专利名称：使用参考结构元件测定结构元件的横断面特征的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种量测系统和方法，用来测量诸如但不局限于半导体芯片光罩等测量对象的次微米元件的特征，例如线、接触垫、沟槽等。
背景技术：
集成电路是包含多层结构的非常复杂的部件。每一层可能包括导电性材料、绝缘材料，同时其它层可能包括半导体材料。多种材料会根据集成电路所预期具有的功能设计而被安排成多种图案。这些图案亦反映出集成电路的制造过程。
集成电路透过复杂的多阶制造过程来生产。在此多阶制造过程中，阻抗材料(resistive material)是(i)被沉积于一基板/膜层上；(ii)以光微影制成进行曝光；(iii)进行呈像以产生一图案，其定义出后续将被蚀刻的区域。
在制程中的连续生产步骤之间会加入各种用于检测集成电路的量测、检查和故障分析技术，这些检测技术可于制造步骤中进行(也称为“线上”检测技术)或于制造步骤结束后进行(也称为“离线”检测技术)。多种光学及荷电粒子束检测工具及检视技术(review tool)已被运用，如加利福尼亚州圣塔克莱拉市的应用材料公司的VeraSEMTM、ComplussTM、SEMVisionTM等。
制程上的缺陷可能影响集成电路的电气特性。这些缺陷可能是因该些图案中要求的尺寸发生非预期偏差所造成。“临界尺寸(critical dimension，CD)”通常是指一图案化线路的宽度、两图案化线路之间的距离或诸如接触垫等类似元件的宽度。
进行量测的其一目的是为了判断该些被检目标是否具有临界尺寸偏差。通常利用能提供测量上述偏差所需的高分辨率的荷电粒子束成像技术来执行检测步骤。
典型的被测元件为一条具有两相对侧壁的线。对该线的底部宽度的测量包括测量其顶部宽度和该等侧壁的宽度。
只利用顶视图来进行结构元件线路的临界尺寸的测量(其中扫描该线路的电子束与该基板垂直)可能导致失败的结果，尤其当其中一个侧壁具有负的侧壁角度时，该侧壁的上端会遮蔽住该侧壁的下端。
为了处理上述测量上不精确的问题，是引入一种能使一电子束电子倾斜的CD-SEM工具。应用材料公司的NanoSem 3D为一全自动的CD-SEM工具，其具有一种允许扫描电子束作电子倾斜和机械倾斜的柱状物，以从多个多个方向以各种倾斜角度来扫描该芯片表面。
临界尺寸测量包括利用多种倾斜电子束来照设一测试对象，并处理所侦测到的波形来定义出临界尺寸。
然而，多重测量有一些缺点。首先，多重测量会降低该检测系统的检测效率(throughput)，尤其是当测量过程包括改变扫描电子束的倾斜度时。这样的改变可能需要经过高斯函数降阶阶段(de-Gauess stage)及电子束稳定阶段。多重测量的另一个缺点是由于被测结构元件的退化(例如收缩和碳化)，以及被测结构元件被赋予不想要的电荷。
由于诸如制程变化、测量不精确等各种原因，该整个被测对象上的该些结构元件高度和相应的被测高度是有所不同。为了决定该被测结构元件的结构高度，需要以两个不同的倾斜角度执行至少两次对上述元件的测量。通常借着反应整个被测对象上的结构元件的多个多重高度测量值，可估计出该结构元件的高度。该估计值可能与高度测量误差相关联，或与能影响临界尺寸测量的估计误差有关。
发明内容
本发明提供多种扫描机制(scanning schemes)，其能选择性的减少测定元件横断面特征需要的测量次数。
本发明提供高精确度的精确测量横断面特征的方法和系统，且无需知道该结构元件的高度。
本发明提供用多种能以较少扫描和测量次数来测量结构元件的整个横断面的方法和系统。
本发明提供一种测定一具有次微米横断面的被测元件一横断面特征的方法。该横断面是由一位在一第一及第二断面间的中间面所定义。上述方法包括一第一步骤，其是扫描至少一参考结构元件的一部分及该被测结构元件的一部分，以决定该至少一参考结构元件与该被测元件间的一种或多种关系。该第一扫描步骤的后为多个额外的扫描步骤。根据本发明一实施例，至少一额外扫描步骤是必要的。根据本发明的其它实施例，可选择增加更多额外扫描步骤，该等步骤的执行可能为了满足诸如与前次扫描结果有关的不确定性等多种条件。该不确定性可能与被测元件一横断面的一部分的倾斜度或方向有关，及/或与被测元件的一横断面宽度和扫描该面的电子束宽度间的关系相关。该等条件亦能反映出测量所需的信噪比(signal tonoise ratio)、测量精确度以及该测量对象地形的选择或更替。
若执行额外的扫描，则可以决定出额外关系。且通常会在不同的扫描状态执行该等扫描。
根据本发明的一方面，是提供一种或多种参考结构元件。如果多参考结构元件被提供给元件作为与电子相互作用的结果，其可以被置于一被测元件的两侧，但并非必要。
本发明提供一种用以测定一具有次微米横断面的结构元件的一横断面特征的系统，该横断面是由一位在一第一及第二断面间的中间面所定义，该系统包一种引导一电子朝向一被测对象的工具；至少一探测器用以侦测从电子束发散出的电子；以及一处理器，其与该至少一探测器连接。该系统能在一种或多种倾斜状下执行至少一测量，以测定在一个或多个结构元件与一被测结构元件的多个部分间的一种或多种关系。至少两种关系有助于决定该横断面特征。
为了更了解本发明并知道如何实施的，是配合附图式来描述本发明非作为限制目的的较佳实施例。
第1a图为根据本发明一实施例的临界尺寸扫描式电子显微镜的示意图。
第1b图为根据本发明另一实施例的物镜透视图。
第2a-2b图为多种线路及参考结构元件的示意图。
第3a-3c图为波形示意图，该等波形显示出一相对宽的正向断面、一相对窄的断面及一负向断面。
第4图为根据本发明一实施例的用来决定具有一次微米横断面的结构元件边缘的方法流程图。
第5-9图所示为用来决定一具有次微米横断面的被测结构元件的横断面特征的方法流程图，该横断面是由一位在一第一及第二断面间的中间面所定义。
具体实施例方式
一典型的CD-SEM(临界尺寸扫描式电子显微镜)包括一用以产生电子束的电子枪、多个偏转及倾斜单元与多个距焦透镜，其可在一特定的倾斜条件下，以一电子束对一样本进行扫描，同时减少各种偏差和错位(misalignment)。诸如该样本与该电子束间相互作用结果后所产生被忽略的二次电子等电子会被一探测器所吸引，而该探测器会提供探测信号以由一处理单元进行处理。该探测信号可用于决定该样本的多种特征及形成该被测样本的影像。
本发明可由多种CD-SEM执行，该等CD-SEM可能在各部分的数量及安排上有所不同。例如偏转单元的数量可能不同，且每个单元的结构也各异。CD-SEM可能包括多个位于透镜内或位于透镜外的探测器，或两种探测方式的结合。
第1a图为一临界尺寸扫描式电子显微镜(CD-SEM)的方块示意图。CD-SEM 100包括一电子枪103，该电子枪发射一电子束101，其被一阳极104所集中(extracted)。物镜112将该电子束聚焦在一样本表面105a上。该电子束利用一扫描偏转单元102在该样本上扫描。通过该等扫描偏转单元108至111分别使该电子束对齐孔径(aperture)106或达到一期望的光轴。可使用静电盘(charged plate)或一静电探测器与线圈的组合物的形式的静电模块来作为偏转单元线圈(deflection unit coils)。
透镜内探测器(in-lens detector)16能以相对较低的能量(3到50eV)从多个角度探测从该样本105上脱出的二次电子。可利用诸如与光电倍增管或其类似物连接的闪烁器等形式的探测器来执行测量从样本处散播出来的微粒或二次微粒的动作。因为测量信号的方法不影响整个发明思想，其不会被理解为限制本发明。需要注意的是该CD-SEM可能包括至少一额外的或选择性的透镜外探测器(out-of lens detector)。
探测信号由一处理单元所处理，该处理单元有图像处理能力，能多种方式来处理该等探测信号，且该处理单元可能是控制器33的一部分，但并非绝对。一典型的处理方法包括产生一种能反映探测信号振幅相对扫描方向的波形。该波形进一步被处理，以决定至少一边缘的位置以及被测结构元件的其它横断面特征。
该系统中的不同部分连接至相对应的供电单元(如高电压供电单元21)，该等供电单元为多个控制单元所控制，然，为了简化说明，故将大多数的该等供电单元从图中省略。该等控制单元决定了供应至每一特定部分的电流及电压。
该CD-SEM 100包括一双偏转系统(double deflection system)，该双偏转系统包括偏转单元110及111。因此，在该第一偏转单元110中所引入的电子束倾斜可以在该第二偏转单元111内被修正。由于该双偏转系统作用的缘故，而能在无须导入与光轴相关的电子束倾斜的情况下，使该电子束在某一方向上发生偏转。
第1b图为根据本发明另一实施例所作的物镜120的透视图。第1b图中该倾斜偏转的动作是在物镜下方(下游方向)完成。该物镜120与物镜102不同，其具有一位于物镜与样本间且安排成四极式的极片(pole-piece)，用以控制电子束的倾斜状态。该等极片与一环状物及一核心电性连接，该核心带有附加的线圈(未显示)，以聚集介于该等极片间的空间中的磁通量，而使电子束穿越其中。
现代的CD-SEM能以奈米级的精确度来测量具有次微米尺寸的横断面的元件。随着制程和检测过程不断改进，预计该等横断面的尺寸在未来会更小。
横断面的各种特征有其重要性。该等特征可能包括，例如横断面形状、横断面的一个或多个部位的形状、该横断面的该些部位的高度、宽度和/或角度方向以及该等横断面的多个部位间的关系。该等特征可反映典型值(typical value)及最大值和最小值。一般来说，一线路底部的宽度具有重要性，但并非绝对，因此其它的特征也可能具有重要性。
第2a图为线210与诸如突块250等参考结构元件的透视图及横断面图。该线210有一横断面230，其包括一顶面234，两实质相对的断面(traversesection)222、226(其分别对应该线210的顶部214及两侧壁212、216)。该断面222、226都是以实质反向的角度作正向配置，因此，线210的底部不会被顶部214所遮蔽。
该突块250远小于该线210，且具有至少一点实质上位在与该第一及第二断面232、236的较低点233及237相同的平面上。该突块250是配置成可以被用来扫描该第一断面的电子束及扫描该第二断面的电子束所检测到。计算该突块250的位置，特别是该突块高度(通常远小于线210的高度)与突块250和线210间距离的关系，以使两种电子束均能检视到该突块250。该距离能反应该扫描电子束的最大倾斜角。根据定律，突块250与线210之间的距离必须大于Hmax×Tangents(Amax)的值，其中Hmax为线210的最大高度，Amax为扫描电子束的最大倾斜角。
发明人发现到，可使用荷电电子束(charged electron beam)与一对象作用而根据碳化现象来较快地制造出一突块。例如，发明人可在少于一分钟的时间内制造出一条长0.5微米的碳化线。借着利用一相对较低电流的电子束(如20，50，100pA等)多次扫描一对象(如扫描10至15次)来产生突块的方法，可获得非常好的突块制造效果。发明人亦发现可借着使用不同的加速电压来获得该等突块，其中，使用200V加速电压的效果优于使用500V或1000V加速电压的效果。更长的突块通常需要增加扫描次数。需要注意的是，突块的精确度能反映临界尺寸测量值的精确度。发明人发现到增加的错差少于1奈米，且使用多个突块并平均根据所有突块所得到结果能改善测量的精确度。
第2b图所示为另一线210′的横断面230′，该线210′有一顶部234、一呈正方向配置的第一断面232以及一呈负方向配置的第二断面236。第2b图亦显示出常规上所谓的正向角、负向角及零角。线210′的底部CD为D2-D1。
在某些实施方式中，一线可能置于一第一及第二参考结构元件之间，例如位于类似于突块250的两突块间。该等参考结构元件之间的距离可借着对所述参考结构元件执行多扫描而加以测量。
发明人发现到利用分置于该被测结构元件的相对两侧的参考结构元件来进行测量在各种实施方式中都是有用的，例如当使用单个结构元件无法被扫描被测元件两侧的电子束所检视时，在该被测结构元件的相对两侧分别置有参考结构元件便是有利的。此种情况会发生在当其它元件安置在距离该被测结构元件很近的位置处时，该等其它元件会遮蔽住该等参考结构元件。
因此，在一个由多条线210所构成的密集数组中，多个参考结构元件(例如突块250)可被置于每一对线210之间。
在本发明的其它实施方式中，多个参考结构元件被安置在邻近于一被测结构元件的位置中，以允许该被测结构元件与多个参考结构元件间的关系的多重测量，且允许对该些多重关系进行统计处理以提供更好的结果。上述统计处理可以平均掉或减少单次测量的误差及不精确。而其原因可能是由于整体信噪比增加的缘故。在某些实施方式中，由多个结构元件(例如，类似突块250)所构成的数组被置于一线(例如，类似线210)的一第一侧。而在另一些实施方式中，由多个参考结构元件所构成的数组可能被置于一被测结构元件的两侧。一线的底部CD则反应于根据该些结构元件所测量而得的多个距离。
需要注意的是，尽管上述讨论涉及线状的被测结构元件和参考结构元件，该方法和系统可被应用于量测诸如接触垫、凹口等多种元件的横断面特征(例如顶部CD、底部CD、最大CD等)。该等参考结构元件可能有他种形状。
第3a-3c图为波形250-252的示意图，该些波形分别代表一相对较宽且正向配置的断面，一相对较窄的断面及一负向配置的断面。如第3a-3c图所见，与陡峭侧壁有关的波形部分，以及该负向配置的侧壁相对较窄且与扫描电子束的宽度相呼应。
第4图所示为一种用来量测一断面位置的方法400。当通过一电子束扫描一个诸如一线路等元件而获得一波形时，可能获得该波形的一部分的微分值(derivative)。例如，用于提供断面测量估计值的波形可能包括三点微分值。而中间点具有最大的微分值。该中间点位于分别具有较低微分值的一上方点及一下方点之间。发明人所使用的上方点的微分值约为最大微分值的80％，且所使用的下方点的微分值约为最大微分值的30％，但亦可使用其它微分值的点。一断面的线性估计是在上方点及下方点之间。该线性估计与一高度门槛值(height threshold)之间的交点提供一断面的定位点(location point)。发明人利用波形410的最大高度的35％作为门槛值，但是亦可使用其它值来作为门槛值。
请参阅第4图，方法400的起始步骤470是获取一波形，所述波形代表一扫描电子束与一元件相互作用所产生的探测信号。
步骤470的后为步骤472，在步骤472是计算出至少三点第一点为最大微分值(maximal derivative value)，而上方点及下方点则为预先定义的微分值。
步骤472的后为步骤474，步骤474是根据一高度门槛值与介于上方点及下方点间的线段的交叉点来决定出该定位点。
根据本发明的一实施例，一参考结构元件及一断面之间的关系实际上是该参考结构元件的一特定点与该断面的一定位点之间的关系。该参考结构元件的该特定点可能亦为一定位点。
需要注意的是，波形410上诸如上方点、中间点及下方点等点或其它点可以用于决定一断面与一参考结构元件之间的关系。
第5图为方法500的流程图，该方法500是用于量测一具有次微米横断面的被测元件的一横断面特征，该横断面是由一位于一第一断面及一第二断面间的中间面所定义。
方法500是用来测量一结构元件的一特征。该被测结构元件为一被测对象的一部分，被测对象可如一芯片晶圆，一晶块(die)或一晶粒(dice)。如果适当的参考结构元件不是安置于被测元件的邻近处，可借着诸如聚焦式离子束(FIB)方法、电子束甚至激光等用来增加或移除材料的先前技术来加入该些参考结构元件。施行这些方法亦可能需利用已知技术来预先供应或注入气体或等离子体(plasma)。执行一部分的上述技术的系统为加利福尼亚州圣塔克莱拉市的应用材料公司的SEMVision G2 FIB设备。
方法500的起始步骤520是以一第一倾斜状态来扫描一参考结构元件的一第一部分，及至少扫描该被测结构元件的第一断面，以决定该参考结构元件与该第一断面之间的一第一关系。
为方便起见，该第一关系该参考结构元件的一特定点与该第一断面的一第一边缘间的距离。如第2a-2f图所示，方法500能反应一被测结构元件与单个参考结构元件间的关系(如第2a图所示)，但亦能反应该被测结构元件与多个参考结构元件之间的多种额外关系(如第2e或2f图所示)。
为方便起见，该被测元件的底部及该参考结构元件的特定点定实质上位在相同的平面。通常该参考结构元件的高度，尤其是特定参考点的高度，比被测元件的高度小很多。
需要注意的是，本发明可适用于其它形状或尺寸的元件。参考结构元件的高度可通过基本的几何公式来加以计算，以补偿该被测结构元件底部与该参考结构元件间的高度差。
步骤520的后是步骤530，步骤530是以一第二倾斜状态扫描一参考结构元件的一第二部分以及至少扫描该被测元件的一第二断面，以决定该参考结构元件与该第二断面间的一第二关系。
步骤530的后是步骤540，步骤540是根据该第一及第二关系来决定该被测结构元件的一横断面特征。
根据本发明的另一实施方式，如果在步骤520至530中决定出一个或多个额外的关系，则步骤540是进一步根据该等额外关系的至少其中一者作出决定。
需要注意的是，在一倾斜状态时，该电子束可能根据一与被测对象垂直的假定平面来作倾斜。该倾斜角可能是正角或负角。根据本发明一实施例，在第一倾斜状态期间，该电子束以一正向角度倾斜，在第二倾斜状态期间，电子束以一负向角度倾斜。
根据本发明的另一实施方式，在第一倾斜状态期间，该电子束以一负角度倾斜，并且在第二倾斜状态期间，该电子束以一正角度倾斜。
根据本发明一实施例，在该第一或第二倾斜状态期间，该电子束的倾斜角度实质上为零度。
需要注意的是，诸如15度或更大的大倾斜角，可以利用如应用材料公司的NanoSem 3D或VERASem等习知设备来获得。
第6图为方法600的流程图，该方法600是用来量测一具有次微米横断面的被测元件的一横断面特征，该横断面是由一位在一第一断面及第二断面间的中间面所定义。
方法600是始于步骤620，其以一第一倾斜状态来扫描一参考结构元件的一第一部分，及至少扫描该被测结构元件的第一断面，以决定该参考结构元件与该第一断面间的一第一关系。
步骤620的后为询问步骤625，用以决定是否需要执行一额外扫描步骤。如果答案为是，则方法600继续执行步骤630，否则执行步骤640。
步骤625的决定可能依据多种参数，如被测元件的顶部、底部、最大或最小宽度、一断面的估计或测量方向及/或一断面的估计或测量宽度等，但不局限于这些参数。该估计步骤可能包括处理多个探测信号、比较来自于其它结构元件的多个探测信号等等。该比较可能包括晶粒与晶粒之间的比较、晶粒到数据库数据的比较以及其它类似的比较方法等。
如果怀疑一断面或两断面过于陡峭(例如超过一门槛陡峭度)，或为负方向时，则需要一额外扫描步骤。该方向可由扫描该被测结构元件的信号探测期间所获得的波形来加以预测。陡峭的断面及配置成负向位的断面与特定的波形有所关联。发明人已发现如果一断面的宽度完全等于电子束的宽度则该断面不清晰(suspected)。发明人亦发现将所得到的波形与已记录的已知元件波形做比较可能有所帮助。
步骤630包括以一第二倾斜状态来扫描一参考结构元件的一第二部分，以及至少扫描该被测结构元件的第二断面，以决定该参考结构元件与该第二断面间的一第二关系。
步骤630的后为步骤640，步骤640是根据至少该第一关系决定该被测元件的横断面特征。
根据本发明的另一实施方式，如果在步骤620至630中决定出一个或多个额外的关系，则步骤640进一步根据该等额外关系中的至少一个来作出决定。
第7图为方法700的流程图，该方法700是用以量测一具有次微米横断面的被测元件的横断面特征，该横断面由一位在一第一断面及第二断面间的中间面所定义。
方法700始于步骤720，步骤720以一第一倾斜状态来扫描一第一参考结构元件的至少一点，以及至少扫描该被测结构元件的第一断面，以决定该第一参考结构元件与该第一断面间的一第一关系。
步骤720的后为步骤730，步骤730是以一第二倾斜状态扫描一第二参考结构元件的至少一点，以及至少扫描该被测元件的一第二断面，以决定该第二参考结构元件与该第二断面间的一第二关系。
步骤730的后为步骤740，步骤740是根据该第一关系及该第二关系来决定该被测元件的横断面特征。
根据本发明一实施例，该被测元件被安置于该第一参考结构元件与该第二参考结构元件之间。
该第一参考结构元件与该第二参考结构元件之间的关系(通常为距离或高度差)必需被测量或估计。在该关系测量中的误差可能影响对该横断面的测量。
步骤700可能包括一预备步骤，以估计或接受该参考关系(referencerelation)，但亦可能包括用来测量该参考关系的步骤710。该测量可能在测量被测对象以外的地方进行，因而可能会发生各种污染和碳化作用。但收缩作用(shrinkage effect)并不会影响对被测元件的测量。
步骤710可能包括一次或多次扫描包含该第一及第二参考结构元件的第一点与第二点以及该被测元件的区域。步骤710可能亦包括避免电子束照射该被测结构元件，其可借着当电子束将要照射到该被测结构元件时熄灭电子束来达成。
第8图为方法800的流程图，该方法800是用来量测一具有次微米横断面的被测元件的横断面特征，该横断面由一位在一第一断面及第二断面间的中间面所定义。
方法800始于步骤820，步骤820是以一第一倾斜状态来扫描一参考结构元件的一部分，以及至少扫描该被测元件的第一断面及第二断面，以决定该参考结构元件与该至少一扫描过的断面间的至少一关系。在此步骤中，该电子束实质垂直于该包含有被测结构元件的被测对象。
步骤820的后为询问步骤825，用来决定是否需要执行一额外扫描步骤，以决定该参考结构元件与最少一断面间的一额外关系。如果答案为是，则方法800继续执行步骤830，否则执行步骤840。该决定可能反应于一断面的估计宽度、一断面的估计方向以及被该测元件的估计横断面特征等等。
步骤830包括执行至少一额外扫描步骤。为方便起见，步骤830的倾斜状态不同于步骤820中的第一倾斜状态。
步骤840包括根据该至少一关系来决定该被测元件的一横断面特征。
第9图为方法900的流程图，该方法900用来量测一具有次微米横断面的被测元件的横断面特征，该横断面由一位在一第一断面及第二断面间的中间面所定义。
方法900始于步骤920，其是以一第一倾斜状态来扫描一组参考结构元件的第一部分，以及至少扫描该被测结构元件的第一断面，以决定该等参考结构元件与该第一断面间的第一组关系。
步骤920的后为步骤930，步骤930是以一第二倾斜状态扫描一组参考结构元件的第二部分，以及至少扫描该被测结构元件的第二断面，以决定该等参考结构元件与该第二断面间的第二组关系。
步骤930的后为步骤940，步骤940是根据该第一组关系及该第二组关系来决定该被测元件的横断面特征。步骤940可能包括统计处理该第一组关系，以提供一第一关系。步骤940亦可能包括统计处理该第二组关系以提供一第二关系。
根据本发明的另一实施例，方法900可能包括一询问步骤925，用以决定除了执行步骤920以外，是否需要执行多个额外扫描步骤。除步骤920外，并决定是否需要步骤930(或者甚至需要多个额外的扫描步骤)。
需要注意的是，该中间面在一突起的结构元件中可能是一顶面，并可能从每一个扫描步骤来判别。更需注意到的是，当第一及第二断面决定的后，便能够决定该被测元件的横断面以及上述断面的任何特征(例如顶部CD、底部CD、最大CD等)。一典型的横断面特征为一断面的水平投影。在倾斜角相对较小的情况下，可假设该倾斜角度几乎等于该角的正切值(Tangent)。
需要注意的是，可为了诸如达到统计噪声(statistical noise)等原因而重复执行一部分的测量及该结构元件的额外倾斜扫描步骤(用相同的或不同的倾斜角度)。因此，即使已知或已估计出该被测结构元件的高度，或是已测量过某一横断面特征，方法400及方法500可能包括对一个或多个横断面特征的多个测量。
本发明可通过传统的工具、方法及元件来执行。因此这些工具、方法及元件的细节便不在此作详细说明。为提供对于本发明的彻底理解，已于前述说明中举出诸如典型线路的断面形状、偏转单元的数量等多种特定细节。然而，必需了解的是，上述该些特别列出的细节并非是实施本发明的唯一手段。
本发明的示范性实施例及其示范性用途是已显示并描述于本文中。然需明白的是，可在不偏离文中所述的本发明概念范围下，本发明可应用于其它多种组合设备或环境中。
权利要求
1.一种测定具有次微米横断面的被测结构元件横断面特征的方法，其中该横断面是由位于第一断面及第二断面之间的中间面所定义，该方法包括步骤以第一倾斜状态扫描参考结构元件的一第一部分与该被测结构元件的至少第一断面，以测定该参考结构元件与该第一断面间的第一关系；以第二倾斜状态扫描参考结构元件的第二部分与该被测结构元件的至少第二断面，以测定该参考结构元件与该第二断面间的第二关系；以及根据该第一关系及该第二关系来决定该被测结构元件的横断面特征。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一关系为该参考结构元件的一特定点与该第一断面的第一边缘间的距离。
3.如权利要求2所述的方法，其中该被测结构元件的第一边缘及该参考结构元件的特定点定位在相同平面上。
4.如权利要求1所述的方法，其中该参考结构元件的特定点的高度远小于该被测结构元件的高度。
5.如权利要求1所述的方法，更包括预备步骤，以在该被测结构元件的附近产生该参考结构元件。
6.如权利要求1所述的方法，其中在该第一倾斜状态期间，该含有该被测结构元件的被测对象与一用来扫描该被测元件的电子束间所定义出的一测量角基本上为九十度。
7.如权利要求1所述的方法，其中至少一额外结构元件被提供于该参考结构元件的附近，且其中该扫描步骤更包括扫描该至少一额外结构元件，以提供该至少一额外参考结构元件与该被测元件的一断面间的至少一额外关系。
8.如权利要求7所述的方法，其中该决定步骤更根据该至少一额外关系。
9.一种测定具有次微米横断面的被测元件横断面特征的方法，该横断面是由位于一第一断面及第二断面间的中间面所定义，该方法包括步骤以第一倾斜状态扫描一参考结构元件的第一部分及该被测结构元件的至少第一断面，以测定该参考结构元件与该第一断面间的第一关系，以及判断是否执行额外扫描；根据该是否执行额外扫描的判断，以第二倾斜状态扫描一参考结构元件的第二部分及该被测结构元件的至少第二断面，以测定该参考结构元件与该第二断面间的第二关系；以及至少根据该第一关系来决定该被测元件的横断面特征。
10.如权利要求9所述的方法，其中是根据该第一断面的特征来执行该第二扫描步骤。
11.如权利要求9所述的方法，其中该特征为该第一断面的估计宽度或估计方向(orientation)。
12.如权利要求11所述的方法，其中该估计方向是通过比较扫描该第一断面所得到的探测信号与至少扫描另一已知宽度的断面所得到的探测信号。
13.如权利要求9所述的方法，其中至少一额外结构元件被提供至该参考结构元件的附近，其中该扫描步骤更包括扫描该至少一额外结构元件，以提供在至少一额外参考结构元件与该被测结构元件的一断面间的至少一额外关系。
14.如权利要求13所述的方法，其中该决定步骤更根据该至少一额外关系。
15.一种决定具有次微米横断面的被测结构元件的横断面特征的方法，其中所述横断面是由位于第一断面及第二断面间的中间面所定义，该方法包括步骤以第一倾斜状态扫描第一参考结构元件的至少第一点及该被测结构元件的至少第一断面，以决定该第一参考结构元件与该第一断面间的第一关系；以第二倾斜状态扫描第二参考结构元件的至少第二点及该被测结构元件的至少第二断面，以决定该第二参考结构元件与该第二断面间的第二关系；以及根据该第一及第二关系来决定该被测结构元件的横断面特征。
16.如权利要求15所述的方法，其中该被测结构元件置于该第一及第二参考结构元件之间。
17.如权利要求15所述的方法，更包括测量该第一点及第二点之间的距离。
18.如权利要求17所述的方法，其中该被测结构元件置于该第一及第二参考结构元件之间，且测量距离的步骤包括至少扫描一次该第一点与第二点以及该被测结构元件。
19.如权利要求18所述的方法，其中该至少一次的扫描包括避免该电子束照射该被测结构元件。
20.如权利要求15所述的方法，其中该结构元件为线，其具有一顶部及两相对的侧壁。
21.如权利要求15所述的方法，其中该结构元件为一接触垫。
22.如权利要求15所述的方法，其中该结构元件为一凹口。
23.如权利要求15所述的方法，其中至少一额外结构元件被提供至该参考结构元件的附近，其中该扫描步骤更包括扫描至少一额外结构元件，以提供该至少一额外参考结构元件与该被测元件的一断面间的至少一额外关系。
24.如权利要求23所述的方法，其中该决定步骤更根据该至少一额外关系。
25.一种决定具有次微米横断面的被测结构元件的横断面特征的方法，其中该横断面由位于第一断面及第二断面间的中间面所定义，该方法包括步骤以第一倾斜状态扫描一参考结构元件的一部分及该被测结构元件的至少第一断面及第二断面，以决定该参考结构元件与该至少一被扫描断面间的至少一关系，以决定是否需要额外扫描；根据该决定来执行多个额外扫描步骤；其中所述额外扫描中至少一个的倾斜状态与该第一扫描的倾斜状态不同；以及根据该至少一关系决定该被测结构元件的横断面特征。
26.如权利要求25所述的方法，其中该扫描步骤包括用一基本上垂直于被测对象的电子束来进行扫描，该被测对象包含有该被测结构元件。
27.如权利要求25所述的方法，其中该决定是否执行额外扫描的步骤是根据断面的估计宽度所做。
28.如权利要求25所述的方法，其中该决定是否执行额外扫描的步骤是根据断面的估计方向所做。
29.如权利要求25所述的方法，其中该决定是否执行额外扫描的步骤是根据该被测结构元件的估计横断面特征所做。
30.如权利要求25所述的方法，其中该决定是否执行额外扫描的步骤是根据一门槛值与该被测结构元件的一估计横断面特征间的一关系所做出。
31.如权利要求30所述的方法，其中该门槛值为该被测结构元件的最大宽度。
32.如权利要求30所述的方法，其中该门槛值为该被测元件的最小宽度。
33.如权利要求25所述的方法，其中用以决定该第一关系的一额外扫描步骤包括在第一倾斜状态扫描第一参考结构元件的至少一第一点以及至少该被测结构元件的第一断面。
34.如权利要求25所述的方法，其中用以决定该第二关系的额外扫描步骤包括在第二倾斜状态扫描该参考结构元件的至少一点以及至少该被测结构元件的第一断面。
35.如权利要求25所述的方法，其中至少一额外元件被提供至该参考结构元件的附近，其中该等扫描步骤更包括扫描该至少一额外元件，以提供在该至少一额外参考结构元件与该被测结构元件的断面间的至少一额外关系。
36.如权利要求35所述的方法，其中该决定步骤更根据该至少一额外关系来做出。
37.一种决定具有次微米横断面的被测结构元件的横断面特征的方法，其中该横断面由位于第一断面及第二断面间的中间面所定义，该方法包括步骤以第一倾斜状态扫描一组参考结构元件的第一部分及该被测结构元件的至少第一断面，以决定该等参考结构元件与该第一断面间的第一组关系；以第二倾斜状态扫描一组参考结构元件的第二部分及该被测结构元件的至少一第二断面，以决定该等参考结构元件与该第二断面间的第二组关系；根据该第一组关系及该第二组关系来决定该被测结构元件的横断面特征。
38.如权利要求37所述的方法，其中该决定步骤包括统计处理该第一组关系以提供第一关系。
39.如权利要求37所述的方法，其中该决定步骤包括统计组里该第二组关系以提供第二关系。
40.如权利要求37所述的方法，其中该组参考结构元件置于该被测结构元件的两侧。
41.如权利要求37所述的方法，其中该组参考结构元件置于该被测结构元件的一侧。
42.一种测定具有次微米横断面的被测元件的横断面特征的系统，其中该横断面由位于第一断面及第二断面间的中间面所定义，该系统包括一种引导一电子束朝向一被测对象的工具，而以第一倾斜状态扫描参考结构元件的第一部分以及该被测元件的至少第一断面，并以第二倾斜状态扫描参考结构元件的第二部分以及该被测元件的至少第二断面；至少一探测器，其被安置成用以探测该结构元件与该电子束相互作用后所脱出的电子；以及处理器，其与该至少一探测器及该引导工具相连接，以处理来自该至少一探测器的探测信号并执行决定该参考结构元件与该第一断面间的第一关系；决定该参考结构元件与该第二断面间的第二关系；以及根据该第一及第二关系决定该被测结构元件的横断面特征。
43.如权利要求1所述的系统，其中该第一关系根据在第一倾斜状态下的扫描所决定，该第二关系根据在第二倾斜状态下的扫描所决定。
44.如权利要求43所述的系统，其中该处理器能根据该被测结构元件与多个额外参考结构元件间的额外关系来决定所述横断面特征。
45.一种测定具有次微米横断面的被测结构元件的横断面特征的系统，其中该横断面由位于第一断面及第二断面间的中间面所定义，该系统包括一种引导一电子束朝朝向一被测对象的工具，而以第一倾斜状态扫描参考结构元件的第一部分以及该被测结构元件的至少第一断面，并根据处理器的决定来决定是否执行第二扫描，该第二扫描是以第二倾斜状态扫描参考结构元件的第二部分以及该被测结构元件的至少第二断面；至少一探测器，其被安置成用以探测该结构元件与该电子束相互作用后所脱出的电子；以及处理器，其与该至少一探测器及该引导工具相连接，以处理来自该至少一探测器的探测信号并执行决定该参考结构元件与该第一断面间的第一关系；决定是否执行额外扫描；如果需要第二扫描时，决定该参考结构元件与该第二断面间的第二关系；以及只少根据该第一关系决定该被测结构元件的横断面特征。
全文摘要
本发明涉及一种系统和方法，其用于测定具有次微米横断面的被测元件的横断面特征，该横断面是由位于第一断面(first traverse section)及第二断面(first traverse section)之间的中间面(intermediate section)所定义。该方法的第一步骤是以第一倾斜状态扫描一参考结构元件的第一部分及被测元件的至少第一断面，用以决定该参考结构元件与该第一断面之间的第一关系。第二步骤是以第二倾斜状态扫描参考结构元件的第二部分，及扫描被测元件的至少第二断面，用以决定该参考结构元件与该第二断面之间的第二关系。第三步骤为根据该第一及第二关系决定该被测元件的横断面特征。
文档编号G01R31/305GK1849497SQ200480025993
公开日2006年10月18日 申请日期2004年7月12日 优先权日2003年7月11日
发明者Z·罗森伯格, O·梅纳德瓦, A·丹 申请人:应用材料以色列公司