专利名称：半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法
半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法 技术领域 .
本发明涉及一种半导体光刻工艺线宽测量方法，尤其涉及一种半导体 线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法。该方法适用于任何硅片制
造流程中对线宽测量的扫描电子显微镜(CD SEM)。
背景技术：
扫描电子显微镜(SEM)是用聚焦电子束在试样表而逐点扫描成像。 试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收 电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为5 35keV的电子，以其交义斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的縮小形 成具有一定能量、 一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈 驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束 与试样相互作用，产生二次电子发射(以及其它物理信号)，二次电子发 射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号， 经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管 亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。半导体线宽测量用扫描电 子显微镜，用来显示和测量硅的参考特征线条。 一个基本的校正步骤是 向探测器方向发射电子朿通过硅线条。在探测器处，明暗相间的平行线 条标记出了衍射电子的硅原子列。这些标记可以用来精确的计算参考特 征线条的尺寸，因为图形中线条的数量与晶体中原子的数量相匹配，而
晶体中原子的间距是相同的并且可以溯源于国际长度标准。
目前线宽测量用扫描电子显微镜在使用一段时间后图像质量会变 坏，如变得模糊，散光，离焦后会发生横向偏移等。如图1所示，线宽 测量用扫描电子显微镜在没有准直的情况下，会在离焦后造成图像横向 偏离。如图2所示，线宽测量用扫描电子显微镜在有散光时会造成在偏 离焦距时图像变成类似椭圆的形状。其解决方法是定期对电子光学系统 根据图像的变坏程度进行调整。由于该调整需要人工操作，机器在做调 整时不能做制品，而且由于没有自动监控方法，有时直到偏差很大时才 会报警，影响制品的测量精度，甚至会影响反馈的精度，造成测量误差 的传递。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种半导体线宽测量扫描电子显微 镜的自动镜头校正方法，在不影响生产的同时，对光学系统的较小偏差 进行测量值修正以及自动校准，对光学系统的较大偏差报警，以提高生产 效率及产品的测量精度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体线宽测量扫描电子显微 镜的自动镜头校正方法，通过对产品实际线宽测量过程中，对待测图形在 自动对焦时在不同焦距的图形进行图形质量分析来确定电子光学系统中 的像差，并且根据该像差偏差的严重性做出是否进行测量结果修正，自动 像差调整，或者人工像差调整。
所述的图形质量分析通过以下方式实现:在扫描电子显微镜电脑程序 中加入图形质量分析软件，对有像差的图形解算出像差分量。
所述根据像差偏差的严重性做出是否进行测量结果修正，自动像差调 整，或者人工像差调整通过以下方式实现对像差设定控制标准a.当 像差在轻微范围内时，对测量结果进行修正；b.当像差超出上述轻微范 围，在自动调整范围内时，对系统进行自动像差调整；C.当像差达到严 重程度时，报警，对系统进行人工像差调整。
当像差在轻微范围内时，根据己建立的有轻微像差对线宽测量修正值 的数据库，对测量结果进行修正。
所述的像差包括散光、离焦横向偏移。
对所述散光的确定方法如下在自动对焦时，通过分析记录待测图形 在两个互相垂直方向的最佳焦距差来确定系统的散光是否超过规格。
对所述离焦横向偏移的确定方法如下在自动对焦时，通过分析记录 待测图形在水平方向随焦距的偏移量来确定系统偏移量是否超过规格。
所述数据库的建立方法如下:将线宽测量扫描电子显微镜分别根据上 述散光和离焦横向偏移的确定方法来调整至少2种轻微像差状态，对各种 有代表性的图形，使用有代表性的线宽截取方法或者根据用户要求的线宽 截取方法进行线宽测量；将线宽测量扫描电子显微镜恢复至无像差状态， 对各种有代表性的图形，使用有代表性的线宽截取方法或者根据用户要求 的线宽截取方法进行线宽测量；将两者的差值记录下来，建成数据库。
所述的待测图形是产品上实际测量图形，该待测图形需要在水平的两 个互相垂直方向都具备线宽测量条件。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明在不影响生产的 同时，对光学系统的较小偏差进行测量值修正以及自动校准，对光学系统
的较大偏差报警，以提高生产效率及产品的测量精度，减少测量误差。本 发明在日常流程中自动对焦的步骤中完成，不占用机器工作时间，最大限 度地将机器的最佳性能发挥出来，而又不会出现因为突然的光学系统偏移 或者调整频率不够而导致对制品的影响。
图1是线宽测量扫描电子显微镜在离焦无横向偏移和离焦有横向偏 移情况下图像的对比示意图2是线宽测量扫描电子显微镜在无散光和有散光情况下图像的对 比示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。 本发明半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法主要包 括如下步骤
(1)在每次或者以一定的频度(对线宽测量扫描电子显微镜镜头的 检测频度由使用者根据实际情况在机器软件中设定)对产品测量过程中待 侧图形在自动对焦时在不同焦距的图形进行图形质量分析，根据业界已经
有的方法进行准直(alignment)和散光(astigmatism)进行判断，以确 定系统在准直和散光的偏差。对散光的确定方法如下在自动对焦时，通 过分析记录待测图形在两个互相垂直方向的最佳焦距差来确定系统的散 光是否超过规格。对准直(离焦横向偏移量)的确定方法如下在自动对 焦时，通过分析记录待测图形在水平方向随焦距的偏移量来确定系统偏移 量是否超过规格。上述进行图形质量分析通过如下方式在扫描电子显微
镜电脑程序中加入图形质量分析软件，能够对有像差的图形解算出像差分 量，如散光、离焦横向偏移等。
(2) 建立有轻微准直和散光偏差对线宽测量修正值的数据库(该数 据库是无准直和散光偏差及有轻微偏差之间线宽差别的数据库)。该数据 库的建立方法如下:将线宽测量扫描电子显微镜分别根据上述散光和离焦 横向偏移量的确定方法来调整至少2种轻微像差状态，对各种有代表性的 图形，使用有代表性的线宽截取方法或者根据用户要求的线宽截取方法进 行线宽测量；将线宽测量扫描电子显微镜恢复至无像差状态，对各种有代
表性的图形，使用有代表性的线宽截取方法或者根据用户要求的线宽截取
方法进行线宽测量；将两者的差值记录下来，建成数据库。
(3) 对散光、离焦横向偏移等像差设定控制标准a.仅对数据做测 量修正；b.对系统进行自动调整；c.报警，对系统进行人工调整。如果散 光和离焦后的图形偏移量在轻微范围内，将对线宽测量值做出修正；如果 超出测量值能够修正的范围，在自动调整的范围内时，则对系统进行自动 调整；如散光和离焦达到严重程度时，将报警通知工程技术人员做校准。 而且散光和离焦后的横向偏移量的上述三个标准可以由人工设定。
(4) 判定待测产品线宽结构是否具备在水平面内两个互相垂直方向 线宽测量能力。待测图形是产品上实际测量图形，根据光学原理，待测图 形需要在水平的两个互相垂直方向都具备线宽测量条件。如待测图形是一 维的长的线条或者线条组，其长度超过显微镜的视场范围，或者长度超过 显微镜能够测量的最大值，则此类图形不具备进行散光分析的条件；如待 测图形是一维的长的线条或者线条组，其长度超过显微镜的视场范围，则
此类图形不具备进行离焦时横向偏离测定的条件。
(5) 在测量产品的自动对焦过程中监控机器镜头的散光、离焦横向 偏移量。
(6) 对在自动调整的范围内准直和散光偏差给出调整程序，进行调整。
(7) 对超出自动调整的范围外的准直和散光偏差设定自动报警功能。
(8) 对在轻微准直和散光偏差范围内的线宽测量值根据上述数据库 进行修正。
(9) 如果散光、离焦横向偏移超出正常范围(即上述轻微准直和散 光偏差范围)，但是又没有超出自动调整的范围，根据(6)对镜头做自动 调整，如果超出自动调整的范围，则报警，请工程技术人员处理。
本发明使用的术语"线宽"包含任何图形的尺寸，不局限于对线条的 测量。本发明对测量的产品图形进行分析是与测量同时进行的，并不需要 停止测量程序。
权利要求
1、一种半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法，其特征在于，通过对产品实际线宽测量过程中，对待测图形在自动对焦时在不同焦距的图形进行图形质量分析来确定电子光学系统中的像差，并且根据该像差偏差的严重性做出是否进行测量结果修正，自动像差调整，或者人工像差调整。
2、 根据权利要求l所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法，其特征在于，所述的图形质量分析通过以下方式实现在扫描 电子显微镜电脑程序中加入图形质量分析软件，对有像差的图形解算出像 差分量。
3、 根据权利要求l所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头 校正方法，其特征在于，所述根据像差偏差的严重性做出是否进行测量结 果修正，自动像差调整，或者人工像差调整通过以下方式实现对像差设 定控制标准a.当像差在轻微范围内时，对测量结果进行修正；b.当像 差超出上述轻微范围，在自动调整范围内时，对系统进行自动像差调整； C.当像差达到严重程度时，报警，对系统进行人工像差调整。
4、 根据权利要求3所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头 校正方法，其特征在于，当像差在轻微范围内时，根据已建立的有轻微像 差对线宽测量修正值的数据库，对测量结果进行修正。
5、 根据权利要求l-4任一项所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法，其特征在于，所述的像差包括散光、离焦横向偏移。
6、 根据权利要求5所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头 校正方法，其特征在于，对所述散光的确定方法如下在自动对焦时，通过分析记录待测图形在两个互相垂直方向的最佳焦距差来确定系统的散光 是否超过规格。
7、 根据权利要求5所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头 校正方法，其特征在于，对所述离焦横向偏移的确定方法如下在自动对 焦时，通过分析记录待测图形在水平方向随焦距的偏移量来确定系统偏移 量是否超过规格。
8、 根据权利要求4所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头 校正方法，其特征在于，所述数据库的建立方法如下将线宽测量扫描电 子显微镜分别根据权利要求6和7来调整至少2种轻微像差状态，对各种有 代表性的图形，使用有代表性的线宽截取方法或者根据用户要求的线宽截 取方法进行线宽测量；将线宽测量扫描电子显微镜恢复至无像差状态，对 各种有代表性的图形，使用有代表性的线宽截取方法或者根据用户要求的 线宽截取方法进行线宽测量；将两者的差值记录下来，建成数据库。
9、 根据权利要求l所述的半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头 校正方法，其特征在于，所述的待测图形是产品上实际测量图形，该待测 图形需要在水平的两个互相垂直方向都具备线宽测量条件。
全文摘要
本发明公开了一种半导体线宽测量扫描电子显微镜的自动镜头校正方法，通过对产品实际线宽测量过程中，对待测图形在自动对焦时在不同焦距的图形进行图形质量分析来确定电子光学系统中的像差，并且根据该像差偏差的严重性做出是否进行测量结果修正，自动像差调整，或者人工像差调整。本发明在不影响生产的同时，对光学系统的较小偏差进行测量值修正以及自动校准，对光学系统的较大偏差报警，以提高生产效率及产品的测量精度。
文档编号G02B21/00GK101387832SQ200710094080
公开日2009年3月18日 申请日期2007年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者强 伍, 璐 沈, 郭利花 申请人:上海华虹Nec电子有限公司