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:规划晶圆上实际像素尺寸测量的工作区域；将全部待测像素对应的放大倍率区分为第一放大倍率和更高的第二放大倍率；当获取第一放大倍率的实际像素尺寸时，提取满足预设条件的模板，模板包括一或多个子模板，子模板包括子图像和/或独立特征点；当获取第二放大倍率的实际像素尺寸时，提取基于曲线的图像类模板或曲线类模板；依次获得各放大倍率对应的实际像素尺寸，其步骤均包括：移动晶圆采集目标图像，用模板在目标图像中进行匹配，获取模板的位置和匹配位置之间的目标位移，根据晶圆实际位移和目标位移获得实际像素尺寸。本发明专利技术可改进成功率、测量精度及时间成本。及时间成本。及时间成本。

【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
‑
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(OpticalMicroscope,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方向上的取样间隔为Δx和Δy,且系统需要在每个取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取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取样间隔)，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：对包括已知
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，且均包括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＝d本文档来自技高网...

【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:规划晶圆上实际像素尺寸测量的工作区域；将全部待测像素对应的放大倍率区分为第一放大倍率和相对更高的第二放大倍率，且各自包括一或多个不同的放大倍率值；当获取所述第一放大倍率对应的待测像素的实际像素尺寸时，在模板图像中提取满足预设条件的模板，所述模板包括一或多个子模板，所述子模板包括子图像和/或独立特征点；当获取所述第二放大倍率对应的待测像素的实际像素尺寸时，在模板图像中提取基于曲线的图像类模板或曲线类模板作为模板；依次获得所述第一放大倍率和第二放大倍率对应的实际像素尺寸，其步骤均包括：移动晶圆采集目标图像，用所述模板在目标图像中进行匹配，获取所述模板的位置和匹配位置之间的目标位移，根据晶圆实际位移和所述目标位移获得实际像素尺寸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：当规划晶圆上实际像素尺寸测量的工作区域时，根据当前设备对所述晶圆的工作任务确定晶圆的本职工作区域，在选择所述工作区域时，选择和所述本职工作区域无重叠的区域作为工作区域，所述本职工作区域包括能够事先确定的本职工作区域和不能事先确定的本职工作区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述模板图像中提取基于曲线的图像类模板或曲线类模板作为模板时，先对图像进行预处理，所述预处理包括梯度运算和边缘细化，以获得所述模板图像中的曲线，然后选取一基于曲线的图像类模板或曲线类模板；当在根据所述模板在目标图像中进行模板匹配以获得匹配位置时，先对所述目标图像进行所述预处理，以获得所述目标图像中的曲线，然后进行所述模板匹配以获得匹配位置。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述模板图像中提取基于曲线的图像类模板作为模板包括：获取所述模板图像中两条候选曲线不含各自端点的最近距离，当所述最近距离为零形成实际交汇或小于等于既定阈值形成准交汇时，将两条所述候选曲线确定为交汇或准交汇曲线，在二者最近处获取子图像，将每一所述交汇或准交汇曲线的所述子图像作为所述模板并称为曲线交汇模板。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述模板图像中提取基于曲线的图像类模板或曲线类模板作为模板包括：在所述模板图像中选择候选曲线，判断所述候选曲线上是否存在非端点的唯一参考点，当判断为是时，根据包括唯一参考点的候选曲线获得所述模板。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，判断所述候选曲线上是否存在非端点的唯一参考点包括：计算所述候选曲线上非端点的候选点的曲率以获得曲率最大点，将曲率最大点作为所述唯一参考点。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当至少两个候选点的曲率均大于等于第一阈值且间隔小于等于第二阈值时，在所述候选点的两侧候选曲线上按相同的弧长间隔规则分别确定取样点，从最靠近候选点两侧的第一级取样点开始，逐级以两侧对应位置的所述
取样点的平均曲率作为比较判据，逐级比较所述平均曲率，当所述候选点处的差别达到既定阈值时，选取所述平均曲率最大的候选点作为所述曲率最大点。8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，判断所述候选曲线上是否存在非端点的唯一参考点包括：在所述候选曲线上非端点的候选点两侧按相同的弧长间隔规则分别确定至少两个取样点，分别拟合一侧的所述取样点和另一侧的所述取样点以获得两个直线，获取两个直线的夹角，将具有最小夹角的候选点作为所述唯一参考点。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当至少两个候选点的所述夹角均小于等于第三阈值且间隔小于等于第四阈值时，在所述候选点的两侧候选曲线上按相同的弧长间隔规则分别确定取样点，从最靠近候选点两侧的第一级取样点开始，逐级获取所述取样点的所述夹角并获取平均夹角作为比较判据，逐级比较所述平均夹角，当所述候选点处的所述平均夹角差别达到既定阈值时，选取所述平均夹角最小的候选点作为所述具有最小夹角的候选点。10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据包括唯一参考点的候选曲线获得所述模板包括：获取分别包括所述唯一参考点的候选曲线对，当两个所述唯一参考点的距离小于等于既定阈值时，根据每一所述候选曲线对的包括两个所述唯一参考点的区域形成曲线对模板作为所述模板，所述模板为图像类模板；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包括：在所述目标图像中获取分别包括所述唯一参考点的待匹配曲线对，且所述待匹配曲线对的两个唯一参考点的距离小于等于所述既定阈值，遍历所述目标图像中的待匹配曲线对，根据所述曲线对模板与待匹配曲线对的最佳匹配结果获得所述匹配位置。11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据包括唯一参考点的候选曲线获得所述模板包括：获取分别包括所述唯一参考点的候选曲线对，在所述唯一参考点的两侧候选曲线上按相同的弧长间隔规则分别确定取样点，获取所述候选曲线对上对应位置的取样点之间的第一距离，获取包括所述第一距离的第一距离数组/向量，根据每一所述候选曲线对的第一距离数组/向量获得曲线对模板作为所述模板；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包括：在所述目标图像中获取包括所述唯一参考点的待匹配曲线对，在所述唯一参考点的两侧待匹配曲线上按所述弧长间隔规则分别确定取样点，获取所述待匹配曲线对上对应位置的取样点之间的第二距离，获取包括所述第二距离的第二距离数组/向量，遍历所述目标图像中的待匹配曲线对，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骊松，
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：