CN112098438B - 一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，针对有偏转系统的存在时，此时沿着光轴附近将场函数做级数展开分析系统电子光学特性，能够分析因偏转带来的二阶像差。利用静电八极偏转器，通过给圆弧电极施加电压信号激励，让偏转器产生所需的四极场，叠加在静电偏转器上。针对整个成像系统或检测系统，计算其光学特性，根据叠加四极场之后计算的结果，控制调节加入四极场的方位角和激励强度，从而达到补偿系统因偏转带来的二阶像差。

Description

一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法

技术领域

本发明涉及电子束成像和电子束缺陷检测领域，具体涉及一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法。

背景技术

随着半导体技术的发展和工艺技术的进步，器件尺寸不断缩小，那些在以前节点上曾经不太重要的缺陷和颗粒可能会对器件性能造成致命的影响。同时由于新材料的引入、新工艺的研发和新一代光刻技术的使用，带来了许多新的缺陷问题。为了满足物理研究及半导体器件和集成电路生产的需要，要求电子束成像系统和检测设备具有更高的分辨率、更大的扫描场。

之前追求的是在高的放大倍率时有很高的分辨率，即很小的轴上像差，而对轴外像差要求不是很严格，也就是说随着扫描场的增加引起的系统像差的急剧增加。对于电子束成像系统和检测设备，既要求有高的轴上分辨率，又希望在大的扫描场内具有小的轴外像差。因此，系统中都考虑有偏转系统的设计。当偏转系统存在时，实现了较大的扫描场时，边缘上的物点离光轴远，光束倾斜大，随着偏转激励的增大，即视场的增大，主光轴也随之偏离系统轴，此时电子束不能在x和y向很好的聚焦，产生了象散，同时偏转带来的二阶像差也随之增大。

在目前的电子束成像系统和检测设备中，往往都是给系统单独增加一个消象散器器件，仅仅是用来消除系统轴上的象散问题，而未考虑因偏转产生的偏转像差，而且由于现有方法分析存在缺陷，并没有有效的考虑和分析二阶像差，更没有校正其的实施方法。

因此亟需一种高分辨大扫描场系统的补偿二阶像差的方法，来减小或校正系统的二阶像差。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明对于有聚焦偏转系统的电子束成像系统和电子束检测设备，提供一种高分辨大扫描场系统的二阶像差的补偿方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，在电子束检测和成像系统中，分析因偏转系统带来的二阶像差，进而利用多极静电偏转器，引入四极场以补偿电子束检测和成像系统因偏转系统带来的二阶像差。

进一步地，在电子束检测和成像设备中，分析因偏转系统带来的二阶像差，具体为：当电子束检测或成像系统有偏转系统的存在时，此时沿着光轴附近将场函数做级数展开分析系统电子光学特性，即能够分析因偏转系统带来的二阶像差。

进一步地，利用多极静电偏转器，引入四极场以补偿电子束检测和成像系统因偏转系统带来的二阶像差，具体为：通过给多极静电偏转器的圆弧电极施加电压信号激励，让多极静电偏转器产生所需的四极场，叠加在多极静电偏转器上，控制调节加入四极场的方位角和激励强度，从而达到补偿电子束检测和成像系统因偏转系统带来的二阶像差。

进一步地，所述多极静电偏转器为八极静电偏转器、十二极静电偏转器或二十极静电偏转器。

进一步地，当多极静电偏转器采用八极静电偏转器时，将八极静电偏转器的八个圆弧电极按照四极透镜的结构分布分成四个单元，每个单元包括两个圆弧电极，对这两个圆弧电极施加同一激励信号，通过给圆弧电极施加激励信号，即得到四极透镜所需的四极场，最终利用有限元软件对四极场进行计算并导出；

对于计算的四极场有限元结果，先将导出的四极场叠加在八极静电偏转器上，放入整个电子束检测和成像系统中，使八极静电偏转器同时有二极场和四极场，计算八极静电偏转器在电子束检测和成像系统中的光学特性。

进一步地，分别给定静电八极偏转器两个四极场的单位激励，计算观察加入四极场在电子束成像或检测系统的光学特性，根据加入四极场对电子束成像或检测系统的变化，再调整相应的四极场激励，将计算所得的二阶像差值和没有补偿前的电子束成像或检测系统的二阶像差值比较，以达到减小或校正二阶像差的结果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

与传统分析方法相比，本发明沿着偏转后的光轴将场函数做级数展开并分析系统电子光学特性，解决了因偏转场的加入而沿直轴分析级数不收敛的问题，同时也考虑了扫描场的增大，因此能够分析偏转带来的二阶像差；因为静电四极透镜具有优越的电子光学聚焦成像性能，组合静电四极透镜系统拥有点聚焦的能力，因此在不影响原有偏转器结构和激励的情况下，通过叠加四极场激励的方式来补偿偏转带来的二阶像差，无需额外加入电子光学器件，提高了器件利用率。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的三偏转器聚焦偏转系统原理示意图；

图2是根据本发明的实施例的八极偏转器的结构和供电示意图；

图3是根据本发明的实施例的等效四极透镜的结构和供电示意图；

图4是根据本发明的实施例的在使用静电八极偏转器叠加四极场之后进行迭代优化与系统二阶像差计算结果图。

图中：1、电子束光轴；2、第一偏转器；3、第二偏转器；4、物镜线圈；5、物镜；6、第三偏转器；7、像面；8、圆弧电极。

具体实施方式

以下对本发明进行进一步详细说明。

一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，在电子束检测和成像设备中，电子束检测或成像系统有偏转系统的存在时，此时沿着光轴附近将场函数做级数展开分析系统电子光学特性，能够分析因偏转系统带来的二阶像差；利用静电八极偏转器，通过给圆弧电极施加电压信号激励，让偏转器产生所需的四极场，叠加在静电偏转器上，控制调节加入四极场的方位角和激励强度，从而达到补偿电子束检测或成像系统因偏转系统带来的二阶像差，八极静电偏转器也可以替换为十二极静电偏转器或二十极静电偏转器。

在电子光学系统中，当电子主轨迹作为光轴时，有偏转场的存在时，主光轴随之偏离系统轴，此时沿着光轴附近将场函数做级数展开分析系统电子光学特性，能够分析因偏转系统带来的二阶像差；本申请在一种静电八极偏转器的基础上，引入四极场，在电子束偏转时补偿沿光轴产生的二阶像差。所述偏转器主体包括：静电八极偏转器，其包括四对对置电极，其每个电极包括构造成圆弧形的电极主体。为此，我们在静电八极偏转器的结构上，在静电八极偏转器电极上施加激励，将静电八极偏转器等效为一个四极透镜，通过有限元软件计算出所需要的四极场并导出；将计算出的四极场叠加在静电八极偏转器结构上，计算其系统的光学特性；通过调整叠加的四极场的方向及其强度来达到高分辨大扫描场系统的二阶像差的补偿的目的。

为了使本应用于电子束在线检测系统及电子束成像系统的设计的技术手段、实现目标便于明白了解，下面将结合图示进行进一步的阐述说明。

本发明的其他优点将从以下描述中变得明显，随附图，其中通过举例说明了本发明的实施例。

由于现有技术分析缺陷，只是沿光轴将场函数做级数展开，虽然二阶像差存在，但是没有客观的分析。本发明在以电子主轨迹作为光轴研究分析电子光学系统时，考虑到有偏转场的加入，主光轴也会偏离系统轴，可以得知电子束不能在x和y方向有较好的聚焦，此时沿着光轴附近将场函数做级数展开，可以清楚得知偏转系统带来的二阶像差。在得到系统的二阶像差后，下一个任务就是去校正二阶像差。

电子束在线检测设备为了达到精密的聚焦和偏转要求，解决实现小束斑要求的强激励透镜和更大的扫描范围的矛盾，一般都采用旋转对称场与偏转场交叠的复合聚焦偏转系统，如图1所示，在系统中，电子束中心轴1，起到预偏转的第一偏转器2，还有第二偏转器3，主透镜物镜5及其物镜线圈4，第三偏转器6和透镜实现匹配，用于放置样品的样品台7。

在给静电八极偏转器叠加四极场激励之前，先简单介绍一下经典八极偏转器的原理：如图2，静电八极偏转器是在以R为半径的圆柱面上均匀地分布了8块等弧长的圆弧电极8，每一切缝所占的角度2δ都相等，每一块圆弧电极上同时加有X和Y方向的偏转信号Vx和Vy，当

时，这一阶梯分布的三阶及五阶谐波分量为零，只有七阶及更高阶的谐波，则圆柱面内的空间有均匀横向电场，其近于纯二极场。

在不影响静电八极偏转器产生纯二极场的激励基础上，如图3中，将静电八极八个电极按照四极透镜的结构分布分成四个单元，每个单元里有2个圆弧电极，这2个圆弧电极施加同一激励信号，因为其圆弧空间间隙相对小，可以认为电位分布在两个圆弧电极之间是线性的。图中Va,Vb分别是二极场和四极场的施加激励，因此，总的电极信号激励可以分解为以上两种多极场的叠加，根据每个极片上加的电压信号，将八极静电偏转器等效为四极透镜。通过给圆弧电极施加激励信号，即可得到四极透镜所需的四极场，最终利用有限元软件将四极场计算并导出进行后续计算。因此，利用一套静电八极偏转器，可以同时实现二极及四极电场。

对于静电八极偏转器计算的四极场有限元结果，先将导出的四极场叠加在八极偏转器上，放入整个系统中，不会影响静电八极偏转器在整个系统的位置，角度和激励(二极场)，使其同时有二极场和四极场，计算静电八极偏转器在电子束检测或成像系统中的光学特性。

起初，先给定一个四极场激励，这个激励(或方位角)是任意的，只是带入系统中，观察其影响程度，然后根据给定激励(或方位角)计算的结果，利用迭代插值的方法，以补偿系统二阶像差的目的得到的四极场的激励(或方位角)去给定。最终达到减小或校正二阶像差的结果。

在一个实例中，首先计算偏转器等效于四极透镜产生的四极场，然后将计算所得四极场叠加在偏转器上，再去计算在整个系统的光学特性，最后，根据计算结果，不断迭代插值得到理想的结果。通过本发明设计的方法，可使得系统的二阶像差减小约30％，详细结果见图4。

因为静电四极透镜具有优越的电子光学聚焦成像性能，组合静电四极透镜系统拥有点聚焦的能力，因此在其它实例中如(静电十二极和二十极)使用相同的设计方法，产生四极场也可用于去补偿系统中的二阶像差。

电子束的偏转只是在小偏角细束时有理想偏转性质，偏转角较大时将出现偏转像差，而在电子束检测或成像系统中偏转像差主要是二阶像差。当使用静电八极偏转器叠加四极场去补偿应偏转系统带来的二阶像差时，可以去满足旁轴条件，达到一个理想聚焦成像性质。

尽管参照前述实施实例对本发明方法进行了详细的说明，对于本领路的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，凡在本发明方法的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明方法的保护范围之内。

鉴于上文详细描述可对本发明做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应被解释为将本发明限于说明书及权利要求书中揭示的特定实施例。而是，本发明的范围通过将根据所建立的权利要求解释规则来解释的所附权利要求书进行确定。

Claims (4)

1.一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，其特征在于，在电子束检测和成像系统中，分析因偏转系统带来的二阶像差，进而利用多极静电偏转器，引入四极场以补偿电子束检测和成像系统因偏转系统带来的二阶像差；

其中，在电子束检测和成像设备中，分析因偏转系统带来的二阶像差，具体为：当电子束检测或成像系统有偏转系统的存在时，此时沿着光轴附近将场函数做级数展开分析系统电子光学特性，即能够分析因偏转系统带来的二阶像差；

利用多极静电偏转器，引入四极场以补偿电子束检测和成像系统因偏转系统带来的二阶像差，具体为：通过给多极静电偏转器的圆弧电极施加电压信号激励，让多极静电偏转器产生所需的四极场，叠加在多极静电偏转器上，控制调节加入四极场的方位角和激励强度，从而达到补偿电子束检测和成像系统因偏转系统带来的二阶像差。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，其特征在于，所述多极静电偏转器为八极静电偏转器、十二极静电偏转器或二十极静电偏转器。

3.根据权利要求2所述的一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，其特征在于，当多极静电偏转器采用八极静电偏转器时，将八极静电偏转器的八个圆弧电极按照四极透镜的结构分布分成四个单元，每个单元包括两个圆弧电极，对这两个圆弧电极施加同一激励信号，通过给圆弧电极施加激励信号，即得到四极透镜所需的四极场，最终利用有限元软件对四极场进行计算并导出；

对于计算的四极场有限元结果，先将导出的四极场叠加在八极静电偏转器上，放入整个电子束检测和成像系统中，使八极静电偏转器同时有二极场和四极场，计算八极静电偏转器在电子束检测和成像系统中的光学特性。

4.根据权利要求3所述的一种高分辨大扫描场系统的二阶像差补偿方法，其特征在于，分别给定静电八极偏转器两个四极场的单位激励，计算观察加入四极场在电子束成像或检测系统的光学特性，根据加入四极场对电子束成像或检测系统的变化，再调整相应的四极场激励，将计算所得的二阶像差值和没有补偿前的电子束成像或检测系统的二阶像差值比较，以达到减小或校正二阶像差的结果。

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