监测扫描电子显微镜的电子束状态的方法和装置制造方法

监测扫描电子显微镜的电子束状态的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种监测扫描电子显微镜（SEM）的电子束状态的方法和装置。SEM包括电子枪和电磁透镜系统。电子枪发出的电子束作为电磁透镜系统的输入电子束，经过电磁透镜系统后作为输出电子束入射到样品表面，电磁透镜系统以一组工作参数来表示电磁透镜系统对输入电子束的调整操作。监测方法包括：第一获取步骤，用于获取输入电子束的质量参数；第二获取步骤，用于获取电磁透镜系统当前的一组工作参数；计算步骤，用于根据输入电子束的质量参数与当前的一组工作参数中的一个或多个工作参数，计算输出电子束的质量参数；确定步骤，用于基于输出电子束的质量参数，确定是否要对SEM进行校准。本发明实施例可以实现对SEM的电子束状态的在线监控。
【专利说明】监测扫描电子显微镜的电子束状态的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM),尤其涉及监测SEM的电子束状态的方法和装置。
【背景技术】
[0002]SEM具有制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点。近年来，SEM在各种领域中具有广泛的应用。例如，在半导体制造工艺中，SEM可以用来检查晶圆缺陷，测量关键尺寸等。
[0003]SEM的工作原理是利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息，诸如样品的表面结构，样品的物理和化学性质等等。在SEM中，利用电子束系统来产生用于扫描样品的电子束。电子束系统通常包括电子枪和电磁透镜系统。电子枪用于产生电子，而电磁透镜系统包括一系列电磁透镜，用于汇聚电子枪发射的电子并使电子束聚焦到样品表面。一般地，希望入射到样品上的电子束截面尽量小而圆，以获得高的分辨率并且分辨率在各个方向基本—致。
[0004]在实际应用中，由于电子枪状态的漂移、电磁透镜系统中各个透镜的状态的漂移、样品台的机械位置和工作电压不稳定等因素，会导致入射到样品表面的电子束状态不稳定，随着时间的变化而变化，从而影响成像质量。为简明起见，在下文中，提到“电子束状态”时，指的是入射到样品表面的电子束的状态。在节点尺寸不断减小的先进半导体工艺中，SEM的检查结果对电子束状态很敏感，该问题尤其突出。针对该问题，现有技术通常采用定期对SEM进行离线校准的方法，即:在SEM工作的过程中，无论电子束状态如何，均按照预设的固定时间间隔，例如，每隔10?12小时，对SHM进行离线校准。在进行离线校准时，通过对参数已知的一个标准样品进行测量来对SEM进行校准，以获得良好的电子束状态。

【发明内容】

[0005]在实现本发明的过程中，发明人发现上述采用按照固定时间间隔对SEM进行离线校准的方法至少存在以下问题:由于无法在线监测SEM的电子束状态，因此无法确定SEM何时需要校准，从而无法保证SEM的工作质量。另一方面，若要维持较好的电子束状态，就需要减小对SEM进行离线校准的时间间隔，然而频繁的离线校准会降低SEM可扫描样品的数量，带来生产率的损失；并且由于每次校准后的电子束状态可能有一定差别，频繁的校准还可能引起样品测量基准的频繁变化，导致样品测量结果的一致性较差。
[0006]为此，有必要提供一种监测SEM的电子束状态的方法和装置，以实现对SEM的电子束状态的在线监控。
[0007]根据本发明的一个实施例，提供一种监测SEM的电子束状态的方法，所述SEM包括电子枪和电磁透镜系统；其中，电子枪发出的电子束作为电磁透镜系统的输入电子束，经过电磁透镜系统后作为输出电子束入射到样品表面，所述电磁透镜系统以一组工作参数来表示所述电磁透镜系统对所述输入电子束的调整操作。所述方法包括:第一获取步骤，用于获取所述输入电子束的质量参数；第二获取步骤，用于获取电磁透镜系统当前的一组工作参数；计算步骤，用于根据所述输入电子束的质量参数与所述当前的一组工作参数中的一个或多个工作参数，计算所述输出电子束的质量参数；以及确定步骤，用于基于所述输出电子束的质量参数，确定是否要对SEM进行校准。
[0008]根据一个实施例，所述输入电子束的质量参数包括输入电子束的散射角度、速度、电流大小或其任何组合；并且所述输出电子束的质量参数包括输出电子束的直径、椭圆度、准直程度、或其任何组合。
[0009]根据一个实施例，获取所述输入电子束的质量参数包括:从电子枪的工作日志中读取所述输入电子束的质量参数。
[0010]根据一个实施例，获取电磁透镜系统当前的一组工作参数包括:从电磁透镜系统的工作日志中读取电磁透镜系统当前的一组工作参数。
[0011]根据一个实施例，所述计算步骤包括:利用所述当前的一组工作参数和预先获得的所述电磁透镜系统的传输函数，计算所述电磁透镜系统针对所述输入电子束的传输矩阵；以及基于所述输入电子束的质量参数和所述传输矩阵，计算所述输出电子束的质量参数。
[0012]根据一个实施例，所述传输函数是一个矩阵，所述矩阵中的每个元素分别是所述一组工作参数中一个或多个工作参数的函数。
[0013]根据一个实施例，所述传输函数是通过以下操作来计算的:利用所述SEM对一个或多个具有已知标准图案的样品进行多次成像，在每次成像时，分别获取输入电子束的质量参数和电磁透镜系统的一组工作参数，并基于所述样品的成像结果获得输出电子束的质量参数；以及基于所述多次成像中分别获得的输入电子束的质量参数、电磁透镜系统的一组工作参数和输出电子束的质量参数，计算所述传输函数。
[0014]根据一个实施例，所述确定步骤包括:将所述输出电子束的质量参数与预设的理想输出电子束质量参数进行比较，基于比较结果，确定是否要对SEM进行校准。
[0015]根据一个实施例，对SM的校准包括在线校准或离线校准；并且，基于所述比较结果，确定是否要对SEM进行校准进一步包括:响应于确定要对SEM进行校准，基于所述比较结果进一步确定要对SEM进行在线校准还是离线校准。
[0016]根据一个实施例，所述样品上布置有已知标准图案，并且，对SEM进行在线校准包括:利用所述样品上的所述已知标准图案来调整所述电磁透镜系统当前的一组工作参数中的至少一个工作参数，以对SEM进行在线校准。
[0017]根据一个实施例，对SEM进行离线校准包括:利用布置有已知标准图案的样品，对所述电磁透镜系统和/或用于放置样品的样品台进行离线校准，其中，对电磁透镜系统的离线校准包括调整电磁透镜系统的所述一组工作参数中的至少一个工作参数。
[0018]根据本发明的另一个实施例，提供一种监测SEM的电子束状态的装置，所述SEM包括电子枪和电磁透镜系统；其中，电子枪发出的电子束作为电磁透镜系统的输入电子束，经过电磁透镜系统后作为输出电子束入射到样品表面，所述电磁透镜系统以一组工作参数来表示所述电磁透镜系统对所述输入电子束的调整操作。所述装置包括:第一获取单元，用于获取所述输入电子束的质量参数；第二获取单元，用于获取电磁透镜系统当前的一组工作参数；计算单元，用于根据所述第一获取单元获取到的输入电子束的质量参数与所述第二获取单元获取到的所述当前的一组工作参数中的一个或多个工作参数，计算所述输出电子束的质量参数；以及确定单元，用于基于所述计算单元计算出的所述输出电子束的质量参数，确定是否要对SEM进行校准。
[0019]根据一个实施例，所述输入电子束的质量参数包括输入电子束的散射角度、速度、电流大小或其任何组合；并且所述输出电子束的质量参数包括电子束的直径、椭圆度、准直程度、或其任何组合。
[0020]根据一个实施例，所述第一获取单元从电子枪的工作日志中读取所述输入电子束的质量参数；并且所述第二获取单元从电磁透镜系统的工作日志中读取电磁透镜系统当前的一组工作参数。
[0021]根据一个实施例，所述计算单元包括:第一计算子单元，用于利用所述第二获取单元获取到的所述当前的一组工作参数和预先获得的所述电磁透镜系统的传输函数，计算所述电磁透镜系统针对所述输入电子束的传输矩阵；和第二计算子单元，用于基于所述第一获取单元获取到的所述输入电子束的质量参数和第一计算子单元计算出的所述传输矩阵，计算所述输出电子束的质量参数。
[0022]根据一个实施例，所述传输函数是一个矩阵，所述矩阵中的每个元素分别是所述一组工作参数中一个或多个工作参数的函数。
[0023]根据一个实施例，所述确定单元将所述输出电子束的质量参数与预设的理想输出电子束质量参数进行比较，基于比较结果，确定是否要对SEM进行校准。
[0024]根据一个实施例，对SM的校准包括在线校准或离线校准；并且，所述确定单元响应于确定要对SEM进行校准，基于所述比较结果进一步确定要对SEM进行在线校准还是离线校准。
[0025]根据一个实施例，所述样品上布置有已知标准图案，并且所述装置还包括:在线校准单元，用于利用所述样品上的所述已知标准图案来调整所述电磁透镜系统的所述一组工作参数中的至少一个工作参数，以对SEM进行在线校准。
[0026]根据本发明的又一个实施例，提供一种SEM，包括本发明上述实施例的监测SEM的电子束状态的装置。
[0027]基于本发明的实施例的一个优点在于，能够实现对SM的电子束状态的在线监测，由此确定SEM何时需要进行校准。从而，可以保证SEM的工作质量，并且不对产量产生
显著影响。
[0028]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【专利附图】

【附图说明】
[0029]构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。
[0030]参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中:
[0031]图1为根据本发明的一个实施例的SEM的示意性框图。
[0032]图2为根据本发明的一个实施例的监测SM的电子束状态的方法的示意性流程图。[0033]图3为根据本发明的一个实施例的具有已知标准图案的样品的一个图像示例。
[0034]图4为根据本发明的一个实施例的监测SEM的电子束状态的装置的示意性框图。
[0035]图5为根据本发明的另一个实施例的监测SEM的电子束状态的装置的示意性框图。
【具体实施方式】
[0036]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0037]同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0038]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0039]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0040]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0041]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0042]图1为根据本发明的一个实施例的SHM的示意性框图。为了避免不必要地掩蔽本发明的构思，仅仅示出了与本发明密切相关的SEM的部件。如图1所示，SEM包括电子枪I和电磁透镜系统2，用于产生具有很小的直径和椭圆度的电子束入射到样品3的表面，用以对样品3扫描成像。其中，电子枪I产生的电子束作为电磁透镜系统2的输入电子束。电磁透镜系统2可以包括一个以上的电磁透镜，用于对输入电子束进行调整。电磁透镜系统2通常包括一系列的透镜，其中，物镜位于电磁透镜系统2中的最下方，负责将电子束聚焦到样品3表面。这样,输入电子束经过电磁透镜系统2后作为输出电子束入射到样品3表面。可以用电磁透镜系统2的一组工作参数来表示电磁透镜系统2对输入电子束的调整操作。换而言之，可以用电磁透镜系统2的一组工作参数来表示输入电子束与输出电子束之间的传输函数。示例性地，这一组工作参数可以包括表示电磁透镜系统2的各个部件的位置、角度等的参数。在正常工作时，SEM不对这些工作参数进行修改。然而这些工作参数可能会随时间而漂移。在进行校准时，通过改变电磁透镜系统2的一个或多个工作参数，可以改变输出电子束的状态，从而实现对SEM的校准。此外，在离线校准的情况下，还可以对样品台4进行调整，以获得更好的校准结果。容易理解，以上对电子枪I和电磁透镜系统2的描述仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要采用具有任何适当配置的电子枪和电磁透镜系统。
[0043]图2为根据本发明的一个实施例的监测SM的电子束状态的方法的示意性流程图。如图2所示，根据该实施例，监测SEM的电子束状态的方法可以包括:
[0044]第一获取步骤101，用于获取输入电子束的质量参数。示例性地，该输入电子束的质量参数可以包括输入电子束的散射角度、速度、电流大小或其任何组合。[0045]第二获取步骤102，用于获取电磁透镜系统当前的一组工作参数。需要注意的是，虽然图中例示出先执行第一获取步骤101再执行第二获取步骤102，但是二者的执行顺序可以调换或者并行执行。实际上，它们是两个独立的步骤，不应对其顺序有任何的限制。在一个优选的实施例中，二者可以同时执行。
[0046]计算步骤103，用于根据获取到的输入电子束的质量参数与当前的一组工作参数中的一个或多个工作参数，计算输出电子束的质量参数。不例性地，该输出电子束的质量参数可以包括输出电子束的直径、椭圆度、准直程度、或其任何组合。
[0047]确定步骤104，用于基于输出电子束的质量参数，确定是否要对SEM进行校准。
[0048]本发明上述实施例提供的监测SEM的电子束状态的方法中，可以定期地或根据需要随时获取SEM中输入电子束的质量参数与电磁透镜系统当前的一组工作参数，据此计算出输出电子束的质量参数，从而实现对SEM的电子束状态的在线监控。与定期对SEM进行离线校准相比，根据输出电子束的质量参数来确定是否要对SEM进行校准，能够保证SEM始终具有良好电子束状态。此外，由于在较好的电子束状态下无需对SEM进行校准，避免了不必要的频繁离线校准对SEM扫描产量和样品测量基准的不利影响，能够提高生产率和样品测量结果的一致性。
[0049]根据本发明监测SM的电子束状态的方法的实施例的一个具体示例而非限制，电子枪I的工作日志中可以记录该电子枪I输出的电子束的质量参数，因此，在第一获取步骤101中，可以从电子枪I的工作日志中读取输入电子束的质量参数。
[0050]根据本发明监测SM的电子束状态的方法的实施例的另一个具体示例而非限制，在第二获取步骤102中，可以从电磁透镜系统2的工作日志中读取电磁透镜系统2当前的一组工作参数。作为替换，也可以通过其他方式获取电磁透镜系统2当前的一组工作参数，例如，在电磁透镜系统2工作的过程中，实时检测电磁透镜系统2当前的一组工作参数。
[0051]如下表1所示，为电磁透 镜系统2的工作日志中记录的电磁透镜系统2的一组工作参数Xl~Xn的示例。在这一组工作参数Xl~Xn中(η为大于I的整数)，涉及同一个透镜的工作参数可以仅有一个，也可以有多个。此外，还可以包括与电磁透镜系统整体工作状态有关的参数。Al~An分别是Xl~Xn的当前值。
[0052]表1
[0053]
工
【权利要求】
1.一种监测扫描电子显微镜(SEM)的电子束状态的方法,所述SEM包括电子枪和电磁透镜系统；其中，电子枪发出的电子束作为电磁透镜系统的输入电子束，经过电磁透镜系统后作为输出电子束入射到样品表面，所述电磁透镜系统以一组工作参数来表不所述电磁透镜系统对所述输入电子束的调整操作；其特征在于，所述方法包括:第一获取步骤，用于获取所述输入电子束的质量参数；第二获取步骤，用于获取电磁透镜系统当前的一组工作参数；计算步骤，用于根据所述输入电子束的质量参数与所述当前的一组工作参数中的一个或多个工作参数，计算所述输出电子束的质量参数；以及确定步骤，用于基于所述输出电子束的质量参数，确定是否要对SEM进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入电子束的质量参数包括输入电子束的散射角度、速度、电流大小或其任何组合；并且所述输出电子束的质量参数包括输出电子束的直径、椭圆度、准直程度、或其任何组入口 ο
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述输入电子束的质量参数包括:从电子枪的工作日志中读取所述输入电子束的质量参数。
4.根据权利要求1所述的`方法，其特征在于，获取电磁透镜系统当前的一组工作参数包括:从电磁透镜系统的工作日志中读取电磁透镜系统当前的一组工作参数。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述计算步骤包括:利用所述当前的一组工作参数和预先获得的所述电磁透镜系统的传输函数，计算所述电磁透镜系统针对所述输入电子束的传输矩阵；以及基于所述输入电子束的质量参数和所述传输矩阵，计算所述输出电子束的质量参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述传输函数是一个矩阵，所述矩阵中的每个元素分别是所述一组工作参数中一个或多个工作参数的函数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传输函数是通过以下操作来计算的:利用所述SEM对一个或多个具有已知标准图案的样品进行多次成像，在每次成像时，分别获取输入电子束的质量参数和电磁透镜系统的一组工作参数，并基于所述样品的成像结果获得输出电子束的质量参数；以及基于所述多次成像中分别获得的输入电子束的质量参数、电磁透镜系统的一组工作参数和输出电子束的质量参数，计算所述传输函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括:将所述输出电子束的质量参数与预设的理想输出电子束质量参数进行比较，基于比较结果，确定是否要对SEM进行校准。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对SEM的校准包括在线校准或离线校准；并且基于所述比较结果，确定是否要对SEM进行校准进一步包括:响应于确定要对SEM进行校准，基于所述比较结果进一步确定要对SEM进行在线校准还是离线校准。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述样品上布置有已知标准图案，并且，对SEM进行在线校准包括:利用所述样品上的所述已知标准图案来调整所述电磁透镜系统当前的一组工作参数中的至少一个工作参数，以对SEM进行在线校准。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对SEM进行离线校准包括:利用布置有已知标准图案的样品，对所述电磁透镜系统和/或用于放置样品的样品台进行离线校准，其中，对电磁透镜系统的离线校准包括调整电磁透镜系统的所述一组工作参数中的至少一个工作参数。
12.—种监测扫描电子显微镜(SEM)的电子束状态的装置，所述SEM包括电子枪和电磁透镜系统；其中，电子枪发出的电子束作为电磁透镜系统的输入电子束，经过电磁透镜系统后作为输出电子束入射到样品表面，所述电磁透镜系统以一组工作参数来表不所述电磁透镜系统对所述输入电子束的调整操作；其特征在于，所述装置包括:第一获取单元，用于获取所述输入电子束的质量参数；第二获取单元，用于获取电磁透镜系统当前的一组工作参数；计算单元，用于根据所述第一获取单元获取到的输入电子束的质量参数与所述第二获取单元获取到的所述当前的一组工作参数中的一个或多个工作参数，计算所述输出电子束的质量参数；以及确定单元，用于基于所述 计算单元计算出的所述输出电子束的质量参数，确定是否要对SEM进行校准。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述输入电子束的质量参数包括输入电子束的散射角度、速度、电流大小或其任何组合；并且所述输出电子束的质量参数包括输出电子束的直径、椭圆度、准直程度、或其任何组口 ο
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元从电子枪的工作日志中读取所述输入电子束的质量参数；并且所述第二获取单元从电磁透镜系统的工作日志中读取电磁透镜系统当前的一组工作参数。
15.根据权利要求12至14任意一项所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括:第一计算子单元，用于利用所述第二获取单元获取到的所述当前的一组工作参数和预先获得的所述电磁透镜系统的传输函数，计算所述电磁透镜系统针对所述输入电子束的传输矩阵；和第二计算子单元，用于基于所述第一获取单元获取到的所述输入电子束的质量参数和第一计算子单元计算出的所述传输矩阵，计算所述输出电子束的质量参数。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述传输函数是一个矩阵，所述矩阵中的每个元素分别是所述一组工作参数中一个或多个工作参数的函数。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定单元将所述输出电子束的质量参数与预设的理想输出电子束质量参数进行比较，基于比较结果，确定是否要对SEM进行校准。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，对SM的校准包括在线校准或离线校准；并且所述确定单元响应于确定要对SEM进行校准，基于所述比较结果进一步确定要对SEM进行在线校准还是离线校准。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述样品上布置有已知标准图案，并且所述装置还包括:在线校准单元，用于利用所述样品上的所述已知标准图案来调整所述电磁透镜系统的所述一组工作参数中的至少一个工作参数，以对SEM进行在线校准。
20.—种扫描电子显微镜(SEM),其特征在于,包括权利要求12至19任意一项所述的监测SEM的电子束状态的装置。`
【文档编号】H01J37/244GK103794451SQ201210427489
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】蔡博修, 黄怡 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司