[发明专利]基于高电子能量的覆盖误差测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高电子能量的覆盖误差测量方法和系统。

背景技术

覆盖误差测量

集成电路是包括多个层的非常复杂的装置。各个层可以包括导电材料、隔离材料，而其他层可以包括半导体材料。通常根据集成电路的预期功能，将这些各种材料布置成图案。这些图案也反映了集成电路的制造工艺。

各个层是通过一系列步骤形成的，这些步骤通常包括：在基板/层上沉积电阻材料；通过光刻工艺使电阻材料曝光；以及使曝光的电阻材料显影以产生图案，所述图案界定稍后将被蚀刻的一些区域。

理想地，使各个层完美地对准到先前存在的层。通常，这些层是未对准的，因此未对准误差或覆盖误差存在于每一对层之间。

为了观察覆盖误差，曾演变出各种技术，一些技术使用光学仪器，一些技术使用扫描电子显微镜。Mih等人的美国专利第6,407,396号、Kye的美国专利第6,489,068号、Gould等人的美国专利第6,463,184号、Minami等人的美国专利第6,589,385号和Shur等人的美国专利第7,842,933号提供了关于覆盖误差测量技术现状的良好指示，所有所述美国专利都以引用的方式并入本文。

光学覆盖测量经受各种误差，比如光学系统的透镜像差。Mih陈述，在一些情况下，原子力显微术或扫描电子显微术度量技术对于验证光学覆盖测量精度而言可能为必要的。

双图案化是一类图案化技术，这类图案化技术旨在增加电路特征的密集度，可以在晶片上超过特定平版印刷术扫描器的正常界限来产生所述电路特征。双图案化可以包括：制造具有第一层和第二层的检查物。第二层是埋在第一层下面的。各个层具有非常接近于彼此的特征(图案)。在双图案化处理期间，最终可以蚀刻这些特征。

应注意，在蚀刻顶层之后检测覆盖误差可能是非常昂贵的。

带电电子束与检查物之间的相互作用

一旦电子束射中检查物，各种相互作用过程便会发生。这些过程的详细描述可见于1998年出版的《扫描电子显微术》(L.Reimer)第二版，所述《扫描电子显微术》以引用的方式并入本文。

图1图示了重要的相互作用过程和各种信息容量。信息容量是一个空间，在所述空间中，相互作用过程发生并且导致电子的散射或反射，最终可以检测所述电子的散射或反射以提供关于该信息容量的信息。

二次电子易于检测，因为可以相对容易地改变所述二次电子的轨迹，使得所述二次电子朝向检测器。背向散射电子的轨迹相对较直并且略受静电场的影响。

图2图示了第一类型的现有技术多视角SEM(扫描电子显微镜)10，所述SEM 10包括多个检测器。SEM 10包括用于产生原始电子束的电子枪(未图示)以及多个控制及电压供应单元(未图示)、物镜12、透镜内检测器14和外部检测器16。系统10还包括偏转线圈和处理器(未图示)。在Wagner的美国专利第5,659,172号中描述了这样的系统。

在系统10中，引导原始电子束穿过透镜内检测器14内的孔径18，以被物镜12聚焦到检查晶片20上。原始电子束与晶片20相互作用，并且因此反射或散射各种类型的电子，诸如，二次电子、背向散射电子、俄歇电子和X射线量子。可以容易地收集二次电子，并且大部分SEM主要检测这些二次电子。

系统10能够通过透镜内检测器14和外部检测器16来检测发射的二次电子中的一些电子。

物镜12包括静电透镜和磁透镜，所述静电透镜和磁透镜引入静电场和磁场，所述静电场和磁场从透镜向晶片泄漏。虽然二次电子的收集是高度响应于泄漏的静电场，但是所述二次电子的收集几乎不受泄漏的磁场影响。

泄漏的静电场将低能二次电子和极低能二次电子吸引至列中。引导极低能二次电子的重要部分穿过透镜内检测器14的孔径，并且所述重要部分没有被检测到。引导低能二次电子朝向透镜内检测器14。如果高能二次电子的初始轨迹向检测器中的一个瞄准，那么所述高能二次电子就被检测到。

有效的缺陷观察工具需要两个类型的检测器，以便捕获所有类型的缺陷。透镜内检测器14通常用于决定不同材料之间的对比，并且透镜内检测器14在电压收缩模式中以及HAR(高深宽比)模式中也是很有用的。HAR模式是用来检查以高深宽比为特征的空腔(换句话说--窄且深的空腔)的。在HAR模式期间，通常使环绕空腔的区域带电，以允许来自空腔的下部的电子到达检测器。透镜内检测器14还对图案边缘非常敏感。外部检测器16对晶片的表面状况更加敏感。外部检测器还不太受晶片带电影响，当使高电阻层成像时晶片带电情况是显著的。