[发明专利]监测扫描电子显微镜的电子束状态的方法和装置

说明书

技术领域

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

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。

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一致。

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SEM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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。