CN116134578A - 使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法、校准带电粒子束装置的方法及带电粒子束装置 - Google Patents

使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法、校准带电粒子束装置的方法及带电粒子束装置 Download PDF

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Abstract

一种使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法，包含：确定带电粒子束装置的物镜的第一聚焦强度，第一聚焦强度适于将带电粒子束聚焦在样品的第一表面区域上；确定多个焦点子范围的第一焦点子范围，使得第一聚焦强度在第一焦点子范围内，其中多个聚焦子范围与校准参数的一组值相关联；确定校准参数的第一值，第一值与第一焦点子范围相关联；以及利用第一值对第一表面区域进行成像。

Description

使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法、校准带电粒子束装置的方法及带电粒子束装置
技术领域
本公开内容涉及一种使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法。具体而言，可具有非平面表面的用于显示器制造的大面积基板被成像。更具体地，本文描述的实施方式涉及用于使用聚焦的带电粒子束对样品进行成像的方法及设备，具体地用于计量、检验及检查缺陷中的至少一者。具体而言，本文描述的实施方式可用于对样品进行成像，以用于执行测量，诸如临界尺寸测量。另外，描述了校准带电粒子束装置的方法及用于对样品进行成像的带电粒子束装置。
背景技术
在众多应用中，薄层沉积在基板上，例如，沉积在玻璃基板上。基板通常在涂布设备的真空腔室中涂布。对于一些应用，基板在真空腔室中使用气相沉积技术涂布。在过去几年里，电子装置及具体地光电装置的价格显著降低。另外，显示器中的像素密度增加。对于TFT显示器，高密度TFT集成是有利的。尽管装置内的薄膜晶体管(thin-film transistor；TFT)的数量增加，但良率有待增加并且制造成本有待进一步降低。
一种或多种结构或层可沉积在基板(诸如玻璃基板)上，以在基板上形成电子或光电装置(诸如TFT)的阵列。其上形成有电子或光电结构的基板本文亦称为“样品”。在制造TFT显示器及其他样品期间，可能有利地是对在样品上沉积的一种或多种结构进行成像以监控样品的品质。
例如，样品成像可以通过光学系统执行。然而，样品的特征(例如，细的光刻定义的线的边缘)可能在光学系统中出现模糊或变宽或可能无法作为独立特征来被分辨。由此，光学系统可能不适于对样品的一些特征进行成像。带电粒子(诸如电子)可用于对样品的表面进行成像。与光学系统相比，带电粒子可提供更好的分辨率和/或更准确的特征(诸如光刻定义的结构的边缘)的识别。
然而，使用带电粒子束对具有不平坦表面的样品或位于不平坦基板保持器上的样品进行成像可能是具有挑战性的，因为样品表面可能不位于距物镜的校准距离处，并且带电粒子束装置的景深受到限制。将带电粒子束重新聚焦到样品表面上可能引入测量误差，而通过平台移动将样品表面移动到带电粒子束的焦点中可能减慢样品的表面区域的成像。
由此，考虑到对大面积基板上的提高的显示品质的增加的需求，需要改进方法来以高测量精度并且以快速且可靠的方式调查样品。具体而言，例如，当执行临界尺寸测量时，需要具有高或预定测量精度的用于大面积样品的处理控制。
发明内容
根据本公开内容的多个方面，提供了使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法、校准带电粒子束装置的方法以及用于对样品进行成像的带电粒子束装置。本公开内容的另外的方面、益处、及特征从权利要求书、说明书、及附图显而易见。
根据一个方面，提供了一种使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法。方法包括：确定带电粒子束装置的物镜的第一聚焦强度，第一聚焦强度适于将带电粒子束聚焦在样品的第一表面区域上；确定多个焦点子范围的第一焦点子范围，使得第一聚焦强度在第一焦点子范围内，其中多个聚焦子范围与校准参数的一组值相关联；确定校准参数的第一值，第一值与第一焦点子范围相关联；以及利用第一值对第一表面区域进行成像。
根据另一方面，提供了一种校准带电粒子束装置的方法。方法包括：通过针对第一多个聚焦强度中的每一者执行校准物体的第一测量来执行第一测量；通过基于第一测量针对第一多个聚焦强度中的每一者确定测量误差来确定测量误差；基于测量误差及测量精度来确定多个焦点子范围；通过针对多个焦点子范围中的每一者执行校准物体的第二测量来执行第二测量；以及基于第二测量针对多个焦点子范围来确定校准参数的一组值。
根据进一步的方面，提供了一种用于对样品进行成像的带电粒子束装置。带电粒子束装置包括：平台，用于布置待成像的样品；物镜，被构造为聚焦沿着光轴传播的带电粒子束；以及计算机可读取介质，含有用于对样品进行成像的程序，当由处理器执行时，该程序执行根据本文描述的实施方式的方法。
本公开内容的另外的方面、优点及特征从说明书及附图显而易见。
附图说明
在包括参考附图的说明书的剩余部分中阐述了对本领域技术人员的充分且可行的公开内容，其中：
图1图示了被构造为根据本文描述的方法操作的带电粒子束装置；
图2图示了用于示出聚焦距离对聚焦强度的依赖性的物镜的示意图；
图3A及图3B示出了视野对样品表面与带电粒子束装置的物镜之间的距离的依赖性；
图3C示出了根据本文描述的实施方式的对样品进行成像。
图4是示出根据本文描述的实施方式的校准带电粒子束装置的方法的流程图；
图5A是将测量误差与物镜的第一多个聚焦强度进行关联的图表的示意性图式；
图5B是用于确定多个焦点子范围的图表的示意性图式；
图6是将扫描旋转的定向失配(orientation mismatch)与第二多个聚焦强度进行关联的图表的示意性图式；
图7是示出根据本文描述的实施方式的对样品进行成像的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考示例性实施方式，其一个或多个示例在各图中示出。每个示例通过说明的方式提供并且不意欲为限制。例如，作为一个实施方式的部分而示出或描述的特征可以用于其他实施方式或与其他实施方式结合使用，以产生又一些实施方式。本公开内容意欲包括此种修改及变化。
在各图的以下描述中，相同的附图标记代表相同的部件。仅描述了关于独立实施方式的差异。各图中所示的结构不一定按真实比例描绘，而是用于更佳地理解实施方式。
图1图示了被构造为根据本文描述的方法操作的带电粒子束装置100。带电粒子束装置100可包括具有束源110的扫描电子显微镜102，束源110被构造为产生带电粒子束101，具体为电子束。带电粒子束101可以沿着光轴A被引导穿过扫描电子显微镜102的柱103。可以抽空柱103的内部容积。扫描电子显微镜102可包括束影响元件，诸如一个或多个束偏转器、扫描偏转器140、加速器115、减速器、透镜元件120或其他聚焦或散焦元件、束校正器、束分离器、检测器和/或提供用于影响沿着光轴A传播的带电粒子束101的另外元件。
带电粒子束装置100包括用于布置待在其上进行成像的样品10的平台20、及被构造为将带电粒子束聚焦在布置在平台20上的样品10上的物镜150。
平台20可布置在样品成像腔室105中，在一些实施方式中，可抽空样品成像腔室105。在一些实施方式中，平台20可以是可移动平台。具体而言，平台20可在与带电粒子束装置100的光轴A垂直的平面(本文也称为X-Y平面)中可移动。通过在X-Y平面中或沿着带电粒子束装置100的X-Y轴移动平台20，样品10的指定表面区域被移动到扫描电子显微镜102下方的区域中，使得指定表面区域可以通过在其上聚焦带电粒子束101来进行成像。例如，在图1中，样品10的第一表面区域11与扫描电子显微镜102的光轴A相交，使得可以对第一表面区域11进行成像。平台20也可在Z方向上(即，在光轴A的方向上)是可移动的。在实施方式中，平台20可通过平台运动控制器181而在X-Y平面中并且在Z方向上是可移动的。
根据本文描述的实施方式，样品10的一个或多个表面区域可使用带电粒子束装置100进行成像。如本文使用的术语“样品”可涉及在其上形成有一个或多个层或特征的基板。样品可被成像以用于下列目的的一者或多者：(i)执行计量，具体地用于测量样品的一个或多个特征的尺寸，例如，在横向方向上，即，在X-Y平面上，更具体地执行临界尺寸测量，(ii)检测缺陷，和/或(iii)调查或检查样品的品质。
在一些实施方式中，待成像的样品的表面可以是非平面表面。例如，样品表面可以是粗糙的、不均匀的或可包括在其上形成的具有变化高度的三维特征或结构。样品的不同表面区域可相对于物镜平面定位在不同水平处。
在一些实施方式中，样品(其可具有平面或非平面的样品表面)可布置在平台20上，其中平台20具有非平面的平台表面13。例如，非平面的平台表面13可具有相对于物镜150的平面处于不同水平处的平台表面区域。例如，在平台表面区域的水平之间的差异可以是几百微米大。由此，当样品10在非平面的平台表面13上布置时，样品10可以具有布置在不同水平处的第一表面区域11及第二表面区域12。在平台上布置的样品的表面区域的“水平”可指表面区域沿着光轴A或在Z方向上相对于物镜150的平面的距离。如图1中示意性描绘，样品10可布置在平台20的非平面的平台表面13上。样品10可包括在第一水平处提供的第一表面区域11及在第二水平处提供的与第一表面区域11横向隔开的第二表面区域12。换言之，第一表面区域11相对于物镜150的平面的距离(具体地是Z方向上的距离)不同于第二表面区域12相对于物镜150的平面的距离。
对于使用带电粒子束101对样品进行成像，带电粒子束通常利用物镜150在样品表面上聚焦。当带电粒子束101撞击在样品表面上时，产生二次电子或背向散射电子(也称为“信号电子”)。信号电子提供关于样品表面的特征的空间特性及尺寸的信息并且使用检测器130来检测。通过在样品表面上方扫描带电粒子束101(例如，使用扫描偏转器140)，并且检测信号电子作为信号电子的产生位置的函数，可以对样品表面或其部分进行成像。
在一些实施方式中，可提供一个或多个扫描偏转器140用于在样品的表面上方(例如，在X方向上和/或在Y方向上)扫描带电粒子束101。
带电粒子束可以在样品表面上聚焦成小点。将带电粒子束聚焦成小点可以增加可获得的图像的分辨率。由此，样品表面应当在成像期间布置在物镜的聚焦平面中。物镜150的下游端与待布置样品表面的带电粒子束的聚焦平面之间的距离通常被称为带电粒子束装置100的工作距离WD。
使用带电粒子束对非平面的样品表面成像可以是具有挑战性的，因为并非所有表面区域皆位于共同的聚焦平面内。例如，图1中的第一表面区域11及第二表面区域12位于不同的聚焦平面中。通过局部调适物镜的聚焦强度或通过沿着光轴A移动平台，使得样品表面聚焦，可以对位于距物镜变化的距离处的表面区域进行清晰成像。物镜的聚焦强度可根据待成像的表面区域的局部高度来调适。例如，物镜可包括具有一个或多个线圈的磁透镜部件151。物镜的聚焦强度可通过增加施加到磁透镜部件151的一个或多个线圈的聚焦电流(减小聚焦距离)来增加，并且物镜的聚焦强度可通过减小施加到一个或多个线圈的聚焦电流(增加聚焦距离)来减小。聚焦距离可理解为当使用相关联的聚焦电流激励物镜150时的物镜的下游端与聚焦平面之间的距离。
图2示出了用于三个不同聚焦强度的物镜150及带电粒子束101。对于三个不同的聚焦强度中的每一者，带电粒子束101在距物镜150不同聚焦距离处聚焦，具体地是在工作距离WD处、在第一距离D1处或在第二距离D2处。通过调节物镜150的聚焦强度(具体的是聚焦电流)，聚焦平面可以朝向或远离物镜150偏移。具有变化的表面水平的样品可以通过局部调节物镜150的聚焦强度来清晰成像。换言之，当将对不均匀样品表面或布置在非平面的平台上的样品进行成像时，物镜150的聚焦强度可根据待成像的表面区域的水平而改变。
用于在样品10的表面区域上聚焦带电粒子束101的物镜150的聚焦强度的改变可以导致例如在所获取图像中的像素大小(nm/像素)的改变。例如，如图3A所示，在样品的样品表面308上的特征310可定位在距物镜150工作距离WD处。扫描偏转器140可以以第一偏转342偏转电子束，使得在带电粒子束101的图像扫描的第一视野312中观察到特征310。例如，可校准带电粒子束101以用于在工作距离WD处的测量。具体而言，在所获取图像中的像素可与样品表面308上的尺寸(例如，样品表面308上的长度)相关联。由此，在扫描偏转器140的扫描电流与第一视野312之间的关联性是已知的，并且特征310的实际尺寸可以由样品表面308的所获取图像确定。
在图3B中，定位样品以用于对样品表面308的不同表面区域进行成像。与特征310大小相同的另外的特征311定位在距物镜150未知的距离DX处。带电粒子束101可以聚焦到样品表面308上。以第一偏转342扫描样品表面308可以导致在样品表面308上观察第二视野314，第二视野314可与第一视野312不同。例如，在图3B中，第二视野314大于图3A所示的第一视野312，具体地是因为图3B的未知的距离DX大于图3A中的工作距离WD。由此，与第一视野312(图3A)中的特征310相比，样品10的另外特征311在第二视野314(图3B)中看起来更小。具体而言，与另外特征311的实际尺寸相比，另外特征311的尺寸或临界尺寸可看起来更小。类似地，当样品的表面区域与物镜之间的距离小于预定的工作距离(例如，工作距离WD)时，与特征的实际尺寸相比，样品的特征看起来更大。根据传统技术测量定位于与预定工作距离不同的距离处的特征的尺寸可以负面地影响测量的精度。
在此上下文中，应注意，对于在样品上具有高着陆能量(landing energy)的带电粒子束而言，测量误差可以是相当低的。然而，当使用具有低着陆能量的带电粒子束时，例如，在电子束具有5keV或更小的着陆能量(具体地具有1keV或更小的着陆能量)的情况下，测量误差可能变得明显。由此，在带电粒子束装置包括低电压SEM(low voltage SEM；LV-SEM)的情况下，测量误差可能变得明显。
低能量电子束低于成像玻璃样品或其他不导电样品是有利的。然而，低能量电子束对样品表面与物镜之间的距离变化更敏感。对非平面样品或非平面平台上的样品进行成像的传统方法不能提供适于执行计量、审查或检查大面积基板(诸如用于制造基于平板和/或TFT的显示器的玻璃基板)的精度或吞吐量水平。
根据本文描述的方法及设备，可校准带电粒子束装置以用于对样品进行成像，具体地用于以预定的测量精度对样品表面成像。
根据实施方式，提供了校准带电粒子束装置的方法。方法可以包括在带电粒子装置的平台上布置校准样品。校准样品可具有在校准样品的表面上的校准物体。校准物体可以具有已知尺寸。例如，校准物体可包括在已知距离处或在已知间距处定位的线。线可通过光刻处理形成。校准样品可具体地是校准标准。例如，校准标准可由标准协会提供。
在一些实施方式中，方法可包括为带电粒子束装置定义测量精度。例如，测量精度可取决于处理限制和/或取决于测量可接受的不准确度水平(inaccuracy level)。测量精度可提供为尺寸精度，例如，在表面区域的图像中的长度测量的精度。例如，测量精度可提供为长度测量精度，例如，以纳米计。在实施方式中，测量精度可小于20nm，具体地小于10nm，更具体地小于5nm，小于2nm或小于0.5nm。在本文中，为校准带电粒子束装置确定的测量精度也可称为预定的测量精度。
在实施方式中，方法可包括为带电粒子束装置100的柱103定义操作点。操作点可包括至少一个操作点设置，具体地是加速能量、着陆能量、磁透镜元件的电流、扫描偏转器电流、消像散器电流及从束源110(电子枪)到校准样品的电子束的缩小中的至少一者。具体而言，操作点可包括着陆能量的操作点设置，使得为带电粒子束提供5keV或更小(具体地1keV或更小)的着陆能量。定义操作点可包括将校准样品定位在距物镜150工作距离WD处(具体而言是在工作距离的标称值处)。带电粒子束可聚焦在含有校准物体的校准样品表面区域上。带电粒子束可使用操作点聚焦强度聚焦在校准样品表面区域上。
在实施方式中，定义操作点可包括确定校准参数(具体而言是偏转器参数)的操作点校准值。在一些实施方式中，定义操作点可包括确定扫描旋转，使得校准样品或校准物体的X-Y轴与用于操作点的带电粒子束装置的图像扫描的X-Y轴对准。例如，可确定扫描旋转，使得带电粒子束的扫描方向至少基本上与校准物体的纵轴(例如，校准样品的线)垂直。
图4图示了用于示出根据本公开内容的实施方式的校准带电粒子束装置的方法的流程图。在实施方式中，方法包括通过针对第一多个聚焦强度中的每一者执行校准物体的第一测量来执行第一测量(方块410)。第一多个聚焦强度可在具有对应的聚焦距离范围的聚焦强度范围内选择，例如使得聚焦距离范围跨越数百微米，例如，至少100μm，具体地至少200μm或至少300μm。
在一些实施方式中，第一多个聚焦强度可在聚焦强度范围内相等地隔开。聚焦强度范围可含有操作点聚焦强度。具体而言，聚焦强度范围可包括小于操作点聚焦强度的至少一个聚焦强度和/或大于操作点聚焦强度的至少一个聚焦强度。
例如，如图5A所示，第一多个聚焦强度F-N、...、F-1、F0、F1、...、FN可包括操作点聚焦强度F0。在图5A中，第一多个聚焦强度F-N、...、F-1、F0、F1、...、FN通过将聚焦强度差R的倍数(具体地整数(-N、...、N)倍)与操作点聚焦强度F0相加来确定。例如，第一多个聚焦强度F-N、...、F-1、F0、F1、...、FN可通过F0-NR、...、F0-R、F0、F0+R、...、F0+NR计算。
在实施方式中，针对物镜的多个聚焦强度中的每一者，使校准物体聚焦。例如，针对第一多个聚焦强度中的最小聚焦强度F-N，平台可沿着光轴向下移动，直到表面在焦点中。在针对最小聚焦强度F-N执行第一测量之后，针对下一聚焦强度F-N+1，平台可向上移动以使校准物体聚焦。方法可继续针对第一多个聚焦强度F-N、...、F-1、F0、F1、...、FN的每一者执行第一测量。
在一些实施方式中，校准物体可以由带电粒子束装置的操作人员手动地聚焦。操作人员可沿着光轴移动平台以找到提供校准物体的清晰图像的平台位置。在一些实施方式中，校准物体可使用可变距离自动聚焦处理来聚焦。可变距离自动聚焦处理可以包括在距物镜的变化距离处对校准物体成像并且分析所获得图像的图像清晰度。可选地，可分析图像对比度。物镜与校准物体之间的距离可通过沿着光轴移动平台而在获得图像之间变化。具体而言，通过最佳化图像清晰度，图像可在迭代收敛过程中在校准物体与物镜之间的距离处获得。收敛迭代过程可包括基于黄金比率搜索法或基于斐波那契(Fibonacci)搜索法选择在校准物体与物镜之间的距离。
如本文使用，聚焦的表面区域或聚焦在表面区域上的带电粒子束可理解为使得表面区域位于带电粒子束的焦点处。表面区域的图像扫描可以提供表面区域的清晰图像。表面区域可处于最佳聚焦。例如，带电粒子束可在表面区域上聚焦成小点。具体地，表面区域可手动地或通过自动聚焦处理(例如，通过根据本文描述的实施方式的可变距离自动聚焦处理或通过可变焦点自动聚焦处理)进行聚焦。
一旦针对第一多个聚焦强度的聚焦强度使校准物体聚焦，执行第一测量可包括获取校准物体的图像。执行第一测量可包括测量所获取图像中的校准物体的尺寸。具体而言，尺寸可以是校准物体的横向尺寸。校准物体的尺寸可以具有已知值。例如，尺寸可以是校准物体的线的间距。校准物体的第一测量可以针对第一多个聚焦强度中的每一者执行。
在实施方式中，方法包括通过基于第一测量针对第一多个聚焦强度中的每一者确定测量误差来确定测量误差(方块420)。测量误差可以基于第一测量并且基于校准物体的尺寸的已知值来确定。例如，可针对第一多个聚焦强度中的每一者确定测量误差，以作为尺寸的相应第一测量与尺寸的已知值之间的差。例如，如图5A所示，测量误差520可在误差E与聚焦强度F的图表中绘制。
在实施方式中，方法包括基于测量误差及测量精度(具体地预定的测量精度)来确定多个焦点子范围(方块430)。可根据本文描述的实施方式定义或提供测量精度。确定多个焦点子范围可以包括将测量误差函数拟合到测量误差。例如，测量误差函数可以是线性拟合。可在某些条件下使用线性拟合。在另外的实施方式中，不同于线性拟合的曲线可用于拟合测量误差。在图5A中，测量误差520通过测量误差函数522拟合，具体而言通过线性拟合。
根据实施方式，可以基于测量误差函数及测量精度来确定多个焦点子范围。在一些实施方式中，可以确定多个子范围，使得在多个焦点子范围中的每一者内，测量误差函数所跨越的误差范围小于或等于测量精度。具体而言，误差函数及测量精度的倍数可用于确定另外的多个聚焦强度Fa、Fb、...Fi、Fj、...、Fx、Fy。测量精度的倍数可具体地包括在测量误差所跨越的范围中含有的测量精度的倍数。例如，另外的多个聚焦强度可使用测量误差函数的反函数计算。具体而言，可通过将反函数应用于测量精度的倍数来计算另外的多个聚焦强度。多个焦点子范围可各自确定为在另外的多个聚焦强度的两个相邻聚焦强度之间的范围。
图5B示出了根据本文描述的实施方式的多个焦点子范围的确定。图5B包括由测量误差520(图5A)确定的测量误差函数522。水平线524可沿着误差E的轴在测量精度U的倍数处提供。垂直线526可以在水平线524与测量误差函数522的交点处提供。垂直线526与聚焦强度F的轴的交点可以提供另外的多个聚焦强度Fa、Fb、...、Fi、Fj、...、Fx、Fy。多个焦点子范围可确定为沿着聚焦强度F的轴在另外的多个聚焦强度Fa、Fb、...、Fi、Fj、...Fx、Fy的相邻聚焦强度之间的范围。例如，多个焦点子范围可包括子范围[Fa,Fb]、...、[Fi,Fj]、...、[Fx,Fy]。在每个子范围内，测量误差可以小于测量精度U。多个焦点子范围可以各自跨越子范围宽度ΔF。具体地，若测量误差函数522是线性拟合，则多个焦点子范围可具有相同的子范围宽度ΔF。在另外的实施方式中，具体地，若测量误差函数被确定为不同于线性拟合的曲线，则多个焦点子范围的不同焦点子范围的子范围宽度可以是不同的。
根据实施方式，方法包括通过针对多个焦点子范围中的每一者执行校准物体的第二测量来执行第二测量(方块440)。执行第二测量可以包括针对多个焦点子范围中的每一者确定校准聚焦强度。例如，校准聚焦强度可以是多个焦点子范围中的每一者的中心聚焦强度或平均聚焦强度。参见图5B，针对多个焦点子范围中的每一者，可将校准聚焦强度确定为例如(Fa+Fb)/2、...、(Fi+Fj)/2、...、(Fx+Fy)/2。
在一些实施方式中，多个焦点子范围中的每一者具有用于执行第二测量的校准聚焦强度。物镜可以使用多个焦点子范围中的一个焦点子范围的校准聚焦强度来聚焦带电粒子束。校准物体可以通过沿着光轴移动平台而聚焦。校准物体可手动地或通过使用根据本文描述的实施方式的可变距离自动聚焦处理来聚焦。
一旦校准物体被聚焦，执行第二测量可包括获取校准物体的图像。执行第二测量可包括测量所获取图像中的校准物体的尺寸，具体而言横向尺寸。尺寸(例如，校准物体的线的间距)可以具有已知值。可以针对多个焦点子范围中的每一者执行校准物体的第二测量。
根据实施方式，方法包括基于第二测量来确定多个焦点子范围的校准参数的一组值(方块450)。可基于校准物体的尺寸的第二测量及校准物体的尺寸的已知值来确定该组值。该组值可以包括与多个焦点子范围中的每一者相关联的至少一个值。校准参数可用于对样品进行成像，具体而言用于临界尺寸测量。
在一些实施方式中，校准参数是偏转器参数。偏转器参数可以是用于控制由带电粒子束装置的扫描偏转器提供的偏转的参数。具体而言，该组值可以包括一组偏转器电流值和/或一组偏转器电压值。可确定该组值，使得针对每个校准聚焦强度，由带电粒子束使用校准参数扫描的视野具有相同大小。具体而言，可确定该组值，使得针对每个校准聚焦强度，视野具有与在操作点聚焦强度处的参考视野相同的大小。根据本文描述的实施方式校准带电粒子束装置可以使得能够以测量精度(具体地是预定的测量精度)对样品进行成像，具体地是执行测量或临界尺寸测量。具体而言，可以为多个焦点子范围内的任何聚焦强度提供具有预定的测量精度的测量。
在一些实施方式中，多个焦点子范围(具体地是将多个焦点子范围作为整体)可以对应于聚焦距离范围。聚焦距离范围可以跨越数百微米，例如，至少100μm，具体地至少200μm或至少300μm。根据实施方式提供校准参数的一组值可以使得能够在宽范围的聚焦距离上进行准确测量，具体而言是用于诸如大面积基板的样品、布置在非平面的平台上的样品或具体地具有定位于距物镜平面数个距离(这些距离相差数百微米)处的表面区域的样品。
根据一些实施方式，方法可以包括通过针对第二多个聚焦强度中的每一者确定相对于校准物体的带电粒子束装置的扫描旋转的定向失配(orientation mismatche)来确定定向失配。在不同聚焦强度下的定向失配可源于在不同聚焦强度下(具体而言是在不同聚焦电流下)提供的不同磁场。具体而言，磁场可使带电粒子束的带电粒子的轨迹弯曲，使得带电粒子束在不同聚焦强度下的扫描旋转或扫描方向可以具有定向失配。
在实施方式中，针对第二多个聚焦强度中的每一者，定向失配可以是图像扫描了相对于在参考聚焦强度下(具体地是在操作点聚焦强度下)执行的参考图像扫描的定向差异。可将图像扫描的定向失配确定为例如图像扫描的X-Y轴定向(例如，角度定向)相对于校准物体的X-Y轴的定向的差异。可以手动地或自动地确定定向失配，例如，使用边缘查找算法，诸如索贝尔边缘检测器。
在一些实施方式中，第二多个聚焦强度可以与第一多个聚焦强度相同。具体而言，可利用针对第一多个聚焦强度中的每一者执行校准物体的第一测量来确定定向失配，例如，图4的方块410。例如，针对第一多个聚焦强度中的每一者，校准物体可被聚焦。可在校准物体的第一图像中确定定向失配。可以校正定向失配。第一测量可在校准物体的第二图像中执行，具体地在校正定向失配之后获取的第二图像中。可根据本文描述的实施方式执行第一测量。
在一些实施方式中，第二多个聚焦强度可与第一多个聚焦强度不同。校准物体可针对第二多个聚焦强度中的每一者聚焦，例如，通过手动地移动平台或通过使用可变距离自动聚焦处理。一旦针对第二多个聚焦强度中的一者校准物体处于焦点中，可确定定向失配。可以针对第二多个聚焦强度中的每一者确定定向失配。
根据实施方式，方法可包括基于定向失配及第二多个聚焦强度来确定聚焦强度与扫描旋转之间的关联性。关联性可以是例如函数，例如，分析表达式、或与聚焦强度与扫描旋转关联的表。可通过将拟合曲线拟合到作为聚焦强度的函数的定向失配来确定关联性。拟合曲线可以是例如线性拟合曲线。
图6图示了扫描旋转ΔSC及聚焦强度F的图表。图表包括针对第二多个聚焦强度中的每一者确定的定向失配630。在图6中，第二多个聚焦强度对应于第一多个聚焦强度F-N、...、F-1、F0、F1、...、FN。通过拟合曲线632(在图6中具体地是通过线性拟合曲线)拟合定向失配630来确定聚焦强度F与扫描旋转ΔSC之间的关联性。聚焦强度与扫描旋转之间的关联性可用于校正图像扫描的扫描旋转。聚焦强度与扫描旋转之间的关联性可用作预定关联性，具体地用于根据本文描述的实施方式对样品进行成像。基于聚焦强度与扫描旋转之间的关联性，在根据本公开内容的方法执行第二测量之前，可校正扫描旋转。关联性可用于根据本文描述的实施方式对样品进行成像，具体地用于调节扫描旋转参数。
根据可以与本文描述的其他实施方式相结合的实施方式，提供了使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法。方法可与根据本文描述的实施方式的校准带电粒子束装置的方法结合。
参见图1，方法可以包括在带电粒子束装置100的平台20上布置样品。样品10包括待使用带电粒子束装置100进行成像的第一表面区域11。第一表面区域11布置在距物镜150未知的距离DX处。第一表面区域11可能未定位在物镜150的聚焦平面中。另外，第一表面区域11可能未定位在距物镜150预定的工作距离WD处。在一些实施方式中，方法可以包括将带电粒子束装置设置为在操作点处操作。操作点可根据本文描述的实施方式定义。
图7图示了用于根据本文描述的实施方式示出对样品进行成像的方法的流程图。根据实施方式，方法包括确定带电粒子束装置的物镜的第一聚焦强度(方块710)，第一聚焦强度适于在样品10的第一表面区域11上聚焦带电粒子束101。在实施方式中，可手动地确定第一聚焦强度。
在一些实施方式中，使用可变焦点自动聚焦处理来确定第一聚焦强度。可变焦点自动聚焦处理可以包括以物镜150的变化聚焦强度对第一表面区域11进行成像并且分析所获得图像的图像清晰度。可选地，可分析图像对比度。例如，通过改变物镜的聚焦电流，物镜150的聚焦强度可在获得图像之间变化。通过最佳化图像清晰度，可在迭代收敛过程中获得针对各个聚焦强度的图像。迭代收敛过程可包括基于黄金比率搜索法或基于斐波那契(Fibonacci)搜索法选择变化的聚焦强度。
根据实施方式，方法包括确定多个焦点子范围的第一焦点子范围，使得第一聚焦强度在第一焦点子范围内(方块720)，其中多个焦点子范围与校准参数的一组值相关联。可在对样品进行成像之前确定多个焦点子范围(具体而言是预定的多个焦点子范围)。具体而言，可通过根据本文描述的实施方式校准带电粒子束装置来确定多个焦点子范围。
在一些实施方式中，多个焦点子范围中的每一者可具有校准聚焦强度。该组值可提供带电粒子束的偏转，使得每个校准聚焦强度的视野具有相同大小。在一些实施方式中，校准参数是偏转器参数。具体而言，该组值可以包括一组偏转器电流值和/或一组偏转器电压值。
根据实施方式，方法包括确定校准参数的第一值，第一值与第一焦点子范围相关联(方块730)。例如，第一值可以是第一偏转器电流值或第一偏转器电压值。第一值可提供带电粒子束的偏转，使得针对第一焦点子范围内的任何聚焦强度，可以以预定的测量精度执行样品的成像。
在实施方式中，方法包括以第一值对第一表面区域进行成像(方块740)。例如，通过执行下列中的一者或多者对第一表面区域成像：计量、样品的特征的缺陷检验及检查、和/或测量(诸如临界尺寸测量)。
参见图3C，可示出对样品进行成像的方法的实施方式。在图3C中，样品表面308的第一表面区域11沿着带电粒子束装置的光轴定位。样品表面308可以具有定位在第一表面区域11中的另外特征311。第一表面区域11定位在距物镜150未知的距离DX处。使用第一聚焦强度将带电粒子束101聚焦到第一表面区域11上。第一聚焦强度可以使用根据本文描述的实施方式的可变焦点自动聚焦处理来确定。从多个焦点子范围中确定含有第一聚焦强度的第一焦点子范围。确定校准参数的一组值中的第一值，其中第一值与第一焦点子范围相关联。例如，在图3C中，校准参数可以是偏转器参数并且第一值可以是用于扫描偏转器140的第一偏转器电流值。第一值可以提供带电粒子束101的第二偏转344，使得通过带电粒子束101扫描校准的视野316。第一表面区域11可以例如通过获取校准的视野316的图像来进行成像。可使用该图像，例如，用于执行另外特征311的临界尺寸测量。校准的视野316可以具有至少基本上与定位在工作距离WD处的样品表面308的第一视野312(例如，如图3A所示)相同的大小。“至少基本上相同大小”可理解为使得所获取的图像的像素大小(nm/像素)使得执行的测量将在校准的视野316的图像中具有在预定测量精度内的不准确度(inaccuracy)。
在一些实施方式中，对第一表面区域进行成像可以包括使用该组值中的第一值获取第一表面区域的第一图像。第一值可用于在用于获得第一图像的图像扫描期间控制带电粒子束的偏转。方法可以包括测量第一图像中的第一物体的尺寸。具体而言，尺寸可以是第一物体的横向尺寸。例如，尺寸可以是第一物体的临界尺寸。可以以预定的测量精度来测量尺寸。
本公开内容的实施方式可以以快速且可靠的方式实现准确测量。具体而言，实施方式可以提供以下优点：测量(例如，临界尺寸测量)可以以预定的测量精度在样品的表面区域中执行，其中表面区域定位在距物镜平面不同距离处。更特定地，可以针对多个焦点子范围的聚焦强度保持nm/像素的规格，具体地是没有超过预定的测量精度的测量误差。使用可变焦点自动聚焦处理对样品进行成像(具体地用于执行准确测量)可以增加计量、样品检验或样品检查的吞吐量。
根据一些实施方式，方法可以包括基于第一聚焦强度并且基于聚焦强度与扫描旋转之间的预定关联性来调节带电粒子束装置的扫描旋转参数。聚焦强度与扫描旋转之间的预定关联性(本文也称为聚焦强度与扫描旋转之间的关联性)可以通过根据本文描述的实施方式的校准带电粒子束装置来确定。可以在利用第一值对第一表面区域进行成像之前执行对扫描旋转参数的调节。对扫描旋转参数的调节可以增加测量的一致性和/或精度。例如，测量可以在样品的不同表面区域的图像中执行，使得在每个图像中，扫描方向与样品表面上的特征的纵向方向垂直。
根据可与本文描述的其他实施方式相结合的实施方式，方法可包括相继地对样品10的多个表面区域成像。例如，首先图1的样品10的第一表面区域11被成像，并且随后定位在不同水平或高度处的样品10的第二表面区域12被成像。样品或非平面的平台表面13的表面轮廓可能不是先前已知的，使得在对第一表面区域11进行成像之后，可确定第二聚焦强度，用于在样品10的第二表面区域12上聚焦带电粒子束101。根据本文描述的实施方式，方法可针对第二表面区域12和/或多个表面区域中的每一者如针对第一表面区域11那样进行。
在可以与其他实施方式相结合的本公开的一些实施方式中，带电粒子束具有5keV或更小(具体地1keV或更小)的着陆能量。具体而言，带电粒子束101以该着陆能量撞击在样品上。参见图1，物镜150可包括被构造为将带电粒子束101减速到5keV或更小的着陆能量的减速电场部件152。减速电场部件152可包括减速电极。具体而言，带电粒子束装置100可包括低电压SEM(LV-SEM)。低能量带电粒子束(具体地低能量电子束)不会深入地穿透到样品中并且由此提供关于样品表面上的特征的优异的高品质信息。具体而言，与高能量电子束相比，具有5keV或更低的着陆能量(具体地1keV或更低的着陆能量)的优点是撞击到样品上的电子束产生的束诱发的损坏及充电可忽略不计。
在可以与其他实施方式相结合的一些实施方式中，对样品成像的方法和/或校准带电粒子装置的方法可部分或完全自动化。具体而言，自动化校准和/或成像可提供高吞吐量和/或降低成本。根据本公开内容，用于计量、检验和/或样品检查的成像可在样品表面的一部分上执行，例如，基于样品表面上方的取样。
在一些实施方式中，带电粒子束装置被构造为用于对样品进行成像，样品包括具有1m2或更大的表面积的用于显示器制造的大面积基板。表面积可以是从约1.375m2(1100mmx1250 mm-GEN 5)至约9m2，更特定地从约2m2至约9m2或甚至高达12m2。例如，基板可以是GEN 7.5(对应于约4.39m2(1.95mx2.25 m)的表面积)、GEN 8.5(对应于约5.7m2(2.2mx2.5 m)的表面积)、或甚至GEN 10(对应于约9m2(2.88m×3130m)的表面积)。可以实施甚至更大的世代，诸如GEN 11及GEN 12。
样品可包括非柔性基板(例如，玻璃基板或玻璃板)、或柔性基板(诸如网或箔或薄玻璃片)。样品可以是涂布的基板，其中一个或多个薄材料层或其他特征沉积在基板上，例如通过物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)处理或化学气相沉积(chemicalvapor deposition；CVD)处理或光刻处理或蚀刻处理。具体而言，样品可以是其上形成有多个电子或光电装置的用于显示器制造的基板。在基板上形成的电子或光电装置通常包括薄层堆叠的薄膜装置。例如，样品可以是其上形成有薄膜晶体管(thin film transistor；TFT)阵列的基板，例如，基于薄膜晶体管的基板。
本文描述的实施方式具体地涉及对样品进行成像，其中样品包括在基板上形成的结构。在一些实施方式中，结构可通过光刻和/或蚀刻形成。结构可包括电子或光电装置，诸如晶体管，具体地是薄膜晶体管。样品可包括大面积基板，具体地用于显示器制造的大面积基板，例如，具有1m2或更大的表面积。
根据本公开内容的实施方式，用于对样品10进行成像的带电粒子束装置100包括用于布置待成像的样品10或校准样品的平台20。带电粒子束装置100包括被构造为聚焦沿着光轴A传播的带电粒子束101的物镜150。带电粒子束装置100包括含有用于对样品进行成像的程序的计算机可读取介质，当由处理器执行时，该程序执行根据本文描述的实施方式的方法，具体地是对样品进行成像的方法。在一些实施方式中，计算机可读取介质含有用于校准带电粒子束装置的另外程序，当由处理器执行时，该另外程序执行根据本文描述的实施方式的校准带电粒子束装置100的方法。
在一些实施方式中，带电粒子束装置包括控制器160，控制器160连接到带电粒子束装置100。带电粒子束装置100的控制器160可包括中央处理单元(central processingunit；CPU)、根据本文描述的实施方式的计算机可读取介质、及例如支持电路。为了促进对带电粒子束装置的控制，CPU可以是任何形式的通用计算机处理器中的一者，该通用计算机处理器可以在工业设置中用于控制各个部件及子处理器。计算机可读取介质耦接到CPU。计算机可读取介质或存储器可以是一个或多个容易获得的存储器装置，诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字储存器(本端或远端)。支持电路可耦接到CPU，用于以传统方式支持处理器。这些电路包括高速缓存存储器、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路及相关子系统、以及类似者。用于对样品进行成像的指令和/或用于校准带电粒子束装置的指令大体在计算机可读取介质中储存为通常称为配方的软件例程。软件例程也可由第二CPU储存和/或执行，该第二CPU位于由CPU控制的硬件远端。当由CPU执行时，软件例程将通用计算机转换为专用计算机(控制器)，该专用计算机控制带电粒子束装置，并且可以提供用于根据本公开内容的实施方式中的任一者对样品进行成像和/或校准带电粒子束装置。尽管将本公开内容的方法论述为作为软件例程实施，本文公开的一些方法操作可在硬件中执行以及通过软件控制器执行。因此，实施方式可在计算机系统上执行时以软件实施，及以作为特殊应用集成电路或其他类型的硬件实施方式的硬件实施，或以软件及硬件的组合实施。控制器可执行或进行根据本公开内容的实施方式对样品进行成像的方法、和/或根据本文描述的实施方式校准带电粒子束装置的方法。
根据本文描述的实施方式，本公开内容的方法可以使用计算机程序、软件、计算机软件产品及相关控制器进行，这些控制器可以具有CPU、计算机可读取介质或存储器、使用者界面、以及与设备的对应部件通信的输入及输出装置。
本文描述的方法允许校准带电粒子束装置(例如，扫描电子显微镜)、和/或使用带电粒子束装置对样品进行成像。本文描述的方法提供了高或预定的测量保真度。具体而言，方法允许对表面区域进行成像和/或以预定测量精度执行测量，其中表面区域可以定位在距物镜未知的距离处。具体而言，实施方式可以提供校正扫描偏转或校正视野，以在不同聚焦强度下保持图像扫描中的nm/像素的规格。本公开内容的方法可以允许在大的散焦范围上(具体地在跨越数百微米的聚焦距离范围上)进行准确测量。本文描述的实施方式可以增加计量、样品检验和/或样品检查的吞吐量。实施方式可以提供对扫描旋转的校正，具体地是用于增加相对于物镜定位在不同水平处的表面区域中的测量的一致性。本文描述的方法可以为LV-SEM中的临界尺寸测量提供增强的精度，具体地是针对面积较大的和/或非平面的和/或在非平面的平台上定位的和/或电气浮动的(不能被带到某一电位)的样品。
根据本文描述的实施方式的方法可以用于处理控制，例如，用于生产平板、显示器、OLED装置(诸如OLED屏幕)、基于TFT的基板或其他样品，包括其上形成的多个电子或光电装置。处理控制可包括某些临界尺寸的定期监控、成像和/或测量以及缺陷检验。
尽管上述内容涉及一些实施方式，但可在不脱离其基本范围的情况下设计其他及另外的实施方式，并且本公开内容的范围由随附权利要求书确定。

Claims (16)

1.一种使用带电粒子束装置对样品进行成像的方法，包含以下步骤：
确定所述带电粒子束装置的物镜的第一聚焦强度，所述第一聚焦强度适于在所述样品的第一表面区域上聚焦带电粒子束；
确定多个焦点子范围的第一焦点子范围，使得所述第一聚焦强度在所述第一焦点子范围内，其中所述多个焦点子范围与校准参数的一组值相关联；
确定所述校准参数的第一值，所述第一值与所述第一焦点子范围相关联；以及
利用所述第一值对所述第一表面区域进行成像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述校准参数是偏转器参数，其中具体地，所述一组值包含一组偏转器电流值和/或一组偏转器电压值。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，进一步包含以下步骤：
基于所述第一聚焦强度并且基于聚焦强度与扫描旋转之间的预定关系来调节所述带电粒子束装置的扫描旋转参数。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述第一聚焦强度由可变焦点自动聚焦处理来确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述可变焦点自动聚焦处理包含利用所述物镜的不同聚焦强度对所述第一表面区域进行成像并且分析所获得图像的图像清晰度。
6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中对所述第一表面区域进行成像包含以下步骤：
利用所述第一值获取所述第一表面区域的第一图像；并且
其中所述方法进一步包含以下步骤：
测量所述第一图像中的第一物体的尺寸。
7.一种校准带电粒子束装置的方法，包含以下步骤：
通过针对第一多个聚焦强度中的每一者执行校准物体的第一测量来执行第一测量；
通过基于所述第一测量针对所述第一多个聚焦强度中的每一者确定测量误差来确定测量误差；
基于所述测量误差及测量精度来确定多个焦点子范围；
通过针对所述多个焦点子范围中的每一者执行所述校准物体的第二测量来执行第二测量；以及
基于所述第二测量来确定所述多个焦点子范围的校准参数的一组值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述校准参数是偏转器参数，其中具体地，所述一组值包含一组偏转器电流值和/或一组偏转器电压值。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的方法，其中校准进一步包含以下步骤：
通过针对第二多个校准强度中的每一者确定所述带电粒子束装置的扫描旋转的相对于所述校准物体的定向失配来确定定向失配；以及
基于所述定向失配及所述第二多个聚焦强度来确定聚焦强度与扫描旋转之间的关系。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中执行所述第一测量及执行所述第二测量中的至少一者包含以下步骤：使用可变距离自动聚焦处理将所述校准物体带入带电粒子束的焦点中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述可变距离自动聚焦处理包含以下步骤：
在距物镜不同距离处对所述校准物体进行成像，并且分析所获得图像的图像清晰度。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中所述多个焦点子范围中的每一者具有用于执行所述第二测量的校准聚焦强度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述带电粒子束提供有5keV或更小的着陆能量，特别是1keV或更小的着陆能量。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述带电粒子束装置被构造为用于对样品进行成像，所述样品包含具有1m2或更大的表面积的用于显示器制造的大面积基板。
15.一种用于对样品进行成像的带电粒子束装置，包含：
平台，所述平台用于布置待成像的所述样品；
物镜，所述物镜被构造为对沿着光轴传播的带电粒子束进行聚焦；以及
计算机可读取介质，含有用于对所述样品进行成像的程序，当由处理器执行时，所述程序执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
16.根据权利要求15所述的带电粒子束装置，其中所述计算机可读取介质含有用于校准所述带电粒子束装置的另外程序，当由所述处理器执行时，所述另外程序执行根据权利要求7至14中任一项所述的方法。
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