美國國家標準與技術(shù)研究院 （NIST） 和半導體及相關(guān)行業(yè)檢測和測量系統(tǒng)提供商 KLA Corporation 的研究人員提高了掃描電子顯微鏡 （SEM） 測量的準確性。SEM用于半導體制造中的過程控制應用，有助于確保高產(chǎn)量生產(chǎn)功能性高性能芯片。

SEM使用聚焦電子束對小至1納米的特征進行成像，使其成為表征半導體器件結(jié)構(gòu)的重要儀器。在芯片制造過程中，高分辨率 SEM 用于許多檢測和計量應用，包括檢測非常小的缺陷、識別和分類光學檢測員發(fā)現(xiàn)的缺陷、圖案特征的關(guān)鍵尺寸測量、覆蓋測量等。這些信息有助于芯片工程師表征和微調(diào)其制造工藝。

當電子束通過SEM時，它會受到仔細控制。電子束與理想路徑的輕微偏差或電子束撞擊芯片表面的角度的微小錯位都會使生成的 SEM 圖像失真并歪曲器件的結(jié)構(gòu)。NIST和KLA通過考慮電子束的這些角度錯位，提高了SEM的精度。該聯(lián)合研究項目測量光束傾斜的精度小于一毫弧度，即百分之五度，這需要在角分辨率和測量驗證方面取得進步。

為了測量光束傾斜，NIST和KLA創(chuàng)建了電子顯微鏡的原型標準，并以一種新的方式分析了所得的電子顯微照片。原型標準由一系列錐形硅柱組成，稱為錐形視錐體，形成對光束傾斜高度敏感的圖像。傾斜表現(xiàn)為視錐體頂部邊緣和底部邊緣圖像中心之間的偏移。利用他們在模擬電子-物質(zhì)相互作用方面的專業(yè)知識，研究人員使用模擬來展示亞毫弧度精度的潛力，指導他們正在進行的標準工件的設計和制造。

已知位置的錐形視錐體陣列有可能測量 SEM 掃描和成像的區(qū)域內(nèi)光束傾斜的任何變化。這些測量可以進一步校準電子顯微鏡的放大倍率和畸變。此外，新標準還適用于芯片制造中使用的其他顯微鏡方法，包括原子力和超分辨率光學顯微鏡。比較不同顯微鏡方法結(jié)果的能力有助于在不同方法之間可靠且可重復地傳輸信息，并提高測量模型的準確性。

錐形視錐體陣列的模型

“電子束傾斜會改變器件特征的表觀位置，降低SEM測量的準確性，”NIST研究員兼涵蓋這項研究的行業(yè)論文的第一作者Andrew C. Madison說。“我們的新標準和分析方法可以檢測電子束位移，因為它在整個成像場中變化。

“有了這些數(shù)據(jù)，SEM制造商可以實施校準和校正，以提高圖像質(zhì)量和測量精度，”NIST研究員兼首席研究員Samuel M. Stavis說。

“作為半導體檢測和計量領(lǐng)域的專家，我們不斷探索可以擴展當前測量極限的新技術(shù)，”KLA公司高級副總裁兼總經(jīng)理Yalin Xiong說?！芭c研究機構(gòu)的合作在發(fā)現(xiàn)有助于推進芯片行業(yè)過程控制的創(chuàng)新方面發(fā)揮著重要作用。我們與NIST的聯(lián)合研究旨在提高用于表征芯片制造工藝的基本測量的準確性。