对准带电颗粒束列的方法与装置的制作方法

专利名称：对准带电颗粒束列的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明一般涉及带电颗粒列，并特别涉及产生使带电颗粒束列对准的图象的方法和设备。更具体来说，本发明涉及带电颗粒束的自动对准与象差的自动校正。
本发明的背景如微电子、微力学及生物技术等技术在工业中对于构成和探测纳米尺度内的样品有很高的需求。在这样小的尺度上，常常使用电子束进行探测和构造，这些电子束在如电子显微镜或电子束图案产生器等带电颗粒束装置中产生和聚焦。带电颗粒束由于它们的短的波长，提供了很高的例如其可与光子束相比空间分辨率。
然而由于带电颗粒束固有的象差和失准导致分辨率降低，例如基于小于0.01nm的波长能够到达的空间分辨率受到限制。
例如，在扫描电子显微镜(SEM)中，束聚焦于尺寸10nm或更小的小圆点。束在整个样品上扫描。从而获得的图象的分辨率由束在采样面的平面上中的直径限制。
束的直径可能由象差限制，例如与束的对准无关但与电子束能量变化相关的色差。进而，有由成象透镜的非零孔产生的螺旋象差。然而，象差可能变得更差，或甚至可能由束相对于各成象元素的光轴失准引入。这样，优化分辨率从而成象质量最重要的参数之一，是光列的对准。由于高的空间分辨率要求很小的允差，束相对于各光学元件对准必须按一种规则进行。
通常带电颗粒束列对准需要由操作者进行。从而，操作者基于被测量的图象调节施加到对准校正装置的各信号。这过程的一个缺陷是其依赖于操作者的判断。这样，引起不同的操作者的不精确性和变化。进而，人工调节费时，特别是对于需要高的系统处理量的在线监视系统尤为不利。
在文献US 5,627,373中，描述了一种方法，用于在扫描电子显微镜中向物镜轴自动对准电子束轴。从而，测量物镜聚焦范围第一点和第二点处的样品图象。对于每一图象产生显微镜视野内直边位置的指示信号。在从两个信号检测到一图象转移并自动调节对准之后，该过程在一正交方向重复。完整的操作序列迭代重复，直到由于失准出现的象移小于预定的阈值。
进而，在文献US 5,627,373中提出用于自动校正扫描电子显微镜中电子束散光的一种方法。对于散光的校正，围绕整个样品周围在30°区间对边界部分采样。依据样品之中清晰度指示信号识别束失真轴。失真沿这一轴被调节并在迭代中改进。
文献US 6,025,600提出一种方法，用于计算和校正带电颗粒束系统中的散光误差。在带电颗粒系统物镜设置的单个扫描期间收集图象。分析图象特征不同的指向，诸如斑点靶中的线。作为物镜设置的函数获得最佳清晰度或最好的焦距值。通过取与不同图象特征指向相关的最优清晰度值的线性组合，计算对散光校正器设置的适当变化。
在文献US 6,067,167中，描述了用于实现诸如扫描电子显微镜等电子光学装置中实现电子光学系统自动调节的一种方案，其中存储了通过电子光学装置由于改变物镜折射率在顺序调节聚焦点顺序获得的规定数目的图象。计算采样图象的移动量。从而，基于计算的移动量判断调节是否必须，并如果需要则进行调节。进而，公开了在诸如扫描显微镜等电子光学装置的带电颗粒束光学系统中实现散光校正的一种方案。
然而，特别是当考虑在线监视系统或在线束写入器时，存在着涉及带电颗粒束列对准的进一步的问题，及先有技术中出现的改进需要进一步的完善。
本发明的概述本发明是要克服某些以上的问题。改根据本发明的一种方式，提供了如独立的权利要求1中规定的用于图象快速产生以对准带电颗粒束列的方法，以及如独立权利要求32中规定的带电颗粒束装置。
从从属权利要求，说明和附图，本发明进一步的优点，特性，方式和细节是明显的。
根据本发明，其优点是基于快速和有效的自动列对准。因而，即使对于每一晶片或晶片的每一侧，带电颗粒束也能对准。这样，能够克服与先有技术相关的以下缺陷。例如，在先有技术中，各失准的迭代调节是被提示的。因而，即使对于带电颗粒束的自动调节，调节系统的操作者的行为是被模仿的。操作者迭代过程的这种模仿可把对准的次数改进到某种程度，但是调节带电颗粒系统所需要的时间仍将在5到10秒钟的范围。由于先有技术中声称要通过改变物镜的电流而改变焦距，因而这特别是如此。然而物镜常常以磁或磁静电透镜的形式装设。这样，线圈的自感应阻碍了焦距的快速变化，并因而限定了调节带电颗粒束所需时间的进一步改进。
根据本发明进一步的方式，提供了一种产生图象的方法，用来自动优化带电颗粒列成象质量。这一方法包括步骤通过对带电颗粒束电位的影响的变化在物镜内引入象差，从而获得焦距的变化；以及在束散焦期间产生一组图象。
如以上提及，通过引入象差使用对束能的电位影响使带电颗粒束散焦，使能够降低对准的时间。在本发明的场合引入象差将理解为改变改变象差。这样，基于象差引入的变化而改变焦距长度。
最好包括基于测量的图象位移测量由使带电颗粒束相对于光轴散焦和对准引起的图象的平移的步骤。
最好根据本发明执行进一步的一个步骤。估计图象组的清晰度以获得对应于理想焦距的束能量。这样，通过把束能量设置为理想值能够自动调节相对于样品表面的焦距。
进而，最好估计图象组相对于至少两个不同方向的清晰度，以获得用于校正束失真的象散校正装置的至少一个校正信号，并校正束失真。
根据以上两个优点，能够使用图象组以一组已经成象的图象调节优化成象质量的几个参数。这样除了测量时间之外考虑用于计算的某些时间在内，带电颗粒束能够在大约0.5到1秒钟内对准。因而，对于每一晶片的每一点能够易于进行自动聚焦，及至少对于光轴的自动对准，这样能够获得稳定的成象条件。
根据本发明的一种优选方式，带电颗粒相对于光轴移动的灵敏度至少进行一次校准，从而该校准基于在校准期间产生的至少一组图象的图象移动。
进而，最好对校正带电颗粒束的束失真的灵敏度进行至少一次校准，从而校准基于校准期间产生的至少一组图象清晰度的估计。
对准束对于光轴的位置及校正束失真的所有过程最好在两个方向进行。更好是在两个方向独立地使用这些过程。据此，两个方向最好基本上是正交的或成45°角度。
根据本发明进一步的一种方式，提供了用于自动产生图象以使带电颗粒束列对准的方法，该方法包括步骤通过带电颗粒束能的变化引入象差，从而获得焦距的变化；产生一组图象，同时改变带电颗粒束能；在至少两个方向估计图象组的清晰度；以及向一象散校正装置施加一校正信号，使其校正束失真。
根据本发明进一步的一种方式，提供了用于自动产生图象以使带电颗粒束列对准的方法，该方法包括步骤通过带电颗粒束能的变化引入象差，从而获得焦距的变化；产生一组图象，同时改变带电颗粒束能；测量图象的移动；以及基于测量的图象的移动校正带电颗粒束对于光轴的位置。
根据本发明进一步的一种方式，提供了用于自动使一带电颗粒束对准带电颗粒束列光轴的方法，该方法包括步骤通过电位影响物镜内带电颗粒束能的变化引入一象差，从而获得焦距的变化；在样品上扫描带电颗粒束以产生一组图象，同时改变带电颗粒束的能；测量图象组的至少两个不同的图象之间的图象移动；基于图象移动计算一校正信号；并施加校正信号到偏转单元，使得束与光轴对准。
本发明还在于一种设备，用于执行所公开的方法并包括用于执行每一所述方法步骤的设备部件。这些方法步骤可通过硬组件，通过适当的软件编程的计算机。通过两者或任何其它方式的组合执行。此外，本发明还在于通过其操作所述设备的方法。其包括用于执行设备的每一功能的方法步骤。
附图的简要说明本发明以上指出的某些与其它更多的细节方面将在以下的说明中描述，并具体参照附图解释，其中

图1示出适于执行本发明各种方式的带电颗粒束装置的一框图；图2a和2b示出孔对准的原理；其表示失准的束如何引入产生的图象的平移；图3示出散光的原理；图4示出对于组成八极象散校正装置的两个方向的两个四极象散校正装置的框图；图5a和5b示出用于估计图象清晰度的两斜坡分析的原理；图6示出根据本发明的过程的流程图。
优选实施例的详细说明首先，业内专业人员应当看到，本发明能够用于任何带电颗粒装置。然而为了方便，将对于其在扫描电子显微镜(SEM)中的实现描述本发明。业内专业人员还将可看到，所有这里有关电压和电位的讨论都是指相对的而不是绝对关系。例如，通过连接阴极到“接地”并向样品施加3Kv加速束等价于向阴极施加负3Kv并放置样品到接地。因而，在为了方便某些讨论是借助于特定的电压提供的，应当理解，基准是相对的电位。
图1中简化示出一电子显微镜的框图。电子显微镜100包括发射电子束101的一电子枪103，电子束由阳极104抽取。物镜112使电子束聚焦在样品表面105a。为了从整个视野获得一图象，使用扫描偏转单元102在整个样品上扫描束。束分别对于孔106或光轴113的对准能够通过偏转单元108到111实现。作为偏转单元线圈，可使用带电板形式的静电模块或线圈与静电偏转器的组合。通过使用检测器16检测反向散射的或二次电子，并使被检测的信号与电子束扫描同步，在扫描电子显微镜内形成一图象。这样在测量期间，通过产生测量数据而产生一个图象或一个或几个帧。一般来说，数据至少存储在一中间或缓冲存储器中，以便在进一步的步骤中被估计。图象还可存储在任何适当的存储装置上，以便在几个或所有的图象已产生之后被估计。适当的存储装置例如可以是硬盘，永久性存储装置或RAM。
对于样品的研究或对于图象的形成很重要的二次产物是二次电子，它们从样品105以各种角度带有相对低的能量(3到50eV)逃逸出来。这些二次电子到达检测器16并被检测。通过在整个样品105上扫描电子束101并显示/记录检测器16的输出，形成样品105a的表面图象。
设备的不同部件连接到对应的供给单元，即高压供给单元21，枪对准检测控制单元22，孔对准检测控制单元23，扫描线圈供给单元27，物镜供给单元24，象散校正装置控制(与电流供给)单元28，样品电压供给单元25，及平台供给单元26，它们由参数调节单元31控制。参数调节单元31与标准设置单元35及分析和/或同步化控制单元32连接，其向参数调节单元31提供基本参数集。
在本申请书内，短语“带电颗粒束列”是指其中必须使带电颗粒束对准的所有类型的装置。这可以是电子显微镜，电子束写器或使用离子对应的装置。本申请书中所说的孔可以是束定义孔或被引入以分开不同真空腔的孔。然而短语孔最好是指带电颗粒束列最终的孔。如果例如在一特定实施例中未另外提及，束偏转场与束偏转单元理解为静电的，磁的或磁静电的。这种单元可以偏压板、线圈或它们的组合的形式实现。来自样品散射的或二次微粒的测量能够使用以连接到光电倍增器等闪烁器的形式的检测器进行。由于测量信号的方式一般不影响本发明的想法，这不应当理解为对本发明的限制。
进而本申请书中，帧这一字用作为带电颗粒束装置视野的单个的扫描。从而，获得图象。然而一般来说，一个图象例如能够通过对一个以上的帧求平均获得。此外，滤波器功能等可用来获得最终的图象。
此外，在本申请书中，改变带电颗粒束的能量包括带电颗粒束列内影响物镜内带电颗粒速度的所有电位，或带电颗粒撞击样品的能量的改变。这样，枪内的加速电压可被改变。但也可以通过改变影响物镜焦距性质的任何其它的电位，诸如孔电位，样品电位或束推动电位等改变束的能量。在本申请书中，类似于如从操作者支持的对准所知，用于使用透镜电流的周期散焦的短语，束的能量的改变还称为“摆动”或“摇摆”。
进而，本申请书中要理解的是短语“估计”还指一种算法的计算，例如其通常通过一计算机。
从而，孔对准偏转单元110和111用来使电子束101对准光轴113。由于孔可选地机械移动使电子束101对准光轴，故使用短语“孔对准”。对于本申请书中所述的实施例，使用两个偏转单元110和111。在第一偏转单元110中引入的束倾斜能够在第二偏转单元111被校正。由于这一双偏转系统，电子束能够在一个方向被移动而不引入电子束对于光轴的束倾斜。这样，能够移动束到光上。图1对于一个方向示出这一偏转系统。如图1中所示，电子束对于x-方向被移动到光轴。
本发明应被理解作为二维束移动对于电子束与光轴对准。这样，其优点是上述的对准在第二方向进行。调节两个方向x和y，使电子束对准光轴。这第二方向应当至少不同于第一方向。第二方向最好与第一方向正交。这样，在x-方向对准的过程最好也在y-方向进行。由于两个方向的独立性，只要不考虑束倾斜，对准步骤能够彼此独立进行。为了在y-方向对准，第三和第四对准偏转单元最好这样配置，使得能够实现第二方向对应的偏转。
使用图1所示电子显微镜100对准电子束101的一个实施例对于图2a和2b描述。物镜112使电子束101聚焦在样品上。电子束101已事先由孔与聚光透镜形成。由于物镜112主要负责达到限制分辨率的最终点的大小，束必须精确对准物镜。一般来说，物镜确定了一光轴。
对于图2a能够更好地理解束是否精确对准的原理。在左侧，描绘出一电子束101a，其对于光轴113对称对准。在有意引起散焦的情形下，焦距在垂直方向向样品面的平面移动。如果在散焦期间进行测量获得的各图象印记将如下。图象的特征将在聚焦和失焦下描绘。然而，图象将不被平移，因为电子束101a的焦距只在垂直于样品表面的方向变化。将经过图象或对应的图象画面的模糊。基于将在以下更为详细描述的清晰度的估计，能够计算出给出最佳成象结果的焦距。
另一方面，如果是不能很好对准，如在图2a右手侧对于电子束101B所示，焦距不仅在垂直于样品表面的方向移动，而且进而在平行于表面的方向移动。这样对于连续的图象，除了图象或画面的模糊之外，还经过图象的平移/移动。这进一步在图2b中示出。一个在视野501内很好聚焦的图象画面502对应于图5a中的聚焦状态503b。如果实现对503b的散焦，则图象画面相对于视野移动，并由于散焦而模糊。这样，例如将可看到类似于502b的图象画面。另一方面，对于根据503c的聚焦，如图502c所示图象画面在相反方向平移。除了模糊之外又获得这一平移。
根据本发明，引起图象平移的散焦通过束能量的变化，这就是说通过影响物镜内电子束能量的任何电位的变化获得。根据一个实施例，束能量的这一变化使用电子枪103的加速电压施加。用于加速电压的电源必须在零到数百，数千乃至数万伏特之间提供稳定的电压。加速电压的变化，就是说调节的范围，在零与数百伏特之间。对加速电压给出的一个标准是稳定性。由于更困难的是提供能够以10Hz直到数百Hz或1kHz调节的稳定的电源，最好对高达数10Kv的电压提供稳定的电源，并提供数百伏特调节范围第二电源。这样，能够提供稳定的加速电压的调节。
然而如已经提及，第一孔对准偏转单元110不是向光轴113移动束，而是使束偏转，从而引入束倾斜。就是说，例如束对于光轴的角度由于偏转而改变。这一束偏转至少部分地由第二孔对准偏转单元111补偿。第二孔对准偏转单元111最好使束以与第一孔对准偏转单元相同的角度在相反方向倾斜。例如通过有两个相同的偏转单元并电连接它们使得有相同绝对值的偏转场有相反方向，这就能够实现。然而，本发明不限于相同的第一和第二孔对准偏转单元110和111。为施加到偏转单元相同信号偏转角度的差异也可通过校正因子等平衡。
根据本发明，聚焦和散焦的实现是通过电子束101能量的变化，就是说通过影响物镜112内束的能量的电位变化，并从而在物镜内引入的象差。这优于使用物镜电流散焦。从而焦距的变化不限于由透镜内自感应。进而，物镜内不会出现磁滞。
与特定的实施例无关，一般可以说，对于本发明不同的方式，所产生的图象组最好包括至少20个图象；所产生的图象组最好包括至少80个图象。这样对不同聚焦位置成象性能的判断能够更精确地进行。
一个进一步的实施例使用产生的图象或帧，分别校正电子束101的失真。电子束例如由于物镜中的散光从其理想的圆形截面偏离。这一散光可通过象散校正装置补偿。在散光的描述中，措辞x-或y-方向的使用不一定意味着两个方向彼此正交。但是如果涉及散光的校正，则最好认为x-和y-方向彼此转动45°。当参照图3和图4时，能够更好地理解散光对准的原理。
在散光发生的情形下，由于第一图象平面803中的焦距不同于第二图象平面805中的焦距811，点状的物体801不能理想地被成象。这样，如果找到最佳焦距807的点，则必须作出折衷。为此，在最佳焦距点的图象808有放大的直径。在散焦的情形下，点状的带电颗粒束的图象将不再是圆形的，而将是椭圆的。椭圆的指向依赖于图象平面将位于最佳焦距807之前还是之后。此外，如果图象失焦，则由第一和第二图象平面定义的两个方向中的分辨率将彼此不同。
在电子束设备中，通过象散校正装置校正束的失真。这在每当进行任何对准时进行，因为散光的变化依赖于电子束列内电子束101的对准。从而在x-方向的失真由于线圈902组而被校正。线圈组组合以四极的形式排布。一般来说，线圈用来形成四极。然而也可使用行为与静电板的组合。为了在与x-方向无关的方向进行校正，最好使用第二四极排布作为线圈组903。这样，通过这样形成的八极排布能够在每一方向校正束的失真。然而，也能够只使用四极象散校正装置，其能够被转动而被调节到束101失真的指向。如图4所示，束不一定通过象散校正装置的中心901。进而，如果向线圈施加电流，则还能产生电场驱动电子束101的移动。由此的含义将在以下谈及。
一般来说，以斜坡的形式影响物镜内束的能量的电位的变化，最好能够用来通过影响束能量的电位的初始值、振幅和分辨率定义斜坡。因而，影响物镜内束能量的电位的分辨率，最好通过定义帧的总数或通过定义斜坡的振幅被优化。这样，在自动斜坡产生不能生成充分的结果的情形下，能够自动产生充分的斜坡。充分的斜坡应被理解为允许自动对准过程的斜坡。影响束能量的电位的分辨率理解为两个相继帧的电位差。
一般来说，涉及斜坡形式所有值的变化，应当考虑以下情形。例如最好以斜坡的形式施加影响物镜内束能量电位变化，并在一个斜坡周期期间产生各帧。这种斜坡最好是线性的或具有阶梯状形式。这样，能够实现影响束能量的电位变化与图象产生的同步化。此外，这种同步化最好用来对在对应的图象状态产生的各帧求平均。
对于以上，图象组最好以一种获得准连续图象移动的方式产生。更好是图象组两个图象之间的图象移动小于10个象素，最好小于5个象素，更好小于2个象素。这样，例如分别用于测量图象或图象画面平移的优选算法将更为精确，并进而图象处理程序将更少出错。用于测量图象移动的这些优选的算法基于图象处理。最好使用模式跟踪，特别是递归模式识别测量图象移动。
根据一实施例，在影响物镜内电子束的束能量的电位之一的变化，从而引入束散焦最好以斜坡的形式施加。该变化最好在对应于样品表面的焦距长度左右变化。如图5b所示的这种斜坡，由斜坡906的振幅和斜坡905的初始值定义。由于如图5b的该斜坡具有固定的第一导数，束的能量的变化与帧/图象的产生的同步化被简化。斜坡的持续时间在0.5秒与1秒之间。在这一时间内产生45到90或更多的帧。例如如果施加3个TV-模式，大约每11ms可产生一个新的帧。由于同步化所至，能够使每一帧和各帧号码907与束能量匹配。另一方面，能够使束能量与焦点对于样品表面的距离相关。由于散焦量或电子束束能量这样指定有帧号码，可进行以下呈现几个对准过程和校正。
这样与特定的实施例无关，如果散焦取1秒钟或更少则最好，最好如果取0.5秒或更少。因而，与技术状态比较，总的对准时间可降低5到10因子。
以斜坡形式定义束能量的变化具有进一步的优点。对于几个特性分析在一个斜坡周期期间产生的不同的帧。从而，目的是最佳帧能量值。一般来说，对于任何特性的最佳帧能量值将是一个极端的值。在不能观察到极端值的情形下，斜坡可能需要被继续。电子束能量以进一步的斜坡形式这种继续通过使用振幅和初始值定义斜坡被简化。
根据一个实施例，能够获得与优化的焦距相关的束能量。这样，在一个斜坡周期期间进行的测量可用于自动聚焦系统。从而，获得的图象的清晰度由以下过程之一估计。
首先，能够计算相继的帧或包括各图象画面的相继的帧特定区域之间的相关性。对于强散焦将出现模糊。这样，有许多统计分布的噪声。这导致分别在两个相继帧或相继帧区域之间小的相关。在小散焦的情形下，将几乎没有任何模糊。就是说，在其它事情之中，由于电子束具有所谓DOF(焦距的深度)这样的事实，在束传播方向最佳焦距附近的长度，在该方向束直径没有明显变化。这样，两个相继帧将显示较小的统计噪声并接近恒等。因而，相关将很大。从相关性，能够直接推导所谓聚焦标志。这样，相关性或聚焦标志分别越高，则束在样品上聚焦越好。以上描述的估计可被自动化。这产生利用种自动聚焦程序。然而，实际上有某些问题有克服。例如，图象有可能从图象组内一个成象帧向下一个成象帧移动。以下将更为详细讨论的这一平移干扰了基于相关性的清晰度正确的估计。如果图象平移小于2或3个象素，这一影响可以忽略。对于超过2或3个象素的移动，图象移动必须被校正。这样，上述过程能够通过图象平移的测量而改进。参见以下，能够使用模式识别工具检测图象或图象画面的移动。只要知道画面的移动，就可对计算相关性之前计算的移动校正图象。这样，能够提高按以上定义的聚焦标志的可靠性。
其次，能够使用清晰度的统计估计。从而，对于对比度能够估计的不仅是图象的各画面，而且是整个视野。这样作是通过计算导出图象的直方图进行的。为了获得与图象的任何指向无关的清晰度，可使用在x-和y-方向的方向导数的平均值。这一估计基于这样的假设，即较小模糊的图象在所有类型图象画面的边缘显示出更大的对比度。进而对于边缘的对比度，噪声将分布到直方图。从以上能够预期，直方图将显示出与噪声相关的一区域，以及与图象画面边缘对比度相关的一区域。在由于良好的聚焦而有较好对比度的情形下，与边缘对比度相关的区域如果与具有较小对比度的模糊图象相比将更明确。以上描述的行为能够用于估计清晰度，并再次获得聚焦标志。由于整个图象是统计估计的，只要有被估计的足够的图象画面随机分布到整个样品，视野的移动能够被忽略。进而，对于第一导数的直方图，就是说清晰的边缘数目，能够被正规化为各帧的平均对比度。
作为一例，该系统节省了90个图象帧。这时图象处理器计算每5个相继图象帧的平均，并分别在两个方向计算清晰度得分。这样，每一方向有18个得分。这样对于本发明，对于每一方向至少两个清晰度得分必须用来基于清晰度得分计算校正信号，然而更好是，对于每一方向有至少10个清晰度得分用于该计算。
本发明应当被理解为对于清晰度估计，而不是限于以上两个例子。任何进一步的清晰度估计程序可用于本发明。
如以上提及和先前参照图2a和2b描述，根据进一步的实施例，在影响束能量的电位变化的情形下，电子束对于光轴的失准导致图象在相继帧之间的移动，获得电子束对于样品表面的散焦。这一图象移动与例如加速电压的依赖性表显示出几乎是线性的行为。如果已知观察的图象移动，则能够基于校准对准束与光轴。
从而，能够根据以下测量图象的移动。产生的帧被发送到帧获取器(grabber)并馈送到图象处理器。图象处理器选择图象的一个或多个特性。从而，选择具有高对比度和对于视野不同指向的边缘。模式识别算法遵循图象的特性，并计算图象特性在相继帧之间移动的象素数。一般来说，能够使用如对模板图象的相关性得分、分类、神经网络或其它模式识别程序等几个可能性之一进行模式识别。另一选项是使用基于递归的模式跟踪。由于相继图象之间的移动一般限于一个视图的象素，递归模式识别是有利的。如果从帧号码k到帧号码k+1的移动在图象的每一方向例如小于10个象素，则模式跟踪程序的可靠性能够增加。作为进一步的一个选项，可比较各帧特性的相关性与一个初始帧的特性。这种初始帧可以是有最佳聚焦标志的帧。在各别帧对于初始帧一定的阈值以下的不良相关性的情形下，可从进一步的计算删除该各别帧。这样，能够避免表现出太大模糊的图象将降低计算的精确性。其结果是，能够获得产生的图象组的每一图象的移动。
为了能够使电子束与光轴非迭代对准，必须使用校准。这种校准可在制造期间一次进行。然而，为了增加精确度，最好基于一种规则更新校准。校准更新之间的时间区间主要依赖于SEM使用的操作和环境条件。例如校准的更新可每月进行一次。
孔对准，就是说电子束对于光轴对准的灵敏度校准如下进行。首先，尽可能人工对准SEM。从而，在前者校准存在的情形下，可通过使用老的校准的自动对准帮助操作者。下一步骤是计算至少两次，最好四次。从而，每次故意引入束的已知的确切的失准。然后，分别对于每一失准，在施加电子束的束能量已知的变化时，产生一组校准帧。例如这通过对加速电压建模进行。图象处理器分析图象组，并对每一已知的失准观察的移动用作为基准测量。基于束能量已知的变化，已知的失准和测量的图象移动，能够分别对于x-和y-方向基准系统的灵敏度。例如使用线性的，多项式回归模型或任何其它适当的函数计算用于校准的因子。从而，在拟合程序中可使用最小二乘拟合或最小化绝对值拟合曲线。最好使用线性校准函数用于校准。
使用校准，能够获得函数，根据以下在一调节步骤中用于必须施加到对准偏转单元以使束对准的信号I
Ix(new)=Ix(present)+Cx,sensΔx---Cx,sens=ΔIxΔx]]>Iy(new)=Iy(peesent)+Cy,sensΔy---Cy,sens=ΔIyΔy]]>其中Cx(y)，sens是来自校准的灵敏度因子，Δx和Δy是在各方向图象的移动。
如果对于原来的对准，出现束在任意方向对于光轴的倾斜，以上的方程式可被扩张。没有被校正的小的束倾斜可与在x-方向对准偏转单元独立地导致在y-方向的移动，并反之也然。这样以上的方程式将被读取Ix(new)=Ix(present)+Cx,sensΔx+Cxy,sensΔy---Cxy,sens=ΔIxΔy]]>Iy(new)=Iy(peesent)+Cy,sensΔy+Cyx,sensΔx---Cyx,sens=ΔIyΔx]]>为了基于延迟或甚至在晶片不同点每一更新测量之前使电子束对于光轴对准，能够对于束移动分析束能量变化期间产生的图象组。从从较早校准的灵敏度因子Ci，sens，能够校准必须对于x-方向施加到孔对准偏转单元110和111的信号Ix(新)，以及必须对于y-方向施加到进一步的孔对准偏转单元110和111的信号Iy(新)。这样，能够对准电子束101而无需任何对光轴的迭代。然而，由于图象移动Δx和Δy对信号校正的独立性的线性对于每一大的失准可能不真，能够可选地进行进一步的对准步骤。
一般来说，与特定的实施例无关，其适用于由于上述的校准，迭代调节在操作者进行时不必被模仿。因此，其本身不必有任何迭代。这样，能够获得带电颗粒列的快速调节。进而，如果仍然进行迭代，则能够以较少的迭代步骤获得较高精确性。进而，最好对于不同的配置校准带电颗粒束装置。从而，能够获得更精确的校准，因为能够考虑受到任何类型装置参数影响的校正。
进而，能够一般来说带电颗粒束对于光轴的位置最好通过移动孔获得。更好是带电颗粒束对于光轴的位置的校正通过偏转带电颗粒束获得。这样，束能够自动对准带电颗粒装置的光轴。
进而，与特定的实施例无关，以下适用于当在单个的偏转单元中偏转一带电颗粒束时，束被附加地倾斜。从而，影响带电颗粒束对准的两自由度彼此耦合。由于这一耦合所至，使束的对准复杂化。为了避免这一点，以上方法最好使用第二偏转单元重新定向指向原始方向的束。更好是使束以一种方式指向以便沿其原始方向传播。
根据进一步的实施例，在束能量变化期间产生的图象组能够用来估计束失真。这样，使用上述参照图4的象散校正装置能够校正物镜的对准。
如以上对于图3所述，散光导致焦距离开样品表面向一与方向有关的图象模糊移动。如图3所示，对于不同聚焦位置的束截面变化到具有特定指向的椭圆。可与上述的清晰度估计比较，如果对图象组的各图象(至少两个图象)的清晰度作指向相关的分析，则可估计散光的强度和指向。
根据以下算法之一可规定清晰度的指向。这些算法基于对于自动聚焦的上述清晰度估计。比较相继的帧，能够比较具有不同指向边缘的不同画面。由于有散光的束的椭圆形状，彼此正交的方向的清晰度将有变化。这样，将在至少两个正交的指向方向清晰度。然而如果在四个以45°转动的指向分析清晰度，则是有利的。通过聚焦标志的差对两个不同聚焦量检测散光的强度。在一阶导数直方图用于清晰度估计的情形下，可对于必须研究的指向计算一阶导数。又必须估计至少两个正交指向。然而最好是估计以45°转动的四个指向。
必须施加到象散校正装置的电流的校准可类似于对准过程的校准计算。在一第一逼近中，可假设对于各指向从散焦量必须施加电流的线性相关。对于一个指向的散焦量可借助于数值聚焦标志定义。从而，对于一个指向近似聚焦标志fm。具有不同ΔVacc的两个帧的聚焦标志的差是对于散光量的度量。进而，从图3可见，两个正交的方向彼此相关。这样，如上所述，x-和y-方向可彼此转动角度45°。从使用线性回归的校准，可获得根据以下的函数IxS(new)=IxS(present)+Ax,sensΔx+Axy,sensΔy---Axy,sens=ΔIxΔy]]>IyS(new)=IyS(present)+Ay,sensΔy+Ayx,sensΔx---Ayx,sens=ΔIyΔx]]>在校准期间规定了灵敏度因子Ax，y，sens。然后以上的方程式可在对准期间用来对x-散校正装置902和y-散校正装置903校正象散校正装置电流。
总结以上，根据本发明的几个方式和实施例，在例如以斜坡形式或任何其它熟知的方式，改变加速电压或任何影响电子束能量的电位时，能够产生一组图象。这种测量将需要1秒钟或更少，最好取半秒钟或更少。图象组将有足够大的图象数目，例如大于20个图象。从指向产生的图象，能够计算一种自动聚焦程序，即电子束对于光轴的对准和对于电子束列对准的校正。所需的计算能够使用另一1/2秒。但是，远小于2秒的时间内，可进行孔对准和散光校正。这时间是比用于先有技术带电颗粒列对准方法对准时间快几倍的几个因子。这样，根据本发明的方法能够在晶片每一点测量之前用于列的调节。因而，能够在长时间周期获得高度精确的测量，即使晶片可能表现出强的表面拓扑结构。
根据某些实施例的方法流程图示于图6。从SEM的工作站，就是说各用户接口，操作者使用或不使用摇摆或自动摇摆校准开始自动聚焦程序，参见步骤601。参见602，聚焦管理器软件向显微镜电子箱(MEC)及图象处理(IP)计算机，发送设置参数(参见604)及图象参数(参见605)。MEC对于加速电压斜坡向VBEAM单元发送参数(参见605)。VBEAM单元负责根据其输入参数产生电子束能量的线性斜坡。彼此平行，IP和VBEAM开始它们的操作且图象信号由IP获取。从而，获得有束能量斜坡影响的图象组。IP根据上述实施例的各方式分析产生的帧。在自动聚焦失败的情形下向工作站发送一出错。例如可能的出错可以是低于一定阈值的聚焦标志。这将指示成象质量的严重问题。进一步可能的例子可以是对于不能充分区分的宽范围束能量的聚焦标志。进而，IP 606计算图象在x-和y-方向图象移动的记录。在如视野内边缘数不足或帧对比度不足或其它失败状态的情形下，还向工作站发送一失败状态。如果对准过程的估计成功，则x和y的记录，即各图象移动被发送到工作站。工作站计算新的聚焦(束能量)以及向MEC孔对准偏转单元的值。另一方面，MEC对列提供了各值。
这样，能够在小于2秒钟内调节系统的自动聚焦和孔对准。能够在图6的过程引入束失真进一步的估计，而几乎无需消耗任何时间，因为不需要任何额外的测量。
权利要求
1.用于自动产生图象使带电颗粒束列对准的一种方法，包括步骤a)通过带电颗粒束能量的变化引入象差，从而获得焦距的变化；b)产生一组图象，同时改变带电颗粒束的能量。
2.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤c1)估计图象组的清晰度；以及c2)失真束的能量使其对应于一理想的焦距。
3.根据以上任何权利要求的方法，还包括以下步骤d1)至少在两个不同的方向估计图象组的清晰度；以及d2)向象散校正装置施加一校正信号使其校正束分失真。
4.根据权利要求3的方法，其中至少在四个不同的方向估计图象组的清晰度。
5.根据权利要求4的方法，其中至少四个不同的方向彼此相对旋转45°。
6.根据以上任何权利要求的方法，其中进行象散校正装置的校准。
7.根据权利要求6的方法，其中使用线性校准函数校准象散校正装置。
8.根据以上任何权利要求的方法，还包括以下步骤e1)测量图象移动；以及e2)基于测量的图象移动校正带电颗粒束对于光轴的位置。
9.根据权利要求8的方法，其中进行偏转单元的校准。
10.根据权利要求9的方法，其中使用线性校准函数校准偏转单元。
11.根据任何权利要求8到10的方法，其中产生图象组以获得准连续图象移动。
12.根据任何权利要求8到11的方法，其中图象组的两个相继图象之间的图象移动小于10个象素，最好小于5个象素，更好小于2个象素。
13.根据任何权利要求8到12的方法，其中使用模式跟踪测量图象移动。
14.根据任何权利要求8到13的方法，其中使用递归模式识别测量图象移动。
15.根据任何权利要求8到14的方法，其中通过移动一孔获得带电颗粒束相对于光轴的位置的校正。
16.根据任何权利要求8到15的方法，其中使用第一偏转单元通过偏转带电颗粒束获得带电颗粒束相对于光轴的位置的校正。
17.根据权利要求16的方法，其中向第二偏转单元提供一信号以重新定向带电颗粒束。
18.根据权利要求17的方法，其中在第一偏转单元之前重新建立束相对于光轴的角度。
19.根据任何权利要求16到18的方法，其中在第一和/或第二偏转单元内使用线圈。
20.根据任何权利要求16到19的方法，其中在第一和/或第二偏转单元内使用静电模。
21.根据以上任何权利要求的方法，其中产生的图象组包括至少20个图象，产生的图象组最好包括至少80个图象。
22.根据以上任何权利要求的方法，其中在1秒钟或更少内完成散焦，最好在0.5秒钟或更少内完成。
23.根据以上任何权利要求的方法，其中在2秒钟或更少内完成对准，最好在1秒钟或更少内完成，更好在0.5秒钟或更少内完成。
24.根据以上任何权利要求的方法，还包括一迭代。
25.根据任何权利要求3到24的方法，其中在第二方向执行步骤d2和/或e2。
26.根据以上任何权利要求的方法，其中以斜坡的形式施加带电颗粒束的能量变化，并在斜坡周期期间产生图象组。
27.根据权利要求26的方法，其中斜坡是线性的。
28.根据任何权利要求26到27的方法，其中斜坡与图象组的产生同步。
29.根据权利要求28的方法，其中在第二斜坡期间产生第二图象组，并求对应的图象组的图象的平均。
30.根据任何权利要求26到29的方法，其中通过带电颗粒束能量的初始值、振幅和分辨率定义斜坡。
31.根据权利要求30的方法，其中通过定义帧的总数定义带电颗粒束的能量分辨率。
32.根据任何权利要求30到31的方法，其中通过定义斜坡的振幅定义带电颗粒束的能量分辨率。
33.根据任何权利要求30到32的方法，其中使用至少两个带有至少不同初始值的斜坡，且至少两个斜坡的带电颗粒束的能量重叠。
34.一种带电颗粒束装置，包括一个源(103)，用于发射带电颗粒束；扫描偏转(102)单元，使带电颗粒束在整个样品(105)上扫描；第一孔对准偏转单元(110)，相对于带电颗粒设备的光轴移动束；第二孔对准偏转单元(111)，相对于带电颗粒设备的光轴重新定向束；一个物镜(112)，定义带电颗粒设备的光轴；电压源(21)，改变带电颗粒束的能量；一个检测器(16)，用于使帧成象；一个控制单元(32)，使电压源的频率与帧的成象频率同步。
35.根据权利要求34的装置，其中第一孔对准偏转单元(110)和第二孔对准偏转单元(111)彼此电连接。
36.根据任何权利要求34到35的方法，其中第一和第二孔对准偏转单元的每一个包括一组线圈。
37.根据任何权利要求34到36的方法，其中第一和第二孔对准偏转单元的每一个包括一静电偏转模块。
38.根据任何权利要求34到37的方法，还包括一象散校正装置(900)。
39.根据权利要求38的装置，其中象散校正装置是八极的。
40.用于自动校正带电颗粒束列散光方法，包括步骤a)通过电位影响物镜内带电颗粒束能的变化引入一象差，从而获得焦距的变化；b)在样品上扫描带电颗粒束以产生一组图象，同时改变带电颗粒束的能量；c)在至少两个不同方向并从图象组的至少两个不图象计算清晰度得分，以便量化束的失真；d)基于计算的得分的至少两个不同得分计算一校正信号；以及e)施加校正信号到象散校正装置，使其校正束失真。
41.用于自动使一带电颗粒束对准带电颗粒束列光轴的方法，包括步骤a)通过电位影响物镜内带电颗粒束能的变化引入一象差，从而获得焦距的变化；b)在样品上扫描带电颗粒束以产生一组图象，同时改变带电颗粒束的能量；c)测量图象组的至少两个不同的图象之间的图象移动；d)基于图象移动计算一校正信号；以及e)施加校正信号到偏转单元，使得束与光轴对准。
42.根据任何权利要求1到33，40或41的方法，其中通过调整加速电压改变束的能量。
43.权利要求40或41的方法，其中包含任何权利要求2到33的特征。
全文摘要
本发明提供了一种方法，用于自动对准带电颗粒束与孔。从而引入散焦并基于图象移动计算的信号施加到偏转单元。进而提供了用于散光校正的方法。从而在改变到象散校正装置的信号时，对于产生的一组帧估计清晰度。
文档编号H01J37/28GK1589490SQ02822954
公开日2005年3月2日 申请日期2002年10月4日 优先权日2001年10月10日
发明者艾舍·珀尔 申请人:应用材料以色列有限公司