启用扫描电子显微镜成像，同时防止半导体制造工艺中使用的敏感层受到样本损坏的制作方法

启用扫描电子显微镜成像，同时防止半导体制造工艺中使用的敏感层受到样本损坏
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案要求2020年6月26日申请的第202041027103号印度专利申请案及2020年8月11日申请的第63/063975号美国专利申请案的优先权，所述申请案的公开内容特此以引用的方式并入。
技术领域
3.本公开涉及半导体成像。


背景技术：

4.半导体制造产业的演进对良率管理及特定来说度量衡及检验系统提出更高要求。关键尺寸持续缩小，而产业需要减少用于实现高良率、高价值生产的时间。最小化从检测良率问题到解决所述问题的总时间确定半导体制造商的投资回报率。
5.制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常包含使用大量制造工艺来处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征及多个层级。例如，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光(cmp)、蚀刻、沉积及离子植入。可将制造于单个半导体晶片上的多个半导体装置的布置分离成个别半导体装置。
6.在半导体制造中使用的晶片的扫描电子显微镜(sem)成像常用于度量衡、故障分析、缺陷检验及缺陷复检。sem工具通常以最高可能吞吐量操作以保持拥有成本较低，同时按规则时间间隔将回馈提供到制造线。可通过减小射束电流而降低吞吐量。射束电流控制每时间例子命中样本的电子的总数。更高射束电流可使sem工具能够使用更少帧及/或更快扫描速率抓取(grab)样本的高质量图像，这增加sem工具的吞吐量。然而，更高射束电流可能损坏晶片上的有机层。这些有机层可包含用于光刻反射率控制的光致抗蚀剂、抗反射涂层或旋涂层。在更高射束电流下还可能损坏对存在于晶片上的电子束曝光敏感的其它无机层。
7.可在制造期间实施最大射束电流以避免此损坏。这可应用于光刻工艺之后的显影后检验(adi)晶片及其它敏感层。例如，可针对重叠及关键尺寸均匀性测量使用案例实施最大射束电流，其通常在adi步骤进行以能够对不合规格的晶片进行重加工。然而，最大射束电流可限制sem工具上的吞吐量。如果层材料或应用改变，那么最大射束电流仍可能导致损坏。
8.因此，需要改进的方法及系统。


技术实现要素：

9.在第一实施例中提供一种方法。在所述方法中，针对半导体晶片上的位点的图像帧抓取以低于损坏阈值的第一电子剂量/nm2/时间值引导电子束。所述半导体晶片包含有
机材料的层。随后，针对所述位点的第二图像帧抓取以大于所述第一电子剂量/nm2/时间值的第二电子剂量/nm2/时间值引导所述电子束。
10.所述损坏阈值可取决于射束电流。
11.所述第二电子剂量/nm2/时间值可高于所述损坏阈值。
12.所述方法可进一步包含使用具有所述第二电子剂量/nm2/时间值的所述电子束使所述位点成像。
13.所述层可为光致抗蚀剂层或抗反射涂层。
14.所述方法可进一步包含使用处理器运用所述有机材料的数据确定所述损坏阈值。
15.在第二实施例中提供一种系统。所述系统包含：电子束源，其产生电子束；卡盘，其经配置以将半导体晶片固持于所述电子束的路径中；检测器，其接收来自所述半导体晶片的所述电子束；及处理器，其与所述电子束源及所述检测器电子通信。所述半导体晶片包含有机材料的层。所述处理器经配置以：针对所述半导体晶片上的位点的图像帧抓取将所述电子束调整到低于损坏阈值的第一电子剂量/nm2/时间值；且针对继所述位点的第一图像帧抓取之后的所述位点的第二图像帧抓取将所述电子束调整到大于所述第一电子剂量/nm2/时间值的第二电子剂量/nm2/时间值。
16.所述损坏阈值可取决于射束电流。
17.所述第二电子剂量/nm2/时间值可高于所述损坏阈值。
18.可使用具有所述第二电子剂量/nm2/时间值的所述电子束使所述位点成像。
19.所述层可为光致抗蚀剂层或抗反射涂层。
20.所述处理器可进一步经配置以使用所述有机材料的数据确定所述损坏阈值。所述处理器可从电子数据存储单元检索所述有机材料的所述数据。所述数据包含基于扫描速率及视场的所述有机材料的结果。
附图说明
21.为了更全面理解本公开的性质及目的，应参考结合所附图式进行的以下详细描述，其中：
22.图1是展示无损坏的示范性sem图像；
23.图2是展示归因于高电子剂量的气泡状损坏的示范性sem图像；
24.图3是展示归因于高电子剂量的蜂窝或沃罗诺伊(voronoi)状图案损坏的示范性sem图像；
25.图4是展示归因于高电子剂量的窝状损坏的示范性sem图像；
26.图5是展示在不同电子剂量方案(regime)下的调制行为的结果的表；
27.图6a到6b说明根据本公开的方法；及
28.图7是根据本公开的系统的实施例。
具体实施方式
29.虽然将依据特定实施例描述所要求的主题，但其它实施例(包含未提供本文中阐述的全部益处及特征的实施例)也在本公开的范围内。可作出各种结构、逻辑、工艺步骤及电子改变而不脱离本公开的范围。因此，本公开的范围仅通过参考所附权利要求书定义。
30.本文中公开的实施例可防止使用sem工具时的样本损坏。可提供高质量及高吞吐量电子束使用，以用于晶片检验、晶片复检或晶片度量衡。
31.通常，大于5na的射束电流(bc)可损坏半导体处理中使用的对电子束敏感的有机层或材料。在图1到4中展示此损坏。图1展示不具有损坏的sem图像。图2到3展示由电子束引起的各种类型的损坏。归因于此损坏(例如图2中的损坏)，图案的边缘粗糙度也可能受影响。
32.电子剂量(e)影响电子束对这些材料的损坏。这可测量为e/nm2/时间，其中时间(t)是在特定成像条件下抓取帧所需的时间量。虽然明确列出nm2作为面积测量，但可使用其它面积测量。可通过改变在半导体晶片上的特定位点处使用的第一图像帧的成像条件而影响损坏概率。在实例中，甚至当针对不同射束电流使用相同e/nm2/时间值时，对于大于20na的射束电流仍观察到损坏。损坏的阈值剂量随着射束电流而改变。针对较低射束电流，阈值剂量成比例地较低。
33.损坏不仅仅是电子剂量引起的。因此，改变停留时间可能并未始终消除或减少损坏。工具性能通常需要某一最小停留时间。降低停留时间以防止损坏将导致工具的较低性能，这对于半导体制造商而言通常为不可接受的。
34.虽然高射束电流是损坏的潜在原因，但使用本文中公开的实施例，可在不损坏晶片上的材料的情况下使用高射束电流。本文中公开的实施例演示在无损坏的情况下成功地使用高射束电流的解决方案。如本文中公开，e/nm2/时间确定adi损坏。图6a到6b说明可减少或消除adi或其它损坏的方法100。
35.在图6a中，半导体晶片101包含有机材料层102。有机材料层102可为例如光致抗蚀剂或抗反射涂层。光致抗蚀剂可为193i光致抗蚀剂或在半导体制造中使用的其它光致抗蚀剂。电子束100a经引导到半导体晶片101上的位点103以进行图像帧抓取。电子束100a具有低于损坏阈值的第一电子剂量/nm2/时间值。第一电子剂量/nm2/时间值可处于特定射束电流。电子束100a可为在实际图像抓取序列之前的预剂量(pre-dosing)步骤的部分。此预剂量步骤可发生在单个帧处。预剂量步骤可使有机材料层102硬化。有机材料层102的光致抗蚀剂化学物或其它材料性质可随着预剂量步骤而改变。例如，光致抗蚀剂链可在电子束曝光中交联或可发生其它机制。确切机制可取决于光致抗蚀剂化学物或光致抗蚀剂中的官能团。
36.可通过调整晶片上的剂量偏斜以确定哪一最小剂量产生损坏而确定特定层或材料的损坏阈值。因此，可存储及存取层或材料的各种电子束性质的实验结果以确定损坏阈值。
37.接着，在图6b中，电子束100b随后经引导用于位点103处的第二图像帧抓取。电子束100b具有不同于第一电子剂量/nm2/时间值的第二电子剂量/nm2/时间值。在例子中，电子束100b具有大于第一电子剂量/nm2/时间值的第二电子剂量/nm2/时间值。然而，第二电子剂量/nm2/时间值可高于、低于或等于损坏阈值。在例子中，第二电子剂量/nm2/时间值大于损坏阈值，这可增加吞吐量而不损坏晶片。可使用具有第二电子剂量/nm2/时间值的电子束100b使位点103成像。
38.用于确定第一电子剂量的公式是在此公式中，e是剂
量，bc是射束电流，sr是扫描速率(即，停留时间)，pd是像素密度(即，图像大小)，且fov是以微米为单位的视场。值应低于损坏阈值。相同公式可用于确定第二电子剂量，但其值不必低于损坏阈值。在实例中，第一电子剂量为约30且第二电子剂量为约600。
39.虽然使用e/nm2/帧公开公式，但e/nm2/时间可同样适用。对于使用e/nm2/时间的图像，一个帧中可能不存在足够信号。因此，多个帧的平均值可用于图像。可代替性地使用e/nm2/帧值。
40.在图像帧抓取期间使用的电子剂量e/nm2/t确定对位点103或有机材料层102的损坏。视场可由用户设置，这可能影响图像帧抓取的大小。然而，一旦超过损坏阈值，便可能发生损坏而无论视场如何。例如，图5展示基于在高射束电流下的实验数据展示在不同电子剂量方案下的调制行为的结果的表。在结果展示于图5的实验中，改变扫描速率(sr)及视场(fov)以调制e/nm2/时间值。存在损坏阈值e/nm2/时间，高于此值则发生损坏。
41.射束电流、扫描速率、像素密度及视场全部可能影响射束状况。因此，改变这些值中的任何者均可影响第一电子剂量或第二电子剂量是否超过损坏阈值。例如，损坏阈值可取决于电子束100a或100b的射束电流，这是因为这影响在给定时间引导于晶片处的电子量。
42.在图5中，e/nm2/时间《40未导致对位点的损坏。光致抗蚀剂的材料行为未导致损坏。例如，官能团可能已足够强以避免损坏。e/nm2/时间》51导致对位点的损坏，这可导致对晶片的100％损坏概率。从约40到51的e/nm2/时间导致来自多个位点的间歇性损坏，这可导致对晶片的约60％到70％的损坏概率。用虚线概括且加阴影于具有损坏、间歇性损坏及无损坏的值。这些结果特定于特定材料或膜。可需要以实验评估不同材料或膜性质以提供类似数据表。
43.在特定位点处诱发损坏的概率还可取决于位点的成像历史。如果以小于损坏阈值的e/nm2/时间曝光特定位点(例如，位点103)处的第一sem帧，那么很可能以任何e/nm2/时间值抓取后续帧而不引起损坏。如果以大于损坏阈值的e/nm2/时间曝光第一sem帧，那么可能损坏位点。此损坏可如同图2或图3中的损坏。损坏可为永久的。在损坏位点之后，损坏的逆转可为不可行的。
44.可存在后续帧的上阈值。即使以小于损坏阈值的e/nm2/时间曝光特定位点(例如，位点103)处的第一sem帧，仍可存在导致损坏的第二sem帧的e/nm2/t值。这可取决于材料或膜性质。
45.甚至在损坏特定位点之后，仍可缩小及抓取图像而在图4中说明的受损区域周围无损坏。
46.电子束被公开为用于执行成像的方式。可在具有或不具有电子束的情况下使用光及/或热来执行预剂量步骤。在例子中，在电子束预剂量步骤之前执行光及/或热步骤。光及/或热可使光致抗蚀剂稳定且影响其化学物。可使用灯及/或加热器来影响光致抗蚀剂。在另一例子中，可与电子束一起应用光及/或热。
47.图7是系统200的实施例的框图。系统200包含经配置以产生晶片204的图像的晶片检验工具(其包含电子柱201)。
48.晶片检验工具包含输出获取子系统，所述输出获取子系统包含至少能量源及检测器。输出获取子系统可为基于电子束的输出获取子系统。例如，在一个实施例中，引导到晶
片204的能量包含电子，且从晶片204检测的能量包含电子。以此方式，能量源可为电子束源。在图7中展示的一个此实施例中，输出获取子系统包含耦合到计算机子系统202的电子柱201。载物台210可固持晶片204。
49.如图7中还展示，电子柱201包含经配置以产生由一或多个元件205聚焦到晶片204的电子的电子束源203。电子束源203可包含例如阴极源或射极尖端。一或多个元件205可包含例如枪透镜、阳极、射束限制孔隙、闸阀、射束电流选择孔隙、物镜及扫描子系统，其全部可包含所属领域中已知的任何此类适合元件。
50.从晶片204返回的电子(例如，二次电子)可通过一或多个元件206聚焦到检测器207。一或多个元件206可包含例如扫描子系统，所述扫描子系统可为包含于(若干)元件205中的相同扫描子系统。
51.电子柱201还可包含所属领域中已知的任何其它适合元件。
52.虽然在图7中将电子柱201展示为经配置使得电子以倾斜入射角引导到晶片204且以另一倾斜角从晶片204散射，但电子束可以任何适合角度引导到晶片204及从晶片204散射。另外，基于电子束的输出获取子系统可经配置以使用多种模式以产生晶片204的图像(例如，具有不同照明角、收集角等)。基于电子束的输出获取子系统的多种模式可在输出获取子系统的任何图像产生参数方面不同。
53.计算机子系统202可耦合到检测器207，如上文描述。检测器207可检测从晶片204的表面返回的电子，借此形成晶片204的电子束图像。电子束图像可包含任何适合电子束图像。计算机子系统202可经配置以使用检测器207的输出及/或电子束图像执行本文中描述的功能中的任何者。计算机子系统202可经配置以执行本文中描述的任何(若干)额外步骤。可如本文中描述那样进一步配置包含图7中展示的输出获取子系统的系统200。
54.应注意，本文中提供图7以大体上说明可在本文中描述的实施例中使用的基于电子束的输出获取子系统的配置。可更改本文中描述的基于电子束的输出获取子系统配置以如在设计商用输出获取系统时所通常执行那样优化输出获取子系统的性能。另外，可使用现有系统实施本文中描述的系统(例如，通过将本文中描述的功能性添加到现有系统)。对于一些此类系统，本文中描述的方法还可被提供为系统的任选功能性(例如，除系统的其它功能性之外)。或者，可将本文中描述的系统设计为全新系统。
55.虽然上文将输出获取子系统描述为基于电子束的输出获取子系统，但输出获取子系统可为基于离子束的输出获取子系统。可如图7中展示那样配置此输出获取子系统，只是可用所属领域中已知的任何适合离子束源取代电子束源。另外，输出获取子系统可为任何其它适合基于离子束的输出获取子系统，例如包含于市售聚焦离子束(fib)系统、氦离子显微镜(him)系统及二次离子质谱仪(sims)系统中的那些。
56.计算机子系统202包含处理器208及电子数据存储单元209。处理器208可包含微处理器、微控制器或其它装置。
57.计算机子系统202可以任何适合方式(例如，经由一或多个传输媒体，所述一或多个传输媒体可包含有线及/或无线传输媒体)耦合到系统200的组件，使得处理器208可接收输出。处理器208可经配置以使用输出执行若干功能。晶片检验工具可从处理器208接收指令或其它信息。处理器208及/或电子数据存储单元209视情况可与另一晶片检验工具、晶片度量衡工具或晶片复检工具(未说明)电子通信以接收额外信息或发送指令。
58.处理器208与晶片检验工具(例如检测器207)电子通信。处理器208可经配置以处理使用来自检测器207的测量产生的图像。处理器208还可发送指令以执行图6a到6b中的方法的实施例。
59.本文中描述的计算机子系统202、(若干)其它系统或(若干)其它子系统可为各种系统的部分，包含个人计算机系统、图像计算机、主计算机系统、工作站、网络器具、因特网器具或其它装置。(若干)子系统或(若干)系统还可包含所属领域中已知的任何适合处理器，例如并行处理器。另外，(若干)子系统或(若干)系统可包含具有高速处理及软件的平台作为独立工具或联网工具。
60.处理器208及电子数据存储单元209可安置于系统200或另一装置中或以其它方式为系统200或另一装置的部分。在实例中，处理器208及电子数据存储单元209可为独立控制单元的部分或在集中式质量控制单元中。可使用多个处理器208或电子数据存储单元209。电子数据存储单元209可含有或以其它方式存储有机材料的数据。此数据可包含用于确定损坏阈值的信息。
61.实际上，处理器208可通过硬件、软件及固件的任何组合实施。再者，如本文中描述的其功能可通过一个单元执行或在不同组件间分割，所述经分割功能中的每一者又可通过硬件、软件及固件的任何组合实施。供处理器208实施各种方法及功能的程序代码或指令可存储于可读存储媒体(例如电子数据存储单元209中的存储器或其它存储器)中。
62.如果系统200包含多于一个计算机子系统202，那么不同子系统可彼此耦合，使得可在子系统之间发送图像、数据、信息、指令等。例如，一个子系统可通过可包含所属领域中已知的任何适合有线及/或无线传输媒体的任何适合传输媒体耦合到(若干)额外子系统。两个或更多个此类子系统还可通过共享计算机可读存储媒体(未展示)有效地耦合。
63.处理器208可经配置以使用系统200的输出或其它输出执行数个功能。例如，处理器208可经配置以将输出发送到电子数据存储单元209或另一存储媒体。可根据本文中描述的实施例中的任何者配置处理器208。处理器208还可经配置以使用系统200的输出或使用来自其它来源的图像或数据执行其它功能或额外步骤。
64.在例子中，处理器208经配置以针对半导体晶片204上的位点的图像帧抓取将电子束调整到低于损坏阈值的第一电子剂量/nm2/时间值。处理器208还经配置以针对继位点的第一图像帧抓取之后的位点的第二图像帧抓取将电子束调整到不同于第一电子剂量/nm2/时间值的第二电子剂量/nm2/时间值。第二电子剂量/nm2/时间值可高于、低于或等于损坏阈值。在实例中，第二电子剂量/nm2/时间值高于损坏阈值。系统200可使用具有第二电子剂量/nm2/时间值的电子束使位点成像。
65.处理器208可进一步经配置以使用有机材料的数据确定损坏阈值。处理器208可从电子数据存储单元(例如电子数据存储单元209)检索有机材料的数据。数据包含基于扫描速率及视场的有机材料的结果。数据还可包含基于射束电流或像素密度的结果。处理器208可基于特定有机材料的结果及已设置的任何变量确定低于损坏阈值的e/nm2/时间值。例如，如果针对特定有机材料，视场是25μm，那么处理器208可确定：损坏阈值、提供低于损坏阈值的e/nm2/时间的扫描速率及/或提供低于损坏阈值的e/nm2/时间的其它变量。处理器208还可确定后续图像帧抓取的e/nm2/时间值。
66.处理器208或计算机子系统202可为缺陷复检系统、检验系统、度量衡系统或某一
其它类型的系统的部分。因此，本文中公开的实施例描述可以若干方式针对具有或多或少适合于不同应用的不同能力的系统定制的一些配置。
67.处理器208可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到系统200的各种组件或子系统中的任何者。此外，处理器208可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，来自检验系统(例如复检工具)的检验结果、包含设计数据的远程数据库及其类似者)。以此方式，传输媒体可用作处理器208与系统200的其它子系统或系统200外部的系统之间的数据链路。
68.本文中公开的系统200及方法的各种步骤、功能及/或操作通过以下中的一或多者实行：电子电路、逻辑门、多路复用器、可编程逻辑装置、asic、模拟或数字控件/开关、微控制器或计算系统。实施例如本文中描述的方法的方法的程序指令可经由载体媒体传输或存储于载体媒体上。载体媒体可包含存储媒体，例如只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘、非易失性存储器、固态存储器、磁带及其类似者。载体媒体可包含传输媒体，例如导线、缆线或无线传输链路。例如，在本公开各处描述的各种步骤可通过单个处理器208(或计算机子系统202)或者替代地多个处理器208(或多个计算机子系统202)实行。此外，系统200的不同子系统可包含一或多个计算或逻辑系统。因此，上文描述不应被解释为对本公开的限制而仅为说明。
69.虽然已关于一或多个特定实施例描述本公开，但应理解，可进行本公开的其它实施例而不脱离本公开的范围。因此，本公开被视为仅由所附权利要求书及其合理解释限制。