使用微粒多束显微镜电压对比成像的方法，电压对比成像的微粒多束显微镜以及使用微粒多束显微镜电压对比成像的半导体结构技术

本发明专利技术包含一方法、一微粒多束显微镜和一半导体结构，以通过微粒多束显微镜的多个微粒束对半导体样品进行充电，并进行高分辨率的电压对比成像，无需切换微粒多束显微镜或移动半导体样品。在这种情况下，由各自具有低的微粒电流的所选微粒束的总和所形成的相加总电流在半导体结构中产生电荷并因此产生电压差。在半导体结构中产生电荷并因此产生电压差。在半导体结构中产生电荷并因此产生电压差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用微粒多束显微镜电压对比成像的方法，电压对比成像的微粒多束显微镜以及使用微粒多束显微镜电压对比成像的半导体结构


[0001]本专利技术关于用于使用微粒多束显微镜以通过电压对比成像来检测特别是在半导体结构中的缺陷的方法。此外，本专利技术关于特别是在半导体结构上适用于电压对比成像的微粒多束显微镜。此外，本专利技术关于用于使用微粒多束显微镜进行电压对比成像的半导体结构。

技术介绍

[0002]从现有技术中已知具有多个微粒束的微粒束显微镜。US 9673024 B2揭露了一种使用电子作为微粒粒子的这类装置，其中孔径掩模设置在电子束源的下游，并在微粒束格栅配置中产生多个微粒束。多个微粒束穿过包含分束器的微粒束光学单元，且每一微粒束平行地聚焦到样品上。反射回来或在该处发射的次级电子由微粒束光学单元并行地捕获，并经由分束器导向至检测器单元，该检测器单元可分辨微粒束格栅配置的每一个别束。以常规的笛卡尔或六边形格栅排列的约10x10束的规则微粒束格栅配置为习惯上的配置，其中个别微粒束彼此之间的距离约为10μm。为了检测完整的像场，例如通过扫描单元，以锯齿形的运动在样品上同步地导引微粒束格栅配置中的微粒束，并将检测器信号的时间序列转换为用于确定图像段的空间配置。可替代地，已知具有包含个别束的多个微粒束显微镜的平行配置的微粒多束显微镜。用于微粒束显微镜的微粒粒子可为电子或带电粒子，例如金属离子(例如镓离子)或气体离子(例如氦气)。
[0003]电压对比图像通常由一结构产生的，该结构可吸收带电的电荷，然后通过使用微粒束显微镜来进行观察。在这种情况下，在待检查的样品上扫描或以扫描的方式扫过微粒束，并检测被反射的微粒粒子或二次发射(例如次级电子或光子)。
[0004]所谓的无源电压对比成像包含检测结构中的存储电荷状态。K.Crosby等人发表的“通过多束扫描电子显微镜和深度学习图像分类实现快速和直接的存储器读取(Towards Fast and Direct Memory Read
‑
out by Multi
‑
beam Scanning Electron Microscopy and Deep Learning Image Classification)”(Microscopy and Microanalysis 25.S2(2019),pp 192
–
193)描述了一种被动电压对比成像的方法，其使用具有多个微粒束的微粒束显微镜(MSEM)。在这种情况下，成像在EEPROM的存储器胞上进行，其中数据以电荷的形式存储。因此，可通过存储器胞的成像的电压对比来推导所储存的数据。在这种情况下，以非常低剂量的微粒束进行成像，以不影响存储器胞的电荷。
[0005]电压对比成像是用于检测半导体结构中的缺陷的一个已知方法。这种缺陷可能是由于集成半导体生产过程中的制程波动所致，也可能是由于制程开发过程中不完全成熟的制程而导致的。因此，电压对比图像用于生产集成半导体电路的制程开发和制程监视。
[0006]在这种情况下，微粒束总是有助于待检查样品的充电。然而，因此通常不希望由于充电而导致样品的成像特性发生变化，因此在成像期间采用了低的微粒电流。但是，高分辨
率需要低的微粒电流，且高分辨率下的充电效果小。具有高微粒电流的电压对比成像是可能的，但大幅地限制了成像，特别是限制了利用微粒束显微镜的成像的分辨率。
[0007]通常，微粒束显微镜的分辨率主要由透镜像差决定。举例来说，电子束焦点的直径d
E
由电子束源d
source
的图像直径、衍射误差d
diffraction
和电子束光学单元的透镜像差d
aberrations
所构成：
[0008][0009]衍射误差d
diffraction
随着孔径角α增大而减小。透镜像差d
aberration
由许多个别像差所构成，像是像散、球差、彗差和色差，或是由于在微粒束的能带ΔE上的色散所造成的像差。透镜像差随着孔径角α的增加而大幅地增加，并通过微粒束光学单元的相应设计和校正将其最小化，直至达最大孔径角α
max
。通常将微粒粒子的成像的孔径角α
max
设定为使得衍射误差d
diffraction
和透镜像差d
aberration
一起变成最小。
[0010]为了范围在几纳米的所需高分辨率，需要微粒束的焦点的小直径d
E
。为此目的，通过成像比例M＜1，以缩小的方式对微粒束源进行成像，使得可忽略缩小的源图像尺寸d
source
。较小的成像比例M导致孔径角α
max
的增加或个别微粒束的孔径的增加，并且因此导致透镜像差的增加。因此，高分辨率成像仅在微粒束源处具有非常小的孔径角的情况下才有可能，且低辐射强度可实现高分辨率成像。
[0011]因此，在现有技术中，为了对用于电压对比成像的样品充电，例如，选择大的放大倍率，其结果为源图像被放大且分辨率降低。这导致在电子束源处的孔径角变大，且更多的电荷被吸收并导入样品中。另一方面，迄今只有在限的情况下，才有可能使用具有高分辨率和同时充电的微粒束显微镜进行电压对比成像。
[0012]US 7528614 B2提出了一种用于对样品进行充电的替代方法。为此，US7528614B2提出了对样品充电的单独预充电电子束枪(所谓的“读数电子枪(flood gun)”)。提到了也可使用多个这样的预充电电子束枪。在第二步骤中，用高分辨率的微粒束显微镜进行电压对比成像。提到了微粒束显微镜可为多束显微镜。单独的预充电电子束枪只允许对样品进行整体的、空间上未解析的充电，且在样品和高分辨率微粒束显微镜之间需要有较大的工作距离。原则上，有必要使读数电子枪能够到达待充电样品的区域。对于具有小工作距离的高分辨率电子显微镜而言，这是困难的，因为读数电子枪接着必须以非常浅的角度从侧面引入辐射。这种配置尤其对于用于微粒束的具有较大直径的最后透镜模组的微粒多束显微镜是有问题的。
[0013]此外，高分辨率的微粒束显微镜通常以所谓的浸没模式操作，在样品和微粒束显微镜之间存在电场或磁场。此浸没场进一步通过单独的预充电电子束枪阻碍了样品的充电。US 9165742 B1揭露了单独的预充电电子束枪的其他示例，其另外需要耗时的切换和重新对准微粒束电子显微镜的光学单元。
[0014]目前，半导体结构的最小横向结构尺寸(CD)约为5nm，且应期望最小结构尺寸将继续缩小，并在几年内将小于3nm、小于2nm甚至更低。只有在低微粒电流的情况下，才可能有这种数量级的分辨率。为了引入足够量的电荷到待测量的半导体结构中，并确保有足够的分辨率，现有技术使用费时的两阶段过程来进行电压对比成像。在第一阶段中，以所谓的预充电模式对待检查样品进行充电，以高的微粒电流来操作微粒束显微镜。在第二步骤中，接
着将微粒束显微镜切换到具有低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电压对比成像的方法，特别是在一半导体样品(60)上，其使用具有在格栅配置(4)中的多个个别微粒束(3)的微粒多束显微镜(1)，包含：a.通过该多个个别微粒束(3)以扫描方式扫过具有至少一个可充电结构(53、56、59、67、68、69、70、100)的样品(60)，b.以该微粒多束显微镜(1)的第一数量的第一微粒束(3)对该样品(60)充电，c.以该微粒多束显微镜(1)的第二数量的第二微粒束(3)来决定在该样品(60)的该至少一个可充电结构(53、56、59、67、68、69、70、100)处的电压对比度。2.如权利要求1所述的方法，其中该第一数量的第一微粒束(3)中的至少一个第一微粒束(3)不包含于该第二数量的第二微粒束中，或该第二数量的第二微粒束(3)中的至少一个第二微粒束(3)不包含于该第一数量的第一微粒束(3)中。3.如权利要求1或2所述的方法，其中该第一数量的第一微粒束(3)包含至少一个第一微粒束(3)。4.如权利要求1
‑
3的任一项所述的方法，其中该第二数量的第二微粒束(3)包含至少一个第二微粒束(3)。5.如权利要求1
‑
4的任一项所述的方法，其中在以该第一数量的第一微粒束(3)中的至少一个第一微粒束(3)对该样品(60)充电的过程中，以空间解析的方式针对性地对该至少一个可充电结构(53、56、59、67、68、69、70、100)进行充电。6.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中该第一数量的第一微粒束(3)包含至少两个第一微粒束(3)，其中该至少两个第一微粒束(3)各具有第一微粒电流，以及由该至少两个第一微粒电流的总和所形成的相加总电流产生累积电荷，从而在该可充电结构(53、56、59、67、68、69、70、100)中产生电压差。7.如权利要求6所述的方法，其中用于决定在该样品(60)处的该电压对比度的第二微粒束的微粒电流小于该第一数量的第一微粒束(3)的该相加总电流，使得该可充电结构(53、56、59、67、68、69、70、100)的该累积电荷由于该第二微粒束的该微粒电流而基本上保持不变。8.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中步骤b中的充电以及步骤c中的决定该电压对比度是在该微粒多束显微镜1的相同设定下进行，且该第一和该第二微粒束(3)的个别微粒电流在步骤b及步骤c中基本上保持不变。9.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中步骤b中的充电以及步骤c中的决定该电压对比度是以时间上重叠的方式进行或在步骤(1a)中以扫描方式在扫过该样品的过程中同时地进行。10.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中步骤1b中的充电是在至少一个第一扫描位置(62.1、62.2、110、111)处以第一微粒束(3)进行，且步骤1c中的决定该电压对比度是在不同于该第一扫描位置的至少一个第二扫描位置(63.1、64.1、111、113)处以第二微粒束(3)进行。11.如前述权利要求的任一项所述的方法，其中该第一数量的第一微粒束(3)中的至少一个微粒束与该第二数量的第二微粒束(3)中的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：D蔡德勒，GF德尔曼，S舒伯特，
申请(专利权)人：卡尔蔡司MultiSEM有限责任公司，
类型：发明
国别省市：