[发明专利]由暗场电子全像以高解析度产生不失真暗场应变图的方法

说明书

本发明公开由暗场电子全像以高解析度产生不失真暗场应变图的方法，具体涉及一种用于测量半导体材料或其它晶体材料的应变的线内暗场全像方法，其使用具有用于使电子射束穿过应变及无应变样本的电子枪的穿透式电子显微镜。于磁倾斜线圈与该样本之间的聚光迷你‑透镜在穿过该对样本之前以一角度增加该射束的偏斜。第一物镜透镜形成各该样本的虚拟影像，而第二物镜透镜将各该样本的该虚拟影像聚焦在中介影像平面，以形成各该样本的中介影像。双棱镜在该样本之间产生形成于该影像平面的干涉图案，接着可观察该干涉图案以判断该应变样本的应变程度，并提供具有最小光学失真的无慧星像差的应变图。

技术领域

本发明针对藉由暗场电子全像以高空间解析度产生半导体材料的不失真暗场应变图的系统及方法。

背景技术

电子显微镜已广泛使用于观看纳米尺度的结构。从电子显微镜得到的大部分讯息是振幅讯息。然而，电子显微镜的相位讯息(能从离轴电子全像得到)提供电子结构的独特讯息及多样化材料的结构改变。单晶硅(Si)广泛使用于半导体装置中，且具有钻石立方晶体结构。在Si装置中的较佳电子流动方向是沿着<220>晶体方向。已发现沿着此方向的应变不但能增强也能阻碍电流流动。对于半导体产业，高空间解析度的硅(Si)的接面轮廓及应变绘图(strain mapping)提供对于进一步微缩半导体装置的关键讯息。明场全像能测量穿越该材料的电子的相位改变，该相位改变与硅的平均内电位直接相关，指出纳米尺度的接面位置。进一步而言，近年应力体已被纳入装置以改变通道区域中的半导体晶格常数且从而增强电洞及电子迁移率。如同接面定义，用以加入应变至装置中所涉及的额外处理步骤会增加开发及制造成本。用来最小化开发周期时间的一种方式是以纳米尺度监控由制程改变所导致的通道变形中的改变。硅中沿着<220>方向的应变绘图提供对半导体产业重要的通道应变讯息。对于pFET而言，压缩应变改善装置迁移率；而对于nFET而言，拉伸应变改善装置性能。

双-透镜操作允许电子全像从低至高放大率进行且提供对于二维(2D)接面轮廓必要的视场(field of view；FOV)和条纹间距(fringe spacing)以及对于具有各种尺寸的装置的应变测量。此领域的先前技术专利包含美国专利第7,015,469号及美国专利第7,102,145号。

发明内容

记住先前技术的问题及缺点，因此本发明的目标是提供藉由暗场电子全像以高空间解析度产生半导体材料的不失真暗场应变图的系统及方法。

本发明的另一目标是提供用于半导体装置中的硅的改善且无慧星像差的暗场全像干涉影像。

本发明的其它额外优点将部分显而易见且将部分从说明书而清楚明白。

本发明是针对用于测量半导体材料或其它晶体材料的应变的线内(inline)暗场全像方法，其中，设有穿透式电子显微镜，其具有：电子枪，用于使电子射束沿着轴穿过至少一个样本；磁倾斜线圈，用于使该射束以一角度以相对于该轴而偏斜；沿着该射束轴的隔开的第一及第二物镜透镜；以及双棱镜，用于将该电子射束中穿越该样本的一部分与绕过该样本的一部分结合。该方法包含于该磁倾斜线圈与该样本之间设置聚光迷你-透镜，用于增加该射束以一角度相对于该轴的偏斜。该方法接着包含提供该半导体材料的一对样本，其中一个样本具有待测的应变晶体结构而另一样本具有无应变晶体结构。该方法进一步包含：在有该磁倾斜线圈的情况下，该电子射束以一角度相对于该轴而偏斜；在有该聚光迷你-透镜的情况下，在穿过该对样本之前，以一额外、较高的角度相对于该轴而偏斜来自该磁倾斜线圈的该电子射束；以该第一物镜透镜形成各该样本的虚拟影像；以该第二物镜透镜将各该样本的该虚拟影像聚焦在中介影像平面，以形成各该样本的中介影像；以及，以双棱镜导致各该样本的该中介影像重叠，使得该样本之间的干涉图案形成在该影像平面。可接着观察该干涉图案以判断该应变样本的应变程度。

该方法产生实质上无慧星像差且可具有低至1nm的解析度的暗场干涉图案。该应变可沿着应变硅样本的<220>平面方向而测量。