[發明專利]監測掃描電子顯微鏡的電子束狀態的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210427489.1
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103794451A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 蔡博修;黃怡
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/26
• 分類號: H01J37/26;H01J37/244
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳新

技術領域

本發明涉及掃描電子顯微鏡（Scanning?Electron?Microscope，SEM），尤其涉及監測SEM的電子束狀態的方法和裝置。

背景技術

SEM具有制樣簡單、放大倍數可調范圍寬、圖像的分辨率高、景深大等特點。近年來，SEM在各種領域中具有廣泛的應用。例如，在半導體制造工藝中，SEM可以用來檢查晶圓缺陷，測量關鍵尺寸等。

SEM的工作原理是利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品信息，諸如樣品的表面結構，樣品的物理和化學性質等等。在SEM中，利用電子束系統來產生用于掃描樣品的電子束。電子束系統通常包括電子槍和電磁透鏡系統。電子槍用于產生電子，而電磁透鏡系統包括一系列電磁透鏡，用于匯聚電子槍發射的電子并使電子束聚焦到樣品表面。一般地，希望入射到樣品上的電子束截面盡量小而圓，以獲得高的分辨率并且分辨率在各個方向基本一致。

在實際應用中，由于電子槍狀態的漂移、電磁透鏡系統中各個透鏡的狀態的漂移、樣品臺的機械位置和工作電壓不穩定等因素，會導致入射到樣品表面的電子束狀態不穩定，隨著時間的變化而變化，從而影響成像質量。為簡明起見，在下文中，提到“電子束狀態”時，指的是入射到樣品表面的電子束的狀態。在節點尺寸不斷減小的先進半導體工藝中，SEM的檢查結果對電子束狀態很敏感，該問題尤其突出。針對該問題，現有技術通常采用定期對SEM進行離線校準的方法，即：在SEM工作的過程中，無論電子束狀態如何，均按照預設的固定時間間隔，例如，每隔10～12小時，對SEM進行離線校準。在進行離線校準時，通過對參數已知的一個標準樣品進行測量來對SEM進行校準，以獲得良好的電子束狀態。

發明內容

在實現本發明的過程中，發明人發現上述采用按照固定時間間隔對SEM進行離線校準的方法至少存在以下問題：由于無法在線監測SEM的電子束狀態，因此無法確定SEM何時需要校準，從而無法保證SEM的工作質量。另一方面，若要維持較好的電子束狀態，就需要減小對SEM進行離線校準的時間間隔，然而頻繁的離線校準會降低SEM可掃描樣品的數量，帶來生產率的損失；并且由于每次校準后的電子束狀態可能有一定差別，頻繁的校準還可能引起樣品測量基準的頻繁變化，導致樣品測量結果的一致性較差。

為此，有必要提供一種監測SEM的電子束狀態的方法和裝置，以實現對SEM的電子束狀態的在線監控。

根據本發明的一個實施例，提供一種監測SEM的電子束狀態的方法，所述SEM包括電子槍和電磁透鏡系統；其中，電子槍發出的電子束作為電磁透鏡系統的輸入電子束，經過電磁透鏡系統后作為輸出電子束入射到樣品表面，所述電磁透鏡系統以一組工作參數來表示所述電磁透鏡系統對所述輸入電子束的調整操作。所述方法包括：第一獲取步驟，用于獲取所述輸入電子束的質量參數；第二獲取步驟，用于獲取電磁透鏡系統當前的一組工作參數；計算步驟，用于根據所述輸入電子束的質量參數與所述當前的一組工作參數中的一個或多個工作參數，計算所述輸出電子束的質量參數；以及確定步驟，用于基于所述輸出電子束的質量參數，確定是否要對SEM進行校準。

根據一個實施例，所述輸入電子束的質量參數包括輸入電子束的散射角度、速度、電流大小或其任何組合；并且所述輸出電子束的質量參數包括輸出電子束的直徑、橢圓度、準直程度、或其任何組合。

根據一個實施例，獲取所述輸入電子束的質量參數包括：從電子槍的工作日志中讀取所述輸入電子束的質量參數。

根據一個實施例，獲取電磁透鏡系統當前的一組工作參數包括：從電磁透鏡系統的工作日志中讀取電磁透鏡系統當前的一組工作參數。

根據一個實施例，所述計算步驟包括：利用所述當前的一組工作參數和預先獲得的所述電磁透鏡系統的傳輸函數，計算所述電磁透鏡系統針對所述輸入電子束的傳輸矩陣；以及基于所述輸入電子束的質量參數和所述傳輸矩陣，計算所述輸出電子束的質量參數。

根據一個實施例，所述傳輸函數是一個矩陣，所述矩陣中的每個元素分別是所述一組工作參數中一個或多個工作參數的函數。

根據一個實施例，所述傳輸函數是通過以下操作來計算的：利用所述SEM對一個或多個具有已知標準圖案的樣品進行多次成像，在每次成像時，分別獲取輸入電子束的質量參數和電磁透鏡系統的一組工作參數，并基于所述樣品的成像結果獲得輸出電子束的質量參數；以及基于所述多次成像中分別獲得的輸入電子束的質量參數、電磁透鏡系統的一組工作參數和輸出電子束的質量參數，計算所述傳輸函數。