CN106537550B - 检验位点准备 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及一种电子束成像/检验设备，其具有电子源装置以紧接在图像获取或检验之前将泛射电子引导于样本上。所述设备包括经配置以在第一模式中对样本进行充电的第一装置，其中所述第一装置包含电子源，所述电子源经配置以将带电粒子的泛射束提供到所述样本的第一区域。所述设备还包括第二装置，所述第二装置经配置以在第二模式中产生初级电子束且表征所述初级束与所述第一区域内所述样本的第二区域之间的相互作用。所述设备经配置成以少于1秒从所述第一模式切换到所述第二模式。

Description

检验位点准备
优先权权益主张
本申请案主张于2014年10月10日提出申请、标题为“检验位点准备(InspectionSite Preparation)”的共同让与、同在申请中的第62/062,642号美国临时专利申请案的优先权权益，所述美国临时专利申请案的整个揭示内容以引用方式并入本文中。
交叉参考
第8,748,845号、第8,541,060号、第8,329,138号、第8,110,814号、第7,928,384号、第8,013,311号、第7,335,879、第6,633,174号、第6,569,654号、第6,433,561号美国专利均与本发明有关。所有这些专利的全文均以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明的方面一般来说涉及成像及检验系统，且更特定来说涉及用于样本上的电荷控制以及成像及检验系统中的图像质量的优化的设备及方法。
背景技术
电子束成像需要样本区域上的均匀电荷分布以便恰当地表示图像对比度。使用泛射式电子枪来中和在通过给样本区域泛射出高能电子而将样本转移到成像系统后继续存在的初始电荷。此泛射也对在成像期间从检验束积聚在样本上的电荷进行均衡。在一些应用中(例如，用扫描电子显微镜(SEM)进行的半导体晶片成像)，仅在刈幅图像的获取期间使用泛射式电子枪。帧成像使用电子枪来进行泛射及检验两者。
泛射式电子枪极类似于电子束成像系统中使用的电子枪。主要差别在于代替发射集中于小面积(例如，几平方微米或更小)上的经聚焦束，泛射式电子枪在大得多的面积(例如，约1平方厘米)上喷射宽阔的电子束。来自泛射式电子枪的电子垂直于样本表面而接近，从而对样本区域进行泛射。典型的泛射式电子枪硬件包含对金属尖端进行加热的高电流丝，从而导致电子朝向提取器电极的发射。提取器控制朝向晶片发射的电子的数目且可用以打开或关闭(消隐)束。接近于晶片表面定位的韦乃特(Wehnelt)电极形成电场以控制保持于晶片上的电子的数目。在检验期间，晶片在由电力供应器控制的电位下浮动。
泛射及刈幅扫描通常依序进行但也可同时进行。泛射及刈幅扫描通常在样本的不同区域上操作。在刈幅扫描中，通过使初级束沿一个方向(例如，X方向)光栅化同时使样本沿垂直方向(例如，Y方向)平移来对样本进行成像。以实例方式，在晶片检验期间，载台使样本移动使得在检验样本区域之前对所述样本区域进行泛射。泛射通常针对一刈幅的整个持续时间而接通或关断。由于泛射覆盖显著大于一刈幅的区域，因此可(例如)至少每隔一刈幅而关闭泛射。为延长泛射式电子枪的寿命，可在不需要时(例如)通过将适合电压施加到提取器来使泛射式电子枪束消隐。
本发明的方面正是在此背景内呈现。
发明内容
根据本发明的方面，一种电子束成像/检验设备具有电子源装置以紧接在图像获取或检验之前将泛射电子引导于样本上。所述设备包括第一装置，所述第一装置经配置以在第一模式中用电荷对样本的一部分进行泛射。所述第一装置包含电子源，所述电子源经配置以将带电粒子的泛射束提供到所述样本的第一区域。所述设备还包括第二装置，所述第二装置经配置以在第二模式中产生初级电子束且表征所述初级束与所述第一区域内所述样本的第二区域之间的相互作用。所述设备经配置成以少于1秒从所述第一模式切换到所述第二模式。
在一些实施方案中，所述第一装置是泛射式电子枪。
在一些实施方案中，所述第二装置是扫描电子显微镜(SEM)、临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)、电子束检验、电子束复检或电子束光刻系统。
在某一实施方案中，所述第一装置的所述电子源包含起始辐射源、微通道板及提取器，所述起始辐射源经配置以起始通过所述微通道板进行的带电粒子的产生，且所述提取器经配置以提取所述带电粒子并形成所述泛射束。
在某一实施方案中，所述第一装置进一步包括经配置以关闭所述第一装置的消隐电极。
在某一实施方案中，所述泛射束的至少一部分与所述初级束同轴。
在某一实施方案中，所述第一装置经配置以与所述初级束同轴地提供所述泛射束。
本发明的另一方面提供一种方法，所述方法包括：作为第一模式，通过第一装置用带电粒子的泛射束对样本的第一区域进行充电，其中所述第一装置包含电子源；作为第二模式，通过第二装置用初级电子束对所述第一区域内所述样本的第二区域进行成像；及在少于1秒、更优选地少于0.1秒、更加优选地少于0.01秒且甚至更优选地少于1毫秒从所述第一模式切换到所述第二模式。期望在泛射与成像之间迅速地切换以由于快速时间常数放电机制而使电荷耗散最小化。
本发明的另一方面提供一种设备，所述设备包括：起始辐射源；微通道板，其中所述起始辐射源经配置以起始通过所述微通道板进行的带电粒子的产生；及提取器，其经配置以提取所述带电粒子并形成所述带电粒子的束。
附图说明
在阅读以下详细说明后及在参考附图后将明了本发明的方面的目的及优点，在附图中：
图1是根据本发明的方面的电子束成像设备的示意图。
图2是根据本发明的方面的电子束成像设备的泛射式电子枪部分的示意图。
图3是根据本发明的方面的电子束成像设备的泛射式电子枪部分的示意图。
图4是根据本发明的方面的电子束成像设备的泛射式电子枪部分的示意图。
图5是根据本发明的方面的电子束成像设备的示意图。
图6是根据本发明的方面的电子束成像设备的泛射式电子枪部分的示意图。
图7是根据本发明的方面的电子束成像设备的泛射式电子枪部分的示意图。
图8是根据本发明的方面的电子束成像设备的泛射式电子枪部分的示意图。
图9是图解说明根据本发明的方面的使用能量滤波器及次级检测器的泛射式电子枪的闭环操作的实例的示意图，其中触发电路用以终止泛射。
图10A是图解说明根据本发明的方面的使用能量滤波器及次级检测器的泛射式电子枪的闭环操作的实例的示意图，其中门控积分器用以测量泛射期间的电压改变速率。
图10B是图解说明可连同图10A中所图解说明的设备一起使用的门控积分器的实例的示意图。
具体实施方式
尽管以下详细说明出于图解说明的目的而含有许多特定细节，但任何所属领域的技术人员将了解，本发明的范围内存在对以下细节的许多变化及更改。因此，下文所描述的本发明的示范性实施例是在不丢失所主张本发明的一般性的情况下且在不对所主张本发明施加限制的情况下陈述的。
导论
在常规扫描电子显微术中，用电子束在样本(例如，半导体晶片)上进行扫描。通常在样本的小区域上执行多次光栅扫描。所述电子束与样本相互作用且致使次级电子被发射出或者作为经反向散射电子从样本弹出。接着由与计算机系统耦合的检测器来检测次级电子及/或经反向散射电子。所述计算机系统产生存储及/或显示于所述计算机系统上的图像。
通常需要某一量的电荷来提供令人满意的图像。此电荷数量有助于算出样本的特征中的对比度。在由基本上绝缘材料(例如，半导体或半导体氧化物或氮化物)制成的样本上，在小区域上执行一或多次扫描可致使样本在图像区域中相对于所述样本的其余部分积累过多的正电荷或负电荷。过多的正电荷可对次级电子形成显著的电位势垒且导致较少的次级电子到达检测器。因此，图像区域有可能显得较暗。另一方面，过多的负电荷可增加次级电子的收集，从而致使图像饱和。
从先前观看或处理操作剩余的过多电荷可因此导致失真。SEM装置中所使用的一种解决方案是在接近于成像柱的真空室中提供泛射式电子枪且在与检验分离的时间处用来自所述泛射式电子枪的带电粒子对样本进行泛射。因此，泛射使跨越样本出现的电荷均衡，因此增强电压对比图像。
具体来说，泛射式电子枪可为使用一或多个钨丝作为电子源的热离子电子枪。在热离子电子枪中，电子从经加热丝发射且接着朝向阳极加速。热离子电子枪可递送最高达100μA的总电子电流。另一种得到发射的方式是降低限制发射的“功函数(能量势垒)”。具有较低功函数的材料(例如，六硼化镧(LaB6))在较低温度下进行发射。遗憾地，LaB6发射体无法用于某些应用中，因为其往往产生三氧化二硼，即一种会沉积在室中不合意之处的绝缘体。现今正在使用的另一常见类型的电子源是场发射源。此种类型的源依赖于一或多个发射体处的强电场以便以比热离子发射源低得多的温度产生发射。典型的场发射源具有位于接近提取器处的一或多个导电尖点。所述尖点与提取器之间的电压由于所述点的小半径而在所述点附近产生大电场。由于所述大电场，电子可从传导带量子力学地穿隧到真空中，借此产生电子发射。
在常见的SEM操作中，当由于将样本暴露于成像束而形成充电接触层时，载台从SEM下方移动所述样本且将所述样本带到泛射式电子枪下方的单独位置。泛射式电子枪辐照样本达几分钟，例如，最高达20分钟。在对晶片进行泛射之后，载台移动到SEM并开始成像。
关于此泛射程序的一个缺陷是在进行泛射、将样本移动到SEM及从SEM移动样本时所涉及的长时间，以及长的图像获取时间。具体来说，必须将包含整个样本的载台移动到泛射式电子枪的区域。为实现泛射，用SEM进行的检验必须停止以准许将样本移动到泛射式电子枪的区域。此明显增加检验所需的总时间，因为对样本的移动及泛射可花费20分钟或更多来完成。对于检验过程，此会产生同样明显的处理量降低。通常，对样本的完全检验将需要跨越样本的数百个扫描线且在完成仅几个扫描线之后便可需要对电荷的耗散。因此，检验样本所需的总时间是用于电荷耗散(或预充电)及检验的单独间隔的总和。另外，如果长时间地执行成像，则在运行结束时所获取的图像在可见性上可比来自开始的图像更差。
因此，需要一种方法或设备来促进用高电流密度电子剂量对样本的电荷控制，而不需要从检验束移除样本或另外需要中断检验束操作。本发明的方面包含一种电子束成像设备(例如，SEM)，所述电子束成像设备具有电子源装置(例如，泛射式电子枪)以在成像设备中沿着检验/成像束的主轴引导泛射电子。本发明的方面允许紧接在图像获取之前对样本进行原位充电。
设备
可在任何适合测量/检验装置内实施本发明的实施例，所述测量/检验装置朝向样本引导带电粒子且接着检测来自样本的所发射粒子。图1展示根据本发明的一个方面的设备的示意图。以实例方式而非以限制方式，设备100可为单束或多束缺陷复检扫描电子显微镜(SEM)、单束或多束缺陷检验SEM、单束或多束临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)。在其它实例中，设备100可为单束或多束电子束光刻系统。
如图1中所展示，设备100包含成像/检验装置及与所述成像/检验装置集成在一起的泛射式电子枪。成像/检验装置包含初级柱102。柱102可包含电子枪104，电子枪104是初级(成像/检验)束106的电子源。聚集透镜108将束106聚集成更紧密横截面及更高密度。使用扫描线圈或扫描板110以可控制方式使束106偏转以便使所述束跨越所要区域进行扫描。物镜112将束聚焦到样本114上，样本114可被安装到载台115，载台115可经配置以对样本进行保持、平移及/或旋转。
以实例方式而非以限制方式，样本114可为晶片、光罩或薄膜头衬底。另外，检测器116经布置以检测并收集从样本发射的次级电子(及/或经反向散射电子)以用于进一步处理及分析。任选地，可包含能量滤波器(未展示)以在泛射期间保护检测器116。在一个实施例中，可使用在检测器前方的负偏压静电栅格来应用能量滤波器。在另一实施例中，使用检测器前方的ω(omega)滤波器来应用能量滤波器。在另一实施例中，可使用检测器前方的静电或磁性偏转器来应用能量滤波器。在又一实施例中，可将电压施加到样本114以控制束106中的电子的着陆能量。另外，泛射式电子枪200被并入到柱102中且经配置以如图1中所展示与初级束106同轴地提供泛射束。
初级电子枪104、聚集透镜108、扫描线圈110、物镜112、载台115、检测器116及泛射式电子枪200可以可操作方式耦合到控制器120，控制器120可包含经配置以响应于硬件或软件指令而将电压及/或电流提供到这些元件的电力供应器。控制器120可包含专用计算机或经配置以在执行代码指令122后即刻作为专用计算机操作的通用计算机，代码指令122可存储于计算机存储器或其它非暂时性计算机可读媒体中。
根据本发明的方面，设备100可用以根据发明性方法在样本检验期间实施电荷控制。根据所述方法，可用来自初级柱102的初级电子束106来对样本114的第一区内所述样本的第一区域进行成像。接着可用来自泛射式电子枪200的带电粒子束对所述样本的第一区域进行充电。接着可用来自初级柱102的初级电子束来对所述第一区域内所述样本的第二区域进行成像。设备100的配置允许结束对第一区域的成像与开始对第二区域的成像之间的时间少于1秒。
方法
本发明的方面包含其中泛射与刈幅扫描同时但在样本的不同区域上发生的实施方案。在刈幅扫描中，通过使初级束106沿一个方向(例如，X方向)光栅化同时使样本114沿垂直方向(例如，Y方向)平移来对样本进行成像，且刈幅图像是跨越样本的宽度而取得。以实例方式，在晶片检验期间，载台115可在泛射式电子枪200提供泛射束的同时使样本114移动，使得正被刈幅扫描的样本区域在其被检验之前先被用初级束进行泛射。为延长泛射式电子枪的寿命，可在不需要时(例如)通过将适合电压施加到提取器来使泛射式电子枪束消隐。
替代实施方案
本发明的方面不限于涉及图1的设备100的实施方案。针对此设备的数个替代配置是可能的。图2是可并入到图1的设备中的泛射式电子枪的示意图。具体来说，泛射式电子枪200包含用于产生泛射电子212的电子源210。以实例方式而非以限制方式，电子源210可为热离子源(例如，钨、氧化钡、六硼化镧或任何其它储备式阴极)、场发射源(例如，肖特基(Schottky)发射体、常规冷阴极或纳米碳管阵列)或光子发射源(例如，微通道板及裸二次射极链(nude dynode chain))。在另一实例中，在将束106散焦之后，初级电子束可用作电子源210。应注意，电子源210可经配置以通过使用(例如)高速电压供应器而迅速地接通或关断。对于场发射类型源，接通及关断源210的其它方式包含将源(例如，CNT阵列)偏压到接近发射，接着用来自(例如)激光器、LED、UV、DUV、VUV或其它光源的光子来光刺激出电子发射。另外，耦合到电压供应器290a的透镜220对泛射电子212进行聚焦且为初级束106的下游光学器件设定光点大小。泛射式电子枪200也包含耦合到电压供应器290b的消隐网格230以用于在需要时停用泛射式电子枪200。举例来说，可将关于电子源210的某一电压值(例如，-10伏特)施加到消隐网格230以借此抑制泛射束到达样本。如图2中所展示，可通过金属管270来屏蔽初级束以免受泛射高电压影响，金属管270具有初级束106可通过的窄(例如，10微米到30微米的直径)束界定孔隙BDA。耦合到电压供应器290c的屏蔽网格280也可包含于泛射式电子枪中以用于保护初级束106不受泛射高电压影响。
根据本发明的以上实施例的设备可恰好在从泛射区域内的任何位置获取图像数据之前的时刻提供对样本的大区域、高密度电子泛射。具体来说，样本114定位于载台(未展示)上以允许初级束106及泛射束212在样本上移动。在其它实施例中，在载台于两个束下方移动样本的同时，两个束保持固定。设备可以泛射模式开始操作。在此模式中，泛射式电子枪200的电子源210产生带电粒子(即，泛射电子)的泛射束。在载台稳定时，泛射束将泛射区域的表面充电到某一电位。注意，带电粒子的泛射束的着陆能量可经设定到任何值。在某一实施方案中，着陆能量可由于电荷抵消而设定为低。
可将电压施加到样本114以控制来自泛射式电子枪200的电子的着陆能量。泛射电子的着陆能量可在任何适合范围内变化。举例来说，在一些实施方案中，着陆能量可经设定到与初级束106的着陆能量相同。另一选择为，泛射束的着陆能量可基本上不同于初级束的着陆能量。举例来说，在一些实施方案中，着陆能量可被设定成极高以对样本上的某些特征(例如，埋置式特征)进行充电以实现电压对比(VC)映射。此允许通过在由泛射式电子枪200充电之后映射样本114的电场对比来较容易地对埋置式特征进行成像。在一个实施例中，泛射式电子枪200可通过对电子源施加脉冲达约1μs到约1ms而将几μA到几mA的总电子电流递送到样本上的1mm2到100mm2的泛射区域中。泛射时间的持续时间是由所沉积的所要表面电荷密度以及可多快速地接通及关断泛射束来决定。所沉积的电荷的量可由在泛射期间形成的表面电位来决定。因此，可利用用于获得样本的一部分的表面电荷值的任何适合机制。以实例方式而非以限制方式，可使用静电电压计或开尔文(Kelvin)探头。
在泛射之后，设备被切换到成像模式且在泛射区域中的任何地方立即开始图像获取。根据本发明的方面，从图像获取的结束到开始并完成泛射模式且切换回到后续成像模式的开始可花费少于1秒。更优选地，此可在少于0.1秒内，更加优选地在少于0.01秒内，且甚至更优选地在少于1毫秒内进行。此切换时间部分地取决于泛射时间(泛射时间优选地花费约1μs到1ms)，且部分地取决于在成像系统从泛射模式切换到成像模式之后的停留时间。在一些操作模式中，在图像获取操作之间，泛射可连同通过载台115对样本114的移动一起发生。载台移动可花费少于200毫秒且泛射式电子枪200可(例如)在移动的最后几毫秒期间被激活。
图像获取可花费比泛射长的时间，例如，从约0.2秒到约1秒。在以成像模式操作期间，来自成像/检验装置的初级束照射泛射区域内的成像区域且致使次级电子被发射或经反向散射电子从图像区域被释放。接着由检测器116检测次级电子(及/或经反向散射电子)以用于进一步处理及分析。初级束可移动到泛射区域内的另一图像区域以用于图像获取。一旦在泛射区域中完成图像获取，载台便移动到下一所关注位置。接着，设备切换到泛射模式且过程可再次重新开始。
图3及4是根据本发明的方面的使用微通道板作为电子源的泛射式电子枪的示意图。为简单起见，使用相同参考编号来识别图3及4中与图2中的组件相同的组件。不重复对相似或相同元件的说明。
泛射式电子枪300的电子源包含起始辐射源312、微通道板(MCP)314及提取器栅格(未展示)。起始辐射源经配置以通过将辐射供应到起始电子发射(例如，通过光电发射)的MCP 314来起始通过MCP板进行的带电粒子的产生。起始辐射源312可为具有适于MCP的光电阴极的波长的光源。以实例方式而非以限制方式，起始辐射源312包含紫外发光二极管(LED)或激光器。接着由提取器栅格提取来自辐射与MCP之间的相互作用的次级电子。可包含聚集器电极(未展示)，以聚焦由提取器栅格提取的带电粒子且借此形成带电粒子的泛射束。可通过接通及关断起始辐射源来迅速地打开及关闭MCP 314。另一选择为，在起始辐射源312被打开时，此可通过高速电压供应器315a到315c来实现。注意，可以MCP增益来调整泛射电流。在一些实施例中，存在MCP堆叠以实现额外增益。除针对初级束的束界定孔隙(BDA)的位置外，图4类似于图3。在图3中，在MCP 314与样本之间提供BDA。在图4中，在BDA与样本之间提供MCP 314。在图4中，在泛射式电子枪未处于操作中时可关闭施加到泛射式电子枪以加速泛射电子的高电压。此举会避免对用于屏蔽初级束的屏蔽网格的需要。
本发明的方面不限于如图1中的其中泛射束源与初级束源同轴的实施方案。在本发明的方面的范围内存在许多其它可能配置。举例来说，图5是根据本发明的方面的设备的示意图。除泛射式电子枪的位置外，图5的设备类似于图1的设备。图1的泛射式电子枪200是沿着初级束106的轴提供，而泛射式电子枪600是离开初级束的轴提供。泛射式电子枪600可为如图6中所展示的常规泛射式电子枪600a、如图7中所展示的具有MCP源的泛射式电子枪600b或如图8中所展示的具有纳米管阵列发射体的泛射式电子枪600c。如同在图1的设备100中，初级电子枪104、聚集透镜108、扫描线圈110、物镜112、载台115、检测器116、泛射式电子枪600及偏转器650可以可操作方式耦合到控制器120。所述控制器可包含专用计算机或经配置以在执行代码指令122后即刻作为专用计算机操作的通用计算机，代码指令122可存储于计算机存储器或其它非暂时性计算机可读媒体中。
本发明的方面包含其中泛射束源不与初级束同轴但泛射束及初级束至少部分同轴的实施方案。举例来说，图6图解说明其中来自离轴常规泛射式电子枪600a的束可被偏转到与接近样本的初级束同轴的实施方案。此实施方案可包含于图5的设备500中。在此实施方案中，初级束由包含接地结构680及接地网格681的接地装置屏蔽以免受泛射高电压影响。另外，在设备500中包含偏转器650以便使泛射束612朝向初级束106的轴转向。在一个实施例中，偏转器650可为常规静电偏转器。在另一实施例中，偏转器650可为维恩(Wien)滤波器。具体来说，维恩滤波器提供E×B场(例如，其中电场及磁场彼此垂直且垂直于初级束的路径的场以对初级束施加方向相反的力的场)。磁力的量值取决于磁场的强度及初级束中的粒子的速度，而电力的量值仅取决于电场的强度。维恩滤波器通常经校准以允许初级图像束106笔直通过，而沿相反方向行进的次级电子将由维恩滤波器偏转到检测器116。为将泛射束612快速地切换于轴上，可通过切换施加到场板的电压的极性来使维恩滤波器的电场反向。此将致使泛射束612转向到光学轴上。由泛射束612与样本之间的相互作用产生的次级电子将不朝向检测器偏转。
图7图解说明可包含于图5的设备500中的替代泛射式电子枪600b。泛射式电子枪600b的电子源包含起始辐射源602、微通道板(MCP)604及提取器栅格(未展示)。起始辐射源经配置以起始通过MCP板进行的带电粒子的产生。起始辐射源602可为具有针对MCP的光电阴极的适当波长的光源。以实例方式而非以限制方式，起始辐射源602包含紫外线发光二极管(LED)或激光器。接着由提取器栅格提取来自辐射与MCP之间的相互作用的次级电子。可包含轴上网格透镜606，以对由提取器栅格提取的带电粒子进行聚焦且借此形成带电粒子的泛射束。MCP 604经配置以通过(例如)高速电压供应器被迅速地打开及关闭。可在MCP604与透镜606之间提供消隐电极/网格608以用于停用泛射式电子枪。
图8图解说明可包含于图5的设备500中的另一替代泛射式电子枪600c。泛射式电子枪600c的电子源包含纳米管阵列发射体605，且可在发射体605与轴上网格透镜606之间提供提取器栅格608。当将电压施加到纳米管阵列时，纳米管阵列发射体通过场发射而产生电子。由于纳米管的小直径(例如，大约几纳米或更小)，在施加电压时在纳米管的尖端处存在高电场。由提取器栅格提取通过场发射从纳米管发射的电子。施加到网格透镜606的电压可经配置以对由提取器栅格608提取的带电粒子进行聚焦且借此形成泛射束。提取器栅格608可作为消隐电极/网格608操作以停用来自泛射式电子枪600c的电流。此外，在泛射式电子枪未处于操作中时可关闭施加到泛射式电子枪600c以加速泛射电子的高电压。此举会避免对初级束进行屏蔽的需要。在提取器栅格608与发射体605之间提供电压的电力供应器可为高切换速度电压供应器，其经配置以迅速地打开及关闭(例如，以大于1Hz、更优选地大于10Hz、更加优选地以大于100Hz且甚至更优选地大于1000Hz)。
根据本发明的方面，一种具有泛射式电子枪的电子束成像系统可以原位闭环泛射模式操作以终止泛射。具体来说，如关于图9所图解说明，一种系统可具有泛射式电子枪900、泛射式电子枪控制器905、泛射检测器能量滤波器910、泛射检测器915以及连接到泛射检测器915及泛射式电子枪控制器905的触发电路920。
泛射式电子枪900可为本文中所描述的任何类型的泛射式电子枪或常规泛射式电子枪。泛射式电子枪900可经配置使得泛射束901的一部分与用于带电粒子束成像系统(例如，扫描电子显微镜)的初级束106在初级束路径的接近样本114的一部分上同轴。例如维恩滤波器或静电偏转器板的偏转器(未展示)可使泛射束901转向成与初级束106在接近样本114处同轴对准。泛射检测器经配置以检测由于泛射束901而来自样本114的次级电子903及经反向散射电子。成像系统可包含单独检测器(未展示)以检测在成像期间从样本发射的次级电子。
泛射检测器能量滤波器910可为放置于样本114与泛射检测器915之间的简单栅格。将来自电力供应器912的电压施加到栅格，所述电压排斥具有小于取决于栅格电压的某一能量的总能量的电子。栅格可具有允许初级束106具有在成像操作期间不受阻碍地通过能量滤波器910的畅通路径的小孔隙。
所图解说明系统可如下操作。在泛射之前关断初级束106。将泛射检测器能量滤波器910设定为对应于所要表面电荷电压加上施加到样本晶片偏压WB(如果有)的偏压电压的电压。举例来说，如果所要表面电荷电压系+20V，则将对能量滤波器910施加WB+20V的电压。控制器905可触发泛射式电子枪900以开始原位泛射脉冲。当泛射脉冲开始泛射束901时，对样本进行充电且样本电压由于充电开始改变。样本电压可上升或下降，但出于实例目的，考虑其中样本电压上升的情况。随着样本电压上升，次级电子及经反向散射电子以渐进地变低的总能量离开样本114。
当表面电荷电压达到所要值(例如，在此实例中是+20V)时，能量滤波器910开始截断泛射检测器915处的次级电子信号。能量滤波器910不需要特别准确，只要其充分精确即可。触发电路920检测来自泛射检测器的信号的下降且触发泛射式电子枪控制器905结束泛射脉冲。
如果泛射束电流是足够的，则在泛射期间来自样本的次级电子及经反向散射电子产率可大于100微安(μA)。即使泛射检测器收集次级电子及经反向散射电子的仅一部分，此对于使泛射检测器信号在极小增益下具有足够信噪比(SNR)仍应是足够的。
以原位闭环模式进行操作允许极快速泛射。如果泛射可足够快速地完成(例如，比1μs少得多)，则可随着初级束(或如果束被关闭，则是束转向电压/电流)在用初级束沿x方向进行的成像扫描的线结束时跨越样本的被成像部分回扫且在初级束开始对图像的下一线扫描之前开始及完成对样本进行泛射。
根据本发明的方面，一种具有泛射式电子枪的电子束成像系统可在替代原位闭环中操作以测量在泛射时施加到能量滤波器910的电压。通过在样本被泛射时回读能量滤波器电压的值，可追踪表面电位值及表面电压的改变速率。此可用以识别大面积缺陷，举例来说，具有过多泄漏的触点阵列。图10A描绘与图9的设备类似的设备。然而，代替连接到泛射检测器915及泛射式电子枪控制器905的触发电路，在泛射检测器与能量滤波器电力供应器912之间耦合有门控积分器930。门控积分器930在所定义等待时间(触发延迟)之后于指定时间周期(门宽度)内对来自泛射检测器的信号输入(例如，电流)求积分且接着对多个积分结果(样本)求平均。
在操作中，能量滤波器910相对于样本的表面电位被偏压到某一电压，例如，-5V。此致使能量滤波器“截断”或拒绝具有小于5eV的初始能量的所有次级电子(SE)。在此实例中，只有具有大于5eV能量的电子将到达检测器915。因此，到门控积分器930的检测器电流是对应于5eV及以上电子的值。门控积分器包含求和结，所述求和结减去设定为检测器电流的预期值的DC电流。求和结的输出馈送给积分器。当检测器电流等于参考电流时，无电压被积分。当检测器电流不同于参考电流时，加上或减去电压。积分器的输出加到能量滤波器电压上。如果(例如)泛射束901对样本114充以正电荷，则检测器电流将开始降低，从而导致与参考电流的不匹配且积分器930将产生数字输出，所述数字输出调整来自电力供应器912的能量滤波器电压以遵循样本114的表面电位。此信号可由系统控制器(未展示)读取以追踪表面电位。
以实例方式而非以限制方式，图10B描绘可在图10A的设备中使用的门控积分器930’的可能配置。积分器932’包含级联的第一放大器932A、第二放大器932B、第三放大器932C及第四放大器932D以及电容器组934。来自检测器915的电流信号可耦合到第一放大器932A的输入。耦合于第一放大器932A的输出与第二放大器932B的输入之间的第一数/模(D/A)转换器935经设定以使预期平均检测器电流为零。介于第二放大器932B的输出与第三放大器的输入之间的门开关936可用以在泛射束901消隐时(例如，在样本114的回扫期间)对积分器进行门控。电容器组934包含多个不同切换式电容器，所述切换式电容器并联耦合于第三放大器932C的输入与输出之间。电容器组934中的每一电容器均具有对应开关。通过选择性地断开或闭合开关，可使用特定电容器组合来针对不同扫描速率设定积分时间常数。也可使用选择性地断开及闭合开关来对积分器进行复位。可使用介于电容器组934与第四放大器932D的输入之间的断流开关936’来使积分器断流。第二D/A转换器937耦合到第四放大器932D的输入以将所述输入设定到能量滤波器910的截止电压。第四放大器932D的输出耦合到模/数(A/D)转换器938，A/D转换器938将数字信号提供到能量滤波器电力供应器912，所述数字信号调整提供到能量滤波器910的电压。
可监测能量滤波器电压的改变速率且将所述改变速率与所存储参考进行比较以确定晶片上是否存在区域缺陷。另一选择为，泛射束可将样本的区域充电到饱和且可将对应能量滤波器电压与参考进行比较以确定晶片上是否存在区域缺陷。
本发明的方面促进样本上的原位电荷控制连同样本的带电粒子束检验。通过将高电流密度电子剂量供应到样本，可在不需要自检验束移除样本或另外需要长时间段地中断检验束操作的情况下控制电荷。这些优点在生产环境中允许样本(例如，半导体晶片)的较大处理量。
虽然上文是对本发明的优选实施例的完整说明，但可使用各种替代方案、修改形式及等效形式。因此，本发明的范围不应参考以上说明来加以确定，而是应根据所附权利要求书连同其等效形式的完整范围来加以确定。任何特征(无论是否优选)均可与任何其它特征(无论是否优选)组合。在所附权利要求书中，不定冠词“一(A或An)”是指所述冠词后面的项目中的一或多者的数量，除非另外明确陈述。所附权利要求书不应解释为包含构件加功能限制，除非在使用短语“用于…的构件”的既定权利要求项中明确叙述此限制。

Claims (33)

1.一种设备，其包括：
第一装置，其经配置以在第一模式中对样本进行充电，其中所述第一装置包含经配置以将带电粒子的泛射束提供到所述样本的第一区域的电子源；及
第二装置，其经配置以在第二模式中产生初级电子束且表征所述初级束与所述第一区域内所述样本的第二区域之间的相互作用，其中所述设备经配置以在少于1秒内从所述第一模式切换到所述第二模式。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备经配置以在少于0.1秒内从所述第一模式切换到所述第二模式。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备经配置以在少于0.01秒内从所述第一模式切换到所述第二模式。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备经配置以在少于1毫秒内从所述第一模式切换到所述第二模式。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备经配置以在少于1微秒内从所述第一模式切换到所述第二模式。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备经配置以在通过所述初级束对所述样本的一部分的扫描的线结束时随着所述初级束回扫而对所述样本进行泛射。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一装置是泛射式电子枪。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二装置是扫描电子显微镜SEM、临界尺寸扫描电子显微镜CD-SEM或电子束检验系统、电子束复检系统或电子束光刻系统。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子源是热离子源、场发射源或光子发射源。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子源包含起始辐射源、微通道板及提取器，所述起始辐射源经配置以起始通过所述微通道板进行的带电粒子的产生，且所述提取器经配置以提取所述带电粒子并形成所述泛射束。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述起始辐射源包含发光二极管LED或激光器。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述第二装置的束界定孔隙介于所述微通道板与所述样本之间。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述微通道板是提供于所述第二装置的束界定孔隙与所述样本之间。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子源包含起始辐射源、纳米管阵列发射体及提取器，所述起始辐射源经配置以起始通过所述纳米管阵列发射体进行的带电粒子的产生，且所述提取器经配置以提取所述带电粒子并形成所述泛射束。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一装置进一步包括经配置以关闭所述第一装置的消隐电极。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述泛射束的至少一部分与所述初级束同轴。
17.根据权利要求16所述的设备，其进一步包括用以将所述泛射束偏转成与所述初级束同轴的偏转器。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述偏转器是维恩滤波器，所述维恩滤波器经配置以通过切换所述维恩滤波器的电场而将所述泛射束偏转成与所述初级束同轴。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一装置经配置以与所述初级束同轴地提供所述泛射束。
20.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括检测器，所述检测器经配置以检测来自所述样本的次级电子及/或经反向散射电子。
21.根据权利要求20所述的设备，其进一步包括能量滤波器，所述能量滤波器经配置以截断来自所述样本的具有小于选定总能量的次级电子及/或经反向散射电子以防止其到达所述检测器。
22.根据权利要求21所述的设备，其进一步包括耦合到所述检测器及控制器的触发电路，所述控制器控制所述第一装置，其中所述触发电路经配置以检测来自所述检测器的信号的下降且触发所述控制器来关闭所述泛射束。
23.根据权利要求21所述的设备，其进一步包括耦合到所述检测器及电压源的门控积分器，所述电压源将电压供应到所述能量滤波器，其中所述积分器经配置以在来自所述检测器的信号不同于参考信号时对所述信号求积分且将控制信号提供到电压供应器，所述控制信号致使到所述能量滤波器的所述电压随着所述样本的表面电压改变而调整。
24.一种方法，其包括：
用来自第一装置的初级电子束对样本的第一区内所述样本的第一区域进行成像；
用来自第二装置的带电粒子的泛射束对样本的所述第一区域进行充电，其中所述第二装置包含电子源；及
用来自所述第一装置的所述初级电子束对所述第一区域内所述样本的第二区域进行成像，其中结束对所述第一区域的成像与开始对所述第二区域的成像之间的时间少于1秒。
25.根据权利要求24所述的方法，其中结束对所述第一区域的成像与开始对所述第二区域的成像之间的时间少于0.1秒。
26.根据权利要求24所述的方法，其中结束对所述第一区域的成像与开始对所述第二区域的成像之间的时间少于0.01秒。
27.根据权利要求24所述的方法，其中结束对所述第一区域的成像与开始对所述第二区域的成像之间的时间少于1毫秒。
28.根据权利要求24所述的方法，其中对所述第一区域进行充电包含用约1mA的泛射电流对直径约1mm的区域进行充电达约1微秒到1ms。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述电子源是热离子源、场发射源或光子发射源。
30.根据权利要求24所述的方法，其中所述电子源包含起始辐射源、微通道板及提取器，所述起始辐射源经配置以起始通过所述微通道板进行的带电粒子的产生，且所述提取器经配置以提取所述带电粒子并形成所述泛射束。
31.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一装置经配置以与所述初级束同轴地提供所述泛射束。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一区域及所述第二区域是跨越所述样本的宽度的刈幅的部分，且所述充电是在正对所述刈幅进行成像时发生。
33.根据权利要求24所述的方法，其中对所述样本的所述第一区域进行充电是在通过所述初级束对所述样本的一部分的扫描的线结束时随着所述初级束回扫而发生。
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