一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。精度和可靠性。精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法


[0001]本专利技术涉及半导体设备
，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。

技术介绍

[0002]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(Critical Dimension)。
[0003]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
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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(Scanning Electron 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。
[0004]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。
[0005]请参考图3A和图3B，现有技术中常用的获取实际像素尺寸的方法1是：对具有已知尺寸的晶圆或样品采图，然后计算实际像素尺寸。例如1)用特制的晶圆，上面有已知尺寸的
对象，或2)在机械运动平台310上放置特制的样品311，在样品311上采集的图像313中含有已知尺寸的对象312，有已知的长度，例如5μm。但方法1的缺点十分明显，特制晶圆会增加成本，厚度不能保证和实际工作中的晶圆接近，导致其表面到SEM系统中镜筒的距离即工作距离和实际客户晶圆表面到SEM系统中镜筒的距离不同，且每次使用时需要上下片十分不便，在实际产线上难以实现；另外特制样品311经多次扫描后局部材料容易损坏，样品311(特制晶圆同理)表面到电镜的工作距离和实际应用中实际晶圆表面到电镜的工作距离可能差别较大。因此目前在EBR设备工作中，也有直接用客户晶圆(限于有图形晶圆即PatternedWafer)来获取实际像素尺寸的方法2，其过程大致如下：
[0006]图4显示当前一种通过采集晶圆移动前后的图像(共两帧图像)并进行模板匹配(也称为图像匹配)的方法，用于测量实际像素尺寸(图中，未按实际比例示意)。其中机械运动平台坐标系的坐标轴为x轴和y轴，且显示了晶圆401和SEM系统采集图像时的视场402,视场402的位置是固定的。其原理是这样的，先采集图像第一帧图像，即模板图像，选择其中的图像作为模板403，模板403位于(Xm，Ym)，在X,Y方向移动机械运动平台的位移分别为dXs和dYs，在图中将dXs和dYs分别标注为404和405，采集第二帧图像，即为目标图像，并进行模板匹配以确定匹配位置(Xm
′
，Ym
′
)。用dXs除以(Xm
′‑
Xm)，dYs除以(Ym
′‑
Ym)，就可获得实际像素尺寸。
[0007]通常对不同放大倍率(对应不同的视场和不同的待测像素)都需要获取实际像素尺寸。例如EBR设备的一些应用中常在多个放大倍率的区间工作，包括低放大倍率(Low Magnification，简称LM)区间和高放大倍率(High Magnification，简称HM)区间，且均具有多级不同的放大倍率值，例如LM有500nm、400nm和50nm三种不同的理论像素尺寸，相应地，有三种不同的放大倍率,HM有20nm、10nm和2nm三种不同的理论像素尺寸，相应地，有三种不同的放大倍率，这些都由具体应用决定。
[0008]以图5A为例，方法2通常包括：
[0009]1)在晶圆上确定某位置，采集模板图像510，在模板图像510中选择一个模板511；
[0010]2)移动机械移动平台，晶圆和机械运动平台同步运动，到另一位置采集目标图像512，并记录机械运动平台的相对位移量dXs,dYs；这里的移动位置有限，以确保在机械运动平台有已知误差范围的情况下，目标仍在目标图像(也就是说，位于SEM系统的视场)中；
[0011]3)在目标图像中搜寻模板，即进行模板匹配，获得匹配位置513；
[0012]4)获得模板511和匹配位置513之间的距离dXm,dYm，即dXm和dYm分别为x方向和y方向的目标位移，具体为：
[0013]dXm＝Xm
′‑
Xm
[0014]dYm＝Ym
′‑
Ym
[0015]其中，(Xm，Ym)为模板在模板图像中位置(初始位置)，(Xm
′
，Ym
′
)为目标图像中模板匹配到的位置(匹配位置)；
[0016]5)获得实际像素尺寸Px和Py，具体为：
[0017]Px＝dXs/dXm...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带电粒子束扫描成像设备实际像素尺寸的获取方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设方向包括正向和反向，进行往返式匹配以获得所述实际像素尺寸，所述进行往返式匹配以获得所述实际像素尺寸包括：先进行首轮正向的所述模板匹配以获得至少一个像素尺寸测量值，再进行一轮反向匹配获得相应轮的像素尺寸测量值以完成一组往返式匹配，然后根据各轮的所述像素尺寸测量值的统计结果获得所述实际像素尺寸，其中，所述首轮正向的所述模板匹配包括多次所述模板匹配。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在完成一组往返式匹配后，进行其他轮的正向匹配和/或反向匹配获得相应轮的像素尺寸测量值，然后根据各轮的所述像素尺寸测量值的统计结果获得所述实际像素尺寸。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，保存首轮正向的所述模板匹配使用的模板，其中，进行所述反向匹配获得相应轮的像素尺寸测量值包括：按反向到与所述首轮正向相同的至少一个位置重新采集目标图像，使用与所述首轮正向的所述模板匹配相同的模板到相应的所述重新采集的目标图像中进行模板匹配，以获得更新的匹配位置及更新的目标位移，根据所述更新的目标位移替换所述首轮正向的所述模板匹配时的相应的目标位移以获得相应轮的像素尺寸测量值。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，保存首轮正向的所述模板匹配使用的模板，其中，进行所述正向匹配获得相应轮的像素尺寸测量值包括：按正向到与所述首轮正向时相同的至少一个位置重新采集目标图像，使用与所述首轮正向的所述模板匹配相同的模板到相应的所述重新采集的目标图像中进行模板匹配，以获得更新的匹配位置及更新的目标位移，根据所述更新的目标位移替换所述首轮正向的所述模板匹配时的相应的目标位移以获得相应轮的像素尺寸测量值。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述模板图像中提取模板包括：提取所述模板图像中满足预设提取条件的子模板，所述子模板包括子图像和/或独立特征点；采用若干个所述子模板作为所述模板。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用若干个所述子模板作为所述模板包括：判断所述子模板的数量和/或类型是否符合预设要求，若是，则采用符合所述预设要求的若干个子模板作为所述模板。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用若干个所述子模板作为所述模板包括：若所述模板图像中仅包括所述子图像，则采用达到或超过预设的子图像数量阈值u的
所述子图像作为所述模板；若所述模板图像中仅包括所述独立特征点，则采用达到或超过预设的独立特征点数量阈值v的所述独立特征点作为模板；若所述模板图像中同时包括所述子图像和独立特征点，则采用当所述子模板和独立特征点数量之和达到或超过预设的总数量阈值w时的所述子模板和独立特征点作为所述模板，或者采用达到或超过预设的子图像数量阈值u的所述子图像作为所述模板，或者采...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骊松，张旭，黄涛，夏霞，
申请(专利权)人：上海精测半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：