[发明专利]电子束斑的测量方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域，具体地涉及微纳结构加工领域，更具体地涉及一种纳米尺度电子束斑的测量方法和设备。

背景技术

目前微电子工艺已经进入14nm工艺技术时代，根据ITRS(国际半导体技术蓝图)的预测，微电子工艺制程研究将在2019年前后进入5-7纳米。纳米尺度微观结构加工工艺水平，是保证器件性能、影响成品率的关键。目前，可达到纳米精度的电子光学设备被广泛应用到纳米器件加工工艺中。其中，电子束直写曝光工艺具有优异的纳尺度图形制造能力和灵活的构图能力，是实现长程有序纳米结构的最具竞争力的技术手段之一。另外，在器件的形貌表征、线宽测量和成分分析等方面，广泛使用到电子显微镜、CD-SEM和电子能谱分析仪等设备。上述设备的工作原理是：利用电子光学系统将电子束聚焦，形成纳米量级的束斑；束斑在偏转电场控制下扫过样品表面，达到加工或检测目的。在这些设备中，电子束的束斑尺寸决定了系统的分辨率，束斑尺寸和束流强度分布的测量是考核设备分辨率的重要指标。

束斑尺寸探测装置，常见于大型电子加速器中，如正负电子对撞机、回旋加速器、同步辐射光源等。主要类型包括：荧光探测器、线性扫描探测器、康普顿散射传感器、激光驻波场散射传感器等。这些检测手段的局限性在于：

1.荧光探测器的性能受限于荧光剂本身的物理化学性质，荧光剂分子大小决定分辨率高低。

2.由于高能电子辐射带来的热效应，为提高机械强度和使用寿命，线性扫描探测器的尺度在几个微米量级，限制了分辨率的提高。

3.康普顿散射和驻波场散射原理类似，驻波场分辨率更高,但驻波场传感器的极限分辨率仍然决定于激光波长。

这些传感器的检测对象，是能量为MeV量级、直径为微米或亚微米的电子束束斑。对于微纳电子工艺中使用的加工或检测设备，通常使用能量≤100keV、束斑直径＜10nm的电子光学系统，上述传感器无法满足这类设备的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在纳米尺度测量电子束斑直径的方法和设备。

根据本发明的一个方面，提出了一种电子束斑的测量方法，包括：在第一基片的A表面上沉积导电薄膜，构成支撑薄膜；在所述第一基片的与所述A表面相对的B表面上形成检测窗口，其中所述检测窗口穿通所述第一基片，到达支撑薄膜背面，所述检测窗口的宽度为W；在支撑薄膜上涂覆光刻胶；在第二基片中形成独立加工的背腔结构，所述背腔结构用于吸收散射的电子；将所述第二基片的背腔结构入口一侧的C表面与第一基片的A表面一侧固定，并且将检测窗口与背腔结构入口对准；使待测电子束以一定的路径角θ单次扫过检测窗口以对光刻胶进行背向曝光，其中所述路径角是电子束扫描方向与检测窗口长度方向的夹角；对光刻胶进行显影，并且测量光刻胶沿扫描方向的图形长度L，利用下式计算电子束束斑直径d：d＝L·tanθ-W/cosθ。

优选地，所述测量方法在涂覆光刻胶之后还包括在光刻胶上涂覆保护层，并且在对光刻胶进行显影之前还包括去除保护层。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种电子束斑的测量设备，包括：第一基片，在第一基片A表面上沉积导电薄膜，构成支撑薄膜，在所述第一基片的与所述A表面相对的B表面上沉积的薄膜中形成检测窗口，其中所述检测窗口穿通所述第一基片到达支撑薄膜背面，所述检测窗口的宽度为W；在支撑薄膜上涂覆的光刻胶；第二基片，在第二基片中形成背腔结构，所述背腔结构用于吸收散射的电子；固定和对准装置，用于将所述第二基片的背腔结构入口的小尺寸端一侧的C表面与第一基片的A表面一侧固定，并且将检测窗口与背腔结构入口对准；扫描角度控制装置，使待测电子束以一定的路径角θ单次扫过检测窗口，对光刻胶进行背向曝光，其中所述路径角是电子束扫描方向与检测窗口长度方向的夹角；测量装置，在对光刻胶进行显影之后，测量光刻胶沿电子束扫描方向的图形长度L，利用下式计算电子束束斑直径d：d＝L·tanθ-W/cosθ。

优选地，所述第一基片还包括在涂覆光刻胶之后在光刻胶上涂覆的保护层，并且在对光刻胶进行显影之前还包括去除保护层。

优选地，所述背腔结构是在第二基片中独立形成的穿通或非穿通结构。

优选地，所述支撑薄膜是对于被测量电子束具有低散射率的导电薄膜。例如，所述支撑薄膜是Al膜。

优选地，所述背腔结构的小尺寸端的尺寸大于或等于所述检测窗口的尺寸。