CN114450554A - 用于测量带电粒子束系统中的水平变化的自差动共焦倾斜传感器 - Google Patents

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Abstract

传感器可以用于测量样本的倾斜度。传感器可以包括具有光源、第一光学元件、第二光学元件、第三光学元件、透镜以及光阑的设备。第一光学元件可以从光源朝向样本提供光，并且可以从样本朝向第二光学元件提供输入到第一光学元件中的光。第二光学元件可以朝向第一感测元件和第二感测元件提供光。光阑可以被布置在透镜的焦平面上。入射到第一感测元件上的束可以是参考束。

Description

用于测量带电粒子束系统中的水平变化的自差动共焦倾斜传 感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月30日提交的中国PCT申请PCT/CN2019/103819的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文中的描述涉及可以用于带电粒子束系统的传感器，更具体地，涉及可以用于测量样本(诸如协作目标)的水平变化的自差动共焦倾斜传感器。
背景技术
带电粒子束可以用于半导体晶片处理领域。带电粒子束设备可以用于处理样本，诸如晶片。处理可以包括在晶片上形成图案或检查晶片。在一些情况下，在处理晶片之前，应确保晶片是水平的。
检查晶片可以涉及研究晶片的表面形貌。可能包括污染物的表面形貌会影响从晶片表面散射的光的分布。光学散射分析可以用于评价被抛光的光学表面、体光学材料、表面残余物或漫散射材料。另外，一些检查工具可以测量晶片的表面粗糙度。
检查晶片还可以包括检测晶片上的缺陷。例如，为了提高诸如集成电路(IC)和存储器器件的半导体器件的产率和可靠性，可以通过用带电粒子束辐射晶片来对晶片进行缺陷检查。缺陷(诸如外来颗粒、划痕、残留物、桥接缺陷等)可能存在于晶片上，并且可能导致器件电失效。这种缺陷可以通过分析来自已经被带电粒子束辐射的晶片的二次或反向散射粒子来检测。带电粒子束设备的示例包括扫描电子显微镜(SEM)。
随着半导体器件的持续小型化，使用带电粒子束设备的检查系统可能需要更高的性能。例如，检查系统可能需要更高的灵敏度、精度等。
在带电粒子束系统中，可以在处理之前将样本放置在平台上。例如，待检查的晶片可以被装载到SEM的装载/锁定系统中。晶片可以被定位在腔室内的晶片保持器上。晶片可以被布置在特定位置，使得可以进行检查或其它处理。例如，晶片可以被定位为使得其主表面垂直于入射带电粒子束。
发明内容
本公开的实施例提供了用于感测束的系统和方法。在一些实施例中，可以提供一种设备，该设备包括：光源，被配置为照射样本；第一光学元件，被配置为：在第一方向上向样本提供来自光源的光，并且在第二方向上向在第三方向上的另一分量提供输入到第一光学元件的光；以及第二光学元件，被配置为：在第四方向上向第一感测元件提供光，并且在第五方向上向第三光学元件提供光。该设备可以包括第三光学元件，并且第三光学元件可以被配置为向第二感测元件提供光。该设备可以包括被配置为使来自光源的光聚焦的透镜，并且该透镜可以被布置在第二光学元件与光阑之间。该设备还可以包括光阑，并且光阑可以被布置在第三光学元件与第二感测元件之间，并且光阑可以被布置在透镜的焦平面处。
还可以提供一种设备，该设备包括第一分束器，该第一分束器被配置为朝向样本透射光，并且朝向第二分束器反射光。该设备可以包括第二分束器，并且第二分束器可以被配置为沿着第一束路径和第二束路径透射光。该设备可以包括被布置在第二束路径上的光阑。
还可以提供一种感测光束的方法。该方法可以包括：将光输入到第一光学元件中，将来自第一光学元件的光输入到第二光学元件中，将来自第二光学元件的光沿着第一束路径导向第一感测元件，使光沿着第二束路径进行聚焦，以及通过光阑透射光。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对所公开的实施例的限制，如可以被要求保护的。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例的描述，本公开的上述和其他方面将变得更加明显。
图1是图示了根据本公开的实施例的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图2A是根据本公开的实施例的示例性装载/锁定设备的示意图，其可以是图1的示例性电子束检查系统的部分。
图2B是根据本公开的实施例的图2B所示的装载/锁定设备的一部分的平面图。
图3是图示了根据本公开的实施例的示例性装载/锁定系统的视图。
图4是根据本公开的实施例的传感器的示例性结构和交互的放大示意图。
图5A和图5B是图示了根据本公开的实施例的传感器的示例性详细结构的图。
图6A至图6D是图示了根据本公开的实施例的分束器的示例性详细结构的图。
图7A和图7B是图示了根据本公开的实施例的传感器的示例性详细结构的图。
图8是图示了根据本公开的实施例的包括传感器的示例性SEM系统的视图。
图9是示出了根据本公开的实施例的可以用于感测样本的示例性方法的流程图。
图10是示出了根据本公开的实施例的可以用于确定样本的倾斜的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，示例性实施例的示例在附图中被图示。以下描述参考附图，其中不同附图中的相同附图标记表示相同或类似的元件，除非另有说明。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不代表与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是符合与可以在所附权利要求中叙述的主题相关的方面的设备、系统和方法的示例。
电子器件由在被称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以被一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。随着技术的进步，这些电路的尺寸已经显著减小，使得它们中的许多可以安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以小至拇指指甲并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人头发的尺寸的1/1000。
制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的工艺，通常涉及数百个单独的步骤。即使在一个步骤中的错误也有可能导致在完成的IC中的缺陷，使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这种缺陷，以使工艺中制造的功能IC的数目最大化，即提高工艺的总产率。
提高产率的一个组件是监测芯片制造过程以确保其生产足够数目的功能集成电路。监测该过程的一种方式是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。可以使用扫描电子显微镜(SEM)进行检查。SEM可以用于对这些极小的结构进行成像，实际上，获取这些结构的“照片”。该图像可以用于确定该结构是否被正确地形成以及它是否被形成在正确的位置。如果该结构是有缺陷的，则可以调整该过程，使得缺陷不太可能再次出现。
在对样本成像之前，检测样本是否倾斜可以是有用的，因为倾斜可能对所得图像有影响。例如，倾斜可能使从样本反射或生成的电子被引导到非预期的位置。电子不是行进到检测器，而是可能被引导到除检测器之外的位置，并且可能未被检测到。而且，倾斜可能使被投射到样本上的带电粒子束的焦点降级(例如，使焦点在一些点处形成在样本表面上方，或在其他点处形成在样本表面下方)。降级的焦点可能导致成像分辨率降低。
可以提供倾斜传感器，使得可以在样本成像之前确定倾斜。例如，SEM可以具有测量样本水平变化的倾斜传感器，并且如果样本倾斜角大于指定阈值，则可以发出警报。然而，当前系统的一个问题是倾斜传感器的灵敏度可能不足，并且当样本仅稍微倾斜时，或如果样本具有高表面粗糙度，可能难以充分准确地确定倾斜角，因为(例如)粗糙表面可能使从样本反射的电子朝向非预期位置行进。粗糙表面可能包含许多不规则性，并且电子可能在不可预测的方向上反射离开这些不规则性。
表面粗糙度可以是指样本表面的纹理。它可以通过表面与理想的、完全平坦的平面的偏差来量化。表面粗糙度的量度越高，表面的纹理和不规则性可能越大。随着表面粗糙度增加，样本与倾斜传感器的兼容性可能降低。例如，倾斜传感器难以精确和可靠地检测具有非常粗糙表面的样本的倾斜角。在一些情况下，可以提供具有相对平滑表面的协作目标(例如，单独的平板或其它结构)。协作目标可以被安装在可以具有相对粗糙的表面的样本上，或者可以与样本分开并与样本平行放置。因此，协作目标可以形成能够充当目标的平滑位置。协作目标的倾斜可以用于测量样本的倾斜，而不是直接测量样本表面。因为平板被附着或平行于样本，其倾斜对应于样本的倾斜，因此平板可以说是与样本“配合”。协作目标可以代替样本本身用作目标，该目标用于投射光束以用于确定样本的倾斜度。在一些情况下，可以通过选择性地抛光样本的一部分来在样本上形成协作目标。
此外，在一些情况下，协作目标可以包括用于帮助形成样本的掩模。样本可以包括形成IC组件的衬底(也被称为“晶片”)。在晶片上形成图案以构造IC组件可以通过光刻来完成，这可以涉及通过掩模照射光。掩模可以与晶片分开放置，并且可以平行于晶片。在一些情况下，可以直接在晶片上形成掩模(例如，可以在晶片上形成掩模层，该掩模层稍后在显影晶片时溶解)。晶片上的光敏材料可以由于通过掩模的曝光而反应，并且结构可以被形成在晶片上。在曝光之前，掩模和样本应该被对准。可以增加检测晶片的倾斜的步骤，其中掩模可以用作协作目标。使用掩模可以是间接测量样本的倾斜的另一示例。
如果不能精确地测量样本倾斜，则可能不利地影响成像质量。随着IC结构变得更小，提供更精确和灵敏的倾斜传感器变得越来越重要。
提供协作目标可以是处理具有粗糙表面的样本的一种方式。然而，在提供协作目标时所涉及的步骤(例如，单独准备协作目标并将其安装在样本上(或将其平行于样本放置))可能导致增加的努力和费用。例如，可能需要校准，使得协作目标的倾斜角与样本一致。此外，必须注意将协作目标定位在不干扰样本成像的位置。当IC结构被更紧密地封装在一起时，可以有更少的空间来放置协作目标。附加地，如果需要单独的步骤来将协作目标附着到待检查的每个样本，则生产量(例如，每小时处理的样本的数目)可能受损。在一些情况下，期望将倾斜传感器配置为测量各种样本的倾斜而不需要协作目标。
已经开发了一些技术来处理倾斜感测中的挑战，但是这些技术可能面临它们自己的某些问题。例如，当检测倾斜量时，具有单个感测元件的倾斜传感器在灵敏度和精度方面可能具有限制，因为单个感测元件可能对源功率变化和样本目标反射率变化敏感。
而且，倾斜传感器可以包括作为传感器结构的部分的光阑，但是该光阑可以相对较大。大光阑可以导致低灵敏度并且可以将环境光泄漏到感测元件，如将在本文中所详细讨论的。这可能具有降低信噪比(SNR)的效果。
此外，倾斜传感器可以包括用于将束投射到样本上的激光源。激光源可以具有有限的寿命。因此，激光源可能随使用时间而退化和变暗。激光源的输出也可能随机波动。因为倾斜传感器可以通过检测被反射的激光束的强度来测量倾斜，所以其精度可能受到由于老化或其它波动而引起的激光源的变化的影响。例如，倾斜传感器可能基于减小的检测信号来错误地报告晶片倾斜，但是这种减小可能是由于激光源的退化，而不是由于晶片实际倾斜。
本公开的实施例可以解决单个感测元件传感器的一些问题，诸如单个通道信号变化或其它问题。例如，可以使用可以消除源模块功率变化的自差动方法(self-differential method)。可以添加共模束作为参考束。可以使用与源共焦的光阑。此外，可以采用调制。
共模作为参考束的使用可以补偿激光源的退化。例如，即使激光源的输出由于老化或其它原因而随时间变化，这种变化也将出现在参考束和信号束中，因此，这些变化可以抵消。相应地，可以延长倾斜传感器的使用寿命。此外，可以提高精度，因为可以补偿源输出中的随机波动。
光阑和共焦透镜的使用可以允许使用小得多的尺寸(例如，直径)的光阑。例如，聚焦束可以通过小孔，同时环境光基本上被阻挡并且不会泄漏通过。另一方面，在比较示例中为了确保足够的灵敏度，可能需要使用大孔，该大孔的使用可能允许环境光泄漏通过，并且这可能导致噪声。
为了增强成像性能，可能希望在带电粒子束系统的装载/锁定系统中将样本(例如，晶片)保持在水平(例如，不倾斜)。例如，带电粒子束系统可以包括检测器，该检测器被配置为收集来自已被带电粒子束辐射的晶片的粒子。待检测的粒子从晶片的发射可能受到晶片的取向的影响。如果晶片倾斜，则粒子的发射角可以根据晶片的倾斜程度而改变。因此，可能希望将晶片保持在水平状态。此外，可能希望测量晶片本身的表面水平变化。
在一些配置中，晶片可以被配置为相对于参考平面具有预定的倾斜度。例如，晶片可以被配置为接收倾斜入射辐射。在各种情况下，希望提供一种能够精确检测晶片的倾斜的传感器。
本公开的目的和优势可以通过在本文中所讨论的实施例中阐述的元件和组合来实现。然而，本公开的实施例不一定需要实现这样的示例性目的或优势，并且一些实施例可以不实现所述目的或优势中的任一。
在不限制本公开的范围的情况下，可以在利用电子束的系统中提供检测器和检测方法的上下文中描述一些实施例。然而，本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。此外，用于检测倾斜的系统和方法可以用于其它成像系统中，诸如光学成像、光子检测、x-射线检测、离子检测等。
如本文中所使用的，除非另外具体说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果陈述组件包括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，如果陈述组件包括A、B或C，那么除非另外明确陈述或不可行，否则该组件可以包括A，或B，或C，或A和B，或A和C，或B和C，或A和B和C。
如本文中所使用的，术语“倾斜”可以是指样本相对于参照物的倾斜度。样本可以是具有主平面的晶片。例如，晶片可以具有类似于基本上为平面的薄板的形状。晶片的“倾斜”可以是指晶片的主平面与参考平面形成的角度，或者是指垂直于主平面的线与参考线(诸如由SEM的光轴(例如图8的轴105)限定的线)在两条线相交的点处形成的角度。术语“水平变化”可以是指样本在样本上的不同位置处的倾斜。例如，样本的表面可以具有在第一位置处的第一倾斜和在第二位置处的第二倾斜。
现在参考图1，图1图示了根据本公开的实施例的可以包括倾斜传感器的示例性电子束检查(EBI)系统10。EBI系统10可以用于成像。如图1所示，EBI系统10包括主室11、装载/锁定室20、电子束工具100和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具100位于主室11内。EFEM30包括第一装载口30a和第二装载口30b。EFEM 30可以包括附加的(多个)装载口。第一装载口30a和第二装载口30b接收晶片前开式整合舱(front opening unified pods,FOUP)，该晶片前开式整合舱包含晶片(例如，半导体晶片或由(多个)其它材料制成的晶片)或待检查的样本(晶片和样本在本文中可以被统称为“晶片”)。
EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片传送到装载/锁定室20。装载/锁定室20连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，装载/锁定真空泵系统去除装载/锁定室20中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定室20传送到主室11。主室11连接到主室真空泵系统(未示出)，主室真空泵系统去除主室11中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子束工具100对晶片进行检查。电子束工具100可以是单束系统或多束系统。控制器109电连接到电子束工具100，并且也可以电连接到其它组件。控制器109可以是被配置为执行EBI系统10的各种控制的计算机。尽管控制器109在图1中被示出为在包括主室11、装载/锁定室20和EFEM 30的结构的外部，但是应当理解，控制器109可以是该结构的部分。
图2A图示了可以被包括在装载/锁定室20中的装载/锁定设备200的示例性布置。可以提供装载/锁定设备200以用于保持晶片201。装载/锁定设备200可以包括平台。装载/锁定设备200的组件可以构成晶片保持器。例如，如图2A所示，装载/锁定设备200可以包括被设置在工作台210上的底板220，其中晶片支架230被提供用于保持晶片201。工作台210可以是可移动的。可以提供多个晶片支架230。在一些实施例中，可以提供三个晶片支架，使得可以存在三个保持点，由此界定平面。
还可以提供传感器250。传感器250可以包括倾斜传感器。传感器250可以与底板220间隔开。传感器250可以包括用于朝向晶片201投射束245的发射器。传感器250可以包括用于接收来自晶片201的信号(诸如束245的反射)的接收器。传感器250可以被配置为直接(例如，垂直地)朝向晶片201或以一角度(参见例如图4)投射束245。
传感器250可以被配置为测量目标的性质。例如，目标可以包括晶片201，如图2A所示。传感器250可以被配置为测量晶片201的倾斜。晶片201的倾斜可以相对于参考平面。参考平面可以包括由晶片支架230的保持点形成的平面。参考平面可以平行于工作台210能够在其上移动的平面。例如，工作台210可以能够在X-Y平面中移动，如图2B的平面图所示。参考平面可以平行于X-Y平面。工作台210可以能够在X-Y平面中旋转。测量晶片201的性质可以涉及围绕轴旋转晶片201。晶片201的表面上的各个位置可以通过移动晶片201来感测。
图3图示了装载/锁定设备200可以是其一部分的装载/锁定系统300。装载/锁定系统300可以用于将晶片201传送到真空环境或从真空环境传送晶片201以用于检查。装载/装载设备200(如托架所指示)可以由外壳(未示出)密封，使得可以抽真空。装载/锁定系统300本身可以被布置在密封室中。如图3所示，装载/锁定系统300可以包括泵301。泵301可以用于抽空腔室直到达到预定的真空水平。例如，泵301可以被配置为运行，直到达到至少10-5托。然后，可以将晶片201转移到另一位置以用于检查。可以设置阻尼器302。阻尼器302可以用于减轻来自泵301的振动对晶片201的影响。可以设置泵闸阀303。泵闸阀303可以用于打开或关闭泵301。
传感器250可以被安装在装载/锁定系统300的组件上。传感器250可以附着于底座305。传感器250可以被配置为将光束投射到晶片201上。可以提供开口(例如通道，观察口或孔等)，以允许光束从传感器250行进到晶片201的表面。例如，顶板260可以包括开口，从传感器250投射的束可以通过该开口以到达晶片201。
传感器250可以被安装在带电粒子束设备的组件上。例如，如上所述，传感器250可以被安装在装载/锁定系统300上。在一些实施例中，传感器250可以被布置在SEM柱上。当晶片位于处理位置时，传感器250可以位于晶片上方。传感器250可以被安装在带电粒子束设备(诸如美国申请No.62/787,128中所示的那些，该申请的全部内容通过引用被并入)中。传感器250可以用于在对晶片201执行处理之前测量晶片201的性质。例如，传感器250可以测量晶片201的倾斜，并且可以用于确保晶片201在进行检查之前是水平的。
图4是传感器250的示例性结构的放大示意图，示出了与晶片201的相互作用。传感器250可以包括发射器251和接收器252。发射器251可以被配置为发射束245。束245可以是激光束。束246可以通过束245反射离开晶片201的表面而形成。接收器252可以被配置为接收束246。接收器252可以被配置为响应于接收束的能量而生成输出。接收器252可以包括光电二极管。传感器250可以被配置为检测晶片201的倾斜。传感器250可以被配置为基于由束入射到接收器252上所生成的输出信号来确定晶片的倾斜。如果晶片201倾斜，则束246可以被引导到不同于接收器252的位置，并且传感器250的输出可以改变。尽管图4示出了束245以斜角被投射到晶片201上，但是应当理解，束245可以被垂直地引导到晶片201上。此外，应当理解，可以在晶片201上单独提供协作目标，并且可以将束引导到协作目标上而不是直接引导到晶片201上。
图5A示出了可以是传感器250的一个示例的传感器250a的详细结构。传感器250a可以包括电路板271。电路板271可以是印刷电路板(PCB)。电路板271可以是基本上平面的构件。使用电路板可以用于实现传感器的经济和紧凑的构造。传感器250a可以包括光源272。光源272可以被安装在电路板271上。光源272可以被配置为照射物体。光源272可以被配置为生成激光束。光源272可以包括激光二极管、LED或灯丝等。传感器250a可以包括感测元件273。感测元件273可以包括光电二极管。感测元件273可以被安装在电路板271上。光源272和感测元件273可以被基本上布置在同一平面上。
传感器250a可以包括光学元件，诸如透镜、偏转器、反射镜、滤光器、分束器、光学器件等。如图5A所示，传感器250a可以包括准直器274。准直器274可以被配置为对来自光源272的光进行准直。准直器274可以包括准直透镜。除了透镜之外，可以采用其它结构，诸如偏转器。离开准直器274的光可以形成基本上准直的束。准直器274可以被配置为在特定方向上形成准直束。准直器274可以被配置为沿特定方向提供来自光源272的光。准直器274可以被配置为滤除在不同于特定方向的方向上传播通过准直器274的光线，使得基本上只有在特定方向上传播的光线通过。来自准直器274的光可以被导向晶片201。一个或多个其它光学元件可以被设置在光源272和晶片201之间。
传感器250a可以包括分束器275。分束器275可以被配置为选择性地提供光。例如，分束器275可以被配置为：使在第一方向上被输入到分束器275的光通过，并且使在第二方向上被输入到分束器275的光反射。在图5A所示的配置中，第一方向可以是从光源272到分束器275的方向。第二方向可以是从晶片201到分束器275的方向。第一方向和第二方向可以彼此相反。图6A中示出了第一和第二方向的示例。
图6A图示了通过分束器275的光传播行为。光可以通过光源被输入到分束器275中。从样本反射的光也可以被输入到分束器275中。如图6A所示，第一光束411可以被导向分束器275。第一光束411可以来自光源272，已经通过准直器274(见图5A)。分束器275可以具有多个主方向。如图6A所示，可以有第一方向410、第二方向420、第三方向430和第四方向440。第一至第四方向410、420、430、440可以定义坐标轴。第一方向410和第二方向420可以彼此相反。第一方向410和第二方向420可以是平行的。如图6A所示，第一方向410和第二方向420均可以朝向由实线箭头指示的位置处的分束器275。
类似地，第三方向430和第四方向440可以彼此相反。第三方向430和第四方向440可以是平行的。如图6A所示，第三方向430和第四方向440均可以在由实线箭头指示的位置处远离分束器275。
第一光束411可以输入到分束器275。来自第一光束411的一些光可以在第四方向440上被反射。第二光束412可以从分束器275发射。第二光束412可以从分束器275在第四方向440上输出。第二光束412可以被导向另一光学元件。第二光束412可以被光吸收元件吸收，使得其不干扰其他传感器组件。
来自第一光束411的输入到分束器275的一些光可以被透射通过分束器275。第三光束413可以从分束器275的一侧行进到分束器275的相对侧，光可以在分束器275的相对侧离开。分束器275可以输出第四光束414。可以将第四光束414导向样本。来自分束器275的第四光束414的发射方向可以是第一方向410。第四光束414可以以偏移d从分束器275输出。例如，分束器275可以具有厚度t，并且光可以在穿过分束器275时被折射。在一些实施例中，可以提供补偿器板，该补偿器板可以被配置为抵消偏移d。
在第二光束412和第四光束414之间划分的光的比例可以由分束器275的性质确定。分束器275的性质可以基于其构造或材料组成等来确定。分束器275可以是板式分束器。分束器275可以具有透射和反射的性质。分束器275可以被配置为：使得在第一方向上输入到分束器275中的第一比例的光通过分束器275，并且在第二方向上输入到分束器275中的第二比例的光朝向另一方向被反射。
如图6A所示，第五光束415可以被导向分束器275。第五光束415可以来自晶片201，已经从晶片201的表面被反射并且通过光阑276(见图5A)，或者还没有通过光阑276(见图5B)。第五光束415可以在第二方向420上被导向分束器275。第五光束415可以被输入到分束器275。来自第五光束415的一些光可以在第三方向430上被反射。第六光束416可以从分束器275发射。第六光束416可以从分束器275在第三方向430上输出。第六光束416可以被导向另一光学元件。
来自第四光束414的输入到分束器275的一些光可以被透射通过分束器275。类似于第三光束413，第七光束417可以从分束器275的一侧行进到分束器275的相对侧，光可以在分束器275的相对侧离开。分束器275可以输出第八光束418。来自分束器275的第八光束418的发射方向可以是第二方向420。第八光束418可以被导向另一光学元件。第八光束418可以被光吸收元件吸收，使得其不干扰其他传感器组件。第八光束418可以以一定偏移从分束器275输出，并且第八光束418可以被导向与光源272或准直器274间隔开的光吸收元件(未示出)(见图5A)。在第六光束416和第八光束417之间划分的光的比例可以由分束器275的性质确定。
如图6B所示，朝向分束器275返回的光可以相对于从分束器275发射的光的投影方向而倾斜。例如，可以将第四光束414垂直地导向样本。例如，样本可以是倾斜的或不规则的，因此第五光束415可以以一定角度朝向分束器275返回。结果，第六光束416可以从分束器275倾斜地输出。
如图5A所示，传感器250a可以包括光阑276。光阑276可以是指在材料中形成的开口。例如，光阑276可以由具有孔的板形成。被投射在光阑276上的一些光可以通过，而一些光可以被光阑276切掉。光阑276可以具有被配置为允许预定量的光被投射到晶片201上的尺寸。光阑276可以被配置作为束限制光阑。在一些实施例中，光阑276可以被构造为允许预定直径的束通过。
传感器250a可以包括聚焦透镜277。聚焦透镜277可以被配置为形成光源272的图像。图像可以在焦平面处形成。通过聚焦透镜277的光线可以被聚焦到焦平面处的一点。聚焦透镜277可以被布置在光阑276和感测元件273之间。更具体地，聚焦透镜277可以被布置在分束器275和反射镜278之间。聚焦透镜277可以被配置为在布置感测元件273的平面处形成焦平面。从聚焦透镜277提供的光可以被聚焦到感测元件273上。
传感器250a可以包括反射镜278。反射镜278可以被配置为将光导向感测元件273。通过聚焦透镜277的光可以被反射离开反射镜278并且被引导到感测元件273。
在传感器250a的操作中，准直束可以通过光阑并且最终入射在光电检测器(诸如光电二极管)上。例如，由光源272和准直器274形成的准直束可以通过分束器275提供，通过光阑276，并且入射在晶片201上。被反射的束可以通过光阑276返回，反射离开束分离器275，并且被输入到聚焦透镜277中。被反射的束的准直光线可以由聚焦透镜277聚焦，使得在感测元件273处形成焦点。入射到感测元件273上的光可以用于检测。例如，当传感器250a用作倾斜传感器时，晶片201的倾斜可能影响入射到感测元件273上的光的量或强度。当晶片201倾斜时，被反射离开晶片201的表面的光可以被光阑276切割。然后被透射通过聚焦透镜277并最终被导向感测元件273的光的量可以减少。因此，可以形成感测元件273的光电二极管的输出可以较低，并且可以确定倾斜度。
图6C和图6D示出了晶片201的倾斜的效果。如图6C所示，当晶片201水平时，第四光束414可以被反射离开晶片201，形成第五光束415，并且第五光束415可以被输入到分束器275中。第五光束415可以被反射离开分束器275，形成第六光束416，并且第六光束416然后可以通过光阑276。该光可以最终到达感测元件273(见图5B)。
然而，如图6D所示，当晶片201倾斜时，从分束器275输出的光可以被光阑276切掉。应当理解，虽然以单线示出，但是光束可以包括具有宽度和角度和能量的分布的光柱。通过准直器的光可以包括具有基本上相等的角度的分布的光线(例如，所有光线基本上彼此平行)。当晶片201是水平的时，第六光束416的基本上所有的光可以通过光阑276。当晶片201倾斜时，一些光可以通过光阑276，而一些光不能通过。在感测元件273处检测到的光的强度可以由于从感测元件275输出的光的角度而改变，并且因此，一些光被阻挡而不能行进到感测元件273。
传感器可以包括被配置为当晶片201的倾斜增加时改变通过它的反射光的量的组件。该组件可以被配置为当晶片201的倾斜增加时减少通过它的光量。该组件可以包括光阑276。当晶片201倾斜时，从晶片201反射的光的发射角可以改变。从晶片201反射的光的角度的变化可以使通过该组件的光的量或强度改变。
传感器250a可以被配置为基于入射在感测元件273上的光的性质的变化来确定晶片201的倾斜。这些性质可以包括例如光的量或强度。感测元件273上的光的量的改变可以对应于晶片201的倾斜。例如，到达感测元件273的反射光可以基于晶片201的倾斜而改变，因为光被光阑276切掉。然而，光源272也可以表现出功率变化。此外，晶片201可以具有反射率变化。例如，即使当晶片201不倾斜时，被反射离开晶片201的光的量也可以随位置而变化。因此，在所有情况下，感测元件273的输出的改变可能不总是精确地反映晶片201的倾斜。
另外，传感器250a可以仅包括单个感测元件273。光阑276可以相对较大以允许足够量的光到达感测元件273。例如，光阑276的尺寸在直径上可以是大约2mm。大光阑尺寸可能使环境光泄漏到传感器250a中并到达感测元件273。环境光可能导致噪声。因此，信噪比(SNR)可能降低。
图5B示出了可以是传感器250的另一示例的传感器250b的详细结构。除了光阑276的位置被修改之外，传感器250b可以类似于传感器250a。例如，在图5B中，光阑276被布置在分束器275和聚焦透镜277之间。在一些实施例(未示出)中，光阑276被布置在聚焦透镜277和反射镜278之间，或者被布置在反射镜278和感测元件273之间。在一些实施例中，反射镜278不被包括作为传感器205a或传感器250b的部分。在不包括反射镜278的一些实施例中，光阑276可以被布置在聚焦透镜277和感测元件273之间。在图5B的布置中，光仅通过光阑276一次。传感器250b可以允许更大量的准直光到达晶片201。因此，更大量的光可以被反射回到分束器275中。相对较大量的反射光可以通过光阑276，而光阑276仍然起到切掉一些光的作用。传感器250b可以允许在传感器273中生成更大的信号。
在一些实施例中，光源272可以由来自另一源的光通过的光阑形成。例如，尽管本文中的附图可以示出光源的结构，诸如被安装在电路板上的发光二极管，但是光源272可以由电路板(或另一结构)中的开口形成，来自另一源的光通过该开口被透射。光源272的开口可以构成束限制光阑。
如图所示，例如关于图5A和图5B中的传感器250a和传感器250b，传感器可以仅使用单个感测元件。这种传感器可能易受单通道信号变化的影响。这可能是由于光源模块中的功率变化。为了消除电源变化，可以使用自差动方法。
自差动方法可以采用多个感测元件。可以提供共模作为参考。例如，传感器可以被配置为使得参考束被引导到第一感测元件。第二感测元件可以用于确定基于与参考束的比较的样本的性质。
图7A示出了传感器600的详细结构(传感器600由虚线矩形表示)。传感器600可以包括基部601。基部601可以是电路板，诸如PCB。基部601可以是基本上平面的构件，在该构件上可以提供其他组件。传感器600可以包括光源272，类似于上面所讨论的。光源272可以被安装在基部601上。光源272可以被配置以照射样本，诸如晶片201。传感器600可以包括第一感测元件640。第一感测元件640可以包括光电二极管。第一感测元件640可以被安装在基部601上。传感器600还可以包括第二感测元件670。第二感测元件670可以包括光电二极管。光源272、第一感测元件640和第二感测元件670可以基本上被布置在同一平面上。入射在第一感测元件640上的束可以用作参考，如下面将要讨论的。
传感器600可以包括光学元件。如图7A所示，传感器600可以包括准直器274，类似于上面所讨论的。准直器274可以被配置为沿第一方向提供来自光源272的光。第一方向可以是从基部601到准直器274。第一方向可以朝向晶片201。来自准直器274的光可以被导向晶片201。如图7A所示，第一方向可以向下朝向晶片201。
传感器600可以包括第一光学元件610。第一光学元件610可以包括分束器，诸如上面讨论的分束器275。第一光学元件610可以被配置为在多个方向上提供输入其中的光。第一光学元件610可以在传感器600中被定向，使得其光提供方向之一可以与光源272的发射方向对准。第一光学元件610可以被配置为在第一方向上传递输入其中的光并且在第二方向上反射输入其中的光。第一方向可以是向下的，如图7A所示。第二方向可以与第一方向相反。第二方向可以是向上的，如图7A所示。
来自准直器274的光可以被输入到第一光学元件610中。该光可以在第一方向上被输入到第一光学元件610中。第一光学元件610可以输出该光，使得其朝向晶片201前进。可以通过在第一方向上通过第一光学元件610来将光提供给晶片201。从晶片201反射回的光也可以被输入到第一光学元件610中。从晶片201反射回的光可以在第二方向上被输入到第一光学元件610中。第一光学元件610可以在第三方向上输出该光。第三方向可以垂直于第一方向或第二方向。如图7A所示，光从第一光学元件610在第三方向上(向左)朝向第二光学元件620输出。在图7A所示的状态下，第三方向垂直于第一方向和第二方向。应当理解，从晶片201反射回的光可以不总是直朝向第一光学元件610返回。例如，当晶片201倾斜时，在图7A所示的状态下，从晶片201输入到第一光学元件610中的光可以相对于输入到第一光学元件610中的光在第二方向上倾斜。因此，从第一光学元件朝向第二光学元件620输出的光可以被倾斜地引导。通常在第三方向上的光输出可以相对于第一方向倾斜。第三方向可以保持垂直于第二方向。第一光学元件610可以被配置为相对于其输入方向垂直地引导光。第二光学元件620可以被类似地配置。
第二光学元件620可以包括分束器，诸如分束器275。类似于第一光学元件610，第二光学元件620可以被配置为在多个方向上提供输入其中的光。第二光学元件620可以在传感器600中被定向，使得其光提供方向之一可以与第一光学元件610的输出方向对准。
第二光学元件620可以被配置为改变通过其的束的性质。输入到第二感测元件620的光束可以被透射通过第二光学元件620。被透射的光束的性质可以根据晶片201的倾斜而改变。该性质可以包括束的光量。该性质可以包括束的强度。该性质可以包括由束在感测元件上形成的斑的亮度。
第二光学元件620可以被配置为在多个方向上划分并透射在第三方向上输入其中的光。在第三方向上输入到第二光学元件620的光可以在第四方向和第五方向上输出。第四方向可以类似于第二方向(例如，在图7A中向上)。第四方向可以平行于第二方向。这里，“第四方向”可以不同于上面关于图6A所讨论的“第四方向”。第四方向和第五方向可以与第二光学元件620相关联。第五方向可以类似于第三方向(例如，图7A中的左)。第五方向可以平行于第三方向。第二光学元件620可以被配置为在其输出之间划分预定比例的光，例如在第四方向和第五方向上发射的光。例如，可以基于第二光学元件620的构造或材料组成来设置第四方向和第五方向之间的光的划分。类似于上面第一光学元件610的描述，当晶片201倾斜时，在图7A所示的状态下，来自第二光学元件620的光输出可以相对于来自第二光学元件620的在第四方向和第五方向上的光输出倾斜。
第一光学元件610和第二光学元件620的性质可以不同。例如，在一些实施例中，第一光学元件610可以被配置为具有高反射率，而第二光学元件620被配置为具有高透射率。第一光学元件610可以被配置为：在第二方向(例如，朝向晶片201)上输出尽可能多的光，并且在第三方向(例如，朝向第二光学元件620的左方)上反射尽可能多的光。在一些实施例中，第一光学元件610可以被配置为减少损耗。
第二光学元件620可以被配置为沿着多个束路径分离和输出光。从第二光学元件620输出的束的路径可以从第二光学元件620前进到第一感测元件640。从第二光学元件620输出的另一束的路径可以从第二光学元件620前进到第二感测元件670。“束路径”可以被定义为束在从将输入束分成多个输出束的光学元件(诸如分束器)输出之后所采取的路径。束路径可以与光学元件相关联。
传感器600可以包括第一透镜630。第一透镜630可以包括聚光透镜。第一透镜630可以被配置为使输入其中的光聚焦。第一透镜630可以使光聚焦到第一感测元件640上。第一透镜630可以被布置在第二光学元件620和第一感测元件640之间。第一透镜630可以被布置在从第二光学元件620前进的第一束路径上。
传感器600可以包括第二透镜635。第二透镜635可以被布置在从第二光学元件620前进的第二束路径上。第二透镜635可以包括聚焦透镜，诸如图5A和图5B的聚焦透镜277。第二透镜635可以被配置为使输入其中的光聚焦。第二透镜635可以在焦平面处形成图像。通过第二透镜635的光线可以被聚焦到焦平面处的一点。第二透镜635可以被布置在第二光学元件620和第二感测元件670之间。第二透镜635可以被布置在第二光学元件620和光阑660之间。在一些实施例中，第二透镜635可以被布置在第二光学元件620和第三光学元件650之间。第二透镜635可以被配置为在布置光阑660的平面处形成焦平面。从第二透镜635提供的光可以被聚焦到光阑660的开口的中心处的点上。
光阑660可以被设置在传感器600中。光阑660可以是指在材料中形成的开口。例如，类似于光阑276，光阑660可以由具有孔的板形成。光阑660可以包括针孔(pinhole)。与光阑276相比，光阑660可以具有明显更小的开口。光可以被配置为通过第二透镜635被聚焦在光阑660的中心处。第二透镜635可以被配置为使光聚焦到定点(pinpoint)。因此，光阑660可以被配置为在第二透镜625被配置为使束聚焦的定点位置处具有开口。光阑660的尺寸可以基于第二透镜635的聚焦能力。在一些实施例中，光阑660可以具有小于或等于500μm的开口。在一些实施例中，光阑660可以具有小于或等于100μm的开口。
光阑660可以被布置在感测元件670附近。感测元件670可以直接位于光阑660的下游。第二透镜635可以被配置为使光聚焦在其上布置有光阑660的焦平面处。随着距焦平面的距离增加，光可以被分散得更大。因此，尽可能靠近第二透镜635的焦平面来定位感测元件670可以是有利的。这可以使感测元件670的尺寸最小化。
传感器600可以包括第三光学元件650。第三光学元件650可以被布置在从第二光学元件620前进的第二束路径上。第三光学元件650可以被配置为改变从第二光学元件650输出的光的传播方向。第三光学元件650可以被配置为在与束被输入的方向垂直的方向上输出束，并且可以输出几乎没有损耗的束。第三光学元件650可以是反射镜。第三光学元件650可以被布置在第二光学元件620的第二束路径上的传感器600中的第二透镜635的下游。
光阑660和第二感测元件670也可以被设置在第二束路径上。因此，第二光学元件620可以被配置为沿着第一束路径朝向第一感测元件透射光，并且沿着第二束路径朝向第二感测元件透射光。
传感器600可以被配置为抵抗样本的高度改变。例如，在操作中，传感器600可以检测晶片201的倾斜。传感器600可以独立于样本高度来检测倾斜。如图7A所示，从准直器274输出的准直光入射到晶片201上。准直束可以基本上由彼此平行的光线组成。相比之下，会聚或发散束可以包括相对于彼此成角度的光线。对于会聚或发散束，束路径越长，束可能经历的会聚(或发散)就越多。因此，在感测元件上接收的最终光量可以根据束行进的距离而不同，因为束斑可能被加宽。可能希望提供一种对SEM中的样本高度不敏感的传感器，以提高样本装载的灵活性。此外，在一些实施例中，可能希望延长样本与系统的其他组件之间的距离(例如，降低样本高度)。例如，在SEM系统中，增加样本与SEM的电极之间的距离可以有助于降低高压电弧的危险。使用允许样本被放置在较大距离处的倾斜传感器可以增强灵活性。
传感器600可以基于第一感测元件640和第二感测元件670的输出来检测样本的倾斜。可以入射到第一感测元件640和第二感测元件670上的光束的性质可以根据样本的倾斜而改变。参照图7A，当晶片201倾斜时，第一传感器640上的束斑强度可以相对于未倾斜状态保持大致相同，而第二感测元件670的束斑强度可以相对于未倾斜状态显著减小。光阑660可以切割被导向第二感测元件670的聚焦光束，使得第二感测元件670上的束斑强度突然急剧减小。同时，由于晶片201的倾斜，第一感测元件640上的束斑可能略微移位，但因为来自晶片201的反射光不通过光阑而到达第一感测元件640，所以其强度应保持基本上不变。当第二感测元件670的输出显著改变而第一感测元件640的输出保持基本相同时，可以确定晶片201是倾斜的。
可以基于感测元件输出的相对量度来确定倾斜度。如本文中所使用，术语“输出”、“输出信号”、“感测元件输出”或“感测元件的输出”等可以是指感测元件或其相关联电路的输出。例如，信号调节电路、前端电子器件、模数转换器(ADC)等可以被附接到感测元件。输出可以是指例如由感测元件生成的原始信号或来自电路的经处理的信号。
第一感测元件640或第二感测元件670的输出可以与其上所接收的束的强度相对应。在一些实施例中，感测元件的输出可以被配置作为电流信号。例如，传感器600可以被配置为：使得与未倾斜状态相比，即使当晶片201倾斜时，第一传感器640上的输出电流I1也保持基本上不变。同时，传感器600可以被配置为：使得第二传感器670上的输出电流I2随着倾斜度而减小。可以基于I1和I2之间的关系来确定倾斜度。该关系可以被预先确定，并且可以基于被包括在传感器600中的光学元件的性质，诸如第二光学元件620的透射性质。
图7B图示了传感器600b。除了第三光学元件650可以被省略并且不被包括作为传感器600b的部分之外，传感器600b可以类似于传感器600。光阑660和第二感测元件670的位置可以改变。第二感测元件670可以被设置在其自身的电路板上。
来自第一感测元件640的输出可以用于消除变化性的影响。光源272可以由于例如电源变化或样本表面反射率变化而呈现变化。因此，由光源272生成的束的强度可以改变，并且第一感测元件640或第二感测元件670上的束斑的强度可以改变，而与晶片201的倾斜状态无关。来自第一感测元件640的输出可以用作公共参考信号，因为即使当晶片201倾斜时，它也可以保持基本不变。来自第二感测元件670的输出可以与来自第一感测元件640的输出进行比较，以确定晶片201是否倾斜或者信号的改变是否可能是由于其它现象，诸如变化性效应。一种检测倾斜的方法可以包括消除电源变化。该方法可以包括：使用参考信号并且比较来自多个感测元件的输出。
传感器600可以用于采用共焦检测方法。在传感器250a或传感器250b的比较示例中，如以上参考图5A和图5B所讨论的，光阑276可以被配置为切割准直束。例如，准直光可以从准直器274产生，并且从晶片201反射的准直光可以被导向光阑276。然而，如图7A和图7B所示，可以提供被配置为切割聚焦束的光阑660。光阑660可以包括与光源272共焦的针孔。例如，第二透镜635可以被配置为在焦平面处形成光源272的图像，并且光阑660可以被布置在焦平面处。切割聚焦束可能比切割准直束更敏感。例如，准直束可以具有相对宽的束宽度，因此，当样本倾斜时，光阑可以仅切割准直束的一部分。在图5B所示的示例中，当晶片201倾斜时，准直束中仅从晶片201被反射的一部分可以被光阑276切割。这可能导致感测元件中相对小的对应信号改变。特别地，当光阑276被配置为具有大的开口尺寸时，可能难以确定感测元件中的信号波动是否是由于晶片201的倾斜或变化性效应(诸如光源功率变化)。相比之下，具有针孔的光阑可能更敏感，因为该光阑可能切割强度更集中的束。此外，使用具有较小开口的光阑可以更有效地抑制环境光的影响。一种检测倾斜的方法可以包括：当样本的倾斜增加时，改变通过组件的透射光的量。该方法可以包括：通过增加透射光的量随着样本的倾斜增加而改变的程度来增强感测的灵敏度。该组件可以包括具有针孔的光阑。
如上所述，在感测系统中可能存在诸如光源功率变化或样本表面反射率变化的变化性效应。例如，光源可以生成其强度可以随时间衰减的束。在本公开的一些实施例中，可以通过使用自差动方法来解决变化性影响。例如，在一些实施例中，可以在传感器中提供多个感测元件，并且该传感器可以被配置为基于关系来确定参数。可以提供被配置为使用来自传感器的输出来确定参数的控制器。控制器可以被编程以执行与本公开一致的方法。在一种配置中，第一感测元件640的输出电流I1与第二感测元件670的输出电流I2之间的关系可以被预先确定并用于确定参数。该关系可以基于传感器600的组件的性质。诸如倾斜度的参数可以基于诸如I1-I2的关系来确定。在一些实施例中，可以基于诸如log(I1)-log(I2)的关系来确定参数，该关系可以等于log(I1/I2)。该关系可以包括算法。使用这种关系可以帮助消除可能存在于I1和I2中的共同波动。
样本的表面粗糙度可能影响与用于检测倾斜的传感器的兼容性。样本可以具有可以根据ISO(国际标准化组织)等级来测量的表面粗糙度。例如，样本可以根据其粗糙度值(Ra)通过ISO等级号(诸如表1中给出的那些)分类，粗糙度值可以基于表面轮廓的算术平均值。可以基于与轮廓的给定中心线的偏差来确定平均值。
Figure BDA0003521693920000241
Figure BDA0003521693920000251
具有低表面粗糙度的样本可以与多种传感器兼容，该多种传感器包括那些未必具有高灵敏度的传感器。例如，在一些情况下，表面粗糙度小于或等于N9的样本可以用作与具有高灵敏度的传感器一起的协作目标。具有相对低的表面粗糙度(例如，小于或等于N9)的样本可以意味着从样本反射的光将可预测地表现，并且传感器可以能够检测到系统输出中的甚至小的变化对应于样本倾斜。另一方面，表面粗糙度为N10至N12的样本可以用作与仅具有低灵敏度的传感器一起的协作目标。粗糙表面可能导致不可预测的系统输出，并且因此，传感器可能仅能够检测与样本倾斜相对应的径向偏差，并且该样本倾斜必须相对极大。随着样本表面粗糙度的增加，检测样本的倾斜可能变得更加困难，并且可能需要安装单独的协作目标。使用自差动方法可以有助于减小粗糙表面的影响。
在一些实施例中，调制可以用于进一步增强传感器的灵敏度和精度。光源272可以被配置为以调制图案发射束。例如，光源272可以被配置为快速地打开或关闭束(例如，在发射的打开状态和关闭状态之间切换)。调制的频率可以在kHz的范围内。第二感测元件670可以被配置为解调束。在一些实施例中，可以提供调制器和解调器。调制器可以被配置以生成代码，诸如随机数(或伪随机噪声，“PN”)代码。控制器(诸如图1所示的控制器109)可以包括调制器和解调器。可以提供偏转器以调制由光源272生成的束。调制在美国申请No.15/826,600中进行讨论，其通过引用被整体并入本文中。调制可以用于抑制环境光的影响并且改善SNR。例如，与在光源272的发射的打开状态(例如，积极占空比)相比，传感器可以被配置为消除在光源272的发射的关闭状态期间检测到的环境光期间检测到的环境光的影响。调制可以增强传感器的有用性并且增加其对复杂光照环境的适用性。
根据本公开的实施例的传感器可以包括自差动方法和共焦光阑等方面。传感器可以被应用在SEM系统中，以用于例如晶片掩模或金属表面校平。图8示出了被应用于SEM的传感器600的示例。传感器600可以被配置为发射平行于SEM的光轴105的束245。SEM可以包括与轴105对准的物镜132和检测器144等其它组件。传感器可以被类似地应用于位置传感器系统。例如，传感器可以被配置为检测晶片的垂直位置(诸如在美国专利No.10,176,967中所示的示例中，该专利通过引用被整体并入本文中)。
在一些实施例中，可以提供一种感测束的方法。该方法可以包括：将来自源的光引导到样本上，接收来自感测元件的输出，以及基于该输出来确定值。该值可以是样本的倾斜度。该方法还可以包括：使光聚焦到焦平面上，通过被布置在焦平面处的光阑透射光，以及将光投射到感测元件上。感测元件可以包括多个感测元件。
图9示出了根据本公开的实施例的方法的示例。图9的方法可以由诸如控制器109的控制器执行。控制器109可以向例如带电粒子束系统或其它系统的组件发出指令以实现某些功能。在开始图9的例程时，该方法可以前进到步骤S101。步骤S101可以包括形成束。束可以由光源生成。例如，光源272可以生成束，诸如束245。步骤S101可以包括对束进行准直。例如，可以使束通过准直器274以形成束。
图9的方法还可以包括步骤S102至S111。步骤S102可以包括将光输入到第一光学元件。例如，步骤S102可以包括向以上关于图7A或图7B所讨论的第一光学元件610输入光。步骤S103可以包括朝向样本输出光。步骤S103可以包括将来自第一光学元件610的光导向晶片201。
接下来，光可以被反射离开样本并且可以朝向第一光学元件被引导回。步骤S104可以包括将光输入到第二光学元件。步骤S104可以包括从第一光学元件610输出光并且将光输入到第二光学元件620中。接下来，步骤S105和S106可以一起发生。步骤S105可以包括朝向第一感测元件输出光。步骤S106可以包括朝向第二感测元件输出光。例如，输入到第二光学元件620的光可以沿着第一束路径朝向第一感测元件640输出，并且光可以沿着第二束路径朝向第二感测元件670输出。光可以在第一束路径和第二束路径之间被分离。
在步骤S107中，可以对光进行聚焦。步骤S107可以包括沿着第一光束路径或第二光束路径聚焦光。例如，从第二感测元件620输出的光可以通过第一透镜630。另外，从第二感测元件620输出的光可以通过第二透镜635。通过第一透镜630的光可以被聚焦在第一感测元件640上。通过第二透镜635的光可以被聚焦在其处设置有光阑660的焦平面上。在步骤S108中，可以将光导向第二感测元件670。步骤S108可以包括改变从第二光学元件620或从第二透镜635输出的光的传播方向。步骤S108可以包括将光反射离开第三光学元件650。步骤S109可以包括通过开口透射光。开口可以是针孔。步骤S109可以包括通过光阑660透射光。步骤S110可以包括在第二感测元件上接收光。步骤S110可以包括使入射在第二感测元件670上的光生成输出。
步骤S111可以包括确定值。步骤S111可以包括确定样本的参数。步骤S111的确定可以基于第一感测元件或第二感测元件的输出。例如，步骤S111的确定可以包括基于第一感测元件640和第二感测元件670的输出来确定晶片201的倾斜度。该确定可以基于关系。该确定可以包括使用算法来计算值。该算法可以反映第一感测元件的输出与第二感测元件的输出之间的关系。在一些实施例中，该算法可以反映感测系统的组件的性质之间的关系。例如，该算法可以反映第一感测元件610和第二感测元件620的性质之间的关系。这样的性质可以包括透射率和反射率。
在一些实施例中，可以提供一种检测样本中的倾斜的方法。样本可以是晶片。该方法可以包括将激光束引导在样本处以产生反射束。该方法还可以包括将反射束传递通过光学元件以生成第一束和第二束。该方法还可以包括：检测第一束的第一性质，以及检测第二束的第二性质。第一性质可以是束的亮度，并且第一性质可以由光电二极管检测。第二性质可以是可以由光电二极管检测的第二束的一部分的亮度。可以存在检测第一束的第一光电二极管和检测第二束的第二光电二极管。第二束的第二性质可以在第二束的该部分通过组件之后被检测。该组件可以包括光阑。该方法还可以包括基于第一性质和第二性质来确定样本的倾斜。
图10示出了根据本公开的实施例的方法的示例。图10的方法可以由诸如控制器109的控制器执行。图10的方法可以从步骤S201开始。步骤S201可以包括形成激光束。激光束可以由诸如光电二极管的源生成。源可以包括光源272。步骤S201可以包括对束进行准直。激光束可以被导向样本，诸如晶片201。步骤S201可以包括将激光束传递通过其他光学元件。步骤S201可以包括将激光束传递通过分束器。
接下来，在步骤S202中，激光束可以撞击在样本上并且可以反射离开样本。反射束的发射可以取决于样本的倾斜。例如，反射束的角度可以取决于样本的倾斜度。反射束可以被导向光学元件，诸如分束器。反射束可以通过分束器并且可以被导向其它光学元件。
在步骤S203中，来自反射束的光束的光的至少一部分可以被导向另一光学元件。步骤S203可以包括从分束器朝向另一分束器输出束。
在步骤S204中，可以生成可以用于感测的多个束。步骤S204可以包括生成第一束和第二束。第一束和第二束可以通过将束传递通过分束器来生成。第一束可以在一个方向上被引导，以便到达第一感测元件，并且第二束可以在另一方向上被引导，以便到达第二感测元件。
在步骤S205中，可以将第一束导向第一感测元件。第一束可以如步骤S206中那样进行处理。例如，第一束可以通过聚光透镜，然后可以入射在第一感测元件上，由此在第一感测元件中生成信号。可以确定第一束的性质。例如，可以确定由第一束在第一感测元件上形成的束斑的亮度。
同时，在步骤S210中，可以将第二束导向第二感测元件。第二感测元件可以如步骤S211中那样进行处理。步骤S211可以包括将第二束传递通过另一光学元件。光学元件可以被配置为根据样本的倾斜来改变通过它的束的性质。光学元件可以包括光阑。第二束可以入射在第二感测元件上，由此在第二感测元件中生成信号。可以确定第二束的性质。例如，可以确定由第二束在第二感测元件上形成的束斑的亮度。
在步骤S220中，可以基于来自第一感测元件和第二感测元件的输出来确定值。该值可以包括样本的倾斜。该值可以是相对于参考平面或参考线的角度。
图10的方法可以包括消除环境光的影响。该方法可以包括使用调制。
该方法可以包括消除电源变化的影响。该方法可以包括改变第二束的性质，该性质例如可以基于样本的倾斜而不是基于电源变化或环境光。
可以使用以下条款进一步描述这些实施例：
1.一种设备，包括：
光源，被配置为照射样本；第一光学元件，被配置为：在第一方向上向样本提供来自光源的光，并且在第二方向上向在第三方向上的另一分量提供输入到第一光学元件的光；
第二光学元件，被配置为：在第四方向上向第一感测元件提供光，并且在第五方向上向第三光学元件提供光；
第三光学元件，其中第三光学元件被配置为：向第二感测元件提供光；透镜，被配置为使来自该光源的光聚焦，其中透镜被布置在第二光学元件与光阑之间；以及光阑，其中该光阑被布置在第三光学元件与第二感测元件之间，并且该光阑被布置在透镜的焦平面处。
2.根据条款1所述的设备，还包括：准直器，被布置在光源和第一光学元件之间。
3.根据条款1或条款2所述的设备，还包括：
控制器，被配置为：基于第一感测元件的输出与第二感测元件的输出之间的关系来确定值。
4.根据条款1至3中任一项所述的设备，其中光源包括激光二极管。
5.根据条款1至4中任一项所述的设备，其中光源包括另一光阑，光被配置为通过该另一光阑。
6.根据条款1至5中任一项所述的设备，其中光源被配置为对从光源发射的光进行调制。
7.根据条款3所述的设备，其中控制器被配置为：使光源对从光源发射的光进行调制；以及对来自第一感测元件的信号进行解调。
8.根据条款1至7中任一项所述的设备，还包括：电路板，其中光源、第一感测元件和第二感测元件被布置在电路板上。
9.根据条款1至8中任一项所述的设备，其中光阑包括针孔。
10.一种设备，包括：第一分束器，被配置为朝向样本透射光，并且朝向第二分束器反射光；第二分束器，其中第二分束器被配置为沿第一束路径和第二束路径透射光；以及光阑，被布置在第二束路径上。
11.根据条款10所述的设备，还包括：光源，被配置为将光输入到第一分束器中。
12.根据条款10或条款11所述的设备，还包括：反射镜，被布置在第二束路径上，并且被配置为朝向光阑反射光。
13.根据条款10至12中任一项所述的设备，还包括：准直器，被布置在光源和第一分束器之间。
14.根据条款10至13中任一项所述的设备，还包括：第一透镜，被配置为使束沿着第一束路径进行聚焦。
15.根据条款10至14中任一项所述的设备，还包括：第二透镜，被配置为使束沿着第二束路径进行聚焦，其中光阑被布置在第二透镜的焦平面处。
16.一种感测光束的方法，包括：将光输入到第一光学元件中；将来自第一光学元件的光输入到第二光学元件中；将来自第二光学元件的光沿着第一束路径导向第一感测元件；使光沿着第二束路径聚焦；以及通过光阑透射光。
17.根据条款16所述的方法，还包括：对输入到第一光学元件的光进行准直。
18.根据条款16或条款17所述的方法，还包括：将来自被布置在第二束路径上的第三光学元件的光导向第二感测元件，
其中使光沿着第二束路径进行聚焦包括：将光聚焦到光阑的中心处的点，其中光阑包括针孔，并且光阑在第二光学元件与第二感测元件之间。
19.根据条款18所述的方法，还包括：基于第一感测元件的输出与第二感测元件的输出之间的关系来确定值。
20.根据条款19所述的方法，其中确定值包括：使用算法来计算值。
21.根据条款1至9中任一项所述的设备，其中第四方向平行于第二方向，并且第五方向平行于第三方向。
22.一种确定样本的倾斜的方法，该方法包括：将激光束引导在样本处以产生反射束；将反射束传递通过第一光学元件以生成第一束和第二束；确定第一束的第一性质；确定第二束的第二性质；以及基于第一性质和第二性质来确定样本的倾斜。
23.根据条款22所述的方法，其中第一性质包括第一束的光的量，并且第二性质包括第二束的光的量。
24.根据条款22所述的方法，其中第一性质包括第一束的强度，并且第二性质包括第二束的强度。
25.根据条款22所述的方法，其中第一性质包括由第一束在第一感测元件上形成的斑的亮度，并且第二性质包括由第二束在第二感测元件上形成的斑的亮度。
26.根据条款22至25中任一项所述的方法，还包括：将第二束传递通过第二光学元件，其中第二光学元件被配置为：基于样本的倾斜来改变第二性质。
27.根据条款26所述的方法，其中第二光学元件包括光阑，该光阑被配置为：当倾斜增加时，减少被透射通过光阑的光的量。
28.根据条款22至27中任一项所述的方法，还包括：将反射光束传递通过第三光学元件，该第三光学元件被布置在样本和第一光学元件之间，其中反射束被导向第一光学元件。
29.根据条款22至28中任一项所述的方法，还包括：消除环境光的影响。
30.根据条款22至29中任一项所述的方法，还包括：消除电源变化的影响。
31.根据条款22至30中任一项所述的方法，还包括：调制激光束。
32.根据条款25的方法，还包括：当倾斜增加时，减小由第二束在第二感测元件上形成的斑的亮度。
33.一种非瞬态计算机可读介质，该非瞬态计算机可读介质存储指令集，该指令集能够由计算设备的至少一个处理器执行以执行用于增强图像的方法，该方法包括：根据条款16至32中任一项所述的方法。
在一些实施例中，诸如倾斜传感器的传感器可以与控制带电粒子束系统的控制器通信。控制器可以指示带电粒子束系统的组件执行各种功能，诸如控制带电粒子源以生成带电粒子束以及控制偏转器以扫描带电粒子束。控制器还可以执行各种其它功能，诸如调整样本的位置。控制器可以包括存储装置，该存储装置是诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储装置可以用于将被扫描的原始图像数据保存为初始图像并且保存后处理图像。可以提供非瞬态计算机可读介质，该非瞬态计算机可读介存储用于控制器109的处理器执行以下的指令：带电粒子束检测，采样周期确定，图像处理或与本公开一致的其它功能和方法。非瞬态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、ROM、PROM、和EPROM、FLASH-EPROM或任何其它闪速存储器、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒、以及它们的联网版本。
图中的框图可以图示根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件/软件产品的可能实现的体系结构、功能和操作。在这方面，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路的硬件来实现的某些算术或逻辑运算处理。框还可以表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的模块、段或部分。应当理解，在一些备选的实现方式中，在框中指示的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，根据所涉及的功能性，可以基本上同时执行或实现连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行两个框。也可以省略一些框。还应当理解，框图的每个框以及框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
应当理解，本发明不限于上面已经描述并在附图中示出的确切构造，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
光源，被配置为照射样本；
第一光学元件，被配置为：在第一方向上向所述样本提供来自所述光源的光，并且在第二方向上向在第三方向上的另一分量提供输入到所述第一光学元件的光；
第二光学元件，被配置为：在第四方向上向第一感测元件提供光，并且在第五方向上向第三光学元件提供光；
所述第三光学元件，其中所述第三光学元件被配置为：向第二感测元件提供光；
透镜，被配置为使来自所述光源的光聚焦，其中所述透镜被布置在所述第二光学元件与光阑之间；以及
所述光阑，其中所述光阑被布置在所述第三光学元件和所述第二感测元件之间，并且所述光阑被布置在所述透镜的焦平面处。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：
准直器，被布置在所述光源和所述第一光学元件之间。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括：
控制器，被配置为：基于所述第一感测元件的输出与所述第二感测元件的输出之间的关系来确定值。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源包括激光二极管。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源包括另一光阑，光被配置为通过所述另一光阑。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源被配置为对从所述光源发射的光进行调制。
7.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器被配置为：
使所述光源对从所述光源发射的光进行调制；以及
对来自所述第一感测元件的信号进行解调。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括：
电路板，其中所述光源、所述第一感测元件和所述第二感测元件被布置在所述电路板上。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述光阑包括针孔。
10.一种感测光束的方法，包括：
将光输入到第一光学元件中；
将来自所述第一光学元件的光输入到第二光学元件中；
将来自所述第二光学元件的光沿着第一束路径导向第一感测元件；
使光沿着第二束路径进行聚焦；以及
通过光阑透射光。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
对输入到所述第一光学元件的光进行准直。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：
将来自被布置在所述第二束路径上的第三光学元件的光导向第二感测元件，
其中使光沿着所述第二束路径进行聚焦包括：将光聚焦到所述光阑的中心处的点，其中所述光阑包括针孔，并且所述光阑在所述第二光学元件与所述第二感测元件之间。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
基于所述第一感测元件的输出与所述第二感测元件的输出之间的关系来确定值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述值包括：使用算法来计算所述值。
15.一种非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质存储指令集，所述指令集能够由计算设备的至少一个处理器执行以执行用于增强图像的方法，所述方法包括：
将光输入到第一光学元件中；
将来自所述第一光学元件的光输入到第二光学元件中；
将来自所述第二光学元件的光沿着第一束路径导向第一感测元件；
使光沿着第二束路径进行聚焦；以及
通过光阑透射光。
CN202080060523.9A 2019-08-30 2020-08-20 用于测量带电粒子束系统中的水平变化的自差动共焦倾斜传感器 Pending CN114450554A (zh)

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