專利名稱：一種定位周期配置的亞微米物體的自動化和非可見方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及制造工藝，特別是涉及用于精確定位周期配置的小(微米至亞微米)物體(object)的自動化和非可見(non-visval)的方法。
現(xiàn)代工藝已經(jīng)能夠?qū)⒗珉娮悠骷奈矬w以更加縮小的尺寸(shrinkingdimensions)生產(chǎn)。今天，這樣的物體，例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)單元以亞微米的尺寸或大小進行生產(chǎn)。這些非常小的物體十分經(jīng)常地被用在大量成組的稱為陣列的形式中，這些陣列經(jīng)常被配置并安裝在稱為晶片的一種平面上。這些陣列通常以周期地順序(periodic order)配置以使每個物體在該晶片上有一唯一的X-Y定位。參照

圖1，其中有一周期地配置的亞微米物體的陣列舉例。該舉例表示一大規(guī)模陣列，它能夠包含成千成萬個物體，其中每一點代表一亞微米物體和虛線表示這些物體的延續(xù)。如已經(jīng)看到的，這些物體的每一個被周期地配置在晶片12上，以便使它具有唯一的X-Y定位。
這些陣列在制造過程或物理分析期間，每個單獨物體經(jīng)常必須被定位，以便進行成像(imaging)，顯微手術(shù)(microsurgery)，修復或標記等等操作。定位該特定的要在其上工作的物體，需要在陣列中確定精確的X-Y的位置。由于這些物體的數(shù)量大和非常小的尺寸，要完成上述工藝常常是一困難的任務。事實上，如以后將要描述的，只有非常精密的儀器，例如掃描電子顯微鏡或聚焦的離子束工具能夠精確定位這樣的陣列中單個物體的X-Y的位置。
一掃描電子顯微鏡包括用于形成電子探頭(electron probe)的電磁透鏡，將射束掃描到該全部樣品的掃描線圈；一檢測器；一放大器和一陰極射線管。通過用精密的電子探頭轟擊采樣表面的該掃描電子顯微鏡的操作一般小于100埃(A)(Angstroms)。該采樣發(fā)射由于一次射束的作用而產(chǎn)生二次電子。該二次電子由檢測器收集，然后被放大。該放大的二次電子被進一步饋送到陰極射線管以便產(chǎn)生一采樣圖像。
該聚焦的離子束儀器的操作類似于該掃描電子顯微鏡，它通過用一物質(zhì)流(the steam of matter)轟擊采樣產(chǎn)生一圖像，其中在聚焦離子束的情況下，該物質(zhì)流是一離子束。聚焦的離子束和掃描電子顯微鏡在今天都配備有或多或少的精密的手動或電動機載物臺。這些儀器的載物臺支撐并移動該采樣，使得這些儀器的離子或電子束去掃描該采樣。該聚焦的離子束和掃描電子顯微鏡這二者都能產(chǎn)生采樣的可視圖像或線性圖形信號。該可視圖像通過大量掃描線確定，而線性圖形信號是由單個掃描線確定。
如較早就述及的，例如掃描電子顯微鏡或聚焦離子束工具的儀器是目前被用于如早就描述的定位在一陣列中特定亞微米器件的X-Y的位置的儀器。通過在X和Y方向上移動該儀器的載物臺來定位該陣列中感興趣的位置并同時通過器件的成像區(qū)可視地計算該器件。對感興趣位置的可視計算是費時和不可靠的方法。通常該感興趣的位置的計算必須被重復2或3次，以保證該感興趣的位置重新被找到。這樣，目前的生產(chǎn)過程在所依靠的工具和人力資源方面是昂貴的，而且也不精確。
通過其它方法不容易解決在陣列中精確定位器件的問題。例如如果要抑制昂貴費用，該問題不能通過利用高精密電機載物臺，和不能通過由于用足夠精確的載物臺測量到感興趣器件的距離來解決。利用計算機輔助全圖形識別系統(tǒng)也是非常昂貴的和不適宜的由于產(chǎn)生的模型(特別是在用于器件的物理分析的非分層(unlayering)過程期間)不是完全可預測的，因而是不現(xiàn)實的。
因而，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在周期地配置的陣列中精確定位亞微米物體的相對便宜的方法。
本發(fā)明提供的一種在周期地配置相同物體的陣列中，利用掃描工具定位特殊的非常小(小至亞微米)的物體的方法，該方法包括掃描該陣列，以便產(chǎn)生大量脈沖，這些脈沖對應于在該陣列中包含的亞微米物體，計算該大量脈沖，以便定位在陣列中的特定物體。
本發(fā)明的一種在周期地配置相同物體的陣列中定位特定的相同物體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一種用于掃描該陣列的掃描工具(Scanning tool)，以便產(chǎn)生對應于在該陣列中亞微米物體的大量脈沖；一種用于計算該大量脈沖的裝置，以便定位在該陣列中的特定物體。
本發(fā)明的上述目的、進一步的特征和優(yōu)點將結(jié)合實施例參考附圖進行詳細描述。
圖1是周期地配置亞微米物體的陣列的一例；圖2是本發(fā)明的方法的有關(guān)設備的方框圖3是根據(jù)本發(fā)明由掃描工具產(chǎn)生的一系列脈沖的波形圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明由掃描工具產(chǎn)生的另外一系列脈沖的波形圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明由掃描工具所產(chǎn)生的噪聲電平的波形圖；圖6是本發(fā)明用于定位周期地配置亞微米物體的方法的流程圖。
本發(fā)明直接涉及用于在周期地配置的陣列中精確定位非常小(小至亞微米)的物體的方法。圖1所示是這樣周期地配置的一陣列。所顯示的陣列10包含大量的以周期配置的形式安裝在晶片12上的亞微米物體，以使得每個物體都具有唯一的X-Y的位置。這些物體可安裝在任何平面表面上。上述舉例是在電子器件領(lǐng)域應用的普通類型。雖然，本發(fā)明在電子器件領(lǐng)域具有極大的應用價值，應注意到，它并不局限于任何特定的使用領(lǐng)域。本發(fā)明能被用于定位在陣列中任何類型的以周期配置的小(小至亞微米)物體。
本發(fā)明的方法是通過從預定位置16起在X和Y兩個方向計算物體數(shù)量來定位在陣列10中的特定的亞微米物體。該計算是通過首先產(chǎn)生大量脈沖來完成的，它們對應于在陣列的X和/或Y方向遇到的物體。然后特定物體14的位置通過計算對應于該特定物體14的所希望位置的兩個方向上的脈沖數(shù)來加以確定。
參考圖2，它表示根據(jù)本發(fā)明方法所利用的設備18的方框圖。本發(fā)明利用設備的第一部分是掃描工具20。該掃描工具20是用于相應于陣列中遇到的大量亞微米物體來產(chǎn)生脈沖30。
該掃描工具20可具體為掃描電子顯微鏡或聚焦離子束儀器。它也可以是用于較大物體的掃描光束(激光)。在本發(fā)明中，任何儀器都以線性圖形方式使用，以便在如前述所討論的該陣列的X和Y這兩個方向上產(chǎn)生脈沖30。在線性圖形方式中，任何一種儀器都是沿單線掃描感興趣的物體和沿該線拾取的信號被顯示在屏幕上。被顯示的信號是具有一定幅度的電信號，該幅度與由感興趣的物體產(chǎn)生的二次電子的強度成比例。
參照圖3和4，示出通過根據(jù)本發(fā)明的線性圖形方式的任一種儀器產(chǎn)生的波形舉例。這些波形是通過掃描圖2所示亞微米物體的陣列所產(chǎn)生的。如能從圖3和4所看到的，產(chǎn)生的周期信號具有輪廓明確的峰值或脈沖30，圖5所示是上述的噪聲電平36。脈沖30對應于陣列中的物體，而低點32對應于物體之間的間隔。該實線34對應于沿著所獲得的線性圖形信號的線。還應注意到，由這些類型的任何一種儀器產(chǎn)生的邏輯電平是標準的5伏，它可使脈沖30與數(shù)字電路，例如計數(shù)器相兼容。
在今天，掃描電子顯微鏡和聚焦離子束儀器都或多或少地配備有精密的手動或馬達驅(qū)動的載物臺。在由這些儀器的射束掃描物體時，該載物臺支撐和移動該感興趣的物體。手動載物臺通常具有游標旋鈕(Vernier knobs)，使用者能在X或Y方向的任何一個方向上移動載物臺。而馬達驅(qū)動載物臺具有相應的分檔器模件(Stepper models)，以用于在X或Y方向上移動載物臺。
本發(fā)明的方法是設法利用具有手動或馬達驅(qū)動載物臺(stage)的儀器。這兩種類型的載物臺能以足夠精密的方式移動一陣列，使它能被精確掃描和然后在正確的時間處停止。然而，利用馬達驅(qū)動載物臺的掃描電子顯微鏡或聚焦離子束儀器能獲得最好的結(jié)果。
再來參照圖2，由掃描工具20產(chǎn)生的脈沖30然后被耦合給脈沖處理器22。該脈沖處理器22確保只有對應于該陣列中的實際物體的脈沖30被識別或被計算。位于陣列物體之間的污染微粒能夠引起偽脈沖的產(chǎn)生。利用沿掃描線脈沖的周期性消除偽脈沖和不接受在陣列中兩個真實物體之間的任何脈沖。通過沿載物臺掃描線確定觸發(fā)脈沖使用的脈沖周期，該載物臺掃描線接受將被計算的脈沖。如果一脈沖是在這樣的一個觸發(fā)脈沖之中，它將被接受，如果該脈是在這樣的一個觸發(fā)脈沖之外，它將被排斥。這樣觸發(fā)脈沖的頻率(fW)由下式計算觸發(fā)脈沖fW＝(SsN)/LS(1)這里SS＝載物臺的速度N＝陣列給定方向中的物體數(shù)LA＝給定方向中的陣列長度高度精密的載物臺能以兩種方法應用1)載物臺的長度測量能被用于確定上述接受輸入的觸發(fā)脈沖。2)與該物體已知距離的物體一起產(chǎn)生的脈沖可用于校正載物臺長度測量的不精確。在此情況，基本上是通過利用高精密載物臺(通過脈沖校正載物臺的不精確)的長度測量來確定該物體。在大污染微粒的情況下，脈沖處理器22使接受的脈沖失效以及操作者手動選擇另一X-Y方向，以跟著產(chǎn)生脈沖。然而，這樣大的微粒不像是在良好的制造過程或良好的物理分析過程中所產(chǎn)生的。
脈沖處理器22進一步包括對由掃描工具20產(chǎn)生的脈沖30進行濾波。該濾波是利用該脈沖的斜率和高度將脈沖轉(zhuǎn)換成矩形信號。這種轉(zhuǎn)換能使掃描工具20的輸出更容易由數(shù)字電路，例如計數(shù)器來識別。這樣的濾波是熟知的，利用這樣的電路，如限幅器，施米特觸發(fā)器等就能完成。
處理過的脈沖22A然后被耦合給計數(shù)器24。計數(shù)器24產(chǎn)生所接受的脈沖的計數(shù)24A，其中特定的計數(shù)對應著由掃描工具20在X和/或Y方向中所遇到的物體的數(shù)目。這使得本發(fā)明能保持跟蹤在陣列中掃描工具20的位置。該脈沖計數(shù)24A然后耦合到比較器26。該比較器26將該脈沖計數(shù)24A，與產(chǎn)生的預定的數(shù)目進行比較，該預定數(shù)目對應于被定位在陣列的X或Y方向中該特定亞微米物體的位置。當計數(shù)24A等于該預定數(shù)，比較器產(chǎn)生一結(jié)束掃描信號26A，該結(jié)束掃描信號26A結(jié)束載物臺的運動或計數(shù)。應當知道，對該領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，利用計數(shù)器和比較器，對于實現(xiàn)本發(fā)明僅僅是眾多方法中的一個。例如，如果利用一可編程計數(shù)器，可以取消比較器26。這樣的計數(shù)器不需要比較器26，因為它能編程以便對應于陣列中物體位置的預定計數(shù)來計數(shù)。
計數(shù)器24和比較器26最好是用分離的數(shù)字電路或用微處理器中的軟件功能來實現(xiàn)。這將使本發(fā)明的方法能自動地和非可視地定位在陣列中特定的小物體。
該結(jié)束掃描的信號26A然后耦合到用于結(jié)束該掃描的裝置28。在掃描工具20具有手動載物臺的情況下，結(jié)束掃描裝置28可具體為指示裝置，例如燈或蜂鳴器，以便提示操作者停止運動載物臺。而在掃描工具20具有馬達驅(qū)動載物臺的情況下，該結(jié)束掃描裝置28可具體為一開關(guān)電路，以對驅(qū)動載物臺的馬達簡單地切斷電源。如上所述，掃描工具包括手動或馬達驅(qū)動載物臺這二者之一，它能以非常精密和慢的方式移動一陣列。因此，掃描工具20在通過陣列中將被定位的特定物體之前，要給出足夠時間停止掃描工具20。否則，在讀取實際物體之前，可在2或3個物體上轉(zhuǎn)換該光線，或在物體被讀取之前，將載物臺的馬達可短時放慢下來。
參照圖6，圖中所示是根據(jù)本發(fā)明用于定位周期地配置的亞微米物體38的該方法的流程圖。在該方法38中的第一步包含，在掃描工具40的載物臺中一陣列的定位。該陣列被定位在載物臺中，以便該掃描工具開始從陣列中的預定位置掃描。這樣，該陣列中的其它任何物體都從該位置通過在X和/或Y方向上的移動加以定位。
在定位步驟40之后，將該陣列的X和Y的方向與掃描工具42的射束和載物臺運動的X和Y的方向相一致。載物臺和掃描射束的方向可被單獨旋轉(zhuǎn)。對準是必須的，以便當該陣列被掃描時，防止信號或脈沖的丟失。已經(jīng)證實，甚至用手動載物臺，這樣的對準也容易達到，使得在超過幾百微米的距離時，在與掃描方向相垂直方向上的偏差小到足以不丟失信號。
假如自動對準不可靠，利用在X(Y)方向移動載物臺并通過一長距離觀察在Y(X)方向上的偏差來進行對準(手動或馬達驅(qū)動)。然后旋轉(zhuǎn)載物臺，直到在載物臺運動方向的垂直方向觀察不到偏差為止。而在馬達驅(qū)動載物臺中，可通過掃描工具自動完成對準。許多馬達驅(qū)動掃描電子顯微鏡和聚焦離子束儀器具有使物體自動對準掃描線的能力。這些儀器通過利用附加的馬達旋轉(zhuǎn)該載物臺，直到儀器內(nèi)的軟件功能確定陣列已被對準來完成這一切。
在對準步驟42之后，該陣列然后在第一方向44被掃描。通過激發(fā)掃描工具的掃描射束和然后在X和Y的任一方向上移動載物臺來完成這一切。當在陣列的第一方向掃描時，使掃描工具產(chǎn)生對應于由掃描工具遇到的物體的脈沖。
該陣列的結(jié)構(gòu)決定了該陣列的哪一個方向被首先掃描。對具有矩形或方形結(jié)構(gòu)的陣列，首先掃描哪個方向都沒有關(guān)系。
然而，對具有如圖1所示不規(guī)則結(jié)構(gòu)的陣列，首先掃描哪個方向是有關(guān)系的。從圖1看很明顯，為從預定位置16開始定位物體17，被掃描的第一方向必須是X方向。如果將被掃描的第一方向是Y方向，那么掃描工具不會遇到從其中產(chǎn)生脈沖的任何物體。這樣一來，由于沒有可被計數(shù)的脈沖，使得本發(fā)明的方法不能進行。
再參照圖6，當在第一方向44掃描該陣列時，產(chǎn)生的脈沖然后被加以處理46。如前面討論的，過程46包括消除不對應于在陣列中真實的亞微米物體的偽脈沖。該過程46還包括將脈沖轉(zhuǎn)換成矩形信號的濾波。
該過程46進一步包括對馬達驅(qū)動或手動的掃描工具對準的調(diào)節(jié)，以便對載物臺的偏差進行補償，該載物臺要保證該脈沖具有一最大峰值。通過將脈沖幅度與一預定閥值進行比較來完成這一切，和當脈沖幅度降落到該閥值以下時，對在掃描工具中的對準次序進行初始化。該對準次序可以是這樣該掃描線的載物臺垂直于當前計數(shù)方向移動，直到再次達到(隨著載物臺的停止和運動)最大峰值高度為止。
然后將處理的脈沖在步驟48計數(shù)，在步驟48產(chǎn)生指示由掃描工具在該陣列中遇到的物體數(shù)的脈沖計數(shù)。在步驟48計數(shù)期間，所產(chǎn)生的脈沖計數(shù)還同一預定數(shù)相比較，該預定數(shù)對應著在陣列的第一方向該特定物體的位置。比較的步驟50一直繼續(xù)到該脈沖計數(shù)等于該預定數(shù)為止，該預定數(shù)意味著該掃描工具已經(jīng)到達在陣列第一方向中將被定位的該特定物體的位置。
步驟50、52的計數(shù)和比較最好由如以前討論的電子裝置進行。然而，本發(fā)明的方法已經(jīng)通過使用者可視地計數(shù)和比較從該掃描工具的顯示中觀察到的脈沖而成功地實現(xiàn)了。利用Hitachi SEM作為掃描工具已經(jīng)實現(xiàn)了本發(fā)明的論述。
當脈沖計數(shù)等于該預定數(shù)時，在第一方向的掃描在步驟52結(jié)束。在手動載物臺的結(jié)構(gòu)中，該步驟52是通過使用者結(jié)束對與第一方向相關(guān)聯(lián)的微調(diào)旋鈕的調(diào)諧來完成的。在馬達驅(qū)動載物臺中，該步驟52是通過切斷第一方向驅(qū)動載物臺的電機的電源來完成的。
在步驟52，當?shù)谝环较蚪Y(jié)束掃描之后，在步驟54，該掃描工具將在第二方向開始掃描該陣列。該第二方向是，在步驟44在第一方向掃描該陣列時沒有由該掃描工具進行過掃描的該X或Y的任一方向。該步驟54產(chǎn)生對應于由掃描工具在陣列的第二方向所遇到物體的脈沖。該產(chǎn)生的脈沖在步驟56被再次處理，在步驟58被計數(shù)，和然后，在比較步驟60，如在步驟46、48和50以前所描述的那樣進行比較。
在比較步驟60中，將對應于在第二方向遇到的物體計數(shù)的脈沖同一預定數(shù)相比較，該預定數(shù)對應著在陣列第二方向中該特定物體的位置。該比較步驟60一直進行到該脈沖計數(shù)等于相應于第二方向的預定數(shù)為止，這意味著，該掃描工具也已達到在陣列第二方向中該特定物體的位置。在此時，由于在陣列中該特定物體被定位，所以在第二方向上的掃描在步驟62結(jié)束。
本發(fā)明還能結(jié)構(gòu)成取消該結(jié)束掃描步驟62。為了定位在陣列中許多的物體，使本發(fā)明繼續(xù)地掃描。
本發(fā)明已參照最佳實施例進行了描述，應該理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以改變其中的構(gòu)型和細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于對周期地配置亞微米物體的陣列中的特定亞微米物體進行定位的方法，其利用掃描工具以線性圖形方式操作，所述方法包括的步驟有掃描該陣列，用于產(chǎn)生對應于在該陣列中包含的亞微米物體的大量脈沖；和計數(shù)所述大量脈沖，以便定位在該陣列中的該特定物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述掃描工具是從包括有掃描電子顯微鏡，聚焦離子束工具和激光光束的儀器組中選出的一種儀器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，進一步包括，在所述掃描步驟之前，使陣列同掃描工具對準的步驟，以便防止信號的丟失。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，進一步包括，在所述計數(shù)步驟之前，處理所述大量脈沖，以便消除偽脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，通過確定一觸發(fā)脈沖消除所述偽脈沖，在該觸發(fā)脈沖時，被計數(shù)的脈沖才能被接受。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述處理步驟進一步包括，對所述大量脈沖進行濾波，以便將所述大量脈沖轉(zhuǎn)換成矩形信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述處理步驟進一步包括，將所述大量脈沖的幅度與一預定閥值相比較，以便在當所述幅度降落在所述預定閥值以下時，對掃描工具中的對準次序進行初始化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述計數(shù)步驟是用電子裝置完成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述計數(shù)步驟產(chǎn)生一系列的計數(shù)，將該一系列的計數(shù)同一預定數(shù)相比較，以便定位在該陣列中的該特定物體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述掃描是從一預定位置開始的。
11.一種用于對周期地配置亞微米物體的陣列中的特定亞微米物體進行定位的方法，其利用掃描工具以線性圖形方式操作，所述方法包括的步驟有在第一方向掃描該陣列，用于產(chǎn)生對應于在該陣列的所說第一方向的該亞微米物體的大量脈沖；和對所說大量脈沖進行計數(shù)，以便定位該陣列的所說第一方向中的該特定物體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，進一步包括，在所述計數(shù)步驟之后在第二方向上掃描該陣列，用于產(chǎn)生對應于在該陣列的所說第二方向中的亞微米物體的第二大量脈沖；和對所說第二大量脈沖進行計數(shù)，以便定位該陣列的所說第二方向中的該特定物體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述第一方向和所說第二方向是相互垂直的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述掃描工具是從掃描電子顯微鏡，聚焦離子束工具和激光光束所組成的儀器組中選出的一種儀器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，進一步包括，在每個所述計數(shù)步驟之前，對所說大量脈沖和所說第二大量脈沖這二者進行處理，以便消除偽脈沖。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，通過確定一觸發(fā)脈沖，以便使在該觸發(fā)脈沖期間計數(shù)的脈沖才能被接收從而消除偽脈沖。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所述的兩個計數(shù)步驟用電子裝置完成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，兩個所述計數(shù)步驟產(chǎn)生兩個系列脈沖，將預定數(shù)與所述兩個系列脈沖相比較，以便定位該陣列中的特定物體。
19.一種用于對周期地配置亞微米物體的陣列中的特定亞微米物體進行定位的系統(tǒng)，包括一用于掃描該陣列的掃描工具，以便產(chǎn)生對應于該陣列中的亞微米物體的大量脈沖；和用于對所述大量脈沖進行計數(shù)的裝置，以定位該陣列中的特定物體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中，所說掃描工具是從掃描電子顯微鏡，聚焦離子束工具和激光光束組成的儀器組中選出的一種儀器。
全文摘要
一種利用掃描工具對周期地配置相同物體的一陣列中的特定小物體(小至亞微米)進行定位的方法，該方法包括，掃描該陣列，以用于產(chǎn)生對應于該陣列中所包含的這些物體的大量脈沖，然后，計數(shù)該大量脈沖，以便定位該陣列中的該特定物體。
文檔編號G01B15/00GK1165323SQ9710958
公開日1997年11月19日 申請日期1997年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月29日
發(fā)明者厄恩斯特·萊文, 諾伯特·阿諾德, 克勞斯·赫姆勒, 雷納·韋蘭 申請人:西門子公司, 國際商業(yè)機器公司