CN113471041B - 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备 - Google Patents

扫描电子显微镜装置和电子束检测设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113471041B
CN113471041B CN202110746459.6A CN202110746459A CN113471041B CN 113471041 B CN113471041 B CN 113471041B CN 202110746459 A CN202110746459 A CN 202110746459A CN 113471041 B CN113471041 B CN 113471041B
Authority
CN
China
Prior art keywords
deflector
electron beam
sample
measured
electron microscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110746459.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113471041A (zh
Inventor
孟庆浪
孙伟强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongke Jingyuan Microelectronic Technology Beijing Co Ltd
Original Assignee
Zhongke Jingyuan Microelectronic Technology Beijing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongke Jingyuan Microelectronic Technology Beijing Co Ltd filed Critical Zhongke Jingyuan Microelectronic Technology Beijing Co Ltd
Priority to CN202110746459.6A priority Critical patent/CN113471041B/zh
Publication of CN113471041A publication Critical patent/CN113471041A/zh
Priority to US17/645,859 priority patent/US11908658B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN113471041B publication Critical patent/CN113471041B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/145—Combinations of electrostatic and magnetic lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/09—Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H01J37/141—Electromagnetic lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H01J37/1474—Scanning means
    • H01J37/1477—Scanning means electrostatic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10—Lenses
    • H01J2237/103—Lenses characterised by lens type
    • H01J2237/1035—Immersion lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10—Lenses
    • H01J2237/14—Lenses magnetic
    • H01J2237/1405—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
    • H01J2237/1534—Aberrations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

提供扫描电子显微镜装置和电子束检测设备，扫描电子显微镜装置被配置成向待测样品的表面投射电子束，包括：电子束源；偏转机构；和物镜组件。偏转机构包括：第一偏转器，位于电子束源的下游；和第二偏转器，位于第一偏转器的下游。物镜组件包括：励磁线圈；和磁轭，由导磁材料形成为朝待测样品敞开的壳体，包括限定内部腔室的中空主体、和从中空主体成角度地向内朝光轴延伸的至少一个倾斜部分，所述至少一个倾斜部分的末端形成为极靴，所述励磁线圈容纳于所述内部腔室中。所述偏转机构还包括位于第二偏转器与物镜组件之间、且布置于由所述极靴限定的开口内的第三偏转器，第一、第二和第三偏转器中每个是静电偏转器。

Description

扫描电子显微镜装置和电子束检测设备
技术领域
本公开涉及扫描电子显微镜技术领域，尤其涉及一种扫描电子显微镜装置和一种电子束检测设备。
背景技术
在半导体制造中，在晶片上制造微芯片或集成电路(IC)。制造IC的过程涉及几个阶段，包括例如设计阶段、制造阶段和检查阶段。设计阶段涉及为IC设计电路元件的结构和布置。制造阶段可包括多个操作，例如光刻、蚀刻、沉积或化学机械平坦化(CMP)。在制造阶段，在“图案化”过程期间，掩模或掩膜版(reticle)上的几何特征(例如，图案)能够被转移到晶片的表面。具有所转移的几何特征的晶片可以称为“图案化的晶片”。在检查阶段，能够检查所制造的IC以进行质量控制。
在制造阶段期间，可能发生缺陷。例如，晶片表面可以包括缺陷，或者掩模可以包括能够转移到晶片的缺陷。因此，在检查阶段检查晶片和/或掩模(例如，在适当的处理操作中)的潜在缺陷是有利的。检查结果能够用于改进或调整设计、制造、检查阶段或它们的任何组合。一般地，“图案化衬底”(或上下文中简称为“衬底”而没有混淆)能够用于表示晶片、掩模、掩模版或其上具有图案的任何结构。随着近年来半导体器件的小型化，针对衬底(例如，晶片或掩模或掩模版(reticle))等对象的检测与关键尺寸测量的重要性不断增加。
在针对半导体的电子束检测(EBI)领域，对检测的速度和吞吐量有很高的要求，单帧扫描图像的可用视场(FOV)大小决定了设备的最高检测效率。随着IC的制造工艺中预期实现更小尺寸的元件以实现更高的性能密度，检测小尺寸的缺陷成为半导体制造中的挑战。成像技术通常用于检查图案化衬底上的缺陷。当设计规则缩小(例如，低于20nm)时，高吞吐量检查系统(例如，光学检查系统)可能面临对发现缺陷(例如，物理缺陷)的灵敏度不足的挑战。另外，光学检查系统对检测埋藏在表面下方的电缺陷可能能力不足。
因此，高分辨率检查系统，例如电子束检测(EBI)系统或带电粒子束成像系统，在缺陷检查中变得更加重要，特别是对于电缺陷和微小的物理缺陷。电子束检测设备通常用于半导体器件生产过程中的缺陷检测，其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(SE)、背散射电子(BSE)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。包括诸如扫描电子显微镜等的电子束检测设备通常用于及半导体电子束硅片图形缺陷检测等应用场景。由此，但是随着半导体工艺的不断精细，光学检测已经逐渐无法满足检测要求，电子束检测获得越来越多的应用。
然而，电子束检测也存在固有缺陷，例如在于其视场相对较小，对同样面积的样品进行检测需要花费更多的时间，导致半导体电子束检测的吞吐量很低，这限制了其在半导体工艺中用于在线过程监控和大批量制造的普及性。并且，作为示例，通常采用电子束偏转机构之后布置电磁透镜充当物镜；具体地，在一种典型的电子束检测设备例如扫描电子显微镜(SEM)中，电子束偏转机构中设置有两个偏转器，第一个偏转器配置成将从电子束源出射的电子束离轴偏转，而下游的第二偏转器则将电子束往回朝向近轴位置偏转，随后经偏转电子束行进至物镜并且在物镜的极靴附近聚焦成像。借助于所述偏转器，能使生电子束在待测样品上定位和扫描的运动，用于产生和采集来自样品的二次电子或背散射电子进而用于生成样品图像。这种典型的扫描方式得到的图像，受制于入射至待测样品的表面上的电子束轴外像差比较大的事实，所以其可用视场比较小，影响电子束检测设备的工作效率。
因此，亟需一种改进的扫描电子显微镜和电子束检测设备，其能够降低电子束的轴外像差，保证扫描图像有更大的可用视场，从而提高检测设备的工作效率。
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，本发明提供了扫描电子显微镜装置和电子束检测设备。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，提供了一种扫描电子显微镜装置，其被配置成向待测样品的表面投射电子束，包括：电子束源；偏转机构；和物镜组件。偏转机构包括：第一偏转器，位于电子束源的下游；和第二偏转器，位于第一偏转器的下游。物镜组件包括：励磁线圈；和磁轭，由导磁材料形成为朝待测样品敞开的壳体，包括限定内部腔室的中空主体、和从中空主体成角度地向内朝光轴延伸的至少一个倾斜部分，所述至少一个倾斜部分的末端形成为极靴，所述励磁线圈容纳于所述内部腔室中。所述偏转机构还包括位于第二偏转器与物镜组件之间、且布置于由所述极靴限定的开口内的第三偏转器，第一、第二和第三偏转器中每个是静电偏转器。
根据本公开的实施例，所述第一偏转器、所述第二偏转器和所述第三偏转器中每个偏转器包括相对于所述光轴对称设置的对置的一对电极，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。
根据本公开的实施例，所述第一偏转器、所述第二偏转器和所述第三偏转器中每个偏转器呈8极或12极静电偏转器的形式，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。
根据本公开的实施例，所述极靴是所述磁轭的倾斜部分的与所述光轴实质上平行设置的末端，且所述第三偏转器的每个电极的长度与所述极靴的厚度是同一量级的且大于或等于所述极靴的厚度，优选地是相等的。
根据本公开的实施例，所述第一偏转器、所述第二偏转器和所述第三偏转器中沿光轴彼此共轴地设置。
根据本公开的实施例，所述第三偏转器的电极布置成相对于所述第一偏转器的电极呈预定角度，所述预定角度设置为使得经第三偏转器的偏转作用后的所述电子束的轴外像差最小化。
根据本公开的实施例，所述第三偏转器由非导磁的导电材料形成。
根据本公开的实施例，所述物镜组件的所述倾斜部分限定朝向所述待测样品收缩的电子束通道，且所述电子束通道的位于所述第三偏转器处的部分是在直径方向上限定于所述第三偏转器的电极之间的空隙。
根据本公开的实施例，所述扫描电子显微镜装置还包括：屏蔽板，所述屏蔽板设置于所述第三偏转器下方，并且所述第三偏转器在与所述光轴垂直的平面上的投影落入所述屏蔽板在所述平面上的投影内。
根据本公开的实施例，所述屏蔽板由金属材料制成，且其上所施加的电压是可调节的。
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：根据前述的扫描电子显微镜装置；第一检测器，位于所述待测样品下游，且配置成用以检测所述电子束入射到所述待测样品的表面上之后所产生的背散射电子；和第二检测器，位于所述待测样品下游，且配置成用以检测所述电子束入射到所述待测样品的表面上之后所产生的二次电子。
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是示出相关技术中的扫描电子显微镜装置的结构示意图；
图2A是示出根据本公开的一种实施例的扫描电子显微镜装置、以及包括所述扫描电子显微镜装置的示例性电子束检测设备的结构示意图；
图2B是如图2A所示的扫描电子显微镜的示意性电子束轨迹；
图2C是如图2A所示的本公开实施例的扫描电子显微镜装置与图1所示的相关技术中扫描电子显微镜装置的电子束成像效果的对比的列表；和
图3是示出根据本公开的另一种实施例的扫描电子显微镜装置的结构示意图。
图4是示出根据本公开的替代实施例的扫描电子显微镜装置中的物镜组件的结构示意图。
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100及待测目标的真实比例。
在本公开的实施例中，表述“下游”是指沿着或者顺着电子束发射离开电子源的行进方向的方向，表述“上游”是指与电子束发射离开电子源的行进方向相对或相反的方向。
并且，在本公开的实施例中，表述“径向”、“直径方向”、“轴向”均以电子束源10的光轴O方向为参照物。
图1是示出相关技术中的扫描电子显微镜装置1的结构示意图。图2A是示出根据本公开的一种实施例的扫描电子显微镜装置1的结构示意图。
根据本公开的总体技术构思，如图2A所示，在本公开的实施例的第一方面中提供一种扫描电子显微镜装置1，被配置成向待测样品15的表面投射电子束以产生背散射电子和二次电子以供对待测样品15的性质进行检测，所述扫描电子显微镜装置1至少包括电子束源10、位于电子束源10下游的针对电子束的偏转机构11、以及位于所述偏转机构11下游的物镜组件12。例如，所述电子束源10被配置成沿其光轴O发射电子束。作为示例，具体地，所述电子束源10例如是热电子发射器、冷场发射器或热电子场发射器(例如，肖特基型发射器)。所述电子束源10例如包括单个发射器或多个发射器。并且例如，所述偏转机构11至少包括：第一偏转器111，位于电子束源10的下游；和第二偏转器112，位于第一偏转器111的下游。并且例如，所述物镜组件12包括励磁线圈121和磁轭122，所述磁轭122例如是由导磁材料形成为朝待测样品15敞开的壳体，包括限定内部腔室1222的中空主体1221、和从中空主体1221的向内朝光轴O延伸的至少一个倾斜部分。例如，如图所示，所述至少一个倾斜部分包括从中空主体1221的径向内侧壁成角度地(以及继而例如与所述光轴O成角度地)向内朝光轴O延伸的倾斜部分1223，所述至少一个倾斜部分(例如所述倾斜部分1223)的末端形成为极靴1224(pole piece)，所述励磁线圈121容纳于所述内部腔室1222中。如此，极靴1224开口方向实质上朝向待测样品15。
作为示例，形成所述磁轭122的导磁材料例如为软磁材料，例如，铁磁材料，优选地是铁，铁合金或其它用于为由激励线圈所产生的磁场提供低磁阻路径的相对较高磁导率材料。由此，在极靴1224之间的磁场线导致完成磁回路，并且由于极靴1224开口方向实质上朝向待测样品15，则待测样品15被认为是浸没在由此产生的磁透镜的磁场中。换言之，所述物镜组件12实质上是由电流线圈激励的浸没式磁透镜，例如金属导线绕成其激励线圈，该激励线圈外部为诸如铁磁材料形成的磁轭122壳体，磁轭122壳体的开口处为磁透镜的极靴1224，由此待测样品15的例如表面浸没于磁透镜的磁场中。
并且，在本公开的实施例中，所述偏转机构11还包括位于第二偏转器112与物镜组件12之间、且布置于由所述极靴1224限定的开口内的第三偏转器113。作为示例，所述第一偏转器111、所述第二偏转器112和所述第三偏转器113中每个是静电偏转器。
图2B是如图2A所示的扫描电子显微镜的示意性电子束轨迹。
通过以上设置，例如，如图2B所示，其中的细密虚线显示了没有第三偏转器的仅两个偏转器情况下的电子束行进路径，其中的粗间距虚线显示了具备第三偏转器的三偏转器情况下的电子束行进路径。源自电子束源10的电子束经过所述第一偏转器111之后方向发生了偏转；在经过所述第二偏转器112之后，电子束传播方向再次发生朝向光轴O的往回的相比于第一偏转器111偏转作用的反向偏转；然后电子束经过物镜和第三偏转器113二者共同形成的组合电磁场，最终电子束聚焦在样品面上。
通过以上设置，本公开实施例中的偏转机构11中，采用三个静电偏转器，其中所述第一偏转器111用来将电子束偏离光轴O，所述第二偏转器112再次反向将电子束的方向进行偏转，这两个偏转器的目的是改变电子束的前进方向。并且，作为示例，将所述第三偏转器113安装在物镜组件12的磁场和电场中心处，利用静电场的分布来减小轴外电子束的轴外像差，从而提高可用视场的大小。本公开实施例的方案主要针对半导体电子束缺陷检测领域。
作为示例，所述第一偏转器111、所述第二偏转器112和所述第三偏转器113中沿光轴O彼此共轴地设置。
并且在本公开的实施例中，所述偏转机构11中的所述第一偏转器111、所述第二偏转器112和所述第三偏转器113中每个偏转器包括相对于所述光轴O对称设置的对置的至少一对电极，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。
更具体地，所述第三偏转器113和所述第一偏转器111、所述第二偏转器112之间的电压激励是有比例关系的，如果采用不同的电压配比则得到的电子束扫描图像的分辨率是不一样的。根据所需的不同的加速能量，调节三个偏转器的激励大小，可以保证所产生的电子束图像的最大可用视场。
在一种更具体实施例中，例如，所述第一偏转器111、所述第二偏转器112和所述第三偏转器113中每个偏转器包括相对于所述光轴O对称设置的对置的一对电极，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。
在替代的另一种更具体实施例中，例如，所述第一偏转器111、所述第二偏转器112和所述第三偏转器113中每个偏转器呈多极型静电偏转器，例如包括四个、六个、八个、十个、十二个或任何数量的极。每个多极型静电偏转器可以分别用不同的电压或电流“激励”以控制称为“激励强度”的参数。激励强度表示延伸或抑制电子束横截面(称为“束斑”)的能力。在本公开中，“激发”是指分别使用施加电压生成偏转场的过程。典型地，所述多极型静电偏转器呈八极或十二极静电偏转器的形式，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。具体地，八极或十二极静电偏转器的形式都可以用于降低电子束的轴外像差，区别在于：八极静电偏转器需要相对较为复杂的电控模块，但是容易加工，易于确保加工精度；而十二极静电偏转器的电控模块比较简单，但是加工较为繁琐，不易于确保精度。
电子束经过三个偏转器的方向角度是可以调节的，这是通过改变三个偏转器的激励大小而实现。经过所述第二偏转器112的电子束可以是以平行于光轴O的方向进入第三偏转器113，也可以是以相对于光轴O成一定的角度进入第三偏转器113，如图2B所示。
图2C是如图2A所示的本公开实施例的扫描电子显微镜装置1与图1所示的相关技术中扫描电子显微镜装置1的电子束成像效果的对比的列表。
通过以上设置，与如图1所示的相关技术中的扫描电子显微镜装置1相比，在如图2A所示的本公开实施例的扫描电子显微镜中，即在所述物镜组件12的极靴1224处或附近额外地设置第三偏转器113，配合所述物镜组件12上游的第一偏转器111和第二偏转器112的使用，其作用在于利用第三偏转器113所产生的静电场将电子束的轴外像差进行消减。
具体地，通过利用电子光学仿真软件MEBS分析，得到图2C所示的仿真结果。如图2C中的列表所示，实质上，示出了相关技术和公开各自的扫描电子显微镜装置1在达到100μm、150μm和200μm三种视场情况下的几何像差的比较。具体地，考虑到本领域中几何像差的定义中，轴上像差主要包括如下项目即其单色像差(包括球差)和位置色差(作为轴上点像差)两者来作为作为轴上点像差，且轴外像差主要包括如下项目即其单色像差(包括慧差、像散、场曲和畸变)和倍率色差两者来作为作为轴外点像差，则在本公开实施例中，电子束的轴外像差主要是指轴外色差、像散、场曲和畸变，其中畸变不影响分辨率，但是影响图像的正交性。由此，与相关技术中的仅两个偏转器的情况相比，本公开实施例通过第三偏转器113的加入，在不影响轴上束斑大小的同时，会使电子束的轴外色差、场曲和畸变大幅降低，尤其是场曲和畸变。如此，扩大电子束扫描图像的可用视场，提高电子束检测效率。
并且，也例如如图2C所示，可以看出，在相关技术中的双偏转器形式情况下，100μm的视场时，轴外束斑为16.73mn，而加上第三偏转器113之后，100μm视场的轴外束斑大小降低为9.5nm，降低幅度达到43％；并且，对于150μm视场情况下的轴外束斑降低幅度45％，对于200μm视场情况下的轴外束斑降低幅度45.3％。轴外束斑变小的主要因素是轴外电子束的色差、场曲、彗差变小了，虽然像散和彗差变大，但是对电子束束斑大小的贡献很小，总体而言电子束束斑是变小的。
由此，改变第二偏转器112偏转激励可以控制电子束的进入物镜组件12的入射角度，之后通过改变第三偏转器113的激励可以保证电子束图像有最大的可用视场，扩展了偏转器的使用条件。
在本公开的示例性实施例中，具体地，例如，所述中空主体1221例如是限定呈环状的所述内部腔室1222的环形中空主体1221，所述内部腔室1222用于容置所述励磁线圈121。
并且，如图2A所示，具体地，例如，所述倾斜部分1223例如呈朝向样品收缩的锥形环。
在本公开的示例性实施例中，例如，所述物镜组件12的所述倾斜部分1223限定朝向所述待测样品15收缩的电子束通道13，且所述电子束通道13的位于所述第三偏转器113处的部分是在直径方向上限定于所述第三偏转器113的电极之间的空隙。
并且，额外设置于所述物镜组件12的所述极靴1224的开口内的所述第三偏转器113的安装位置、大小和安装角度对传播穿过该处的电子束的轴外像差影响很大；并且第三偏转器113的材料也会影响电子束的电磁性质。因此，需要对所述第三偏转器113的材料、具体安装设置(包括安装位置、和安装取向、角度等)、大小进行适当设置。
在本公开的示例性实施例中，如图2A所示，例如，所述极靴1224是所述磁轭122的倾斜部分1223的与所述光轴O实质上平行设置的末端，且所述第三偏转器113的每个电极的长度与所述极靴1224的厚度是同一量级的且大于或等于所述极靴1224的厚度，优选地是相等的。由此，所述第三偏转器113的尺寸(例如特别是沿其电极延伸方向的长度)和极靴1224的尺寸(特别是厚度)的选择实质上是基于电子光学仿真软件MEBS的仿真分析结果，针对得到最小化的(或近似于最小化的)轴外像差的两者的尺寸组合而折算得到的。
额外地或替代地，在本公开的其它示例性实施例中，例如，所述第三偏转器113的电极的取向被布置成相对于所述第一偏转器111的电极呈预定角度，所述预定角度设置为使得经第三偏转器113的偏转作用后的所述电子束的轴外像差最小化。这个预定角度对成像效果有重要影响。由此，所述第三偏转器113的电极相对于所述第一偏转器111的电极的取向(即预定角度)的选择实质上是基于电子光学仿真软件MEBS的仿真分析结果，针对得到最小化的(或近似于最小化的)轴外像差的角度设置而折算得到的。
在本公开的实施例中，例如，选择将第三偏转器113安装在物镜极靴1224内部，并且所述第三偏转器113由非导磁的导电材料形成。这样不会影响物镜组件12的磁场的分布。
基于上述实施例，可以实现具有修改和变型的其它实施例。
图3是示出根据本公开的另一种实施例的扫描电子显微镜装置1的结构示意图。
作为基于图2A至2C的本公开实施例的基础上的拓展实施例，如图3所示，在本公开的另一实施例中提供一种扫描电子显微镜装置1，其除了如上设置外，例如，所述扫描电子显微镜装置1还包括屏蔽板14，所述屏蔽板14设置于所述第三偏转器113下方，并且所述第三偏转器113在与所述光轴O垂直的平面上的投影落入所述屏蔽板14在所述平面上的投影内。通过这种设置，实质上使得所述屏蔽板14对于电场的作用覆盖所述第三偏转器113的电场的作用范围。
作为示例，例如在扫描电子显微镜的诸如具备减速模式的设置的情况下(具体地但不限于：可选地，例如在利用磁透镜的极靴1224作为电透镜的一个电极，并且在待测样品15上施加负电压，由此用以在待测样品15与磁透镜之间形成减速电场，使得从电子束源10出射的电子束在磁透镜与待测样品15之间被减速；或替代可选地，所述物镜组件12还包括于提供静电场的场发生器，所述场发生器被布置用于在待测样品15和磁透镜的极靴1224之间提供静电场，由此，场发生器的设置提供了如静电透镜(充当减速透镜)般运作的静电场，其被布置在磁透镜与待测样品15的表面之间。或者，并不存在此两种产生减速电场的设置，而是替代地存在包括如下文中的具备背散射电子检测器和/或二次电子检测器、以及下述屏蔽板14、前述待测样品15且三者分别处于不同电压的设置，来产生减速电场)，例如，在物镜组件12的磁透镜的极靴1224处存在减速电场分布，其对第三偏转器113的性能会有影响。通过如上设置在第三偏转器113下方设置额外的一片屏蔽板14，诸如呈中心开孔(以便电子束通过)的环状或中心孔板，以供减弱所述减速电场对第三偏转器113的偏转性能的影响。
并且，在本公开的实施例中，例如，所述屏蔽板14由金属材料制成，且其上所施加的电压是可调节的，根据不同的应用条件选择不同的电压。当屏蔽板14电压改变时，则相应地也改变所述第三偏转器113的激励，确保电子束的轴外像差保持最小化。
作为示例，所述屏蔽板14由金属材料诸如合金材料制成，更具体地，例如铁镍合金或镀金铝板，其中铁镍合金具备导磁性，对磁透镜的磁场会产生影响；而镀金铝板是具备相对较低磁导率的导电材料，其在起到对减速电场的减弱即屏蔽作用的同时，由于相对较低的磁导率，其起到磁路旁路的作用较小，并且其较有利于杂散电子的处理。
图2A也是示出包括根据本公开的一种实施例的所述扫描电子显微镜装置1的示例性电子束检测设备100的结构示意图。
根据本公开的总体技术构思，如图2A所示，在本公开的实施例的第二方面中提供一种电子束检测设备100，包括：根据前述实施例的扫描电子显微镜装置1(具备第三偏转器113，并且可选地具备屏蔽板14)；第一检测器2，位于所述待测样品15下游(例如介于所述物镜组件12与所述待测样品15之间)，且配置成用以检测所述电子束入射到所述待测样品15的表面上之后所产生的背散射电子；和第二检测器3，位于所述待测样品15下游，且配置成用以检测所述电子束入射到所述待测样品15的表面上之后所产生的二次电子。
作为示例，所述第一检测器2充当背散射电子检测器，其例如对称地布置在位于电子束通道13两侧的物镜组件12的磁透镜的极靴1224上，用于收集聚焦电子束与待测样品15相互作用产生的背散射电子信号。
在本公开的实施例中，例如，所述电子束检测设备100还包括：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15；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。
作为示例，所述第二检测器3充当二次电子检测器，其例如固定在位移平台模块与物镜组件12的磁透镜的极靴1224之间，其前端的栅网加正偏压，由此被配置用于收集电子束与待测样品15相互作用产生的二次电子信号。
并且，在本公开的示例性实施例中，例如，在存在前述屏蔽板14的情况下，所述第一探测器和/或所述第二探测器限定了复合式探测组件，所述复合式探测组件位于磁透镜下方，且所述复合式探测组件与所述屏蔽板14、所述待测样品15三者各自具有不同的电压，由此也可形成减速静电透镜，其也形成减速电场且该电场与浸没式磁透镜的磁场有一定重合，二者的复合聚焦作用会进一步降低物镜组件12的像差，获得比纯浸没式磁透镜更小的像差。换言之，基于对所述复合式探测组件、所述屏蔽板14、和所述待测样品15的电势的分立控制，使得它们三者共同限定一个静电透镜减速电场，且所述静电透镜减速电场与所述磁透镜产生的浸没式磁场共同构成一个复合式减速浸没物镜场，其可以产生至少如下三种复合作用，第一，能够对入射至待测样品15的电子束进行聚焦；第二，能够对入射至待测样品15的电子束进行减速并且降低能量，减小对样品的冲击；第三，对待测样品15表面产生的信号电子(包括背散射电子BSE和二次电子SE)进行加速，以提高探测器处的信号电子收集率。继而由此获得更小的聚焦束斑，实现更高的分辨率。
并且，在本公开的进一步实施例中，例如，额外地在物镜组件12与待测样品15表面设置附加的偏转控制机构，更具体例如包括至少一对对置电极和其间的用于通过扫描电子束的空隙，所述偏转控制机构的电极由不具备导磁性的导电材料制成，并且所述偏转控制机构被施加一扫描电压之后，产生扫描电场，所述扫描电场进一步与所述复合式减速浸没物镜场耦合，使得所述物镜组件12的所述复合式减速浸没物镜场的中心轴线发生摇摆或平移，均能够进一步减少轴外像差。
图4是示出根据本公开的替代实施例的扫描电子显微镜装置中的物镜组件的结构示意图。
根据本公开的替代实施例中，不同于如图2A、图2B和图3所示的仅具备从磁轭的中空主体的径向内侧壁朝向光轴成角度的单一倾斜部分的末端所当的极靴的作为浸没式磁透镜的物镜组件，如图4所示的物镜组件例如是由电流线圈激励的半浸没式磁透镜，或者替代地是非浸没式磁透镜，且图4中的所述物镜组件包括由导线绕成的励磁线圈和由导磁材料形成的壳体(即磁轭)，其壳体朝光轴成角度的倾斜部分(即分别从壳体的径向内侧壁和径向外侧壁成角度地向内朝光轴延伸的两种倾斜部分)各自的末端分别形成为上极靴和下极靴，且沿光轴方向，所述上极靴位于所述下极靴的上方且定位成比所述下极靴更靠近于光轴。并且，所述励磁线圈中的电流激励导致在上下极靴之间形成磁场。所述上极靴的内径为Φ1，所述下极靴的内径为Φ2，在Φ1≥Φ2的情况下，磁场集中在上极靴与下极靴之间，为非浸没式磁透镜；在Φ1≤Φ2的情况下，磁场会向待测样品泄露一部分，形成半浸没式透镜。
本公开实施例所提供的技术方案具备以下优点中至少一个：
通过引入第三偏转器，配合第一偏转器和第二偏转器的使用可以降低电子束的轴外像差，扩大电子束扫描图像的可以视场，从而提高电子束检测的效率。通过设置位于第三偏转器下方的屏蔽板并且通过改变第三偏转器下面屏蔽板的电压，可以减弱物镜减速模式对第三偏转器性能的影响，保证电子束设备的检测效率。并且，第三偏转器和第一偏转器、第二偏转器之间的电压激励是有比例关系的，不同的电压配比，得到的电子束扫描图像的分辨率是不一样的。根据电子束检测设备不同的加速能量，调节三个偏转器的激励大小，可以保证电子束图像的最大可用视场。
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 (8)

1.一种扫描电子显微镜装置，被配置成向待测样品的表面投射电子束以产生背散射电子和二次电子，包括：
电子束源，被配置成沿其光轴发射电子束；
偏转机构，包括：
第一偏转器，位于电子束源的下游；
第二偏转器，位于第一偏转器的下游，和
物镜组件，包括：
励磁线圈；和
磁轭，由导磁材料形成为朝待测样品敞开的壳体，包括限定内部腔室的中空主体、和从中空主体成角度地向内朝光轴延伸的至少一个倾斜部分，所述至少一个倾斜部分的末端形成为极靴，所述励磁线圈容纳于所述内部腔室中，
其中，所述偏转机构还包括位于第二偏转器与物镜组件之间、且布置于由所述极靴限定的开口内的第三偏转器，第一偏转器、第二偏转器和第三偏转器中每个是静电偏转器；
所述极靴是所述磁轭的倾斜部分的与所述光轴实质上平行设置的末端，且所述第三偏转器的每个电极的长度与所述极靴的厚度是相等的；
所述第三偏转器的电极布置成相对于所述第一偏转器的电极呈预定角度，所述预定角度设置为使得经第三偏转器的偏转作用后的所述电子束的轴外像差最小化；
所述第三偏转器由非导磁的导电材料形成。
2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜装置，其中，所述第一偏转器、所述第二偏转器和所述第三偏转器中每个偏转器包括相对于所述光轴对称设置的对置的一对电极，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。
3.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜装置，其中，所述第一偏转器、所述第二偏转器和所述第三偏转器中每个偏转器呈8极或12极静电偏转器的形式，且每个偏转器上施加的电激励是可调节的以调节经过的所述电子束的方向和角度。
4.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜装置，其中，所述第一偏转器、所述第二偏转器和所述第三偏转器中沿光轴彼此共轴地设置。
5.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜装置，其中，所述物镜组件的所述倾斜部分限定朝向所述待测样品收缩的电子束通道，且所述电子束通道的位于所述第三偏转器处的部分是在直径方向上限定于所述第三偏转器的电极之间的空隙。
6.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜装置，还包括：屏蔽板，所述屏蔽板设置于所述第三偏转器下方，并且所述第三偏转器在与所述光轴垂直的平面上的投影落入所述屏蔽板在所述平面上的投影内。
7.根据权利要求6所述的扫描电子显微镜装置，其中，所述屏蔽板由金属材料制成，且其上所施加的电压是可调节的。
8.一种电子束检测设备，包括：
根据前述权利要求1至7中任一项所述的扫描电子显微镜装置；
第一检测器，位于所述待测样品下游，且配置成用以检测所述电子束入射到所述待测样品的表面上之后所产生的背散射电子；和
第二检测器，位于所述待测样品下游，且配置成用以检测所述电子束入射到所述待测样品的表面上之后所产生的二次电子。
CN202110746459.6A 2021-07-01 2021-07-01 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备 Active CN113471041B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110746459.6A CN113471041B (zh) 2021-07-01 2021-07-01 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备
US17/645,859 US11908658B2 (en) 2021-07-01 2021-12-23 Scanning electron microscope device and electron beam inspection apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110746459.6A CN113471041B (zh) 2021-07-01 2021-07-01 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113471041A CN113471041A (zh) 2021-10-01
CN113471041B true CN113471041B (zh) 2024-03-08

Family

ID=77877446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110746459.6A Active CN113471041B (zh) 2021-07-01 2021-07-01 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11908658B2 (zh)
CN (1) CN113471041B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023198397A1 (en) * 2022-04-15 2023-10-19 Asml Netherlands B.V. Charged-particle beam apparatus with large field-of-view and methods thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6310341B1 (en) * 1998-02-23 2001-10-30 Hitachi, Ltd. Projecting type charged particle microscope and projecting type substrate inspection system
TW201209877A (en) * 2010-08-24 2012-03-01 Hermes Microvision Inc Charged particle apparatus
CN108231511A (zh) * 2017-11-21 2018-06-29 聚束科技（北京）有限公司 一种扫描电子显微镜物镜系统及样品探测方法
CN111418040A (zh) * 2017-11-29 2020-07-14 Asml荷兰有限公司 带电粒子束调制系统和方法
CN112071731A (zh) * 2020-07-23 2020-12-11 西安交通大学 一种基于维恩分析器校正二阶像差的设计方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4206192B2 (ja) * 2000-11-09 2009-01-07 株式会社日立製作所 パターン検査方法及び装置
US6642520B2 (en) * 1999-04-13 2003-11-04 Kabushiki Kaisha Topcon Scanning electron microscope
US6674075B2 (en) * 2002-05-13 2004-01-06 Applied Materials, Inc. Charged particle beam apparatus and method for inspecting samples
US6825475B2 (en) * 2002-09-19 2004-11-30 Applied Materials Israel, Ltd. Deflection method and system for use in a charged particle beam column
US7528614B2 (en) * 2004-12-22 2009-05-05 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for voltage contrast analysis of a wafer using a tilted pre-charging beam
US7420164B2 (en) * 2004-05-26 2008-09-02 Ebara Corporation Objective lens, electron beam system and method of inspecting defect
US8183526B1 (en) * 2011-02-11 2012-05-22 Electron Optica Mirror monochromator for charged particle beam apparatus
US9583306B2 (en) * 2014-12-09 2017-02-28 Hermes Microvision Inc. Swing objective lens
US10008360B2 (en) * 2015-01-26 2018-06-26 Hermes Microvision Inc. Objective lens system for fast scanning large FOV
US9601311B2 (en) * 2015-03-03 2017-03-21 Hermes Microvision Inc. Laser SDE effect compensation by adaptive tuning
CN112055885A (zh) * 2018-05-02 2020-12-08 Asml荷兰有限公司 电子束装置
CN110660633B (zh) * 2019-08-28 2022-03-25 中科晶源微电子技术（北京）有限公司 维恩过滤器和带电粒子束成像设备
CN110660634B (zh) * 2019-08-28 2022-05-06 中科晶源微电子技术（北京）有限公司 用于带电粒子束的多极型偏转器和带电粒子束成像设备
CN111048434B (zh) * 2019-11-27 2022-09-02 中科晶源微电子技术（北京）有限公司 用于调节面板变形的调节机构、和电子束检测设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6310341B1 (en) * 1998-02-23 2001-10-30 Hitachi, Ltd. Projecting type charged particle microscope and projecting type substrate inspection system
TW201209877A (en) * 2010-08-24 2012-03-01 Hermes Microvision Inc Charged particle apparatus
CN108231511A (zh) * 2017-11-21 2018-06-29 聚束科技（北京）有限公司 一种扫描电子显微镜物镜系统及样品探测方法
CN111418040A (zh) * 2017-11-29 2020-07-14 Asml荷兰有限公司 带电粒子束调制系统和方法
CN112071731A (zh) * 2020-07-23 2020-12-11 西安交通大学 一种基于维恩分析器校正二阶像差的设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230005709A1 (en) 2023-01-05
US11908658B2 (en) 2024-02-20
CN113471041A (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI691997B (zh) 用於以初級帶電粒子小束陣列檢查樣本的帶電粒子束裝置及以帶電粒子小束陣列成像或照射樣本的方法
US9035249B1 (en) Multi-beam system for high throughput EBI
EP2365514B1 (en) Twin beam charged particle column and method of operating thereof
EP1150327B1 (en) Multi beam charged particle device
US7759653B2 (en) Electron beam apparatus
JP5519421B2 (ja) 走査型電子顕微鏡及びその制御方法
JP2019053976A (ja) 荷電粒子ビーム装置、荷電粒子ビーム影響装置、および荷電粒子ビーム装置を動作させる方法
CN113471042B (zh) 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备
US10504684B1 (en) High performance inspection scanning electron microscope device and method of operating the same
JP2010118361A (ja) 放出パターンの放出領域を選択するための装置及び方法
JP2016115680A (ja) 収差補正開孔を有する走査型荷電粒子ビームデバイスおよびその動作方法
US20030218133A1 (en) Charged particle beam column and method for directing a charged particle beam
JP4006946B2 (ja) 走査電子顕微鏡
CN113471041B (zh) 扫描电子显微镜装置和电子束检测设备
US8373136B2 (en) Achromatic beam deflector, achromatic beam separator, charged particle device, method of operating an achromatic beam deflector, and method of operating an achromatic beam separator
US11501946B2 (en) Method of influencing a charged particle beam, multipole device, and charged particle beam apparatus
JP2006277996A (ja) 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法
JP2005063983A (ja) 走査電子顕微鏡
JP2006054192A (ja) 電子線装置及びその装置を用いたデバイス製造方法
KR20240047336A (ko) 고해상도 다중 전자 빔 장치
JP2006278028A (ja) 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法
JP2006066181A (ja) 電子線装置及びそれを用いたデバイス製造方法
EP2312610B1 (en) Charged particle device with an achromatic beam deflector, or an achromatic beam separator, and method of operating
JP2004363003A (ja) 電子線装置及び該電子線装置を用いたパターン評価方法
JP2006120436A (ja) 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant