CN113711330A - 电流源装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在其他方面中公开了一种诸如可以用在带电粒子检查系统中的电源。该电源包括直流源，诸如连接到受控电压源的可编程线性电流源，其中用于受控电压源的控制信号从跨直流源测量的电压降被导出。

Description

电流源装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月19日提交的美国申请62/836,282的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本文中提供的实施例涉及一种电流源，诸如可以被用来利用一个或多个带电粒子束向在带电粒子操作器中诸如透镜的负载供应电流的电流源(例如，使用一个或多个电子束的电子显微镜装置)。
背景技术
集成电路是通过在晶片(也称为衬底)上创建图案而制成的。晶片被支撑在用于创建图案的设备中的晶片台上。用于制造集成电路的过程的一个部分涉及查看或“检查”晶片的各个部分。这可以利用诸如扫描电子显微镜或SEM的带电粒子操作器来完成。
光学显微镜使用可见光和(多个)透明透镜或(多个)反射镜来使小至约一微米的物体可见。光学显微镜的分辨力受到用于照射的光的波长限制。带电粒子操作器使用带电粒子束代替光，并且使用电磁或电磁/电透镜来聚焦粒子。它们可以使小至十分之一纳米的特征可见。
带电粒子操作器包括具有元件的柱，该元件类似于光学显微镜的元件。光学显微镜的光源被替换为带电粒子源，带电粒子源内置在柱中。带电粒子操作器具有电磁或电磁/电透镜，而不是玻璃透镜。这些透镜的性能(焦距)可以通过改变通过透镜线圈的电流来改变。需要改进向透镜线圈提供电流的电流驱动器。
发明内容
为了提供对实施例的基本理解，以下呈现了一个或多个实施例的简化概述。该概述不是所有预期实施例的广泛概述，并且不旨在标识所有实施例的关键或基本要素，也不旨在界定任何或所有实施例的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一个或多个实施例的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前奏。
根据实施例的一方面，公开了一种电源单元，该电源单元包括受控电压源和直流源，该受控电压源被布置为接收电压控制输入信号，并且适于至少部分基于电压控制输入信号来在受控电压输出处提供受控电压，该直流源(诸如可编程线性电流源)具有电流源输入和电流源输出，电流源输入被布置为接收受控电压输出。电流源输出可以被布置为向负载供应电流，该负载可以是带电粒子操作器中的透镜。电源单元还可以包括电路，该电路被布置为感测跨直流源的电压降的幅度并且适于至少部分基于电压降的幅度来生成电压控制输入信号。受控电压源可以被控制使得跨直流源的电压降保持在可编程范围、可预设范围或预定范围内。
根据实施例的另一方面，公开了一种带电粒子操作器系统中的透镜，该系统包括受控电压源、直流源、带电粒子操作器中的负载、以及电路，该受控电压源被布置为接收电压控制输入信号并且适于至少部分基于电压控制输入信号来在受控电压输出处提供受控电压，该直流源(诸如可编程线性电流源)被布置为接收受控电压输出并且适于供应受控电流，该负载(诸如透镜线圈)被布置为接收受控电流，该电路被布置为感测跨直流源(诸如可编程线性电流源)的电压降的幅度，并且适于至少部分基于电压降的幅度来生成电压控制输入信号。受控电压源可以被控制使得跨直流源(诸如可编程线性电流源)的电压降保持在可编程范围、可预设范围或预定范围内。
根据实施例的另一方面，公开了一种向带电粒子操作器中的负载(诸如透镜线圈)供电的方法，该方法包括：至少部分基于电压控制输入信号，生成受控电压；向直流源(诸如可编程线性电流源)供应受控电压；使用直流源来生成驱动电流；以及向带电粒子操作器中的负载供应驱动电流。该方法还可以包括：感测跨直流源(诸如可编程线性电流源)的电压降；以及至少部分基于该电压降，生成电压控制输入信号。至少部分基于跨直流源(诸如可编程线性电流源)的电压降来生成电压控制输入信号的步骤可以被执行，使得跨直流源(诸如可编程线性电流源)的电压降保持在可编程范围、可预设范围或预定范围内。
下面参考附图详细描述本发明的另外的特征和优势，以及本发明各个实施例的结构和操作。注意，本发明不限于本文中描述的具体实施例。这样的实施例在本文中仅出于说明的目的而呈现。基于本文中包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是很清楚的。
附图说明
被并入本文中并且构成说明书的部分的附图图示了本发明，并且与说明书一起进一步用于解释本发明的原理并且使得相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。
图1是示出了与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束检查系统的图。
图2是示出了根据实施例的一方面的功率控制电路的示意图。
图3是示出了根据实施例的一方面的向负载(诸如透镜)供应电流的方法中的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下说明均参考附图，除非另有说明，否则不同附图中的相同标号代表相同或相似的要素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现不代表与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是与所附权利要求中记载的与本发明相关的方面一致的系统、装置和方法的示例。为清楚起见，附图中组件的相对尺寸可能被夸大。
电子设备由在被称为衬底的硅片上形成的电路构成。很多电路可以一起形成在同一片硅片上，并且称为集成电路或IC。这些电路的尺寸已经显著减小，因此更多电路可以被安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以小到拇指大小，但可能包含超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小不到人类头发的1/1000。
制造这些极小的IC是一个复杂、耗时且昂贵的过程，通常涉及数百个单独步骤。即使在一个步骤中出现错误，也有可能导致成品IC出现缺陷，使其无法使用。因此，制造工艺的一个目标是避免这样的缺陷，以使工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，提高工艺的整体产率。
提高产率的一个组成部分是监测芯片制造过程以确保它生产足够数目的功能集成电路。监测过程的一种方法是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。检查可以使用带电粒子操作器来进行。带电粒子操作器可以用于对这些极小的结构进行成像，实际上是拍摄结构的“图片”。该图像可以用于确定结构是否正确形成、以及它是否在正确的位置形成。如果结构有缺陷，则可以调节工艺，使缺陷不太可能再次发生。
顾名思义，带电粒子操作器使用带电粒子束，因为这种射束可以用于观察太小而无法通过光学显微镜(即，使用光的显微镜)看到的结构。带电粒子操作器包括柱，该柱包括有助于使带电粒子束成形和聚焦的元件。这些元件被称为透镜，因为它们执行的功能类似于光学显微镜中的透镜所执行的功能。在带电粒子操作器中需要来自电流源的电流的这种透镜和其他负载在本文中被称为带电粒子操作器中的负载。但这些透镜不是操纵光，而是使用磁场或电场或磁场和电场的组合来操纵带电粒子束。这些透镜的性能是通过控制由透镜电流驱动器供应给透镜的电流量来控制的。
通常，透镜电流驱动器使用固定电压电源来向直流源供电，以使得直流源能够提供电流以驱动透镜。通过这种配置，透镜电流驱动器被设置为保持流过透镜线圈的电流。这种配置的一个缺点是，在线圈的一端与另一端之间测量的电压加上跨电流源的电压降的总合保持相同的值，导致消耗的功率量相对较高，即使电流源仅向透镜提供少量电流。
因此需要降低功耗并且避免需要消散由过度功耗导致的多余热量。根据实施例的一个方面，通过提供具有降低的功耗的布置来解决这些需求。这节省了操作成本。此外，当负载接收较少电流时，散发的热量较少，这导致更高的稳定性和组件的更少膨胀，从而提高精度(例如，晶片膨胀更少，平台膨胀更少，等等)，使得移动更少并且由于位置变化而导致的对应误差更小。
该布置通过将受控电压源与诸如可编程线性电流源的直流源串联放置来降低功耗。在这样的布置中，当负载需要较少电流时，使得跨负载的电压降将更小，电流源不会占用固定总电压降的剩余部分。相反，总电压被降低，电流源所占用的更少，这表示电流源不需要使用那么多功率并且生成的热量更少。
由于需要聚焦、准直，更新设计需要更强大的磁透镜，并且一般操纵具有更高着陆能量的射束。这表示透镜线圈通常具有更多匝数，因此表现出更高的电阻。驱动这些透镜需要新的设计以用于更高电压电源和更高电流。此外，随着电阻的增加，电压源生成的热量也会增加。处理这种热量带来了重大的设计挑战。例如，过多的热负载会对电流输出稳定性产生负面影响。当然，这只是一个大概的描述，实际的细节在下面更完整、更准确地阐述。
在不限制本公开的范围的情况下，实施例的描述和附图可以示例性地被称为使用带电粒子束。然而，实施例并不用于将本发明限制于特定带电粒子，诸如电子。例如，用于射束形成的系统和方法可以应用于光子、x射线和离子等。此外，术语“射束”可以是指初级带电粒子束、初级带电粒子束波、次级带电粒子束或次级带电粒子束波等。
如本文中使用的，除非另外特别说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果声明一个组件可以包括A或B，则除非另外明确说明或不可行，否则该组件可以包括A、或B、或A和B。作为第二示例，如果声明一个组件可以包括A、B或C，则除非另有明确说明或不可行，否则组件可以包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。
在说明书和权利要求中，可以使用术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”等。除非另有说明，否则这些术语旨在仅表示相对取向而不是任何绝对取向，诸如相对于重力的取向。类似地，诸如左、右、前、后等术语旨在仅给出相对取向。
参考图1，在一个实施例中，基于SEM的带电粒子束操作器100被提供用于缺陷检查。带电粒子束操作器100依次包括带电粒子尖端110、阳极112、电极114、板116、聚光透镜120、以及板130。该带电粒子尖端110用于发射初级带电粒子束101，该阳极112用于从尖端110提取带电粒子，该电极114具有用于在初级射束101中选择合适立体角的带电粒子的一个孔径，该板116(诸如库仑板)具有若干孔径以用于调整初级带电粒子束101来降低场效应，聚光透镜120用于会聚初级带电粒子束101，该板130具有若干孔径以用于进一步调整初级射束10来控制初级带电粒子束101的束流。在下面的讨论中，将主要使用特定类型的带电粒子操作器、SEM和特定类型的带电粒子、电子来描述实施例，但是应当理解，本文中提供的教导同样适用于使用其他类型的带电粒子的其他系统。
图1所示的工具还包括检测器140、偏转器单元150、磁性物镜160、以及电极170，该检测器140用于接收从样品10发出的SE(二次电子)和BSE(背向散射电子)，该偏转器单元150用于扫描初级电子束101，该磁性物镜160用于将初级电子束101聚焦到样品10上，电极170用于向初级电子束101提供阻力使得初级电子束101的着陆能量可以被降低。物镜160的极片、电极170和由载物台支撑的样品10可以构成电透镜，该电透镜与磁透镜组合以形成EM(电磁)复合物镜。
用于在这种系统中的透镜中的任何透镜的现有透镜驱动器通常被实现为固定电压电源和直流源。跨电流源的电压降VCS与跨负载(例如，透镜线圈)的电压降VL将始终共计由电压源产生的固定电压V。当直流源的电流处于其操作范围的下限时，则跨负载的电压降VL将相对较低。因此，跨电流源必须出现更大的电压降，即，VCS将更高。这需要电流源耗散更多功率，同时伴随着散热和电流稳定性问题。
根据实施例的一个方面的用于向透镜供应电流的电路在图2中示出。电流I由诸如可编程线性电流源的直流源200供应给透镜线圈160。受控电压源210向直流源200供应电压。闭环反馈电路220基于跨直流源200的电压降的幅度来向受控电压源210供应控制信号。
在如图2所示的布置中，由受控电压源产生的电压不再是固定的。总电压降仍然是跨电流源和负载的电压降之和。然而，当电流I处于其操作范围的下限时，则跨电流源的电压降被感测并且受控电压源的受控电压被降低以转而降低跨电流源的电压降。这导致电压源和电流源的组合所消耗的功率量减少。特别地，可以控制电压源，使得跨电流源的电压降保持在可编程范围或可预设范围或预定范围内。通常，来自电压源210的电压V210将是在电流源上的电压降V200与在透镜线圈160上的电压降V160之和。优选地，V200小于或等于V160，即，V200被最小化。
根据实施例的另一方面，公开了一种向诸如带电粒子操作器中的透镜线圈的电流负载供应电流的方法。参考图3，在第一步骤S10中，使用诸如可编程线性电流源的直流源来生成驱动电流。然后，在步骤S20中，感测跨诸如可编程线性电流源的直流源的电压降。在步骤S30中，使用感测到的跨电流源的电压降来生成控制信号输入以控制电压源生成用于电流源的电压。在步骤S40中，电压源根据控制信号输入来调节其电压。例如，当感测到的跨电流源的电压降增加时，控制输入信号控制电压源以降低电压源的电压，并且当感测到的跨电流源的电压降减小时，控制输入信号控制电压源以增加电压源的电压。应当理解，包括所有这些步骤的这些步骤的某种组合可以基本上同时发生。
可以使用以下条款进一步描述实施例：
1.一种电源单元，包括：
受控电压源，被布置为接收电压控制输入信号，并且适于至少部分基于所述电压控制输入信号来在受控电压输出处提供受控电压；以及
直流源，具有电流源输入和电流源输出，所述电流源输入被布置为接收所述受控电压输出。
2.根据条款1所述的电源单元，其中所述直流源包括可编程线性电流源。
3.根据条款1或2所述的电源单元，其中所述直流源被布置为向带电粒子操作器中的负载供应电流。
4.根据条款3所述的电源单元，其中带电粒子操作器中的所述负载包括透镜线圈。
5.根据条款1至4中任一项所述的电源单元，还包括电路，所述电路被布置为：感测跨所述直流源的电压降的幅度，并且适于至少部分基于所述电压降的所述幅度来生成所述电压控制输入信号。
6.根据条款1所述的电源单元，其中
所述直流源包括可编程线性电流源输出，并且被布置为向带电粒子操作器中的负载供应电流，以及
所述电压控制输入信号具有指示跨所述可编程线性电流源的电压降的幅度的值，并且其中
所述受控电压源被控制使得跨所述可编程线性电流源的电压降保持在操作范围内。
7.根据条款6所述的电源单元，其中所述操作范围是可编程范围。
8.根据条款6所述的电源单元，其中所述操作范围是可预设范围。
9.根据条款6所述的电源单元，其中所述操作范围是预定范围。
10.根据条款6所述的电源单元，其中带电粒子操作器中的所述负载包括透镜线圈。
11.一种电流源负载系统，包括：
受控电压源，被布置为接收电压控制输入信号，并且适于至少部分基于所述电压控制输入信号来在受控电压输出处提供受控电压；
直流源，被布置为接收所述受控电压输出，并且适于供应电流；
电流源负载，被布置为接收所述电流；以及
电路，被布置为感测跨所述直流源的电压降的幅度，并且适于至少部分基于所述电压降的所述幅度来生成所述电压控制输入信号。
12.根据条款11所述的电流源负载系统，其中所述直流源包括可编程线性电流源。
13.根据条款11或12所述的电流源负载系统，其中所述受控电压源被控制，使得跨诸如可编程线性电流源的所述直流源的电压降保持在操作范围内。
14.根据条款13所述的电流源负载系统，其中所述操作范围是可编程范围。
15.根据条款13所述的电流源负载系统，其中所述操作范围是可预设范围。
16.根据条款13所述的电流源负载系统，其中所述操作范围是预定范围。
17.根据条款11至16中任一项所述的电流源负载系统，其中所述电流源负载包括带电粒子操作器系统中的透镜。
18.一种向电流源负载供电的方法，所述方法包括以下步骤：
至少部分基于电压控制输入信号，生成受控电压；
向直流源供应所述受控电压；
使用所述直流源来生成驱动电流；以及
向所述电流源负载供应所述驱动电流。
19.根据条款18所述的方法，还包括以下步骤：
感测跨所述直流源的电压降；以及
至少部分基于所述电压降，生成所述电压控制输入信号。
20.根据条款18所述的方法，其中所述直流源包括可编程线性电流源。
21.根据条款20所述的方法，还包括以下步骤：
感测跨所述直流源的电压降；以及
至少部分基于所述电压降，生成所述电压控制输入信号。
22.根据条款18至21中的任一项所述的方法，其中至少部分基于跨诸如可编程线性电流源的所述直流源的电压降来生成所述电压控制输入信号的步骤被执行，使得跨诸如可编程线性电流源的所述直流源的电压降保持在操作范围内。
23.根据条款18-21中任一项所述的方法，其中所述操作范围是可编程范围。
24.根据条款18-21中任一项所述的方法，其中所述操作范围是可预设范围。
25.根据条款18-21中任一项所述的方法，其中所述操作范围是预定范围。
虽然前面的描述是关于带电粒子成像系统中的透镜的电流供应，但是应当理解，在其他应用中可以有利地采用该电流供应来供应电流。
具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，以至于其他人可以在不脱离本发明的一般概念的情况下通过应用本领域技术内的知识容易地修改和/或适应这些具体实施例的各种应用，而无需过度实验。因此，基于本文中呈现的教导和指导，这样的修改和适应旨在处于所公开的实施例的等效物的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是为了描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据该教导和指导来解释。

Claims (15)

1.一种电源单元，包括：
受控电压源，被布置为接收电压控制输入信号，并且适于至少部分基于所述电压控制输入信号来在受控电压输出处提供受控电压；以及
直流源，具有电流源输入和电流源输出，所述电流源输入被布置为接收所述受控电压输出。
2.根据权利要求1所述的电源单元，其中所述直流源包括可编程线性电流源。
3.根据权利要求1所述的电源单元，其中所述直流源被布置为向带电粒子操作器中的负载供应电流。
4.根据权利要求3所述的电源单元，其中带电粒子操作器中的所述负载包括透镜线圈。
5.根据权利要求1所述的电源单元，还包括电路，所述电路被布置为：感测跨所述直流源的电压降的幅度，并且适于至少部分基于所述电压降的幅度来生成所述电压控制输入信号。
6.根据权利要求1所述的电源单元，其中
所述直流源包括可编程线性电流源输出，并且被布置为向带电粒子操作器中的负载供应电流，以及
所述电压控制输入信号具有指示跨所述可编程线性电流源的电压降的幅度的值，并且其中
所述受控电压源被控制使得跨所述可编程线性电流源的电压降保持在操作范围内。
7.根据权利要求6所述的电源单元，其中所述操作范围是可编程范围。
8.根据权利要求6所述的电源单元，其中所述操作范围是可预设范围。
9.根据权利要求6所述的电源单元，其中所述操作范围是预定范围。
10.根据权利要求6所述的电源单元，其中带电粒子操作器中的所述负载包括透镜线圈。
11.一种向电流源负载供电的方法，所述方法包括以下步骤：
至少部分基于电压控制输入信号，生成受控电压；
向直流源供应所述受控电压；
使用所述直流源来生成驱动电流；以及
向所述电流源负载供应所述驱动电流。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
感测跨所述直流源的电压降；以及
至少部分基于所述电压降，生成所述电压控制输入信号。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述直流源包括可编程线性电流源。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
感测跨所述可编程线性电流源的电压降；以及
至少部分基于所述电压降，生成所述电压控制输入信号。
15.根据权利要求11所述的方法，其中至少部分基于跨诸如可编程线性电流源的所述直流源的电压降来生成所述电压控制输入信号的步骤被执行，使得跨诸如可编程线性电流源的所述直流源的电压降保持在操作范围内。
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