CN108027500B - 多射束暗场成像 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示具有暗场成像能力的多射束扫描电子显微镜SEM检验系统。SEM检验系统可包含电子源及至少一个光学装置。所述至少一个光学装置可经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束且朝向目标递送所述多个初级子射束。设备还可包含检测器阵列，所述检测器阵列经配置以接收由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束且产生所述目标的至少一个暗场图像。

Description

多射束暗场成像
相关申请案的交叉参考
本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张于2015年9月21日提出申请的第62/221,593号美国临时申请案的权益。所述第62/221,593号美国临时申请案特此以其全文引用的方式并入。
本申请案与同在申请中且同时提出申请的美国专利申请案(编号待指派)有关，所述美国专利申请案具有科磊公司(KLA Tencor Corporation)的档案号P4770，标题为“使用多射束工具的背向散射电子(BSE)成像(Backscattered Electrons(BSE)Imaging UsingMulti-Beam Tools)”且列示马克·麦考德(Mark McCord)等人作为发明人，所述美国专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明一般来说涉及检验系统的领域，且明确地说涉及电子射束检验系统。
背景技术
例如硅晶片等薄的经抛光板是现代技术的极重要部分。举例来说，晶片可是指在集成电路及其它装置的制作中所使用的半导体材料薄切片。晶片经受缺陷检验，且扫描电子显微镜(SEM)检验被视为最敏感的晶片缺陷检验形式中的一者。
扫描电子显微镜(SEM)是一种类型的电子显微镜，其通过使用电子聚焦射束扫描目标(例如，晶片)而产生所述目标的图像。在目标中，电子与原子相互作用，从而产生含有关于所述目标的表面形貌及组合物的信息的各种信号。应注意，可通过增加电子聚焦射束的数目而增加SEM的处理量(从而提供一种被称为多射束SEM的SEM)。然而，还应注意，当前可购得的多射束SEM不支持多射束暗场成像。
发明内容
本发明针对于一种设备。所述设备可包含电子源及至少一个光学装置。所述至少一个光学装置可经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束且朝向目标递送所述多个初级子射束。所述设备还可包含检测器阵列，所述检测器阵列经配置以接收由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束且产生所述目标的至少一个暗场图像。
本发明的又一实施例针对于一种设备。所述设备可包含电子源及至少一个光学装置。所述至少一个光学装置可经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束且朝向目标递送所述多个初级子射束。所述设备还可包含多通道检测器阵列，所述多通道检测器阵列经配置以接收由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束且产生所述目标的至少一个暗场图像。
本发明的额外实施例针对于一种设备。所述设备可包含电子源及至少一个光学装置。所述至少一个光学装置可经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束且朝向目标递送所述多个初级子射束。所述设备还可包含高密度检测器阵列，所述高密度检测器阵列经配置以接收由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束且产生所述目标的至少一个暗场图像。
应理解，前述一般说明及以下详细说明两者均仅为例示性及解释性的，且未必限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图图解说明本发明的标的物。说明连同图式一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图而优选地理解本发明的众多优点，在附图中：
图1是描绘经简化多射束SEM检验系统的图解；
图2是描绘根据本发明配置的多通道检测器的图解；
图3是描绘根据本发明的实施例配置的利用多通道检测器的检测器阵列的图解；
图4是描绘根据本发明配置的另一多通道检测器的图解；
图5是描绘根据本发明配置的另一多通道检测器的图解；
图6是描绘根据本发明的实施例配置的检测器阵列的图解；且
图7是描绘另一经简化多射束SEM检验系统的图解。
具体实施方式
现在将详细参考附图中所图解说明的所揭示标的物。
根据本发明的实施例针对于具有暗场成像能力的多射束扫描电子显微镜(SEM)检验系统。暗场成像通常将非散射射束排除于所再现图像(称为暗场图像)之外，此可帮助识别在明场图像中可能不可见的特征(例如，太过平滑而不投影的凸起特征可能不出现在明场图像中，而反射离开特征的各侧的光将在暗场图像中是可见的)。因此，预期，为多射束SEM检验系统提供暗场成像能力可是极有效的，且非常适于涉及检验例如晶片等目标样本的用途。
总体上参考图1，其展示描绘经简化多射束SEM检验系统100的图解。多射束SEM检验系统100可包含经配置以朝向一或多个光学装置104递送电子的电子源102。光学装置104可经配置以利用由电子源102提供的电子而产生多个初级子射束108。光学装置104可包含例如界定多个孔口106的多射束孔口阵列。由多个孔口106产生的多个初级子射束108可被朝向目标(例如，晶片)110递送以在目标110中激发出原子，目标110又可发射多个图像子射束112(包含背向散射以及次级电子子射束)，可使用一或多个光学装置114对图像子射束112进行加速及/或过滤。
在一些实施例中，偏转光学器件使初级子射束108以光栅图案进行扫描，使得每一子射束光栅图案的周界与邻近子射束光栅图案稍微重叠，以便可产生聚合所有子射束图像的全局图像。可在光学装置104与目标110之间提供为初级子射束108及图像子射束112两者所共用的光学器件(例如，分束器140)，以帮助分离初级子射束108与图像子射束。还可在靠近目标110处提供为初级子射束108及图像子射束112两者所共用的物镜(例如，组合式静电与磁性物镜)142。
在一些实施例中，可需要使用图像路径偏转板146校正来自初级光栅偏转光学器件144的图像子射束112，以消除由初级扫描偏转光学器件144赋予的任何残余横向速度分量。图像子射束112可最终到达检测器阵列116。检测器阵列116可包含经指定(例如，以一一对应方式)以接收图像子射束112的多个检测器118。多个检测器118可用于至少部分地基于在检测器118处所接收的图像子射束112而再现目标110的图像。在一些实施例中，由多个检测器118所再现的目标110的图像可包含暗场图像。
更具体来说，能够再现暗场图像的多个检测器118可经配置以为每一图像子射束112提供多个检测器通道。图2是描绘根据本发明配置的多通道检测器118的图解，且图3是描绘利用此类多通道检测器118的检测器阵列116的图解。
如图2中所展示，在给定多通道检测器118中界定有五(5)个不同检测器通道120及122。在多通道检测器118中界定的所述通道中的一者位于中心处且因此可称为中心通道120。中心通道120的位置可对应于多通道检测器118经指定以接收的特定图像子射束112。在中心通道120处所接收的电子子射束可包含次级电子子射束，所述次级电子子射束可用于帮助以与常规多射束SEM检验系统中所利用的方式类似的方式来再现目标110的明场图像。
多通道检测器118还包含位于中心通道120周围的多个检测器通道122。这些检测器通道122可称为外通道122，所述外通道可(连同中心通道120)形成足够大以覆盖预期在多通道检测器118处接收的图像子射束112的组合检测区域。举例来说，如果多通道检测器118是圆形检测器，那么多通道检测器118的直径可至少是图像子射束112的直径。然而，应理解，圆形检测器是仅出于说明性目的而呈现。预期，多通道检测器118可经配置以形成各种其它形状及大小，此并不背离本发明的精神及范围。
应注意，多通道检测器118的外通道122是以图2中所展示的方式来界定，以帮助检测可用于再现暗场图像的阴影信息。预期，尽管图2中描绘了五(5)个外通道122，但此描绘仅是例示性的且并非意在为限制性的。预期，在于给定多通道检测器中仅界定有两个外通道的情况下，也可达成暗场成像。还预期，可在给定多通道检测器(例如，如图4及5中所展示)中界定五(5)个以上外通道122，以帮助收集更加完整的极角及方位角信息，此并不背离本发明的精神及范围。
应理解，尽管外通道122可用于帮助再现暗场图像，但其还可用于帮助再现明场图像，此并不背离本发明的精神及范围。举例来说，可通过对所有通道(包含中心通道及外通道)进行求和来形成明场图像。还可通过将相对的象限进行相减来增强暗场图像。预期，可混合各种通道。举例来说，可通过将相对的外通道相减并加上小百分比的中心通道来形成图像。
还预期，可利用以此种方式提供的各种通道来量化检测器阵列116中每一经分段检测器上的图像射束分布(例如，通过取得中心通道对外通道总和的比率)并分析度量是如何跨越检测器阵列116中的所有检测器而改变以获得关于表面带电的信息(例如，多图像射束阵列中的周界射束可由于晶片带电而经历最高横向场，因此，结果是展现较多图像射束不对称性)。预期，可利用此信息来应用对比度及亮度校正。还可利用此信息(例如，在反馈控制环路中)来对初级或图像射束光学器件应用校正(如果需要)。
进一步预期，未要求在个别检测器118内完全界定上文所描述的内外通道。图6是描绘检测器阵列116的替代实施方案的图解，所述替代实施方案可用于提供与先前所描述相同的暗场成像能力。更具体来说，如图6中所展示，检测器阵列116可被实施为具有大量检测器128的高密度检测器阵列。每一个别检测器128的大小可为个别图像子射束112预期覆盖的区域130的几分之一，从而有效地允许检测器阵列116在每一个别区域130内定位一组检测器128。接着，可以与上文所描述的方式类似的方式将定位于每一个别区域130内的所述组检测器128逻辑分割/分组成多个通道。举例来说，检测器128的子组可经逻辑分组以形成与先前所描述的中心通道120以相同方式起作用的中心分区120’。类似地，检测器128的一或多个子组可经逻辑分组以形成与先前所描述的外通道122以相同方式起作用的外分区122’。
应理解，图6中所描绘的逻辑分区仅是例示性的且并非意在为限制性的。预期，可在不背离本发明的精神及范围的情况下形成其它分区。然而，不管检测器阵列116的特定实施方案如何，预期，根据本发明配置的检测器阵列116可为多射束SEM检验系统100提供再现暗场图像阵列以形成目标110的大连续暗场图像的能力，此暗场图像可用于检验、复检及计量目的。应注意，暗场图像还可用于检测原本难以检测的缺陷的目的。利用根据本发明配置的检测器阵列116所收集的极角及方位角信息还可用于帮助再现目标110的三维(3D)拓扑及/或用于确定到目标110的垂直距离。预期，根据本发明配置的检测器阵列可提供上文未具体提及的其它益处。
还预期，根据本发明配置的检测器阵列(及一般来说多射束SEM检验系统)可用作相关美国专利及美国专利申请案中所描述的各种类型的检验/检测系统/装置的一部分或可连同所述检验/检测系统/装置一起使用，所述美国专利及美国专利申请案包含但不限于：第14/115,326号美国专利申请案，标题为“多点收集光学器件(Multi-spot CollectionOptics)”；第7,504,622号美国专利，标题为“高处理量多射束检测系统及方法(HighThroughput Multi Beam Detection System and Method)”；第7,141,791号美国专利，标题为“用于电子射束暗场成像的设备及方法(Apparatus and Method for E-Beam DarkField Imaging)”；第7,171,038号美国专利，标题为“用于检验衬底的方法及设备(Methodand Apparatus for Inspecting a Substrate)”；第7,560,703号美国专利，标题为“集成式经分段闪烁检测器(Integrated Segmented Scintillation Detector)”；第7,705,301号美国专利，标题为“用以利用透镜中截面检测器来收集侧视图及/或平面视图图像的电子射束设备(Electron Beam Apparatus to Collect Side-View and/or Plane-View Imagewith In-Lens Sectional Detector)”；第7,714,287号美国专利，标题为“用于在扫描电子显微镜中获得形貌暗场图像的设备及方法(Apparatus and Method for ObtainingTopographical Dark-Field Images in a Scanning Electron Microscope)”；第7,755,043号美国专利，标题为“具有集成式电子能谱仪的明场/暗场检测器(Bright-Field/Dark-Field Detector with Integrated Electron Energy Spectrometer)”；第7,838,833号美国专利，标题为“用于具有透视控制的电子射束暗场成像的设备及方法(Apparatus andMethod for E-Beam Dark Imaging with Perspective Control)”；及第8,624,186号美国专利，标题为“用于带电粒子射束检验或复检的可移动检测器(Movable Detector forCharged Particle Beam Inspection or Review)”，这些专利特此以其全文引用的方式并入。
进一步预期，根据本发明配置的检测器阵列可连同透镜阵列一起使用。举例来说，如图7中所展示，可将透镜阵列150定位于检测器阵列116前方以帮助控制检测器阵列116中每一多通道检测器上的图像射束分布。透镜阵列150允许在不影响图像子射束112相对于彼此的发散或会聚速率的情况下操纵每一图像子射束112中的电子。举例来说，透镜阵列150可经配置以在不影响子射束间距的情况下通过增加透镜的聚焦度而将更多次级电子引导到每一检测器的中心通道。以此方式，透镜阵列150连同检测器阵列116可用作能量过滤器，以使得具有较低能量的次级电子可优先地聚焦到中心检测器，从而有效地使外通道中具有较低能量的次级电子的数目最小化。应理解，此特征对于使暗场图像中的带电伪影最小化是有用的(仅使用外通道)，这是因为具有最低能量的次级电子受晶片表面带电的影响是最大的。还应理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下，透镜阵列150可受到全局控制(适用于透镜阵列150中的所有透镜的控制)及/或离散控制(适用于透镜阵列150中的每一透镜的控制)。
应理解，尽管上述实例将晶片称为检验的受验者，但根据本发明配置的检验系统并不限于检验晶片。根据本发明配置的检验系统还适用于其它类型的受验者，此并不背离本发明的精神及范围。在本发明中使用的术语晶片可包含在集成电路及其它装置的制作中所使用的半导体材料薄切片，以及其它薄的经抛光板(例如磁盘衬底、量块等等)。
据信，将通过前述说明来理解本发明的系统及设备及其附带优点中的许多优点，且将明了，可在不背离所揭示的标的物或不牺牲所有其实质优点的情况下在组件的形式、构造及布置方面做出各种改变。所描述的形式仅是解释性的。

Claims (21)

1.一种设备，其包括：
电子源；
至少一个光学装置，其经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束，所述至少一个光学装置进一步经配置以朝向目标递送所述多个初级子射束；
分束器，其经配置以分离所述多个初级子射束及由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束；及
多通道检测器阵列，其经配置以接收所述多个图像子射束，所述多通道检测器阵列进一步经配置以再现暗场图像阵列以形成连续暗场图像，其中所述检测器阵列的每一多通道检测器包括一组检测器元件。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个图像子射束中的每一图像子射束是由经指定多通道检测器接收。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多通道检测器的至少一些包括中心通道及围绕所述中心通道的多个外通道。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述外通道进一步经配置以收集极角及方位角信息以促进所述目标的三维拓扑的再现或促进到所述目标的垂直距离的测量。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述多通道检测器阵列是高密度检测器阵列。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述多个图像子射束中的每一图像子射束是由所述高密度检测器阵列内的一组检测器接收。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述多通道检测器的至少一个子组经分组以形成中心分区，且所述多通道检测器的至少两个子组经分组以形成至少两个外分区。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述中心分区及所述外分区经配置以促进所述目标的明场图像及所述目标的暗场图像的再现。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述外分区进一步经配置以收集极角及方位角信息以促进所述目标的三维拓扑的再现或促进到所述目标的垂直距离的测量。
10.一种设备，其包括：
电子源；
至少一个光学装置，其经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束，所述至少一个光学装置进一步经配置以朝向目标递送所述多个初级子射束；
分束器，其经配置以分离所述多个初级子射束及由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束；及
多通道检测器阵列，其经配置以接收所述多个图像子射束，所述多通道检测器阵列进一步经配置以形成连续暗场图像，其中所述检测器阵列的每一多通道检测器包括一组检测器元件。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述多个图像子射束中的每一图像子射束是由经指定多通道检测器接收。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述多通道检测器的至少一些包括中心通道及围绕所述中心通道的多个外通道。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述多通道检测器经配置以促进所述目标的明场图像及所述目标的暗场图像的再现。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述多通道检测器经配置以量化所述多通道检测器上的图像射束分布以确定一或多个适用的校正。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述外通道进一步经配置以收集极角及方位角信息以促进所述目标的三维拓扑的再现或促进到所述目标的垂直距离的测量。
16.根据权利要求10所述的设备，其进一步包括：
透镜阵列，其定位于所述多通道检测器阵列前方，所述透镜阵列经配置以促进对可由所述多通道检测器阵列接收的所述多个图像子射束的控制。
17.一种设备，其包括：
电子源；
至少一个光学装置，其经配置以利用由所述电子源提供的电子而产生多个初级子射束，所述至少一个光学装置进一步经配置以朝向目标递送所述多个初级子射束；
分束器，其经配置以分离所述多个初级子射束及由所述目标响应于所述多个初级子射束而发射的多个图像子射束；及
高密度检测器阵列，其经配置以接收所述多个图像子射束，所述高密度检测器阵列进一步经配置以再现暗场图像阵列以形成连续暗场图像。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述多个图像子射束中的每一图像子射束是由所述高密度检测器阵列内的一组检测器接收。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述组检测器的至少一个子组经分组以形成中心分区，且所述组检测器的至少两个子组经分组以形成至少两个外分区。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述中心分区及所述外分区经配置以促进所述目标的明场图像及所述目标的暗场图像的再现。
21.根据权利要求19所述的设备，其中所述外分区进一步经配置以收集极角及方位角信息以促进所述目标的三维拓扑的再现或促进到所述目标的垂直距离的测量。
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