[发明专利]一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法

说明书

本发明公开了一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法，包括:在晶圆上采集模板图像，在所述模板图像中提取模板；按预设方向移动晶圆并采集目标图像，根据所述模板在所述目标图像中进行模板匹配以获得匹配位置，获取所述模板和匹配位置之间的目标位移，将所述目标图像作为所述模板图像，进行下一次的所述提取模板和模板匹配以获得另一所述目标位移，当满足预设停止条件时停止采集图像和提取模板；根据累积的所述目标位移和晶圆实际位移获取所述实际像素尺寸。本发明提供了一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法，进行多次匹配，可以提高获取实际像素尺寸的速度、精度和可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法。

背景技术

在半导体大规模集成电路前端制造过程中，常需用到带电粒子束扫描成像设备，例如，使用扫描电镜(Scanning Electron Microscopy，SEM)设备对晶圆进行缺陷检测或复检。SEM设备可以为初检设备(E-Beam Inspection，EBI)或复检设备(E-Beam Review，EBR)，原理上都是电子束扫描成像系统。以EBR设备为例，但也不排除针对某些应用中的EBI设备，需要一种快速简便的方法获取设备针对晶圆扫描成像的实际像素尺寸，用于估计待测对象的实际物理尺寸(而非以像素为单位的尺寸)，例如缺陷尺寸或关键尺寸(CriticalDimension)。

参考图1，EBR设备100通常包括机械运动平台110，可在X,Y,Z方向运动和转动，其上有可放置晶圆的静电托盘(Electro-Static Chuck,E-Chuck)120，其上可放置晶圆(Wafer)111。EBR设备通常还包括光学显微成像系统(Optical Microscope,OM)130，其放大倍率较低但视场(Field ofView，FOV)较大，通常用于辅助工作例如初级晶圆对准。EBR设备还包括核心任务部件140，就是电子光学成像系统，也就是一种扫描电镜(ScanningElectron Microscopy,SEM)系统，包括镜筒，其中有电子发射、聚焦、限束和扫描等功能部件，也包括晶圆表面出射电子(主要是二次电子)的采集及信号放大处理电路部分。EBR设备还包括计算机150，可用于处理数据及显示图像。

参考图2A和图2B，EBR设备中的SEM系统成像时的电子束如210，聚焦面为211，焦深为212，z方向为电子束210的密度，x方向为晶圆上的x坐标方向。工作时SEM系统进行来回扫描既定区域,扫描时在晶圆表面(且在其聚焦深度/范围之内)X,Y方向上的采样间隔为Δx和Δy,且系统需要在每个采样点停留一定时间以积累足够的出射电子(以达到一定的信噪比)。所获SEM图像，理论上大致等同于到达晶圆表面时电子束的束斑形状(近似高斯分布)和晶圆表面形貌(包括不同的材料及结构)的卷积。当SEM系统理论上的视场(FOV)和图像在X,Y方向的像素个数确定后，X,Y方向上的像素尺寸即理论像素尺寸(Nominal Pixel Size，NPS)也就确定了，理论像素尺寸为理论视场尺寸除以图像尺寸(例如，图像尺寸为1024/2048个像素的宽/高)，因此理论像素尺寸就是Δx和Δy。实际使用中SEM系统的工作参数和状态常发生漂移，例如由于1)系统实际束斑尺寸或由设备控制电路决定的扫描采样间隔发生微小改变；2)SEM系统中物镜到晶圆表面的工作距离改变(由于例如机械运动平台Z方发生漂移或由于不同类型的晶圆厚度改变，从而改变了在该晶圆上的实际采样间隔)，使得理论像素尺寸和实际像素尺寸不同。这样由多种因素叠加在一起，使得理论像素尺寸和实际像素尺寸差别较大，因此设备实际应用中经常需要能够获得更准确的实际像素尺寸。