CN111201585B - 低剂量带电粒子量测系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于进行临界尺寸量测的系统和方法。带电粒子束装置产生用于对第一区域540和第二区域541‑547成像的束。获取对应于第一区域中的第一特征的测量结果，并且获取对应于第二区域中的第二特征测量结果。第一区域和第二区域位于样品上的分离位置处。组合的测量结果基于第一特征的测量结果和第二特征的测量结果进行计算。

Description

低剂量带电粒子量测系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月10日提交的美国申请62/570624的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及带电粒子束成像领域，并且更具体地，涉及用于带电粒子量测的系统和方法。
背景技术
带电粒子束量测系统可以用于一些半导体制造工艺的工艺控制中。例如，临界尺寸扫描电子显微镜(CD SEM)可以用作用于测量在半导体晶片上形成的精细图案的尺寸的专用系统。为了确定特定的CD SEM是否可以适于控制特定工艺，高准确度和高精确度是必须的。高分辨率SEM工具已被确立为许多先进半导体制造工艺中的直接临界尺寸测量的标准。
然而，如在SEM工具中使用的高能粒子对晶片表面上的敏感材料(诸如，在光刻图案化中使用的光致抗蚀剂)的轰击可能对测量产生负面影响。例如，电子对电子敏感材料的轰击可能会损坏目标形貌并且引入测量不确定性。在一些技术中，SEM量测的基本精确度应当为例如约0.1nm，以便量化SEM图像中表示的特征的质量。但是，由电子撞击引入的测量不确定性可能在过程随机性的数量级，例如可能为约0.5nm至4nm。因此，损坏引起的不确定性可能大于过程精确度极限。
此外，损坏引起的不确定性可能与图案有关。也就是说，损伤引起的不确定性的量可能取决于局部图案的密度和形貌。因此，基于二维经典CD SEM的测量对于某些应用(诸如，临界光致抗蚀剂测量)可能是不可靠的量测技术。
相关技术系统可以使用具有例如1keV的电子着陆能量的成像条件，以便减少样品损坏。但是，在电子能量剂量和信噪比(SNR)之间存在折衷关系。例如，降低着陆能量可能产生质量不足的SEM图像，而无法进行测量。因此，相关技术系统面临的限制在于，在不对应降低图像精确度的情况下，不能降低着陆能量。需要本领域中的进一步改进。
发明内容
本公开的实施例提供了用于带电粒子成像和测量的系统和方法。在一些实施例中，提供了一种带电粒子系统。带电粒子系统可以包括被配置成产生带电粒子束的带电粒子束装置。
在一些实施例中，量测系统包括带电粒子束装置、控制器和存储装置。控制器可以被配置成基于带电粒子束而获取样品的多个图像，并且将多个图像存储在存储装置中。控制器还可以被配置成获取与样品的第一特征相关联的第一多个测量结果，获取与样品的第二特征相关联的第二多个测量结果，并且基于第一多个测量结果和第二多个测量结果来计算组合的测量结果，其中第二特征与第一特征位于样品上的分离位置处。
根据一些实施例，可以实现一种布置，该布置消除了带电粒子剂量与测量精确度之间的折衷关系。可以提供一种带电粒子检测系统，使得其可以实现减少的剂量、高灵活性，并且不会对应地降低精确度和损害样品。
所公开的实施例的附加目的和优点将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地从说明书中将变得明显，或者可以通过实施例的实践而获知。所公开的实施例的目的和优点可以通过权利要求中阐述的要素和组合来实现和获得。然而，不一定需要本公开的示例性实施例来实现这种示例性目的和优点，并且一些实施例可以不实现任何陈述的目的和优点。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的公开实施例。
附图说明
图1A-图1D是图示与本公开的实施例一致的晶片的截面图的示图。
图2A和图2B是图示与本公开的实施例一致的用于测量的示例性图案的示图。
图2C和图2D是图示与本公开的实施例一致的电子敏感材料的行为的示例性关系的示图。
图3是图示与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图4A和图4B是图示与本公开的实施例一致的、可以是图3的示例性电子束检查系统的一部分的示例性电子束工具的示图。
图5A-图5F是图示与本公开的实施例一致的晶片的各种视图的示图。
图6是示出与本公开的实施例一致的示例性测量数据的表。
图7示出了与本公开的实施例一致的示例性测量数据的表。
图8示出了与本公开的实施例一致的示例性测量数据的表。
图9A和图9B是图示与本公开的实施例一致的示例性获取图像的示图。
图10图示了与本公开的实施例一致的二维图案的示例性验证测试。
图11图示了与本公开的实施例一致的示例性获取图像和对应的临界尺寸可再现性测量的表。
图12A是图示与本公开的实施例一致的平台移动方法的示图。
图12B是图示与本公开的实施例一致的束偏转方法的示图。
图13是图示与本公开的实施例一致的用于二维特征的示例性轮廓线堆叠程序的示图。
图14是图示与本公开的实施例一致的示例性临界尺寸量测系统的示图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中被图示。以下描述参考附图，其中除非另外表示，否则不同图中的相同附图标记表示相同或相似的元件。在示例性实施例的以下描述中阐述的实施方式并不表示与本发明一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求中所述的与主题相关的方面一致的装置、系统和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的上下文中描述了一些实施例，但是本公开不限于此。可以类似地应用其他类型的带电粒子束。
本公开的实施例可以提供可以用于带电粒子量测的带电粒子系统。带电粒子系统可以适用于临界尺寸测量。
在一些示例性实施例中，在半导体处理中使用诸如光致抗蚀剂的电子敏感材料。量测可以包括在曝光和显影之后(例如在显影后检查(ADI)中)进行光致抗蚀剂图案的测量。如图1A中所示，半导体器件1可以包括其上形成有薄膜层30的衬底10。薄膜层30可以是布线层的前体。薄膜层30可以具有形成在其上的光致抗蚀剂层50。在图案化和显影之后，光致抗蚀剂层50可以被减少为光致抗蚀剂部分51、光致抗蚀剂部分52和光致抗蚀剂部分53，如图1B中所示。
在使光致抗蚀剂层50显影之后，可以执行蚀刻以将薄膜层30减少到布线部分31、布线部分32和布线部分33，如图1C中所示。量测还可以包括在蚀刻处理之后(例如在蚀刻后检查(AEI)中)进行布线图案的测量。
在一些实施例中，可以通过测量光致抗蚀剂部分来执行量测，例如，进行测量61、测量62和测量63，如图1B中所示。附加地，例如，临界尺寸测量可以包括测量图案的宽度(诸如测量61)，或者测量图案化特征之间的边缘到边缘的距离(诸如，测量64)。
光致抗蚀剂材料可能对电子轰击敏感，这可能影响其形状。光致抗蚀剂的收缩与入射电子轰击的着陆能量和剂量密切相关。在一些情况下，由于电子轰击，光致抗蚀剂图案的宽度可以缩小其尺寸的约1％-4％。例如，在54nm宽的光致抗蚀剂线的示例性图案中，当在样品上使用300eV的束时，光致抗蚀剂可以经历0.54nm至2.01nm的收缩。附加地，当在样品上使用500eV的束时，光致抗蚀剂可以经历0.48nm至2.68nm的收缩。
图2A图示了具有54nm的标准宽度的光致抗蚀剂线70的示例性图案。节距80可以被定义为线70的重复图案的中心到中心间隔。这种样品的临界尺寸量测可以包括进行前沿测量、进行线空间图案的一维长度测量等。临界尺寸量测还可以应用于具有其他形状的特征，例如，诸如迹线51a、51b的拐角、迹线52a、52b之间的连接、迹线53a、53b的节距以及迹线54与电极55之间的连接，如图2B中所示。
图2C图示了如受各种参数影响的光致抗蚀剂的收缩的关系。如图2C中所示，较高的束能量对应于较大的收缩。图2C还表明了光致抗蚀剂的收缩可能是图案相关的。例如，随着节距增加，收缩也增加。
图2D图示了受各种参数影响的测量精确度的关系。较低的精确度数值是理想的。如图2D中所示，使用较高的束能量可以导致更好的精确度。另一方面，使用较低的束能量可以导致精确度的劣化。但是，如上所述，使用较高的束能量也会导致光致抗蚀剂的收缩。因此，电子敏感材料的量测涉及抵消作用。
附加地，重复扫描相同区域对测量的图案可以具有负面影响。例如，在一些技术中，可以使用帧平均。在帧平均技术中，捕获相同区域的多个图像，并且跨帧的总数目对测量结果进行平均。一个示例性的比较性帧平均方法可以使用以下实验条件。着陆能量：300eV。扫描速率：14MHz。束电流：8pA。帧的数目：16。像素大小：0.66nm。
剂量的测量可以被估计为电子/每平方nm，其可以通过以下公式确定：
Figure GDA0003863741830000061
因此，在一个示例性的比较性帧平均方法中，电子/每平方nm的值可以为约130。
精确度的值可以由测量宽度的3×σ表示。即，所测量的宽度值的标准偏差的三倍。在一些实施例中，精确度可以表示CD SEM工具的测量可重复性。
帧平均可以有助于提高精确度，因为可以进行多次测量并且进行比较，从而增加了特征测量中的可信度。但是，重复扫描可以导致入射电子剂量增加，并且可能导致样品损坏增加。
在一些其他实施例中，精确度可以是指多个测量结果彼此的接近度。由于SEM成像的性质，在样品成像表面上的入射电子的剂量的减少可以导致低劣的图像质量和低SNR。因此，以低剂量进行的测量可能具有一定程度的测量不确定性。增加剂量可以是减少测量不确定性的一种方法，因为可以产生质量更好的图像。基于更高剂量图像的测量值似乎更可靠。但是，如上所述，电子轰击可以使得样品改变。因此，以较高剂量进行的测量不一定会导致较高的精确度，因为在较早的帧处测量的值反映了损坏出现之前的样品的形状。即，在高剂量和多次扫描相同成像区域的情况下，样品的尺寸可以在测量过程的时间里改变。
在一些示例性实施例中，为了最小化高能电子轰击的影响，可以使用来自样品表面上的不同点的单独的帧平均图像。基于感兴趣的图案可以在样品的不同点上被重复，并且对应的环境在不同的测量点处保持一致的假设，可以应用一种可以提高测量精确度，同时将对样品的损害最小化的技术。
例如，在一个示例性方法中，可以使用使得低电子剂量被施加到样品的测量条件。当电子剂量低时，精确度可能受到限制。因此，为了恢复精确度，可以对样品上的不同位置处的多个图像进行图像平均，从而增加了对应图案的测量次数，同时使样品损坏最小化并且保留了样品表面拓扑。
例如，比较性帧平均过程可以包括扫描一个位置16次。在一个示例性实施例中，可以使用四个不同的位置。单个位置可以只被扫描四次，并且可以被平均以获得类似于比较性帧平均过程的精确度。
在一个示例性实施例中，多个不同的位置可以包括对应的图案。标识多个不同位置的位置数据可以是基于用户输入、晶片设计、图像分析等。例如，为了进行图像平均，可以将晶片设计成在不同位置具有相同区域。位置数据可以是基于晶片的设计，诸如GDS(图形数据系统)或OASIS(开放原图系统交换标准)设计。区域可以是例如校准标准图案。区域还可以是功能模式。备选地，可以在已经设计或构造晶片之后选择具有对应几何形状的区域。可以在相同的工艺条件下制造对应的位置。可以在低剂量条件下在多个不同位置处进行成像。然后，算法可以平均在多个不同位置处收集的测量数据。
虽然在一些示例性实施例中使用术语“相同”来描述对应的图案，但是应当理解，由于制造随机性，晶片上不同位置处的对应图案可以具有一些变化。因此，相同的图案可以被解释为意指具有基本相同的几何形状的图案。
现在参考图3，其图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统100。如图3中所示，EBI系统100包括主腔室101、装载/锁定腔室102、电子束工具104和装备前端模块(EFEM)106。电子束工具104位于主腔室101内。EFEM 106包括第一装载端口106a和第二装载端口106b。EFEM 106可以包括附加的装载端口。第一装载端口106a和第二装载端口106b接收晶片前开式传送盒(FOUP)，该晶片前开式传送盒(FOUP)包含要检查的晶片(例如，半导体晶片或由其他材料制成的晶片)或样品(此后，晶片和样品可以被统称为“晶片”)。
EFEM 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片运送到装载/锁定腔室102。装载/锁定腔室102连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，装载/锁定真空泵系统将装载/锁定腔室102中的气体分子去除，以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定腔室102运送到主腔室101。主腔室101连接到主腔室真空泵系统(未示出)，主腔室真空泵系统将主腔室101中的气体分子去除，以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子束工具104对晶片进行检查。电子束工具104可以是单束系统或多束系统。控制器109电连接到电子束工具104。控制器109可以是被配置成执行EBI系统的各种控制的计算机。
进行临界尺寸量测可以包括使晶片经受多次检查。例如，晶片可以经历多次装载/卸载程序以从多次运行中收集测量数据。
图4A图示了可以被配置成用在EBI系统100中的电子束工具104。电子束工具104可以是单束装置，如图4A中所示，或者可以是多束装置。
如图4A中所示，电子束工具104可以包括电子枪部分410和电子柱部分420。电子枪部分410可以包括阴极411、枪孔径412、可移动条状孔径413、聚光器透镜414、束消隐器415、像散校正器416、闸阀417和物镜孔径418。电子柱部分420可以包括第一检测器421、磁透镜422、第二检测器423、维恩滤光器424、第三检测器425、物镜电极426和晶片平面427。
现在参考图4B，其图示了电子束工具104(在本文中还被称为装置104)，其可以被配置成用在多束图像(MBI)系统中。电子束工具104包括电子源202、枪孔径204、聚光器透镜206、从电子源202发射的初级电子束210、源转换单元212、初级电子束210的多个子束214、216和218、初级投影光学系统220、晶片台(图4B中未示出)、多个次级电子束236、238和240、次级光学系统242和电子检测装置244。初级投影光学系统220可以包括束分离器222、偏转扫描单元226和物镜透镜228。电子检测装置244可以包括检测子区域246、248和250。
电子源202、枪孔径204、聚光器透镜206、源转换单元212、束分离器222、偏转扫描单元226和物镜透镜228可以与装置104的初级光学轴线260对准。次级光学系统242和电子检测装置244可以与装置104的次级光学轴线252对准。
电子源202可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射并且被提取或加速以形成具有交叉(虚拟或真实)208的初级电子束210。初级电子束210可以被可视为从交叉208发射。枪孔径204可以阻挡初级电子束210的外围电子以减小库仑效应。库仑效应可以引起探测斑点的尺寸增加。
源转换单元212可以包括图像形成元件的阵列(图4B中未示出)和束限制孔径的阵列(图4B中未示出)。图像形成元件的阵列可以包括微偏转器或微透镜的阵列。图像形成元件的阵列可以利用初级电子束210的多个子束214、216和218形成交叉208的多个平行图像(虚拟或真实)。束限制孔径的阵列可以限制多个子束214、216和218。
聚光器透镜206可以将初级电子束210聚焦。可以通过调整聚光器透镜206的聚焦能力或通过改变束限制孔径的阵列内的对应的束限制孔径的径向尺寸，来变化在源转换单元212的下游的子束214、216和218的电流。物镜透镜228可以将子束214、216和218聚焦到晶片230上以用于检查，并且可以在晶片230的表面上形成多个探测斑点270、272和274。
束分离器222可以是产生静电偶极场和磁偶极场的维恩滤光器类型的束分离器。在一些实施例中，如果它们被应用，则由静电偶极场施加在子束214、216和218的电子上的力在幅度上可以相等，并且方向与由磁偶极场施加在电子上的力相反。因此，子束214、216和218可以以零偏转角度笔直地穿过束分离器222。然而，由束分离器222产生的子束214、216和218的总色散也可以为非零。束分离器222可以将次级电子束236、238和240与子束214、216和218分离，并且将次级电子束236、238和240定向到次级光学系统242。
偏转扫描单元226可以偏转子束214、216和218以在晶片230的表面区域上的扫描探测斑点270、272和274。响应于子束214、216和218在探测斑点270、272和274的入射，可以从晶片230发射次级电子束236、238和240。次级电子束236、238和240可以包括具有能量分布的电子，包括次级电子(能量≤50eV)和背散射电子(能量在50eV和子束214、216和218的着陆能量之间)。次级光学系统242可以将次级电子束236、238和240聚焦到电子检测装置244的检测子区域246、248和250上。检测子区域246、248和250可以被配置成检测对应的次级电子束236、238和240，并且产生用于重建晶片230的表面区域的图像的对应信号。
现在将参考示例性图像平均过程。
图5A描绘了示例性晶片500。晶片500可以是电子敏感晶片，诸如在显影检查之后的负色调显影深紫外线(NTD DUV ADI)晶片。晶片500包括多个管芯501。在一个实施例中，可以取四个管芯510的选择以进行平均。在所选择的管芯中的一个管芯中，可以提供场图511，如图5B中所示。在场图511中，可以选择测试场520。测试场520包括测试区域521。
测试区域521可以是测试键530，如图5C中所示。可以在测试键530中提供多条线560。可以将测试键指定为CD40P90的线空间图案。即，线宽度的标准临界尺寸为40nm，线的节距为90nm。如图5D中所示，测试区域521包括成像区域540。在成像过程中，可以在以下条件下捕获图像550。例如，视场(FOV)：1μm。像素大小：1nm。在测量过程中，可以使用叠加在图像550上的H标识561来测量临界尺寸。在一个示例中，在一个图像中使用320个H标识，并且通过平均各个测量来计算临界尺寸。
通过以下示例可以获得对本公开更好的理解，阐述以下示例是为了说明本公开而不应当被解释为限制本公开。
在第一示例(示例1)中，在一个管芯中使用单个成像区域来收集测量结果。可以通过在四个管芯中捕获图像并且平均测量值来进行临界尺寸量测。可以通过执行十次装载/卸载操作并且进行十次成像的运行来获得精确度值。在每个管芯中，对相同成像区域的四个帧进行成像，并且可以采用帧平均来输出测量值。因此，当使用帧平均时，每次运行的原始数据点可以由平均测量值表示。在示例1中，使用250pA的初级束电流。临界尺寸可以被计算为CD1，它表示对单个图像进行的临界尺寸测量。在表1中总结了测量条件，其中IP指示初级束电流，并且其中假定收缩与电子剂量成线性比例。
表1
Figure GDA0003863741830000111
图6的表中示出了示例1的示例性测量数据输出。可以通过如下的示例性数据处理方法来创建数据。例如，在第一步中，收集CD原始数据。CD原始数据可以包括来自所获取的图像的原始数据测量结果。在图6中，CD原始数据被表示为在标题原始数据(nm)下被标记为管芯#1、管芯#2、管芯#3、管芯#4的列中的数值测量值。由于使用帧平均，因此CD原始数据的数值是跨4个不同帧的平均。接下来，计算每次运行的平均。在图6中，在标记有运行平均的列中表示运行平均。接下来，计算每个原始数据测量结果与相应的运行平均之间的差。在图6中，差值被表示为在标题与运行平均(nm)的差下被标记为管芯#1、管芯#2、管芯#3、管芯#4的列中的数值。接下来，跨十次运行对每个管芯计算精确度值(标准偏差的三倍)。最后，通过获取每个管芯的各个精确度值的均方根(RMS)来计算总体精确度。
在示例1中，由于电子剂量相对较高，所以可以获得具有高SNR的高质量图像。此外，精确度在0.1nm以下，并且可以认为是令人满意的。
在第二示例(示例2)中，在一个管芯中使用两个成像区域来收集测量结果。例如，如图5E中所示，可以提供成像区域540和成像区域541。可以通过在四个管芯中捕获图像并且平均测量值来进行临界尺寸量测。可以通过执行十次装载/卸载操作并且进行十次成像的运行来获得精确度值。在每个管芯中，对相同成像区域的两个帧进行成像，并且可以采用帧平均来输出对应的测量值。当使用帧平均时，每次运行的原始数据点可以由平均测量值表示。在示例2中，使用250pA的初级束电流。但是，由于仅拍摄了两个帧，因此相对于示例1，减少了相应的成像区域上的总电子剂量。临界尺寸可以被计算为CD1和CD2的平均，其中CD1表示对第一图像进行的临界尺寸测量，并且CD2表示对第二图像进行的临界尺寸测量。在表1中总结了测量条件。在图7的表中示出了示例性测量数据输出。
如图7中所示，可以提供对应于第一图像的测量数据701和对应于第二图像的测量数据702。当电子束电流与示例1相同时，每个图像仅被扫描两次，因此，总电子剂量少于示例1的总电子剂量。与示例1相比，图像质量可能相对下降。此外，测量数据701和测量数据702中的每个测量数据中的精确度值可以大于示例1的精确度值。然而，测量数据701和测量数据702可以被组合以产生测量数据703。测量数据703包括多个数据点，每个数据点均基于来自第一图像和第二图像两者的测量结果。特别地，测量数据703可以包括平均原始数据值。测量数据703的原始数据(nm)标题下的每个数据点可以包括CD1和CD2的平均。例如，可以将针对测量数据701的运行1、管芯#1的原始数据条目与针对测量数据702的运行1、管芯#1的原始数据条目进行平均。因此，可以恢复精确度。
在第三示例(示例3)中，在一个管芯中使用八个成像区域来收集测量结果。例如，如图5F中所示，可以提供成像区域540、541、542、543、544、545、546和547。可以通过在四个管芯中捕获图像并且平均测量值来进行临界尺寸量测。可以通过执行十次装载/卸载操作并且进行十次成像的运行来获得精确度值。在每个管芯中，对相同成像区域的一个帧进行成像。因此，每次运行的原始数据点可以由来自一个成像区域的单个测量值表示。在示例3中，使用125pA的初级束电流。此外，由于仅拍摄了一个帧，因此相对于示例1和示例2，减少了在相应的成像区域上的总电子剂量。临界尺寸可以被计算为CD1至CD8的平均，其中CD1表示对第一图像进行的临界尺寸测量，CD2表示对第二图像进行的临界尺寸测量，等等。在表1中总结了测量条件。在图8的表中示出了示例性测量数据输出。
如图8中所示，可以提供对应于第一图像的测量数据801和对应于第二图像的测量数据802，等等。当电子束电流相对较高时，每个图像仅被扫描一次，因此，总电子剂量少于示例1和示例2的总电子剂量。与示例1和示例2相比，图像质量可能相对降级。此外，测量数据801至808中的每个测量数据中的精确度值可以大于示例1的精确度值。例如，图表810示出了针对每个相应的图像获得的精确度值。然而，测量数据801至808可以被组合以产生测量数据809。测量数据809包括多个数据点，每个数据点均基于来自八个图像的测量结果。特别地，测量数据803可以包括平均的原始数据值。测量数据809的原始数据(nm)标题下的每个数据点可以包括CD1至CD8的平均。例如，可以将针对测量数据801的运行1、管芯#1的原始数据条目与针对测量数据802的运行1、管芯#1的原始数据条目、针对测量数据803的运行1、管芯#1的原始数据条目等等,直至针对测量数据808的运行1、管芯#1的原始数据条目进行平均。因此，可以恢复精确度。在示例3的实例中，如图表810中所示，单个图像的精确度可以是0.217nm至0.314nm。然而，当使用八个图像的平均值时，可以获得大约0.101nm的平均CD的精确度。
以上述方式，可以进一步减少剂量，同时增加每个场的图像的数目。随着剂量减少，单个图像的精确度可能降级，然而，当使用来自低剂量设定下的多个图像的平均CD时，可以恢复精确度。
此外，当使用多个不同的位置作为测试区域时，可以提供灵活性以将控制图案定位在晶片上的各个位置。例如，常规地，控制图案被放置在晶片的侧面上。然而，当使用在晶片上的多个不同位置重复的小图案时，可以获得更大的设计灵活性。
为了在晶片上的不同位置处收集低剂量图像，可以使用具有变化的视场(FOV)的各种检查装置。例如，可以使用小FOV装置，通过移动样品台，来捕获在晶片上不同位置处的单个图像。
在一些实施例中，可以使用大FOV装置来捕获在晶片上不同位置处的多个成像区域，而无需移动样品台。在一些实施例中，大FOV装置可以是例如多束系统。大FOV装置也可以是例如配置成使用束偏转的单束系统，如将在后面描述的。
现在参考图9A和图9B，其图示了示例性扫描图像。在图9A中，小FOV装置可以捕获具有D1乘D2的尺寸的图像901。D1和D2可以是例如1μm。因此，图像901可以具有例如大约1μm×1μm的大小。图像901可以对应于用于表示成像区域(例如，成像区域540)的图像。
在图9B中，大FOV察看装置可以捕获具有D3乘D4的尺寸的图像910。D3和D4可以大于D1和D2。在一些实施例中，图像910可以具有例如大约3μm×3μm的大小。图像910包括多个子区域911至919。可以在单个帧中捕获图像910。例如，在扫描步骤中，可以将成像信号的扫描原始数据保存为原始图像并且存储在存储装置中。原始图像可以被分成九个区域，每个区域均具有与D1和D2相对应的大小。即，区域中的每个区域可以具有例如1μm×1μm的大小。可以将扫描图像与晶片的原始设计(诸如，GDS或OASIS设计)进行比较并且细分。此外，扫描图像的划分可以是基于图像处理或其他后处理。
在一些实施例中，当使用大FOV装置来捕获图像时，可以同时捕获运行中的所有成像区域，而不必移动样品台。例如，当要获取多个成像区域540至547时，大FOV装置可以在一个扫描步骤中捕获所有八个成像区域。因此，可以提高处理生产量。
附加地，尽管以上示例讨论了八个成像区域540至547的使用，但是成像区域的数目不限于此。例如，所有九个子区域911至919可以用于进行临界尺寸量测，并且因此九个图像可以用于测量。由于测量精确度可以取决于值被测量的次数，因此增加区域的数目可以进一步提高精确度。
在一些实施例中，大FOV装置可以被配置成捕获12μm的FOV图像。12μm的FOV图像可以具有大约3.464μm×3.464μm的尺寸。在大FOV装置中，期望使图像失真最小化。在临界尺寸量测中，可能期望图像失真小于1％，并且更优选小于0.1％。在一些实施例中，在12μm的FOV图像内的图像失真可以小于0.1％。
图10示出了在12μm的FOV图像中的二维图案的示例性验证测试。在验证测试中，可以确认即使在大FOV装置中，图像也没有遭受过度失真。例如，在临界区域处测量图案的尺寸，该临界区域可以是图像的中心和四个拐角。在图10中，捕获图像1000并且测量图案1010(放大示出)。图案1010的测量可以包括将观察的形状的轮廓叠加到图像上并且确定轮廓的属性，诸如长度、位置、间隔、变化等。
在一些实施例中，所捕获的图像的总大小可以大于要被用于临界尺寸量测的成像区域。此外，所捕获的图像的总大小可以大于要被用于临界尺寸量测的所有图像的组。例如，尽管图9B示出了可以用作成像区域的九个区域的网格，但是成像区域可以间隔开。此外，成像区域的位置可以是任意的。
图11示出了包括多个成像区域1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108和1109的线图案的大FOV图像1100。成像条件可以是例如1000_0_23_250pA、SEM8192、1D4L1F。临界尺寸量测可以包括使用320个H条对每个子图像的1K图像进行成像。成像区域1101可以是与“区域#1”相对应的子图像，等等。图表1120示出了：对于成像区域1101至1109中的每个成像区域，临界尺寸再现可以小于0.1nm。因此，在从大FOV装置捕获的图像中，可以任意选择多个成像区域，其中可以以适当的水平获得CD的再现。
图像采集可以包括平台移动方法、束偏转方法及其组合。例如，如图12A中所示，在平台移动方法中，电子束工具可以被配置成产生入射在要成像的样品表面上的检查束1201。检查束1201可以通过在样品之上的图案(例如，光栅图案)中扫描束来成像。检查束1201可以被配置成：通过在第一成像区域1210中的样品的表面之上扫描束，来获取第一成像区域1210的图像。束扫描的范围可能受到电子束工具的FOV的限制，并且因此，第一成像区域1210可以与FOV一致。为了对另一个区域成像，样品由样品台移动，然后在新的区域(例如成像区域1211)之上扫描束1201。
在平台移动方法中，平台针对每个图像采集步骤移动。图像大小可以被限制到FOV。因此，生产量可以由n×(tstage+timage)表示，其中n是图像的数目，tstage是移动样品台所需的时间，并且timage是进行成像扫描所需的时间。
在束偏转方法中，可以在不移动样品台的情况下对多个区域成像。在束偏转方法中，电子束工具可以被配置成提供可以被偏转在样品表面上的各个位置之上的束。电子束工具可以包括静电透镜，以使初级电子束弯曲以将束聚焦在各个位置。例如，如图12B中所示，电子束工具可以被配置成产生束1221。使用束偏转，可以在第一位置处提供检查束1222，以在第一成像区域1230处进行成像扫描。束1221可以被电子束工具偏转，并且还可以在第二位置处提供检查束1223，以在第二成像区域1231处进行成像扫描。在成像位置中的每个处，可以使用检查束1221或检查束1223，通过在样品之上的图案中(例如，光栅图案)扫描束来进行成像。在束偏转方法中，电子束工具可以是大FOV装置。因此，可以在FOV内捕获多个成像区域，并且不需要移动样品台。此外，可以执行多束扫描以同时对多个图像进行成像。
在束偏转方法中，每次平台移动可以获得多个图像捕获。此外，图像和FOV大小无关。可以移动样品台以获得晶片上其他位置的图像。生产量可以由tstage+n×timage表示，其中tstage是移动样品台所需的时间，n是图像的数目，并且timage是进行成像扫描所需的时间。当采用束偏转时，与平台移动方法相比，生产量可以缩短。
临界尺寸量测可以包括在所捕获的图像上叠加多个指示符，例如，H标识。根据要分析的特征的类型(例如，前沿测量、线空间图案的一维长度测量、迹线的拐角之间的距离、迹线之间的连接、图案节距等)，指示符的类型可以不同。可以执行图像处理以将指示符叠加在所捕获的图像上。此外，可以采用轮廓线堆叠。
现在参考图13，其图示了用于二维特征的示例性轮廓线堆叠程序。例如，可以在图像采集之后，基于图像信号而绘制轮廓线。轮廓线可以对应于观察到的特征。可以基于图像信号的属性(诸如对比度)自动生成轮廓线。临界尺寸测量可以包括例如相邻线的尖端到尖端的距离、平行线的边缘到边缘的距离、线宽度等。临界尺寸测量可以是基于所生成的轮廓线。
现在参考图14，其图示了根据本公开的一个实施例的示例性临界尺寸量测系统1400。如上所述，系统1400可以用于检查样品台上的晶片230，并且包括电子束工具104。系统1400还包括图像获取器1401、存储装置1402和控制器109。图像获取器1401可以包括处理器。例如，图像获取器1401可以包括计算机、服务器、大型机主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算装置或其组合。图像获取器1401可以通过介质(诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、因特网、无线网络、无线电或其组合)与检测器244连接。图像获取器1401可以从检测器244接收信号并且可以构造图像。图像获取器1401因此可以获取晶片230的图像。图像获取器1401还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓线、在所获取的图像上叠加指示符等。存储装置1402可以是诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储装置1402与图像获取器1401耦合，并且可以用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。图像获取器1401和存储装置1402连接到控制器109。
可以通过控制器109实施图像平均处理。例如，控制器109可以被配置成获取与晶片230的第一特征相关联的第一多个测量结果。第一多个测量结果可以是来自晶片230上的第一成像区域的图案的临界尺寸原始数据。控制器109可以被配置成获取与晶片230的第二特征相关联的第二多个测量结果。第二多个测量结果可以是来自晶片230上的第二成像区域的图案的临界尺寸原始数据。第一特征和第二特征可以位于晶片230上的分离位置处。例如，第一成像区域和第二成像区域可以在晶片230上彼此相邻。第一成像区域和第二成像区域也可以彼此间隔开。第一成像区域和第二成像区域可以被配置成使得它们不重叠。第二特征可以在第一特征所在的第一成像区域的FOV之外，或者第一特征和第二特征可以在带电电子束工具104的相同FOV内。
在一些实施例中，图像获取器1401可以基于从检测器244接收的成像信号来获取样品的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像区域的单个图像。单个图像可以被存储在存储装置1402中。单个图像可以是可以被划分为多个区域的原始图像。多个区域中的每个区域可以包括一个成像区域，成像区域包含晶片230的特征。
图像平均处理可以包括基于第一多个测量结果和第二多个测量结果来计算组合的测量结果。组合的测量结果可以是平均。例如，可以将第一多个测量结果中的每个测量结果与第二多个测量结果中的每个测量结果平均，从而产生多个平均值。多个平均值可以被用作临界尺寸测量结果。因此，临界尺寸量测系统1400可以用于半导体制造过程的过程控制。
虽然控制器109、存储装置1402和图像获取器1401被描绘为单独的单元，但是计算机可以实施所有单元的处理。
可以使用以下条款进一步描述实施例：
1.一种量测系统，包括：
带电粒子束装置，被配置成产生带电粒子束；以及
控制器，被配置成：
基于所述带电粒子束获取样品的一个或多个图像，并且将所述一个或多个图像存储在存储装置中；
获取与所述样品的第一特征相关联的第一多个测量结果；
获取与所述样品的第二特征相关联的第二多个测量结果，所述第二特征与所述第一特征位于所述样品上的分离位置处；以及
基于所述第一多个测量结果和所述第二多个测量结果来确定组合的测量结果。
2.根据条款1所述的系统，其中所述第一特征和所述第二特征相同。
3.根据条款1和2中任一项所述的系统，其中所述组合的测量结果是所述第一特征和所述第二特征的临界尺寸。
4.根据条款1至3中任一项所述的系统，其中所述组合的测量结果的精确度小于或等于0.1nm。
5.根据条款1至4中任一项所述的系统，其中所述组合的测量结果包括所述第一多个测量结果中的每个测量结果与所述第二多个测量结果中的每个测量结果的平均值。
6.根据条款1至5中任一项所述的系统，其中所述控制器被配置成在不移动保持所述样品的样品台的情况下获取所述一个或多个图像。
7.根据条款1至6中任一项所述的系统，其中所述带电粒子束被设置为小于或等于250pA的电流。
8.根据条款1至7中任一项所述的系统，其中所述一个或多个图像包括分离地存储在所述存储装置中的多个图像，所述多个图像中的第一图像包括所述第一特征，并且所述多个图像中的第二图像包括所述第二特征。
9.根据条款1至7中任一项所述的系统，其中所述一个或多个图像是存储在所述存储装置中的单个图像，并且所述控制器被配置成将所述单个图像划分为多个区域，所述多个区域中的第一区域包括所述第一特征，并且所述多个区域中的第二区域包括所述第二特征。
10.根据条款1至9中任一项所述的系统，其中所述一个或多个图像的帧的数目小于或等于四。
11.根据条款1至9中任一项所述的系统，其中所述一个或多个图像的帧的数目小于或等于二。
12.根据条款1至9中任一项所述的系统，其中所述一个或多个图像的帧的数目是一。
13.一种量测方法，包括：
产生带电粒子束；
通过利用所述带电粒子束辐射样品的第一成像区域来产生第一成像信号；
通过利用所述带电粒子束辐射所述样品的第二成像区域来产生第二成像信号，所述第二成像区域与所述第一特征位于所述样品上的分离位置处；
获取与所述第一成像区域中的第一特征相关联的多个测量结果；
获取与所述第二成像区域中的第二特征相关联的多个测量结果；以及
基于所述第一多个测量结果和所述第二多个测量结果来确定组合的测量结果。
14.根据条款13所述的方法，其中所述第一特征和所述第二特征相同。
15.根据条款13和14中任一项所述的方法，其中所述组合的测量结果是所述第一特征和所述第二特征的临界尺寸。
16.根据条款13至15中任一项所述的方法，其中所述组合的测量结果的精确度小于或等于0.1nm。
17.根据条款13至16中任一项所述的方法，其中所述组合的测量结果包括所述第一多个测量结果中的每个测量结果与所述第二多个测量结果中的每个测量结果的平均值。
18.根据条款13至17中任一项所述的方法，其中在不移动保持所述样品的样品台的情况下产生所述第一成像信号和所述第二成像信号。
19.根据条款13至18中任一项所述的方法，其中所述带电粒子束被设置为小于或等于250pA的电流。
20.根据条款13至19中任一项所述的方法，还包括：将多个图像分离地存储在存储装置中，所述多个图像中的第一图像包括所述第一特征，并且所述多个图像中的第二图像包括所述第二特征。
21.根据条款13至19中任一项所述的方法，还包括
将单个图像存储在存储装置中，所述单个图像包括所述第一特征和所述第二特征；以及
将所述单个图像划分成多个区域，所述多个区域中的第一区域包括所述第一特征，并且所述多个区域中的第二区域包括所述第二特征。
22.根据条款20所述的方法，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于四。
23.根据条款20所述的方法，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于二。
24.根据条款20所述的方法，其中所述多个图像的帧的数目为一。
25.根据条款21所述的方法，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于四。
26.根据条款21所述的方法，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于二。
27.根据条款21所述的方法，其中所述多个图像的帧的数目为一。
28.一种非暂态计算机可读介质，包括指令集，所述指令集能够由装置的一个或多个处理器执行，以使得所述装置执行方法，所述方法包括：
产生带电粒子束；
通过利用所述带电粒子束辐射样品的第一成像区域来产生第一成像信号；
通过利用所述带电粒子束辐射所述样品的第二成像区域来产生第二成像信号，所述第二成像区域与所述第一特征位于所述样品上的分离位置处；
获取与所述第一成像区域中的第一特征相关联的多个测量结果；
获取与所述第二成像区域中的第二特征相关联的多个测量结果；以及
基于所述第一多个测量结果和所述第二多个测量结果来确定组合的测量结果。
29.根据条款28所述的计算机可读介质，其中所述第一特征和所述第二特征相同。
30.根据条款28和29中任一项所述的计算机可读介质，其中所述组合的测量结果是所述第一特征和所述第二特征的临界尺寸。
31.根据条款28至30中任一项所述的计算机可读介质，其中所述组合的测量结果的精确度小于或等于0.1nm。
32.根据条款28至31中任一项所述的计算机可读介质，其中所述组合的测量结果包括所述第一多个测量结果中的每个测量结果与所述第二多个测量结果中的每个测量结果的平均值。
33.根据条款28至32中任一项所述的计算机可读介质，其中在不移动保持所述样品的样品台的情况下产生所述第一成像信号和所述第二成像信号。
34.根据条款28至33中任一项所述的计算机可读介质，其中所述带电粒子束被设置为小于或等于250pA的电流。
35.根据条款28到34中任一项所述的计算机可读介质，其中可由所述装置的一个或多个处理器执行的所述指令集使得所述装置进一步执行：
将多个图像分离地存储在存储装置中，所述多个图像中的第一图像包括所述第一特征，并且所述多个图像中的第二图像包括所述第二特征。
36.根据条款28至34中任一项所述的计算机可读介质，其中可由所述装置的一个或多个处理器执行的所述指令集使得所述装置进一步执行：
将单个图像存储在存储装置中，所述单个图像包括所述第一特征和所述第二特征；以及
将所述单个图像划分成多个区域，所述多个区域中的第一区域包括所述第一特征，并且所述多个区域中的第二区域包括所述第二特征。
37.根据条款35所述的计算机可读介质，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于四。
38.根据条款35所述的计算机可读介质，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于二。
39.根据条款35所述的计算机可读介质，其中所述多个图像中的帧的数目为一。
40.根据条款36所述的计算机可读介质，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于四。
41.根据条款36所述的计算机可读介质，其中所述多个图像的帧的数目小于或等于二。
42.根据条款36所述的计算机可读介质，其中所述多个图像中的帧的数目为一。
可以提供一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储用于控制器109的处理器的指令以实施图像平均处理。非暂态介质的常见形式包括：例如软盘、软磁盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔的图案的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式磁带、及其网络版本。
尽管已经参考电子敏感材料讨论了示例，但是本公开的方面也可以应用于其他类型的材料。例如，还可以对AEI图案、SEM校准标准和锡球进行成像。例如，在本公开的示例性方面，可以在仍然提供快速生产量的同时，获得高分辨率和高SNR。
此外，尽管在可再现性方面讨论了精确度测量，但是本公开的方面也可以应用于长期稳定性测量。例如，在长期稳定性测量中，数据收集可以包括以每天一个循环的速率执行的十次装载/卸载循环。即，每次运行间隔一天发生。因此，可以将精确度值测量为10天测量CD的3σ。可以获取所有场精确度值的RMS，以获得整体长期精确度。根据本公开的方面，可以获得例如0.06nm的长期精确度。
将理解，本发明不限于上面已经描述并且在附图中图示的确切构造，并且在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种修改和改变。例如，尽管一些示例讨论了晶片的四个管芯的使用，但是被选择以用在图像平均处理中的管芯的数目可以是任何数目。此外，管芯不必一定邻接。
旨在本发明的范围应当仅由所附权利要求限制。

Claims (15)

1.一种量测系统，包括：
带电粒子束装置，被配置成产生带电粒子束；以及
控制器，被配置成：
基于所述带电粒子束获取样品的一个或多个图像，并且将所述一个或多个图像存储在存储装置中；
获取与所述样品的特征的第一实例相关联的第一多个测量结果；
获取与所述样品的所述特征的第二实例相关联的第二多个测量结果，所述第二实例与所述第一实例位于所述样品上的分离位置处；以及
基于所述第一多个测量结果和所述第二多个测量结果来确定表示所述特征的参数的组合的测量结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一实例和所述第二实例相同。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述组合的测量结果是所述特征的临界尺寸。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述组合的测量结果的精确度小于或等于0.1nm。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述组合的测量结果包括所述第一多个测量结果中的每个测量结果与所述第二多个测量结果中的每个测量结果的平均值。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个图像包括多个图像，并且所述控制器被配置成在不移动保持所述样品的样品台的情况下获取所述一个或多个图像。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述带电粒子束被设置为小于或等于250pA的电流。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个图像包括分离地存储在所述存储装置中的多个图像，所述多个图像中的第一图像包括所述第一实例，并且所述多个图像中的第二图像包括所述第二实例。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个图像是存储在所述存储装置中的单个图像，并且所述控制器被配置成将所述单个图像划分为多个区域，所述多个区域中的第一区域包括所述第一实例，并且所述多个区域中的第二区域包括所述第二实例。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个图像的帧的数目小于或等于四。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个图像的帧的数目小于或等于二。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个图像的帧的数目为一。
13.一种量测方法，包括：
产生带电粒子束；
通过利用所述带电粒子束辐射样品的第一成像区域来产生第一成像信号；
通过利用所述带电粒子束辐射所述样品的第二成像区域来产生第二成像信号，所述第二成像区域与所述第一成像区域位于所述样品上的分离位置处；
获取与所述第一成像区域中的特征的第一实例相关联的第一多个测量结果；
获取与所述第二成像区域中的所述特征的第二实例相关联的第二多个测量结果；以及
基于所述第一多个测量结果和所述第二多个测量结果来确定表示所述特征的参数的组合的测量结果。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一实例和所述第二实例相同，其中所述组合的测量结果是所述特征的临界尺寸，并且其中所述组合的测量结果包括所述第一多个测量结果中的每个测量结果与所述第二多个测量结果中的每个测量结果的平均值。
15.一种非暂态计算机可读介质，包括指令集，所述指令集能够由装置的一个或多个处理器执行，以使得所述装置执行方法，所述方法包括：
产生带电粒子束；
通过利用所述带电粒子束辐射样品的第一成像区域来产生第一成像信号；
通过利用所述带电粒子束辐射所述样品的第二成像区域来产生第二成像信号，所述第二成像区域与所述第一成像区域位于所述样品上的分离位置处；
获取与所述第一成像区域中的特征的第一实例相关联的第一多个测量结果；
获取与所述第二成像区域中的所述特征的第二实例相关联的第二多个测量结果；以及
基于所述第一多个测量结果和所述第二多个测量结果来确定表示所述特征的参数的组合的测量结果。
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