CN109298001A - 电子束成像模块、电子束检测设备及其图像采集方法 - Google Patents

电子束成像模块、电子束检测设备及其图像采集方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种用于图像采集的电子束成像模块、电子束检测设备、以及利用上述电子束检测设备的图像采集方法。本公开的总体思路在于，通过将整体视场分层级划分为多个面积较小的子视场(CFOV)，并且采集这些子视场的图像，继而拼接这些图像、以及后续通过校正和积分平均化至少部分地去除甚至完全消除小视场之间的重叠，来合成全景图像。在子视场和全景视场的扫描中，采用至少一组偏转器来进行电子束的移位。本公开不仅实现了高速且精确的电子束扫描，而且实现了大视场电子束图像的成像。

Description

电子束成像模块、电子束检测设备及其图像采集方法
技术领域
本公开涉及图像处理领域，尤其涉及一种用于图像采集的电子束成像模块、电子束检测设备、以及利用上述电子束检测设备的图像采集方法。
背景技术
电子束检测装置是一种公认的半导体器件生产过程中的缺陷检测设备。该电子束检测装置的主要原理是利用高能电子束轰击被测物体表面，探测被轰击区域产生的二次电子、背散射电子等获取被测样品本身的各种物理、化学信息，如形貌、成分等。电子束检测装置的应用通常例如，基于真空中电子束对半导体硅片与掩模版上的微观图形进行检测与关键尺寸的测量。
随着近年来半导体器件的小型化，针对硅片和掩模版的检测与关键尺寸测量的重要性不断增加。用于关键尺寸测量与检测的电子束检测设备包括至少以下子组件：用于图形缺陷检测的电子束检测(Electron Beam Inspection，下文简称EBI)装置，针对已由电子束检测装置检出的缺陷再以精确观测方式执行复查的复查扫描电镜(Review SEM)，以及用于图形关键尺寸测量的扫描电镜(CD-SEM)。对于上述子组件而言，首先相比于常规的光学检测装置，EBI具有更高的分辨率，但也具有例如检测速度过低的固有缺陷，因此有必要进一步提高EBI检测速度以满足应用需求。继而，一方面，对于另一子组件Review SEM而言，当所述Review SEM使用背散射电子、二次电子、X射线等多种信号进行检测时，为了精确地检测细微图形的缺陷，也需要在提高复查的速度的同时通常通过缩小电子束的束径来提高分辨率。另一方面，对于又一子组件即所述CD-SEM而言，为了实现准确的尺寸测量，则要求最小化电子束的束径。特别是在EBI中，为了提高检测速度，需要尽量最大化视场(FOV)范围，以及提高束流强度来执行对于检测区域的扫描。通过使用计算机进行预测，在待检测区域中，针对与周围相邻区域相比具备更高的缺陷产生率预测值的区域，使用比扫描周围相邻区域时更大的FOV、更大的束径、更大的束流强度来有针对性地进行对于缺陷的大致检测。接下来，在初步确认缺陷后，则切换至Review SEM等，并且在与EBI相比例如更小的FOV、更小的束径条件下对检出的缺陷区域进行细化观测，由此获得缺陷的精细信息。通过以上方式，便利了整体检测精度的提高。
对于小型化图形，使用光学曝光，有必要对于复杂的光学曝光图形通过光学邻近校正(OPC)与多重模式等方法进行校正。执行此类复杂校正时，需要调整作为光学曝光装置的扫描器的聚焦与曝光量条件，容易导致作为系统性缺陷的特定图形缺陷。为了检测基于所述小型化图形，特别是诸如大规模集成电路(LSI)图形中的缺陷，需要将利用EBI与Review SEM所得到的硅片图形图像与仅有理论模拟所得到的图像进行对比(即D：DB检测)，来获取系统缺陷信息。因而，一方面，为确保这种D:DB检测的有效性，必需获取高分辨率的图像信息来进行对比；即，从确保有效地提高图形分辨率的角度，所使用的FOV越小则越有助于抑制偏转像差的影响。然而，另一方面，考虑到前述系统性缺陷通常源于面积较大区域的影响，即使仅选择对小区域进行高精度观察再使用D：DB功能进行分析，也无法得到足够理想的分析结果。这是因为，在待检测区域中，相比于被测图形，其周边分布的更远距离的图形对精确度所造成的不利影响更强且是必需考虑到的因素。因此，为了确保有效实现D：DB的高精度检测，则从克服系统性缺陷的角度考虑，又必需在获得最大化FOV的前提下采集图像。
因此，亟需一种用于图像采集的电子束成像模块、电子束检测设备、以及利用上述电子束检测设备的图像采集方法，其能够实现兼顾速度和精确度二者的用于关键尺寸测量与检测的电子束检测。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了电子束成像模块、电子束检测设备和运用电子束检测设备的图像采集方法。所述技术方案如下：
为实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供了一种电子束成像模块，所述电子束成像模块被构造成向待测样品表面投射入射电子束以生成电子束图像的电子光学系统，所述电子光学系统包括：电子束发射源，被配置成用以产生和发射入射电子束；相对于入射电子束的光轴对称地安置的至少一组偏转器；以及出射电子检测器，被配置成用以检测包括由入射电子束投射至所述待测样品而产生的二次电子和背散射电子中的至少一种的出射电子；其中，入射电子束被投射至待测样品表面，并且对在所述待测样品表面内的预先限定的关注区域进行扫描，所述关注区域包括至少一个全景区域，且所述全景区域包括至少一个子区域；并且所述至少一组偏转器被配置用来在所述全景区域之中将电子束从已扫描的子区域偏移至相邻的待扫描的子区域，以及在每个待扫描的子区域中偏移电子束进行扫描。
根据本公开的实施例，所述至少一组偏转器包括：相对于光轴对称地安置的成对次偏转器，包括次偏转器与对置的反向次偏转器，以及在所述成对次偏转器下游处相对于光轴对称地安置的成对主偏转器，包括主偏转器与对置的反向主偏转器。
根据本公开的实施例，所述电子光学系统还包括透镜组件，所述透镜组件可操作以将电子束会聚投射至待测样品表面的所述关注区域上。
根据本公开的实施例，所述电子光学系统还包括：所述透镜组件包括像差修正装置，所述像差修正装置被布置在所述至少一组偏转器下游处且与所述光轴同轴地布置，并且被配置成用来对经过的电子束的束斑执行动态校正。
根据本公开的实施例，所述像差修正装置包括静电透镜。
根据本公开的实施例，所述透镜组件还包括：被配置用于将电子束最终投射至待测样品表面的物镜，所述物镜被布置位于所述像差校正装置下游处且与所述光轴同轴地布置。
根据本公开的实施例，所述物镜被施加有加速电压以作用于行进穿过所述物镜的电子束。
根据本公开的实施例，所述透镜组件还包括至少一个聚焦透镜，所述聚焦透镜被布置于所述像差校正装置上游处且与所述光轴同轴地布置，并且被配置用以对电子束进行预聚焦以投射到所述像差校正装置上。
根据本公开的实施例，所述聚焦透镜包括以下之一：静电透镜、磁透镜、混合透镜。
根据本公开的实施例，所述出射电子检测器与光轴同轴地且远离所述物镜地布置于所述至少一组偏转器上游处。
根据本公开的实施例，所述电子光学系统还包括第一控制电路子组件，包括：分别用于驱动所述至少一组偏转器、所述像差修正装置的驱动和放大电路，所述驱动和放大电路被配置成联通至用于控制所述电子束偏转的偏转控制电路。
根据本公开的实施例，所述样品表面被施加电子束减速电压，并且从待测样品表面产生的二次电子和背散射电子束中的至少一种在样品表面所施加的减速电压和物镜处施加的加速电压的共同作用下沿着与入射电子束相反方向投射至所述出射电子检测器处并被接收以生成电子束图像。
根据本公开的实施例，所述电子光学系统还包括至少一个光阑，所述光阑被配置用以调节电子束的形状和/或大小。
根据本公开的实施例，所述光阑包括以下中的至少一个：在所述光轴上固定设置的单孔光阑，所述单孔光阑具有居中布置成与所述光轴同轴的单个光阑孔，以约束和粗略调整投射到其上的电子束的形状和束流；和多孔光阑组件，所述多孔光阑组件包括：多孔光阑板，所述多孔光阑板具有间隔开地呈线性或阵列式分布且尺寸不同的多个光阑孔，以精细调整从中传播穿过的电子束的形状、束流和半张角。
根据本公开的实施例，所述多孔光阑板被构造成在与所述光轴垂直的平面上可移动地布置的可动式多孔光阑板，以使得投射到其上的电子束通过多个光阑孔中的选定光阑孔。
根据本公开的实施例，所述多孔光阑板被构造成与所述光轴垂直的平面上的固定式多孔光阑板。
根据本公开的实施例，所述多孔光阑组件还包括邻近于所述固定式多孔光阑板且与所述固定式多孔光阑板协同工作的额外的偏转器，以使得投射到所述固定式多孔光阑板上的电子束通过多个光阑孔中的选定光阑孔，所述额外的偏转器包括：位于所述多孔光阑板上游的上游偏转器，被配置用以将电子束从入射电子束的光轴偏转朝向所述多个光阑孔中的选定光阑孔；和位于所述多孔光阑板下游的下游偏转器，被配置用以将从所述选定光阑孔出射的电子束偏转以使得电子束的光轴与入射电子束的光轴重合。
根据本公开的实施例，所述第一控制电路子组件还包括：联通并且驱动所述上游偏转器和下游偏转器的偏转驱动及控制电路。
根据本公开的实施例，所述电子光学系统还包括束闸，所述束闸被配置成用以偏转电子束远离所述光轴以实现投射到所述关注区域上的电子束的关断。
另外，根据本公开的另一方面，提供了一种电子束检测设备，包括：根据前述的电子束成像模块；以及位移平台模块，包括重叠安置的以下器件：水平位移平台；Z向位移平台；安置于所述Z向位移平台上方的静电吸盘，所述静电吸盘被配置成在其上表面处吸附保持待测样品；以及用于感测所述位移平台模块的水平和竖直位置的位置感测装置。
根据本公开的实施例，所述位移平台模块还包括位于所述Z向位移平台上的与待测样品表面大致处于同一高度的校准标记，加速电压能够施加至所述校准标记上。
根据本公开的实施例，所述电子束检测设备还包括对电子束成像模块所采集的二次电子和背散射电子信号中至少一种所生成的图像进行分析处理以实现缺陷检测或关键尺寸测量的模块。
另外，根据本公开的又一方面，提供了一种图像采集方法，其运用如前述的电子束检测设备进行采集，所述图像采集方法包括：子视场图像采集步骤，在所述子视场图像采集步骤中，待测样品表面包括多个待检测的关注区域，每个关注区域能够被划分为多个全景视场区域，且每个全景视场区域能够被划分为呈阵列布置的多个子视场区域，并且利用所述电子束成像模块中的所述至少一组偏转器来连续进行对于单个子视场区域的电子束扫描，以及通过偏转幅度更大的主偏转器控制电子束移动到下一个待扫描子视场；和全景视场图像采集步骤，在所述全景图像采集步骤中，通过采集电子束冲击于待测样品表面所产生的二次电子信号及背散射电子信号中至少一种信号而获得每个子视场的图像，并且重复获取全部子视场图像以通过拼接而实现图像融合来形成全景图像。其中，所述子视场被均匀划分为使得子视场的偏转像差变动量落入预定容许范围内。
根据本公开的实施例，电子束在所述至少一组偏转器作用下在相邻子视场之间移动的期间、之前、之后中之一的时段中，对下一个被测子视场的偏转像差进行校正。
根据本公开的实施例，对于每个子视场的偏转像差进行校正，包括：建立Z向高度值分布图的步骤，其中，限定所述Z向高度值为垂直于样品表面的Z方向上的样品位置的相对坐标值，并且通过记录与被测量Z向高度值的样品位置对应的所述位移平台模块上的X、Y坐标的对应变化，而创建所述Z向高度值分布图；建立像差校正分布图的步骤，其中，通过利用位移平台模块在竖直方向的移动，并且利用位移平台模块的表面上的至少一个校正图形来测量与各个全景视场和各个子视场中至少一种内的各离散Z向高度值所在位置对应的偏转像差，使得为每个高度值设定相应的偏转像差校正值来获得对应于变化后的高度值的偏转像差校正分布图；以及校正步骤，像差校正值在对相应的子视场图像进行校正时从Z向高度值分布图和对应的偏转像差校正分布图中被即时提取，并且被发送至偏转器和静电透镜的控制电路以指令偏转器和静电透镜校正电子束的偏转和聚焦，同时使得检测到的电子束信号与偏转器的控制信号同步。
根据本公开的实施例，通过设定单个子视场和单个全景视场中的至少一个在水平面的两个正交方向上以等距步长平移，来多次采集得到多个连续的图像信息，再进行积分运算以融合生成单个子视场和单个全景视场中的至少一个的平均化图像。
本公开提供的技术方案具有以下有益技术效果中的至少一个：
首先，有助于通过偏转器配置例如双重或多重偏转配置来执行更快速准确的电子束移位扫描。第二，通过分层级的子视场区域扫描，再进行全景视场区域融合，能够获得增大视场的图像。第三，利用Z向高度值分布图和偏转像差校正分布图来进行校正，有助于最小化各个子视场之间的偏转像差。此外，在校正之后还利用积分运算来平均化处理以融合得到去除了残余偏转像差的全景视场图像。
附图说明
现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本公开的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件。附图的简要描述如下：
图1是示出根据本发明实施例的用于电子束检测与关键尺寸测量的电子束检测设备的结构示意图；
图2是示出如图1所示的电子束检测设备中的电子束成像模块的结构示意图；
图3是示出根据本发明实施例的图像采集方法的示意图，特别是示意性地示出了在电子束检测与关键尺寸测量过程中对于关注区域进行划分以获得逐级细分的视场划分方法；
图4是详细示出如图3所示的示例性图像采集方法中对视场进行的具体划分的示意图；
图5是示出根据本发明实施例的电子束检测与关键尺寸测量过程中，用于产生偏转像差校正分布图的校正图案示意图；
图6(a)-6(c)是示出利用如图5所示的校正图案进行偏转像差校正之后，在全景视场PFOV内扫描子视场CFOV的方法的示意图；
图7是示出通过多次偏移电子束而连续地扫描相邻子视场CFOV，继而通过对由此生成的多幅子视场CFOV的图像进行积分和平均化处理以进行图像拼接的方法的示意图，以提高由多幅子视场CFOV图像拼接而成的全景视场PFOV的图像的质量；
图8是示出通过多次偏移电子束而连续地扫描相邻的全景视场PFOV，继而通过对由此生成的多幅全景视场PFOV图像进行积分和平均化处理以进行图像拼接的方法的示意图，以提高由多幅全景视场PFOV图像拼接而成的关注区域的图像的质量；
图9是本公开的电子束检测与关键尺寸测量的应用举例的示意图。
具体实施方式
下面将对本公开的技术方案通过实施例结合附图1至9的方式进行进一步的详细解释。在说明书中，相同或相似的附图标记和字母指示相同或相似的部件。参照附图对本公开实施例的以下说明旨在对本公开的总体发明构思进行解释，不应当理解为对本公开的一种限制。
附图被用于说明本公开的内容。附图中各部件尺寸和形状不反映电子束检测设备及待测目标的真实比例。
根据本公开的总体技术构思，提供一种电子束成像模块，所述电子束成像模块被构造成向待测样品表面投射入射电子束以生成电子束图像的电子光学系统，所述电子光学系统包括：电子束发射源，被配置成用以产生和发射入射电子束；相对于入射电子束的光轴对称地安置的至少一组偏转器；以及出射电子检测器，被配置成用以检测包括由入射电子束投射至所述待测样品而产生的二次电子和背散射电子中的至少一种的出射电子；其中，入射电子束被投射至待测样品表面，并且对在所述待测样品表面内的预先限定的关注区域进行扫描，所述关注区域包括至少一个全景区域，且所述全景区域包括至少一个子区域；并且所述至少一组偏转器被配置用来在所述全景区域之中将电子束从已扫描的子区域偏移至相邻的待扫描的子区域，以及在每个待扫描的子区域中偏移电子束进行扫描。
根据本发明的示例性实施例，本公开的总体思路在于，由于大面积视场的边缘处发生图形扭曲失真，从而导致分辨率下降。针对边缘图形失真问题，通过将整体视场(例如下文的全景视场PFOV)划分为多个面积较小的子视场(CFOV)，并且采集这些子视场的图像，继而拼接这些图像、以及后续至少部分地减少或甚至完全消除毗邻的小视场之间的可观测到的间隙，来合成全景图像。具体而言，通过将在待测样品上的特定的关注区域分级划分为多个子区域，进而利用电子束对其中单个子区域进行扫描，从而得到所述单个区域的子视场图像。之后，通过至少在与光轴正交的水平面上(X方向及Y方向)移动样品台，和/或利用偏转器来偏移电子束，从而也获得其他相邻区域的子视场图像。由此，使得电子束在子区域内和相邻的子区域之间以相比于仅利用机械方式而执行的位移更高的总体扫描成像速度移动；并且利用位移平台表面上的例如偏转像差校正分布图这样的校正图案，对于由于偏转器偏转幅度过大导致的偏转畸变、场曲以及偏转偏差进行校正，从而克服随着与单个子区域的子视场中心距离增加而导致的增大的图像偏转失真。
首先描述本公开的具体结构。参见图1和图2，图1是示出根据本发明实施例的用于电子束检测与关键尺寸测量的电子束检测设备的结构示意图；以及图2是示出如图1所示的电子束检测设备中的电子束成像模块的结构示意图。如图1所示，用于电子束检测与关键尺寸测量的电子束检测设备200包括电子束成像模块100，用于引导电子束到待测样品表面上进行分区扫描并且采集从待测样品表面发出的二次电子和/或背散射电子来进行图像采集。
具体而言，在本发明的示例性示例中，如图2所示，所述电子束成像模块100的结构详细阐释如下文阐述。
作为示例，所述电子束成像模块100被构造成向待测样品表面投射入射电子束以生成电子束图像的电子光学系统EO，所述电子光学系统EO包括：用于生成入射电子束EB的电子束发射源，诸如电子枪201(更具体地例如设计为具备已知结构的肖特基型电子枪)，被配置成用以产生和发射入射电子束；相对于入射电子束的光轴101对称地安置的成对次偏转器，包括次偏转器102与反向次偏转器103；在所述成对次偏转器下游处相对于光轴对称地安置的成对主偏转器，包括主偏转器104与反向主偏转器105；和与光轴同轴地在远离所述物镜107的方向上布置于所述成对次偏转器上游的出射电子检测器109，用于检测二次电子或背散射电子。
作为示例，所述电子光学系统EO还包括透镜组件，所述透镜组件可操作以将电子束会聚投射至待测样品表面的所述关注区域上。
作为示例，所述透镜组件包括：像差修正装置，所述像差修正装置被布置在所述至少一组偏转器下游处且与所述光轴同轴地布置，并且被配置成用来对经过的电子束的束斑执行动态校正，诸如在所述成对主偏转器下游处顺序地与光轴同轴布置的用于动态聚焦校正的透镜例如静电透镜106。
作为示例，所述透镜组件还包括还包括：被配置用于将电子束最终投射至待测样品表面的物镜107，且例如位于所述像差校正装置(诸如所述静电透镜)下游处且与所述光轴同轴地布置。作为进一步的示例，所述物镜107上被施加用于电子束的加速电压以作用于行进穿过所述物镜的电子束。
作为示例，所述静电透镜106和所述物镜107彼此协同工作以将电子束会聚且导向/投射至待测样品W的表面108，例如样品硅片的表面。
作为示例，所述透镜组件还包括：至少一个聚焦透镜，所述聚焦透镜被布置于所述像差校正装置上游处且与所述光轴同轴地布置，并且被配置用以对电子束进行预聚焦以投射到所述像差校正装置上。例如，所述聚焦透镜包括以下之一：静电透镜、磁透镜、混合透镜。例如，第一聚焦透镜302；第二聚焦透镜305，同轴地安置于第一聚焦透镜302下游且被配置用于对电子束经第一聚焦透镜302后生成的交叉斑1进行尺寸调节，从而便利于获得形状和大小受控的电子束交叉斑2；以及投影透镜312，所述投影透镜同轴地安置于第二聚焦透镜305的下游，且被配置成使得所述交叉斑2穿过其再次成像为电子束的交叉斑3。可选地，例如，所述聚焦透镜包括以下之一：静电透镜、磁透镜、混合透镜。
作为示例，所述出射电子检测器109布置成与光轴同轴地且远离所述物镜地在所述至少一组偏转器上游处。
作为示例，所述样品表面被施加电子束减速电压，并且从待测样品表面产生的二次电子和背散射电子束中的至少一种在样品表面所施加的减速电压和物镜处施加的加速电压的共同作用下沿着与入射电子束相反方向投射至所述出射电子检测器处并被接收以生成电子束图像。
为了确保光路相对于外部的封闭性以避免外界环境对于电子束的干扰，通常，所述电子光学系统EO布置于镜筒内。
另外，作为本公开的示例性实施例，如图2所示，所述电子束成像模块100还包括由驱动和放大电路构造成的驱动模块，包括：驱动所述成对次偏转器102、103的次偏转器DAC与放大器111；驱动所述成对主偏转器104、105及实现动态像散校正的主偏转器DAC与放大器112；以及驱动所述动态聚焦透镜106的动态聚焦DAC与放大器113。其中，所述DAC与放大器111、112、113联通至外部的偏转控制电路120，用于控制所述电子束成像模块100中的相关的偏转器的偏转。所述偏转控制电路120包括：联通并且驱动所述次偏转器DAC与放大器111的控制电路121，联通并且驱动所述主偏转器DAC与放大器112的控制电路122，以及联通并且驱动所述动态聚焦DAC与放大器113的控制电路123。
作为示例，所述电子光学系统还包括第一控制电路子组件，以及负责整体控制的整体控制电路500与连接至所述整体控制电路500的存储器510。在进一步的示例性实施例中，具体地，所述第一控制电路子组件例如包括：分别用于驱动所述至少一组偏转器、所述像差修正装置的驱动和放大电路，所述驱动和放大电路被配置成联通至用于控制所述电子束偏转的偏转控制电路。更具体地，例如，所述第一控制电路子组件包括：电子检测器109的输出图像信息处理及信号控制电路110；驱动次偏转器102、103的次偏转器DAC与放大器111的控制电路121；驱动主偏转器104、105的主偏转器DAC与放大器112的控制电路122；驱动动态聚焦透镜106的动态聚焦DAC与放大器113的控制电路123。并且，控制电路121、122、123如前述般用于构造成偏转控制电路120以控制所述电子束成像模块100中的相关的偏转器的偏转。
作为本公开的示例性实施例，如图1所示，除了上述部件，所述电子光学系统还包括至少一个光阑。如图所示，所述至少一个光阑充当以电控方式调节和选择光阑的光阑调节模块300的主要部件，其被配置用以调节电子束的形状和/或大小。
所述光阑包括以下中的至少一个：在所述光轴上固定设置的单孔光阑，所述单孔光阑具有居中布置成与所述光轴同轴的单个光阑孔，以约束和粗略调整投射到其上的电子束的形状和束流；和多孔光阑组件，所述多孔光阑组件包括：多孔光阑板，所述多孔光阑板具有间隔开地呈线性或阵列式分布且尺寸不同的多个光阑孔(例如，呈如下之一形式的光阑板：条带式光阑板、阵列式光阑板)，被配置用以精细调整从中传播穿过的电子束的形状、束流和半张角；位于所述多孔光阑板上游的上游偏转器，被配置用以将电子束从入射电子束的光轴偏转朝向所述多个光阑孔中的选定光阑孔；和位于所述多孔光阑板下游的下游偏转器，被配置用以将从所述选定光阑孔出射的电子束偏转以使得电子束的光轴与入射电子束的光轴重合。
更具体而言，例如，所述单孔光阑充当电子束形状调节子模块，其被配置用来利用至少两个光阑对电子束EB进行形状和束流的初步调节。
作为本公开的进一步的实施例，如图1所示，具体而言，所述电子束形状调节子模块例如包括沿着光轴方向顺序地布置的如下器件：位于第一聚焦透镜302上游的光阑301；位于第一聚焦透镜302下游且位于所述第二聚焦透镜305上游的单孔光阑304，所述单孔光阑304被布置成使得所述电子束经所述第一聚焦透镜302汇聚形成的第一交叉斑1投射于其上、且被配置成调节所述调节光阑的孔径来控制电子束路径的开通和切断、以及开通时的电子束路径截面积。
另外，更具体地而言，例如，所述多孔光阑组件充当电子束半张角调节子模块，其被布置在所述电子束形状调节子模块下游，且被配置成用来以电控方式借助于上游和下游偏转器与多孔光阑板的组合来进一步调节电子束的形状、束流和调节电子束半张角，使得出射的电子束形成为等效于在固定点处发射的形状和尺寸可调的发散电子束。
作为本公开的进一步的实施例，如图1所示，具体而言，所述电子束形状调节子模块的下游，例如图示沿着光轴方向的下方处还配备有调节电子束半张角的电子束半张角调节子模块306，所述电子束半张角调节子模块306例如包括：固定式多孔光阑板307，所述多孔光阑板位于与光轴垂直的平面上。
更具体地，所述固定式光阑板307的中心与光轴同轴布置。如图1所示，所述固定式光阑板307为位于与光轴垂直的平面上且中心与光轴同轴布置的分段光阑板307，且所述分段光阑板307上分布有一系列光阑孔，例如数目为5个光阑孔。所述光阑孔例如图1所示沿径向向外布置的多个光阑孔，且每个光阑孔例如具备各自孔径Aopt，A0，A1，A2，A3，当电子束通过所述光阑孔时分别对应地形成电子束半张角αopt，α0，α1，α2，α3。作为示例性实施例，在实际应用中通常考虑采用位于分段光阑板307上居中设置所述光阑孔Aopt，由此使其对应的半张角αopt实现最小化的电子束直径dmin。为获得所述最小化的电子束直径dmin，必需最大程度地抑制由所述电子束半张角调节子模块所导致的像差，即减小近光轴区域的像差。因此将光阑孔Aopt设置于分段光阑板307中心处将有利于像差控制。
作为示例，所述电子束半张角调节子模块306例如还包括沿着光轴方向顺序地位于所述固定式多孔光阑板307下游的如下器件：同轴地位于所述固定式光阑板307上方的上游偏转器308、和同轴地位于所述固定式光阑板307下方的两个顺序布置的下游偏转器310、311。其中，所述上游偏转器308的偏转中心被配置成与所述电子束形状调节子模块形成的交叉斑2的位置重合；且所述下游偏转器310、311由介于二者之间的投影透镜312间隔开，且被配置成使得所述交叉斑2穿过所述投影透镜312以再次成像于紧邻所述电子束成像模块100的交叉斑3处。
具体地，例如，所述上游偏转器308被配置用以将电子束从入射电子束的光轴偏转朝向所述多个光阑孔中的选定光阑孔，且所述下游偏转器310、311被配置用以将从所述选定光阑孔出射的电子束偏转以使得电子束的光轴与入射电子束的光轴重合。
更具体而言，在本公开的一个示例性实施例中，如图1示例性所示，单个上游偏转器308被安置于分段光阑板307之前，而两个下游偏转器310和311则安置于分段光阑板307之后。偏转器的设定需要进行优化调整。之后，根据待测LSI图形的尺寸以及测量目的(即，执行测量的目的是检测、复查或尺寸测量中的哪一种)，需要优选合适的像素尺寸，并确定所选像素尺寸所对应的电子束半张角光阑。通过所述上游偏转器308控制电子束的偏转，来选择通过所述分段光阑板307上的特定光阑孔径。同时，偏转器308的偏转中心被配置成与交叉斑2位置重合，使得即使在切换光阑的情况下，后续电子束沿着光轴继续传播而在邻近于所述电子束成像模块100处和所述待测表面108附近处所形成的交叉斑3、4的位置也不会发生变化，有利于保证成像稳定。电子束通过所述分段光阑板307后，第一个下游偏转器310将其沿相反方向偏转，再由第二个下游偏转器311使其偏转至平行于光轴的方向或与光轴重合。由此，则利用电控方法实现了对光阑的易于调节的选择，以取代传统的冗繁机械调节方法。
并且，作为示例，所述第一控制电路子组件还包括：联通并且驱动位于高速电子束半张角调节子模块306中的上游偏转器308和下游偏转器310、311的驱动和控制电路230。
作为示例，所述电子光学系统还包括束闸，所述束闸被配置成用以偏转电子束远离所述光轴以实现投射到所述关注区域上的电子束的关断。
具体地，如图1所示，所述束闸例如包括：束闸电极303，所述束闸电极的偏转中心布置成与所述电子束EB经所述聚焦透镜302汇聚形成的交叉斑1重合；和具有居中布置的光阑孔径的束闸光阑板304，布置于所述束闸电极303下游，用于通过施加电压而关断所述光阑孔径以实现电子束路径的关断。替代地，所述调节光阑还可包括机械调节式光阑。
并且更具体而言，在本公开的一个示例性实施例中，如图1示例性所示，束闸电极303下方为束闸光阑板304。当电子束轰击在硅片W样品表面108上时，束闸电极上没有施加电压信号，电子束得以通过束闸光阑板上的孔径；另一方面，当束闸电极303施加电压时，则偏转电压偏转电子束使其轰击在束闸光阑板上孔径之外的部分，从而实现电子束路径的关断。并且，在本公开的示例性实施例中，所述电子束形状调节子模块被配置用以利用光阑301对电子束EB进行整形/形状调节，再利用束闸光阑板304之后的第二聚焦透镜305对已整形电子束经第一聚焦透镜302后生成的交叉斑1进行尺寸调节，从而便利于获得形状和大小受控的电子束交叉斑2。
以上实施例例示了电子束检测设备200内的电子束成像模块100的结构。本公开的所述电子束成像模块(即所述电子光学系统EO)区别于现有的电子束成像模块主要在于：利用至少一组偏转器来在待测样品表面上进行扫描。
进一步地，如果仅采用常规的机械位移方式在毗邻的子视场之间进行顺序扫描，则必需额外考虑到附加地引入的工件台的移动时间、以及工件台移动后电子束再调整的时间；且考虑到为了在采集时尽量清晰化各个子视场的边缘，则图像采集速度则必需被相应降低以抑制图像采集速度对于后续消除小视场之间重叠所带来的不利影响。此外，如果利用偏转器来偏移电子束进行扫描，为了获得大偏转幅度，在高偏转电压下，电子束的扫描速度降低，处理速度也会降低。有鉴于此，本公开采用如上所述的成对主偏转器和成对次偏转器相结合的双重偏转配置，其中利用次偏转器来控制电子束在子视场区域内进行扫描，且利用采用偏转幅度更大的主偏转器进行比次偏转器更大形成的移动以将电子束偏移至下一个需要扫描的子视场。通过不断重复以上两个步骤，则所采集到的样品所产生的二次电子与背散射电子信号在经过处理后即得到各子视场的图像。
此外，作为示例，所述成对主偏转器104、105还例如额外地连接至动态像散校正装置和相应的数模信号转换器(DAC)与放大器，从而具备动态像散校正的功能。
基于前述双重偏转配置，首先，由于在获取子视场图像时，由次偏转器控制电子进行扫描，即CFOV内行程。次偏转器的偏转幅度被设置成小于主偏转器偏转幅度，(例如次偏转器的偏转幅度被设置为约3微米、而主偏转器的偏转幅度例如设置为约200微米)；相应地，次偏转器DAC及放大器111的输出电压相比主偏转器DAC及放大器112的输出电压而言低一个量级，而因为DAC及放大器输出电压与扫描速度成反比关系，因此次偏转器102、103能够进行高速扫描。另外，在已完成一个子视场的扫描并且需要扫描下一个毗邻子视场时，则由主偏转器以例如约为200微米的偏转幅度来控制电子束进行比次偏转器导致的电子束行程更大范围的行程，即CFOV间行程。
电子束扫描速度远高于平移台本身的机械方式移动速度。例如，现有技术中，通过机械式位移台在子视场之间移动所需时间约为1秒；而使用主偏转器的情况下电子束在子视场之间移动则需例如0.5微秒，远小于前者。并且，本公开的发明人针对不同LSI图形进行了实验验证，将基于现有技术的单一偏转器(称为一重偏转)扫描全景图像所需时间，与本发明中利用主偏转器与次偏转器二者的组合(即本公开前述的双重偏转配置)扫描全景图像所需时间进行对比。根据实验结果，基于现有技术的扫描时间是采用本发明技术后扫描时间的约三倍。换言之，在采集同样精度(分辨率)的图像时，本公开所使用的双重偏转配置，相比通常的单偏转器配置而言，能够以其3倍的速度采集图像。由此，所述双重偏转配置相比于单纯的机械方式实现的电子束移位扫描、以及相比于仅利用单偏转器进行的电子束移位扫描而言均有效缩减了子区域件切换时间、提高了扫描速度，便利于更快速的整体图像采集。作为另一示例，补充地或替代地，所述双重偏转配置与机械位移平台相结合，能实现电子束在相邻子视场区域之间的快速粗定位和精确的精密定位，兼顾定位精度和子视场间切换速度。
进一步地，在本公开的示例性示例中，所述静电透镜106和物镜107与光轴同轴地依次布置于所述双重偏转配置的次偏转器和主偏转器下游。
所述静电透镜106执行对电子束的动态校正。具体而言，当电子束在经过镜筒时发生改变时，电子间的库伦相互作用导致焦距改变，或电子束束斑变得模糊。当焦距随电子束流变化产生波动时，所述静电透镜106执行动态校正。另外，在通过利用在上游处布置的光阑切换电子束通过而改变电子束束斑(例如电子束束斑的形状和大小)时，也利用静电透镜106来执行动态校正。此外，静电透镜106还例如用于修正由主偏转器104、105引起的偏转场曲，和/或由库伦相互作用或样品不平整引起的聚焦波动。
后续的物镜107则将经校正后的电子束的交叉斑3汇聚投射以成像于样品表面108处。为了提高分辨率并抑制样品表面108的荷电效应，需要在样品表面108施加额外的电子束减速电压，从而使得样品表面108处总的电子束加速电压值降至1kV或者更低。除此之外，为了从样品表面108抽取出二次电子，还需要对物镜107施加一个加速电压，下文成为二次电子加速电压。从样品表面出射的二次电子相继在样品表面的电子束减速电压与物镜处的二次电子加速电压的作用下沿着与入射到样品表面处的主电子束相反的方向进入镜筒并到达检测器109处被捕获。
根据本公开的示例性实施例，如图2所示，所述电子检测器109配置成采集从待测样品表面108发出的二次电子信号并且转换为图像信息，并且所述电子束成像模块100的所述电子检测器109连通至外部的用于导入所述图像信息的信号控制电路110。所述信号控制电路110被设置成与偏转控制电路120相互同步。换言之，通过将待测样品表面108发出的二次电子信号与成对主偏转器104、105，成对次偏转器102、103同步，则获取的图像信息由信号控制电路110输出并进入整体控制电路500。
下面通过结合对本公开所提供的电子束成像模块100的概括性工作方式的描述来进一步说明所述电子束成像模块的工作原理。
在本公开的一个示例性实施例中，所述电子束成像模块100由整体控制电路500进行控制对待测样品表面进行分区扫描成像。例如，如图3和图4所示，图3是示出根据本公开实施例的图像采集方法的示意图，特别是示意性地示出了在电子束检测与关键尺寸测量过程中对于关注区域进行划分以获得逐级细分的视场划分方法；而图4是详细示出如图3所示的示例性图像采集方法中对视场进行的具体划分的示意图。
在本公开的示例性实施例中，例如，如图3所示，待测样品(诸如如图所示待检测的半导体芯片IB0)被置放于所述电子束检测设备200内的电子束成像模块100内进行成像以用于后续检测。如果对半导体芯片IB0的所有区域均无差别地执行穷尽的成像检测，将花费大量时间，因此实际应用中并不采用全部检测的方案，而是替代地通过从IB0提取特定区域(称为物理关注区域)的信息并输入电子束检测设备200进行检测。
需选择的关注区域通常包括以下情形，诸如但不限于：(1)在执行光学邻近校正(OPC)之后，再通过使用验证工具对所谓“热点区域”进行预测得到的区域；(2)以往出现问题较频繁的图形或者存在类似潜在问题的图形所在区域；(3)半导体芯片设计中按照经验判断的通常潜在地存在问题的图形所在区域；(4)其他存在潜在工艺风险的图形所在区域。综合考虑，本公开实施例所针对的关注区域被选择为其中的图形具有系统性潜在缺陷的区域。所述关注区域是在半导体制造工艺中以物理方式现实地形成的，在此称为“物理关注区域”。图3中，三个物理关注区域分别表示为IB1，IB2，IB3。例如在对其一进行检测过程中，单个关注区域(诸如IB1)被划分为多个用于分别获取其全景图像的特定区域：PFOV1，PFOV2，…PFOVn-1，PFOVn。每个全景图像例如预先选择为呈正方形或矩形。
作为进一步的实施例，如图4所示，以单个全景视场范围例如PFOV1为例，其进一步被细化分割成包括若干个毗邻的呈阵列布置的子视场，例如如图所示呈在X方向和Y方向上均分为呈行列毗邻布置的64个子区域。每个子区域对应地待形成为一个子视场，编号为CFOV101，CFOV102，…，CFOVxy，…，CFOV6464。即，各个子视场的下标表示子区域在单个全景视场中所处的行号和列号。在每个子区域内，分别通过电子束扫描获取相应子视场图像；各子视场的图像进一步拼接得到整体的全景视场图像PFOV(以下简称为“全景视场”)。
如图4所示，详细描绘了子视场CFOV的形状和尺寸，诸如：单个子视场的列尺寸即子视场长度d1，单行子视场CFOV的整体行尺寸d2(也即全景视场PFOV的总体宽度)。作为示例，例如如图所示，子视场CFOV的形状例如选择为正方形或矩形。下文中，术语“CFOV”也包括“CFOV图像”的含义在内。此外，“PFOV”也包括“PFOV图像”的含义。另外，对于子视场CFOV的尺寸设定，需要考虑到由于主偏转器104、105的偏转幅度与物镜107共同导致的偏转像差的问题，包括偏转畸变、场曲、及偏转偏差。换言之，即，子视场CFOV图像的总体偏转像差的变化量必需在允许范围内，例如，根据次偏转器102、103的偏转幅度而设定为不超过3微米。在图4所示情形中，因各个CFOV是通过在X方向与Y方向各划分为64等分而形成，则全景视场的尺寸d2为192微米(64*3)。进一步地，例如CFOV内每个像素尺寸为3纳米，则每个CFOV图像则包含1k*1k个像素；相应地，整个PFOV的图像则含64k*64k个像素。
作为本公开的一个示例性实施例，为了获取单个PFOV全景图像，例如，在CFOV101内通过电子束扫描获取图像后，需要将电子束通过电控方法移动至CFOV102区域内并对CFOV102图像进行采集，之后按以上步骤重复。将电子束由CFOV101到CFOV102的移动过程大约需要0.5微秒。根据现有技术，这一时间远小于例如借助于位移平台的机械式电子束移位的耗时。具体细节详见下文。在这段0.5微秒的时间内，需要对CFOV102的偏转误差进行校正。作为示例，CFOV101内时钟频率例如设定为100MHz，则像素间扫描时间为10纳秒。
在本公开的一个示例性实施例中，所述电子束成像模块100在整体控制电路500的控制下分区扫描所述待测样品表面IB0。如图3、4所示，待测半导体芯片IB0的设计参数信息与检测信息被输入到整体控制电路500内，其中包括各个离散的物理关注区域的信息，包括各个全景视场PFOV的信息。所述整体控制电路500的输入信息501包括：像素尺寸、电子束EB直径、全景视场区域PFOV尺寸d2，子视场区域CFOV尺寸d1，扫描步长，放置样品W的位移平台的移动模式(步进/重复式或连续移动)。
具体地，在本公开的示例性实施例中，电子束成像模块100的工作流程包括：首先是样品表面划分分区步骤，所述样品W所对应的物理关注区域，例如通过整体控制电路500从计算机输入信息读取，或者从计算机输入的检测信息与设计信息中提取，并且如图3所示被划分为多个全景视场区域PFOV1，…，PFOVn。之后，如图4所述，这些全景视场被进一步划分为CFOV101，…，CFOV6464等多个子视场。
接下来，进行电子束扫描步骤。第一步，电子束EB从电子枪201发射，经由次偏转器102、103偏转，在样品W上子视场CFOV101内执行扫描。样品表面108在电子束照射下发射二次电子并被二次电子探测器109捕获，检测到的二次电子信号与次偏转器102、103的偏转信号保持同步，最终得到CFOV101的图像。其中，电子束在子视场CFOV101内的扫描例如从左上角、右上角等任一角点开始，也替代地例如从子视场正中开始。另外，一般而言，样品W所发射的二次电子信号设置成与偏转信号保持同步来获取图像，但实质上只要使样品W所发射的二次电子信号与背散射电子信号中至少一种与偏转信号进行同步即能够取得图像。第二步，电子束EB在子视场CFOV101内完成扫描后，由主偏转器104、105控制电子束移动到下一待测子视场CFOV102中。
根据本公开的另一方面，本公开还提供一种电子束检测设备。
返回参见图1，下面通过结合对本公开所提供的包括如图2所示电子束成像模块100的所述电子束检测设备200的相应结构的详细描述来进一步说明所述电子束检测设备200的工作原理。
作为本公开的示例性示例，如图1所示，除了所述电子束成像模块100，所述电子束检测设备200还包括：位移平台模块400，包括在竖直方向上从下而上依次布置的以下器件：水平位移平台401，其配置成在水平面上沿彼此正交的X方向和Y方向移位；Z向(即竖直方向)位移平台402，其安置于所述水平位移平台401上方，且沿着平行于光轴方向(即Z向)移位，例如借助于水平移位的压电致动器作用于其下部斜面上的作用力的竖直分量而实现；安置于所述Z向位移平台上方的静电吸盘403，其配置成以静电吸附方式在其上表面处保持待测样品；位于所述Z向位移平台402上的与待测样品表面大致处于同一高度的校准标记408，其上也被施加有加速电压；以及用于感测所述位移平台模块400的水平和竖直位置的位置感测装置。作为示例，如图1所示，所述位置感测装置例如包括：布置于所述样品表面108上方且配置用来感测样品表面108在Z向的高度位置的Z向传感器装置，包括相对于待测样品表面108倾斜布置的光学投射装置404和大致相对于光轴与所述光学投射装置404对称布置的光学接收装置405；以及布置于所述Z向位移平台的上表面边缘处的反光镜406、和在大致相同高度处位于所述电子束检测设备200以外的激光干涉仪407，所述反光镜406和所述激光干涉仪407协同工作以对水平位移平台401的水平位置进行精确测定。另外，例如在诸如镜筒底部等位置采用常见结构来设置参考用反射镜。
在本公开的示例性实施例中，如图1所示，所述电子束检测设备200还包括用于位移平台模块的第二控制电路子组件，包括：控制Z向传感器装置内的光学投射装置404、光学接收装置405的控制电路411；施加加速电压与减速电压的控制电路412；控制Z向位移平台402的控制电路413；控制水平位移平台401的控制电路414；控制激光干涉仪407的控制电路415；以及负责整体控制的整体控制电路500与连接至所述整体控制电路500的存储器510。
在本公开的示例性实施例中，例如，所述整体控制电路500通过结合Z向传感器装置内的光学投射装置404、光学接收装置405的测定值与激光干涉仪407测量的水平面上的XY坐标位置信息，得到Z向高度值分布图，并存储于存储器510中。并且额外地，所述存储器510例如还存储有整体控制电路500的输入信息。
在本公开的进一步示例性实施例中，例如，所述电子束检测设备还可包括对电子束成像模块所采集的二次电子和背散射电子信号中至少一种所生成的图像进行分析处理以实现缺陷检测或关键尺寸测量的模块。
根据本公开的再一方面，本公开还提供利用上述电子束成像模块和电子束检测设备的图像采集方法。
在本公开的示例性实施例中，所述图像采集方法包括：子视场图像采集步骤，全景图像采集步骤。
作为示例，在所述子视场图像采集步骤中，待测样品表面能够被以分层级方式划分，例如，待测样品表面包括多个待检测的关注区域，每个关注区域被划分为至少若干全景视场区域且每个全景视场区域包括呈阵列布置的多个子视场区域，其中，所述子视场被均匀划分为使得子视场的偏转像差变动量落入预定容许范围内。并且利用前述电子束成像模块中的至少一组偏转器(例如为成对的主偏转器和成对的次偏转器)来连续进行对于单个子视场区域的电子束扫描，完成后通过偏转幅度更大的主偏转器控制电子束移动到下一个待扫描子视场。作为示例，电子束在所述至少一组偏转器作用下在相邻子视场之间移动的期间、之前、之后中之一的时段中，对下一个被测子视场的偏转像差进行校正。
作为示例，在全景图像采集步骤中，通过采集样品产生的二次电子信号及背散射电子信号中至少一种信号，结合次偏转器与主偏转器的控制信号，可获得每个子视场的图像。在应用中以上操作重复进行。最后通过拼接而实现图像融合来形成全景图像。
并且，进一步地，所述图像采集方法还包括针对偏转像差进行校正和在校正之后进一步的积分平均化处理以移除残余的偏转像差。
具体地，作为示例，在扫描开始之前，首先，样品W例如硅片通过机械臂传输至静电吸盘403并被吸附。然而即使采用静电吸盘，也无法保证硅片表面108绝对平整。因此，在对样品进行检测或关键尺寸测量等操作之前，即在取得全景图像之前，需要通过控制所述水平位移平台401在水平方向上移动，同时由激光干涉仪223对水平位移平台218的水平坐标例如X、Y坐标值进行记录，并使用Z向传感器装置内的光学投射装置404、光学接收装置405对样品硅片W表面各点的Z向高度值(所述Z向高度值被限定为垂直于样品表面的Z方向上的样品位置的相对坐标值)进行测量，并且记录与被测量Z向高度值的样品位置对应的所述位移平台模块上的X、Y坐标的对应变化，从而得到Z向高度值分布图，且存储于存储器510中。所述Z向高度值分布图用于例如通过创建偏转像差校正分布图来执行偏转误差的校正。相应地，除了存储前述的Z向高度值分布图，存储器510还存储偏转像差校正分布图信息。
如果前述特定区域(全景FOV，即PFOV)的尺寸d2被设置为200微米左右，则区域内样品表面粗糙度(起伏幅度)在100纳米以下，则近似视作平整。所以，所述Z向高度分布图例如视为由尺寸d2的一系列网格构成，每一特定区域对应的网格例如视作高度分布图最小单元用于高度值测量。
如前所述，需要考虑对由于主偏转器104、105的偏转幅度与物镜107共同导致的偏转像差进行校正，所述偏转像差是包括偏转畸变、场曲、及偏转偏差在内的总称。以下为偏转像差校正相关说明。
在本公开的示例性实施例中，偏转像差DA被设置为三维空间位置(x，y，z)的函数，例如表示为：DA＝DA(x，y，z)。根据前文所述，本发明所采集的全景视场PFOV图像尺寸d2值约为200微米，其中高度变化即Z向高度分布的差异在100纳米以内。则由于所述全景视场PFOV区域内的表面粗糙度(起伏幅度)在100纳米以下，即近似视作平整；换言之，全景视场PFOV高度被视作恒定值z＝Zn，即全景视场PFOV内的偏转像差DAP表示为DAP(x，y，Zn)。
因为在全景视场PFOV中的每个子视场CFOV中进行扫描时，因为扫描在极短时间内完成，考虑到数据传输率的限制，无法将对于电子束的偏转像差的校正精确到每一个像素。因此，本公开中的校正的最小单元被设定为单个子视场CFOV。这也要求各个子视场CFOV的偏转像差尽量接近。假设第M个子视场CFOVm中心位置的坐标为(Xmc，Ymc)，其偏转像差为DACm。替代地，也例如使用CFOVm的角点坐标来代替CFOVm的中心以作为度量该子视场CFOVm内的偏转像差的目标点。则相应地，子视场CFOVm内偏转像差为DACm(Xmc，Ymc，Zn)。通过像差修正，逐一抵消单个子视场CFOV偏转像差，由此获得高分辨率的单个子视场CFOV图像；并进一步将经像差修正之后的多个子视场CFOV图像拼接为高分辨率的PFOV图像。为了实现这一目标，需要约束CFOV的尺寸d1以使CFOV内偏转像差落入容许范围内。作为示例，基于模拟计算，例如，对于20纳米设计制程的图形而言，CFOV的允许尺寸上限例如设置为8微米。因此，针对20nm制程以下的先进半导体器件，CFOV尺寸通常不超过8微米。
在检测过程中由于子视场扫描的相对高速率，导致难以对偏转像差进行实时校正。因此，在本发明中，针对同一PFOV内的各个CFOV，与各个CFOV的离散高度值(Z1，Z2，…，Zn)分别相对应的偏转像差校正值被组合以生成偏转像差校正分布图，并提前存储于存储器510中。在针对各CFOV的检测中，这些像差校正值在即将对相应CFOV进行校正时被即时提取。而通过为每一PFOV提供偏转像差校正分布图，从而对其中各CFOV提供即时像差校正，并使得在主偏转器104、105偏转的同时实现偏转像差校正变得可行。
下面结合附图5至8，详细描述对于偏转像差的校正方法。
首先考虑对偏转畸变的校正。在本公开的示例性实施例中，作为示例，图5是示出根据本发明实施例的电子束检测与关键尺寸测量过程中，用于产生针对全景视场PFOV内各个子视场CFOV的偏转像差校正分布图的校正图案示意图。
在本公开的示例性实施例中，以制备于位移平台表面上的校准标记408充当参照，有助于得到偏转像差校正分布图。如图5所示，校准标记408例如包括分布于偏转器104、105偏转范围内的PFOV中的一组校正框4081的阵列，所述校正框形成为呈交错布置的多行，且每个校正框4081的中心处具备十字形图形4082。通过选择某一十字形标记4082并采集其图像，来定位作为参考坐标的其原始中心位置坐标(RXimage，RYimage)。之后，水平位移平台401移动至PFOV中心的十字形标记4082，因水平位移平台401的移动距离即十字形标记4082的移动距离，则由激光干涉仪223测定得到水平位移平台401移动后所述十字形标记4082当前所在位置处的实际坐标(RXL，RYL)。测定点位置偏差(ΔX，ΔY)例如表示为：
ΔX＝RXimage-RXL
ΔY＝RYimage–RYL
由此，通过测量PFOV内各十字形标记4082的位置偏差，可以进一步生成一个偏转畸变分布图。利用所述偏转畸变分布图，对各CFOV中心位置所对应的偏差畸变进行校正。
继而，在存在场曲的情形下，例如通过对PFOV内各十字形标记4082边缘在聚焦条件下所测得的二次电子信号的半高宽进行比较，可以得到焦距变化幅值ΔF，并基于此进一步得到PFOV内场曲校正分布图。进而，对于偏转像散，例如类似地借助于采集十字形标记4082的图像来生成偏转像散校正分布图。
在本公开的实施例中，在校准标记408中十字形标记4082内，嵌入地制备有易于在PFOV内观察到的金属颗粒，例如金颗粒，用于测量电子束EB的束斑尺寸与形状。如果使用所述示例性的金颗粒替代十字形标记4082，同样可以创建场曲校正分布图与偏转像散校正分布图。在偏转像散校正分布图的创建中，使用金颗粒相比之下更为有效。
下面具体阐述如何生成及使用各种校正分布图来进行偏转像差的校正，如结合附图5至图8所示。
前文阐述了在Z向的高度值视为恒定的情形下，偏转像差校正分布图的创建过程。实际操作中，由于偏转像差DA是三维空间位置(x，y，z)的函数，则偏转畸变、场曲与偏转像差都会随高度值变化。因而相应地需要创建对应于各个PFOV的离散高度值Z1，Z2，…，Zn处的各种偏转像差校正分布图，并例如存储于存储器510中以供整体控制电路500在校正时即时提取。
在本公开的示例性示例中，控制所述Z向位移平台402在Z方向移动，则待测物理关注区域内各点即各PFOV的高度值随之改变，通过重复该操作，可以获得对应于变化后高度值的偏转像差校正分布图。替代地，也例如借助于Z位移平台402上多个高度不同的校正图形(即校准标记408)，来创建偏转像差校正分布图。偏转像差校正图的创建例如在所述电子束检测设备200的启动时或校正时择一地执行即可，而不必频繁执行该步骤。
通过采用以上方法生成高度分布图与偏转像差校正分布图，PFOV内部的高度值可以从高度分布图中读取；由此，通过参照偏转像差校正分布图，提取出高度值所对应的偏转像差校正值。并且基于所述偏转像差校正值来通过所述整体控制电路500来指令相应的执行结构进行校正，从而PFOV中各子视场CFOV的偏转像差都可以得到校正。具体而言，例如，整体控制电路500将具体的偏转像差校正信息传送给相关执行机构，包括诸如：主偏转器104、105，动态聚焦透镜106，动态像差校正装置等。则在电子束从当前子视场CFOV101向子视场CFOV102的移动过程中，或在移动前后的短时间内，均可实现偏转像差校正。
在完成偏转像差的校正后，再利用次偏转器102、103控制电子束在CFOV102内扫描，由此，实现了所检测得到的二次电子信号与主偏转器、磁偏转器的控制信号保持同步。
与之相似，通过重复地在相邻的其它CFOV之间跳转后执行“跳转至的CFOV内的偏转像差校正→CFOV内扫描”这如上所述的两个步骤，可以逐步取得其它CFOV即CFOV103～CFOV6464的图像，并最终拼接为全景图像PFOV。之后，整体控制电路500对已经获取的全景图像进行检测与关键尺寸测量。基于所获取的图像所执行的检测与关键尺寸测量方法为现有技术领域中的常规技术方法，在此不再赘述。
在特定条件下，使用所述电子束检测设备200，无法仅通过单次图像采集就获得高信噪比的图像。图7是示出通过多次偏移电子束而连续地扫描相邻子视场CFOV，继而通过对由此生成的多幅子视场CFOV的图像进行积分和平均化处理以进行图像拼接的方法的示意图，以提高由多幅子视场CFOV图像拼接而成的全景视场PFOV的图像的质量；图8是示出通过多次偏移电子束而连续地扫描相邻的全景视场PFOV，继而通过对由此生成的多幅全景视场PFOV图像进行积分和平均化处理以进行图像拼接的方法的示意图，以提高由多幅全景视场PFOV图像拼接而成的关注区域的图像的质量。在图7和图8中示出了利用在单一的子视场CFOV或全景视场PFOV中利用积分运算进行多次整合处理来实现平均化以去除经校正后的残余的偏转像差以实现更高精确度。
本公开的发明人通过实验检验得知，在检测及关键尺寸测量应用中，通过平移来对毗邻的CFOV进行画幅连贯的扫描是一种获得全景图像的有效方法。在这种情况下，可以通过对多次采集得到的图像进行积分运算以为提高检测与关键尺寸测量的精度。作为示例，通过设定单个子视场和单个全景视场中的至少一个在水平面的两个正交方向上以等距步长平移，来多次采集得到多个连续的图像信息，再进行积分运算以融合生成单个子视场和单个全景视场中的至少一个的平均化图像。
具体而言，例如，如图7所示，在需要N次(例如，5次)整合处理的情形中，相应地通过设定CFOV在X方向与Y方向上以CFOV尺寸d1的1/N为单位进行平移，并将CFOV图像之间重合部分进行平均化，可以使毗邻的CFOV间不存在可见的间隙。这一方法可以参见图7所示，CFOV1以d1/N为步长经过5次平移得到图像CFOV1-1，…，CFOV1-5，这些图像被存储器140存储并进一步经过积分运算处理，融合生成最终CFOV1的图像。由于图像中残留的偏转像差被平均化，因此处理后的CFOV图像具有更高的精度。同时，CFOV图像之间的拼接部分也被平滑化，从而不会被作为缺陷处理。此例中CFOV图像采集次数被示例性地设定为5次，但应用中可以基于拼接平均效应设置为其他合适的数值。另外，各个全景视场PFOV图像也能够以类似的积分运算实现平均化的方式加以处理，例如根据图8所示，在取得图像PFOV1-1后，通过在X方向和Y方向平移d1/N，可以取得全景图像PFOV1-2，PFOV1-3，PFOV1-4，PFOV1-5，并进行积分处理。同样，在该条件下，PFOV积分次数也并不限定为5，可以基于拼接平均效应设置为其他合适的数值。
图6(a)-6(c)是示出利用如图5所示的校正图案进行偏转像差校正之后，在全景视场PFOV内扫描子视场CFOV的方法的示意图。
在上述示例性实施例中，CFOV中所有像素整体移动，而在CFOV内部，电子束(如图6(a)所示)可由像素601随机移动至像素602。像素尺寸d3可以设定为例如3纳米。在CFOV内(如图6(b)所示)，可以任意控制电子束偏转，对像素603进行多次扫描，对条带604、605进行部分重合扫描等。另，不需要对PFOV中所有CFOV进行图像采集，由图6(c)所示，对于不需要进行检测的CFOV(例如CFOV606到CFOV607)可以直接跳过，并选择需要扫描的CFOV即可。
图9是本公开的电子束检测与关键尺寸测量的应用举例的示意图。如图9所示，下文阐述了电子束检测与关键尺寸测量设备M的应用实例。
在本实例中，像素尺寸为12纳米，像素数量(1行/列)为1/4千比特，CFOV的尺寸(行/列长度)d1为3微米。全景图像总大小为192微米*192微米。通过采用前述方法可以获得该全景图像，并与模型仿真结果进行对比，即所谓D：DB分析功能。
当实测图像与参照图形之间差异超过容许范围时，可以判断为该图形存在缺陷的概率较高。根据图9中示例，CFOVa1b1c1d1与CFOVanbncndn存在缺陷概率较高。对于这些被判定为具有高缺陷概率的CFOV，需要提高检测精度并进行复查。在复查中，像素尺寸(1行/列)提高为3纳米，像素数目(1行/列)提高为1千。此时，所述的3纳米像素的选取是通过控制偏转器308、310、311来选择最佳电子束半张角α而实现的，因交叉斑2位置与上段偏转器210的偏转中心重合，即便通过电控方式对用于设定半张角的光阑进行切换，交叉斑2的位置也保持不变。也就是说，对于全景图像先进行粗略检测，对其中存在缺陷概率较高的CFOV则改变设置条件，使用更高精度进行检测，在设置条件变更前后交叉斑位置保持不变。从而满足对于存在潜在缺陷的图像进行复查的基本要求。
类似地，基于上述实施例，可以实现具有修改和变型的其它实施例。
例如，可以采用更多层次的区域细分，例如全景视场PFOV可划分为更多的阵列布置的中级视场MFOV，所述中级视场再进一步细分为子视场CFOV。替代地或补充地，还可选择将子视场CFOV再细分为更细小的次级场SFOV。相应地，区域细分为例如K种层级结构的视场，则对应地布置K种偏转器以进行相应的电子束移位，即相应地采用K重偏转配置。进一步地，各个层级的视场也可利用生成校正分布图的方式进行逐级校正，并且还例如选择性地利用分段积分方式来平均化处理以移除残余的偏转像差。
另外，还例如在不同的层级中选择性地选取由缺陷的或潜在由缺陷的特定关注的某层级的视场的局部，而跳过其它不关注的剩余局部，来加速进行扫描。
本公开提供的技术方案具备以下优点中至少一个：
(1)通过进一步地例如采用包括主偏转器与次偏转器的双重偏转配置，其中利用次偏转器来控制电子束在子视场区域内进行扫描，且利用采用偏转幅度更大的主偏转器进行比次偏转器更大行程的移动以将电子束偏移至下一个需要扫描的子视场。通过不断重复以上两个步骤，并结合主偏转器与次偏转器的控制信号，样品所产生的二次电子信号与背散射电子信号在经过处理后就可以得到各子视场的图像。首先，由于在获取子视场图像时，由次偏转器控制电子进行扫描。次偏转器的偏转幅度小于主偏转器偏转幅度，因此其偏转电压更低，从而可以实现高速扫描；另外，电子束扫描速度相较之下则远高于平移台本身的机械方式移动速度。例如，现有技术中，通过位移台在子视场之间移动，时间约为1秒；而使用主偏转器，其速度则为0.5微秒，远小于前者。从而，所述双重偏转配置便利于更快速的整体图像采集。
(2)此外，在对视场图像的采集过程中，产生校正图案以对于由于偏转器偏转幅度过大导致的偏转畸变、场曲以及偏转偏差进行校正来克服随着与单个子区域的子视场中心距离增加而导致的增大的图像偏转失真。
(3)并且，在校正之后，还进一步利用在单一的子视场CFOV和/或全景视场PFOV中进行分步积分来平均化产生各个CFOV和/或PFOV，以移除残余的偏转像差来实现更高精度。
另外，根据前述的本公开实施例可以理解，经由任意两种或两种以上的组合的任何技术方案，也落入本公开的保护范围内。
需要理解的是，本公开的说明书中方位术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”等，是用来解释附图所示的方位关系。这些方位术语不应解释为对本公开保护范围的限制。
本公开的实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1.一种电子束成像模块，所述电子束成像模块被构造成向待测样品表面投射入射电子束以生成电子束图像的电子光学系统，所述电子光学系统包括：
电子束发射源，被配置成用以产生和发射入射电子束；
相对于入射电子束的光轴对称地安置的至少一组偏转器；以及
出射电子检测器，被配置成用以检测包括由入射电子束投射至所述待测样品而产生的二次电子和背散射电子中的至少一种的出射电子；
其中，入射电子束被投射至待测样品表面，并且对在所述待测样品表面内的预先限定的关注区域进行扫描，所述关注区域包括至少一个全景区域，且所述全景区域包括至少一个子区域；并且
所述至少一组偏转器被配置用来在所述全景区域之中将电子束从已扫描的子区域偏移至相邻的待扫描的子区域，以及在每个待扫描的子区域中偏移电子束进行扫描。
2.根据权利要求1所述的电子束成像模块，其特征在于，所述至少一组偏转器包括：
相对于光轴对称地安置的成对次偏转器，包括次偏转器与对置的反向次偏转器，以及
在所述成对次偏转器下游处相对于光轴对称地安置的成对主偏转器，包括主偏转器与对置的反向主偏转器。
3.根据权利要求1所述的电子束成像模块，其特征在于，所述电子光学系统还包括透镜组件，所述透镜组件可操作以将电子束会聚投射至待测样品表面的所述关注区域上。
4.根据权利要求3所述的电子束成像模块，其特征在于，所述透镜组件包括像差修正装置，所述像差修正装置被布置在所述至少一组偏转器下游处且与所述光轴同轴地布置，并且被配置成用来对经过的电子束的束斑执行动态校正。
5.根据权利要求4所述的电子束成像模块，其特征在于，所述像差修正装置包括静电透镜。
6.根据权利要求4所述的电子束成像模块，其特征在于，所述透镜组件还包括：被配置用于将电子束最终投射至待测样品表面的物镜，所述物镜被布置位于所述像差校正装置下游处且与所述光轴同轴地布置。
7.根据权利要求6所述的电子束成像模块，其特征在于，所述物镜被施加有加速电压以作用于行进穿过所述物镜的电子束。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的电子束成像模块，其特征在于，所述透镜组件还包括：至少一个聚焦透镜，所述聚焦透镜被布置于所述像差校正装置上游处且与所述光轴同轴地布置，并且被配置用以对电子束进行预聚焦以投射到所述像差校正装置上。
9.根据权利要求8所述的电子束成像模块，其特征在于，所述聚焦透镜包括以下之一：静电透镜、磁透镜、混合透镜。
10.根据权利要求6所述的电子束成像模块，其特征在于，所述出射电子检测器与光轴同轴地且远离所述物镜地布置于所述至少一组偏转器上游处。
11.根据权利要求4所述的电子束成像模块，其特征在于，所述电子光学系统还包括第一控制电路子组件，包括：分别用于驱动所述至少一组偏转器、所述像差修正装置的驱动和放大电路，所述驱动和放大电路被配置成联通至用于控制所述电子束偏转的偏转控制电路。
12.根据权利要求7所述的电子束成像模块，其特征在于，所述样品表面被施加电子束减速电压，并且从待测样品表面产生的二次电子和背散射电子束中的至少一种在样品表面所施加的减速电压和物镜处施加的加速电压的共同作用下沿着与入射电子束相反方向投射至所述出射电子检测器处并被接收以生成电子束图像。
13.根据权利要求1所述的电子束成像模块，其特征在于，所述电子光学系统还包括至少一个光阑，所述光阑被配置用以调节电子束的形状和/或大小。
14.根据权利要求13所述的电子束成像模块，其特征在于，所述光阑包括以下中的至少一个：
在所述光轴上固定设置的单孔光阑，所述单孔光阑具有居中布置成与所述光轴同轴的单个光阑孔，以约束和粗略调整投射到其上的电子束的形状和束流；和
多孔光阑组件，包括：多孔光阑板，所述多孔光阑板具有间隔开地呈线性或阵列式分布且尺寸不同的多个光阑孔，以精细调整从中传播穿过的电子束的形状、束流和半张角。
15.根据权利要求14所述的电子束成像模块，其特征在于，所述多孔光阑板被构造成在与所述光轴垂直的平面上可移动地布置的可动式多孔光阑板，以使得投射到其上的电子束通过多个光阑孔中的选定光阑孔。
16.根据权利要求14所述的电子束成像模块，其特征在于，所述多孔光阑板被构造成与所述光轴垂直的平面上的固定式多孔光阑板。
17.根据权利要求16所述的电子束成像模块，其特征在于，所述多孔光阑组件还包括邻近于所述固定式多孔光阑板且与所述固定式多孔光阑板协同工作的额外的偏转器，以使得投射到所述固定式多孔光阑板上的电子束通过多个光阑孔中的选定光阑孔，所述额外的偏转器包括：
位于所述多孔光阑板上游的上游偏转器，被配置用以将电子束从入射电子束的光轴偏转朝向所述多个光阑孔中的选定光阑孔；和
位于所述多孔光阑板下游的下游偏转器，被配置用以将从所述选定光阑孔出射的电子束偏转以使得电子束的光轴与入射电子束的光轴重合。
18.根据权利要求17所述的电子束成像模块，其特征在于，所述第一控制电路子组件还包括：联通并且驱动所述上游偏转器和下游偏转器的偏转驱动及控制电路。
19.根据权利要求5所述的电子束成像模块，其特征在于，所述电子光学系统还包括束闸，所述束闸被配置成用以偏转电子束远离所述光轴以实现投射到所述关注区域上的电子束的关断。
20.一种电子束检测设备，包括：
根据前述权利要求1至19中任一项所述的电子束成像模块；和
位移平台模块，包括重叠安置的以下器件：水平位移平台；Z向位移平台；安置于所述Z向位移平台上方的静电吸盘，所述静电吸盘被配置成在其上表面处吸附保持待测样品；以及用于感测所述位移平台模块的水平和竖直位置的位置感测装置。
21.根据权利要求20所述的电子束检测设备，其特征在于，所述位移平台模块还包括位于所述Z向位移平台上的与待测样品表面大致处于同一高度的校准标记，加速电压能够施加至所述校准标记上。
22.根据权利要求20所述的电子束检测设备，其特征在于，所述电子束检测设备还包括对电子束成像模块所采集的二次电子和背散射电子信号中至少一种所生成的图像进行分析处理以实现缺陷检测或关键尺寸测量的模块。
23.一种图像采集方法，其运用如权利要求20所述的电子束检测设备进行采集，所述图像采集方法包括：
子视场图像采集步骤，在所述子视场图像采集步骤中，待测样品表面包括多个待检测的关注区域，每个关注区域能够被划分为多个全景视场区域，且每个全景视场区域能够被划分为呈阵列布置的多个子视场区域，并且利用所述电子束成像模块中的所述至少一组偏转器来连续进行对于单个子视场区域的电子束扫描，以及通过偏转幅度更大的主偏转器控制电子束移动到下一个待扫描子视场；和
全景视场图像采集步骤，在所述全景图像采集步骤中，通过采集电子束冲击于待测样品表面所产生的二次电子信号及背散射电子信号中至少一种信号而获得每个子视场的图像，并且重复获取全部子视场图像以通过拼接而实现图像融合来形成全景图像，
其中，所述子视场被均匀划分为使得子视场的偏转像差变动量落入预定容许范围内。
24.根据权利要求23所述的图像采集方法，其特征在于，电子束在所述至少一组偏转器作用下在相邻子视场之间移动的期间、之前、之后中之一的时段中，对下一个被测子视场的偏转像差进行校正。
25.根据权利要求24所述的图像采集方法，其特征在于，对于每个子视场的偏转像差进行校正，包括：
建立Z向高度值分布图的步骤，其中，限定所述Z向高度值为垂直于样品表面的Z方向上的样品位置的相对坐标值，并且通过记录与被测量Z向高度值的样品位置对应的所述位移平台模块上的X、Y坐标的对应变化而创建所述Z向高度值分布图；
建立像差校正分布图的步骤，其中，通过利用位移平台模块在竖直方向的移动，并且利用位移平台模块的表面上的至少一个校正图形来测量与各个全景视场和各个子视场中至少一种内的各离散Z向高度值所在位置对应的偏转像差，使得为每个高度值设定相应的偏转像差校正值来获得对应于变化后的高度值的偏转像差校正分布图；以及
校正步骤，像差校正值在对相应的子视场图像进行校正时从Z向高度值分布图和对应的偏转像差校正分布图中被即时提取，并且被发送至偏转器和静电透镜的控制电路以指令偏转器和静电透镜校正电子束的偏转和聚焦，同时使得检测到的电子束信号与偏转器的控制信号同步。
26.根据权利要求23所述的图像采集方法，其特征在于，通过设定单个子视场和单个全景视场中的至少一个在水平面的两个正交方向上以等距步长平移，来多次采集得到多个连续的图像信息，再进行积分运算以融合生成单个子视场和单个全景视场中的至少一个的平均化图像。
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