KR20240112881A - Method and apparatus for measuring semiconductor features with increased throughput - Google Patents
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Abstract
증가된 처리량을 갖는 웨이퍼 내의 반도체 객체의 파라미터 값의 측정을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 측정 방법은 반도체 객체의 인스턴스로부터 측정 결과를 추출하기 위해 수정된 머신 러닝 알고리즘을 이용한다. 사용자 상호 작용이 최소로 감소되는 수정된 머신 러닝 알고리즘을 훈련하기 위한 훈련 방법이 제공된다. 방법은 더 유연하고 강건하며 종래의 방법보다 더 적은 사용자 상호 작용을 요구한다. 시스템 및 방법은 반도체 웨이퍼 내의 집적 회로의 정량적 계측을 위해 사용될 수 있다.Systems and methods are provided for measurement of parameter values of semiconductor objects in a wafer with increased throughput. The measurement method uses a modified machine learning algorithm to extract measurement results from instances of semiconductor objects. A training method is provided to train a modified machine learning algorithm where user interaction is reduced to a minimum. The method is more flexible and robust and requires less user interaction than conventional methods. The system and method can be used for quantitative metrology of integrated circuits within a semiconductor wafer.
Description
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본 출원은 그 각각이 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 2021년 12월 20일자로 출원된 미국 가출원 제63/291,569호에 대해 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 우선권을 주장하는 2022년 3월 22일자로 출원된 미국 출원 제17/701,054호의 35 U.S.C. § 120 하에서 이익을 주장한다.This application is filed in connection with U.S. Provisional Application No. 63/291,569, filed December 20, 2021, each of which is hereby incorporated by reference in its entirety, pursuant to 35 U.S.C. 35 U.S.C. in U.S. Application Serial No. 17/701,054, filed March 22, 2022, which claims priority under § 119(e). Claiming benefit under § 120.
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본 발명은 반도체 웨이퍼 내의 반도체 객체의 3차원 회로 패턴 측정 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 증가된 처리량을 갖는 HAR 구조와 같은 반도체 객체의 파라미터를 측정하기 위한 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 대응 반도체 검사 디바이스에 관한 것이다. 방법을 수행하기 위해 구성된 반도체 검사 디바이스에 의해, 반복적인 반도체 객체의 파라미터 값이 머신 러닝을 이용하는 계측 방법에 의해 측정된다. 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 반도체 검사 디바이스는 반도체 웨이퍼 내의 집적 회로의 정량적 계측, 결함 검출, 프로세스 모니터링 또는 결함 검토를 위해 이용될 수 있다.The present invention relates to a method for measuring three-dimensional circuit patterns of semiconductor objects within a semiconductor wafer, and more specifically to methods, computer program products and corresponding semiconductor inspection devices for measuring parameters of semiconductor objects such as HAR structures with increased throughput. It's about. Parameter values of a repetitive semiconductor object are measured by a metrology method using machine learning by a semiconductor inspection device configured to perform the method. The methods, computer program products, and semiconductor inspection devices can be used for quantitative metrology, defect detection, process monitoring, or defect review of integrated circuits within a semiconductor wafer.
반도체 구조체는 가장 정밀한 인공 구조체 중 하나이다. 반도체 제조는 nm 범위의 매우 미세한 스케일에서 예를 들어, 실리콘 또는 산화물과 같은 재료의 리소그래피 또는 에칭과 같은 정밀한 조작을 수반한다. 얇은 실리콘 슬라이스로 제조된 웨이퍼는 웨이퍼 내에 및 상에 형성된 반도체 구조체를 포함하는 마이크로 전자 디바이스를 위한 기판으로서 역할을 한다. 반도체 구조체는 반복적인 화학적, 기계적, 열적 및 광학적 프로세스를 수반하는 반복적인 처리 단계를 사용하여 층별로 구성된다. 반도체 구조체 및 패턴의 치수, 형상, 배치는 여러 영향을 받게 된다. 예를 들어, 3D-메모리 디바이스의 제조 중에, 중요한 프로세스는 현재 에칭 및 퇴적이다. 리소그래피 노광 또는 주입과 같은 다른 관련 프로세스 단계가 또한 집적 회로 요소의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제조된 반도체 구조체는 드물고 상이한 불완전부를 겪는다. 정량적 계측, 결함-검출 또는 결함 검토를 위한 디바이스는 이들 불완전부를 찾고 있다. 이들 디바이스는 웨이퍼 제조 중에만 요구되는 것은 아니다. 이 제조 프로세스는 복잡하고 매우 비선형적이기 때문에, 생산 프로세스 파라미터의 최적화가 어렵다. 해결책으로서, 프로세스 윈도우 검정(process window qualification: PWQ)이라 지칭되는 반복 방안이 적용될 수 있다. 각각의 반복에서 테스트 웨이퍼는 현재 최상의 프로세스 파라미터에 기초하여 제조되고, 웨이퍼의 상이한 다이는 상이한 제조 조건에 노출된다. 정량적 계측 및 결함-검출을 위한 디바이스로 테스트 구조체를 검출하고 분석함으로써, 최상의 제조 프로세스 파라미터가 선택될 수 있다. 이 방식으로, 생산 프로세스 파라미터가 최적을 향해 트위킹될(tweaked) 수 있다. 그 후, 웨이퍼의 계측 반도체 구조체를 위한 매우 정확한 품질 관리 프로세스 및 디바이스가 요구된다.Semiconductor structures are one of the most precise artificial structures. Semiconductor manufacturing involves precise manipulation, for example lithography or etching, of materials such as silicon or oxides at very fine scales in the nm range. Wafers made from thin slices of silicon serve as a substrate for microelectronic devices containing semiconductor structures formed in and on the wafer. Semiconductor structures are constructed layer by layer using repetitive processing steps involving repetitive chemical, mechanical, thermal and optical processes. The dimensions, shape, and arrangement of semiconductor structures and patterns are affected by many factors. For example, during the fabrication of 3D-memory devices, important processes are currently etching and deposition. Other related process steps, such as lithographic exposure or implantation, may also affect the properties of the integrated circuit elements. Therefore, the manufactured semiconductor structures suffer from rare and different imperfections. Devices for quantitative metrology, defect-detection or defect review are looking for these imperfections. These devices are not only required during wafer fabrication. Because this manufacturing process is complex and highly non-linear, optimization of production process parameters is difficult. As a solution, an iterative approach called process window qualification (PWQ) can be applied. In each iteration, test wafers are manufactured based on current best process parameters, and different dies on the wafer are exposed to different manufacturing conditions. By detecting and analyzing test structures with devices for quantitative metrology and defect-detection, the best manufacturing process parameters can be selected. In this way, production process parameters can be tweaked towards optimum. Thereafter, highly accurate quality control processes and devices for metrology semiconductor structures on wafers are required.
제조된 반도체 구조체는 사전 지식에 기초한다. 반도체 구조체는 기판에 평행한 일련의 층으로부터 제조된다. 예를 들어, 로직 유형 샘플에서, 금속 라인은 금속층 또는 HAR(고종횡비) 구조체에서 평행하게 연장하고 금속 비아는 금속층에 수직으로 연장한다. 상이한 층의 금속 라인 사이의 각도는 0° 또는 90°이다. 다른 한편으로, VNAND 유형 구조체의 경우, 그 단면은 평균적으로 원형인 것으로 알려져 있다. 더욱이, 반도체 웨이퍼는 300 mm의 직경을 갖고, 예를 들어 메모리 칩을 위한 또는 프로세서 칩을 위한 것과 같은 적어도 하나의 집적 회로 패턴을 각각 포함하는 소위 다이라고 지칭되는 복수의 여러 부위로 구성된다. 제조 중에, 반도체 웨이퍼는 약 1000개의 프로세스 단계를 거치며, 반도체 웨이퍼 내에는 트랜지스터 층, 라인의 중간부의 층, 상호연결 층을 포함하는 약 100개 이상의 평행 층이 형성되고, 메모리 디바이스 내에는, 메모리 셀의 복수의 3D 어레이가 형성된다.The manufactured semiconductor structure is based on prior knowledge. Semiconductor structures are manufactured from a series of layers parallel to a substrate. For example, in a logic type sample, metal lines run parallel in the metal layer or HAR (high aspect ratio) structure and metal vias extend perpendicular to the metal layer. The angle between the metal lines of different layers is 0° or 90°. On the other hand, in the case of VNAND type structures, the cross-section is known to be circular on average. Moreover, the semiconductor wafer has a diameter of 300 mm and consists of a plurality of different parts, so-called dies, each containing at least one integrated circuit pattern, for example for a memory chip or for a processor chip. During manufacturing, a semiconductor wafer undergoes approximately 1000 process steps to form approximately 100 or more parallel layers, including transistor layers, mid-line layers, and interconnect layers, and within memory devices, memory cells. A plurality of 3D arrays are formed.
집적 회로의 형상비와 층의 수는 지속적으로 증가하고 구조는 제3(수직) 차원으로 성장하고 있다. 메모리 스택의 현재 높이는 수십 미크론을 초과한다. 대조적으로, 피처 크기는 점점 더 작아지고 있다. 최소 피처 크기 또는 임계 치수는 10 nm 미만, 예를 들어, 7 nm 또는 5 nm이고, 가까운 미래에 3 nm 미만의 피처 크기에 가까워질 것이다. 반도체 구조체의 복잡성과 치수가 제3 차원으로 성장하고 있지만, 집적 반도체 구조체의 측방향 치수는 점점 더 작아지고 있다. 따라서, 3D로 피처 및 패턴의 형상, 치수 및 배향과 그 오버레이를 높은 정밀도로 측정하는 것이 과제가 된다. 하전 입자 시스템의 측방향 측정 해상도는 통상적으로 개별 이미지 지점의 샘플링 래스터(raster) 또는 샘플 상의 픽셀당 체류 시간(dwell times) 및 하전 입자 빔 직경에 의해 제한된다. 샘플링 래스터 해상도는 이미징 시스템 내에서 설정될 수 있고 샘플 상의 하전 입자 빔 직경에 적응될 수 있다. 통상적인 래스터 해상도는 2 nm 이하이지만, 래스터 해상도 제한은 물리적 제한 없이 감소될 수 있다. 하전 입자 빔 직경은 하전 입자 빔 동작 조건과 렌즈에 의존하는 제한된 치수를 갖는다. 빔 해상도는 빔 직경의 대략 절반만큼 제한된다. 측방향 해상도는 2 nm 미만, 예를 들어 심지어 1 nm 미만일 수 있다.The aspect ratio and number of layers of integrated circuits continue to increase and structures are growing into a third (vertical) dimension. The current height of the memory stack exceeds tens of microns. In contrast, feature sizes are becoming smaller. The minimum feature size or critical dimension is less than 10 nm, for example 7 nm or 5 nm, and will approach feature sizes of less than 3 nm in the near future. Although the complexity and dimensions of semiconductor structures are growing in a third dimension, the lateral dimensions of integrated semiconductor structures are becoming increasingly smaller. Therefore, measuring the shape, dimensions and orientation of features and patterns and their overlays in 3D with high precision becomes a challenge. The lateral measurement resolution of charged particle systems is typically limited by the sampling raster of individual image points or dwell times per pixel on the sample and the charged particle beam diameter. The sampling raster resolution can be set within the imaging system and adapted to the charged particle beam diameter on the sample. Typical raster resolution is 2 nm or less, but the raster resolution limit can be reduced without physical limitations. The charged particle beam diameter has limited dimensions that depend on the charged particle beam operating conditions and the lens. Beam resolution is limited by approximately half the beam diameter. The lateral resolution may be less than 2 nm, for example even less than 1 nm.
nm 스케일의 반도체 샘플로부터 3D 단층 촬영 데이터를 생성하는 통상적인 방식은 예를 들어 이중 빔 디바이스에 의해 획득되는 소위 슬라이스 및 이미지 접근법이다. 슬라이스 및 이미지 접근법은 WO 2020/244795 A1에 설명되어 있다. WO 2020/244795 A1의 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼로부터 추출된 검사 샘플에서 3D 볼륨 검사가 획득된다. 다른 예에서, WO 2021/180600 A1에 설명된 바와 같이, 슬라이스 및 이미지 방법은 경사진 각도 하에서 반도체 웨이퍼의 표면 내에 적용된다. 이 방법에 따르면, 검사 볼륨 내의 복수의 단면 표면을 슬라이싱하고 이미징함으로써 검사 볼륨의 3D 볼륨 이미지가 획득된다. 정밀한 측정을 위해, 검사 볼륨 내에 다수(N개)의 단면 표면이 생성되고, 수 N은 100개 또는 심지어 더 많은 이미지 슬라이스를 초과한다. 예를 들어, 5 ㎛의 측방향 치수 및 5 nm의 슬라이싱 거리를 갖는 볼륨에서는, 1000개의 슬라이스가 밀링되고 이미징된다. 예를 들어, 70 nm의 피치를 갖는 복수의 HAR 구조의 통상적인 샘플에서, 약 5000개의 HAR 구조가 하나의 시야에 있고, HAR 구조의 500만개 초과의 단면의 총 합계가 생성된다. 요구된 측정 결과를 추출하는 막대한 계산 노력을 감소시키기 위해 여러 개선이 제안되어 왔다. WO 2021/180600 A1은 감소된 수의 이미지 슬라이스를 이용하는 몇몇 방법을 예시하고 있다. 일 예에서, 방법은 선험적 정보를 적용한다.A common way to generate 3D tomography data from nm-scale semiconductor samples is the so-called slice and image approach, acquired by, for example, a dual beam device. The slice and image approach is described in WO 2020/244795 A1. According to the method of WO 2020/244795 A1, a 3D volume inspection is obtained on an inspection sample extracted from a semiconductor wafer. In another example, as described in WO 2021/180600 A1, the slice and image method is applied within the surface of a semiconductor wafer under an oblique angle. According to this method, a 3D volume image of the inspection volume is obtained by slicing and imaging a plurality of cross-sectional surfaces within the inspection volume. For precise measurements, multiple (N) cross-sectional surfaces are created within the inspection volume, with the number N exceeding 100 or even more image slices. For example, in a volume with a lateral dimension of 5 μm and a slicing distance of 5 nm, 1000 slices are milled and imaged. For example, in a typical sample of multiple HAR structures with a pitch of 70 nm, approximately 5000 HAR structures are in one field of view, resulting in a total sum of over 5 million cross-sections of HAR structures. Several improvements have been proposed to reduce the enormous computational effort of extracting the required measurement results. WO 2021/180600 A1 illustrates several methods using a reduced number of image slices. In one example, the method applies a priori information.
반도체 검사의 하나의 중요한 작업은 검사 볼륨 내부의 고종횡비(HAR) 구조체와 같은 반도체 객체의 특정 파라미터의 세트를 결정하는 것이다. 이러한 파라미터는 예를 들어, 치수, 면적, 형상 또는 다른 측정 파라미터이다. 통상적으로, 종래 기술의 측정 작업은 객체 검출, 피처 추출, 및 임의의 종류의 계측 연산, 예를 들어 추출된 피처로부터의 거리, 반경 또는 면적의 계산과 같은 여러 계산 단계를 수반한다. 이들 다수의 단계 중, 각각은 높은 계산 노력을 요구한다.One important task in semiconductor inspection is to determine a set of specific parameters of a semiconductor object, such as a high aspect ratio (HAR) structure inside the inspection volume. These parameters are, for example, dimensions, areas, shapes or other measurement parameters. Typically, prior art measurement tasks involve several computational steps, such as object detection, feature extraction, and any kind of metrology operation, for example calculation of distance, radius or area from the extracted features. Of these multiple steps, each requires high computational effort.
일반적으로, 반도체는 다수의 반복적인 3차원 구조체를 포함한다. 제조 프로세스 또는 프로세스 개발 중에, 대표적인 복수의 3차원 구조체의 몇몇 선택된 물리적 또는 기하학적 파라미터는 높은 정확도와 높은 처리량으로 측정되어야 한다. 제조를 모니터링하기 위해, 대표적인 복수의 3차원 구조체를 포함하는 검사 볼륨이 정의된다. 이 검사 볼륨은 이어서 예를 들어 슬라이스 및 이미지 접근법에 의해 분석되어, 고해상도를 갖는 검사 볼륨의 3D 볼륨 이미지를 야기한다.Generally, semiconductors contain multiple repetitive three-dimensional structures. During a manufacturing process or process development, several selected physical or geometrical parameters of a plurality of representative three-dimensional structures must be measured with high accuracy and high throughput. To monitor manufacturing, an inspection volume is defined containing a plurality of representative three-dimensional structures. This examination volume is then analyzed, for example by a slice and image approach, resulting in a 3D volume image of the examination volume with high resolution.
검사 볼륨 내부의 복수의 반복적인 3차원 구조체는 수백 개 또는 심지어 수천 개의 개별 구조체를 초과할 수 있다. 이에 의해, 막대한 수의 단면 이미지가 생성되는데, 예를 들어 적어도 100개의 3차원 구조체가 100개의 단면 이미지 슬라이스에 의해 조사되고, 따라서 수행될 측정의 수가 쉽게 10000개 이상에 도달할 수도 있다.The multiple repetitive three-dimensional structures within the inspection volume may exceed hundreds or even thousands of individual structures. By this, a huge number of cross-sectional images are generated, for example at least 100 three-dimensional structures are examined by 100 cross-sectional image slices, so the number of measurements to be performed may easily reach 10000 or more.
머신 러닝은 인공 지능의 분야이다. 머신 러닝 알고리즘은 일반적으로 다수의 훈련 샘플로 구성된 훈련 데이터에 기초하여 머신 러닝 모델을 구축한다. 훈련 후, 알고리즘은 훈련 데이터로부터 얻어진 지식을 새로운 이전에 접하지 못한 샘플로 일반화하여, 이에 의해 새로운 데이터에 대한 예측을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 선형 회귀 k-평균 또는 신경망과 같은 다수의 머신 러닝 알고리즘이 있다. 예를 들어, 딥 러닝은 입력 계층과 출력 계층 사이에 수많은 은닉 계층을 갖는 인공 신경망을 사용하는 머신 러닝의 클래스이다. 이 광범위한 내부 구조로 인해 네트워크는 원시 입력 데이터로부터 더 상위 레벨의 피처를 점진적으로 추출하는 것이 가능하다. 각각의 레벨은 그 입력 데이터를 약간 더 추상적이고 복합적인 표현으로 변환하는 것을 학습하여, 따라서 훈련 데이터로부터 하위 레벨과 상위 레벨의 지식을 유도한다. 은닉 계층은 컨볼루션(convolutional) 계층 또는 풀링(pooling) 계층과 같은 상이한 크기 및 작업을 가질 수 있다. 현재까지, 머신 러닝이 반도체 검사 중 결함 검출 또는 분류에 빈번히 적용되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 결함 검출 중에, 머신 러닝 알고리즘은 결함을 플래그하고 이산 결함 클래스로 결함을 분류하도록 훈련된다. 요구 훈련 데이터는 통상적으로 몇 가지 분류 라벨을 갖는 사전 식별된 결함의 이미지를 요구한다. 객체 검출 또는 피처 추출의 단계는 일반적으로 고전적인 패턴 인식 알고리즘 또는 머신 러닝 알고리즘을 포함한다.Machine learning is a field of artificial intelligence. Machine learning algorithms typically build machine learning models based on training data consisting of multiple training samples. After training, the algorithm generalizes the knowledge gained from the training data to new, previously unencountered samples, thereby making it possible to make predictions on new data. There are a number of machine learning algorithms, for example linear regression k-means or neural networks. For example, deep learning is a class of machine learning that uses artificial neural networks with numerous hidden layers between input and output layers. This extensive internal structure allows the network to incrementally extract higher-level features from raw input data. Each level learns to transform its input data into a slightly more abstract and complex representation, thus deriving lower-level and higher-level knowledge from the training data. Hidden layers can have different sizes and operations, such as convolutional layers or pooling layers. To date, it is known that machine learning is frequently applied to defect detection or classification during semiconductor inspection. For example, during defect detection, machine learning algorithms are trained to flag defects and classify defects into discrete defect classes. The required training data typically requires images of pre-identified defects with several classification labels. The steps of object detection or feature extraction typically involve classic pattern recognition algorithms or machine learning algorithms.
US 6,054,710은 측정 작업에 머신 러닝 기술의 적용의 예를 개시하고 있다. 여기서, 반도체 라인의 단면이 추정될 것이다. 이 때 반도체 라인은 전자 현미경에 의해 생성된 탑-다운 이미지(top-down image)의 해상도를 감소시키는 토포그래피(topography)를 갖는다. 탑-다운 이미지에 대한 에지 경사의 효과는 AFM으로 획득된 에지 경사 데이터에 의해 훈련된 머신 러닝 네트워크에 의해 고려된다. 그러나, 실제 용례 및 최근 요구 사항에서, 어떠한 에지 경사도 없는 반도체 웨이퍼의 밀링 또는 연마된 2D 단면이 조사해야 하고, 전자 현미경 이미지는 토포그래피 효과를 겪지 않는다. US 2020/0258212 A1은 에지 거칠기에 특정 초점을 맞추는, 관심 있는 반도체 객체의 측정에 대한 머신 러닝의 적용의 새로운 예를 제안하고 있다. US 2020/0258212 A1은 측정 작업에 대한 머신 러닝의 적용의 일반적인 개념을 개시하고 있지만, 더 적은 훈련 노력으로 실제 구현을 위한 추가 개선을 필요로 한다.US 6,054,710 discloses an example of the application of machine learning techniques to measurement tasks. Here, the cross section of the semiconductor line will be estimated. At this time, the semiconductor line has a topography that reduces the resolution of the top-down image produced by the electron microscope. The effect of edge slope on the top-down image is taken into account by a machine learning network trained by edge slope data acquired with AFM. However, in practical applications and current requirements, milled or polished 2D cross-sections of semiconductor wafers without any edge tilt have to be examined, and electron microscopy images do not suffer from topography effects. US 2020/0258212 A1 proposes a new example of the application of machine learning to the measurement of semiconductor objects of interest, with a specific focus on edge roughness. US 2020/0258212 A1 discloses the general concept of the application of machine learning to measurement tasks, but requires further improvements for practical implementation with less training effort.
통상적인 머신 러닝 알고리즘은 작업자 또는 사용자의 집중적인 상호 작용을 포함하여, 집중적인 훈련을 요구한다. 사용자는 머신 러닝 알고리즘을 성공적으로 훈련하기 위해 주석 태그로 대규모 이미지 세트에 주석을 달아야 할 필요가 있다. 이는 대규모 주석 노력으로 인해 거의 실현 가능하지 않다. 대규모 데이터세트의 주석에 대한 라벨링 노력을 관리하기 위해, 액티브 러닝(active learning)이 제안되어 왔다. 이상치(anomalies)의 분류를 위한 이러한 액티브 러닝 시스템은 US 11,138,507 B2에 개시되어 있으며, 여기서 표본 내의 복수의 결함이 훈련된 분류자에 의해 미리 정의된 클래스 세트와 연관된다. 새로운 훈련 데이터를 획득하기 위해, 낮은 가능성의 샘플이 각각의 클래스로부터 선택되고 동일한 클래스의 높은 가능성의 샘플과 함께 제시되어 사용자로부터 이진 결정을 획득한다. 그러나, 다시 정교한 사용자 상호 작용이 요구된다.Typical machine learning algorithms require intensive training, including intensive operator or user interaction. Users need to annotate large sets of images with annotation tags to successfully train machine learning algorithms. This is rarely feasible due to large-scale annotation efforts. To manage the labeling effort for annotations in large datasets, active learning has been proposed. This active learning system for classification of anomalies is disclosed in US 11,138,507 B2, where a plurality of defects in a sample are associated with a set of predefined classes by a trained classifier. To obtain new training data, low-likelihood samples are selected from each class and presented together with high-likelihood samples of the same class to obtain a binary decision from the user. However, again sophisticated user interaction is required.
본 발명의 일 목적은 관심 있는 반도체 객체에서 측정 작업을 수행하기 위한 효율적인 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 측정 작업의 단계의 수를 감소시키고 높은 계산 노력을 감소시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 US 2020/0258212 A1에 제공된 방법을 개선하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 HAR 채널을 측정하기 위한 종래 기술의 방법을 개선하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 측정 작업을 구현하기 위한 사용자 상호 작용의 양을 감소시키는 것이다. 일반적으로, 본 발명의 목적은 높은 처리량 및 높은 정확도로 검사 볼륨 내의 반도체 구조체의 측정을 위한 웨이퍼 검사 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 측정 작업, 측정 시스템의 변경 또는 관심 있는 반도체 객체의 변경에 신속하게 적응될 수 있는, 검사 볼륨 내의 반도체 구조체의 측정을 위한 일반화된 웨이퍼 검사 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 높은 정밀도 및 감소된 측정 아티팩트로 검사 볼륨 내의 반도체 구조체를 기술하는 파라미터 세트의 고속의 강건하고 신뢰적인 측정 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an efficient method for performing measurement operations on semiconductor objects of interest. The aim of the present invention is to reduce the number of steps in the measurement task and reduce the high computational effort. Another object of the present invention is to improve the method provided in US 2020/0258212 A1. Another object of the present invention is to improve prior art methods for measuring HAR channels. Another objective of the present invention is to reduce the amount of user interaction for implementing measurement tasks. In general, the object of the present invention is to provide a wafer inspection method for measurement of semiconductor structures within an inspection volume with high throughput and high accuracy. The object of the present invention is to provide a generalized wafer inspection method for measurement of semiconductor structures in an inspection volume, which can be quickly adapted to changes in measurement tasks, measurement systems or changes in the semiconductor object of interest. Another object of the present invention is to provide a method for fast, robust and reliable measurement of a set of parameters describing a semiconductor structure within an inspection volume with high precision and reduced measurement artifacts.
상기 목적들은 본 발명에 의해 해결된다. 본 발명은 청구범위에 의해 설명되고, 상세는 실시예 및 예에 의해 제공된다.The above objects are solved by the present invention. The invention is illustrated by the claims, and details are provided by examples and examples.
본 개시내용은 관심 있는 반도체 객체에서 측정 작업을 수행하기 위한 효율적인 방법을 제공한다. 본 개시내용은 측정 작업의 단계의 수를 감소시키고 높은 계산 노력을 감소시킨다. 본 개시내용은 US 2020/0258212 A1에 제공된 방법을 추가로 개선한다. 게다가, 본 개시내용은 HAR 채널을 측정하기 위한 특정 공지의 방법을 개선한다. 본 개시내용은 또한 측정 작업을 구현하기 위한 사용자 상호 작용의 양을 감소시킨다. 일반적으로, 본 개시내용은 높은 처리량 및 높은 정확도로 검사 볼륨 내의 반도체 구조체의 측정을 위한 웨이퍼 검사 방법을 제공한다. 본 개시내용은 측정 작업, 측정 시스템의 변경 또는 관심 있는 반도체 객체의 변경에 신속하게 적응될 수 있는, 검사 볼륨 내의 반도체 구조체의 측정을 위한 일반화된 웨이퍼 검사 방법을 또한 제공한다. 게다가, 본 개시내용은 높은 정밀도 및 감소된 측정 아티팩트로 검사 볼륨 내의 반도체 구조체를 기술하는 파라미터 세트의 적어도 하나의 파라미터 값의 고속의 강건하고 신뢰적인 측정 방법을 제공한다.The present disclosure provides an efficient method for performing measurement tasks on semiconductor objects of interest. The present disclosure reduces the number of steps in the measurement task and reduces the high computational effort. This disclosure further improves the method provided in US 2020/0258212 A1. Additionally, the present disclosure improves certain known methods for measuring HAR channels. The present disclosure also reduces the amount of user interaction to implement measurement tasks. In general, the present disclosure provides a wafer inspection method for measurement of semiconductor structures within an inspection volume with high throughput and high accuracy. The present disclosure also provides a generalized wafer inspection method for measurement of semiconductor structures within an inspection volume that can be rapidly adapted to changes in measurement tasks, measurement systems, or changes in semiconductor objects of interest. Moreover, the present disclosure provides a method for fast, robust and reliable measurement of at least one parameter value of a parameter set describing a semiconductor structure within an inspection volume with high precision and reduced measurement artifacts.
본 개시내용의 양태에 따르면, 연속적인 머신 러닝 알고리즘이 측정 작업에 직접 적용된다. 그러나, 연속적인 머신 러닝 알고리즘을 포함하는 하나의 단계로 측정을 수행하기 위해, 대량의 주석이 달린 훈련 이미지 데이터가 요구된다. 주석이 달린 훈련 이미지 데이터는 선택된 물리적 또는 기하학적 파라미터의 원하는 측정값 범위를 커버하기 위해 요구된다.According to aspects of the present disclosure, continuous machine learning algorithms are applied directly to the measurement task. However, to perform the measurements in one step involving successive machine learning algorithms, large amounts of annotated training image data are required. Annotated training image data is required to cover the desired range of measurements of the selected physical or geometric parameters.
제1 실시예에 따르면, 감소된 사용된 상호 작용으로 측정 작업을 위한 훈련 이미지 데이터를 생성하기 위해 세분화 및 주석 방법이 제공된다. 제1 실시예에 따른 방법은 머신 러닝을 이용하여 측정 알고리즘에 대한 훈련 데이터를 생성하기 위한 컴퓨터 지원 방법을 포함한다. 주석이 달린 훈련 이미지 데이터에 의해, 측정 작업을 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련이 달성되거나 수정될 수 있고 결함 또는 편차에 대해 강건한 측정 결과가 획득될 수 있다. 또한, 훈련 데이터는 특정 오류 유형에 따라 결함 클래스에 대한 식별자를 더 포함할 수 있다. 제1 실시예에 따른 훈련 데이터를 생성하는 방법은 사전 정보에 의존한다. 선험적 정보를 사용함으로써, 훈련 중의 노력 및 특히 사용자 상호 작용이 최소로 감소된다.According to a first embodiment, a segmentation and annotation method is provided to generate training image data for measurement tasks with reduced used interaction. A method according to a first embodiment includes a computer-assisted method for generating training data for a measurement algorithm using machine learning. By means of annotated training image data, training of machine learning algorithms for measurement tasks can be achieved or modified and measurement results that are robust against defects or deviations can be obtained. Additionally, the training data may further include identifiers for fault classes depending on the specific fault type. The method for generating training data according to the first embodiment relies on prior information. By using a priori information, effort and especially user interaction during training are reduced to a minimum.
사전 정보의 제1 부분은 관심 있는 반도체 객체의 적절한 파라미터화된 기술의 선택에 의해 주어진다. 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술은 원, 링, 타원, 다각형과 같은 기하학적 형상, 또는 급수 전개의 전개 계수 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, HAR 채널 단면의 파라미터화된 기술은 동심원의 세트를 포함한다. 파라미터화된 기술은 하전 입자 빔 시스템에 의해 획득된, 단면 이미지 위에 오버레이로서 디스플레이될 수 있다. 사용자 상호 작용은 이어서 파라미터화된 기술의 몇 개의 파라미터 값, 예를 들어, 중심 위치, 링의 반경의 변경 또는 픽셀 단위 주석 대신에 다각형의 점의 위치의 변경으로 한정된다. 파라미터화된 기술은 CAD 데이터에 따라 선택될 수 있다. 파라미터화된 기술은 파라미터화된 기술의 통상적인 사용자 템플릿을 포함하는 라이브러리로부터 선택될 수 있다. 다른 예에서, 파라미터화된 기술은 관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터로부터 전적으로 유도될 수 있다.The first part of the prior information is given by the selection of an appropriate parameterized description of the semiconductor object of interest. The parameterized description of the semiconductor object of interest may include geometric shapes such as circles, rings, ellipses, polygons, or expansion coefficients of series expansions. For example, a parameterized description of a HAR channel cross section includes a set of concentric circles. The parameterized description can be displayed as an overlay on a cross-sectional image, acquired by a charged particle beam system. User interaction is then limited to changing the values of a few parameters of the parameterized technique, for example, changing the center position, the radius of the ring or changing the positions of the points of the polygon instead of pixel-wise annotation. Parameterized techniques can be selected according to CAD data. Parameterized techniques can be selected from libraries containing common user templates of parameterized techniques. In another example, the parameterized description may be derived entirely from CAD data of the semiconductor object of interest.
사전 정보의 제2 부분은 하전 입자 이미징 시스템의 파라미터(체류 시간, 픽셀 크기, 랜딩 에너지, 재료 콘트라스트, 토포그래피 콘트라스트, 전하 보상 측정치와 같은)에 의해 주어진다.The second part of the prior information is given by the parameters of the charged particle imaging system (such as residence time, pixel size, landing energy, material contrast, topography contrast, charge compensation measurements).
종래 기술에 따른 세분화 단계 중에, 2D 또는 3D 이미지 내부의 픽셀 또는 복셀이 선택된 구조에 할당된다. 머신 러닝 세분화의 훈련은 다수의 이미지에서 다수의 픽셀 또는 복셀에 대한 픽셀/복셀 주석을 제공하는 것을 요구한다. 사용자 상호 작용에 의한 세분화와 픽셀별 세분화를 위한 이 표준 방법은 - 특히 때때로 구조가 단지 소수의 3 내지 4개의 픽셀 내에 제한되는 반도체 산업에서와 같이 정밀도 요구 사항을 갖는 경우 - 매우 시간 소모적이다.During the segmentation step according to the prior art, pixels or voxels within the 2D or 3D image are assigned to selected structures. Training machine learning segmentation requires providing pixel/voxel annotations for multiple pixels or voxels in multiple images. This standard method for segmentation by user interaction and pixel-by-pixel segmentation is very time consuming - especially with precision requirements such as in the semiconductor industry where structures are sometimes limited to only a few 3 or 4 pixels.
제1 실시예에 따른 제1 예에서 훈련 이미지 데이터의 생성은 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 사용함으로써 달성되고 훈련 이미지 데이터는 측정될 예상 파라미터 값 범위를 커버하도록 생성된다. 파라미터화된 기하학적 기술의 요소의 예는 고종횡비(HAR) 구조 또는 HAR 채널의 링 또는 쉘이다. 파라미터는 예를 들어 원 또는 링의 반경에 의해 주어진다. 파라미터 값 범위는 이어서 예를 들어 5 nm 내지 6 nm의 반경 값을 갖는, 설계 값으로부터 반경의 예상 편차이다. 예를 들어, HAR 채널의 에지 또는 경계는 연속적인 파라미터 값으로서 측정 결과를 유도하는 윤곽 엔진에 대한 입력으로서 사용된다. 측정 결과는 훈련 이미지가 주석이 달리는, 식별된 관심 있는 반도체 객체의 주석 라벨로서 사용된다. 제1 실시예의 제1 예에 따르면, 사용자는 파라미터화된 기술, 예를 들어 원 또는 링의 수, 원의 반경, HAR 구조의 중심 사이의 거리 등의 선택에 의해 사전 정보를 제공한다. 파라미터화된 기술은 이어서 파라미터화된 기술의 요소의 수동 배치에 의해 또는 이미지 처리와 같은 자동화된 방법에 의해 훈련 단면 이미지 세그먼트 위에 디스플레이된다. 예를 들어, 사용자는 중심, 원의 수, 원의 대략적인 반경, 또는 선택된 파라미터화된 기술의 다른 파라미터를 선택한다. 처리 알고리즘은 파라미터화된 기술의 요소의 반자동 배치 및 조정을 위해 사용자를 지원하여, 이에 의해 중심, 반경 등을 재조정할 수 있다. 처리 알고리즘은 또한 예를 들어 이미지 처리에 의해 파라미터 값을 자동으로 결정함으로써 지원되어, 이에 의해 측정 파라미터 값을 표현하도록 요소를 재조정할 수 있다. 예에서, 초기 주석 값의 자동화된 결정은 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 기술에 물리적-영향을 받은 순방향 시뮬레이션 모델의 적용의 단계를 포함한다. 물리적 시뮬레이션 모델에 의해, 하전 입자 빔 이미징 디바이스로 획득된 관심 있는 반도체 객체의 예상 이미지가 시뮬레이션에 의해 생성된다. 최적화 단계에서, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 기술의 미지의 파라미터 값이 획득된다.In a first example according to the first embodiment the generation of training image data is achieved by using a parameterized description of the semiconductor object of interest and the training image data is generated to cover the range of expected parameter values to be measured. Examples of elements of parameterized geometric descriptions are rings or shells of high aspect ratio (HAR) structures or HAR channels. The parameter is given by the radius of the circle or ring, for example. The parameter value range is then the expected deviation of the radius from the design value, for example with a radius value of 5 nm to 6 nm. For example, the edges or boundaries of the HAR channel are used as input to a contour engine that derives measurement results as continuous parameter values. The measurement results are used as annotation labels for the identified semiconductor objects of interest, with which the training images are annotated. According to a first example of the first embodiment, the user provides prior information by selecting a parameterized description, for example the number of circles or rings, the radius of the circles, the distance between the centers of the HAR structure, etc. The parameterized technique is then displayed on the training cross-sectional image segments, either by manual placement of elements of the parameterized technique or by automated methods such as image processing. For example, the user selects the center, number of circles, approximate radius of the circles, or other parameters of the selected parameterized technique. The processing algorithm supports the user for semi-automatic placement and adjustment of the elements of the parameterized technique, whereby the center, radius, etc. can be readjusted. Processing algorithms are also supported by automatically determining parameter values, for example by image processing, whereby elements can be readjusted to represent measured parameter values. In an example, the automated determination of the initial annotation value includes the step of applying a physically-influenced forward simulation model to a parametric description of the semiconductor object of interest. By means of a physical simulation model, an expected image of the semiconductor object of interest acquired with a charged particle beam imaging device is generated by simulation. In the optimization phase, unknown parameter values of the parameter description of the semiconductor object of interest are obtained.
각각의 단계에서, 원 또는 링과 같은 파라미터 기술의 요소는 훈련 단면 이미지 세그먼트 위에 중첩될 수 있고, 사용자는 기하학적 요소에 대해 알려진 컴퓨터-그래픽 방법에 의해 파라미터 값을 수정할 수 있다. 세분화 및 주석의 마지막 단계는 각각의 훈련 단면 이미지 세그먼트 내에서 관심 있는 반도체 객체의 검출된 인스턴스의 파라미터화된 기술의 파라미터 값으로 각각의 훈련 단면 이미지 세그먼트에 주석을 다는 단계를 포함한다. 세분화 결과는 또한 2D 훈련 단면 이미지 세그먼트의 픽셀의 맵핑을 위해 사용될 수 있고 픽셀화된 세분화가 달성된다. 픽셀화된 세분화는 또한 예를 들어 측정 머신 러닝 알고리즘과 결함 검출 및 분류 알고리즘을 조합하는 데 이용될 수 있다.At each step, elements of the parametric description, such as circles or rings, can be superimposed on the training cross-sectional image segments, and the user can modify the parameter values by known computer-graphics methods for geometric elements. The final step of segmentation and annotation involves annotating each training cross-section image segment with parameter values of a parameterized description of detected instances of semiconductor objects of interest within each training cross-section image segment. The segmentation results can also be used for mapping of pixels of 2D training cross-sectional image segments and pixelated segmentation is achieved. Pixelated segmentation can also be used, for example, to combine measurement machine learning algorithms with defect detection and classification algorithms.
복수의 대표적인 훈련 단면 이미지 세그먼트에서, 통상적으로 파라미터 값의 측정 결과의 제한된 범위가 결정된다. 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트에 의해, 따라서 제한된 파라미터 값 범위에 대한 훈련 데이터가 생성된다. 따라서, 훈련 데이터로 훈련된, 제2 실시예에 따른 머신 러닝 알고리즘 또는 회귀자(regressor)는 새로운 이미지에서 관심 있는 반도체 구조체의 파라미터의 연속적인 정량적 측정치를 검출하고 결정하는 것이 가능하다. 머신 러닝 알고리즘의 회귀자는 새로운 2D 이미지로부터 복수의 HAR 채널의 측정값을 직접 생성한다. 계측 용례의 경우, 머신 러닝 알고리즘의 품질 측정치는 예를 들어 훈련 파라미터 값으로부터 실제로 측정된 값의 편차에 의해 정의될 수 있다. 따라서 품질 측정치는 미리 결정된 파라미터 값 범위의 조밀한 커버리지를 이용함으로써 개선될 수 있다.From a plurality of representative training cross-sectional image segments, typically a limited range of measurement results of parameter values is determined. Training By means of a set of cross-sectional image segments, training data for a limited range of parameter values is thus generated. Accordingly, a machine learning algorithm or regressor according to the second embodiment, trained with the training data, is capable of detecting and determining continuous quantitative measurements of parameters of the semiconductor structure of interest in new images. The machine learning algorithm's regressor generates measurements of multiple HAR channels directly from new 2D images. For metrology use cases, the quality measure of a machine learning algorithm may be defined, for example, by the deviation of the actually measured values from the training parameter values. Therefore, quality measures can be improved by using dense coverage of predetermined parameter value ranges.
제1 실시예의 방법의 제2 예에 따르면, 사용자 상호 작용에 의해 획득된 제1 세분화되고 주석이 달린 훈련 단면 이미지 세그먼트를 이용함으로써 미리 결정된 파라미터 값 범위의 커버리지가 자동으로 개선된다. 미리 결정된 파라미터 값 범위 내의 부가의 파라미터 값을 갖는 추가 주석이 달린 훈련 단면 이미지 세그먼트는 예를 들어 이미지 처리에 의해 생성될 수 있다. 적합한 이미지 처리의 예는 훈련 단면 이미지 세그먼트 내의 스케일의 변동, 형상의 변경, 보간, 형태학적 연산 또는 패턴 치환 중 적어도 하나를 포함한다. 관심 있는 반도체 객체의 선택된 파라미터화된 기술과 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터에 기초하여 단면 이미지 세그먼트를 획득하는 프로세스의 물리적 시뮬레이션에 의해 추가 훈련 단면 이미지 세그먼트가 생성될 수 있다.According to a second example of the method of the first embodiment, the coverage of a predetermined range of parameter values is automatically improved by using the first segmented and annotated training cross-sectional image segment obtained by user interaction. Additional annotated training cross-sectional image segments with additional parameter values within a predetermined range of parameter values may be generated, for example, by image processing. Examples of suitable image processing include at least one of variation of scale, change of shape, interpolation, morphological operations, or pattern replacement within the training cross-sectional image segments. Additional training cross-sectional image segments can be generated by physical simulation of the process of acquiring the cross-sectional image segments based on the selected parameterized description of the semiconductor object of interest and the imaging parameters of the charged particle beam system.
제1 실시예에 따른 방법의 제3 예에서, 사용자 상호 작용은 더욱 더 감소된다. 정량적 측정을 수행하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위한 훈련 데이터를 생성하기 위한 방법은 일반적으로 선험적 지식에 의해 개선될 수 있다. 반도체 구조체의 측정 작업 중에, 일반적으로 2개의 필수 단계가 사전에 알려진다.In a third example of the method according to the first embodiment, user interaction is reduced even further. Methods for generating training data for training machine learning algorithms to perform quantitative measurements can generally be improved by a priori knowledge. During measurement operations of semiconductor structures, two essential steps are generally known in advance.
첫째, 이미징 기구에 의한 이미징 프로세스의 이미징 특성이 알려진다. 통상적으로, 전자 또는 헬륨 이온과 같은 이온을 1차 하전 입자로서 이용하는 하전 입자 빔 시스템이 사용된다. 일반적으로, 체류 시간, 픽셀 크기, 랜딩 에너지, 재료 콘트라스트 또는 전하 보상 측정치와 같은 이미징 파라미터가 알려진다. 이미징 콘트라스트는 선택된 콘트라스트 방법과 알려진 재료 콘트라스트에 의존한다. 해상도는 일반적으로 픽셀 해상도와 하전 입자 빔 시스템의 점 확산 함수에 의존한다. 이미징 노이즈는 이미징 조건, 예를 들어, 스캐닝 속도 또는 이미징 중 체류 시간에 의해 결정된다.First, the imaging characteristics of the imaging process by the imaging device are known. Typically, charged particle beam systems are used that utilize electrons or ions, such as helium ions, as primary charged particles. Typically, imaging parameters such as dwell time, pixel size, landing energy, material contrast or charge compensation measurements are known. Imaging contrast depends on the contrast method selected and the known material contrast. Resolution generally depends on the pixel resolution and point spread function of the charged particle beam system. Imaging noise is determined by imaging conditions, such as scanning speed or dwell time during imaging.
둘째, 반도체 구조체의 목표 형태는 일반적으로 CAD 정보와 제조 중에 관련된 제조 프로세스 단계에 대한 정보로부터 알려진다. 또한, 관련 재료의 목록은 제한되고, 재료 콘트라스트가 알려지거나 높은 정밀도로 결정될 수 있다.Second, the target shape of the semiconductor structure is generally known from CAD information and information about the manufacturing process steps involved during manufacturing. Additionally, the list of relevant materials is limited and the material contrast is known or can be determined with high precision.
제1 실시예의 제3 예에 따르면, 훈련 데이터를 생성하는 방법은 이미징 프로세스의 물리적 시뮬레이션을 적용한다. CAD 정보로부터, 관심 있는 반복적인 반도체 객체의 파라미터화된 기술이 선택되고 파라미터화된 기술에 따라 관심 있는 복수의 반도체 객체가 생성된다. 관심 있는 복수의 반도체 객체에서, 파라미터 값은 미리 결정된 파라미터 값 범위 내에서 변동된다. 이에 의해, 미리 결정된 파라미터 값 범위를 커버하는 대량의 훈련 단면 이미지 세그먼트가 최소 사용자 상호 작용으로 자동으로 생성될 수 있다. 물리적 시뮬레이션은 주어진 하전 입자 이미징 시스템에 대한 이미징 프로세스의 시뮬레이션을 채용하고, 이를 위해 이미징 파라미터는 미리 결정되어 하전 입자 이미징 시스템의 메모리에 저장될 수 있다.According to a third example of the first embodiment, the method for generating training data applies a physical simulation of the imaging process. From the CAD information, a parameterized description of the repetitive semiconductor object of interest is selected and a plurality of semiconductor objects of interest are created according to the parameterized description. In a plurality of semiconductor objects of interest, parameter values vary within a predetermined range of parameter values. Thereby, large quantities of training cross-sectional image segments covering a predetermined range of parameter values can be automatically generated with minimal user interaction. Physical simulation employs simulation of the imaging process for a given charged particle imaging system, for which imaging parameters may be predetermined and stored in the memory of the charged particle imaging system.
제1 실시예에 따른 세분화 및 주석 방법의 일반적인 장점은 사용자 상호 작용을 최소로 감소시키는 것에 의한 주석 노력의 상당한 감소이다. 따라서, 제1 실시예에 따른 방법을 수행하도록 구성된 시스템은 예를 들어 집적 반도체 구조체의 축소 후에 관심 있는 새로운 반도체 객체, 또는 상이한 크기 또는 스케일의 관심 있는 반도체 객체의 새로운 측정 작업에 신속하게 적응하는 것이 가능하다. 예에서, 훈련 데이터의 세트는 기존의 주석이 달린 훈련 이미지에 기초하고, 예를 들어 좁은 범위의 측정값 또는 상이한 범위 또는 측정값을 커버한다. 추가의 주석이 달린 훈련 이미지가 요구 측정값 범위를 커버하기 위해 주석이 달린 훈련 이미지의 이미지 처리에 의해 생성된다. 이는 예를 들어 축소가 반도체 구조체에 적용될 때, 또는 이미징 프로세스의 배율이 변경될 때 유용하다.A general advantage of the segmentation and annotation method according to the first embodiment is a significant reduction in annotation effort by reducing user interaction to a minimum. Accordingly, a system configured to perform the method according to the first embodiment can quickly adapt to new measurement tasks of new semiconductor objects of interest, for example after reduction of an integrated semiconductor structure, or of semiconductor objects of interest of different sizes or scales. possible. In an example, the set of training data is based on existing annotated training images and covers, for example, a narrow range of measurements or a different range or measurement. Additional annotated training images are generated by image processing of the annotated training images to cover the required measurement range. This is useful, for example, when reduction is applied to a semiconductor structure, or when the magnification of the imaging process is changed.
제1 실시예에 따른 세분화 및 주석 방법은 새로운 부가의 파라미터를 도입함으로써 관심 있는 반도체 객체의 형상의 편차 또는 새로운 반도체 객체에 파라미터화된 기술을 신속하게 채택하는 추가 장점을 제공한다. 예를 들어, HAR 채널이 원형 형상로부터의 빈번한 편차를 나타내는 경우, 타원율과 같은 부가의 파라미터가 기존 훈련 데이터 세트에 도입될 수 있다. 도입은 예를 들어 개선 단계에서 또는 새로 도입된 파라미터, 예를 들어 타원율의 파라미터 값 범위를 커버하는 부가의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 자동 생성에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 관심 있는 반도체 객체의 재료 또는 재료 조성이 변경되면, 훈련 데이터는 새로운 재료 또는 재료 조성에 대응하는 새로운 재료 콘트라스트에 자동으로 적응될 수 있다.The segmentation and annotation method according to the first embodiment provides the additional advantage of rapidly adapting the parameterized technique to new semiconductor objects or variations in the shape of the semiconductor object of interest by introducing new additional parameters. For example, if the HAR channel exhibits frequent deviations from a circular shape, additional parameters such as ellipticity may be introduced into the existing training data set. The introduction can be carried out, for example, in an improvement step or by automatic generation of additional training cross-sectional image segments covering the parameter value range of the newly introduced parameter, for example the ellipticity. For example, if the material or material composition of the semiconductor object of interest changes, the training data can be automatically adapted to the new material contrast corresponding to the new material or material composition.
예에서, 훈련 이미지 데이터의 생성은 초기 훈련 후에 완료되지 않는다. 통상적으로, 제조 중 모든 영향 또는 결함이 초기 훈련에서 예측되지는 않고, 머신 러닝 알고리즘은 제조 프로세스의 모니터링 중에 빈번히 수정되어 있다. 제1 실시예의 양태에 따르면, 감소된 사용된 상호 작용으로 측정 작업에 대한 훈련 이미지 데이터를 더 수정하는 방법이 제공된다.In the example, generation of training image data is not complete after initial training. Typically, not all impacts or defects during manufacturing are predicted in initial training, and machine learning algorithms are frequently modified during monitoring of the manufacturing process. According to aspects of the first embodiment, a method is provided to further modify training image data for a measurement task with reduced interactivity used.
제1 예에서, 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터가 제조 중에 예상치 못한 영향을 커버하기 위해 제공된다. 제조 중에, 특정 오류 유형, 예를 들어 정기적이고 반복적인 오류 또는 예를 들어 제조 중에 사용된 리소그래피 마스크 오염으로부터의 결함 인한 결함이 추가로 검출될 수 있다. 다른 결함은 무작위일 수 있는데, 예를 들어, 제조 프로세스 단계 중의 산발적인 오염일 수 있다. 예를 들어 부가의 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터는 예를 들어 부가의 노이즈 레벨, 입자 결함의 추가, 또는 이미지 콘트라스트 편차를 포함하는 이미지 처리에 의해 제공된다.In a first example, modified annotated training image data is provided to cover unexpected effects during manufacturing. During manufacturing, certain error types may additionally be detected, for example defects due to regular and repetitive errors or defects, for example from contamination of the lithographic mask used during manufacturing. Other defects may be random, for example, sporadic contamination during a manufacturing process step. For example, additional modified annotated training image data is provided by image processing, including, for example, additional noise levels, addition of particle artifacts, or image contrast deviations.
제2 예에서, 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터가 이미징 프로세스 중 예상치 못한 영향을 커버하기 위해 제공될 수 있다. 초기 주석이 달린 훈련 이미지 데이터는 초기에 배율, 노이즈 레벨, 재료 콘트라스트, 점 확산 함수와 같은 컨볼루션 커널과 같은 이미지 생성 프로세스의 효과를 커버한다. 이미징 효과는 예를 들어 슬라이스 및 이미지 프로세스 중에 커튼 효과일 수 있어, SEM 이미지의 재료 콘트라스트에 추가하여 예상치 못한 토포그래피 콘트라스트를 야기할 수 있다. 커튼으로부터의 이러한 콘트라스트는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터에서 고려될 수 있다. 다른 효과는 충전 효과이다. 국소 샘플 충전은 국소 2차 전자 수율에 영향을 미치고 따라서 재료 콘트라스트 및 1차 입자 빔 초점 위치를 변경하고 따라서 국소로 왜곡된 이미지 또는 국소로 변경된 이미지 콘트라스트를 생성할 수 있다. 국소로 변경된 이미지 콘트라스트 및 국소 왜곡을 갖는 이러한 이미지는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터에서 고려될 수 있다. 방법에 따르면, 측정 작업의 예상된 이미징 파라미터 값 범위에 따라 초기 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지가 자동으로 생성될 수 있다. 이러한 부가의 수정된 주석이 달린 훈련 데이터에 의해, 머신 러닝 알고리즘을 사용하는 검사 또는 측정 작업이 더 강건하다.In a second example, modified annotated training image data may be provided to cover unexpected effects during the imaging process. The initial annotated training image data initially covers the effects of the image generation process, such as magnification, noise level, material contrast, and convolution kernels such as point spread functions. Imaging effects may be, for example, curtain effects during the slicing and imaging process, resulting in unexpected topography contrast in addition to the material contrast in the SEM image. This contrast from the curtain can be taken into account in the modified annotated training image data. Another effect is the charging effect. Local sample charging can affect the local secondary electron yield and thus change the material contrast and primary particle beam focus position and thus produce a locally distorted image or a locally altered image contrast. These images with locally altered image contrast and local distortion can be considered in the modified annotated training image data. According to the method, initial or modified annotated training images can be automatically generated depending on the expected range of imaging parameter values of the measurement task. With this additional modified annotated training data, inspection or measurement tasks using machine learning algorithms are more robust.
다른 양태에 따르면, 훈련 데이터에 주석을 다는 개선된 방법이 제공된다. 이 방법은 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 수신하고 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계를 포함한다. 방법에 따르면, 파라미터화된 기술의 파라미터의 파라미터 값은 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 조정된다. 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트 내의 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스는 조정된 파라미터 값으로 주석이 달린다. 조정된 파라미터 값을 갖는 파라미터화된 기술은 사용자 그래픽 사용자 인터페이스 또는 디스플레이를 통해 사용자에게 디스플레이될 수 있다.According to another aspect, an improved method for annotating training data is provided. The method includes receiving a set of training cross-sectional image segments of a semiconductor object of interest and selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest. According to the method, the parameter values of the parameters of the parameterized technique are adjusted for each detected instance of a semiconductor object of interest. Each detected instance of a semiconductor object of interest within the set of training cross-sectional image segments is annotated with adjusted parameter values. Parameterized techniques with adjusted parameter values can be displayed to a user via a user graphical user interface or display.
다른 양태에 따르면, 이미지 세분화를 위한 머신 러닝 알고리즘을 위한 훈련 데이터를 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지의 세트를 수신하고 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계를 포함한다. 방법은 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트에서 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대해 파라미터화된 기술의 파라미터의 파라미터 값을 조정하는 단계 및 파라미터화된 기술의 파라미터의 조정된 파라미터 값에 따라 픽셀 주석 값으로 각각의 이미지 픽셀을 자동으로 주석을 다는 단계를 포함한다.According to another aspect, a method is provided for generating training data for a machine learning algorithm for image segmentation. The method includes receiving a set of training cross-sectional images of a semiconductor object of interest and selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest. The method includes adjusting the parameter values of the parameters of the parameterized technique for each detected instance of a semiconductor object of interest in a set of training cross-sectional image segments and annotating pixels according to the adjusted parameter values of the parameters of the parameterized technique. It involves automatically annotating each image pixel with a value.
제2 실시예에 따르면, 하나의 단일 단계 또는 연속적인 머신 러닝 알고리즘에 의해 적어도 복수의 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값을 측정하는 방법이 제공된다. 그 결과, 적어도 관심 있는 복수의 반도체 객체의 파라미터 값을 측정하는 방법은 웨이퍼 내의 관심 있는 영역의 2D 이미지 내의 복수의 반도체 객체의 파라미터 기술의 파라미터 값의 목록을 추출한다. 예에서, 측정 결과의 세트가 검사 볼륨 내부의 각각의 HAR 구조의 각각의 단면 이미지에 대해 생성된다. 파라미터 기술에 따른 측정 결과의 세트는 직경, 중심 위치 오프셋, 면적, 거리, 타원율 또는 다른 일반적인 기하학적 특성을 포함할 수 있다. 파라미터의 세트는 제조된 반도체 디바이스의 추정된 재료 조성 또는 다른 물리적 특성, 또는 관심 있는 영역 내의 반복적인 3차원 구조체의 인스턴스의 수를 더 포함할 수 있다.According to a second embodiment, a method is provided for measuring parameter values of at least a plurality of semiconductor objects of interest by one single step or a continuous machine learning algorithm. As a result, the method for measuring at least parameter values of a plurality of semiconductor objects of interest extracts a list of parameter values of a parameter description of the plurality of semiconductor objects in a 2D image of a region of interest within a wafer. In an example, a set of measurement results is generated for each cross-sectional image of each HAR structure within the inspection volume. The set of measurement results according to the parametric description may include diameter, centroid position offset, area, distance, ellipticity or other general geometric properties. The set of parameters may further include an estimated material composition or other physical properties of the fabricated semiconductor device, or the number of instances of a repetitive three-dimensional structure within the region of interest.
제2 실시예에 따르면, 머신 러닝 방법(예를 들어 딥 신경망)은 계측 또는 측정 작업을 달성하여, 연속적인 측정 결과를 제공하도록 이용된다. 머신 러닝에 의한 이러한 계측 또는 측정 작업은 예상되는 측정값의 범위를 커버하는 대규모 훈련 데이터 세트를 요구한다. 그러나, 이산의 구별되는 클래스로 주석을 다는 대신에, 각각의 훈련 이미지는 훈련 이미지 내에서 관심 있는 적어도 하나의 반도체 구조체의 대응 측정 결과의 목록으로 주석이 달린다. 따라서, 제2 실시예에 따른 측정 방법은 주석이 달린 훈련 이미지의 세트에 의한 훈련을 위해 구성된다. 제1 실시예에 따른 훈련 이미지의 생성 또는 완성 방법에 의해, 연속적인 머신 러닝 알고리즘은 더 적은 사용자 상호 작용 및 더 낮은 노력으로 훈련될 수 있고, 따라서 새로운 또는 변화하는 측정 작업으로 수정되거나 적응될 수 있다. 따라서, 제2 실시예는 고속의, 강건한 적응성 측정값 추출기를 제공한다.According to a second embodiment, machine learning methods (e.g. deep neural networks) are used to accomplish metrology or measurement tasks, providing continuous measurement results. These instrumentation or measurement tasks by machine learning require large training data sets that cover the range of expected measurements. However, instead of annotating with discrete, distinct classes, each training image is annotated with a list of corresponding measurement results of at least one semiconductor structure of interest within the training image. Accordingly, the measurement method according to the second embodiment is configured for training by a set of annotated training images. By the method for generating or completing training images according to the first embodiment, successive machine learning algorithms can be trained with less user interaction and lower effort, and thus can be modified or adapted to new or changing measurement tasks. there is. Accordingly, the second embodiment provides a fast, robust and adaptive measure extractor.
제2 실시예에 따른 방법의 양태에 따르면, 방법은 또한 모니터링 작업 동안 수정된 주석이 달린 훈련 데이터를 생성하기 위해 구성되고 수정된 주석이 달린 훈련 이미지로 부가의 훈련을 위해 구성된다. 초기의 주석이 달린 훈련 이미지는 초기에 예상되는 파라미터 값 범위를 커버한다. 수정된 주석이 달린 훈련 이미지는 파라미터 값 범위에 대한 확장을 커버할 수 있다. 예에서, 측정 작업에 의해 측정될 파라미터 값의 범위 내부에서 초기 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지를 자동으로 생성하기 위한 방법이 제공된다.According to an aspect of the method according to the second embodiment, the method is further configured for generating modified annotated training data during a monitoring task and for further training with the modified annotated training images. The initial annotated training images initially cover the expected range of parameter values. Modified annotated training images can cover an extended range of parameter values. In an example, a method is provided for automatically generating initial or modified annotated training images within a range of parameter values to be measured by a measurement task.
제2 실시예의 방법은 모니터링 작업 중에 최소 사용자 상호 작용을 위해 구성된다. 제2 실시예에 따른 측정 방법은 파라미터 기술에 따른 파라미터 값의 측정을 위해 하나의 연속적인 머신 러닝 알고리즘을 이용하는 것이다. 파라미터 기술을 이용하는 측정 방법은 이미징 변동에 대해 매우 강건하다는 장점을 제공한다. 머신 러닝 알고리즘을 이용하는 측정 방법은 고전적인 측정 방법이 실패하는 높은 노이즈 레벨에서 동작할 수 있다. 제2 실시예에 따른 측정 방법은 매우 고속으로 수행되도록 구현될 수 있다. 더욱이, 고전적인 계측 방법의 복잡한 물리적 시뮬레이션 모델이 구현될 필요가 없기 때문에, 방법은 관심 있는 반도체 객체의 변경, 또는 하전 입자 이미징 시스템의 이미징 조건의 변경을 포함하여, 다양한 관심 있는 반도체 객체에 쉽게 적응될 수 있다.The method of the second embodiment is configured for minimal user interaction during monitoring tasks. The measurement method according to the second embodiment uses a continuous machine learning algorithm to measure parameter values according to the parameter description. Measurement methods using parametric techniques offer the advantage of being very robust against imaging variations. Measurement methods using machine learning algorithms can operate at high noise levels where classical measurement methods fail. The measurement method according to the second embodiment can be implemented to be performed at very high speed. Moreover, because the complex physical simulation models of classical metrology methods do not need to be implemented, the method is easily adaptable to a variety of semiconductor objects of interest, including changes in the semiconductor object of interest or changes in the imaging conditions of a charged particle imaging system. It can be.
예에 따르면, 측정 방법은 검사 위치에서 반도체 웨이퍼의 일련의 J개의 단면 이미지 슬라이스를 획득하는 단계를 포함한다. 일련의 J개의 단면 이미지 슬라이스는 적어도 검사 볼륨을 통한 제1 각도에서의 제1 단면 이미지 슬라이스와 제2 각도에서의 제2 단면 이미지 슬라이스를 포함한다. 제1 및 제2 각도는 동일하거나 상이할 수 있다. 단면 이미지 슬라이스는 밀링을 위한 FIB 컬럼과 이미징을 위한 하전 입자 이미징 시스템을 포함하는 이중 빔 디바이스를 사용하여, 슬라이스 및 이미징 방법에 의해 생성되고 획득된다.According to an example, the measurement method includes acquiring a series of J cross-sectional image slices of a semiconductor wafer at an inspection location. The series of J cross-sectional image slices includes at least a first cross-sectional image slice at a first angle and a second cross-sectional image slice at a second angle through the examination volume. The first and second angles may be the same or different. Cross-sectional image slices are created and acquired by the slice and imaging method, using a dual beam device containing a FIB column for milling and a charged particle imaging system for imaging.
예에 따르면, 방법은 메모리 디바이스의 HAR 채널에 적용되고, 복수의 HAR 채널 단면 이미지가 슬라이스 및 이미징 방법에 의해 생성된다. 측정 방법은 원 또는 링을 포함하는 요소의 세트를 포함하여, HAR 채널의 파라미터 기술에 따라 훈련된다. 측정 방법은 예를 들어 반경, 직경, 타원율의 수치 값, 또는 원 또는 링의 세트의 평균 중심 위치로부터의 편차와 같은 파라미터 값을 측정 결과로서 제공한다.According to an example, the method is applied to a HAR channel of a memory device, and a plurality of HAR channel cross-sectional images are generated by the slicing and imaging method. The measurement method is trained according to the parametric description of the HAR channel, including a set of elements containing circles or rings. The measurement method provides as a measurement result a parameter value, for example a numerical value of a radius, a diameter, an ellipticity, or a deviation from the average central position of a set of circles or rings.
예에서, 제2 방법에 따른 측정 방법은 웨이퍼 내의 검사 볼륨의 검사 위치를 결정하는 단계 및 이중 빔 디바이스의 단면에서 검사 위치로 웨이퍼를 조정하는 단계를 더 포함한다. 검사 위치는 추가 검사 도구로부터 또는 프로세스 제어 모니터의 위치의 목록으로부터 생성 및 제공되는 검사 제어 파일 또는 목록에 대해 획득될 수 있다.In an example, the measurement method according to the second method further includes determining an inspection position of the inspection volume within the wafer and adjusting the wafer to the inspection position in the cross section of the dual beam device. Inspection locations may be obtained from additional inspection tools or for inspection control files or lists that are created and provided from a list of locations in a process control monitor.
제2 실시예에 따른 측정 방법을 구현하기 위해 구성된 시스템이 제3 실시예에서 설명된다. 제3 실시예에 따른 시스템은 측정 작업에 대한 사용자 정보, 예를 들어 예를 들어 검사 볼륨의 CAD 정보 또는 원하는 측정값 범위의 예상 범위를 수신하도록 구성된 사용자 인터페이스를 포함한다. 시스템은 사용자 정보를 이미지 생성 프로세스의 프로세스 정보, 예를 들어 이중 빔 시스템의 선택된 이미징 파라미터와 조합하도록 구성된다. 사용자 인터페이스는 사용자와 프로세스 정보를 조합하고 감소된 사용자 상호 작용으로 주석이 달린 훈련 이미지를 생성하도록 구성된 처리 엔진에 연결된다. 이미지 생성 프로세스의 프로세스 정보는 예를 들어 이미지 생성 중에 효과의 라이브러리를 포함할 수 있다. 예에 따르면, 처리 엔진은 물리적 시뮬레이션 또는 이미지 처리에 의해 주석이 달린 훈련 이미지를 생성하도록 구성된다.A system configured to implement the measurement method according to the second embodiment is described in the third embodiment. The system according to a third embodiment comprises a user interface configured to receive user information about the measurement task, for example CAD information of the inspection volume or expected ranges of desired measurement value ranges. The system is configured to combine user information with process information of an image creation process, for example selected imaging parameters of a dual beam system. The user interface is coupled to a processing engine configured to combine user and process information and generate annotated training images with reduced user interaction. Process information of the image creation process may include, for example, a library of effects during image creation. According to an example, the processing engine is configured to generate annotated training images by physical simulation or image processing.
예에서, 처리 엔진은 3차원 구조체의 CAD-데이터에 기초하여, 물리적 시뮬레이션에 의해 훈련 이미지를 생성하도록 구성된다. 따라서, 사용자 인터페이스는 CAD-데이터를 수신, 디스플레이, 선택 및 메모리에 저장하도록 구성된다. 처리 엔진은 예를 들어 이중 빔 디바이스로 이미징 프로세스의 정보를 고려하도록 구성된다. 따라서 사용자 인터페이스는 이중 빔 디바이스의 이미징 파라미터를 수신, 디스플레이 및 선택하도록 구성된다. 이미징 파라미터는 예를 들어 측정 작업의 요구 속도 또는 정확도에 따라 사용자에 의해 선택될 수 있다. 처리 엔진은 또한 예를 들어 관심 있는 반도체 객체의 특정 재료 조성에 대한 2차 전자 수율의 미리 결정되고 저장된 라이브러리 데이터에 의해 재료 콘트라스트를 고려하도록 구성된다. 처리 엔진은 또한 2차 전자 수집 효율에 따른 이미징 노이즈 및 관심 있는 반도체 객체의 재료 조성 및 이미징 파라미터에 따른 체류 시간을 고려하도록 구성된다.In an example, the processing engine is configured to generate training images by physical simulation, based on CAD-data of the three-dimensional structure. Accordingly, the user interface is configured to receive, display, select and store CAD-data in memory. The processing engine is configured to take into account information from an imaging process, for example with a dual beam device. Accordingly, the user interface is configured to receive, display, and select imaging parameters of the dual beam device. Imaging parameters may be selected by the user depending, for example, on the required speed or accuracy of the measurement task. The processing engine is also configured to take material contrast into account, for example by means of predetermined and stored library data of secondary electron yield for a particular material composition of the semiconductor object of interest. The processing engine is also configured to take into account imaging noise depending on secondary electron collection efficiency and residence time depending on the material composition and imaging parameters of the semiconductor object of interest.
제3 실시예의 예에서, 측정 작업을 수행하기 위한 시스템은 높은 처리량으로 검사 볼륨 내의 반도체 객체의 파라미터 값을 측정하기 위해 구성된다. 시스템은 검사 부위에서 일련의 단면 표면을 웨이퍼 표면으로 밀링하기 위해 배열되고 구성된 FIB 컬럼과 일련의 단면 표면의 디지털 이미지를 획득하기 위해 배열되고 구성된 하전 입자 이미징 현미경을 포함한다. 시스템은 웨이퍼의 검사 부위를 유지하고 포지셔닝하기 위해 구성된 스테이지와 일련의 단면 표면을 밀링하고 이미징하는 동작을 제어하기 위해 구성된 제어 유닛을 포함한다. 시스템은 제2 실시예의 방법에 따라 반도체 웨이퍼의 검사 볼륨의 내부의 복수의 파라미터 값을 측정하기 위해 구성된 계산 또는 처리 유닛을 더 포함한다. 계산 또는 처리 유닛은 소프트웨어가 설치된 메모리와 설치된 소프트웨어 코드에 따라 일련의 단면 표면의 디지털 이미지를 연산 및 처리하기 위해 구성된 처리 유닛을 포함한다. 계산 또는 처리 유닛은 명령을 수신하기 위한 인터페이스 및 디지털 이미지 데이터를 수신하기 위한 제어 유닛과 통신한다. 계산 또는 처리 유닛은 검사 볼륨을 통해 밀링 각도(GF) 및 단면의 y-위치와 같은 제어 명령을 교환하고 제공하기 위해 이중 빔 디바이스의 인터페이스 또는 제어 유닛과 통신한다.In an example of the third embodiment, a system for performing a measurement task is configured to measure parameter values of a semiconductor object in an inspection volume with high throughput. The system includes a FIB column arranged and configured to mill a series of cross-section surfaces into the wafer surface at the inspection site and a charged particle imaging microscope arranged and configured to acquire digital images of the series of cross-section surfaces. The system includes a stage configured to hold and position an inspection area of the wafer and a control unit configured to control operations for milling and imaging a series of cross-sectional surfaces. The system further includes a calculation or processing unit configured to measure a plurality of parameter values inside the inspection volume of the semiconductor wafer according to the method of the second embodiment. The computing or processing unit includes a memory with installed software and a processing unit configured to compute and process digital images of a series of cross-sectional surfaces according to installed software code. The computational or processing unit communicates with an interface for receiving commands and a control unit for receiving digital image data. The calculation or processing unit communicates with the interface or control unit of the dual beam device to exchange and provide control commands such as milling angle (GF) and y-position of the cross section through the inspection volume.
반도체 객체의 측정 작업을 수행하기 위한 시스템은 이하의 특징: 웨이퍼의 이미징 데이터세트를 제공하도록 구성된 이미징 디바이스, 사용자에게 데이터를 제시하고 사용자로부터 입력 데이터를 획득하도록 구성된 그래픽 사용자 인터페이스, 하나 이상의 처리 디바이스, 본 명세서에 개시된 방법 중 하나를 포함하는 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 처리 디바이스에 의해 실행 가능한 명령을 포함하는 하나 이상의 기계 판독 가능 하드웨어 저장 디바이스를 포함한다. 본 발명은 또한 제1 또는 제2 실시예에 따른 방법 중 하나를 포함하는 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 처리 디바이스에 의해 실행 가능한 명령을 포함하는 하나 이상의 기계 판독 가능 하드웨어 저장 디바이스에 관한 것이다.A system for performing measurement operations of semiconductor objects has the following features: an imaging device configured to provide an imaging dataset of a wafer, a graphical user interface configured to present data to a user and obtain input data from the user, one or more processing devices, and one or more machine-readable hardware storage devices containing instructions executable by one or more processing devices to perform operations comprising one of the methods disclosed herein. The invention also relates to one or more machine-readable hardware storage devices containing instructions executable by one or more processing devices to perform operations including one of the methods according to the first or second embodiment.
따라서, 본 개시내용에 따르면, 관심 있는 반도체 객체의 측정을 위한 웨이퍼 검사 방법을 변화하는 조건, 예를 들어 측정 작업의 변경, 하전 입자 빔 이미징 시스템의 변경, 또는 관심 있는 반도체 객체 자체의 변경에 신속하게 적응시키는 것이 가능하다. 따라서, 높은 유연성을 갖는 일반화된 웨이퍼 검사 방법이 제공된다.Accordingly, according to the present disclosure, a wafer inspection method for measurement of a semiconductor object of interest can be adapted to quickly respond to changing conditions, such as changes in the measurement task, changes in the charged particle beam imaging system, or changes in the semiconductor object of interest itself. It is possible to adapt. Accordingly, a generalized wafer inspection method with high flexibility is provided.
본 개시내용에 따르면, 증가된 처리량을 갖는 반도체 웨이퍼의 볼륨 검사를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 시스템 및 방법은 검사 볼륨에서 적절한 단면 표면을 밀링 및 이미징하고 단면 표면 이미지로부터 3D 객체의 측정 파라미터를 결정하기 위해 구성된다. 본 발명은 높은 처리량, 높은 정확도 및 감소된 웨이퍼 손상으로 웨이퍼 내의 검사 볼륨의 3D 검사를 위한 그리고 검사 볼륨 내부의 반도체 객체의 파라미터 값을 측정하기 위한 디바이스 및 방법을 제공한다. 방법 및 디바이스는 정량적 계측을 위해 이용되지만, 또한 결함 검출, 프로세스 모니터링, 결함 검토 및 반도체 웨이퍼 내의 집적 회로의 검사에도 사용될 수 있다.In accordance with the present disclosure, systems and methods are provided for volume inspection of semiconductor wafers with increased throughput. The system and method are configured to mill and image a suitable cross-sectional surface in an inspection volume and determine measurement parameters of a 3D object from the cross-sectional surface image. The present invention provides a device and method for 3D inspection of an inspection volume within a wafer and for measuring parameter values of semiconductor objects within the inspection volume with high throughput, high accuracy, and reduced wafer damage. The method and device are used for quantitative metrology, but may also be used for defect detection, process monitoring, defect review, and inspection of integrated circuits within semiconductor wafers.
예 및 실시예는 반도체 웨이퍼의 예에서 설명되지만, 본 발명은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들어 반도체 제조용 레티클 또는 마스크에도 또한 적용될 수 있다는 것이 이해된다.Although the examples and embodiments are described in the example of a semiconductor wafer, it is understood that the present invention is not limited to semiconductor wafers, but can also be applied to reticles or masks for semiconductor manufacturing, for example.
예 및 실시예에 의해 설명된 본 발명은 실시예 및 예에 한정되지 않고, 그 다양한 조합 또는 수정에 의해 통상의 기술자에 의해 구현될 수 있다. 본 발명은 이하의 도면을 참조하여 훨씬 더 완전하게 이해될 것이다:
도 1은 이중 빔 디바이스에 의한 3D 볼륨 검사를 위한 웨이퍼 검사 또는 계측 시스템의 도면을 도시하고 있다.
도 2는 웨이퍼 내의 볼륨 검사의 슬라이스 및 이미지 방법의 도면이다.
도 3은 슬라이스 및 이미지 방법에 의해 획득된 단면 이미지의 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 방법 단계의 단순화된 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 훈련 방법의 예를 도시하고 있다.
도 6은 제1 실시예에 따른 훈련 방법을 위해 구성된 사용자 인터페이스 디스플레이의 제1 예를 도시하고 있다.
도 7은 제1 실시예에 따른 훈련 방법을 위해 구성된 사용자 인터페이스 디스플레이의 제2 예를 도시하고 있다.
도 8은 제1 실시예에 따른 훈련 방법을 위해 구성된 사용자 인터페이스 디스플레이의 제3 예를 도시하고 있다.
도 9는 제1 실시예에 따른 훈련 이미지의 물리적 시뮬레이션의 예를 도시하고 있다.
도 10은 제1 실시예에 따른 훈련 데이터의 향상의 예를 도시하고 있다.
도 11은 제1 실시예에 따른 주석 프로세스의 프로세스 단계의 도면이다.
도 12는 제2 실시예에 따른 파라미터 값을 측정하기 위한 방법을 도시하고 있다.
도 13은 측정 작업을 위한 머신 러닝 알고리즘을 도시하고 있다.
도 14는 측정 결과의 분석 및 디스플레이의 2개의 예를 도시하고 있다.
도 15는 제3 실시예에 따른 측정 작업을 수행하기 위한 시스템을 도시하고 있다.
도 16은 추상 관계를 기술하는 파라미터 기술의 예를 도시하고 있다.
도 17은 추상적 기술의 파라미터 값의 측정의 예를 도시하고 있다.The present invention described by examples and examples is not limited to the examples and examples, and can be implemented by those skilled in the art through various combinations or modifications. The invention will be understood much more completely with reference to the following drawings:
1 shows a diagram of a wafer inspection or metrology system for 3D volume inspection by a dual beam device.
Figure 2 is a diagram of a slice and image method of volume inspection within a wafer.
Figure 3 shows an example of a cross-sectional image obtained by the slice and image method.
Figure 4 is a simplified diagram of the method steps according to the invention.
Figure 5 shows an example of a training method according to the first embodiment.
Figure 6 shows a first example of a user interface display configured for a training method according to the first embodiment.
Figure 7 shows a second example of a user interface display configured for a training method according to the first embodiment.
Figure 8 shows a third example of a user interface display configured for a training method according to the first embodiment.
Figure 9 shows an example of a physical simulation of a training image according to the first embodiment.
Figure 10 shows an example of improvement of training data according to the first embodiment.
Figure 11 is a diagram of process steps of an annotation process according to the first embodiment.
Figure 12 shows a method for measuring parameter values according to the second embodiment.
Figure 13 shows a machine learning algorithm for the measurement task.
Figure 14 shows two examples of analysis and display of measurement results.
Figure 15 shows a system for performing a measurement task according to a third embodiment.
Figure 16 shows an example of a parameter description describing an abstract relationship.
Figure 17 shows an example of measurement of parameter values of an abstract description.
도면 및 상세한 설명 전체에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 동일한 특징 또는 구성요소를 설명하는 데 사용된다. 웨이퍼 표면(55)이 XY 평면과 일치하도록 좌표계가 선택된다.Throughout the drawings and detailed description, like reference numbers are used to describe like features or elements. The coordinate system is chosen so that the
최근, 반도체 웨이퍼의 3D 검사 볼륨의 조사를 위해, 웨이퍼 내부의 검사 볼륨에 적용 가능한 슬라이스 및 이미징 방법이 제안되었다. 이에 의해, 웨이퍼로부터 샘플의 제거의 필요 없이, 소위 "웨지 절단" 접근법 또는 웨지 절단 기하학 형상으로 웨이퍼 내부의 검사 볼륨에서 3D 볼륨 이미지가 생성된다. 슬라이스 및 이미지 방법은, 예를 들어 200 mm 또는 300 mm의 직경을 갖는 웨이퍼에서 5 ㎛ 내지 10 ㎛의 측방향 연장부를 갖는, 수 ㎛의 치수의 검사 볼륨에 적용된다. 측방향 연장부는 또한 더 클 수 있고 최대 수십분의 1 마이크로미터에 도달할 수도 있다. V형 홈 또는 에지는 집적 반도체 웨이퍼의 상단 표면에서 밀링되어 상단 표면에 대해 소정 각도로 단면 표면에 액세스 가능하게 된다. 검사 볼륨의 3D 볼륨 이미지는 제한된 수의 측정 부위에서, 예를 들어 다이의 대표적인 부위에서, 예를 들어 프로세스 제어 모니터(PCM)에서, 또는 다른 검사 도구에 의해 식별된 부위에서 획득된다. 슬라이스 및 이미지 방법은 웨이퍼를 단지 국소적으로만 파괴할 것이고, 다른 다이가 여전히 사용될 수도 있거나, 웨이퍼가 추가 처리를 위해 여전히 사용될 수도 있다. 3D 볼륨 이미지 생성에 따른 방법 및 검사 시스템은 본 명세서에 완전히 참조로서 합체되어 있는 WO 2021/180600 A1에 설명되어 있다. 3D 볼륨 검사를 위한 웨이퍼 검사 시스템(1000)의 예가 도 1에 도시되어 있다. 웨이퍼 검사 시스템(1000)은 이중 빔 디바이스(1)로 웨지 절단 기하학 형상 아래에서 슬라이스 및 이미징 방법을 위해 구성된다. 웨이퍼(8)에 대해, 측정 부위(6.1, 6.2)를 포함하는 여러 측정 부위가 검사 도구로부터 또는 설계 정보로부터 생성된 위치 맵 또는 검사 목록에 정의된다. 웨이퍼(8)는 웨이퍼 지지 테이블(15) 상에 배치된다. 웨이퍼 지지 테이블(15)은 액추에이터 및 위치 제어부를 갖는 스테이지(155) 상에 장착된다. 레이저 간섭계와 같은 웨이퍼 스테이지를 위한 정밀 제어부를 위한 액추에이터 및 수단은 관련 기술 분야에 알려져 있다. 제어 유닛(16)은 웨이퍼 스테이지(155)를 제어하고 이중 빔 디바이스(1)의 교차점(43)에서 웨이퍼(8)의 측정 부위(6.1)를 조정하도록 구성된다. 이중 빔 디바이스(1)는 FIB 광축(48)을 갖는 FIB 컬럼(50) 및 광축(42)을 갖는 하전 입자 빔(CPB) 이미징 시스템(40)을 포함한다. FIB 및 CPB 이미징 시스템의 양 광축의 교차점(43)에서, 웨이퍼 표면은 FIB 축(48)에 대해 경사각(GF)으로 배열된다. FIB 축(48) 및 CPB 이미징 시스템 축(42)은 각도(GFE)를 포함하고, CPB 이미징 시스템 축은 웨이퍼 표면(55)에 수직인 각도(GE)를 형성한다. 도 1의 좌표계에서, 웨이퍼 표면(55)에 대한 법선은 z-축에 의해 주어진다. 집속 이온 빔(FIB)(51)은 FIB-컬럼(50)에 의해 생성되고 웨이퍼(8)의 표면(55) 상에 각도(GF) 하에서 충돌하고 있다. 경사진 단면 표면은 대략 경사각(GF) 하에서 검사 부위(6.1)에서 이온 빔 밀링에 의해 웨이퍼로 밀링된다. 도 1의 예에서, 경사각(GF)은 대략 30°이다. 경사진 단면 표면의 실제 경사각은, 예를 들어 갈륨-이온 빔과 같은 집속 이온 빔의 빔 발산으로 인해 최대 1° 내지 4°만큼 경사각(GF)으로부터 벗어날 수 있다. 웨이퍼 법선에 대해 각도(GE) 하에서 경사진 하전 입자 빔 이미징 시스템(40)으로, 밀링된 표면의 이미지가 획득된다. 도 1의 예에서, 각도(GE)는 약 15°이다. 그러나, 예를 들어 GE = GF인 경우, CPB 이미징 시스템 축(42)이 FIB 축(48)에 수직이도록, 또는 GE = 0°인 경우, CPB 이미징 시스템 축(42)이 웨이퍼 표면(55)에 수직인 다른 배열이 마찬가지로 가능하다.Recently, for the investigation of the 3D inspection volume of semiconductor wafers, a slicing and imaging method applicable to the inspection volume inside the wafer was proposed. Thereby, a 3D volume image is created in the inspection volume inside the wafer with a so-called “wedge cutting” approach or wedge cutting geometry, without the need for removal of the sample from the wafer. The slice and image method is applied to inspection volumes of dimensions of a few μm, with lateral extensions of 5 μm to 10 μm, for example on wafers with a diameter of 200 mm or 300 mm. The lateral extensions can also be larger and reach up to tenths of a micrometer. V-shaped grooves or edges are milled from the top surface of the integrated semiconductor wafer to provide access to the cross-sectional surface at an angle relative to the top surface. A 3D volume image of the inspection volume is acquired from a limited number of measurement sites, for example from representative areas of the die, from areas identified, for example, by a process control monitor (PCM), or by another inspection tool. The slice and image method will only locally destroy the wafer, and other dies may still be used, or the wafer may still be used for further processing. The method and inspection system for generating 3D volume images are described in WO 2021/180600 A1, which is incorporated herein by reference in its entirety. An example of a
이미징 중에, 하전 입자 빔(44)은 하전 입자 빔 이미징 시스템(40)의 스캐닝 유닛에 의해 측정 부위(6.1)에서 웨이퍼의 단면 표면 위의 스캔 경로를 따라 스캐닝되고, 2차 입자 뿐만 아니라 산란 입자가 생성된다. 입자 검출기(17)는 2차 입자와 산란된 입자 중 적어도 일부를 수집하고 제어 유닛(19)과 입자 수를 통신한다. 다른 종류의 상호 작용 제품에 대한 다른 검출기가 마찬가지로 존재할 수도 있다. 제어 유닛(19)은 하전 입자 빔 이미징 컬럼(40) 및 FIB 컬럼(50)을 제어하고 제어 유닛(16)에 연결되어 웨이퍼 스테이지(155)를 통해 웨이퍼 지지 테이블 상에 장착된 웨이퍼의 위치를 제어한다. 제어 유닛(19)은 동작 제어 유닛(2)과 통신하고, 이는 웨이퍼 스테이지 이동을 통해 교차점(43)에서 예를 들어 웨이퍼(8)의 측정 부위(6.1)의 배치 및 정렬을 트리거링하고 FIB 밀링, 이미지 획득 및 스테이지 이동의 동작을 반복적으로 트리거링한다.During imaging, the charged
각각의 새로운 교차 표면은 FIB 빔(51)에 의해 밀링되고, 예를 들어 주사 전자 빔 또는 헬륨 이온 현미경(HIM)의 헬륨-이온-빔인 하전 입자 이미징 빔(44)에 의해 이미징된다. 예에서, 이중 빔 시스템은 제1 각도(GF1)로 배열된 제1 집속 이온 빔 시스템(50) 및 제2 각도(GF2)로 배열된 제2 집속 이온 컬럼을 포함하고, 웨이퍼는 제1 각도(GF1)와 제2 각도(GF2)에서의 밀링 사이에서 회전되고, 반면 이미징은 예를 들어 웨이퍼 표면에 수직으로 배열된 이미징 하전 입자 빔 컬럼(40)에 의해 수행된다.Each new intersecting surface is milled by the
도 2는 3D-메모리 스택의 예에서 웨지 절단 기하학 형상을 도시하고 있다. 도 2는 표면(52)이 FIB(51)에 의해 마지막으로 밀링된 새로운 단면 표면일 때의 상황을 도시하고 있다. 단면 표면(52)은 예를 들어 도 2의 예에서 웨이퍼 표면(55)에 수직 입사하도록 배열되는 SEM 빔(44)에 의해 스캐닝되고, 고해상도 단면 이미지 슬라이스가 생성된다. 단면 표면(53.1...53.N)은 웨이퍼 표면(9)에 대해 대략 30°의 각도(GF)에서 FIB 빔(51)으로 이후에 밀링되지만, 예를 들어 GF = 20°와 GF = 60° 사이의 다른 각도(GF)가 마찬가지로 가능하다. 단면 이미지 슬라이스는 고종횡비(HAR) 구조 또는 비아(예를 들어, HAR 구조(4.1, 4.2, 4.3)의 제1 단면 이미지 피처)와의 교차점에 의해 형성된 제1 단면 이미지 피처 및 예를 들어 SiO2, SiN- 또는 텅스텐 라인을 포함하는 층(L.1... L.M)과의 교차점에 의해 형성된 제2 단면 이미지 피처를 포함한다. 일부 라인은 또한 "워드 라인"이라고도 지칭된다. 층의 최대 수(M)는 통상적으로 50개 초과, 예를 들어 100개 초과 또는 심지어 200개 초과이다. HAR 구조 및 층은 웨이퍼의 대부분의 검사 볼륨 전체에 걸쳐 연장되지만 간극을 포함할 수도 있다. HAR 구조는 통상적으로 100 nm 미만, 예를 들어 약 80 nm 또는 예를 들어 40 nm의 직경을 갖는다. 따라서, 단면 이미지 슬라이스는 각각의 XY-위치에서 상이한 깊이(Z)에서 HAR 구조 푸트프린트의 교차점 또는 단면으로서 제1 단면 이미지 피처를 포함한다. 원통형 형상의 수직 메모리 HAR 구조의 경우, 획득된 제1 단면 이미지 피처는 경사진 단면 표면(52) 상의 구조의 위치에 의해 결정되는 다양한 깊이의 원형 또는 타원형 구조이다. 메모리 스택은 웨이퍼 표면(55)에 수직인 Z-방향으로 연장된다. 2개의 인접한 단면 이미지 슬라이스 사이의 두께(d) 또는 최소 거리(d)는 통상적으로 수 nm 정도, 예를 들어 30 nm, 20 nm, 10 nm, 5 nm, 4 nm 또는 심지어 그 미만의 값으로 조정된다. 일단 미리 결정된 두께(d)의 재료의 층이 FIB로 제거되면, 다음 단면 표면(53.i...53.J)이 노출되고 하전 입자 이미징 빔(44)으로의 이미징을 위해 액세스 가능하다.Figure 2 shows a wedge cut geometry in an example of a 3D-memory stack. Figure 2 shows the situation when
도 3은 이미징 하전 입자 빔에 의해 생성되고 단면 표면(52)에 대응하는 단면 이미지 슬라이스(311.1)의 예를 도시하고 있다. 단면 이미지 슬라이스(311.1)는 에지 좌표(y1)에서 웨이퍼의 표면(55)과 경사진 단면 사이의 에지 라인(315)을 포함한다. 에지의 우측에서, 이미지 슬라이스(311.1)는 단면 표면(52)에 의해 교차되는 HAR 구조를 통해 여러 단면(307.1...307.S)을 도시하고 있다. 게다가, 이미지 슬라이스(311.1)는 상이한 깊이 또는 z-위치에 있는 여러 워드 라인(313.1 내지 313.3)의 단면을 포함한다. 이들 워드 라인(313.1 내지 313.3)으로, 경사진 단면 표면(52)의 깊이 맵(Z1(x, y))이 생성될 수 있다.Figure 3 shows an example of a cross-sectional image slice 311.1 produced by an imaging charged particle beam and corresponding to a
본 발명의 양태에 따르면, 측정 작업을 수행하기 위한 고속의 강건한 방법이 제공된다. 측정 작업을 수행하기 위한 방법의 부가의 상세는 제2 실시예에서 아래에 설명되고, 방법에 대한 간단한 설명은 도 4의 예에 예시되어 있다.According to aspects of the invention, a fast and robust method for performing measurement tasks is provided. Additional details of the method for performing the measurement task are described below in the second embodiment, and a brief description of the method is illustrated in the example in FIG. 4 .
고해상도의 3D 볼륨 이미지 데이터(즉, 복수의 100개 초과, 바람직하게는 1000개 초과의 이미지 슬라이스를 가짐)로부터, 포함된 3D 구조체의 특성, 예를 들어 반복적인 반도체 구조체의 평균 경사각, 최소 직경, 거리, 굴곡, 오버레이 오류가 결정될 수 있고, 복수의 이미지 슬라이스 또는 가상 이미지 스플라이스가 추출될 수 있다. 복수의 이미지 슬라이스 또는 가상 이미지 슬라이스로, 제1 머신 러닝 알고리즘이 훈련될 수 있고 반복적인 3D 구조체의 특성의 측정을 위한 최소 단면 이미지 슬라이스 세트가 결정될 수 있다. 제2 머신 러닝 알고리즘으로, 반복적인 3D 구조체의 특성이 높은 정확도와 높은 처리량으로 최소 단면 이미지 슬라이스 세트로부터 결정될 수 있다. 방법은 이하의 단계에 의해 설명된다.From high-resolution 3D volumetric image data (i.e., having a plurality of more than 100, preferably more than 1000 image slices), characteristics of the included 3D structures, such as average tilt angle, minimum diameter of the repetitive semiconductor structures, Distance, curvature, and overlay errors can be determined, and multiple image slices or virtual image splices can be extracted. With a plurality of image slices or virtual image slices, a first machine learning algorithm can be trained and a minimal set of cross-sectional image slices for measurement of properties of repetitive 3D structures can be determined. With the second machine learning algorithm, properties of repetitive 3D structures can be determined from a set of minimal cross-sectional image slices with high accuracy and high throughput. The method is explained by the following steps.
단계 M1에서, 대표 검사 볼륨의 복수의 고해상도 3D 볼륨 이미지가 생성된다. 복수의 고해상도 3D 볼륨 이미지는 대표적인 테스트 웨이퍼에 적용된 슬라이스 및 이미징 방법에 의해 생성될 수 있거나, 예를 들어 측정에 의해 획득된 3D 볼륨 이미지를 변경함으로써 시뮬레이션에 의해 생성될 수 있다.In step M1, multiple high-resolution 3D volume images of a representative examination volume are generated. Multiple high-resolution 3D volume images can be generated by slicing and imaging methods applied to a representative test wafer, or by simulation, for example, by altering the 3D volume images obtained by measurements.
단계 ML2에서, 반복적인 반도체 구조체의 관심 특성이 복수의 고해상도 3D 볼륨 이미지로부터 결정된다. 따라서, 각각의 고해상도 3D 볼륨 이미지는 적어도 하나의 파라미터에 의해 기술되는 특정 특성을 표현한다. 복수의 고해상도 3D 볼륨 이미지는 적어도 하나의 파라미터의 파라미터 값으로 라벨링된다.In step ML2, the properties of interest of the repetitive semiconductor structure are determined from a plurality of high-resolution 3D volume images. Accordingly, each high-resolution 3D volume image expresses certain characteristics described by at least one parameter. The plurality of high-resolution 3D volume images are labeled with parameter values of at least one parameter.
단계 ML3에서, 복수의 라벨링된 또는 주석이 달린 단면 이미지 슬라이스가 복수의 라벨링된 고해상도 3D 볼륨 이미지로부터 추출되거나 생성된다. 슬라이스는 고해상도 3D 볼륨 이미지로부터 계산된 이미지 슬라이스 또는 가상 이미지 슬라이스로 측정될 수 있다.In step ML3, a plurality of labeled or annotated cross-sectional image slices are extracted or created from the plurality of labeled high-resolution 3D volume images. Slices can be measured as image slices calculated from high-resolution 3D volume images or as virtual image slices.
단계 ML4에서, 머신 러닝 모델이 복수의 주석이 달린 단면 이미지 슬라이스와 복수의 라벨링된 고해상도 3D 볼륨 이미지로 훈련된다. 훈련은 요구 최소 단면 이미지 슬라이스 세트를 결정하고 주어진 정확도와 신뢰도로 관심 있는 파라미터 값을 결정하기 위해 반복적으로 달성될 수 있다.In step ML4, a machine learning model is trained with multiple annotated cross-sectional image slices and multiple labeled high-resolution 3D volume images. Training can be accomplished iteratively to determine the required minimum set of cross-sectional image slices and determine parameter values of interest with a given accuracy and confidence.
단계 ML5에서, 측정된 단면 이미지 슬라이스 세트가 예를 들어 웨이퍼의 새로운 검사 부위에서의 측정으로부터 결정된다.In step ML5, a set of measured cross-sectional image slices are determined, for example from measurements at a new inspection site on the wafer.
단계 ML6에서, 단계 ML4에 따른 훈련된 모델이 측정된 단면 이미지 슬라이스 세트에 적용된다.In step ML6, the trained model according to step ML4 is applied to the set of measured cross-sectional image slices.
단계 ML7에서, 훈련된 모델에 따른 파라미터 값 및 신뢰도 값의 출력이 웨이퍼의 새로운 검사 부위에 대해 생성된다.In step ML7, outputs of parameter values and confidence values according to the trained model are generated for a new inspection site on the wafer.
방법 및 훈련된 모델은 예를 들어 단계 ML7에 따른 낮은 신뢰도 값에 의해 트리거링되는 시뮬레이션에 의한 새로운 3D 볼륨 이미지의 생성을 포함하여, 측정을 위한 새로운 웨이퍼의 새로운 검사 결과에 대한 훈련된 모델의 추가 반복 및 적응에 의해 개선될 수 있다.The method and the trained model further iterate the trained model on new inspection results of a new wafer for measurement, including generation of a new 3D volume image by simulation triggered, for example, by a low confidence value according to step ML7. and can be improved by adaptation.
측정 작업을 수행하기 위한 바람직한 방법은 하나의 단일 연속적인 머신 러닝 알고리즘을 포함하는 것이다. 연속적인 머신 러닝 알고리즘은 이미지에 직접 적용되고 복수의 측정 결과가 획득된다. 이러한 연속적인 머신 러닝 알고리즘은 때때로 또한 딥 러닝 알고리즘이라고도 지칭된다. 머신 러닝에 의해 측정 작업을 수행하는 방법은 일반적으로 본 명세서에 참조로서 완전히 합체되어 있는 US 2020/0258212 A1에 예로서 설명되어 있다. 본 발명에 의해 제공된 개선에 따르면, 머신 러닝 알고리즘의 회귀자는 새로운 2D 이미지로부터 복수의 HAR 채널의 측정값을 직접 생성한다. 연속적인 머신 러닝 알고리즘은 제2 실시예에서 아래에 설명된다. 단일 연속적인 머신 러닝 알고리즘으로 구성된 하나의 단계로 측정 작업을 수행하기 위해, 대량의 주석이 달린 훈련 이미지 데이터가 요구된다. 주석이 달린 훈련 이미지 데이터는 선택된 물리적 또는 기하학적 파라미터의 원하는 측정값 범위를 커버하기 위해 요구된다. 종래 기술에 따른 세분화 단계 중에, 2D 또는 3D 이미지 내부의 픽셀 또는 복셀이 선택된 구조에 할당된다. 머신 러닝 세분화의 훈련은 다수의 이미지에서 다수의 픽셀 또는 복셀에 대한 픽셀/복셀 주석을 제공하는 것을 요구한다. 사용자 상호 작용에 의한 세분화와 픽셀별의 세분화를 위한 이 표준 방법은 - 특히 때때로 구조가 단지 소수의 3 내지 4개의 픽셀 내에 제한되는 반도체 산업에서와 같이 정밀도 요구 사항을 갖는 경우 - 매우 시간 소모적이다.The preferred method for performing the measurement task involves one single continuous machine learning algorithm. Successive machine learning algorithms are applied directly to the image and multiple measurement results are obtained. These continuous machine learning algorithms are sometimes also referred to as deep learning algorithms. Methods for performing measurement tasks by machine learning are generally described by way of example in US 2020/0258212 A1, which is fully incorporated herein by reference. According to the improvement provided by the present invention, the regressor of the machine learning algorithm generates measurements of the plurality of HAR channels directly from the new 2D image. The sequential machine learning algorithm is described below in a second embodiment. To perform the measurement task in a single step consisting of a single sequential machine learning algorithm, a large amount of annotated training image data is required. Annotated training image data is required to cover the desired range of measurements of the selected physical or geometric parameters. During the segmentation step according to the prior art, pixels or voxels within the 2D or 3D image are assigned to selected structures. Training machine learning segmentation requires providing pixel/voxel annotations for multiple pixels or voxels in multiple images. This standard method for segmentation by user interaction and pixel-by-pixel segmentation is very time consuming - especially with precision requirements such as in the semiconductor industry where structures are sometimes limited to only a few 3 or 4 pixels.
제1 실시예에 따르면, 감소된 사용된 상호 작용으로 측정 작업을 위한 훈련 이미지 데이터를 생성하기 위해 개선된 세분화 및 주석 방법이 제공된다. 제1 실시예에 따른 훈련 데이터를 생성하는 방법은 사전 정보에 의존한다. 선험적 정보를 사용함으로써, 훈련 데이터의 생성 중의 노력 및 특히 사용자 상호 작용이 최소로 감소된다.According to a first embodiment, an improved segmentation and annotation method is provided to generate training image data for measurement tasks with reduced used interaction. The method for generating training data according to the first embodiment relies on prior information. By using a priori information, the effort and especially user interaction during generation of training data is reduced to a minimum.
제1 실시예에 따른 제1 예에서, 방법은 측정 알고리즘에 대한 훈련 데이터를 생성하기 위한 컴퓨터 지원 방법을 포함한다. 제1 예에서 훈련 이미지 데이터의 생성은 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 사용함으로써 달성되고 훈련 이미지 데이터는 측정될 예상 파라미터 값 범위를 커버하도록 생성된다. 파라미터화된 기하학적 기술의 요소의 예는 고종횡비(HAR) 구조 또는 HAR 채널의 링 또는 쉘이다. 방법은 도 5에 설명되어 있다.In a first example according to the first embodiment, the method includes a computer-assisted method for generating training data for a measurement algorithm. In a first example the generation of training image data is achieved by using a parameterized description of the semiconductor object of interest and the training image data is generated to cover the range of expected parameter values to be measured. Examples of elements of parameterized geometric descriptions are rings or shells of high aspect ratio (HAR) structures or HAR channels. The method is illustrated in Figure 5.
제1 단계 MSA1에서, 검사 부위의 훈련 이미지의 제1 세트, 예를 들어 전술된 이중 빔 하전 입자 현미경(1)에 의해 획득된 도 3의 단면 이미지(311.1)가 획득된다. 각각의 훈련 이미지는 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 단면, 예를 들어 HAR 구조(307.1 내지 307.S)의 단면을 포함한다. 훈련 이미지의 제1 세트의 적어도 제1 이미지는 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 디스플레이된다.In the first step MSA1, a first set of training images of the examination area is acquired, for example the cross-sectional image 311.1 in Figure 3 acquired by the dual beam charged
제2 단계 MSA2에서, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 사용자 선택이 수신된다. 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술은 원, 링, 타원, 다각형과 같은 기하학적 형상, 또는 급수 전개, 예를 들어 푸리에 급수 전개의 전개 계수 등을 포함할 수 있다. 파라미터화된 기술은, 예를 들어 직교 좌표 또는 극 좌표와 같은 상이한 좌표계로 표현될 수 있다. 파라미터화된 기술은 파라미터화된 기술의 통상적인 사용자 템플릿을 포함하는 라이브러리로부터 선택될 수 있다. 파라미터화된 기술의 공개 목록은 사용자 인터페이스를 통해 디스플레이될 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 예에서, 사용자는 원형 링의 중심 좌표와 4개의 반경(r1 내지 r4)으로, 파라미터화된 기술(409.j)로서 4개의 원형 링의 수를 선택할 수도 있다. 도 6에 도시되어 있는 사용자 인터페이스(400)는 이미지 디스플레이 영역(403), 툴바(405) 및 미리 정의된 파라미터화된 기술(409.i...409.l)의 적어도 몇몇 그래픽 표현의 디스플레이를 갖는 선택 박스(407)를 포함한다. 사용자 인터페이스는 사용자와의 그래픽 상호 작용을 위해 구성되고 파라미터 기술의 선택에 대한 명령을 수신할 수 있다. 툴바(405)의 요소에 의해, 그래픽 인터페이스의 통상적인 도구, 예를 들어 이미지 디스플레이 영역(403)에 디스플레이된 단면 이미지(311.1)의 배율의 변경을 위한 도구가 선택될 수 있다.In the second step MSA2, a user selection of a parameterized description of the semiconductor object of interest is received. The parameterized description of the semiconductor object of interest may include a geometric shape such as a circle, ring, ellipse, polygon, or a series expansion, such as the expansion coefficients of a Fourier series expansion. Parameterized descriptions can be expressed in different coordinate systems, for example Cartesian or polar coordinates. Parameterized techniques can be selected from libraries containing common user templates of parameterized techniques. A public list of parameterized techniques may be displayed via the user interface. In the example shown in Figure 6, the user may select the number of four circular rings as the parameterized description 409.j, with the center coordinates of the circular rings and the four radii (r1 to r4). The
제3 단계 MSA3에서, 선택된 파라미터 기술에 따른 그래픽 표현이 사용자 인터페이스의 디스플레이 상의 훈련 이미지 위에 오버레이로서 디스플레이된다.In the third step MSA3, a graphical representation according to the selected parameter description is displayed as an overlay over the training image on the display of the user interface.
사용자 상호 작용은 이어서 파라미터화된 기술의 몇 개의 파라미터, 예를 들어, 중심 위치, 원의 반경의 변경 또는 픽셀 단위 주석 대신에 다각형의 점의 위치의 변경으로 한정된다. 사용자 인터페이스는 예를 들어 파라미터화된 기술의 그래픽 표현의 요소의 수동 배치를 위해 그리고 파라미터 값의 수동 선택을 위해 구성된다.The user interaction is then limited to changing a few parameters of the parameterized technique, for example changing the center position, the radius of the circle or changing the positions of the points of the polygon instead of pixel-wise annotation. The user interface is configured, for example, for manual placement of elements of a graphical representation of a parameterized technique and for manual selection of parameter values.
주석 값으로서, 선택된 파라미터 기술에 따른 선택된 파라미터 값이 저장되고 각각의 훈련 이미지에 대한 주석으로서 역할을 한다. 단계 MSA 3은 원하는만큼 HAR 구조(307.1 내지 307.S)의 단면에 대해 반복될 수 있다.As an annotation value, the selected parameter value according to the selected parameter description is stored and serves as an annotation for each training image. Step
예가 도 7에 도시되어 있다. 사용자 인터페이스(400)는 단계 MSA 2에 따라 선택된 파라미터화된 기술(409.j)의 그래픽 표현의 디스플레이와 함께 주석이 달릴 2D 이미지(311.1), 툴바(405) 및 선택 박스(407)를 이미지 디스플레이 영역(403)에 다시 표시한다. 사용자 인터페이스는 사용자와의 그래픽 상호 작용을 위해 구성되고 선택된 파라미터 기술의 파라미터 값, 이 예에서는 x 및 y의 측방향 위치의 2개의 좌표 및 원의 4개의 반경의 선택에 대한 명령을 수신할 수 있다. 사용자 인터페이스는 파라미터 값의 수치 입력 뿐만 아니라 그래픽 상호 작용을 위해 구성될 수 있다. 사용자는 사용자 인터페이스 디스플레이(400)에 의해 지원되고 사용자는 HAR 채널의 에지 또는 경계를 쉽게 검출하고 이에 따라 파라미터 기술의 원을 조정할 수 있다. 측정 결과는 식별된 관심 있는 반도체 객체의 주석 라벨로서 사용된다. 선택된 파라미터 기술의 그래픽 표현(409.j3)의 예가 도시되어 있는데; 사용자 인터페이스는 그래픽 표현(409.j3)의 위치 및 선택된 파라미터 기술의 파라미터 값의 그래픽 조절을 위해 구성된다. 선택된 파라미터 기술의 파라미터 값은 주석 파라미터 값의 목록(411)에 튜플로서 디스플레이된다.An example is shown in Figure 7. The
일반적으로, 측정될 파라미터 값의 결정은, 예를 들어 하전 입자 빔 이미징 시스템(40)의 교정 단계에서 미리 결정될 수 있는 단면 이미지(311.1)의 알려진 이미징 스케일 또는 배율에 의존한다. 그러나, 이미징 스케일의 정확한 결정은 요구되지 않고, 파라미터 값은 또한 훈련 이미지의 일정한 스케일에 대해 주어질 수 있다.In general, the determination of the parameter values to be measured relies on the known imaging scale or magnification of the cross-sectional image 311.1, which can be predetermined, for example, in the calibration phase of the charged particle
단계 MSA3은 복수의 훈련 이미지의 제1 세트에 대해 반복될 수 있고 주석을 갖는 복수의 훈련 이미지가 생성된다. 주석은 선택된 파라미터 기술에 따른 파라미터 값의 튜플을 포함한다. 튜플 [x,y,r1,r2,r3,r4]의 예는 실제 훈련 이미지에 주석이 달린 튜플의 디스플레이를 위한 주석 파라미터 값 목록(411)에 예시되어 있다. 주석 파라미터 값 목록(411)은 이 예에서 달성된 주석 [x,y,5,7.3,11,13]1, [x,y,6,7,11,13.5]2, 및 그래픽 표현(409.j3)을 갖는 실제 주석에 따른 하나의 미결정 튜플 [x,y,r1,r2,r3,r4]3을 포함한다.Step MSA3 can be repeated for the first set of plurality of training images and a plurality of annotated training images are generated. The annotation contains a tuple of parameter values according to the selected parameter description. An example of the tuple [x,y,r1,r2,r3,r4] is illustrated in the annotation
예에 따르면, 사용자 상호 작용은 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스의 컴퓨터 지원 검출 및 포지셔닝에 의해 더 감소될 수 있다. 이 예에서, 제1 예에 따른 방법은 컴퓨터 자동화 세분화 및 주석 단계(CASA)를 더 포함한다(도 5 참조). 단계 CASA 중에, 예를 들어 HAR 단면의 인스턴스가 자동으로 검출되고 분석된다. 검출 및 분석은 선택된 파라미터화된 기술과 예를 들어 필터링 알고리즘에 기초한다. 처리 알고리즘은 파라미터화된 기술의 요소의 반자동 또는 자동 배치 및 조정을 위해 사용자를 지원하여, 이에 의해 중심, 반경 등을 재조정할 수 있다.According to an example, user interaction may be further reduced by computer-assisted detection and positioning of instances of semiconductor objects of interest. In this example, the method according to the first example further comprises a computer automated segmentation and annotation step (CASA) (see Figure 5). During step CASA, instances of e.g. HAR cross-sections are automatically detected and analyzed. Detection and analysis are based on selected parameterized techniques and, for example, filtering algorithms. The processing algorithm supports the user for semi-automatic or automatic placement and adjustment of the elements of the parameterized technique, thereby allowing readjustment of the center, radius, etc.
예를 들어, 단계 CASA 1에서, 관심 있는 반도체 객체의 반복 인스턴스가 푸리에 방법에 의해 결정되고, 반복 인스턴스는 이미지의 필터링된 푸리에 스펙트럼으로부터 유도된 래스터 위치로부터 예측될 수 있다.For example, in
단계 CASA 2에서, 단계 CASA 1에 따른 각각의 검출된 인스턴스에 대한 초기 주석 파라미터 값이 자동으로 결정된다. 선택된 파라미터 기술의 초기 파라미터 값은 매칭 필터와의 상관 관계 또는 원의 반경을 직접 검출하기 위한 원형 허프 변환(circular Hough transformation)의 적용 등과 같은 공지의 이미지 처리 방법에 의해 획득될 수 있다. 일반적으로, 허프 변환은 라인 또는 원 또는 기하학적 형상의 일반적인 파라미터화된 기술을 검출하기 위한 강건한 방법이다. 매칭 필터는 선택된 파라미터 기술에 따라 자동으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 다른 방법은 예를 들어 윤곽 검출 방법을 포함한다. 이에 의해, HAR 채널의 적어도 몇몇 에지 또는 경계가 검출될 수 있고 주석 파라미터 값이 결정될 수 있다. 측정 결과를 표현하는 주석 파라미터 값은 관심 있는 반도체 객체의 식별된 인스턴스의 주석 라벨로서 사용된다. 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스의 인식 및 파라미터 값의 측정을 위한 다른 방법은 예를 들어 RANSAC 알고리즘을 채용할 수 있다.In
관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대한 초기 주석 파라미터 값의 결정을 위한 다른 예에서, 관심 있는 반도체 객체의 최적 피팅 단면은 파라미터 기술 및 CAD 데이터로부터의 정보로부터 유도된다. 상이한 특정 파라미터 값을 갖는 관심 있는 반도체 객체의 시뮬레이션된 단면 이미지는 물리적으로 영향을 받은 순방향 시뮬레이션에 의해 생성되고 측정된 단면에 비교된다. 측정된 이미지에 존재할 가능성이 가장 높은 파라미터 기술의 파라미터 값은 최적화에 의해 결정된다. 물리적으로 영향을 받는 순방향 시뮬레이션에 대한 상세가 아래에 설명될 것이다.In another example for determination of initial annotation parameter values for each detected instance of a semiconductor object of interest, the best fitting cross section of the semiconductor object of interest is derived from information from the parameter description and CAD data. Simulated cross-section images of the semiconductor object of interest with different specific parameter values are generated by physically influenced forward simulation and compared to the measured cross-sections. The parameter values of the parameter description most likely to be present in the measured image are determined by optimization. Details of the physically affected forward simulation will be described below.
단계 CASA 2에 따른 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대한 초기 주석 파라미터 값의 결정을 위한 다른 예에서, 매칭 단계가 적용된다. 매칭 단계는 수정된 교집합/합집합(intersection-over-union: IoU) 비를 통한 매칭 용어의 결정을 포함한다. IoU는 2개의 객체 A와 B, 예를 들어 이미지 내의 객체 A와 훈련 데이터를 위해 사용되는 객체 클래스 B의 유사성 정도를 결정하기 위한 것으로 알려져 있다. 본 발명의 예에 따르면, 수정된 IoU는 경계 한정된 객체와 선택된 파라미터 기술 사이에서, 최대 교차 또는 중첩의 영역을 채용한다. 예에서, 주변 직사각형 경계 박스보다는 파라미터 기술을 사용하여 IoU의 정확한 결정이 적용될 수 있다. 이에 의해, 객체 검출이 더 개선된다.In another example for determination of initial annotation parameter values for each detected instance of a semiconductor object of interest according to step
예에서, 매칭 단계는 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 HAR 채널의 예에 따라 선택된 파라미터 기술의 최외측 경계 링에 기초하여 제1 교집합/합집합 비를 계산하는 단계를 포함한다. 제2 및 다른 교집합/합집합 비는 추가 교집합 비는 파라미터 기술의 추가 파라미터에 기초하여 반복적으로 계산될 수 있다. 그러나, 단일 교집합/합집합 단계에서 경계 한정된 객체를 파라미터 기술의 복수의 파라미터 값에 매칭시키는 것도 또한 가능하다.In an example, the matching step includes calculating a first intersection/union ratio based on the outermost boundary ring of the parameter description selected according to the example of the HAR channel shown in FIGS. 6 and 7. The second and other intersection/union ratios may be calculated iteratively based on the additional parameters of the parametric description. However, it is also possible to match a bounded object to multiple parameter values of a parameter description in a single intersection/union step.
예에서, 매칭 단계는 검출 손실을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 손실 함수의 다양한 알고리즘이 알려져 있고 본 발명에 적용 가능하다. 그러나, 일반적인 모델링 대신에, 제2 실시예에 따른 접합 박스 파라미터 손실은 예측되거나 "측정된" 파라미터 값과 훈련 데이터에 대한 그 대응 L1 차이를 포함하도록 적응된다. 일반적으로, 훈련 데이터에 포함된 예측된 튜플 대 주석이 달린 튜플에 대한 손실 모델링은In an example, the matching step may further include calculating a detection loss. Various algorithms of loss functions are known and applicable to the present invention. However, instead of general modeling, the joint box parameter loss according to the second embodiment is adapted to include predicted or “measured” parameter values and their corresponding L1 differences with respect to the training data. In general, loss modeling for predicted tuples versus annotated tuples included in the training data is
(1) 분류 손실,(1) Classification loss;
(2) 경계 박스 파라미터 손실 또는 신뢰도 값, 및/또는(2) bounding box parameter loss or confidence value, and/or
(3) 경계 박스 중첩 손실에 의해 구성될 수 있다.(3) It can be constructed by bounding box overlap loss.
파라미터 손실은 예측된 객체의 적어도 하나의 파라미터 값과 훈련 데이터에 대한 대응 주석이 달린 파라미터 값 사이의 절대 편차, 예를 들어, L1 메트릭에 의해 기술된다. 예에서, 중첩 손실은 예측된 객체의 파라미터 기술에 따른 기하학적 모델과 훈련 데이터의 대응 기하학적 모델에 기초하는 일반화된 교집합/합집합 비에 의해 기술된다. 경계 박스 중첩 손실은 예를 들어 가장 큰 링의 외부 경계 박스에만 제한될 수 있다.The parameter loss is described by the absolute difference between the value of at least one parameter of the predicted object and the corresponding annotated parameter value for the training data, e.g., an L1 metric. In the example, the overlap loss is described by a generalized intersection/union ratio based on a geometric model according to the parametric description of the predicted object and a corresponding geometric model of the training data. The bounding box overlap loss may be limited to only the outer bounding box of the largest ring, for example.
검출 손실은 검출 손실 중 적어도 하나 또는 2개 이상의 가중 합을 포함할 수 있다. 그 파라미터 표현을 예측함으로써 객체를 검출하는 머신 러닝 알고리즘의 다른 조성이 마찬가지로 적합하다. 예를 들어, 파라미터 기술의 요소, 예를 들어 도 7에 따른 선택된 파라미터 기술의 모든 원은 개별의 반복적인 객체 검출을 받게 될 수 있다. 매칭 단계에 의해, 파라미터 기술로부터 그럴듯한 이미지로의 순방향 모델이 제공되고 예를 들어 HAR 채널 단면의 이미지의 최상의 매칭을 위한 파라미터 값이 유도된다.The detection loss may include at least one or a weighted sum of two or more detection losses. Other formulations of machine learning algorithms that detect objects by predicting their parameter representations are likewise suitable. For example, elements of a parametric description, for example all circles of a selected parametric description according to FIG. 7 , may be subjected to individual iterative object detection. By the matching step, a forward model from the parameter description to a plausible image is provided and parameter values for the best match of the image, for example of a HAR channel cross-section, are derived.
단계 CASA 3에서, 선택된 파라미터 기술의 그래픽 표현은 실제 훈련 이미지(311.1)에 대한 오버레이로서 관심 있는 반도체 객체의 검출된 인스턴스에서 사용자 인터페이스 디스플레이(400)를 통해 그래픽으로 디스플레이된다. 각각의 그래픽 표현은 단계 CASA 2에서 유도된 초기 주석 파라미터 값에 따라 디스플레이될 수 있다. 초기 주석 파라미터 값은 또한 주석 파라미터 목록(411)에 디스플레이될 수 있다. 단계 CASA 3 중에, 사용자 인터페이스는 사용자 입력을 통해, 초기 주석 값의 확인 또는 개선을 수신하도록 구성된다. 확인 또는 개선을 위한 사용자 인터페이스 디스플레이(400)는 도 7에 도시되어 있는 사용자 인터페이스 디스플레이(400)와 유사할 수 있다. 완료 또는 확인은 예를 들어 주석 파라미터 값 목록(411)의 체크박스에 의해 예시되고, 여기서 처음 2개의 튜플은 확인된 것으로서 디스플레이된다. 컴퓨터 자동화 세분화 및 주석 단계 CASA 3에 의해, 사용자 상호 작용이 더욱 더 감소된다.At
단계 MSA 3 및 CASA는 병렬로 수행될 수 있다. 사용자는 단계 MSA 3에 따라 세분화 및 주석을 병렬로 수행하고 단계 CASA 3에서 컴퓨터 지원 세분화 및 주석의 결과를 확인하거나 개선할 수 있다.
제3 단계 MSA4에서, 주석이 달린 단면의 파라미터 값 범위가 평가되고 디스플레이된다. 사용자는 이에 의해 원하는 파라미터 값 범위가 훈련 데이터의 제1 세트 내에서 이미 달성되었는지 여부를 통지받는다. 예가 도 8에 도시되어 있다. 도면은 최소 및 최대 주석 값을 갖는 파라미터 목록(413)을 포함할 수 있다. 도 8의 예에서, 파라미터(r2)의 파라미터 값이 히스토그램(414)에 추가로 디스플레이를 위해 선택된다. 이에 의해, 사용자는 주석 방법 중에 도달한 파라미터 값 범위에 대해 통지받는다.In the third step MSA4, the parameter value ranges of the annotated sections are evaluated and displayed. The user is hereby informed whether the desired parameter value range has already been achieved within the first set of training data. An example is shown in Figure 8. The drawing may include a parameter list 413 with minimum and maximum annotation values. In the example of Figure 8, the parameter value of parameter r2 is selected for further display in
훈련 이미지 세트는 검사 볼륨으로부터의 실제 단면 이미지로부터 획득되고, 워드 라인(도 3의 참조 번호 313)과 같은 추가 반도체 구조체 또는 객체를 포함한다. 파라미터 기술은 이들 추가 반도체 구조체의 존재시에도 훈련 이미지를 세분화하고 주석을 다는 것을 돕는다. 따라서, 주석이 달린 훈련 이미지로 훈련된 머신 러닝 알고리즘은 추가 반도체 구조체의 존재시에도 강건할 것이다.The training image set is obtained from actual cross-sectional images from the inspection volume and includes additional semiconductor structures or objects, such as word lines (reference numeral 313 in Figure 3). Parametric techniques help segment and annotate training images even in the presence of these additional semiconductor structures. Therefore, machine learning algorithms trained with annotated training images will be robust even in the presence of additional semiconductor structures.
이 시점에, 훈련 데이터의 제1 세트(TD.1)가 생성되고 추가 사용을 위해 메모리에 저장될 수 있다. 훈련 데이터 세트(TD)는 통상적으로 복수의 주석이 달린 훈련 이미지와, 주석 파라미터 값을 포함하는 튜플이 그에 따라 해석되는 파라미터 기술을 포함한다. 훈련 데이터의 제1 세트(TD.1)는 통상적으로 파라미터 값의 측정 결과의 제한된 범위가 존재한다. 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트에 의해, 제한된 파라미터 값 범위의 훈련 데이터의 제1 세트(TD.1)가 생성된다. 따라서, 제한된 훈련 데이터(TD.1)로 훈련된 머신 러닝 알고리즘 또는 회귀자는 제한된 파라미터 값 범위 내에서만 새로운 이미지에서 관심 있는 반도체 구조체의 연속적인 정량적 측정치를 검출하고 결정하는 것이 가능하다. 더욱이, 계측 용례의 경우, 머신 러닝 알고리즘의 품질 측정치는 예를 들어 훈련 또는 주석 파라미터 값으로부터 실제로 측정된 파라미터 값의 편차에 의해 정의될 수 있다. 따라서 품질 측정치는 미리 결정된 파라미터 값 범위의 조밀한 커버리지를 이용함으로써 개선될 수 있다. 따라서, 다수의 주석을 갖는 포함된 다수의 훈련 데이터가 생성되어야 한다. 제1 실시예의 방법의 제2 예에 따르면, 미리 결정된 파라미터 값 범위의 커버리지는 단계 MSA 1 내지 MSA 4 중에 사용자 상호 작용에 의해 획득된 훈련 이미지의 제1 세트(TD.1)를 이용함으로써 자동으로 개선된다. 예를 들어, MSA4 단계 중에, 사용자 인터페이스는 예를 들어 측정 작업을 위해 요구된 파라미터 값 범위 또는 파라미터 값 범위 내의 특정 값 범위를 포함하는 사용자 입력을 수신하도록 구성될 수 있고, 여기서 주석이 달린 훈련 이미지를 갖는 더 양호한 샘플링이 요구된다. 단계 MSA 5 중에, 지정된 파라미터 값 범위 내의 상이한 또는 부가의 파라미터 값을 갖는 추가의 주석이 달린 훈련 단면 이미지 세그먼트가 훈련 이미지의 제1 세트로부터 생성된다. 이에 의해, 상이한 또는 부가의 파라미터 값을 갖는 훈련 이미지의 제2 세트가 예를 들어 이미지 처리에 의해 생성될 수 있다. 적합한 이미지 처리의 예는 훈련 이미지 내의 스케일의 변동, 형상의 변경, 보간, 형태학적 연산 또는 패턴 치환 중 적어도 하나를 포함한다.At this point, a first set of training data (TD.1) can be created and stored in memory for further use. A training data set (TD) typically contains a plurality of annotated training images and a parameter description where tuples containing annotated parameter values are interpreted accordingly. The first set of training data (TD.1) typically has a limited range of measurement results for parameter values. With the set of training cross-sectional image segments, a first set of training data (TD.1) of a limited range of parameter values is generated. Therefore, it is possible for a machine learning algorithm or regressor trained with limited training data (TD.1) to detect and determine continuous quantitative measurements of the semiconductor structure of interest in new images only within a limited range of parameter values. Moreover, for metrology applications, a quality measure of a machine learning algorithm may be defined, for example, by the deviation of actually measured parameter values from training or annotation parameter values. Therefore, quality measures can be improved by using dense coverage of predetermined parameter value ranges. Therefore, multiple training data containing multiple annotations must be generated. According to a second example of the method of the first embodiment, coverage of the predetermined parameter value range is automatically achieved by using the first set of training images (TD.1) obtained by user interaction during
훈련 이미지의 제1 및 제2 세트는 단계 MSA 6에서 조합되어 완성된 훈련 이미지 또는 훈련 데이터의 세트(TD.2)를 구축한다. 훈련 이미지의 세트의 세분화 및 주석 결과는 2D 훈련 이미지의 픽셀의 맵핑을 위해 추가로 사용될 수 있고 픽셀화된 세분화가 달성된다. 픽셀화된 세분화는 또한 예를 들어 측정 머신 러닝 알고리즘과 결함 검출 및 분류 알고리즘을 조합하는 데 이용될 수 있다.The first and second sets of training images are combined in
완성된 훈련 이미지 또는 제2 훈련 데이터의 세트(TD.2)는 추가 사용을 위해 최종적으로 메모리에 저장된다.The completed training image or set of secondary training data (TD.2) is finally stored in memory for further use.
그러나, 단계 MSA 5에 따른 부가의 훈련 이미지의 생성은 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 기술의 상이한 파라미터 값을 갖는 부가의 훈련 이미지에 한정되지 않는다. 또한 부가의 훈련 이미지는 이미지 획득 파라미터, 예를 들어 노이즈 레벨 또는 이미지 콘트라스트의 변동을 포함할 수 있다. 이에 의해, 제2 훈련 데이터로 훈련된 머신 러닝 알고리즘은 더 강건하고 더 높은 정확도를 갖는 측정 결과를 제공한다.However, the generation of additional training images according to step
따라서, 제1 실시예의 제2 예에 따른 방법을 수행하도록 구성된 시스템은 또한 예를 들어 집적 반도체 구조체의 축소 후에 상이한 크기 또는 스케일의 관심 있는 반도체 객체의 새로운 측정 작업에 신속하게 적응하는 것이 가능하다. 제2 예에 따르면, 훈련 데이터의 세트는 기존의 주석이 달린 훈련 이미지에 기초하고, 예를 들어 좁은 범위의 측정값 또는 상이한 범위 또는 측정값을 커버한다. 추가의 주석이 달린 훈련 이미지가 요구 측정값 범위를 커버하기 위해 주석이 달린 훈련 이미지의 이미지 처리에 의해 생성된다. 이는 예를 들어 축소가 반도체 구조체에 적용될 때, 또는 이미징 프로세스의 배율이 변경될 때 유용하다.Accordingly, a system configured to perform the method according to the second example of the first embodiment is also capable of quickly adapting to new measurement tasks of semiconductor objects of interest of different size or scale, for example after reduction of the integrated semiconductor structure. According to a second example, the set of training data is based on existing annotated training images and covers, for example, a narrow range of measurements or a different range or measurements. Additional annotated training images are generated by image processing of the annotated training images to cover the required measurement range. This is useful, for example, when reduction is applied to a semiconductor structure, or when the magnification of the imaging process is changed.
도 3 내지 도 8에는, 단면 이미지와 훈련 이미지가 예시를 위해 단순화되어 있다. 전술된 바와 같이, 단면 이미지는 통상적으로 HAR 구조의 수백 내지 수천 개의 단면을 포함한다. 훈련 이미지는 통상적으로 실제 측정된 단면 이미지보다 훨씬 더 작고 예를 들어 50개 미만 또는 심지어 더 적은 수와 같이, 예를 들어 단지 적은 수의 HAS 구조만을 포함한다. 더욱이, 훈련 이미지는 예를 들어 하나의 차원에서 단지 256, 512 또는 1024 픽셀만을 포함하는, 더 작은 픽셀 수를 가져야 한다. 따라서, 훈련 이미지는 예를 들어 256×1024 픽셀 또는 512×512 픽셀에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 훈련 이미지는 통상적으로 단면 이미지의 세그먼트에 의해 형성된다. 감소된 픽셀 수에 의해, 머신 러닝 알고리즘의 고속의 효과적인 훈련이 가능하다. 그러나, 프로세서의 진보에 따라, 또한 더 큰 픽셀 수, 예를 들어, 하나의 차원에서 2048 또는 4096 픽셀이 가능하다.3 to 8, the cross-sectional images and training images are simplified for illustration. As described above, cross-sectional images typically include hundreds to thousands of cross-sections of the HAR structure. Training images are typically much smaller than the actual measured cross-sectional images and contain, for example, only a small number of HAS structures, for example less than 50 or even fewer. Moreover, the training images should have a smaller pixel count, for example containing only 256, 512 or 1024 pixels in one dimension. Accordingly, the training image may be formed by, for example, 256×1024 pixels or 512×512 pixels. Therefore, training images are typically formed by segments of a cross-sectional image. The reduced number of pixels allows for fast and effective training of machine learning algorithms. However, with advances in processors, larger pixel counts are also possible, for example 2048 or 4096 pixels in one dimension.
제1 실시예에 따른 방법의 제3 예에서, 사용자 상호 작용은 더욱 더 감소된다. 정량적 측정을 수행하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위한 훈련 데이터를 생성하기 위한 방법은 일반적으로 선험적 지식에 의해 개선될 수 있다. 제1 실시예의 제3 예에 따르면, 훈련 데이터를 생성하는 방법은 반도체 웨이퍼의 검사 볼륨을 통한 단면의 이미징 프로세스의 물리적 시뮬레이션을 적용한다. 방법은 도 9에 예시되어 있다.In a third example of the method according to the first embodiment, user interaction is reduced even further. Methods for generating training data for training machine learning algorithms to perform quantitative measurements can generally be improved by a priori knowledge. According to a third example of the first embodiment, the method for generating training data applies a physical simulation of an imaging process of a cross-section through an inspection volume of a semiconductor wafer. The method is illustrated in Figure 9.
단계 PSA1에서, 반도체 웨이퍼의 검사 볼륨을 통한 예상 단면적에 대한 사용자 입력이 수신된다. 예상 단면적은 예를 들어 CAD 정보로부터 획득될 수 있다. CAD-데이터는 예를 들어 3D 프로젝션을 통해 그래픽으로 디스플레이될 수 있고, CAD-정보를 통한 단면은 예를 들어 실제 단면 이미지가 디스플레이되는 것이 아니라, CAD 데이터를 통한 단면이 디스플레이되는 차이점을 갖고 도 6과 유사하게 제시될 수 있다. 인터페이스는 또한 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 선택을 위해 구성된다. 파라미터화된 기술은 CAD 데이터에 따라 선택될 수 있다. 예에서, 관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터에 사용된 파라미터화된 기술이 직접 적용된다. 파라미터화된 기술에 따른 관심 있는 반도체 객체의 복수의 인스턴스가 CAD 정보로부터 이용 가능한 재료 조성과 함께 생성된다. 이에 의해, 원시 이미지가 생성되는데, 이는 이후에 이미지 형성의 물리적 시뮬레이션에 사용된다. 훈련 이미지의 세트에 대해, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 파라미터 값은 미리 결정된 파라미터 값 범위 내에서 변동되고, 복수의 원시 이미지가 생성된다. 파라미터 값 범위는 사용자 입력에 의해 지정될 수 있고, 사용자 인터페이스는 선택된 파라미터화된 기술의 파라미터에 따라 파라미터 값 범위를 수신하도록 또한 구성된다. 워드 라인과 같은 반도체의 추가 객체는 CAD-데이터로부터 추출되고 주석이 달린 훈련 이미지의 생성을 위해 원시 이미지에서 고려될 수 있다.In step PSA1, user input is received for the expected cross-sectional area through the inspection volume of the semiconductor wafer. The expected cross-sectional area can be obtained from CAD information, for example. CAD-data can be displayed graphically, for example through 3D projection, with the difference that the cross-section through CAD data is displayed, for example, rather than the actual cross-section image, as shown in FIG. 6 It can be presented similarly. The interface is also configured for selection of a parameterized description of the semiconductor object of interest. Parameterized techniques can be selected according to CAD data. In the example, the parameterized techniques used are applied directly to CAD data of the semiconductor object of interest. Multiple instances of a semiconductor object of interest according to a parameterized description are created with material compositions available from CAD information. This creates a raw image, which is later used in physical simulations of image formation. For a set of training images, the parameter values of the parameterized description of the semiconductor object of interest are varied within a predetermined range of parameter values, and a plurality of raw images are generated. The parameter value range may be specified by user input, and the user interface is further configured to receive the parameter value range according to the parameters of the selected parameterized technology. Additional objects of the semiconductor, such as word lines, can be extracted from the CAD-data and considered in the raw image for the generation of annotated training images.
단계 PSA 2에서, 하전 입자 빔 이미징 시스템(40)의 이미징 파라미터가 결정된다. 이 단계 중에, 사용자 인터페이스는 어떻게 실제 검사 부위에서 측정 이미지가 획득될 것인지의 사용자 명령을 수신하도록 구성된다. 이미징 파라미터는 하전 입자 이미징 시스템이 동작되는 통상적인 설정 내에서 기술될 수 있다. 통상적으로, 하전 입자 이미징 시스템은 사용자가 작업-특정 이미징 설정을 선택할 수 있는 미리 정의된 이미징 설정의 세트를 제공한다. 예를 들어, 물리적 시뮬레이션을 위해 요구되는 이미징 파라미터는 전자 에너지, 픽셀 크기, 스캐닝 방법, 체류 시간, 하전 입자 빔 이미징 시스템의 설정, 예를 들어 선택된 검출기를 포함하는 선택된 콘트라스트 방법을 포함한다. 이들 이미징 파라미터는 미리 정의된 이미징 설정의 목록의 각각의 이미징 설정과 함께 저장될 수 있다.In
이미징 파라미터는 미리 결정된 재료 콘트라스트의 목록을 더 포함한다. 이미징 파라미터는 단지 이미징에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 FIB 빔(51)에 의한 밀링 작업의 파라미터를 더 포함할 수 있다. 따라서, 이미징 파라미터는 단면 표면의 예상 거칠기 또는 경사를 더 포함할 수 있다. 이미징 파라미터는 밀링 작업 중에 커튼 효과의 미리 결정된 모델을 더 포함할 수 있다.The imaging parameters further include a list of predetermined material contrasts. The imaging parameters are not limited to just imaging, and may further include, for example, parameters of a milling operation by the
다수의 이미징 파라미터는 미리 결정되어 반도체 객체의 자동화 측정을 수행하기 위한 시스템과 같은, 하전 입자 검사 및 계측 시스템의 제어 유닛 메모리 내의 룩업 테이블(look-up tables)에 저장될 수 있다. 몇몇 이미징 파라미터는 하전 입자 빔 이미징 시스템(40)에 대해 특정될 수 있고 교정 단계 중에 미리 결정될 수 있다.A number of imaging parameters may be predetermined and stored in look-up tables in the memory of a control unit of a charged particle inspection and metrology system, such as a system for performing automated measurements of semiconductor objects. Several imaging parameters may be specified for the charged particle
단계 PSA 3에서, 단계 PSA 2에 따른 주어진 하전 입자 빔 이미징 시스템과 단계 PSA 1에 따른 원시 이미지에 대한 이미징 프로세스의 물리적-영향을 받은 순방향 시뮬레이션(간단히: 물리적 시뮬레이션)이 수행된다. 물리적 시뮬레이션은 하전 입자 검사 및 계측 시스템의 처리 엔진에서 또는 단계 PSA 1 및 PSA 2에서 생성된 정보에 액세스를 갖는 임의의 다른 처리 엔진에서 수행될 수 있다.In
물리적 시뮬레이션은 통상적으로 선택된 스캐닝 방법의 픽셀 래스터에 따라 측정될 이미지에 대한 스케일링 또는 원시 이미지 데이터를 포함한다. 공간적으로 분해된 이미지 콘트라스트는 훈련 이미지의 원시 이미지 데이터 내에 존재하는 재료의 재료 콘트라스트에 의해 결정된다. 재료 콘트라스트 값의 스케일링 및 적용 후, 이미징 시스템의 점 확산 함수에 따라 컨볼루션 커널로 원시 이미지 데이터의 컨볼루션이 수행된다. 점 확산 함수는 웨이퍼를 통한 단면에서 1차 하전 입자 이미징 빔에 의해 생성된 예상 상호 작용 볼륨에 따라 결정될 수 있다. 상호 작용 볼륨은 통상적으로 전자 에너지에 의존한다. 노이즈 레벨이 각각의 래스터 위치에서 체류 시간에 따라 추가될 수 있다. 이에 의해, 또한 선택된 검출기 기하학 형상의 제한된 검출 카운트가 고려된다.The physical simulation typically includes scaled or raw image data for the image to be measured according to the pixel raster of the selected scanning method. The spatially resolved image contrast is determined by the material contrast of the materials present within the raw image data of the training image. After scaling and application of the material contrast values, convolution of the raw image data is performed with a convolution kernel according to the point spread function of the imaging system. The point spread function can be determined according to the expected interaction volume created by the primary charged particle imaging beam in a cross section through the wafer. The interaction volume typically depends on the electron energy. Noise levels can be added depending on the dwell time at each raster location. Thereby also the limited detection count of the selected detector geometry is taken into account.
이미징 파라미터는 또한 웨이퍼의 검사 볼륨 내의 재료 조성에 의존할 수 있고 밀링될 단면의 재료 조성에 따른 밀링 작업의 커튼 효과를 포함할 수 있다. 커튼 효과는 밀링 작업의 간단한 모델에 액세스 가능하고 따라서 마찬가지로 고려될 수 있다. 밀링 효과는 예를 들어, 재료 콘트라스트에 중첩된 부가의 토포그래피 콘트라스트를 생성한다.Imaging parameters may also depend on the material composition within the inspection volume of the wafer and may include the curtain effect of the milling operation depending on the material composition of the cross-section to be milled. The curtain effect is accessible in a simple model of the milling operation and can therefore be taken into account as well. The milling effect creates, for example, additional topographic contrast superimposed on the material contrast.
물리적 시뮬레이션은 또한 검사 영역 내에 워드 라인과 같은 부가의 구조를 고려할 수 있다. 이에 의해, 실제 이미지의 측정 효과가 훈련 이미지에서 고려된다.The physical simulation can also consider additional structures, such as word lines, within the inspection area. By this, the measurement effect of the real image is taken into account in the training image.
단계 PSA 4에서, 시뮬레이션에 의해 획득된 훈련 이미지가 선택적으로 사용자 인터페이스를 통해 사용자를 위해 제시될 수 있고, 사용자는 예를 들어 단계 PSA 1 또는 PSA 2 중에 선택을 재고려할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 이미징 중에 상이한 배율, 또는 검사 볼륨을 통해 상이한 밀링 각도를 선택할 수도 있다. 사용자가 임의의 변경을 요청하면, 프로세스는 단계 PSA 3으로 반복될 것이다. 사용자가 시뮬레이션 이미지를 확인하면, 방법은 완료된다. 시뮬레이션에 의해 획득된 주석이 달린 훈련 이미지는 훈련 데이터의 세트(TD.3)를 형성하고 최종적으로 추가 사용을 위해 메모리에 저장된다. 제1 실시예의 제3 예에서, 요구 파라미터 값 범위를 커버하는 대량의 훈련 단면 이미지 세그먼트가 최소 사용자 상호 작용으로 자동으로 생성된다.In
제1 실시예에 따른 세분화 및 주석 방법의 일반적인 장점은 사용자 상호 작용을 최소로 감소시키는 것에 의한 주석 노력의 상당한 감소이다. 제1 실시예에 따르면, 훈련 데이터는 전술된 예 중 하나에 의해, 또는 예의 조합에 의해 생성될 수 있다. 이에 의해, 수동으로 주석이 달린 훈련 이미지, 컴퓨터 지원 세분화 및 주석에 의해 획득된 훈련 이미지, 이미지 처리에 의해 획득된 훈련 이미지, 또는 물리적 시뮬레이션에 의해 획득된 훈련 이미지를 포함하는 대량의 훈련 데이터가 생성될 수 있다.A general advantage of the segmentation and annotation method according to the first embodiment is a significant reduction in annotation effort by reducing user interaction to a minimum. According to a first embodiment, training data may be generated by one of the examples described above, or by a combination of examples. This generates a large amount of training data, including manually annotated training images, training images acquired by computer-assisted segmentation and annotation, training images acquired by image processing, or training images acquired by physical simulation. It can be.
예에서, 훈련 이미지 데이터의 생성은 초기 훈련 후에 완료되지 않는다. 통상적으로, 제조 중 모든 영향 또는 결함이 초기 훈련에서 예측되지는 않고, 머신 러닝 알고리즘의 훈련 데이터는 제조 프로세스의 모니터링 중에 빈번히 수정된다. 제1 실시예의 제4 예에 따르면, 감소된 사용된 상호 작용으로 측정 작업에 대한 훈련 데이터를 더 향상시키는 방법이 제공된다. 예를 들어, 수정된 주석이 달린 훈련 이미지가 이미징 프로세스 중 예상치 못한 영향을 커버하기 위해 제공될 수 있다. 이에 의해, 측정 작업을 위한 머신 러닝 알고리즘이 향상되어 편차 또는 수차에 대한 증가된 강건성을 갖는 측정 결과의 추가 측정 결과를 추출한다.In the example, generation of training image data is not complete after initial training. Typically, not all impacts or defects during manufacturing are predicted in initial training, and the training data of machine learning algorithms are frequently modified during monitoring of the manufacturing process. According to a fourth example of the first embodiment, a method is provided to further improve training data for a measurement task with reduced used interactions. For example, modified annotated training images can be provided to cover unexpected effects during the imaging process. This improves machine learning algorithms for measurement tasks to extract additional measurement results with increased robustness to deviations or aberrations.
초기 주석이 달린 훈련 데이터(TD)는 초기에 배율, 노이즈 레벨, 재료 콘트라스트, 상호 작용 볼륨과 같은 컨볼루션 커널과 같은 이미지 생성 프로세스의 단지 몇몇 효과만을 커버할 수도 있다. 이미징 효과는 예를 들어 슬라이스 및 이미지 프로세스 중에 예상치 못한 커튼 효과일 수 있어, SEM 이미지의 재료 콘트라스트에 추가하여 예상치 못한 토포그래피 콘트라스트를 야기할 수 있다. 커튼으로부터의 이러한 콘트라스트는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터에서 고려될 수 있다. 다른 효과는 충전 효과이다. 국소 샘플 충전은 국소 2차 전자 수율에 영향을 미치고 따라서 재료 콘트라스트 및 1차 입자 빔 초점 위치를 변경하고 따라서 국소로 왜곡된 이미지 또는 국소로 변경된 이미지 콘트라스트를 생성할 수 있다. 국소로 변경된 이미지 콘트라스트 및 국소 왜곡을 갖는 이러한 이미지는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터에서 고려될 수 있다. 제4 예에 따르면, 예를 들어 측정 작업의 예상된 이미징 파라미터 값 범위에 따라, 수정된 주석이 달린 훈련 이미지가 생성된다. 주석이 달린 훈련 이미지를 생성하기 위한 제1 실시예의 제4 예가 도 10에 도시되어 있다.The initial annotated training data (TD) may initially cover only a few effects of the image generation process, such as magnification, noise level, material contrast, and convolutional kernels such as interaction volumes. Imaging effects may be, for example, unexpected curtain effects during the slicing and imaging process, resulting in unexpected topography contrast in addition to the material contrast in the SEM image. This contrast from the curtain can be taken into account in the modified annotated training image data. Another effect is the charging effect. Local sample charging can affect the local secondary electron yield and thus change the material contrast and primary particle beam focus position and thus produce a locally distorted image or a locally altered image contrast. These images with locally altered image contrast and local distortion can be considered in the modified annotated training image data. According to a fourth example, modified annotated training images are generated, for example according to the expected range of imaging parameter values of the measurement task. A fourth example of the first embodiment for generating annotated training images is shown in Figure 10.
검사 작업 중에, 웨이퍼의 적어도 하나의 검사 볼륨 내의 복수의 단면 이미지(MI)가 생성된다. 향상된 세분화 및 주석 방법은 단계 ESA1에서 자동으로 트리거링될 수 있다. 예를 들어, 머신 러닝 알고리즘을 사용하는 측정 방법 중에, 측정 결과의 신뢰도 값 또는 품질 측정치가 모니터링된다. 머신 러닝 알고리즘은 예를 들어 전술된 제1 내지 제3 예 중 어느 하나에 의해 생성된 초기 훈련 데이터(TD.i)로 훈련된다. 측정 결과의 신뢰도 값 또는 품질 측정치가 미리 정의된 임계값을 빈번히 초과하는 경우 추가 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지의 자동화 생성이 트리거링될 수 있다. 측정된 이미지의 노이즈 레벨 또는 콘트라스트 레벨과 같은 이미지 품질 측정치가 미리 정의된 이미지 품질 측정치로부터 빈번히 벗어나는 경우, 추가 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지의 자동화 생성이 트리거링될 수 있다. 추가 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지의 생성은 또한 사용자 상호 작용에 의해 트리거링될 수 있다. 측정 작업 중에, 단면 이미지 중 적어도 하나는 사용자 인터페이스 디스플레이(400)를 통해 사용자에게 디스플레이되고 사용자 인터페이스는 향상된 세분화 및 주석 단계를 트리거링하기 위해 사용자 입력을 수신하도록 구성된다.During an inspection operation, a plurality of cross-sectional images (MI) within at least one inspection volume of the wafer are generated. Enhanced segmentation and annotation methods can be automatically triggered in step ESA1. For example, during measurement methods that use machine learning algorithms, the reliability value or quality measure of the measurement result is monitored. The machine learning algorithm is trained with initial training data (TD.i) generated, for example, by any one of the first to third examples described above. If the confidence value or quality measure of the measurement result frequently exceeds a predefined threshold, automated generation of additional or modified annotated training images can be triggered. If image quality measurements, such as noise level or contrast level of measured images, frequently deviate from predefined image quality measurements, automated creation of additional or modified annotated training images may be triggered. The creation of additional or modified annotated training images can also be triggered by user interaction. During a measurement operation, at least one of the cross-sectional images is displayed to a user via
단계 ESA 2에서, 제1 실시예의 제1 내지 제3 예 중 어느 하나, 또는 조합에 따른 방법이 추가 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지의 생성을 위해 적용될 수 있다. 제1 예에 따르면, 주석이 달린 훈련 이미지의 추가의 세트가 실제 측정 단면 이미지의 컴퓨터 지원 주석에 의해 생성된다. 제2 예에 따르면 추가 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지가 이미지 처리에 의해 생성된다. 제3 예에 따르면, 추가 또는 수정된 주석이 달린 훈련 이미지는 단면 이미지 생성의 새로운 또는 수정된 효과를 고려하거나, 또는 전술된 단계 PSA 1의 수정된 원시 이미지를 고려하여, 물리적 시뮬레이션에 의해 생성된다. 예에서, 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터가 제조 중에 예상치 못한 영향을 커버하기 위해 제공된다. 측정 작업 중에, 특정 오류 유형, 예를 들어 정기적이고 반복적인 오류 또는 예를 들어 리소그래피 마스크 오염으로부터의 결함 인한 결함이 추가로 검출될 수 있다. 다른 결함은 무작위일 수 있는데, 예를 들어, 제조 프로세스 단계 중의 산발적인 오염일 수 있다. 단계 ESA 2의 결과로서, 향상된 훈련 데이터(TD.e)가 생성되어 추가 사용을 위해 메모리에 저장된다.In
제1 실시예에 따른 세분화 및 주석 방법은 선택된 파라미터 기술에 새로운 부가의 파라미터를 도입함으로써 관심 있는 반도체 객체의 기하학적 형상의 편차 또는 새로운 반도체 객체에 파라미터화된 기술을 신속하게 채택하는 추가 장점을 제공한다. 예를 들어, HAR 채널이 원형 형상로부터의 편차를 나타내는 경우, 예를 들어 타원율 또는 이심률과 같은 부가의 파라미터가 기존 훈련 데이터 세트에 도입될 수 있다. 도입은 예를 들어 개선 단계에서 또는 새로 도입된 파라미터, 예를 들어 이심률의 파라미터 값 범위를 커버하는 부가의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 자동 생성에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 관심 있는 반도체 객체의 재료 또는 재료 조성이 변경되면, 훈련 데이터는 새로운 재료 또는 재료 조성에 대응하는 새로운 재료 콘트라스트에 자동으로 적응될 수 있다.The segmentation and annotation method according to the first embodiment provides the additional advantage of rapidly adapting the parameterized technique to new semiconductor objects or deviations in the geometry of the semiconductor object of interest by introducing new additional parameters to the selected parametric technique. . For example, if the HAR channel exhibits a deviation from a circular shape, additional parameters such as ellipticity or eccentricity may be introduced into the existing training data set. The introduction can be carried out, for example, in an improvement step or by automatic generation of additional training cross-sectional image segments covering the parameter value range of the newly introduced parameter, for example eccentricity. For example, if the material or material composition of the semiconductor object of interest changes, the training data can be automatically adapted to the new material contrast corresponding to the new material or material composition.
도 11은 제1 실시예에 따른 훈련 데이터를 생성하는 방법의 제5 예를 도시하고 있다. 제5 예에 따르면, 초기 파라미터 기술은 단계 MSA 2에 따라 선택되고, 단면 이미지(311)는 단계 MSA 1에서 설명된 바와 같이 획득된다. 도 11은 이중 빔 디바이스(1)에 의해 획득된 단면 이미지(311) 내의 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스의 단면(307.i)을 도시하고 있다. 도 11의 관심 있는 반도체 객체는 다시 HAR 구조이지만, 다른 관심 있는 반도체 객체가 마찬가지로 가능하다. 도 11의 도면은 HAR 채널의 단면(307.i)의 하나의 인스턴스로 제한된다.Figure 11 shows a fifth example of a method for generating training data according to the first embodiment. According to a fifth example, the initial parameter description is selected according to step
제1 단계에서, 예를 들어 상기 단계 CASA 1에서 설명된 방법으로, 단면 이미지 내의 HAR-채널의 단면의 모든 인스턴스가 식별된다. 각각의 단면(307.i)은 상이한 이미지 콘트라스트를 갖는 5개의 원(317.2 내지 317.6)을 갖는 하나의 중앙 원(317.1)을 포함한다(도 11a).In a first step, all instances of a cross-section of the HAR-channel within the cross-sectional image are identified, for example with the method described in
제2 단계에서, 선택된 파라미터 기술에 따른 반경을 포함하는, 초기 파라미터 값이 CASA 2 단계에 따라 자동으로 결정된다. 도 11b에 도시되어 있는 바와 같이, 파라미터 기술의 모든 기하학적 형상이 검출될 수 있는 것은 아니고, 단지 원(319.1, 319.2, 319.5, 319.6)만이 자동으로 검출되고, 반면 원(317.3, 317.4)의 부가의 외부 원은 검출되지 않는 것이 발생할 수 있다.In the second step, initial parameter values, including the radius according to the selected parameter description, are automatically determined according to the
CASA 3에 따른 제3 단계에서, 잘못된 또는 누락된 주석이 사용자에 의해 정정될 수 있다. 사용자 인터페이스는 전술된 단계 CASA 3과 유사하게, 주석을 수정, 삭제 또는 추가하는 명령을 수신하도록 구성된다. 결과는 선택된 파라미터 기술에 따라 모든 원(319.1 내지 319.6)과 함께 도 11c에 도시되어 있다. 사용자 인터페이스는 또한 주석을 완전히 무시하도록 구성될 수 있다.In the third step according to
제4 단계에서, 사용자 인터페이스는 파라미터 기술을 수정하라는 명령을 수신하도록 구성된다. 그래픽 오버레이의 결과는 도 11d에 도시되어 있다.In a fourth step, the user interface is configured to receive commands to modify the parameter description. The result of the graphic overlay is shown in Figure 11D.
예에서, 실제 단면 이미지는 초기 파라미터 기술의 원으로부터 3개의 중요한 편차(325.1 내지 325.3)를 포함한다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 파라미터 기술의 요소를 다른 요소로 수정하는 명령을 수신하도록 구성된다. 도 11d의 예에서, 원(319.1, 319.2)의 초기 파라미터 기술은 스플라인 곡선 또는 폐쇄 다각형 라인(323.1, 323.2)의 수정된 파라미터 기술로 수정된다. 이에 의해, 이상적인 원에 대한 편차(325.1, 325.2)가 최소화된다. 따라서, 사용자 인터페이스는 선택된 초기 파라미터 기술(319)을 선택된 수정된 파라미터 기술(325)로 수정하기 위한 명령을 수신하고, 수정된 파라미터 기술(323)의 파라미터 값의 조정에 대한 명령을 수신하도록 구성된다.In the example, the actual cross-sectional image contains three significant deviations (325.1 to 325.3) from the original of the initial parameter description. For example, the user interface is configured to receive instructions to modify one element of the parameter description to another element. In the example of Figure 11D, the initial parametric description of circles 319.1, 319.2 is modified to a modified parametric description of spline curves or closed polygonal lines 323.1, 323.2. Thereby, the deviations (325.1, 325.2) from the ideal circle are minimized. Accordingly, the user interface is configured to receive instructions for modifying the selected initial parameter description 319 to the selected modified parameter description 325 and to receive instructions for adjusting parameter values of the modified parameter description 323. .
단계 5에서, 수정된 파라미터 기술(323)을 포함하여, 파라미터 기술은 단면 이미지의 픽셀 단위 라벨을 자동으로 생성하는 데 사용된다. 결과는 도 11e에 도시되어 있다. 각각의 픽셀은 링 세그먼트(327.1 내지 327.6)에 따라 자동으로 라벨링된다. 처리 엔진은 수정된 파라미터 기술(323)에 대한 픽셀의 위치에 따라 라벨링을 수행하도록 구성된다. 처리 엔진은 도 11d에 도시되어 있는 수정된 파라미터 기술(323)에 의해 정의된 각각의 영역 내에서 우세한 또는 평균 그레이 값에 따라 라벨링을 수행하도록 또한 구성될 수 있다. 이에 의해, 추가 편차, 예를 들어, 편차(325.3)를 커버하기 위해 라벨링을 개선하는 것이 가능하다.In
단계 6에서, 후처리 루틴은 예를 들어 강한 에지에 스냅핑함으로써 또는 라벨링된 영역을 평활화함으로써 픽셀 단위 주석을 알고리즘식으로 최적화한다. 결과는 도 11f에 도시되어 있다. 파라미터 기술의 추가 수정과 수정된 파라미터 기술에 따른 파라미터 값의 미세 조정이 유도된다. 도 11에 도시되어 있는 예에서, 원(319.5)은 편차(325.3)를 커버하지 않는다. 이 누락된 편차는 수치 이심률을 기술하는, 예를 들어 하나의 부가의 파라미터 값을 갖는 타원으로 파라미터 기술 "원"을 수정함으로써 단계 6에서 자동으로 정정된다. 이에 의해, 최종 파라미터 기술이 자동으로 결정되고, 훈련 이미지는 높은 정밀도로 개선된 주석 파라미터 값에 의해 주석이 달린다. 선택적 단계 7에서, 결과는 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 제시된다. 인터페이스는 전술된 단계 4 또는 단계 CASA 3과 같은 확인 또는 추가 수정을 수신하도록 구성된다.In
단계 2 또는 단계 CASA 2에 따른 초기 파라미터 값의 자동화 결정의 추가 예에서, 물리적-영향을 받은 순방향 시뮬레이션 모델이 파라미터 값의 초기 제안을 위해 적용된다. 상기 제1 실시예의 제3 예에서 설명된 바와 같이, 물리적-영향을 받은 순방향 시뮬레이션 모델은 예를 들어 하전 입자 빔 이미징 디바이스(40)(도 1 참조)로 물리적 또는 광학적 측정 프로세스를 모델링하는 일련의 수치 방법으로서 주어진다. 물리적-영향을 받은 순방향 시뮬레이션 모델(F)은 하전 입자 빔 이미징 디바이스(40)의 선택된 이미징 설정(S)을 갖는 반도체 객체의 파라미터 기술(P)에 따라 생성된 원시 이미지에 적용된다. 예에서, 파라미터 기술(P)은 HAR 채널 단면의 반경(ri)을 갖는 파라미터 기술(P[x,y,r1,r2,r3,r4,r5,r6, e1,e2,e3,e4,e5,e6,e7]) 및 SEM 이미징 프로세스의 상이한 재료 콘트라스트에 대응하는 상이한 링에 대한 재료(ei)에 의해 주어진다. 재료는 통상적으로 사전에 공지되고 고정된 값으로 설정될 수 있다. 그러나, 미지의 재료로 작업하는 것도 또한 가능하다. 물리적-영향을 받는 순방향 시뮬레이션 모델(F)은 통상적으로 입력 모델(P)에 독립적이다.In a further example of automated determination of initial parameter values according to
측정된 단면 이미지(311.1)는 Y에 의해 주어진다. 이상적으로, 시뮬레이션 모델(F)은 노이즈를 포함하는 측정된 이미지 Y = F(S; P)를 나타낸다. 따라서 P의 파라미터 값에 의해 기술되는 미지의 객체는 메리트 함수(merit function)(M(P))의 최적화에 의해 획득될 수도 있다:The measured cross-sectional image 311.1 is given by Y. Ideally, the simulation model (F) represents the measured image Y = F(S; P), including noise. Therefore, the unknown object described by the parameter values of P may be obtained by optimization of the merit function (M(P)):
예를 들어, 입력 파라미터는 파라미터 기술(P)의 무작위 초기 파라미터 값과 선택된 이미징 설정(S)에 의해 주어진다. 초기 파라미터 값은 또한 HAR 채널 단면의 예상 반경에 대한 기존 정보를 통합할 수 있는데, 이는 상이한 최적 표준 측정치 또는 사전 정보로부터 이용 가능할 수 있다. 추가 최적화를 위한 초기 파라미터 값은 또한 단계 CASA 2에서 전술된 방법에 따라 결정될 수 있다. 이러한 예에서, 초기 파라미터 값은 예를 들어 이미지 처리에 의해 결정되고, 최적화된 파라미터 값은 물리적 영향을 받은 순방향 시뮬레이션 모델(F)을 사용하여 최적화에 따라 결정된다.For example, the input parameters are given by random initial parameter values of the parameter description (P) and the selected imaging settings (S). The initial parameter values may also incorporate existing information about the expected radius of the HAR channel cross-section, which may be available from different gold standard measurements or prior information. Initial parameter values for further optimization can also be determined according to the method described above in
최적화의 결과로서, 측정된 이미지(Y)에서 HAR 채널 단면의 실제 파라미터 값의 튜플 [x,y,r1,r2,r3,r4,r5,r6]이 획득된다. 파라미터 기술(P)의 파라미터는 종종 단지 소수의 파라미터만을 포함하도록 제한되기 때문에, 또한 시뮬레이션된 어닐링과 같은 고전적인 최적화 방법이 적용될 수도 있다. 그러나, 다른 예에서, HAR 채널 단면의 파라미터 기술(P)은 원형 형상의 임의의 편차를 기술하기 위한 여러 부가의 파라미터를 포함할 수 있다. 예가 도 11에 도시되어 있다. 결정될 다수의 파라미터로 이 최적화 문제에 대한 해결책을 효율적으로 계산하기 위해, 미분 가능 프로그래밍의 방법이 적용될 수 있다. 이러한 방법은 관련 기술 분야에 잘 알려져 있다.As a result of the optimization, a tuple [x, y, r1, r2, r3, r4, r5, r6] of the actual parameter values of the HAR channel cross section in the measured image (Y) is obtained. Since the parameters of the parametric technique (P) are often limited to include only a few parameters, classical optimization methods such as simulated annealing may also be applied. However, in other examples, the parametric description (P) of the HAR channel cross-section may include several additional parameters to describe any deviations from the circular shape. An example is shown in Figure 11. In order to efficiently compute a solution to this optimization problem with a large number of parameters to be determined, methods of differentiable programming can be applied. These methods are well known in the art.
전술된 바와 같이, 최적화는 관심 있는 반도체 객체의 단순한 파라미터 기술로 시작하여, 예를 들어 링의 편차를 사용하여 파라미터 기술의 복잡성을 증가시킴으로써 반복적인 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 방법은 포괄적인 파라미터 기술에 따라 복수의 파라미터를 미리 사용하는 예에 비교하여 더 강건하다.As described above, optimization can be performed in an iterative manner, starting with a simple parametric description of the semiconductor object of interest and increasing the complexity of the parametric description using, for example, the deviation of the ring. This method is more robust compared to the example of using multiple parameters in advance according to a comprehensive parameter description.
파라미터의 초기 제안은 단계 CASA 3 또는 제5 예에서 설명된 단계 3 및 4 단계에 따라 검증되고 정정될 수 있기 때문에, 더 일관적인 훈련 데이터가 생성될 수 있다. 주석 제안이 쉽게 검증하고 정정될 수 있기 때문에, 훈련 데이터의 정정은 매우-숙련된 응용 전문가에 의해서만이 수행될 수 있는 것은 아니다.Since the initial proposal of parameters can be verified and corrected according to
제1 실시예의 예 및 방법 단계는 서로 조합될 수 있는 것이 이해된다. 이에 의해, 사용자 상호 작용은 최소로 감소되고, 주석이 달린 훈련 이미지의 대규모 세트가 소수의 사용자 상호 작용과 선험 정보의 적용에 의해 생성된다. 사용자 상호 작용은 파라미터 기술, 요구 파라미터 값 범위, 및 이미징 디바이스의 이미징 모드의 선택으로 감소된다. 추가 사용자 상호 작용은 소수의 초기 주석, 자동화된 주석의 소수의 수정 또는 정정, 파라미터화된 기술의 소수의 수정, 및 선택된 주석 결과의 확인을 포함할 수도 있다.It is understood that the examples and method steps of the first embodiment may be combined with each other. Thereby, user interaction is reduced to a minimum and a large set of annotated training images is generated by a small number of user interactions and the application of a priori information. User interaction is reduced to selection of parameter description, required parameter value range, and imaging mode of the imaging device. Additional user interaction may include a few initial annotations, a few modifications or corrections to the automated annotations, a few modifications to the parameterized description, and confirmation of selected annotation results.
제1 실시예의 이전 예는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값으로의 훈련 데이터(TD)의 주석에 대해 설명되었지만, 제1 실시예에 따른 방법은 또한 세분화 방법에도 적용될 수 있다. 세분화 중에, 관심 있는 반도체 객체의 단면 이미지는 통상적으로 픽셀별로 주석이 달린다. 이에 의해, 관심 있는 반도체 객체의 상이한 요소는 이미지 내에서 픽셀별로 대응 요소 식별자로 라벨링된다. 예를 들어, HAR 구조의 링은 그 각각의 링 번호로 라벨링되거나 주석이 달린다. 이러한 훈련 이미지는 이어서 객체 검출 머신 러닝 모델을 훈련하기 위해 사용될 수 있다. 사용자에 의한 픽셀 단위 주석은 매우 시간 소모적인 방법이고 오류가 발생하기 쉽다. 제1 실시예와 유사하게, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술에 의해, 세분화 워크플로가 더 적은 노력으로 가능해진다. 픽셀 단위로 세분화된 훈련 이미지의 픽셀은 전술된 방법 단계에 의해, 예를 들어 파라미터화된 기술의 사용자 선택 및 감소된 사용자 상호 작용에 의해, 또는 이미지 처리 또는 물리적으로 영향을 받은 시뮬레이션 및 최적화에 의해 적절하게 조정된 파라미터 값으로 파라미터화된 기술에 따라 주석이 달린다. 초기 세분화 워크플로 중에 초기 훈련 이미지에 주석을 단 후에, 추가 픽셀 단위로 주석이 달린 훈련 이미지가 이미지 처리 또는 물리적으로 영향을 받은 시뮬레이션에 의해 생성될 수 있다. 이에 의해, 제1 실시예에 따른 방법에 의해, 전체 이미지 세분화가 더 적은 노력으로 가능해지고, 객체 검출을 위한 머신 러닝 모델을 위한 훈련 이미지 데이터가 더 적은 사용자 상호 작용으로 생성될 수 있다.Although the previous example of the first embodiment has been described for annotation of training data (TD) with parameter values of a semiconductor object of interest, the method according to the first embodiment can also be applied to a segmentation method. During segmentation, the cross-sectional image of the semiconductor object of interest is typically annotated pixel-by-pixel. Thereby, different elements of the semiconductor object of interest are labeled pixel-by-pixel within the image with corresponding element identifiers. For example, the rings in the HAR structure are labeled or annotated with their respective ring numbers. These training images can then be used to train an object detection machine learning model. Pixel-by-pixel annotation by users is a very time-consuming and error-prone method. Similar to the first embodiment, the parameterized description of the semiconductor object of interest enables the segmentation workflow with less effort. The pixels of the training images, segmented pixel-wise, can be separated by the method steps described above, for example by user selection of parameterized techniques and reduced user interaction, or by image processing or physically influenced simulations and optimizations. It is annotated according to the parameterized technique with appropriately adjusted parameter values. After annotating the initial training images during the initial segmentation workflow, additional pixel-by-pixel annotated training images can be generated by image processing or physically influenced simulations. Thereby, by the method according to the first embodiment, full image segmentation is possible with less effort and training image data for a machine learning model for object detection can be generated with less user interaction.
제1 실시예의 예에 따른 계산 단계는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 파라미터 값에 대한 초기 제안을 생성하도록 구성된 처리 엔진을 포함하는 시스템에서 구현될 수 있다. 물리적-영향을 받은 순방향 시뮬레이션 모델과 같은 알고리즘은 미리컴파일링되어 처리 엔진에 연결된 메모리에 실행 파일로서 저장되어 자동 실행 또는 요청 시 실행 준비가 될 수 있다.The calculation steps according to examples of the first embodiment may be implemented in a system comprising a processing engine configured to generate initial proposals for parameter values of a parameterized description of a semiconductor object of interest. Algorithms, such as physically-influenced forward simulation models, can be precompiled and stored as executable files in memory connected to the processing engine, ready for automatic execution or execution on demand.
전술된 방법에 따르면, 강건한 머신 러닝 방법이 훈련될 수 있는 훈련 데이터(TD)가 생성될 수 있다. 파라미터 값을 주석 값으로서 포함하는 훈련 데이터에 의해 훈련된 머신 러닝 알고리즘은 새로운 이미지가 높은 노이즈 레벨을 받게 되더라도 측정을 수행하는 것이 가능하다. 높은 노이즈 레벨을 포함하는 이미지의 예가 도 11g에 도시되어 있다.According to the above-described method, training data (TD) can be generated on which a robust machine learning method can be trained. A machine learning algorithm trained by training data containing parameter values as annotation values is capable of performing measurements even if new images are subject to high noise levels. An example of an image containing high noise levels is shown in Figure 11g.
이전의 해결책에서는, 충분히 크고 다양한 훈련 데이터를 수집하고 주석을 다는 것이 극도로 비용이 많이 들고, 시간 소모적이며, 사용자와의 상호 작용에 의존한다. 예를 들어, 픽셀 단위 방식으로 HAR 채널 단면의 이미지에 수동으로 주석을 다는 노력은 특히 획득 노이즈의 존재시에 매우 열악하게 스케일링된다. 그러나, 제1 실시예에 따른 방법에 의해, 픽셀 단위 주석이 요구되지 않기 때문에, 훈련은 또한 높은 노이즈 레벨을 포함하는 이미지에 대해서도 가능해진다.In previous solutions, collecting and annotating sufficiently large and diverse training data is extremely expensive, time-consuming, and dependent on user interaction. For example, efforts to manually annotate images of HAR channel cross-sections on a pixel-by-pixel basis scale very poorly, especially in the presence of acquisition noise. However, with the method according to the first embodiment, training also becomes possible for images containing high noise levels, since pixel-wise annotation is not required.
주석이 달린 훈련 이미지 데이터에 의해, 측정 작업을 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련이 달성되거나 수정될 수 있고 결함 또는 편차에 대해 강건한 측정 결과가 획득될 수 있다. 또한, 훈련 데이터는 특정 오류 유형에 따라 결함 클래스에 대한 식별자를 더 포함할 수 있다. 제2 실시예에 따르면, 연속적인 머신 러닝 알고리즘에 의해 적어도 복수의 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값의 측정 작업을 수행하는 방법이 제공된다. 그 결과, 측정 작업을 수행하는 방법은 웨이퍼 내의 검사 볼륨 내의 관심 있는 복수의 반도체 객체의 파라미터 값의 목록을 추출한다. 파라미터 값은 파라미터 기술의 파라미터의 측정 결과, 예를 들어 전술된 중심 위치와 4개의 반경을 갖는 4개의 원을 나타낸다. 관심 있는 반도체 객체의 각각의 인스턴스에 대해, 파라미터 값의 튜플, 예를 들어, [x,y,r1,r2,r3,r4]가 측정 결과로서 추출된다. 예에서, 측정 결과가 검사 볼륨 내부의 각각의 HAR 구조의 각각의 단면 이미지에 대해 생성된다. 측정 결과의 세트는 직경, 중심 위치 오프셋, 면적, 거리, 타원율 또는 다른 일반적인 기하학적 특성을 포함할 수 있다. 측정 결과의 세트는 또한 예를 들어 반도체 객체의 설계 사양에 따라 예상되는 파라미터 값으로부터의 상대 편차를 포함할 수 있다. 파라미터의 세트는 제조된 반도체 디바이스의 추정된 재료 조성 또는 다른 물리적 특성, 또는 관심 있는 영역 내의 반복적인 3차원 구조체의 인스턴스의 수를 더 포함할 수 있다. 제2 실시예에 따른 측정 방법은 예를 들어 스케일 또는 기준과의 비교, 카운팅에 의해, 또는 고전적인 측정 도구를 사용하는 것에 의한 고전적인 측정이 아니다. 예는 스테이지의 레이저 간섭계일 것이다. 고전적인 측정과 대조적으로, 제2 실시예에 따른 측정 방법은 이하에 설명된 적절하게 훈련되고 수정된 머신 러닝 알고리즘에 의존한다. 제2 실시예에 따른 방법은 또한 측정값 추출기라고도 지칭되고, 측정 결과는 훈련 데이터에 사용된 파라미터 기술의 파라미터에 한정된다. 수정된 머신 러닝 알고리즘은 회귀로서 단순화될 수 있는 데, 이에 의해 훈련 데이터에 존재하는 파라미터 값이 높은 신뢰도로 재현될 수 있고, 훈련 데이터에 존재하지 않는 파라미터 값이 더 낮은 신뢰도로 측정된다. 예를 들어, HAR 채널의 채널 단면 특성의 측정은 따라서 훈련 가능한 머신 러닝 알고리즘에 의해 달성되고 경험적 후처리가 더 이상 요구되지 않는다. 제2 실시예에 따른 측정값 추출기의 방법이 도 12에 설명되어 있다.By means of annotated training image data, training of machine learning algorithms for measurement tasks can be achieved or modified and measurement results that are robust against defects or deviations can be obtained. Additionally, the training data may further include identifiers for fault classes depending on the specific fault type. According to a second embodiment, a method is provided for performing a measurement task of parameter values of at least a plurality of semiconductor objects of interest by a sequential machine learning algorithm. As a result, the method of performing a measurement operation extracts a list of parameter values of a plurality of semiconductor objects of interest within an inspection volume within the wafer. The parameter values represent the measurement results of the parameters of the parametric description, for example four circles with the center position and four radii described above. For each instance of a semiconductor object of interest, a tuple of parameter values, e.g. [x,y,r1,r2,r3,r4], is extracted as the measurement result. In an example, measurement results are generated for each cross-sectional image of each HAR structure within the inspection volume. The set of measurement results may include diameter, centroid position offset, area, distance, ellipticity or other general geometric properties. The set of measurement results may also include relative deviations from expected parameter values, for example according to the design specifications of the semiconductor object. The set of parameters may further include an estimated material composition or other physical properties of the fabricated semiconductor device, or the number of instances of a repetitive three-dimensional structure within the region of interest. The measurement method according to the second embodiment is not a classical measurement, for example by comparison with a scale or reference, by counting, or by using a classical measuring tool. An example would be a laser interferometer on stage. In contrast to classical measurements, the measurement method according to the second embodiment relies on appropriately trained and modified machine learning algorithms described below. The method according to the second embodiment is also referred to as a measurement extractor, and the measurement results are limited to the parameters of the parameter description used in the training data. The modified machine learning algorithm can be simplified as regression, whereby parameter values present in the training data can be reproduced with high confidence, and parameter values not present in the training data are measured with lower confidence. For example, measurement of the channel cross-section characteristics of a HAR channel is thus achieved by a trainable machine learning algorithm and no further empirical post-processing is required. The method of the measurement value extractor according to the second embodiment is illustrated in Figure 12.
단계 ME1에서, 측정 작업이 구성된다. 측정 작업을 위한 머신 러닝 알고리즘이 선택된다. 선택은 사용자 상호 작용에 의해 수신될 수 있거나 또는 훈련 데이터의 생성 중에 사용된 파라미터 기술에 따라 자동으로 선택될 수 있다.In step ME1, a measurement operation is configured. A machine learning algorithm is selected for the measurement task. The selection may be received by user interaction or may be selected automatically depending on the parameter description used during generation of the training data.
훈련 데이터가 측정 작업을 위해 이용 가능하지 않으면, 훈련 데이터 생성을 위한 단계 TDG가 트리거링된다. 단계 TDG는 제1 실시예에 따라 구성될 수 있다. 그 결과, 훈련 데이터(TD)가 생성되어 메모리에 저장된다.If training data is not available for the measurement task, step TDG for training data generation is triggered. Stage TDG may be configured according to the first embodiment. As a result, training data (TD) is generated and stored in memory.
단계 ME 2 중에, 메모리로부터의 훈련 데이터(TD)가 선택된 머신 러닝 알고리즘을 훈련하기 위해 사용된다. 훈련된 알고리즘(MA)은 최종적으로 예를 들어 계측 시스템의 제어 유닛의 처리 엔진의 메모리에 저장된다. 일단 머신 러닝 알고리즘이 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 튜플을 연관하도록 훈련되면, 임의의 새로운 단면 이미지에 대해 훈련된 머신 러닝 알고리즘을 실행하는 것이 가능하다. 훈련된 알고리즘(MA)은 이어서 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스를 검출하고 훈련 이미지에 사용된 선택된 파라미터 기술에 따라 파라미터 값의 튜플을 생성하는 것이 가능하다. 파라미터 값의 해석은 선택한 파라미터 기술에 연결된다.During step ME 2, training data (TD) from memory is used to train the selected machine learning algorithm. The trained algorithm (MA) is finally stored, for example, in the memory of the processing engine of the control unit of the measurement system. Once the machine learning algorithm is trained to associate a tuple to each detected instance of a semiconductor object of interest, it is possible to run the trained machine learning algorithm on any new cross-sectional image. The trained algorithm (MA) is then capable of detecting instances of semiconductor objects of interest and generating tuples of parameter values according to the selected parameter description used in the training images. Interpretation of parameter values is linked to the selected parameter description.
단계 ME 3에서, 적어도 하나의 새로운 단면 이미지 슬라이스가 예를 들어 웨이퍼의 새로운 검사 부위에서 생성된다. 검사 부위는 통상적으로 검사 목록에 나열되고 다이별 또는 웨이퍼별 반복 검사 부위의 통상적인 위치를 포함할 수 있다. 웨이퍼의 검사 부위는 하전 입자 빔 현미경 아래의 웨이퍼 테이블에 의해 배치되고 적어도 하나의 단면 이미지가 획득된다. 측정 작업 중에, 예를 들어 검사 볼륨을 통한 복수의 단면 이미지 슬라이스가 예를 들어 슬라이스 및 이미징 방법에 의해 생성된다. 슬라이스 및 이미징 방법에 따른 이미지 획득의 방법 및 이미지 획득을 위한 장치는 본 출원의 도 1 내지 도 3의 맥락에서 설명된다. 측정 작업 중에 새로운 단면 이미지 슬라이스가 훈련 이미지와 동일하거나 매우 유사한 배율 스케일로 스케일링되는 한, 관심 있는 반도체 객체의 선택된 파라미터 기술에 따른 대표적인 측정 결과의 튜플이 출력으로서 생성될 수 있고 측정 작업이 수행될 수 있다. 이 방식으로, 단면의 기하학적 특성이 따라서 단일 단계 접근법으로 추출될 수 있다.In step ME 3, at least one new cross-sectional image slice is created, for example at a new inspection site on the wafer. Inspection sites are typically listed on an inspection list and may include the typical locations of repeat inspection sites on a die-by-die or wafer-by-wafer basis. An inspection area of the wafer is placed by a wafer table under a charged particle beam microscope and at least one cross-sectional image is acquired. During the measurement operation, a plurality of cross-sectional image slices, for example through the examination volume, are generated, for example by means of a slice and imaging method. The method of image acquisition according to the slicing and imaging method and the device for image acquisition are explained in the context of FIGS. 1 to 3 of the present application. As long as new cross-sectional image slices are scaled to the same or very similar magnification scale as the training image during the measurement operation, a tuple of representative measurement results according to the selected parameter description of the semiconductor object of interest can be generated as output and the measurement operation can be performed. there is. In this way, the geometric properties of the cross section can therefore be extracted in a single step approach.
단계 ME 4에서, 훈련된 머신 러닝 알고리즘(MA)이 적어도 하나의 새로운 단면 이미지 슬라이스에 적용되고 측정 결과가 획득된다. 측정 결과는 관심 있는 반도체 객체의 검출된 인스턴스의 추출된 파라미터 값의 튜플의 목록과 추출된 파라미터 값의 각각에 대한 신뢰도 값을 포함한다. 측정 결과(MR)는 추가 사용을 위해 메모리에 저장된다. 단계 ME 3 및 ME 4는 예를 들어 슬라이스 및 이미지 방법으로부터 발생하는 검사 볼륨 내부의 상이한 깊이에서, 복수의 단면 이미지에 대해 복수 회 반복될 수 있는 것으로 이해된다. 이에 의해, 복수의 측정 결과(MR)가 추가 사용을 위해 메모리에 저장된다.In step ME 4, a trained machine learning algorithm (MA) is applied to at least one new cross-sectional image slice and measurement results are obtained. The measurement result includes a list of tuples of extracted parameter values of detected instances of the semiconductor object of interest and a reliability value for each of the extracted parameter values. Measurement results (MR) are stored in memory for further use. It is understood that steps ME 3 and ME 4 can be repeated multiple times for multiple cross-sectional images, for example at different depths inside the examination volume, resulting from slice and image methods. Thereby, a plurality of measurement results (MR) are stored in memory for further use.
머신 러닝 알고리즘은 통상적으로 입력 계층, 출력 계층 및 소위 은닉 계층을 포함하는 일련의 계층을 포함한다. 은닉 계층은 일련의 추상적 수학적 연산을 포함하는데, 이들은 예를 들어 머신 러닝 알고리즘을 프로그래밍하기 위해 정립된 라이브러리로부터 이용 가능하다. 제2 실시예에 적용된 바와 같은 머신 러닝 알고리즘은 객체 검출로서 알려져 있다. 객체 검출은 통상적으로 컨볼루션 신경망(CNN)으로서 구현된다. 본 발명에 따른 CNN은 예를 들어 10 내지 200개의 컨볼루션 계층과 이어서 1 내지 3개의 완전 연결된 계층을 갖는다. 컨볼루션 계층은 컨볼루션에 한정되지 않고, 정규화, 풀링 또는 스킵 동작과 같은 비선형 동작을 또한 포함할 수도 있다. 통상적으로, 객체 검출 작업의 출력은 튜플의 목록이고, 각각의 튜플은 경계 박스 파라미터 위치(x, y), 폭 및 높이, 클래스 라벨 및 신뢰도 값에 대응하는 5개의 값을 포함한다.Machine learning algorithms typically include a series of layers, including an input layer, an output layer, and a so-called hidden layer. The hidden layer contains a series of abstract mathematical operations, which are available from established libraries for programming machine learning algorithms, for example. Machine learning algorithms as applied in the second embodiment are known as object detection. Object detection is typically implemented as a convolutional neural network (CNN). A CNN according to the invention has for example 10 to 200 convolutional layers followed by 1 to 3 fully connected layers. Convolutional layers are not limited to convolutions, and may also include non-linear operations such as normalization, pooling, or skip operations. Typically, the output of an object detection task is a list of tuples, each tuple containing five values corresponding to the bounding box parameters position (x, y), width and height, class label and confidence value.
제2 실시예에 따른 수정된 머신 러닝 알고리즘의 예는 관련 기술 분야에 알려진 객체 검출 방법으로서 YOLO("you only look once") 방법을 포함하는 것이다. YOLO-방법에 따르면, 머신 러닝 알고리즘은 분류 라벨 및 신뢰도 값과 함께, 객체가 존재하는 위치를 예측하기 위해 이미지를 "한 번만 본다" . 단일 객체 검출 네트워크에 의해, 이러한 머신 러닝 알고리즘은 경계 박스와 클래스 확률을 동시에 예측한다. 제2 실시예에 따른 객체 검출의 다른 예는 관련 기술 분야에 잘 알려진 "검출-변환기" 또는 DETR-방법이다. DETR 방법 내에서, 예측(또는 측정 결과)의 세트가 병렬로 직접 생성된다. DETR은 관련 기술 분야에 모두 알려진 변환기-인코더 및 변환기-디코더와 조합하여 종래의 CNN을 사용한다. 변환기 기반 아키텍처는 원래 자연어 처리의 분야에서 사용된다. 이들은 예를 들어, 그 정확한 의미를 추출하기 위해 문장에서 워드의 상관 관계를 연결하기 위해 비국소 상관 관계를 효율적으로 핸들링할 수 있다. 이미지 처리에서 이는 비국소 정보를 상관시킬 가능성으로 이어진다. 이에 의해, 픽셀의 "순서" 또는 의미론적 콘테스트(semantic contest)가 결정되고, 예를 들어 파라미터 기술의 제1 객체의 검출은 파라미터 기술의 추가 객체를 검출할 확률을 증가시키는데, 예를 들어 이미지 내의 검출된 링은 이웃의 HAR-채널의 추가 링을 검출할 확률을 증가시킨다.An example of a modified machine learning algorithm according to the second embodiment includes the YOLO (“you only look once”) method as an object detection method known in the art. According to the YOLO-method, a machine learning algorithm “looks only once” at an image to predict where an object exists, along with its classification label and confidence value. By means of a single object detection network, these machine learning algorithms simultaneously predict bounding boxes and class probabilities. Another example of object detection according to the second embodiment is the “detection-transformer” or DETR-method, which is well known in the art. Within the DETR method, sets of predictions (or measurement results) are generated directly in parallel. DETR uses conventional CNNs in combination with converter-encoders and converter-decoders, all known in the art. Transformer-based architectures are originally used in the field of natural language processing. They can efficiently handle non-local correlations, for example, to connect the correlations of words in a sentence to extract their exact meaning. In image processing, this leads to the possibility of correlating non-local information. By this, the “order” or semantic contest of the pixels is determined, e.g. detection of a first object of the parametric description increases the probability of detecting further objects of the parametric description, e.g. within the image. A detected ring increases the probability of detecting additional rings in neighboring HAR-channels.
수정된 머신 러닝 알고리즘(MA)의 개략도가 도 13에 도시되어 있다. 단계 MA 1에서 새로운 단면 이미지(NI)가 수신된다. 새로운 단면 이미지(NI)는 결함 또는 노이즈 및 훈련 데이터의 파라미터 값과의 편차와 같은 불완전부를 포함할 수 있다. 예에서, 수신된 단면 이미지(NI)는 예를 들어 컨볼루션, 정규화, 필터링, 에지 핸들링 등 중 임의의 것과 같은 이미지 처리 알고리즘을 적용함으로써 개선된다. 따라서, 단계 MA 1의 목적은 새로운 단면 이미지(NI)를 미리 처리하여 훈련된 머신 러닝 알고리즘이 더 효율적으로 동작할 수 있게 하는 것일 수 있다.A schematic diagram of the modified machine learning algorithm (MA) is shown in Figure 13. In step MA 1 a new cross-sectional image (NI) is received. The new cross-sectional image (NI) may contain imperfections such as defects or noise and deviations from parameter values in the training data. In an example, a received cross-sectional image (NI) is improved by applying an image processing algorithm such as, for example, any of convolution, normalization, filtering, edge handling, etc. Accordingly, the purpose of
단계 MA 2에서, 새로운 단면 이미지(NI)에서 관심 있는 반도체 객체의 하나 이상의 인스턴스가 검출된다. 검출은 검출된 객체의 각각의 인스턴스가 훈련 이미지 데이터의 선택된 파라미터 기술에 대응하는 이미지 특성을 포함하도록 구성된다. 단계 MA 2의 출력은 하나 이상의 경계 박스를 포함할 수 있고, 그 중 적어도 일부, 바람직하게는 이들 대부분, 가장 바람직하게는 이들 모두는 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스를 포함한다. 경계 박스의 하나 이상, 가장 바람직하게는 각각의 경계 박스는 경계 한정된 객체와 연관된 클래스 라벨 및/또는 신뢰도 레벨을 포함할 수 있다. 클래스 라벨 및/또는 신뢰도 레벨과 경계 한정된 객체의 연관은 알려진 알고리즘을 통해 구현될 수 있다.In
선택적 필터링 단계 MA 3에서, 단계 MA 2에 의해 출력된 경계 박스가 그 신뢰도 레벨에 기초하여 필터링될 수 있다. 이는 후속 단계에 대해 미리 결정된 임계값보다 더 높은 신뢰도 레벨을 갖는 경계 박스를 선택하는 것을 허용한다. 따라서, 단계 MA 2 및 MA 3은 높은 확률로 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스를 포함하는 경계 박스의 식별 및 선택을 허용한다. 따라서, 각각의 경계 박스는 관심 있는 반도체 객체의 단면, 예를 들어 HAR 채널을 통한 단면의 새로운 실제 이미지를 포함한다.In optional
단계 MA 4에서, 파라미터 값의 예측된 튜플이 경계 박스 내에서 관심 있는 적어도 하나의 반도체 객체에 대해 생성된다. 검출된 관심 있는 반도체 객체의 각각의 인스턴스에 대한 각각의 예측된 튜플은 훈련 데이터의 훈련 중에 사용된 튜플에 대응하고, 예를 들어 중심 좌표, 예를 들어 HAR 채널의 4개 반경의 측정 결과 및 신뢰도 값을 포함한다. 선택된 파라미터 기술에 대응하는 다른 튜플이 마찬가지로 가능하다.In
단계 MA 2 내지 MA 4는 여기서 단순화된 예시를 위해 연속적인 단계로서 예시되어 있다. 머신 러닝 알고리즘은 단계 MA 2 내지 MA 4의 기능을 얽힌(entangled) 방식으로 수행할 것으로 이해된다.
따라서, 수정된 머신 러닝 알고리즘(MA)에 의해 생성된 튜플은 측정된 반도체 객체의 복수의 파라미터 값을 포함한다. 경계 한정된 객체의 새로운 단면 이미지(NI)로부터 기하학적 특성을 측정하려고 시도하는 대신에, 제2 실시예에 따른 측정 작업을 수행하는 방법은 수정된 머신 러닝 알고리즘(MA)의 훈련 중에 사용된 파라미터 기술에 따라 예측된 파라미터 값과 관심 있는 반도체 객체의 검출된 인스턴스를 매칭하는 수정된 머신 러닝 알고리즘(MA)을 채용한다.Accordingly, the tuple generated by the modified machine learning algorithm (MA) includes a plurality of parameter values of the measured semiconductor object. Instead of trying to measure geometric properties from a new cross-sectional image (NI) of a bounded object, the method of performing the measurement task according to the second embodiment depends on the parametric technique used during training of the modified machine learning algorithm (MA). Accordingly, a modified machine learning algorithm (MA) is employed to match predicted parameter values with detected instances of semiconductor objects of interest.
제2 실시예에 따르면, 객체 검출 동작의 출력은 선택된 파라미터 기술에서 정의된 파라미터 값의 튜플을 포함하도록 수정된다. 따라서, 객체 검출 동작의 출력은 단면 이미지 내에서 관심 있는 반도체의 각각의 검출된 인스턴스에 대해 적어도 튜플의 측정값의 직접 예측이다. 모든 예측된 튜플은 검출된 관심 있는 반도체 객체의 하나의 인스턴스의 측정 또는 파라미터 값을 표현한다. 파라미터 기술은 관심 있는 반도체 객체의 "압축된" 표현에 대응하기 때문에, 개별 픽셀의 노이즈 또는 파라미터 기술로부터의 관심 있는 반도체 객체의 편차는 객체 검출의 예측 품질에 큰 영향을 미치지 않는다. 튜플은 또한 객체 분류자 "객체/객체 없음" 또는 상이한 파라미터화된 기술로 여러 객체를 구별하기 위한 분류자를 더 포함할 수 있다. 예로서, 각각의 튜플은 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스의 중심 좌표와 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 4개의 반경을 포함한다. 튜플은 예를 들어 제1 실시예에 따라, 훈련 데이터의 생성 중에 사용되는 주석 튜플에 대응한다.According to a second embodiment, the output of the object detection operation is modified to include a tuple of parameter values defined in the selected parameter description. Accordingly, the output of the object detection operation is a direct prediction of at least a tuple of measurements for each detected instance of a semiconductor of interest within the cross-sectional image. Every predicted tuple represents the measurement or parameter value of one instance of the detected semiconductor object of interest. Because the parametric description corresponds to a “compressed” representation of the semiconductor object of interest, noise in individual pixels or deviation of the semiconductor object of interest from the parametric description does not significantly affect the predictive quality of object detection. The tuple may also further contain an object classifier “object/no object” or a classifier for distinguishing multiple objects with different parameterized descriptions. As an example, each tuple contains the center coordinates of an instance of the semiconductor object of interest and the four radii shown in Figures 6 and 7. The tuples correspond to annotation tuples used during generation of training data, for example according to the first embodiment.
선택적 단계 ME 5(도 12)에서, 메모리에 저장된 측정 결과(MR)가 또한 분석되는데, 예를 들어 통계 분석이 수행되거나 그래픽 디스플레이가 생성된다. 예가 도 14에 도시되어 있다. 도 14a에서, HAR 구조 또는 채널의 평균 중심 위치의 통상적인 z-종속성은 대표 검사 위치 또는 기준 위치에서의 3D 볼륨 검사로부터 알려진다. 평균 HAR 채널 궤적(363)(점선)은 상이한 깊이 레벨(z)에서 중심 위치(x, y)의 분포로부터 유도된다. 도 14b는 여기서 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스의 수(#)에 대한 r1의 예에서, 측정된 파라미터 값을 도시하고 있다. 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 파라미터 값은 그 신뢰도 값과 함께 디스플레이될 수 있다.In optional step ME 5 (Figure 12), the measurement results (MR) stored in memory are also analyzed, for example statistical analysis is performed or a graphical display is generated. An example is shown in Figure 14. In Figure 14A, the typical z-dependence of the average center position of a HAR structure or channel is known from a 3D volume inspection at a representative inspection location or a reference location. The average HAR channel trajectory 363 (dashed line) is derived from the distribution of centroid positions (x, y) at different depth levels (z). Figure 14b shows the measured parameter values, in the example of r1 for the number (#) of instances of the semiconductor object of interest here. As shown in Figure 14, each parameter value can be displayed along with its reliability value.
제2 실시예에 따르면, 머신 러닝 방법은 계측 또는 측정 작업을 달성하여, 연속적인 측정 결과를 제공하도록 이용된다. 따라서, 제2 실시예는 고속의, 강건한 적응성 측정값 추출기를 제공한다.According to a second embodiment, machine learning methods are used to accomplish a metrology or measurement task, providing continuous measurement results. Accordingly, the second embodiment provides a fast, robust and adaptive measure extractor.
제2 실시예에 따른 방법의 양태에 따르면, 방법은 또한 모니터링 작업 동안 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터를 생성하기 위해 구성되고 수정된 주석이 달린 훈련 이미지 데이터로 부가의 훈련을 위해 구성된다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 단계 TDG 중에 훈련 데이터를 생성 또는 향상하는 단계, 및 측정 작업을 달성하기 위해 머신 러닝 알고리즘을 훈련 또는 재훈련하는 단계는 단계 ME 4 중에 측정 작업과 병렬로 수행될 수 있다.According to an aspect of the method according to the second embodiment, the method is further configured for generating modified annotated training image data during a monitoring task and configured for further training with the modified annotated training image data. As shown in Figure 12, generating or enhancing training data during step TDG and training or retraining machine learning algorithms to achieve the measurement task may be performed in parallel with the measurement task during step ME 4. You can.
제2 실시예의 방법은 측정 또는 검사 작업 중에 최소 사용자 상호 작용을 위해 구성된다. 하나의 연속적인 머신 러닝 알고리즘을 이용하는 측정 방법은 이미징 변동에 대해 매우 강건하다는 장점을 제공하고 고전적인 측정 방법이 실패하는 높은 노이즈 레벨에서 동작할 수 있다. 방법은 매우 고속으로 수행되도록 구현될 수 있다. 더욱이, 전용 고전적인 계측 방법의 복잡한 물리적 시뮬레이션 모델이 구현될 필요가 없기 때문에, 방법은 관심 있는 반도체 객체의 변경, 또는 하전 입자 이미징 시스템의 이미징 조건의 변경을 포함하여, 다양한 관심 있는 반도체 객체에 쉽게 적응될 수 있다.The method of the second embodiment is configured for minimal user interaction during measurement or inspection operations. Measurement methods that utilize a single continuous machine learning algorithm offer the advantage of being very robust against imaging variations and can operate at high noise levels where classical measurement methods fail. The method can be implemented to perform very quickly. Moreover, since the complex physical simulation models of dedicated classical metrology methods do not need to be implemented, the method can easily be adapted to a variety of semiconductor objects of interest, including changes in the semiconductor object of interest, or changes in the imaging conditions of a charged particle imaging system. It can be adapted.
제2 실시예에 따른 측정 방법을 구현하기 위해 구성된 시스템이 제3 실시예에서 설명된다. 머신 러닝에 의해 측정 작업을 수행하기 위해 구성된 시스템이 도 15에 도시되어 있다. 측정 작업을 수행하기 위한 시스템(1000)은 이중 빔 시스템(1)을 포함한다. 이중 빔 시스템은 도 1에 더 상세히 도시되어 있고 도 1의 설명이 참조된다. 이중 빔 시스템(1)의 필수 특징은 밀링을 위한 제1 하전 입자 또는 FIB 컬럼(50) 및 단면 표면의 고해상도 이미징을 위한 제2 하전 입자 빔 이미징 시스템(40)이다. 이중 빔 시스템(1)은 전자 또는 광자일 수 있는 2차 입자를 검출하기 위한 적어도 하나의 검출기(17)를 포함한다. 이중 빔 시스템(1)은 사용 중에 웨이퍼(8)를 유지하기 위해 구성된 웨이퍼 지지 테이블(15)을 더 포함한다. 웨이퍼 지지 테이블(15)은 이중 빔 시스템(1)의 제어 유닛(19)에 연결된 스테이지 제어 유닛(16)에 의해 위치 제어된다. 제어 유닛(19)은 이중 빔 시스템(1)의 동작을 제어하기 위한 메모리 및 로직으로 구성된다.A system configured to implement the measurement method according to the second embodiment is described in the third embodiment. A system configured to perform measurement tasks by machine learning is shown in Figure 15. A
측정 작업을 수행하기 위한 시스템(1000)은 동작 제어 유닛(2)을 더 포함한다. 동작 제어 유닛(2)은 GPU 프로세서 및 공통의 통합 메모리를 포함하는 다중 병렬 프로세서에 의해 형성될 수 있는 적어도 하나의 처리 엔진(201)을 포함한다. 동작 제어 유닛(2)은 훈련 방법 중에 생성된 훈련 데이터, 훈련된 머신 러닝 알고리즘 및 복수의 단면 이미지를 저장하기 위한 예를 들어 8TB 이상의 SSD 저장소(203) 메모리를 더 포함한다. 동작 제어 유닛(2)은 사용자 인터페이스 디스플레이(400) 및 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성된 사용자 명령 디바이스(401)를 포함하는 사용자 인터페이스(205)를 더 포함한다. 동작 제어 유닛(2)은 이중 빔 디바이스(1)의 이미지 생성 프로세스의 프로세스 정보를 저장하기 위한 메모리 또는 저장소(219)를 더 포함한다. 이중 빔 디바이스(1)에 의한 이미지 생성 프로세스의 프로세스 정보는 예를 들어 이미지 생성 중에 효과의 라이브러리 및 미리 결정된 재료 콘트라스트의 목록을 포함할 수 있다.The
동작 제어 유닛(2)은 외부 디바이스 또는 네트워크로부터 추가 명령 또는 데이터, 예를 들어 CAD 데이터를 수신하도록 구성된 인터페이스 유닛(231)에 또한 연결된다. 인터페이스 유닛(231)은 또한 예를 들어 측정 결과(MR)와 같은 정보를 외부 디바이스와 교환하고, 훈련 데이터의 세트 또는 훈련된 머신 러닝 알고리즘 또는 복수의 단면 이미지를 외부 저장소에 저장하도록 구성된다.The
처리 엔진(201)은 예를 들어 이중 빔 시스템의 선택된 이미징 파라미터를 포함하는, 예를 들어 이중 빔 디바이스(1)로 이미지 생성 프로세스의 프로세스 정보를 고려하도록 구성된다. 이미징 파라미터는 예를 들어 측정 작업의 요구 속도 또는 정확도에 따라 사용자에 의해 선택될 수 있다.The
제3 실시예에 따른 시스템(1000)은 예를 들어 검사 볼륨의 CAD 정보 또는 원하는 측정값 범위의 예상 범위를 포함하는 측정 작업에 대한 사용자 정보를 수신하도록 구성된다. 시스템(1000)은 사용자 정보를 이미지 생성 프로세스의 프로세스 정보와 조합하도록 구성된다. 처리 엔진(201)은 사용자와 프로세스 정보를 조합하고, 감소된 사용자 상호 작용을 갖는 훈련 데이터(TD)를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 처리 엔진(201)은 물리적 시뮬레이션 또는 이미지 처리에 의해 주석이 달린 훈련 이미지를 생성하도록 구성된다. 예에서, 처리 엔진(201)은 3차원 반도체 구조체의 CAD-모델에 기초하여, 물리적 시뮬레이션에 의해 훈련 이미지 데이터를 생성하도록 구성된다. 따라서, 사용자 인터페이스(205)는 CAD 데이터를 수신, 디스플레이 및 선택하도록 구성된다. 처리 엔진(201)은 또한 예를 들어 관심 있는 반도체 객체의 특정 재료 조성에 대한 2차 전자 수율의 미리 결정되고 저장된 라이브러리 데이터에 의해 재료 콘트라스트를 고려하도록 구성된다. 처리 엔진(201)은 또한 2차 전자 수집 효율에 따른 이미징 노이즈 및 관심 있는 반도체 객체의 재료 조성 및 이미징 파라미터에 따른 체류 시간을 고려하도록 구성된다.The
처리 엔진(201)은 또한 저장소(203)에 저장된 훈련 데이터로 선택된 머신 러닝 알고리즘을 훈련하고 이후에 사용을 위해 훈련된 머신 러닝 알고리즘(MA)을 저장소(203)에 저장하도록 구성된다.
제3 실시예에 따르면, 높은 처리량으로 검사 볼륨 내의 반도체 객체의 파라미터 값을 측정하기 위한 시스템(1000)이 제공된다. 따라서, 처리 유닛(201)은 제2 실시예의 방법에 따라 반도체 웨이퍼의 검사 볼륨의 내부의 복수의 파라미터 값을 측정하기 위해 구성된다. 계산 또는 처리 유닛(201)은 저장소(203)에 저장되는 훈련된 머신 러닝 알고리즘(MA)에 따라 일련의 단면 표면의 디지털 이미지를 연산 및 처리하고, 사용자 인터페이스(205)를 통해 또는 인터페이스 유닛(231)을 통해 추출된 측정 결과(MR)를 제공하기 위해 구성된다.According to a third embodiment, a
전술된 예 동안에, 제1 또는 제2 실시예에 따른 방법은 HAR 채널의 파라미터 기술의 파라미터 값 측정에 적용되었다. 방법은 물론 관심 있는 다른 반복적인 반도체 객체에도 또한 적용될 수 있다. 방법은 예를 들어 관심 있는 반복적 반도체 객체의 래스터에 또한 적용될 수 있다. 예가 도 16에 도시되어 있다. 도 16은 HAR 채널 단면의 이상적인 래스터 구성(345)을 갖는 단면 이미지 슬라이스를 도시하고 있다. M개의 HAR 채널 단면의 각각은 예를 들어 반경(r1 내지 r4) 및 중심 위치(321.1...M)를 갖는 4개의 원을 포함하는 파라미터 기술에 의해 기술될 수 있다. 더욱이, 이 예의 파라미터 기술은 적어도 하나의 래스터 단위 셀, 예를 들어 도 16b에 도시되어 있는 래스터 단위 셀(345.1, 345.2)을 포함한다. 래스터 단위 셀에 의해, 단면 이미지 슬라이스 내의 HAR 채널 단면의 규칙성의 거리가 기술될 수 있다. 단위 셀은 단위 셀 거리(D)를 파라미터로 하여, 다른 파라미터화된 기술과 유사한 파라미터 기술에 포함될 수 있다. 제1 실시예에 따른 훈련 중에, 단위 셀 거리(D)에 대한 상이한 파라미터 값을 갖는 훈련 이미지가 주석이 달려, 훈련 데이터의 주석 튜플은 파라미터(D)에 대한 복수의 상이한 파라미터 값을 더 포함하게 된다. 도 17은 HAR 채널 단면의 이상적인 래스터 구성(345)으로부터 편차를 갖는 단면 이미지 슬라이스의 예를 도시하고 있다. 도 17b에 도시되어 있는 바와 같이, 이 예의 단위 셀(345.3)은 단위 셀 파라미터(D)에 대해 더 큰 파라미터 값을 갖는다. 제2 실시예에 따른 방법 중에, 파라미터 값(D)은 새로운 단면 이미지로부터의 추출된 측정 결과의 튜플에 포함된다. 따라서 파라미터화된 기술을 이용하는 본 발명에 따른 방법은 관심 있는 반도체 객체의 형상 또는 형태의 파라미터화된 기술에 한정되지 않고, 또한 관심 있는 반도체 객체 사이의 관계, 예를 들어 거리 또는 규칙성을 포함하는 추상적인 파라미터화된 기술에도 적용 가능하다. 이에 의해, 측정 결과의 수치 분석에서 계산 노력이 감소될 수 있다.During the above-described examples, the method according to the first or second embodiment was applied to the measurement of parameter values of the parameter description of the HAR channel. The method can of course also be applied to other repetitive semiconductor objects of interest. The method can also be applied to rasters of repetitive semiconductor objects of interest, for example. An example is shown in Figure 16. Figure 16 shows a cross-sectional image slice with an
본 발명은 높은 처리량, 높은 정확도 및 감소된 웨이퍼 손상으로 웨이퍼 내의 검사 볼륨의 3D 검사를 위한 그리고 검사 볼륨 내부의 반도체 객체의 파라미터 값을 측정하기 위한 디바이스 및 방법을 제공한다. 방법 및 디바이스는 정량적 계측을 위해 사용될 수 있지만, 또한 결함 검출, 프로세스 모니터링, 결함 검토 및 반도체 웨이퍼 내의 집적 회로의 검사에도 사용될 수 있다. 본 발명은 일반적으로 2-단계 이상의 접근법을 적용하는 대신에, 단일의 적절하게 훈련된 머신 러닝 알고리즘의 적용에 의해 측정 결과가 획득되는 개념에 기초한다. 종래 기술의 2-단계 이상의 접근법은 먼저 종래의 머신 러닝에 의해 세분화를 적용하고, 이어서 - 세분화의 출력에 기초하여 - 이미지 처리 및 계측의 고전적인 방법에 의해 파라미터 값과 같은 기하학적 특성을 계산하는 것이다. 본 발명에 의해, 제2 단계는 더 정교한 훈련 데이터를 생성하는 것을 희생하여 회피된다. 따라서, 본 발명은 감소된 사용자 상호 작용으로 훈련 데이터를 생성하기 위한 방법 및 디바이스를 제공한다. 훈련 데이터를 생성하기 위한 방법 및 디바이스는 측정될 객체의 사전 지식에 의존하고 훈련은 예를 들어 종래 기술의 픽셀 단위 세분화를 반복하지 않고 달성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 기하학적 특성은 경험적으로 동기 부여된 계산을 포함하는 이미지 처리 및 계측의 고전적인 방법 없이 단일 단계 접근법으로 입력 이미지로부터 직접 획득할 수 있다. 대신에, 본 발명의 실시예는 단일 단계 프로세스로 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값의 측정을 허용한다.The present invention provides a device and method for 3D inspection of an inspection volume within a wafer and for measuring parameter values of semiconductor objects within the inspection volume with high throughput, high accuracy, and reduced wafer damage. The method and device can be used for quantitative metrology, but can also be used for defect detection, process monitoring, defect review, and inspection of integrated circuits within semiconductor wafers. The present invention is based on the concept that measurement results are obtained by the application of a single appropriately trained machine learning algorithm, instead of applying a generally two-stage or more approach. The prior art two-stage or higher approach is to first apply segmentation by conventional machine learning, and then - based on the output of the segmentation - calculate geometric properties, such as parameter values, by classical methods of image processing and metrology. . By the present invention, the second step is avoided at the expense of generating more sophisticated training data. Accordingly, the present invention provides a method and device for generating training data with reduced user interaction. Methods and devices for generating training data rely on prior knowledge of the object to be measured and training can be achieved, for example, without repeating the pixel-wise segmentation of the prior art. According to the present invention, geometric properties can be obtained directly from input images in a single-step approach without classical methods of image processing and metrology involving empirically motivated calculations. Instead, embodiments of the present invention allow measurement of parameter values of a semiconductor object of interest in a single step process.
본 발명에 따르면, 증가된 처리량을 갖는 반도체 웨이퍼의 파라미터의 측정을 위한 시스템 또는 디바이스 및 방법이 제공된다. 시스템 및 방법은 측정 작업 중에 더 높은 유연성 및 강건성을 제공하고 종래 기술의 고전적인 방법에 비교하여 구현 중에 더 적은 노력을 요구한다. 반도체 웨이퍼의 파라미터의 측정을 위한 시스템 및 방법은 쉽게 적응되거나 수정될 수 있고 최소 사용자 상호 작용으로 달성될 수 있다. 시스템 및 방법의 하나의 특징은, 예를 들어 CAD 정보에 의해 또는 하전 입자 빔 이미징 시스템의 주어진 이미지 특성에 의해 주어지는 사전 지식의 적용이다. 시스템과 방법은 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 기술에 의존한다. 이에 의해, 사용자 상호 작용은 최소로 감소되고, 파라미터 값은 본 발명에 따른 수정된 머신 러닝 알고리즘에 의해 직접 획득된다. 계측을 위한 철저한 고전적인 방법이 오히려 활용되지만, 측정 작업을 위한 머신 러닝의 적용은 신속하게 성장하는 머신 러닝용 라이브러리 및 도구의 미래 개선으로부터 추가로 이익을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 파라미터의 측정을 위한 시스템 및 방법은 머신 러닝의 고전적 영역에서 머신 러닝의 추가 개선으로부터 추가로 이익을 얻을 수도 있다.According to the present invention, a system or device and method are provided for measurement of parameters of semiconductor wafers with increased throughput. The system and method provide higher flexibility and robustness during measurement operations and require less effort during implementation compared to classical methods of the prior art. Systems and methods for measurement of parameters of semiconductor wafers can be easily adapted or modified and can be accomplished with minimal user interaction. One feature of the systems and methods is the application of prior knowledge given, for example, by CAD information or by given image characteristics of a charged particle beam imaging system. The systems and methods rely on a parametric description of the semiconductor object of interest. Thereby, user interaction is reduced to a minimum and the parameter values are obtained directly by the modified machine learning algorithm according to the invention. Although strictly classical methods for metrology are rather utilized, the application of machine learning for measurement tasks can further benefit from future improvements in the rapidly growing libraries and tools for machine learning. Systems and methods for measurement of parameters of semiconductor wafers according to the present invention may further benefit from further improvements in machine learning in the classical domain of machine learning.
실시예에 의해 설명된 본 발명은 이하의 항에 의해 설명될 수 있다:The invention, illustrated by examples, can be explained by the following clauses:
항 1: 하전 입자 빔 시스템에 의해 생성된 단면 이미지로부터 관심 있는 반도체 객체의 파라미터의 정량적 측정 결과를 제공하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위한 훈련 데이터를 생성하는 방법이며,Clause 1: A method of generating training data for training a machine learning algorithm to provide quantitative measurement results of parameters of a semiconductor object of interest from a cross-sectional image generated by a charged particle beam system,
- 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계로서, 훈련 단면 이미지 세그먼트는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값의 변동을 포함하는, 생성 단계를 포함하고,- generating a set of training cross-section image segments of a semiconductor object of interest, wherein the training cross-section image segments comprise variations in parameter values of the semiconductor object of interest,
- 파라미터 값의 변동은 선택된 파라미터 값 범위 내에 있는, 방법.- The variation of the parameter value is within the selected parameter value range.
항 2: 항 1에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계를 더 포함하고, 파라미터화된 기술은 파라미터를 포함하는, 방법.Clause 2: The method of
항 3: 항 2에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 파라미터는 길이, 직경, 거리, 면적, 각도, 반경, 타원율, 형상비, 곡률, 주기성, 다각형 파라미터인, 방법.Clause 3: The method of
항 4: 항 2 또는 3에 있어서, 파라미터화된 기술을 선택하는 단계는 선택을 위한 복수의 파라미터화된 기술을 사용자 인터페이스를 통해 제시하고 선택된 파라미터화된 기술을 사용자 입력을 통해 구성하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 4: The method of
항 5: 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 5: The method of any one of clauses 1-4, further comprising receiving imaging parameters of the charged particle beam system.
항 6: 항 5에 있어서, 이미징 파라미터는 해상도, 콘트라스트 및 노이즈 레벨 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.Clause 6: The method of
항 7: 항 6에 있어서, 이미징 파라미터는 점 확산 함수, 체류 시간, 콘트라스트 방법, 재료 콘트라스트 및 토포그래피 콘트라스트 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.Clause 7: The method of
항 8: 항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 사용자 입력을 통해 선택된 파라미터 값 범위를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 8: The method of any one of clauses 1-7, further comprising receiving a selected parameter value range via user input.
항 9: 항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계는 관심 있는 반도체 객체를 포함하는 복수의 단면 이미지를 적어도 하나의 주석 값으로 주석을 다는 단계를 더 포함하고, 각각의 주석 값은 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에서 파라미터의 측정 결과를 표현하는, 방법.Clause 9: The method of any one of clauses 1-8, wherein generating the set of training cross-sectional image segments further comprises annotating the plurality of cross-sectional images containing the semiconductor object of interest with at least one annotation value. and each annotation value represents a measurement result of a parameter in each detected instance of a semiconductor object of interest.
항 10: 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계는 하전 입자 빔 시스템으로부터 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 적어도 제1 세트를 수신하는 단계를 포함하고, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트는 제1 파라미터 값 범위를 커버하는, 방법.Clause 10: The method of any one of clauses 1-9, wherein generating the set of training cross-sectional image segments comprises receiving at least a first set of training cross-sectional image segments of the semiconductor object of interest from the charged particle beam system. and wherein the first set of training cross-sectional image segments covers a first parameter value range.
항 11: 항 10에 있어서, 선택된 파라미터화된 기술에 기초하여, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트 내의 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스를 자동으로 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 11: The method of clause 10, further comprising automatically detecting instances of semiconductor objects of interest within the first set of training cross-sectional image segments, based on the selected parameterized technique.
항 12: 항 11에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트 내의 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대한 초기 주석 값을 자동으로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 12: The method of clause 11, further comprising automatically determining an initial annotation value for each detected instance of a semiconductor object of interest within the first set of training cross-sectional image segments.
항 13: 항 12에 있어서, 초기 주석 값을 자동으로 결정하는 단계는 물리적 시뮬레이션 모델을 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 기술에 적용하고 최적화에 의해 파라미터 기술의 파라미터 값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 13: The method of clause 12, wherein automatically determining initial annotation values comprises applying a physical simulation model to a parametric description of the semiconductor object of interest and determining parameter values of the parametric description by optimization.
항 14: 항 12 또는 13에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트 내에서 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 검출된 인스턴스에서, 사용자 인터페이스를 통해 초기 주석 값과 함께 파라미터화된 기술을 그래픽으로 제시하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 14: The method of clause 12 or 13, wherein in at least one detected instance of a semiconductor object of interest within the first set of training cross-sectional image segments, graphically presenting the parameterized description with initial annotation values via a user interface. A method further comprising the steps of:
항 15: 항 14에 있어서, 사용자 입력을 통해, 초기 주석 값의 확인 또는 개선을 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 15: The method of clause 14, further comprising receiving confirmation or improvement of the initial annotation value via user input.
항 16: 항 10 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 방법은 제1 파라미터 값 범위를 선택된 파라미터 값 범위와 비교하고, 비교 결과에 따라, 추가 훈련 단면 이미지 세그먼트가 요구되는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 16: The method of any of clauses 10-15, wherein the method comprises comparing the first parameter value range to a selected parameter value range and, depending on the results of the comparison, determining whether additional training cross-sectional image segments are required. How to.
항 17: 항 16에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계는 이미지 처리에 의해 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트로부터 제2 파라미터 범위 내에서 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제2 세트를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 17: The method of
항 18: 항 17에 있어서, 이미지 처리는 스케일의 변동, 형상의 변경, 보간, 형태학적 연산, 패턴 치환 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.Clause 18: The method of
항 19: 항 16에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계는 관심 있는 반도체 객체의 선택된 파라미터화된 기술 및 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터에 기초하여 단면 이미지 세그먼트의 물리적 시뮬레이션에 의해 제2 파라미터 범위 내에서 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제2 세트를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 19: The method of
항 20: 항 1 내지 19 중 어느 한 항에 있어서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계는 관심 있는 반도체 객체의 선험적 정보 및 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터에 기초하는 단면 이미지 세그먼트의 물리적 시뮬레이션을 포함하는, 방법.Clause 20: The method of any one of
항 21: 항 20에 있어서, 물리적 시뮬레이션은 관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터를 수신하고 CAD 데이터에 따라 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계; 및Clause 21: The method of clause 20, wherein the physical simulation comprises receiving CAD data of a semiconductor object of interest and selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest according to the CAD data; and
파라미터화된 기술의 선택된 파라미터 값 범위에 따라 CAD 데이터를 변동하는 단계; 및varying the CAD data according to a selected parameter value range of the parameterized technology; and
훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 획득하기 위해 하전 입자 빔 시스템으로 이미징의 물리적 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.A method comprising performing a physical simulation of imaging with a charged particle beam system to acquire a set of training cross-sectional image segments.
항 22: 항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서, 훈련 데이터는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터의 연속적인 정량적 측정을 제공하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위해 구성되는, 방법.Clause 22: The method of any of clauses 1-21, wherein the training data is configured for training a machine learning algorithm to provide continuous quantitative measurements of parameters of the semiconductor object of interest.
항 23: 웨이퍼 내의 반도체 객체의 측정을 수행하는 방법이며,Clause 23: A method of performing measurements of semiconductor objects within a wafer,
- 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 단면을 포함하는 디지털 2D 단면 이미지 슬라이스를 획득하는 단계,- acquiring a digital 2D cross-sectional image slice comprising at least one cross-section of the semiconductor object of interest,
- 디지털 2D 단면 이미지 슬라이스에 직접 적용되는 하나의 연속적인 머신 러닝 알고리즘에 의해 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나의 정량적 측정 결과를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.- determining at least one quantitative measurement result of at least one predefined parameter of the semiconductor object of interest by one continuous machine learning algorithm applied directly to the digital 2D cross-sectional image slice.
항 24: 항 23에 있어서, 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기하학적 기술의 파라미터인, 방법.Clause 24: The method of clause 23, wherein the at least one predefined parameter is a parameter of a parameterized geometric description of the semiconductor object of interest.
항 25: 항 24에 있어서, 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터는 치수, 길이, 직경, 거리, 면적, 각도, 반경, 타원율, 형상비, 곡률, 주기성, 다각형 중 하나인, 방법.Clause 25: The method of clause 24, wherein the at least one predefined parameter is one of dimension, length, diameter, distance, area, angle, radius, ellipticity, aspect ratio, curvature, periodicity, and polygon.
항 26: 항 23 내지 25 중 어느 한 항에 있어서, 정량적 측정 결과를 결정하는 단계는 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터의 연속적인 정량적 측정을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 26: The method of any of clauses 23-25, wherein determining a quantitative measurement result comprises determining a continuous quantitative measurement of at least one predefined parameter.
항 27: 항 26에 있어서, 정량적 측정 결과를 결정하는 단계는 관심 있는 반도체 객체의 수량 또는 인스턴스의 측정을 더 포함하는, 방법.Clause 27: The method of clause 26, wherein determining a quantitative measurement result further comprises measuring a quantity or instance of a semiconductor object of interest.
항 28: 항 26 또는 27에 있어서, 정량적 측정 결과를 결정하는 단계는 관심 있는 반도체 객체의 수량 또는 인스턴스의 각각에 대해 미리 정의된 파라미터의 연속적인 정량적 측정 결과의 결정을 더 포함하는, 방법.Clause 28: The method of clauses 26 or 27, wherein determining quantitative measurement results further comprises determining successive quantitative measurement results of predefined parameters for each of the quantities or instances of the semiconductor object of interest.
항 29: 항 23 내지 28 중 어느 한 항에 있어서, 2D 단면 이미지 슬라이스는 적어도 하나의 하전 입자 빔 컬럼을 포함하는 하전 입자 빔 시스템에 의해 획득되는, 방법.Clause 29: The method of any of clauses 23-28, wherein the 2D cross-sectional image slice is acquired by a charged particle beam system comprising at least one charged particle beam column.
항 30: 항 23 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 2D 단면 이미지 슬라이스는 웨이퍼 내의 검사 볼륨을 통해 복수의 2D 단면 이미지 슬라이스를 반복적으로 밀링하고 이미징하는 것을 포함하는 슬라이스 및 이미지 방법에 의해 획득된 복수의 2D 단면 이미지 슬라이스 중 하나인, 방법.Clause 30: The method of any one of clauses 23-29, wherein the 2D cross-sectional image slices are obtained by a slice and image method comprising repeatedly milling and imaging a plurality of 2D cross-sectional image slices through an inspection volume within the wafer. One of the 2D cross-sectional image slices of the method.
항 31: 항 23 내지 30 중 어느 한 항에 있어서, 훈련 데이터에 의한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 더 포함하는, 방법.Clause 31: The method of any of clauses 23-30, further comprising training a machine learning algorithm with training data.
항 32: 항 23 내지 31 중 어느 한 항에 있어서, 항 1 내지 22 중 어느 한 항의 방법 단계에 따른 훈련 데이터의 생성을 더 포함하는, 방법.Clause 32: The method of any of clauses 23-31, further comprising generating training data according to the method steps of any of clauses 1-22.
항 33: 항 23 내지 32 중 어느 한 항에 있어서, 관심 있는 반도체 객체는 웨이퍼 내의 적어도 하나의 HAR 채널이고, 파라미터화된 기술은 링 또는 원의 세트를 포함하는, 방법.Clause 33: The method of any of clauses 23-32, wherein the semiconductor object of interest is at least one HAR channel in a wafer and the parameterized description comprises a set of rings or circles.
항 34: 웨이퍼 내의 반도체 객체의 자동화 측정을 수행하기 위한 시스템이며,Clause 34: A system for performing automated measurements of semiconductor objects within a wafer,
- 적어도 하나의 2D 단면 이미지 슬라이스를 획득하기 위해 구성된, 적어도 하나의 하전 입자 빔 컬럼을 포함하는 하전 입자 빔 시스템;- a charged particle beam system comprising at least one charged particle beam column, configured to acquire at least one 2D cross-sectional image slice;
- 하전 입자 빔 시스템과 통신하는 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은:- a control unit in communication with the charged particle beam system, wherein the control unit:
- 정보의 디스플레이 및 사용자 입력의 수신을 위해 구성된 사용자 인터페이스;- a user interface configured for displaying information and receiving user input;
- 사용 중에 디지털 2D 단면 이미지 슬라이스에 직접 적용되는 하나의 연속적인 머신 러닝 알고리즘에 의해 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나의 정량적 측정 결과를 결정하기 위해 구성된 처리 엔진을 더 포함하는, 시스템.- further comprising a processing engine configured to determine at least one quantitative measurement result of at least one predefined parameter of the semiconductor object of interest by one continuous machine learning algorithm applied directly to the digital 2D cross-sectional image slice during use. A system that does.
항 35: 항 34에 있어서, 처리 엔진은 관심 있는 반도체 객체의 주석이 달린 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 포함하는 훈련 데이터로 하나의 연속적인 머신 러닝 알고리즘을 훈련하기 위해 또한 구성되는, 시스템.Clause 35: The system of clause 34, wherein the processing engine is further configured to train one continuous machine learning algorithm with training data comprising a set of annotated training cross-sectional image segments of semiconductor objects of interest.
항 36: 항 34 또는 35에 있어서, 처리 엔진은 항 1 내지 22 중 어느 한 항의 방법 단계 중 어느 하나에 따라 훈련 데이터를 생성하기 위해 또한 구성되는, 시스템.Clause 36: The system of clauses 34 or 35, wherein the processing engine is further configured to generate training data according to any one of the method steps of any of clauses 1-22.
항 37: 항 34 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 처리 엔진은 항 23 내지 32 중 어느 한 항의 방법 단계 중 어느 하나에 따라 관심 있는 반도체 객체의 측정을 수행하기 위해 구성되는, 시스템.Clause 37: The system of any of clauses 34-36, wherein the processing engine is configured to perform a measurement of a semiconductor object of interest according to any one of the method steps of any of clauses 23-32.
항 38: 항 34 내지 37 중 어느 한 항에 있어서, 하전 입자 빔 시스템은 슬라이스 및 이미지 방법에 의해 복수의 2D 단면 이미지 슬라이스를 획득하기 위해 구성된 집속 이온 빔 시스템 및 하전 입자 이미지 시스템을 포함하는 이중 빔 시스템이고, 제어 유닛은 웨이퍼 내의 검사 볼륨을 통해 복수의 2D 단면 이미지 슬라이스를 반복적으로 밀링 및 이미징함으로써 슬라이스 및 이미지 방법을 수행하기 위해 구성되는, 시스템.Clause 38: The method of any one of clauses 34 to 37, wherein the charged particle beam system is a dual beam comprising a focused ion beam system and a charged particle imaging system configured to acquire a plurality of 2D cross-sectional image slices by a slice and image method. A system, wherein the control unit is configured to perform a slice and image method by repeatedly milling and imaging a plurality of 2D cross-sectional image slices through an inspection volume within the wafer.
항 39: 항 34 내지 38 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼를 수용 및 유지하기 위한 웨이퍼 테이블을 더 포함하고, 웨이퍼 테이블은 웨이퍼 테이블을 포지셔닝하고 이동시키기 위해 구성된 액추에이터 및 센서를 포함하는, 시스템.Clause 39: The system of any of clauses 34-38, further comprising a wafer table for receiving and holding a wafer, the wafer table comprising actuators and sensors configured to position and move the wafer table.
항 40: 항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서, 관심 있는 반도체 객체는 HAR 채널이고, 파라미터화된 기술은 링 또는 원의 세트를 포함하는, 방법.Clause 40: The method of any of clauses 1-22, wherein the semiconductor object of interest is a HAR channel and the parameterized description comprises a set of rings or circles.
항 41: 하전 입자 빔 시스템에 의해 생성된 단면 이미지로부터 복수의 반복적인 HAR 채널의 파라미터의 정량적 측정 결과를 제공하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위한 훈련 데이터를 생성하는 방법이며,Clause 41: A method of generating training data for training a machine learning algorithm to provide quantitative measurement results of parameters of a plurality of repetitive HAR channels from cross-sectional images generated by a charged particle beam system,
- 원 또는 링의 세트를 포함하는 파라미터화된 기술을 선택하는 단계로서, 파라미터화된 기술은 파라미터 값을 갖는 파라미터로서 원 또는 링의 반경을 적어도 포함하는, 선택 단계,- selecting a parameterized description comprising a set of circles or rings, the parameterized description comprising at least a radius of the circle or ring as a parameter with a parameter value,
- HAR 채널의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계로서, 훈련 단면 이미지 세그먼트는 파라미터화된 기술의 파라미터 값의 변동을 포함하고, 각각의 파라미터 값은 HAR 채널 단면의 인스턴스의 파라미터의 측정 결과를 표현하는, 생성 단계를 포함하고,- generating a set of training cross-section image segments of the HAR channel, wherein the training cross-section image segments contain variations of parameter values of the parameterized technique, each parameter value representing a measurement result of the parameter of an instance of the HAR channel cross-section Including expressing and generating steps,
- 파라미터 값의 변동은 선택된 파라미터 값 범위 내에 있는, 방법.- The variation of the parameter value is within the selected parameter value range.
항 42: 항 41에 있어서, 방법 단계 2 내지 22 중 어느 하나를 더 포함하는, 방법.Item 42: The method of item 41, further comprising any one of method steps 2-22.
항 43: 하전 입자 빔 시스템으로 관심 있는 반도체 객체의 파라미터의 측정 결과를 제공하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위한 제1 훈련 데이터를 생성하는 방법이며,Clause 43: A method of generating first training data for training a machine learning algorithm to provide measurement results of parameters of a semiconductor object of interest with a charged particle beam system,
- 관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터를 수신하는 단계; 및- Receiving CAD data of a semiconductor object of interest; and
- 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터를 수신하는 단계; 및- receiving imaging parameters of the charged particle beam system; and
- 관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터와 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터에 기초하여 하전 입자 빔 시스템으로 이미징의 물리적 시뮬레이션을 통해 제1 훈련 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.- generating first training data through a physical simulation of imaging with a charged particle beam system based on CAD data of the semiconductor object of interest and imaging parameters of the charged particle beam system.
항 44: 항 43에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계를 더 포함하고, 파라미터화된 기술은 파라미터를 포함하는, 방법.Clause 44: The method of
항 45: 항 43에 있어서, CAD 데이터의 파라미터화된 기술의 파라미터는 길이, 직경, 거리, 면적, 각도, 반경, 타원율, 형상비, 곡률, 주기성, 다각형 파라미터로 구성된 그룹으로부터 선택되는 멤버인, 방법.Clause 45: The method of
항 46: 항 44 또는 45에 있어서, 제1 훈련 데이터를 생성하는 단계는 파라미터의 선택된 파라미터 값 범위에 따라 CAD 데이터의 파라미터 값을 변동하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 46: The method of
항 47: 항 46에 있어서, 제1 훈련 데이터를 생성하는 단계는 각각의 훈련 데이터를 파라미터 값으로 주석을 다는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 47: The method of clause 46, wherein generating the first training data further comprises annotating each training data with parameter values.
항 48: 항 43 내지 47 중 어느 한 항에 있어서, 이미징 파라미터는 하전 입자 빔 시스템에 의해 달성되는 해상도, 콘트라스트 및 노이즈 레벨로 구성된 그룹의 적어도 하나의 멤버를 포함하는, 방법.Clause 48: The method of any of clauses 43-47, wherein the imaging parameters comprise at least one member of the group consisting of resolution, contrast and noise level achieved by a charged particle beam system.
항 49: 항 48에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 이미징 파라미터는 점 확산 함수, 체류 시간, 콘트라스트 방법, 재료 콘트라스트 및 관심 있는 반도체 객체의 토포그래피 콘트라스트로 구성된 그룹의 적어도 멤버를 더 포함하는, 방법.Clause 49: The method of
항 50: 항 43 내지 49 중 어느 한 항에 있어서, 제1 훈련 데이터의 이미지 처리에 의해 제2 훈련 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 50: The method of any of clauses 43-49, comprising generating second training data by image processing the first training data.
항 51: 항 50에 있어서, 이미지 처리는 스케일의 변동, 형상의 변경, 보간, 형태학적 연산, 패턴 치환, 노이즈 추가, 입자 결함 추가로 구성된 그룹의 적어도 멤버를 포함하는, 방법.Clause 51: The method of
항 52: 관심 있는 반도체 객체의 파라미터의 측정 결과를 제공하기 위한 머신 러닝 알고리즘의 훈련을 위한 훈련 데이터를 주석을 다는 방법이며,Clause 52: A method of annotating training data for training a machine learning algorithm to provide measurement results of parameters of a semiconductor object of interest,
- 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 수신하는 단계로서, 훈련 단면 이미지 세그먼트는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값의 변동을 포함하는, 수신 단계;- receiving a set of training cross-sectional image segments of a semiconductor object of interest, wherein the training cross-sectional image segments comprise variations in parameter values of the semiconductor object of interest;
- 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계로서, 파라미터화된 기술은 파라미터를 포함하는, 선택 단계;- selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest, the parameterized description comprising parameters;
- 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트에서 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대해 파라미터화된 기술의 파라미터의 파라미터 값을 조정하는 단계;- adjusting the parameter values of the parameters of the parameterized technique for each detected instance of a semiconductor object of interest in the set of training cross-sectional image segments;
- 조정된 파라미터 값으로 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트 내의 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 주석을 다는 단계를 포함하는, 방법.- annotating each detected instance of a semiconductor object of interest within the set of training cross-sectional image segments with adjusted parameter values.
항 53: 항 52에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 파라미터는 길이, 직경, 거리, 면적, 각도, 반경, 타원율, 형상비, 곡률, 주기성, 및 다각형 파라미터로 구성된 그룹의 멤버를 포함하는, 방법.Clause 53: The method of
항 54: 항 52 또는 53에 있어서, 파라미터화된 기술을 선택하는 단계는 선택을 위한 복수의 파라미터화된 기술을 사용자 인터페이스를 통해 제시하고 선택된 파라미터화된 기술을 사용자 입력을 통해 구성하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 54: The method of
항 55: 항 52 내지 54 중 어느 한 항에 있어서, 선택된 파라미터화된 기술에 기초하여, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트 내의 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스를 자동으로 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 55: The method of any of clauses 52-54, further comprising automatically detecting instances of semiconductor objects of interest within the set of training cross-sectional image segments based on the selected parameterized technique.
항 56: 항 52 내지 55 중 어느 한 항에 있어서, 이미지 처리에 의해 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대한 파라미터 값을 자동으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 56: The method of any of clauses 52-55, further comprising automatically adjusting parameter values for each detected instance of a semiconductor object of interest by image processing.
항 57: 항 52 내지 55 중 어느 한 항에 있어서, 파라미터 값으로 관심 있는 반도체 객체의 파라미터의 기술에 물리적 시뮬레이션 모델을 적용하고 물리적으로 영향을 받은 순방향 최적화에 의해 파라미터 값을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 57: The method of any of clauses 52-55, comprising applying a physical simulation model to a description of the parameters of the semiconductor object of interest with parameter values and adjusting the parameter values by physically influenced forward optimization. , method.
항 58: 항 57에 있어서, 물리적 시뮬레이션 모델은 하전 입자 디바이스의 이미징 파라미터를 포함하고, 이미징 파라미터는 해상도, 콘트라스트 및 노이즈 레벨, 점 확산 함수, 체류 시간, 콘트라스트 방법, 재료 콘트라스트 및 토포그래피 콘트라스트로 구성된 그룹의 적어도 멤버를 포함하는, 방법.Clause 58: The physical simulation model of clause 57, wherein the physical simulation model comprises imaging parameters of the charged particle device, wherein the imaging parameters consist of resolution, contrast and noise level, point spread function, residence time, contrast method, material contrast and topography contrast. A method containing at least a member of a group.
항 59: 항 52 내지 58 중 어느 한 항에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 검출된 인스턴스에서 조정된 파라미터 값과 함께 파라미터화된 기술을 사용자 인터페이스를 통해 그래픽으로 제시하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 59: The method of any one of clauses 52-58, comprising graphically presenting the parameterized description with adjusted parameter values in at least one detected instance of a semiconductor object of interest via a user interface. method.
항 60: 항 59에 있어서, 사용자 입력을 통해, 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 검출된 인스턴스에서 파라미터 값의 확인 또는 개선을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 60: The method of clause 59, comprising receiving confirmation or improvement of parameter values in at least one detected instance of a semiconductor object of interest via user input.
항 61: 항 52 내지 60 중 어느 한 항에 있어서, 파라미터화된 기술을 선택하는 단계는 관심 있는 반도체 객체의 CAD 정보에 기초하는, 방법.Clause 61: The method of any of clauses 52-60, wherein selecting a parameterized technique is based on CAD information of the semiconductor object of interest.
항 62: 관심 있는 반도체 객체의 단면 이미지의 이미지 세분화를 위한 머신 러닝 알고리즘을 위한 훈련 데이터를 생성하는 방법이며,Clause 62: A method for generating training data for a machine learning algorithm for image segmentation of a cross-sectional image of a semiconductor object of interest,
- 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지의 세트를 수신하는 단계로서, 훈련 단면 이미지는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값의 변동을 포함하는, 수신 단계;- receiving a set of training cross-sectional images of a semiconductor object of interest, wherein the training cross-sectional images contain variations in parameter values of the semiconductor object of interest;
- 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계;- selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest;
- 훈련 단면 이미지의 세트에서 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대해 파라미터화된 기술의 파라미터의 파라미터 값을 조정하는 단계;- adjusting the parameter values of the parameters of the parameterized technique for each detected instance of a semiconductor object of interest in the set of training cross-sectional images;
- 파라미터화된 기술의 파라미터의 조정된 파라미터 값에 따라 픽셀 주석 값으로 각각의 이미지 픽셀을 자동으로 주석을 다는 단계를 포함하는, 방법.- Automatically annotating each image pixel with a pixel annotation value according to adjusted parameter values of the parameters of the parameterized technique.
항 63: 항 62에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술의 파라미터는 길이, 직경, 거리, 면적, 각도, 반경, 타원율, 형상비, 곡률, 주기성, 및 다각형 파라미터로 구성된 그룹의 멤버를 포함하는, 방법.Clause 63: The method of clause 62, wherein the parameters of the parameterized description of the semiconductor object of interest include members of the group consisting of length, diameter, distance, area, angle, radius, ellipticity, aspect ratio, curvature, periodicity, and polygon parameters. How to.
항 64: 항 62 또는 63에 있어서, 파라미터화된 기술을 선택하는 단계는 선택을 위한 복수의 파라미터화된 기술을 사용자 인터페이스를 통해 제시하고 선택된 파라미터화된 기술을 사용자 입력을 통해 구성하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 64: The method of clause 62 or 63, wherein selecting a parameterized technique comprises presenting a plurality of parameterized techniques for selection via a user interface and configuring the selected parameterized technique via user input. How to.
항 65: 항 62 내지 64 중 어느 한 항에 있어서, 선택된 파라미터화된 기술에 기초하여, 훈련 단면 이미지의 세트 내의 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스를 자동으로 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 65: The method of any of clauses 62-64, further comprising automatically detecting instances of semiconductor objects of interest within the set of training cross-sectional images based on the selected parameterized technique.
항 66: 항 62 내지 65 중 어느 한 항에 있어서, 이미지 처리에 의해 관심 있는 반도체 객체의 각각의 검출된 인스턴스에 대한 파라미터 값을 자동으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.Clause 66: The method of any of clauses 62-65, further comprising automatically adjusting parameter values for each detected instance of a semiconductor object of interest by image processing.
항 67: 항 62 내지 65 중 어느 한 항에 있어서, 파라미터 값으로 관심 있는 반도체 객체의 파라미터의 기술에 물리적 시뮬레이션 모델을 적용하고 물리적으로 영향을 받은 순방향 최적화에 의해 파라미터 값을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 67: The method of any one of clauses 62-65, comprising applying a physical simulation model to a description of the parameters of the semiconductor object of interest with parameter values and adjusting the parameter values by physically influenced forward optimization. , method.
항 68: 항 67에 있어서, 물리적 시뮬레이션 모델은 하전 입자 디바이스의 이미징 파라미터를 포함하고, 이미징 파라미터는 해상도, 콘트라스트 및 노이즈 레벨, 점 확산 함수, 체류 시간, 콘트라스트 방법, 재료 콘트라스트 및 토포그래피 콘트라스트로 구성된 그룹의 적어도 멤버를 포함하는, 방법.Clause 68: The physical simulation model of clause 67, wherein the physical simulation model comprises imaging parameters of the charged particle device, the imaging parameters consisting of resolution, contrast and noise level, point spread function, residence time, contrast method, material contrast and topography contrast. A method containing at least a member of a group.
항 69: 항 62 내지 68 중 어느 한 항에 있어서, 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 검출된 인스턴스에서 조정된 파라미터 값과 함께 파라미터화된 기술을 사용자 인터페이스를 통해 그래픽으로 제시하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 69: The method of any one of clauses 62-68, comprising graphically presenting the parameterized description with adjusted parameter values in at least one detected instance of a semiconductor object of interest via a user interface. method.
항 70: 항 69에 있어서, 사용자 입력을 통해, 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 검출된 인스턴스에서 파라미터 값의 확인 또는 개선을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.Clause 70: The method of clause 69, comprising receiving confirmation or improvement of parameter values in at least one detected instance of a semiconductor object of interest via user input.
항 71: 항 62 내지 70 중 어느 한 항에 있어서, 파라미터화된 기술을 선택하는 단계는 관심 있는 반도체 객체의 CAD 정보에 기초하는, 방법.Clause 71: The method of any of clauses 62-70, wherein selecting a parameterized technique is based on CAD information of the semiconductor object of interest.
그러나, 예 및 실시예에 의해 설명된 본 발명은 항들에 한정되지 않고, 다양한 조합 또는 수정에 의해 통상의 기술자에 의해 구현될 수 있다.However, the present invention described by examples and embodiments is not limited to the claims and can be implemented by those skilled in the art by various combinations or modifications.
참조 번호 목록이 제공된다.A list of reference numbers is provided.
1: 이중 빔 시스템
2: 동작 제어 유닛
4: 제1 단면 이미지 피처
6: 측정 부위
8: 웨이퍼
15: 웨이퍼 지지 테이블
16: 스테이지 제어 유닛
17: 2차 전자 검출기
19: 제어 유닛
40: 하전 입자 빔(CPB) 이미징 시스템
42: 이미징 시스템의 광축
43: 교차점
44: 이미징 하전 입자 빔
48: Fib 광축
50: FIB 컬럼
51: 집속 이온 빔
52: 단면 표면
53: 단면 표면
55: 웨이퍼 상단 표면
155: 웨이퍼 스테이지
160: 검사 볼륨
201: 처리 엔진
203: 메모리
205: 사용자 인터페이스
219: 메모리
231: 인터페이스 유닛
307: HAR 구조의 측정된 단면 이미지
311: 단면 이미지 슬라이스
313: 워드 라인
315: 표면을 갖는 에지
317: HAR 구조의 링 구역
319: 초기 파라미터 기술
321: 중심 위치
323: 수정된 파라미터 기술
325: 결함 또는 편차
327: 픽셀 단위로 주석이 달린 링
329: 최종 파라미터 기술
345: 래스터
363: 평균 HAR 채널 궤적
400: 사용자 인터페이스 디스플레이
401: 사용자 명령 디바이스
403: 이미지 디스플레이 영역
405: 툴바
407: 선택 박스
409: 파라미터화된 기술의 그래픽 예시
411: 주석 파라미터 값의 목록
413: 파라미터 값 범위의 목록
414: 히스토그램
421: 그래픽 포인터
1000: 반도체 객체의 측정을 수행하기 위한 시스템1: Dual beam system
2: Motion control unit
4: First cross-sectional image feature
6: Measurement area
8: wafer
15: wafer support table
16: Stage control unit
17: Secondary electron detector
19: Control unit
40: Charged particle beam (CPB) imaging system
42: Optical axis of the imaging system
43: intersection
44: Imaging charged particle beam
48: Fib optical axis
50: FIB column
51: Focused ion beam
52: cross-sectional surface
53: cross-sectional surface
55: wafer top surface
155: wafer stage
160: Inspection volume
201: Processing Engine
203: memory
205: User interface
219: memory
231: Interface unit
307: Measured cross-sectional image of HAR structure
311: Cross-sectional image slice
313: word line
315: edge with surface
317: Ring section of HAR structure
319: Initial parameter description
321: Center position
323: Modified parameter description
325: Defect or deviation
327: Ring annotated per pixel
329: Final parameter description
345: Raster
363: Average HAR channel trajectory
400: User interface display
401: User command device
403: Image display area
405: Toolbar
407: Selection box
409: Graphical example of a parameterized technique
411: List of annotation parameter values
413: List of parameter value ranges
414: Histogram
421: Graphic pointer
1000: System for performing measurements of semiconductor objects
Claims (28)
- 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계로서, 파라미터화된 기술은 파라미터를 포함하는, 선택 단계; 및
- 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계로서, 훈련 단면 이미지 세그먼트는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터 값의 변동을 포함하는, 생성 단계를 포함하고,
- 파라미터 값의 변동은 선택된 파라미터 값 범위 내에 있는, 방법.A method of generating training data for training a machine learning algorithm to provide quantitative measurement results of parameters of a semiconductor object of interest from cross-sectional images generated by a charged particle beam system,
- selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest, the parameterized description comprising parameters; and
- generating a set of training cross-section image segments of a semiconductor object of interest, wherein the training cross-section image segments comprise variations in parameter values of the semiconductor object of interest,
- The variation of the parameter value is within the selected parameter value range.
선택을 위해 복수의 파라미터화된 기술을 제시하기 위해 사용자 인터페이스를 사용하는 단계; 및
선택된 파라미터화된 기술을 구성하기 위해 사용자 입력을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein selecting a parameterized technique comprises:
using a user interface to present a plurality of parameterized techniques for selection; and
A method comprising using user input to configure the selected parameterized technique.
훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 생성하는 단계는 관심 있는 반도체 객체를 포함하는 복수의 단면 이미지를 적어도 하나의 주석 값으로 주석을 다는 단계를 포함하고,
주석 값은 관심 있는 반도체 객체의 인스턴스의 파라미터 값의 측정 결과를 표현하는, 방법.According to any one of claims 1 to 5,
Generating a set of training cross-sectional image segments includes annotating a plurality of cross-sectional images containing a semiconductor object of interest with at least one annotation value,
The annotation value represents a measurement result of a parameter value of an instance of a semiconductor object of interest.
- 훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트 내에서 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 검출된 인스턴스에서, 사용자 인터페이스를 통해 초기 주석 값과 함께 파라미터화된 기술을 그래픽으로 제시하는 단계; 및
- 사용자 입력을 통해, 초기 주석 값의 확인 또는 개선을 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.According to clause 8,
- Graphically presenting the parameterized description with initial annotation values via a user interface at at least one detected instance of a semiconductor object of interest within the set of training cross-sectional image segments; and
- The method further comprising receiving confirmation or improvement of the initial annotation value through user input.
- 하전 입자 빔 시스템으로부터 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 적어도 제1 세트를 수신하는 단계로서, 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트는 제1 파라미터 값 범위를 커버하는, 수신 단계, 및
- 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제1 세트로부터 제2 파라미터 범위 내의 관심 있는 반도체 객체의 훈련 단면 이미지 세그먼트의 제2 세트를 생성하기 위해 이미지 처리를 사용하는 단계를 포함하고;
이미지 처리는 스케일의 변동, 형상의 변경, 보간, 형태학적 연산, 및 패턴 치환으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 멤버를 포함하는, 방법.11. The method of any preceding claim, wherein generating a set of training cross-sectional image segments comprises:
- receiving from the charged particle beam system at least a first set of training cross-sectional image segments of a semiconductor object of interest, wherein the first set of training cross-sectional image segments cover a first parameter value range, and
- using image processing to generate a second set of training cross-section image segments of a semiconductor object of interest within a second parameter range from the first set of training cross-section image segments;
The method of claim 1, wherein image processing includes at least a member selected from the group consisting of scale variation, shape variation, interpolation, morphological operations, and pattern substitution.
관심 있는 반도체 객체의 CAD 데이터를 수신하는 단계;
CAD 데이터에 따라 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기술을 선택하는 단계;
파라미터화된 기술의 선택된 파라미터 값 범위에 따라 CAD 데이터를 변동하는 단계; 및
훈련 단면 이미지 세그먼트의 세트를 획득하기 위해 하전 입자 빔 시스템으로 이미징을 물리적으로 시뮬레이션하는 단계를 포함하는, 방법.13. The method of claim 12, wherein the physical simulation:
Receiving CAD data of a semiconductor object of interest;
selecting a parameterized description of the semiconductor object of interest according to the CAD data;
varying the CAD data according to a selected parameter value range of the parameterized technology; and
A method comprising physically simulating imaging with a charged particle beam system to acquire a set of training cross-sectional image segments.
하나 이상의 처리 디바이스; 및
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 포함하는 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 처리 디바이스에 의해 실행 가능한 명령을 포함하는 하나 이상의 기계 판독 가능 하드웨어 저장 디바이스를 포함하는, 시스템.It is a system,
one or more processing devices; and
15. A system comprising one or more machine-readable hardware storage devices containing instructions executable by one or more processing devices to perform operations comprising the method of any one of claims 1-14.
- 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 단면을 포함하는 적어도 하나의 디지털 2D 단면 이미지 슬라이스를 획득하는 단계,
- 디지털 2D 단면 이미지 슬라이스에 직접 적용되는 연속적인 머신 러닝 알고리즘에 의해 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나의 정량적 측정 결과를 결정하는 단계를 포함하고,
적어도 하나의 미리 정의된 파라미터는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기하학적 기술의 파라미터를 포함하는, 방법.A method of performing measurements of semiconductor objects within a wafer,
- acquiring at least one digital 2D cross-sectional image slice comprising at least one cross-section of the semiconductor object of interest,
- determining at least one quantitative measurement result of at least one predefined parameter of the semiconductor object of interest by a continuous machine learning algorithm applied directly to the digital 2D cross-sectional image slice,
The method of claim 1, wherein the at least one predefined parameter comprises a parameter of a parameterized geometric description of the semiconductor object of interest.
- 적어도 하나의 2D 단면 이미지 슬라이스를 획득하기 위해 구성된, 적어도 하나의 하전 입자 빔 컬럼을 포함하는 하전 입자 빔 시스템;
- 하나 이상의 처리 디바이스; 및
- 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항의 방법을 포함하는 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 처리 디바이스에 의해 실행 가능한 명령을 포함하는 하나 이상의 기계 판독 가능 하드웨어 저장 디바이스를 포함하는, 시스템.It is a system,
- a charged particle beam system comprising at least one charged particle beam column, configured to acquire at least one 2D cross-sectional image slice;
- one or more processing devices; and
- A system comprising one or more machine-readable hardware storage devices containing instructions executable by one or more processing devices to perform operations comprising the method of any one of claims 17 to 23.
- 적어도 하나의 2D 단면 이미지 슬라이스를 획득하기 위해 구성된, 적어도 하나의 하전 입자 빔 컬럼을 포함하는 하전 입자 빔 시스템;
- 하전 입자 빔 시스템과 통신하는 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은:
- 정보의 디스플레이 및 사용자 입력의 수신을 위해 구성된 사용자 인터페이스;
- 사용 중에 디지털 2D 단면 이미지 슬라이스에 직접 적용되는 하나의 연속적인 머신 러닝 알고리즘에 의해 관심 있는 반도체 객체의 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나의 정량적 측정 결과를 결정하기 위해 구성된 처리 엔진으로서, 적어도 하나의 미리 정의된 파라미터는 관심 있는 반도체 객체의 파라미터화된 기하학적 기술의 파라미터인, 처리 엔진을 더 포함하는, 시스템.It is a system for performing automated measurement of semiconductor objects within a wafer,
- a charged particle beam system comprising at least one charged particle beam column, configured to acquire at least one 2D cross-sectional image slice;
- a control unit in communication with the charged particle beam system, wherein the control unit:
- a user interface configured for displaying information and receiving user input;
- a processing engine configured to determine, in use, at least one quantitative measurement result of at least one predefined parameter of the semiconductor object of interest by one continuous machine learning algorithm applied directly to the digital 2D cross-sectional image slice, at least The system further comprising a processing engine, wherein one predefined parameter is a parameter of a parameterized geometric description of a semiconductor object of interest.
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