CN101499433B - 用于电测试半导体晶片的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电测试半导体晶片的系统，该系统包括(a)至少一个带电粒子束聚焦影响组件和(b)适于收集从晶片散射的带电粒子的至少一个检测器；其中该系统适于用离焦带电粒子束扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电，用聚焦带电粒子束扫描第一区域的至少一部分并检测从该至少一部分散射的电子。该系统在离焦带电粒子束保持影响第一区域的同时，扫描该至少一部分。一种用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括用离焦带电粒子束扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电；以及在检测从第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束扫描该至少一部分，在由离焦带电粒子束引起的充电保持影响第一区域的同时，扫描该至少一部分。

Description

用于电测试半导体晶片的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在电路制造期间检查和测试半导体晶片的设备和方法，尤其用于在电压对比模式中测试晶片。
背景技术
集成电路是包括多个层的非常复杂的器件。每一层可包括导电材料、绝缘材料和/或半导体材料。通常根据集成电路的预期功能度，将这些各种材料排列在图案中。该图案也反映集成电路的制备工艺。
导电层通常包括由导电材料制成的一些导体，这些导体由诸如各种氧化物的绝缘材料分隔。以交错方式将电介质层布置在各导电层之间。可由位于电介质层内的导电材料(称为互连或过孔)将不同导电层的导体彼此连接和/或连接到衬底。衬底可包括半导体材料并且至少将衬底的一部分连接到虚假接地。
已经开发了用于在制造阶段期间、在连续制备阶段之间检查集成电路的多种检查和失效分析技术，这些技术与制备工艺相结合(也称为“在线”检查技术)或不相结合(也称为“离线”检查技术)。在现有技术中已知多种光学及带电粒子束检查工具和复查工具，诸如加利福尼亚州Santa Clara市的应用材料(Applied Materials)股份有限公司的ComplussTM、SEMVisionTM和InsiteTM。
制备失效会影响集成电路的电特征。某些这种失效来自于集成电路的不同元件之间的有害断开。欠蚀刻过孔或导体可以是浮动的，而不是连接到导电的次表面结构。
由于缺陷结构和无缺陷结构之间的充电差异，可以检测这种失效。为了便于电压对比分析，在缺陷结构和缺陷结构的周围之间必须存在充电差异。
通常将次表面结构电连接到晶片的衬底，或者连接到外部电压源或接地。因此，可以相对容易地控制周围结构的充电。
为了执行有效电压对比测量，必须在缺陷结构和无缺陷结构的电势之间形成明显的差异。特别是，为了能够通过能量过滤实现信号分离，必须在电势中形成大于包含缺陷和无缺陷结构的材料的二次电子的标称能量宽度的差异。
用于执行电压对比测量的多种技术是已知的。第一种技术包括使用浸没电子枪。可以朝向浸没电子枪移动样品，浸没电子枪向预定区域引导相对大量的电子，由此给该区域充电。为了提供该区域的图像，由扫描束扫描该区域。另一种技术涉及为样品提供偏置电压。这些技术的组合也是已知的。McCord等人的名为“控制表面充电及聚焦的设备和方法”的美国专利No.6,828,571中描述了这两种技术的组合的示例。McCord还描述了涉及用倾斜检测束照明样品的自动聚焦方法。
某些检查装置和方法通过聚焦到诸如获得预期分辨率所必需的小束斑尺寸的电子束扫描样品。通常需要束斑的直径小于预期分辨率的两倍。对于当今最高级的半导体晶片，通常需要束斑尺寸小于500nm。
通常，在沿水平轴机械移动样品的同时，沿扫描轴扫描电子束。因此，相对避免了相同区域的重复曝光。
多种类型的是已知的，这些扫描电子显微镜通常包括电子枪、接收从目标发射的电子的检测器及相关放大器和监视器，该电子枪通过包含聚光透镜、扫描线圈和物镜的真空柱体将电子束引导到该目标。
根据Wikipedia，“八极”通常是指“具有相反符号的充电分布且以小距离彼此分隔的两个电或磁四极”和/或“用于控制电子束或其它带电粒子束的任何装置，由排列在圆形图案中具有交替极性的八个电极或磁极构成；一般用于校正四极系统的像差。”
SemVision/G2是使用其中包括“delta(德尔塔)充电”技术的各种充电技术的商业可用系统。
在这里将说明书中提到的全部申请和专利文献及其中直接或间接引用的申请及专利文献的公开作为参考文献。
发明内容
本发明的实施例试图提供用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电；以及在检测从第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该至少一部分；其中所述离焦扫描线和所述聚焦扫描线相互分离，并且在由离焦带电粒子束引起的充电保持影响聚焦带电扫描线同时，用所述聚焦带电粒子束沿着所述聚焦扫描线扫描该第一区域。替代地或另外，提供了用于电测试半导体晶片的系统，该系统包括至少一个带电粒子束聚焦影响组件、适于收集从晶片散射的带电粒子的至少一个检测器；其中该系统适于：(i)用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电，(ii)用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描第一区域的至少一部分，以及(iii)检测从该至少一部分散射的电子；其中系统在利用离焦带电粒子束引起的充电保持影响第一区域的同时，扫描该至少一部分；所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
根据本发明的某些实施例，将该扫描的回扫描/逆程部分用于在晶片表面上执行动态预充电处理，通常包括对该束进行离焦，以便增加充电水平和所获得的充电均匀性。
因此，根据本发明的某些实施例，提供了用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括：(a)在维持构成第一扫描区域的基本聚焦束的同时，沿至少一条扫描线扫描带电粒子束；(b)在维持构成第一扫描区域的基本离焦束的同时，沿至少一条扫描线扫描带电粒子束，以便控制包括第一扫描区域的至少一个区域的充电；以及(c)重复扫描步骤，直到扫描了晶片的预定部分。该次序并不需要如上所述的准确，例如可交互步骤(a)和(b)，以便离焦充电控制步骤可以先于聚焦步骤。
根据本发明的某些实施例，还提供了用于电测试半导体晶片的系统，该系统包括(a)带电粒子束源；(b)可以改变的聚焦元件，包括但不限制于透镜元件、束能量或圆柱电极；(c)适于收集从晶片散射的带电粒子的至少一个检测器；以及(d)控制系统，该控制系统适于：(i)以在维持基本聚焦束的同时，使带电粒子束沿至少一条扫描线扫描的方式控制带电粒子束，并允许检测器收集从第一扫描部分散射的带电粒子；(ii)以在维持基本离焦束的同时，使带电粒子束沿至少另一条扫描线扫描的方式控制带电粒子束，以便控制包括第一扫描部分的至少一个区域的充电；以及(iii)确定重复(i)和(ii)直到扫描了晶片的预定部分；可以及时交换(i)和(ii)的次序。
根据本发明的某些实施例，还提供了用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电，以及在检测从第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该至少一部分，其中所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间，并且在由离焦带电粒子束引起的充电保持影响聚焦带电扫描线的同时，用聚焦带电粒子束沿着所述聚焦扫描线扫描该第一区域。
另外，根据本发明的某些实施例，由离焦带电粒子束形成的束斑尺寸明显大于由聚焦带电粒子束形成的束斑尺寸。
另外，根据本发明的某些实施例，离焦扫描线与聚焦扫描线平行。
另外，根据本发明的某些实施例，离焦扫描线与聚焦扫描线不平行。
另外，根据本发明的某些实施例，离焦带电粒子束沿在第一方向上的离焦扫描线扫描而聚焦带电粒子束沿实质与第一方向相反的第二方向上的聚焦扫描线扫描。
另外，根据本发明的某些实施例，第一扫描包括在晶片附近引入离焦静电场。
另外，根据本发明的某些实施例，第一扫描包括在远离晶片的位置引入离焦静电场。
另外，根据本发明的某些实施例，第一扫描包括在持续时间上小于几条扫描线的离焦周期期间使聚焦带电粒子束离焦。
另外，根据本发明的某些实施例，第二扫描包括在持续时间上小于几条扫描线的聚焦周期期间使离焦带电粒子束聚焦。
根据本发明的某些实施例，还提供了用于电测试半导体晶片的系统，该系统包括可操作用于产生至少一条聚焦带电粒子束和至少一条离焦带电粒子束的至少一个带电粒子束聚焦影响组件；以及适于收集从晶片散射的带电粒子的至少一个检测器，其中该系统适于：(i)使用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域，以便影响该第一区域的充电；(ii)使用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该第一区域的至少一部分，以及(iii)检测从该至少一部分散射的电子；其中并且在由离焦带电粒子束引起的充电保持影响聚焦带电扫描线的同时，用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该第一区域；所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
另外，根据本发明的某些实施例，由离焦带电粒子束形成的束斑尺寸明显大于由聚焦带电粒子束形成的束斑尺寸。
另外，根据本发明的某些实施例，离焦扫描线与聚焦扫描线平行。
另外，根据本发明的某些实施例，离焦扫描线与聚焦扫描线不平行。
另外，根据本发明的某些实施例，离焦带电粒子束沿在第一方向上的离焦扫描线扫描，而聚焦带电粒子束沿实质与第一方向相反的第二方向上的聚焦扫描线扫描。
另外，根据本发明的某些实施例，至少一个带电粒子束聚焦影响组件适于通过在晶片的附近引入离焦静电场使带电粒子束离焦。
另外，根据本发明的某些实施例，至少一个带电粒子束聚焦影响组件适于通过引入远离晶片的离焦静电场使带电粒子束离焦。
根据本发明的某些实施例，还提供了用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括：通过使用相对聚焦带电粒子束沿着多条聚焦扫描线扫描晶片以确定扫描线的时间序列；以及在用聚焦带电粒子束扫描时间序列中的每一条独立聚焦扫描线之前，和在用所述聚焦带电粒子束扫描时间序列中就在该独立聚焦扫描线之前的聚焦扫描线之后，使用相对离焦带电粒子束沿着离焦扫描线预充电包括该条扫描线的区域；所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
另外，根据本发明的某些实施例，由扫描电子显微镜(SEM)执行该扫描步骤。
另外，根据本发明的某些实施例，扫描线中的每一条具有均匀宽度，其中该束具有确定扫描线的均匀宽度的宽度。
另外，根据本发明的某些实施例，晶片上扫描线的排列确定扫描线的物理序列，并且其中扫描线的时间序列与扫描线的物理序列相异。
另外，根据本发明的某些实施例，预充电包括使聚焦带电粒子离焦束，由此提供离焦带电粒子束。
另外，根据本发明的某些实施例，将所述扫描线分开，以便实质防止先前扫描的扫描线明显改变由后续扫描的扫描线中的离焦带电粒子束引入的充电。
根据本发明的某些实施例，还提供了用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括：用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响该第一区域的充电；以及在检测从该第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该至少一部分，其中所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间，且在由离焦带电粒子束引起的充电保持影响该第一区域的同时，扫描该至少一部分。
本发明的某些实施例的独特优点包括下述：与常规系统相比，充电一般不会随着预充电步骤和实际聚焦扫描步骤之间时间的流逝而消散，和/或每次只执行扫描步骤一遍，以便完全地或非常明显地消除扫描步骤的相邻遍数之间的干扰。
根据本发明的训导的某些或全部，可将任何适当处理器、显示器和输入工具用于处理、显示、存储和接收信息，包括计算机程序，诸如但不限于，常规个人计算机处理器、工作站或用于处理的通用或专门构建的其它可编程装置或计算机或电子计算装置；用于显示的显示屏和/或打印机和/或扬声器；诸如光盘、CDROM、磁光盘或其它磁盘的机器可读存储器；用于存储的RAM、ROM、EPROM、EEPROM、磁或光或其它卡，及用于接收的键盘或鼠标。如上所用的术语“处理”包括作为可在例如计算机的寄存器和/或存储器中发生或存在的例如电子的物理现象表现的数据的任何类型的计算或操作或转换。
根据本发明的某些实施例，本发明的设备可包括包含或存储指令程序的机器可读存储器，当由机器执行时指令程序实现这里示出的和描述的本发明的设备、方法、特征和功能性的某些或全部。替代地或另外，根据本发明的某些实施例，本发明的设备可包括如上所述的以任何常规编程语言编写的程序，以及可选地，用于执行该程序的机器，诸如但不限于可以可选地根据本发明的训导设置或激活的通用计算机。
在本文中或附图中出现的任何商标是商标拥有者的所用，并且在这里出现仅用于解释或说明如何可实现本发明的实施例的一个示例。
附图说明
为了理解本发明和领会在实践中如何实现本发明，现在将参考附图描述仅作为非限制示例的某些实施例，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的电压对比测量系统的简化横截面图；
图2是根据本发明的另一个实施例的电压对比测量系统的简化横截面图；
图3示出根据本发明的一个实施例的扫描图案；
图4示出根据本发明的另一个实施例的扫描图案；
图5示出根据本发明的另一个实施例的扫描图案；
图6示出根据本发明的另一个实施例的扫描图案；
图7A-7C是根据本发明的某些实施例的图1-2的系统的操作方法的简化流程图；
图8A-8D一起形成在使用柱体中的聚焦电极实现快速聚焦和离焦电子束中使用的信号图；以及
图9A-9C一起形成在使用诸如四极或八极的静电扫描偏转器实现电子束的快速聚焦和离焦中使用的信号图。
具体实施方式
下面的描述涉及带电粒子显微镜，诸如扫描电子显微镜(SEM)，特别是步进重复(step and repeat)类型SEM，在带电粒子显微镜中，通常通过扫描晶片的一个区域(由该SEM的视场确定的区域)和在晶片与SEM之间以机械方式引入相对运动来推进对于另一个区域的扫描的重复步骤来对晶片进行扫描。例如可通过由诸如透镜、偏转器等的不同静电和/或磁元件引入的静电场和/或磁场实现该相对移动。需要指出的是，可将其它带电粒子甚至光子用于检测电压对比。还需要指出的是，也可通过在SEM和晶片之间引入基本恒定的移动实现本发明。该相对移动可以是线性的或甚至是旋转的，和/或两者的任何组合。
根据本发明的一个实施例，通过改变束限制缝隙14实现离焦，束限制缝隙14还改变束电流。
图1示出根据本发明的一个实施例的能够进行电压对比分析的扫描电子显微镜(SEM)。图1的SEM包括电子枪22、阳极24和可操作用于产生主电子束40的高压电源26。
根据本发明的一个实施例，在电压对比分析期间重复使带电粒子束40聚焦和离焦。离焦涉及改变带电粒子束40的能量。另外，虽然磁场的特征是磁场改变速率比静电元件引起的慢，但是也可以改变磁场。
根据本发明的一个实施例，图1的SEM包括至少一个带电粒子束焦距改变组件，例如下面参考图8A-9c详细描述的。该组件可以以相对快的方式改变带电粒子束的焦距。可以将这种组件放置在电子枪22与晶片100之间。
通常，可以相对快速地改变静电场，因此快速离焦(和聚焦)效果可以包括改变施加到不同电极的电压，诸如电极30、阳极24和甚至电子枪22，诸如，如下面参考图8A-9c详细描述的。将电极30放置在晶片100附近，并且当远离晶片100放置其它电极时电极30可以影响晶片100附近的静电场。
图1的SEM通常还包括检测器14，该检测期14具有缝隙13，主电子束40可以穿过缝隙13，能够将主电子束聚焦到晶片100上的物镜12，控制器60及载物台50。物镜12通常包括引入从物镜12泄漏的静电场和磁场的静电透镜和磁透镜。
图1的SEM可以包括附加组件，诸如偏转主电子束以便扫描晶片的偏转部件，及为了简化解释在图1中未示出的附加控制和电压电源部件。
在图1的SEM中，引导主电子束40穿过检测器14中的缝隙12，以便由物镜12将主电子束40聚焦到所检查的晶片100。主电子束与晶片100交互作用，该交互作用的结果是，反射或散射多种类型的电子，诸如二次电子、背散射电子、俄歇电子和/或X射线量子。可以容易地收集二次电子。大多数SEM主要通过如图所示的检测器14检测这些二次电子。将检测器14连接到控制器60，控制器60能够，例如常规地，产生对应所收集二次电子的幅值和主电子束40相对晶片100的位置的所扫描晶片的图像。
通常还将控制器60连接到载物台50，载物台50用于控制引入到晶片100和图1的SEM的诸如电极的其它部分的机械移动。控制器60通常控制图1的SEM的不同组件，包括高压电源26、电极电压电源部件32、偏转部件(未示出)等等。通常由X扫描信号和Y扫描信号控制偏转部件。需要指出的是，控制器60可包括多个软件和硬件组件，并且可包含单个装置或多个装置。
通常，当沿X轴偏转电子束时载物台50沿Y轴移动晶片100。这不是必须的，并且可以应用其它组合，包括沿第一轴引入机械移动并沿不与第一轴正交的第二轴偏转电子束。而且，后续扫描的方向可以是相同的或彼此相反的。图1的SEM可以包括附加检测器、能量滤镜等，为了简化未示出。
虽然图1示出了用于控制充电的单一电极30，这不是必须的，并且为了控制晶片100的充电可以应用多个电极及划分为多个部分的单一电极。
图2示出根据本发明的另一个实施例的能够进行电压对比分析的扫描电子显微镜(SEM)。应该认识到，图2及别处示出的本发明的实施例的某些组件是可选的。图2的设备包括照明光学和检查光学。照明光学产生并朝向样品引导带电粒子束。可以由照明光学的不同组件改变带电粒子束的焦点。
术语“光学”包括诸如物镜、磁线圈、极片、静电透镜、缝隙、扫描器等的组件。这些组件影响带电粒子束的不同特征。光学还可以包括诸如电源、电流源的组件，控制这些组件的组件等。照明路径包括带电粒子束源111。源111可以是常规的，并且通常包括彼此手工操作相关的电子枪、灯丝、抑制器、牵引器和阳极。
操作上，例如如图所示，带电粒子束源111与上八极112、缝隙对准线圈113、束确定缝隙114、消隐装置115、差动真空缝隙(differential vacuum aperture)116、上线圈组117、消隐缝隙119、可被用于这里所述的离焦的下线圈组120、可被用于这里所述的离焦的下八极121和磁物镜122相关联。还可以将带电粒子束转向法拉第杯118。
检查路径通常包括磁物镜122、下八极121、下线圈组120、束弯曲电极124、静电四极126、静电聚焦透镜128、接地缝隙130、静电滤镜132和检测器134。不同组件从如常规的高电压模块接收高电压。不同组件，特别是磁组件，从供电模块接收电流。
可以由照明路径的诸如上和下线圈组117和120的不同组件使带电粒子束聚焦和离焦，通常与上和下八极112和121相结合。通常通过八极获得小的焦点变化。
通常，检查系统还包括载物台、图像处理器、真空腔、光学组件、人工机械界面等。带电粒子束通过真空传播。
图3示出根据本发明的一个实施例的第一扫描图案，该第一扫描图案可以由诸如图1-2的SEM的SEM提供。当可沿X轴偏转主电子束40时，可沿Y轴传送晶片100。图3还示出由聚焦束30形成的小束斑201和由离焦束40形成的大束斑202。这些束斑中的每一个与这些束斑分别照明的晶片的一部分交互作用。
通过沿离焦扫描线212，例如从左到右，扫描离焦带电粒子束，开始扫描图案200。用于晶片100的Y轴216(比方说)传送，使离焦扫描线212的取向相对X轴214具有小的负角。在该阶段期间，给包括全部大束斑202的组合区域的第一区域充电。
一旦离焦束结束离焦束扫描，在短聚焦周期期间使束40聚焦。在该聚焦周期期间，束40可以扫描晶片，例如从右向左，但是也可以将束40消隐。为了简化解释，未示出在聚焦周期期间的束路径。
在聚焦周期末期，聚焦束沿聚焦扫描线211扫描。图3示出与离焦扫描线212平行的聚焦扫描线211，但这并不是必须的。
现在描述根据本发明的不同实施例的可以由诸如图1-2的SEM的SEM提供的其它扫描图案。
在图4的扫描图案中，聚焦扫描线211与离焦扫描线平行，但朝向相反方向；如果聚焦扫描线指向(比方说)右方，离焦扫描线指向左方。
在图5的扫描图案中，将聚焦扫描线211配置在相邻离焦扫描线212之间。
在图6的扫描图案中，聚焦扫描线211与离焦扫描线212不平行。可以在多种方式中获得该取向，包括沿Y轴的电扫描、改变扫描速率、改变Y轴机械移动等。
通常，如果必须，为了提供对于扫描和图像线的均匀充电控制，可以旋转或移动充电控制扫描线。根据本发明的一个实施例，作为控制充电的方法，可以改变占空比(充电控制周期与图像获取周期之间的比值)。
该变化可以响应，例如，在电压对比分析期间获取的图像、先前获取的图像、扫描区域的充电特征等等。根据本发明的一个实施例，作为控制充电的方法，可以控制离焦量。
根据本发明的不同实施例，可以将离焦用于执行负预充电或正预充电。
根据本发明的另一个实施例，图看出图8-9c所示，可以调整施加到电极70的电压，以便在束40的聚焦中引起快速变化，以及用于充电(或放电)晶片100。
根据本发明的另一个实施例，通过使用与电极70不同的组件并执行束40的离焦以及独立控制施加到电极70的电压以便充电或放电晶片100，实现聚焦和离焦。
根据本发明的另一个实施例，束40的聚焦改变可以在第一周期期间进行而施加到电极70的电势改变在另一个周期中进行。例如，使束40离焦以便产生增加的充电，随后电极70可以接收使先前引入的充电放电的电源电压。
图7A-7C是用于例如使用图1或2的设备电测试半导体晶片的方法的简化流程图，全部根据本发明的某些实施例。
在图7A的方法中，使带电粒子束离焦。通常，步骤310包括在晶片附近引入离焦静电场。根据本发明的另一个实施例，步骤310包括在远离晶片的位置引入离焦静电场。通常步骤310在短的离焦周期期间进行。
步骤310之后是步骤320，步骤320包括用离焦带电粒子束扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电，例如使用图3-6的扫描图案中的任何一个。步骤320之后是使带电粒子束聚焦的步骤330。通常步骤330包括在晶片附近引入聚焦静电场。根据本发明的另一个实施例，步骤330包括在远离晶片的位置引入聚焦静电场。通常步骤330在短的聚焦周期期间进行。
步骤330之后是步骤340，步骤340包括在检测从第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束扫描该至少一部分。在由离焦带电粒子束引入的充电保持影响第一区域的同时，执行步骤340。通常，完成步骤320之后立即执行步骤340。在步骤340之后执行步骤310，直到达到预定标准。如果扫描了预定区域、如果检测到缺陷等等，则可以达到该标准。
通常由离焦带电粒子束形成的束斑尺寸明显大于由聚焦带电粒子束形成的束斑尺寸。束斑尺寸之间的比值可以响应所需充电量、充电周期长度和该系统内的离焦及聚焦速度和精确度。
通常，离焦带电粒子束沿离焦扫描线扫描而聚焦带电粒子束沿聚焦扫描线扫描。根据本发明的一个实施例，如图3-5中所示，离焦扫描线与聚焦扫描线平行。根据本发明的另一个实施例，如图6中所示，离焦扫描线与聚焦扫描线不平行。根据本发明的另一个实施例，离焦扫描线基本与聚焦扫描线相反。
通常，将多条聚焦扫描线布置在相邻离焦扫描线之间。
应该认识到，实现如图所示和这里描述的本发明通常涉及使聚焦束快速离焦，或使离焦束快速聚焦。预计聚焦中的变化应该仅需要微秒级别而且优选甚至小于一微秒。这里参考图8A-9C描述实现该目的的优选方法。
图8A-8D一起形成在使用柱体中的聚焦电极实现快速聚焦和离焦电子束中使用的信号图。图8A示出如将要施加到图1的扫描线圈16的或图2的下八极121的可被用来对束40进行扫描和回扫的扫描斜波信号。图8B示出可被施加到图1的电极31的用于在聚焦中引起变化的电压变化。图8C示出施加到图2的消隐装置115的用于在转换期间防止晶片曝光的可选消隐信号。图8D示出由控制器60传送到图1的电极电源32的控制信号。在回扫T3到T6(离焦周期530)期间，转换电极控制信号以便使该束离焦。
图9A-9C一起形成在使用诸如四极或八极的静电扫描偏转器实现电子束的快速聚焦和离焦中使用的信号图。图9A示出由图2的扫描控制器158施加到偏转器121的特定极片以便扫描和回扫该束的正常电压。图9B示出用于改变该束的聚焦和/或像散状态以便提供所需离焦水平的叠加电压。图9C示出由扫描控制器158施加到偏转器121的极片上以便提供聚焦扫描和离焦回扫的静电压。
一般地，可用显微镜中的任何元件对聚焦进行振动，只要该元件能够以与扫描线速率相当的速率改变聚焦。由于磁滞后或自感应现象使得不能快速改变磁元件，这通常将选择限制在静电元件。这里，分别参考图8A-8D和9A-9C描述用于使该束离焦的两种非限制性方法。
在第一种方法中，使用图1的静电元件30。该元件的正常用途是控制晶片，即图1的元件100，附近的电场的幅值和极性。该电极有时是指电荷控制板、接近电极、或聚焦极。为了改变聚焦，在两个电压状态之间转换电极电源32，第一个状态是该束被聚焦的状态，而第二个提供离焦状态。1000V的转换范围通常是足够的，但是取决于电极的特定几何，因此特定需要电压范围将取决于将要使用的电子光学系统的特性。例如，如果电极的孔尺寸大约为3mm而且电极与晶片之间的距离大约为1mm，电压范围可以是在100到500伏的范围内。
一般地，希望将束斑离焦到至少一微米的空间尺度。将控制器60用于时间控制线扫描和电压转换，以便进行如图8A-8D所示的序列。
一般地，图8A-8D示出用于图4所示的示范扫描类型的控制信号和电压的适当时间序列。用于在本发明的范围内的诸如图3、5和6的扫描类型的其它扫描类型的适当时间序列可以是相似的，但已作必要的修正。示出的时间线包含空闲周期510、扫描及图像周期520、离焦周期530、和空闲周期540，通常离焦周期530的长度刚刚满足进行离焦。通常，分别在周期520与530之间以及周期530与540之间存在短暂的第一和第二消隐周期550和560。
图8C示出使用柱体的束消隐元件，如果束消隐元件是可用的，防止正在转换电极电压(图8B)时束斑照明晶片100的选项。该方法允许束斑被离焦，并且同时允许改变晶片表面的电极场，使电极场更正或更负，取决于转换电源的极性。
在第二种方法中，同样适于图4所示的示范扫描类型，将图2的静电八极21用于振动聚焦。将八极21设计成允许束斑的扫描、聚焦和像散调整。替代地或另外，可使用四极、十二极或其它极片配置。在该实施例中，不改变晶片表面的电场。
在该实施例中，将确定八极的每个极片的独立电压的电子学设计成允许将扫描、聚焦和像散状态施加到八极的整体。就是说，可以独立控制每个极片电压。改变聚焦状态包括在8个极片的每一个的扫描斜波信号上叠加相等电压。图9A-9C绘出可被施加到八极的极片中的一个上的电压。为了使束斑离焦，可以改变八极整体的聚焦或像散状态。图9A示出为了扫描束斑而施加到极片的时间电压。图9B示出叠加的离焦电压。图9C示出两个电压的总和，该两个电压的总和是可被施加到极片的实际时间电压。对于图2的SEM，用于改变聚焦的叠加电压可在20-50伏的级别。
对于具有100条扫描线(聚焦束斑直径的100倍)的直径的离焦束斑，可随后执行以下顺序的操作：
离焦扫描覆盖N条聚焦线的区域(在当前示例中，N为100)。
包含在离焦区域中的聚焦扫描线处于下述序列中：1、n+1、2n+1、...＜N，其中n是线an+1的充电不会不利影响线(a+1)n+1的充电的整数。
从步骤a的离焦扫描线以一条聚焦线增加覆盖N条线的区域的离焦扫描，例如，如果在步骤(a)中的离焦模式中扫描线1-100，那么可在步骤(c)中的离焦模式中对线2-101进行扫描。
如在b中的聚焦扫描线具有如下序列：2、n+3、2n+2、...＜N+1。
例如，在某些应用中，n可以是10而a可以是1和10之间的任何整数。载物台可在每一序列中将晶片向后移动1条扫描线的高度，由此相对晶片以1条扫描线的高度向前移动扫描序列的位置。离焦束覆盖大于100条线的区域。可执行下述操作：
重复1：扫描线具有在位置1的离焦束。在离焦扫描区域内扫描聚焦线的下述序列：1、11、21、...91。
重复2：扫描线具有在位置2的离焦束，位置2是从位置1向前的1条聚焦线的增加。扫描聚焦线的下述序列：2、12、22、...92。
连续重复3、4、...，直到已经扫描了整片(通常至少是几十万条线)。在后续标准中，可再次扫描各条线。例如，在第11重复中，可对线11、21、31、...101进行扫描，在第一重复中扫描了除了第101条线之外的全部。但转换到最终图像时，例如在图像控制器中，可在超过一次收集的扫描线本身之间取平均，以便获得在最终图像中使用的单一值。
可以改变聚焦线获取次序，并且也可以改变序列的本质。例如，在步骤b中，该序列可以是上述序列的替换，诸如：1、3n+1、2n+1、4n+1、...，因此，如果n＝10，步骤b中的序列是1、31、21、41等等。
可以通过使用常规工具、方法和组件实现本发明。因此，这里没有阐述描述这种工具、组件和方法的细节。在先前描述中，为了提供本发明的彻底理解，阐述了多种特定细节，诸如测试结构的形状和光电活性材料。然而，应该承认，不需要求助特定阐述的细节就可以实现本发明。
在本公开中仅示出和描述了本发明的示范实施例及该示范实施例多功能性的少数示例。应该理解的是，本发明能够在多种其它组合和环境中使用，并且能够在如这里表达的发明原理范围内进行改变或修改。
应该认识到，如果需要，可在包括CD-ROM、EPROM和EEPROM的ROM(只读存储器)形式中实现本发明的包括程序和数据的软件组件，或者将它们存储在任何其它适当计算机可读介质中，诸如但不限于，不同类型的磁盘、不同类型的卡和RAM。替代地，如果需要，可使用常规技术全部或部分地在硬件中实现这里描述的如软件的组件。
也可在单一实施例的组合中提供在单独实施例中描述的本发明的特征。相反，可单独地或在任何适当子组合中提供出于简化在单一实施例中描述的本发明的特征。

Claims (23)

1.一种用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括：
用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电；以及
在检测从第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该至少一部分；
其中在由所述离焦带电粒子束引起的充电保持影响聚焦带电扫描线的同时，用所述聚焦带电粒子束沿着所述聚焦扫描线扫描该第一区域；所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
2.如权利要求1所述的方法，其中由所述离焦带电粒子束形成的束斑尺寸明显大于由所述聚焦带电粒子束形成的束斑尺寸。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述离焦扫描线与所述聚焦扫描线平行。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述离焦扫描线与所述聚焦扫描线不平行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述离焦带电粒子束沿在第一方向上的所述离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿在实质与第一方向相反的第二方向上的所述聚焦扫描线扫描。
6.如权利要求1所述的方法，其中第一扫描包括在晶片的附近引入离焦静电场。
7.如权利要求1所述的方法，其中第一扫描包括在远离晶片的位置引入离焦静电场。
8.如权利要求1所述的方法，其中第一扫描包括在持续时间上小于几条扫描线的离焦周期期间使聚焦带电粒子束离焦。
9.如权利要求1所述的方法，其中第二扫描包括在持续时间上小于几条扫描线的聚焦周期期间使离焦带电粒子束聚焦。
10.一种用于电测试半导体晶片的系统，该系统包括：
可操作用于产生至少一条聚焦带电粒子束和至少一条离焦带电粒子束的至少一个带电粒子束聚焦影响组件；以及
适于收集从晶片散射的带电粒子的至少一个检测器；
其中，该系统适于：(i)使用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域，以便影响该第一区域的充电，(ii)使用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该第一区域的至少一部分，以及(iii)检测从该至少一部分散射的电子；其中在由所述离焦带电粒子束引起的充电保持影响聚焦带电扫描线的同时，用所述聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该第一区域；并且，所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
11.如权利要求10所述的系统，其中由所述离焦带电粒子束形成的束斑尺寸明显大于由所述聚焦带电粒子束形成的束斑尺寸。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述离焦扫描线与所述聚焦扫描线平行。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述离焦扫描线与所述聚焦扫描线不平行。
14.如权利要求10所述的系统，其中所述离焦带电粒子束沿在第一方向上的所述离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿在实质与第一方向相反的第二方向上的所述聚焦扫描线扫描。
15.如权利要求10所述的系统，其中所述至少一个带电粒子束聚焦影响组件适于通过在所述晶片的附近引入离焦静电场来使带电粒子束离焦。
16.一种用于电测试半导体晶片的系统，该系统包括：
至少一个带电粒子束聚焦影响组件；
适于收集从晶片散射的带电粒子的至少一个检测器；
其中该系统适于：(i)用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响第一区域的充电；(ii)用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描第一区域的至少一部分，以及(iii)检测从该至少一部分散射的电子，其中该系统在由所述离焦带电粒子束保持影响该第一区域的同时，扫描该至少一部分；所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
17.一种用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括：
通过使用相对聚焦带电粒子束沿着多条聚焦扫描线扫描晶片以确定扫描线的时间序列；以及
在用聚焦带电粒子束扫描所述时间序列中的每一条独立聚焦扫描线之前，和在用所述聚焦带电粒子束扫描所述时间序列中就在所述独立聚焦扫描线之前的聚焦扫描线之后，使用相对离焦带电粒子束沿着离焦扫描线预充电包括所述独立扫描线的区域，其中所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
18.如权利要求17所述的方法，其中用扫描电子显微镜(SEM)执行所述扫描。
19.如权利要求17所述的方法，其中这些扫描线的每一条具有均匀宽度，且所述聚焦束具有的宽度确定这些扫描线的均匀宽度。
20.如权利要求17所述的方法，其中在晶片上的这些扫描线的排列确定了这些扫描线的物理序列，并且这些扫描线的所述时间序列与这些扫描线的所述物理序列不同。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述预充电包括使所述聚焦带电粒子束离焦，由此提供所述离焦带电粒子束。
22.如权利要求17所述的方法，其中将所述扫描线分开，以便实质防止先前扫描的扫描线明显改变由后续扫描的扫描线中的离焦带电粒子束引入的充电。
23.一种用于电测试半导体晶片的方法，该方法包括：
用离焦带电粒子束沿着离焦扫描线扫描样品的第一区域以便影响该第一区域的充电；以及
在检测从该第一区域的至少一部分散射的电子的同时，用聚焦带电粒子束沿着聚焦扫描线扫描该至少一部分，
其中在由所述离焦带电粒子束引起的充电保持影响该第一区域的同时，扫描该至少一部分；所述离焦带电粒子束沿多条离焦扫描线扫描，而所述聚焦带电粒子束沿多条聚焦扫描线扫描，并且将所述多条聚焦扫描线布置在所述多条离焦扫描线的相邻线之间。
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