圖8-10是表示根據(jù)本發(fā)明的接觸故障檢測模塊60的各種實施例的功能方框圖。參見圖8，接觸故障檢測模塊60可以包括SEM信號讀取模塊60a，其接收表示在被電子束照射的同時從晶片接收的電子的SEM信號。接觸位置識別模塊60d分析SEM信號，以確定要檢測的接觸孔和/或其它特征的位置。接觸圖形計算和背景去除模塊60e使用SEM信號數(shù)據(jù)產(chǎn)生接觸孔的亮度分布圖形。亮度分布圖形一般通過去掉由背景亮度效應產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行正?；?，從而亮度分布圖形形狀可以獨立于背景效應進行檢測。接觸故障檢測模塊60f分析接觸孔的亮度分布圖形以識別接觸故障。在一個實施例中，如下面的詳細描述，接觸的平均亮度值與預定閾值相比較以識別故障。結果顯示模塊60g可以顯示故障分析的結果。
在一個實施例中，SEM信號讀取模塊60a讀取接觸孔的數(shù)字化電子信號信息，該信息儲存在主計算機20的主存儲單元或存儲器22中。在線SEM將通過電子束掃描檢測的電子信號數(shù)字化，并儲存作為灰度或顏色編碼級別的亮度。在一個系統(tǒng)中，分配給每個象素的灰度值是從0到255的范圍內(nèi)256個可能值的一個。最高亮度定義為255，最低亮度定義為0。數(shù)字化亮度值被每個象素元件顏色編碼，即灰度。通過以連續(xù)時間讀取每個象素的灰度值并在陰極射線管、監(jiān)視器和/或打印機上顯示象素圖像，產(chǎn)生接觸圖像?；叶瓤梢赞D(zhuǎn)換成用于彩色顯示的彩色。
參見圖9，其中描繪的接觸故障檢測模塊的實施例包括圖8的實施例的改型。在圖9中，接觸圖形計算模塊60e(1)和背景值去除模塊60e(2)作為分離的模塊提供，以與圖8中的組合模塊60e相對。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的接觸故障檢測模塊60的另一實施例的功能方框圖。參見圖10，接觸故障檢測模塊60包括圖形文件傳輸網(wǎng)絡模塊60b，圖形文件到SEM信號轉(zhuǎn)換模塊60c，接觸位置識別模塊60d，組合接觸圖形計算和背景值去除模塊60e，接觸故障檢測模塊60f和結果顯示模塊60g。
參見圖6，圖形文件傳輸網(wǎng)絡模塊60b是主計算機10、40和子計算機80之間的信號傳輸?shù)囊环N裝置。模塊60b將儲存在主計算機10、40的主存儲單元22中的接觸的數(shù)字化電子信號的信息轉(zhuǎn)換成圖形文件，然后將其傳送給子計算機80。
圖形文件到SEM信號轉(zhuǎn)換模塊60c讀取傳送到子計算機80的圖形文件的顏色編碼，即灰度，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字化SEM信號。接觸位置識別模塊60d，接觸圖形計算和背景值去除模塊60e，接觸故障檢測模塊60f和結果顯示模塊60g的說明參見上面對圖8和圖9說明。
圖11-14表示根據(jù)本發(fā)明使用接觸故障檢測系統(tǒng)的半導體器件的接觸故障在線檢測處理的各種實施例的流程圖。參見圖11，圖4的接觸故障檢測部分60使用安裝在主計算機40中的在線SEM在具有多個接觸孔的晶片上進行接觸故障檢測。首先，在在線SEM的確定位置上，設置安裝具有多個接觸孔的晶片的處理盒(S10)。然后，在從處理盒取出要檢測的晶片之后，它被裝載在SEM的參考室內(nèi)的載物臺上(S12)。然后，對準晶片的平面。接著，裝載的晶片對準電子束掃描(S14)，并且其上安裝有晶片的載物臺移動以放置在用于SEM的電子束的入射方向的某一位置(S16)。
打開放置在物鏡下面的快門，以便在晶片的某一位置上照射電子束，進行自動尋址(S20)。自動尋址通過在該位置上施加預構圖標準圖像而識別某一位置，從而可以相對于標準圖像進行檢測。
然后，要檢測的位置用來自SEM的電子束照射(S22)，并通過用于清晰接觸圖像的自動聚焦控制部分重復進行電子束掃描(S24)。然后，為了結束晶片的電子束掃描，關閉快門。
接著，檢測從根據(jù)本發(fā)明的電子束掃描檢測的每個接觸的電子信號的亮度分布圖形(S28)。然后確定是否在晶片的另一位置進行接觸故障檢測(S30)。如果是，則流程回到S16，并且載物臺移動到晶片的另一位置，重復進行上述步驟。當完成接觸故障檢測時，卸下晶片(34)。如果這樣，處理盒中的另一晶片被裝載在參考室中，并且重復上述步驟，由此對處理盒中的晶片進行接觸故障檢測。如果對所有晶片完成了接觸故障檢測，處理盒移走(S36)，由此完成工藝。
參見圖12的實施例，用于其上具有多個接觸孔的晶片的接觸故障檢測方法通過使用具有其中接觸故障檢測部分60和接觸CD測量部分70形成在一起的主計算機30的圖15的在線SEM表示。接觸故障檢測如前述圖11那樣進行，但是與圖11的實施例不同的是，快門被關閉(S26)，確定接觸故障檢測(S27)，并且在不進行接觸故障檢測(S28)時進行接觸CD測量(S29)。
圖13表示通過使用圖6的在線SEM用于具有多個接觸孔的晶片的接觸故障檢測方法，圖6中接觸故障檢測部分60位于子計算機80中，而不是在主計算機10中。如圖13所示，在關閉快門之后(S26)，儲存在主計算機的主儲存器中的SEM信號傳輸?shù)阶佑嬎銠C，確定需要對晶片的另一位置進行接觸故障檢測(S31)。子計算機接收該傳輸信號，以便進行接觸故障檢測(S37)。
在圖14的實施例中，在接觸故障檢測部分60安裝于子計算機中，而不是安裝在圖6中的子計算機中情況下，子計算機和主計算機相互交換順序。通過圖11中所示的相同的步驟，關閉快門(S26)，確定儲存在主計算機的主儲存部分中的SEM信號傳輸給子計算機(S31-1)，通過子計算機進行接觸故障檢測(S31-2)。確定是否需要在其它位置上進行接觸檢測(S31-3，S31-4)。
圖15表示在本發(fā)明的接觸故障檢測下的晶片110上測試的編號區(qū)域(#2-#37)。表示為“AP”的一個區(qū)域表示對準點，“#1”表示芯片未聚焦位置。
在圖15的每個數(shù)字覆蓋區(qū)域內(nèi)，可以定義幾個取樣位置。例如，對于圖15的芯片或區(qū)域#2，圖16表示五個取樣位置，即左上角(2，1)，右上角(2，2)，右下角(2，3)，左下角(2，4)，和中心(2，5)。取樣位置或取樣數(shù)字可以以各種方式在一個樣品芯片單元內(nèi)選擇。在本發(fā)明所示的實施例中，從35個芯片或取樣區(qū)域中取樣175個位置，每個芯片中測試五個取樣位置。在使用在線SEM的12.5k放大率的一個實施例中，可以在每個取樣位置的480×480象素圖像內(nèi)具有98個接觸。對于35個區(qū)域中的每一個有五個取樣位置，檢測17,150個接觸。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明具有要檢測的接觸孔的半導體器件的截面圖。圖17表示64M DRAM掩埋接觸的形成工藝。場氧化層131定義了形成在半導體襯底130上的有源區(qū)。柵極132形成在有源區(qū)上并用隔離層133覆蓋。在該表面上形成高溫氧化膜的第一絕緣層134之后，形成第一接觸孔137，作為用于位線135的直接接觸。形成位線135之后，在該表面上形成第二絕緣層136，作為BPSG，并形成用于字線的第二接觸孔138。
作為本發(fā)明檢測的一個例子，在64M DRAM制造工藝過程中對用于形成字線的掩埋接觸進行檢測。如圖17所示，檢測還可以對直接接觸137進行，或在用于形成這些接觸孔的光刻膠圖形的顯影工藝之后進行。
在本發(fā)明的接觸故障檢測方法中，首先在被檢測的特征的尺寸基礎上，例如圓形接觸孔的直徑，對要檢測的每個位置選擇最佳圖像尺寸。在一個實施例中，一般的SEM圖像包括480×480象素?？梢詾閳D16的每個數(shù)字編號位置取得這種圖像。根據(jù)接觸孔之間的尺寸和距離，確定每個單獨的接觸孔的最佳圖像尺寸。圖18表示用于半導體器件的一個取樣位置的12.5K放大率的在線SEM的接觸圖像的例子。它是由480×480個象素構成，圖像中描繪的接觸的數(shù)字是98，即在水平方向中的14和在垂直方向中的7。
確定最佳分辨率，在被檢測的特征尺寸即接觸孔以及孔間的距離的基礎上確定最佳分辨率并檢測。例如，在一個系統(tǒng)中，每個象素可以在SEM中分辨近似12nm。目前，眾所周知，接觸孔可以具有200nm量級的直徑。選擇覆蓋特征的象素的數(shù)量以保證可以在圖像中檢測特征中的不規(guī)則形狀。例如，在被檢測的區(qū)域在平均間隔柵格中具有一百個孔情況下，可以使用一組一百個48×48象素子柵格，以覆蓋所有的孔，包括孔之間的間隔，其中每個子柵格與一個孔有關。水平或垂直線的矩形柵格或網(wǎng)格可以疊加在480×480象素陣列上，以形成用于檢測每個孔的一百個48×48象素子柵格。
根據(jù)本發(fā)明，然后確定48×48象素柵格足夠分辨被檢測的孔中的任何不規(guī)則性?？椎某叽缗c在每個子柵格中的間隔的量相比較，以確定是否覆蓋孔本身的象素的數(shù)量足以分析孔。通過以覆蓋孔的象素的數(shù)量分割評定尺寸即孔的直徑來確定分辨率。該分辨率與閾值相比較，例如12nm/象素閾值，以確定該分辨率是否足夠。
在確定象素分辨率之后，可以使用網(wǎng)格結構以定位和確定接觸孔的尺寸。在一個實施例中，使用網(wǎng)格或柵格結構中的垂直和水平線以定位接觸孔。
參見表示模塊60d的此接觸位置識別處理的圖18，網(wǎng)格或柵格位于在矩陣中對準的接觸圖像上，在某一搜索區(qū)域內(nèi)調(diào)整水平軸和垂直軸間距(pitches)，從而使每個接觸放置在每個網(wǎng)格上。此時，可以通過增加或減少產(chǎn)生接觸圖像的象素的數(shù)量來控制間距。網(wǎng)格線的搜索區(qū)域最好設置為包括重復接觸孔相同圖形的區(qū)域。
參見圖18，使用網(wǎng)格搜索的接觸位置識別處理確定每個網(wǎng)格單元或子柵格由水平尺度方向中的至少32個象素和垂直尺度方向中的至少62個象素構成，搜索區(qū)域是通過在包括水平軸中的至少32個象素和垂直軸中的至少62個象素的范圍內(nèi)移動虛水平軸網(wǎng)格線150和虛垂直軸網(wǎng)格線152確定的，由此檢測最低數(shù)字化電子束信號值的位置，從而接觸圖像中的每個接觸不受網(wǎng)格線的干涉。
在一個實施例中，可以通過在第一位置定位垂直線或水平線來進行網(wǎng)格搜索。累計沿著該線的亮度值以確定該線的總亮度。然后該線移動到下一位置。例如，垂直線可以沿著水平軸移動到下一位置。在該位置，沿著垂直線的亮度值又被累計起來。在每個位置，總亮度值與預定閾值和以前的總和相比較。假設孔具有高于背景的亮度，亮度的增加可以用以表示已經(jīng)到達孔的邊緣。在另一實施例中，孔具有低于背景的亮度。該處理可以連續(xù)穿過整個柵格結構，以定位和/或確定每個孔的尺寸和形狀。在一個方向上計算了所有的總和之后，可以對其它方向重復進行處理，結果刻畫出孔的尺寸、形狀和位置。在用于各種目的的后來的處理過程中可以使用這個信息。通過確定了孔的位置和形狀，可以消除與孔無關的象素的不必要的處理。而且，如果在后來的處理過程中識別故障，可以很容易確定不合格孔的準確位置。
在進行接觸位置識別之后，如圖18中所示的初始網(wǎng)格單元的原點，例如，是水平軸上的象素號XO＝13和垂直軸上的象素號YO＝23。具有相同尺寸的單元可以進行比較，這就是為何進行上述的接觸位置識別的原因。
網(wǎng)格單元可以用在各種設置中，即，如圖19所示，其中接觸孔153放置在兩個單元之間跳過一個網(wǎng)格單元的一個網(wǎng)格單元，或如圖20所示，其中可以將至少兩個接觸孔153放置在一個網(wǎng)格單元上。另外，如果圖像的圖形在每個單元區(qū)域上重復，上述網(wǎng)格方法的位置識別方法可以使用在各種圖像形狀中，例如正方形或口形襯墊(pad)圖像，與上述圓形接觸圖像相反。
圖18表示根據(jù)本發(fā)明用于網(wǎng)格設置以進行接觸位置識別處理的接觸單元(480×480象素)的SEM圖像。如上所述，在該實施例中，目前測試的網(wǎng)格單元設置為32×62象素，初始象素號(XO，YO)為(13，23)。通過在由上述每個網(wǎng)格線確定的搜索范圍內(nèi)移動水平網(wǎng)格線150和垂直網(wǎng)格線152確定上述網(wǎng)格單元設置，這可以通過以對應于網(wǎng)格單元的每個間距的分別大約為60個象素和大約30個象素設置。在另一實施例中，分析每條線以識別對應于每個網(wǎng)格線的最低亮度值，以確定孔的位置。
圖19和20表示上述網(wǎng)格設置的不同類型，圖21表示為了解釋產(chǎn)生的接觸亮度分布圖形而用象素單元表示接觸單元。圖22表示在去掉背景亮度以正?；搱D形之前，網(wǎng)格單元內(nèi)的第一亮度分布圖形，其表示相對于垂直軸的亮度值。圖23表示圖22的亮度分布圖形，其帶有在去掉背景亮度值之后設置的接觸閾值。在目前的測試中，閾值電子信號值設置為5，閾值象素號為20，如圖23所示。被檢測的接觸孔跨越沿著垂直軸的象素20-40。
圖24表示用于去掉背景值之后的圖18的接觸的SEM圖像的亮度分布圖形。圖25是表示含有在圖18的接觸上進行的本發(fā)明的接觸故障檢測的被編碼結果的表格。圖24中的圓形接觸以代碼4與圖25中確定為接觸故障的位置相匹配。
圖26是表示相對于每個晶片的取樣位置，在目前測試中圖15中所示的每個取樣位置的接觸故障檢測結果的一部分的圖表，其中指明了對應于根據(jù)本發(fā)明的接觸的每個分類標準的所有接觸的數(shù)量。也就是，對應于每個芯片或測試區(qū)域中的每五個位置，列出了在該位置中發(fā)現(xiàn)的孔的每種分類的數(shù)量。例如，在位置(1，3)，有87個接觸孔被分類為類型D，3個孔分類為類型E，5個孔分類為類型G，和3個孔分類為類型H。應該注意，在每個位置，98個孔被分類和檢測，在35個檢測區(qū)域上檢測總數(shù)為17,150個孔。在一個實施例中，由于通過本發(fā)明節(jié)省了處理時間，所以這種測試可以在一個小時內(nèi)完成。因此這種方法適用于批量生產(chǎn)。
接觸圖形計算模塊60e(1)用于為上述特殊網(wǎng)格的每個網(wǎng)格單元產(chǎn)生上述檢測電子信號值的第一亮度分布圖形。背景值去除模塊60e(2)用于通過從第一亮度分布圖形中減去背景值而從第一亮度分布圖形產(chǎn)生第二亮度分布圖形。
通過使用對應于包含在每個網(wǎng)格單元中的每個象素數(shù)字化的電子信號值計算第一亮度分布圖形和第二亮度分布圖形。但是，從每個網(wǎng)格單元獲得的電子信號值包含來自相應的接觸的電子信號值和從包圍該接觸的外部區(qū)域產(chǎn)生的電子信號值。在本發(fā)明中，為獲得只包含來自一個網(wǎng)格單元內(nèi)接觸內(nèi)部亮度的準確電子信號值，從亮度分布圖形中減去來自接觸區(qū)域外面的背景電子信號值，即包圍接觸的區(qū)域，以產(chǎn)生正?；诙炼确植紙D形。這稱之為“顏色效應”去除。
在本發(fā)明的一個實施例中，接觸亮度分布圖形計算和背景值的去除是通過模塊60e根據(jù)下面的等式(1)進行的。Y=X(B/Bc)Xc---(1);]]>其中X是一個網(wǎng)格單元內(nèi)的預定閾值以上的電子信號值的總和；B是一個網(wǎng)格單元內(nèi)的預定閾值以下的電子信號值的總和；Bc是一個網(wǎng)格單元內(nèi)具有低于預定閾值的值的電子信號的數(shù)量；Xc是一個網(wǎng)格單元內(nèi)具有高于預定閾值的值的電子信號的數(shù)量；和Y是一個網(wǎng)格單元內(nèi)的帶有背景補償?shù)碾娮有盘栔怠?br> 在等式(1)中，上述預定值可以通過去掉背景值和達到準確的測量結果來確定。在一個實施例中，例如，該值是100，但是不限于該值。
Y值，即等式(1)的結果，是每個網(wǎng)格單元內(nèi)的補償?shù)碾娮有盘柕目偤汀Ｔ谝粋€實施例中，可以為等式(1)中的Y值設置下限和上限。如果為特定的接觸計算的值在下限之下，則該接觸被斷定是有故障的。在一個實施例中，讀取的在預定下限以下的這種類型表示為未開口接觸孔故障。
等式(1)一般用于帶有不規(guī)則形狀的接觸孔的檢測。例如，等式(1)可用于在孔形成之前用于形成接觸孔的光刻膠層的檢測。
在另一實施例中，接觸圖形計算和背景值去除是根據(jù)下面的等式(2)-(4)進行的。
PKN＝(PKN)’－PmN(2)；(PKN),=ΣPn=hiNnk(hfN-hiN)---(3);]]>PmN＝基線[(PKN)’] (4)；其中n是水平軸象素數(shù)量；k是垂直軸象素數(shù)量；Pnk是在水平軸位置n和垂直軸位置k處一個象素的數(shù)字化信號值；N是被分析的網(wǎng)格數(shù)量；hiN是一個網(wǎng)格單元內(nèi)的水平軸中的初始象素數(shù)量；和hfN是一個網(wǎng)格單元內(nèi)的水平軸中的最后象素數(shù)量。
下面參照圖21和22說明等式(2)-(4)。圖21是表示根據(jù)本發(fā)明用于計算接觸亮度分布圖形的接觸的網(wǎng)格單元內(nèi)的象素單元的圖解。圖22是表示對于圖18的接觸圖像減去背景值之前計算的網(wǎng)格單元內(nèi)的第一亮度分布圖形的曲線圖。在一個實施例中，亮度分布圖形是通過沿著一個軸移動到離散的位置并將在每個位置沿著垂直方向的亮度值累計起來并將象素亮度總和相對于沿著象素軸象素數(shù)量分割而產(chǎn)生的。例如，圖22的圖形可以通過沿著垂直軸步進穿過象素位置并將水平方向的象素亮度累計起來而形成。在圖22的圖形中，結果是在表示特定網(wǎng)格單元中的接觸孔存在的中間值附近帶有峰值的亮度分布圖形。該接觸孔從大約象素位置16向象素位置44延伸，因此在垂直方向穿過大約28個象素。該圖形在孔的中心處在峰值的頂部亮度中有輕微的下降，它表示在孔的底部檢測的亮度的下降。這個亮度分布圖形的形狀表示是正常的接觸孔。
來自等式(3)的值(PKN)’是垂直軸象素數(shù)量k中的每個象素的平均電子信號值。這是通過將對應于垂直軸象素數(shù)量k線(圖21；k＝20)中的每個象素的數(shù)字化電子信號值的整個總和，即圖22中的曲線的高度，按照垂直軸位置k的水平象素的數(shù)量分割得到的，其中在垂直軸位置k的水平象素的數(shù)量是通過hfN-hiN給出的。圖22表示從等式(3)產(chǎn)生的結果圖形。PmN是(PKN)’的最小值，即亮度背景或基線值。因此，PkN表示減去背景值的每象素平均電子信號值。
圖23是在根據(jù)等式(2)減去背景值之后的第二亮度分布圖形的曲線圖。圖24表示對于圖18的接觸圖像中的接觸的正?；诙炼确植紙D形。
在一個實施例中，本發(fā)明的接觸故障檢測工藝還分析等式(2)-(4)的結果，從而根據(jù)它們是否存在故障而將接觸分類，如果是，則其屬于故障類型。分析每個孔的第二亮度分布圖形(圖24)以識別故障和將其分類。
在一個實施例中，如圖23所示，閾值，例如5，施加于第二亮度分布圖形(減去背景值之后的每象素平均電子信號值)。接觸的評定尺寸CDN定義為在閾值處峰值的長度(或?qū)挾?。如圖23所示，通過設置閾值為5，接觸的評定尺寸CDN是CDN＝40－20＝20個象素。該評定尺寸CDN，可以是例如接觸孔的直徑，可以從下面的等式(5)計算。CDN=NΣk=viNk=vfNWkN---(5)]]>；其中ViN是網(wǎng)格單元內(nèi)的垂直軸初始象素數(shù)量；
VfN是網(wǎng)格單元內(nèi)的垂直軸最后象素數(shù)量；PkN＝(PmN)’－PmN；和WkN表示象素亮度是否在閾值之上，具體為
然后，根據(jù)下面的等式(6)，為所有的象素計算高于閾值的平均象素亮度BSEN。BSEN=Σk=viNK=vFNPkNWkNCDN---(6)]]>。
應該注意，等式(5)和(6)表示相對于等式(1)的另一檢測方法。等式(6)中的平均象素亮度BSEN是在等式(1)中計算的值Y的模擬量。而且，等式(5)和(6)中的值CDN代替等式(1)中的值Xc。
對檢測的接觸計算象素數(shù)量CDN和平均象素亮度值BSEN之后，可以使用它們分類接觸的條件。在一個實施例中，可以為象素數(shù)量CDN設置上限值NOC2和下限值NOC1。這些限制可以用于確定正常接觸的可接受象素數(shù)量的范圍。還可以為平均象素亮度BSEN設置限制。上限值NOT2和下限值NOT1可用于確定正常接觸的可接受平均象素值的范圍。
分析的每個接觸的值CDN和BSEN與它們各自的范圍相比較以將接觸分類。在一個實施例中，每個接觸分類為九個可能類型之一，這取決于值CDN和BSEN與它們各自的范圍的比較。九個可能條件和它們對應的類型的分類和數(shù)字代碼的一個例子制成表格如表1。
表1接觸分類表1的三列定義接觸孔深度的三個條件。它們按照降低深度順序排列。也就是，第一列定義三個條件，即相對深的接觸孔的類型A、D和G。第二列包括正常接觸深度的三個條件，即類型B、E和H。第三列定義不足的接觸深度的三個條件，即類型C、F和I。這些接觸孔類型一般定義部分開口的接觸孔或非均勻接觸孔。表1的行按照增加接觸孔的深度順序排列。第一行，包括類型A、B和C接觸孔類型，具有不足的小直徑。第二類別，包括類型D、E和F，定義具有正常直徑的接觸孔。第三類別，包括類型G、H和I，定義具有過大直徑的接觸孔。
如表1所示，E-類型分類是通過CDN和BSEN位于它們的各自預定范圍內(nèi)制成的。在一個或兩個值位于該范圍之外的其它類型被分類在其余類型之一中，這可用于表示接觸故障的變化程度或類型。
結果顯示器60g可以顯示通過接觸故障檢測模塊60f分類的正常接觸和/或接觸故障的分類的結果。該結果可以表示為關于每個接觸的位置的數(shù)字化值。
圖25表示對于圖24的接觸孔的分類和象素位置的例子的表格。每個接觸是正常的還是有故障的可以用與第二亮度分布圖形相對應的每個接觸的位置相關的數(shù)字代碼表示。代碼“5”表示類型E，意為正常接觸，代碼“4”表示類型D接觸故障。在一個實施例中，類型D表示未開口接觸。圖25的X值表示每個網(wǎng)格單元的初始水平軸象素數(shù)量，Y值表示初始垂直軸象素數(shù)量。圖26表示在半導體晶片上的七個區(qū)域的每個中的五個位置上的本發(fā)明的檢測結果的表格。該表表示每個位置內(nèi)的每個分類類型的接觸的數(shù)量。
CDN和BSEN的值可用于以不同的方式對接觸分類。也就是，一個特別的接觸落入在該分類內(nèi)的類型分類可詳細說明接觸故障的特別類型。例如，當一個接觸的BSEN在最小值NOT1以下時，一般表示未開口接觸孔，并將該接觸孔分類為類型A、D和G中的一個。當BSEN大于最大值NOT2時，該孔被認為是打開的，但是由于某些原因仍然不能接受。例如，該孔可能具有不規(guī)則形狀，諸如向著孔的底部變寬或變窄。在這種情況下，該孔將被分類為類型C、F和I之一。
同樣，當CDN在最小值NOC1之下時，表示孔具有故障，可能是太窄或具有某些不規(guī)則的形狀，例如橢圓形。如果CDN在最大值NOC2之上，則表示該孔為不規(guī)則形狀。
圖27包含表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造半導體器件的工藝的處理工序的邏輯流程的流程圖。首先，在半導體器件的制造工藝過程中的特殊處理步驟中，在特定絕緣層，例如氮化膜或氧化膜上淀積光刻膠和進行光刻之后形成對應于接觸孔的光刻膠圖形(S40)。光刻膠圖形是通過曝光處理和顯影處理進行的。
然后，使用光刻膠圖形作腐蝕掩模，腐蝕光刻膠圖形下面的絕緣層以形成接觸孔(S42)。然后，清洗接觸孔的內(nèi)部，并將晶片移動到根據(jù)本發(fā)明的在線SEM中，進行如上所述的根據(jù)本發(fā)明的接觸孔故障檢測。然后，用導電材料填充接觸孔的內(nèi)部，再進行用于制造半導體器件的后來的處理。
圖28表示本發(fā)明的接觸故障檢測方法的一個實施例的邏輯流程的流程圖。在步驟500中，讀取本工藝使用的參數(shù)。在一個實施例中，本工藝使用的參數(shù)如下N＝SEM圖像的Y-軸方向象素數(shù)量M＝SEM圖像的X-軸方向象素數(shù)量VP(垂直間距)＝網(wǎng)格的Y-軸方向上的Y-軸接觸間距HP(水平間距)＝網(wǎng)格的X-軸方向上的X軸接觸間距MX＝X-軸網(wǎng)格搜索象素范圍MY＝Y-軸網(wǎng)格搜索象素范圍bse＝單元網(wǎng)格上的接觸特性圖形的基本閾值NO1＝正常接觸特性圖形亮度的下限值NO2＝正常接觸特性圖形亮度的上限值CD1＝正常接觸特性圖形象素數(shù)量的下限值CD2＝正常接觸特性圖形象素數(shù)量的上限值XN＝在晶片中的芯片或目標(shot)單元中檢測的總SEM圖像數(shù)量(計數(shù))YN＝在芯片或目標中檢測的總SEM圖像數(shù)量(計數(shù))X＝在晶片中芯片或目標單元檢測的SEM圖像次序Y＝在晶片或目標中檢測的SEM圖像次序cdata[j][i]＝在(每)單元象素的SEM圖像信號水平接著，在步驟502中，X-軸值被初始化為零，在步驟504中，Y-軸值被初始化為零。檢測系統(tǒng)沿著由步驟506-520形成的內(nèi)環(huán)路中的Y-軸繼續(xù)，直到達到最大Y-軸值為止。然后，增加X-軸值，并且通過所有的Y-軸值重復內(nèi)環(huán)路。最后，當?shù)竭_最后X和Y-軸值時，外環(huán)路結束。在圖28的內(nèi)環(huán)路內(nèi)，在步驟506中的(X，Y)和cdata[j][i]處讀取SEM圖像數(shù)據(jù)，如圖29的詳細說明。應該注意，這里所述的網(wǎng)格方法使用了帶有垂直的X和Y軸的矩形網(wǎng)格結構。應該明白，矩形網(wǎng)格不是必須的。也可以使用其它網(wǎng)格形狀。例如，可以使用三角形或梯形。選擇網(wǎng)格結構以保證可以檢測接觸的任何周期性的重復圖形。
然后，在圖28的步驟508中，確定接觸孔位置。步驟508在圖30A-30D中有詳細表示。識別接觸孔位置包括選擇用于檢測接觸孔的網(wǎng)格的類型和圖形。圖30A-30D中所示的工藝沿著第一選擇的方向(水平)一個象素接一個象素地移動，并累計在第二正交方向(垂直)中的所有象素值。當檢測到亮度的顯著的變化(跳躍)時確定了孔的邊緣。繼續(xù)該工藝直到檢測到亮度的顯著下降以確定孔的另一邊緣為止。使用該方法直到所有的孔被定位為止。應該注意，在圖30A-30D的步驟550和582中，使用了亮度差值的絕對值。這是因為它是亮度差值或?qū)Ρ炔钪档姆?，這對確定接觸位置很重要。該方法適應于確定孔為高或低亮度的不同慣例。
在圖28的步驟514中，計算接觸孔圖形。該工藝詳細表示在圖31A-31D中。圖形是通過分析每個接觸孔計算的，并根據(jù)上述結合圖30A-30D所述的工藝進行識別。為每個孔計算一個分布圖形。在一個實施例中，通過累計在一個方向中在沿著另一正交方向的每個位置的亮度產(chǎn)生圖形。在每個位置的亮度值被平均并繪制成圖。應該注意，在圖31A-31D的流程圖中使用了一般的變量F和F2。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，這些變量與分別在上述等式(5)和(6)中確定的變量BSEN和CDN是可互換的。
在圖28的步驟516中，根據(jù)本發(fā)明檢測接觸孔。該工藝在圖32A-32B中詳細表示了。如上所述，分析根據(jù)圖31A-31D確定的值以根據(jù)九個接觸類型對每個孔分類。如上所述，在圖32A-32B中，變量F和F2可用BSEN和CDN互換。
再參見圖28，在步驟518中，Y-軸值增加，在步驟520中確定是否已經(jīng)到達最大Y-軸值。如果否，流程返回到內(nèi)環(huán)路的頂端。如果是，在步驟522中增加X-軸值，流程經(jīng)過方塊524返回到在初始化Y-軸值的步驟504的外環(huán)路的頂端。當外環(huán)路結束時，檢測工藝的結果可以在步驟526中顯示。
如上所述，圖29是表示圖28中的讀取SEM圖像數(shù)據(jù)步驟506的細節(jié)的流程圖。在步驟528中，指數(shù)j被初始化為零，在步驟530中，指數(shù)i被初始化為零。cdata[j][i]是在步驟532中讀取的，指數(shù)i在步驟534中增加。在步驟536中確定是否指數(shù)i已經(jīng)達到其最大值M。如果否，則流程返回到再次讀取數(shù)據(jù)的步驟532。如果是，則指數(shù)j在步驟538中增加，在步驟540中，確定是否j已經(jīng)達到其最大值N。如果是，則該過程結束。如果否，流程返回到步驟530，再次指數(shù)i初始化為零并且該過程繼續(xù)進行。
在一個實施例中，本發(fā)明的接觸故障檢測是在形成接觸孔和清洗接觸孔內(nèi)部(在清洗檢測之后ACI)之后進行的。也可以在形成用于形成接觸孔的光刻膠圖形的顯影處理中(在顯影檢測之后ADI)在晶片上暴露的絕緣層上進行。
本發(fā)明不僅可以適用于上述的接觸孔，還可以適用于在每個步驟中用于連接所有的接觸孔直接與半導體襯底和導電層接觸的通孔。另外，本發(fā)明還適用于在用于接觸孔成型的光學處理過程中在顯影處理之后的圖形成型故障檢查。
此外，除了圓形接觸孔外，本發(fā)明還可用于通過檢測有規(guī)律重復的圖形圖像的各種類型檢查圖形。
根據(jù)本發(fā)明，在沒有通過肉眼或顯微鏡檢查圖像的情況下，通過數(shù)字化值可以準確和正確地檢測接觸故障的存在。對于具有高縱橫比的接觸孔來說，可以容易地和準確地確定接觸故障。另外，對于整個晶片表面的接觸故障檢測是在短時間內(nèi)進行的，并提供接觸故障的檢測結果，對于批量生產(chǎn)系統(tǒng)線表現(xiàn)了高效率和生產(chǎn)率。
對于本領域技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，顯然可以作出各種改型和改變。因此，本發(fā)明涵蓋落入所附權利要求書的范圍內(nèi)的本發(fā)明的各種改型和改變及它們的等同物。
權利要求
1. 檢測半導體晶片的至少一部分的方法，包括讀取半導體晶片的部分的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像數(shù)據(jù)；在用于半導體晶片的部分的數(shù)據(jù)內(nèi)識別半導體晶片上特征的圖像數(shù)據(jù)；從該特征的圖像數(shù)據(jù)計算與該特征有關的參數(shù)；將所述參數(shù)與該參數(shù)的可接受值范圍相比較；根據(jù)與該參數(shù)的可接受值范圍的比較將該特征分類。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述特征是集成電路中的接觸孔。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中如果所述參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍之外，則該接觸孔可分類為未打開。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中如果所述參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍之外，則該特征可分類為故障。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中如果所述參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍之內(nèi)，則該特征分類為可接受的。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中SEM圖像數(shù)據(jù)是從次級電子和反向散射電子產(chǎn)生的。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)包括該特征的尺寸。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)包括涉及該特征的大量的SEM圖像數(shù)據(jù)象素。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)包括涉及該特征的象素的平均亮度。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括計算該特征的圖像象素亮度分布圖形。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，計算圖像象素亮度分布圖形包括從包括該特征的區(qū)域中象素的亮度值中減去背景亮度值。
12. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括從該特征的圖像數(shù)據(jù)計算涉及該特征的第二參數(shù)；將該第二參數(shù)與該第二參數(shù)的可接受值范圍相比較；和根據(jù)與該第二參數(shù)的可接受值范圍的比較將該特征分類。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述第二參數(shù)包括該特征的尺寸。
14. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述第二參數(shù)包括涉及該特征的大量的SEM圖像數(shù)據(jù)象素。
15. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述第二參數(shù)包括涉及該特征的象素的平均亮度。
16. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中只有在第一參數(shù)在第一參數(shù)的可接受值范圍內(nèi)和第二參數(shù)在第二參數(shù)的可接受值范圍內(nèi)時，則該特征被分類為可接受的。
17. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括使用坐標系使該特征特征化，所述特征化包括在半導體晶片的所述部分的圖像上疊加上坐標系；和在沿著坐標系的第一軸的多個位置，分析沿著坐標系的第二軸設置的象素的亮度值。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述分析包括累計沿著第二軸設置的象素的亮度值。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述分析還包括檢測沿著第一軸的多個位置累計的亮度值的變化，以檢測該特征。
20. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述分析包括將沿著第二軸設置的象素的亮度值進行平均。
21. 根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述分析還包括檢測沿著第一軸的多個位置的平均亮度值的變化，以檢測該特征。
22. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述特征化包括確定該特征的尺寸。
23. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述特征化包括確定該特征的位置。
24. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述特征化包括識別多個該特征的圖形。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述圖形是周期性的圖形。
26. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中坐標系是直角坐標系。
27. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中坐標系是三角形坐標系。
28. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中坐標系是梯形坐標系。
29. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中SEM圖像數(shù)據(jù)是數(shù)字化象素灰度值的形式。
30. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中SEM圖像數(shù)據(jù)是數(shù)字化彩色編碼象素值的形式。
31. 用于檢測半導體晶片中至少一部分的裝置，包括用于讀取該半導體晶片的部分的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像數(shù)據(jù)的裝置；用于在該半導體晶片的部分的數(shù)據(jù)內(nèi)識別半導體晶片上的特征的圖像數(shù)據(jù)的裝置；用于從該特征的圖像數(shù)據(jù)計算涉及該特征的參數(shù)的裝置；用于將該參數(shù)與該參數(shù)的可接受值范圍相比較的裝置；用于根據(jù)與該特征的可接受值范圍的比較將該特征分類的裝置。
32. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中該特征是集成電路中的接觸孔。
33. 根據(jù)權利要求32所述的裝置，其中如果該參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍之外，則用于分類該特征的裝置可將該接觸孔分類為未打開。
34. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中如果該參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍之外，則用于分類該特征的裝置將該特征可分類為故障。
35. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中如果該參數(shù)在該參數(shù)的可接受值范圍之內(nèi)，則用于分類該特征的裝置將該特征分類為可接受的。
36. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中SEM圖像數(shù)據(jù)是從次級電子和反向散射電子產(chǎn)生的。
37. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中該參數(shù)包括該特征的尺寸。
38. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中該參數(shù)包括涉及該特征的大量的SEM圖像數(shù)據(jù)象素。
39. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中該特征包括涉及該特征的象素的平均亮度。
40. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，還包括用于計算特征的圖像象素亮度分布圖形的裝置。
41. 根據(jù)權利要求40所述的裝置，其中用于計算圖像象素亮度分布圖形的裝置包括用于從包括該特征的區(qū)域中象素的亮度值減去背景亮度值的裝置。
42. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，還包括用于從該特征的圖像數(shù)據(jù)計算涉及該特征的第二參數(shù)的裝置；用于將第二參數(shù)與該第二參數(shù)的可接受值的范圍相比較的裝置；用于根據(jù)與該第二參數(shù)的可接受值范圍進行比較將該特征分類的裝置。
43. 根據(jù)權利要求42所述的裝置，其中所述第二參數(shù)包括該特征的尺寸。
44. 根據(jù)權利要求42所述的裝置，其中所述第二參數(shù)包括涉及該特征的大量的SEM圖像數(shù)據(jù)象素。
45. 根據(jù)權利要求42所述的裝置，其中所述第二參數(shù)包括涉及該特征的象素的平均亮度。
46. 根據(jù)權利要求42所述的裝置，其中只有在第一參數(shù)在第一參數(shù)的可接受值范圍內(nèi)和第二參數(shù)在第二參數(shù)的可接受值范圍內(nèi)，則該特征才可分類為可接受的。
47. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，還包括使用坐標系將該特征特征化的裝置，所述用于特征化的裝置包括用于在半導體晶片的部分上疊加上坐標系的裝置；用于沿著坐標系的第一軸的多個位置分析沿著坐標系的第二軸設置的象素的亮度值的裝置。
48. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中所述用于分析的裝置包括用于累計沿著第二軸設置的象素的亮度值的裝置。
49. 根據(jù)權利要求48所述的裝置，其中用于分析的裝置還包括用于檢測沿著坐標系的第一軸的多個位置累計的亮度值的變化的裝置。
50. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中所述用于分析的裝置包括用于將沿著第二軸設置的象素的亮度值進行平均的裝置。
51. 根據(jù)權利要求50所述的裝置，其中所述用于分析的裝置還包括用于檢測沿著第一軸的多個位置的平均亮度值的變化的裝置。
52. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中所述用于特征化的裝置包括用于確定該特征的尺寸的裝置。
53. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中所述用于特征化的裝置包括用于確定該特征位置的裝置。
54. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中所述用于特征化的裝置包括用于識別多個特征的圖形的裝置。
55. 根據(jù)權利要求54所述的裝置，其中所述圖形是周期性的圖形。
56. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中坐標系是直角坐標系。
57. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中坐標系是三角形坐標系。
58. 根據(jù)權利要求47所述的裝置，其中坐標系是梯形坐標系。
59. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中SEM圖像數(shù)據(jù)是數(shù)字化象素灰度值的形式。
60. 根據(jù)權利要求31所述的裝置，其中SEM圖像數(shù)據(jù)是數(shù)字化顏色編碼象素值的形式。
全文摘要
本發(fā)明提供用于半導體器件的接觸故障檢測系統(tǒng)和方法及制造半導體器件的方法。通過將使用掃描電子顯微鏡檢測的電子信號數(shù)字化，可以檢測接觸，以識別例如未開口接觸孔的故障。接觸故障檢測是通過將從包括至少一個接觸孔的單元區(qū)域檢測的電子信號值與表示對應于正常接觸的電子信號的值相比較進行的。
文檔編號G01R31/28GK1239321SQ9812655
公開日1999年12月22日 申請日期1998年12月25日 優(yōu)先權日1998年6月13日
發(fā)明者全忠森, 全相文, 金定坤, 崔相奉 申請人:三星電子株式會社