DE102020125534B3 - Multiple particle beam microscope and associated process with fast autofocus at an adjustable working distance - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlmikroskop und ein zugehöriges Verfahren mit schnellem Autofokus um einen einstellbaren Arbeitsabstand. Vorgeschlagen wird eine schnelle Autofokus-Korrekturlinse sowie weitere schnelle Korrekturmittel, um eine hochfrequente Anpassung der Fokussierung, der Position, des Landewinkels und der Rotation von Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf eine Waferoberfläche während der Waferinspektion einzustellen. Die schnelle Autofokus-Korrekturlinse kann insbesondere durch elektrostatische Elemente realisiert sein, die an speziell ausgewählten Positionen im teilchenoptischen Strahlengang angeordnet sind. In analoger Weise kann eine schnelle Autofokussierung im Sekundärpfad des Teilchenstrahlsystems erfolgen.The invention relates to a multitude particle beam microscope and an associated method with fast autofocus around an adjustable working distance. A fast autofocus correction lens and other fast correction means are proposed in order to set a high-frequency adaptation of the focusing, the position, the landing angle and the rotation of individual particle beams when they strike a wafer surface during the wafer inspection. The fast autofocus correction lens can in particular be implemented by electrostatic elements which are arranged at specially selected positions in the particle-optical beam path. In an analogous manner, rapid autofocusing can take place in the secondary path of the particle beam system.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft Vielzahl-Teilchenstrahlmikroskope zur Inspektion von Halbleiterwafern mit HV-Strukturen.The invention relates to a plurality of particle beam microscopes for inspecting semiconductor wafers with HV structures.
Stand der TechnikState of the art
Mit der kontinuierlichen Entwicklung immer kleinerer und komplexerer Mikrostrukturen wie Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf an der Weiterentwicklung und Optimierung von planaren Herstellungstechniken und von Inspektionssystemen zur Herstellung und Inspektion kleiner Abmessungen der Mikrostrukturen. Die Entwicklung und Herstellung der Halbleiterbauelemente erfordert beispielsweise eine Überprüfung des Designs von Testwafern, und die planaren Herstellungstechniken benötigen eine Prozessoptimierung für eine zuverlässige Herstellung mit hohem Durchsatz. Darüber hinaus wird neuerdings eine Analyse von Halbleiterwafern für das Reverse Engineering und eine kundenspezifische, individuelle Konfiguration von Halbleiterbauelementen gefordert. Es besteht deshalb ein Bedarf an Inspektionsmitteln, die mit hohem Durchsatz zur Untersuchung der Mikrostrukturen auf Wafern mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden können.With the continuous development of ever smaller and more complex microstructures such as semiconductor devices, there is a need to further develop and optimize planar manufacturing techniques and inspection systems for manufacturing and inspecting small dimensions of the microstructures. For example, the development and manufacture of the semiconductor devices requires a review of the design of test wafers, and the planar manufacturing techniques require process optimization for reliable, high-throughput manufacture. In addition, an analysis of semiconductor wafers for reverse engineering and a customer-specific, individual configuration of semiconductor components has recently been required. There is therefore a need for inspection means which can be used with high throughput for inspecting the microstructures on wafers with high accuracy.
Typische Siliziumwafer, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, haben Durchmesser von bis zu 300 mm. Jeder Wafer ist in 30 bis 60 sich wiederholende Bereiche („Dies“) mit einer Größe von bis zu 800 mm2 unterteilt. Eine Halbleitervorrichtung umfasst mehrere Halbleiterstrukturen, die durch planare Integrationstechniken in Schichten auf einer Oberfläche des Wafers hergestellt sind. Aufgrund der Herstellungsprozesse weisen Halbleiterwafer typischerweise eine ebene Oberfläche auf. Die Strukturgröße der integrierten Halbleiterstrukturen erstreckt sich dabei von wenigen µm bis zu den kritischen Abmessungen (engl. „critical dimensions“, CD) von 5 nm, wobei in naher Zukunft die Strukturgrößen sogar noch kleiner werden; man rechnet zukünftig mit Strukturgrößen oder kritische Abmessungen (CD) unter 3 nm, beispielsweise 2 nm, oder sogar unter 1 nm. Bei den oben genannten kleinen Strukturgrößen müssen Defekte in der Größe der kritischen Abmessungen in kurzer Zeit auf einer sehr großen Fläche identifiziert werden. Für mehrere Anwendungen ist die Spezifikationsanforderung für die Genauigkeit einer von einem Inspektionsgerät bereitgestellten Messung sogar noch höher, beispielsweise um den Faktor zwei oder eine Größenordnung. Beispielsweise muss eine Breite eines Halbleitermerkmals mit einer Genauigkeit unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, gemessen werden, und eine relative Position von Halbleiterstrukturen muss mit einer Überlagerungsgenauigkeit von unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, bestimmt werden.Typical silicon wafers used in the manufacture of semiconductor components have diameters of up to 300 mm. Each wafer is divided into 30 to 60 repeating regions ("dies") with a size of up to 800 mm 2 . A semiconductor device comprises a plurality of semiconductor structures which are produced by planar integration techniques in layers on a surface of the wafer. Due to the manufacturing processes, semiconductor wafers typically have a flat surface. The structure size of the integrated semiconductor structures ranges from a few µm to the critical dimensions (CD) of 5 nm, with the structure sizes becoming even smaller in the near future; In future, structure sizes or critical dimensions (CD) below 3 nm, for example 2 nm, or even below 1 nm are expected. With the small structure sizes mentioned above, defects of the size of the critical dimensions must be identified in a short time on a very large area. For several applications, the specification requirement for the accuracy of a measurement provided by an inspection device is even higher, for example by a factor of two or an order of magnitude. For example, a width of a semiconductor feature must be measured with an accuracy of less than 1 nm, for example 0.3 nm or even less, and a relative position of semiconductor structures must be determined with an overlay accuracy of less than 1 nm, for example 0.3 nm or even less will.
Daher ist es eine generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das mit geladenen Teilchen arbeitet, und ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben desselben mit hohem Durchsatz bereitzustellen, das eine hochpräzise Messung von Halbleitermerkmalen mit einer Genauigkeit von unter 1 nm, unter 0,3 nm oder sogar 0,1 nm ermöglicht.Therefore, it is a general object of the present invention to provide a multiple particle beam system employing charged particles and an associated method of operating the same at high throughput that enables high-precision measurement of semiconductor features with an accuracy of less than 1 nm, less than 0, 3 nm or even 0.1 nm possible.
Eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der geladenen Teilchensysteme (engl. „charged particle microscopes“, CPM) ist das MSEM, ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop. Ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop ist beispielsweise in
Das Mehrstrahl-Elektronenmikroskop des Standes der Technik umfasst eine Folge von elektrostatischen und magnetischen Elementen. Zumindest einige der elektrostatischen und magnetischen Elemente sind einstellbar, um die Fokusposition und die Stigmation der Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen anzupassen. Das Mehrstrahl-System mit geladenen Teilchen des Standes der Technik umfasst zudem mindestens eine Überkreuzungsebene der primären oder der sekundären geladenen Einzel-Teilchenstrahlen. Des Weiteren umfasst das System des Standes der Technik Detektionssysteme, um die Einstellung zu erleichtern. Das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop des Standes der Technik umfasst mindestens einen Strahlablenker (engl. „deflection scanner“) zum kollektiven Abtasten eines Bereiches der Probenoberfläche mittels der Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen, um ein Bildfeld der Probenoberfläche zu erhalten.The prior art multi-beam electron microscope comprises a sequence of electrostatic and magnetic elements. At least some of the electrostatic and magnetic elements are adjustable to adjust the focus position and stigmation of the plurality of charged single particle beams. The multi-beam system with charged particles of the prior art also comprises at least one plane of intersection of the primary or the secondary charged individual particle beams. Furthermore, the prior art system includes detection systems to facilitate adjustment. The prior art multi-beam particle microscope comprises at least one deflection scanner for collective scanning of an area of the sample surface by means of the multiplicity of primary individual particle beams in order to obtain an image field of the sample surface.
Bei Rasterelektronenmikroskopen zur Waferinspektion ist es gewünscht, die Bildgebungsbedingungen stabil zu halten, so dass die Bildgebung mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Wiederholbarkeit durchgeführt werden kann. Der Durchsatz hängt von mehreren Parametern ab, z. B. der Geschwindigkeit des Tisches und der Neuausrichtung an neuen Messstellen sowie der gemessenen Fläche pro Erfassungszeit. Letzteres wird unter anderem durch die Verweilzeit auf einem Pixel, die Pixelgröße und die Anzahl der Einzel-Teilchenstrahlen bestimmt. Zusätzlich ist gegebenenfalls für ein Mehrstrahl-Elektronenmikroskop eine zeitaufwendige Bildnachbearbeitung erforderlich; beispielsweise muss das vom Detektionssystem des Mehrstrahl-Systems mit geladenen Teilchen erzeugte Signal digital korrigiert werden, bevor das Bildfeld aus mehreren Bildunterfeldern oder Teilbildern zusammengefügt wird (engl. „stitching“).In the scanning electron microscope for wafer inspection, it is desired to keep the imaging conditions stable so that the imaging can be performed with high reliability and high repeatability. The throughput depends on several parameters, e.g. B. the speed of the table and the realignment at new measuring points as well as the measured area per acquisition time. The latter is determined, among other things, by the dwell time on a pixel, the pixel size and the number of individual particle beams. In addition, time-consuming post-processing of images may be required for a multi-beam electron microscope; For example, the signal generated by the detection system of the multi-beam system with charged particles must be digitally corrected before the image field is stitched from several image subfields or partial images.
Die Rasterpositionen der Einzel-Teilchenstrahlen auf der Probenoberfläche können dabei von der idealen Rasterposition in einer ebenen Anordnung abweichen. Die Auflösung des Mehrstrahl-Elektronenmikroskops kann für jeden der Einzel-Teilchenstrahlen verschieden sein und von der individuellen Position des Einzel-Teilchenstrahles in dem Feld der Einzel-Teilchenstrahlen, mithin also von seiner konkreten Rasterposition, abhängen.The grid positions of the individual particle beams on the sample surface can deviate from the ideal grid position in a planar arrangement. The resolution of the multi-beam electron microscope can be different for each of the individual particle beams and depend on the individual position of the individual particle beam in the field of the individual particle beams, hence on its specific grid position.
Mit den steigenden Anforderungen an Auflösung und Durchsatz sind herkömmliche Systeme geladener Teilchenstrahlsysteme an ihre Grenzen gestoßen.With the increasing demands on resolution and throughput, conventional systems of charged particle beam systems have reached their limits.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem bereitzustellen, das eine hochpräzise und hochauflösende Bildaufnahme mit hohem Durchsatz ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a multitude particle beam system which enables high-precision and high-resolution image recording with high throughput.
Ein Ansatz zur Verbesserung von Präzision und Auflösung ist die Verwendung eines sogenannten Autofokus. Dabei wird während des Abrasterns der Probenoberfläche fortwährend („on-the-fly“) die aktuelle Fokuslage der Einzel-Elektronenstrahlen in Hinblick auf die Probenoberfläche / Objektebene ermittelt und eine entsprechende Korrektur der Fokuslage vorgenommen. Beispielsweise wird die Fokussierung der Einzel-Teilchenstrahlen für jedes Bildfeld angepasst. Diesem Vorgehen liegt zum Beispiel ein Modell der Probe oder die Annahme zugrunde, dass sich die Probeneigenschaften von Bildfeld zu Bildfeld nur wenig ändern, so dass Prognosewerte für eine verbesserte Fokussierung durch Extrapolation oder Interpolation ermittelt werden können.One approach to improving precision and resolution is to use what is known as an autofocus. During the scanning of the sample surface, the current focus position of the individual electron beams with regard to the sample surface / object plane is continuously determined (“on the fly”) and the focus position is corrected accordingly. For example, the focusing of the individual particle beams is adapted for each image field. This procedure is based, for example, on a model of the sample or on the assumption that the sample properties change only slightly from image field to image field, so that forecast values for improved focusing can be determined by extrapolation or interpolation.
Dennoch ist das bekannte Autofokusverfahren verhältnismäßig langsam: Die Optimierung der Fokuslage wird nämlich entweder über eine Veränderung des Arbeitsabstandes (eng. „working distance“, WD) oder über eine veränderte Ansteuerung der Objektivlinse erreicht. Eine Änderung des Arbeitsabstandes durch ein Verfahren des Probentisches in der Höhe (sog. „z-Stage“) ist dabei nur mit einer bestimmten begrenzten Präzision und Geschwindigkeit möglich. Außerdem ist nicht jeder Probentisch in der Höhe verfahrbar. Erfolgt zur Variation der Fokuslage eine veränderte Ansteuerung der Objektivlinse oder anderer magnetischer Linsen, so ist diese Einstellung verhältnismäßig langsam: Im Stand der Technik werden magnetische Objektivlinsen und insbesondere Immersionslinsen eingesetzt, deren Induktivität zu hoch ist, um eine noch schnellere Anpassung zu ermöglichen. Auch in diesem Fall liegt die Zeit für die Erregungsänderung im Bereich von einigen zehn bis einigen hundert Millisekunden. Außerdem ist die Optik von Vielzahl-Elektronenmikroskopen weitaus komplexer als die von Einzelstrahlsystemen, da es für sinnvolle Aufnahmen erforderlich ist, die Vergrößerung in der Objektebene (gekoppelt an den Strahlabstand (engl. „pitch“) der Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene) und auch die Orientierung, d.h. die Rotation, des Arrays von Einzel-Elektronenstrahlen (Rasteranordnung) bei der Nachführung der Fokuslage unverändert zu lassen. Gleiches gilt für den Landewinkel der Einzel-Teilchenstrahlen auf der Probe. Die vorgenannten teilchenoptischen Parameter (und ggf. weitere Parameter) können in der Regel nicht unabhängig voneinander nur mittels einer einzigen Linse eingestellt werden. Eine Veränderung der Ansteuerung der magnetischen Objektivlinse zieht deshalb eine geänderte Ansteuerung von anderen teilchenoptischen Komponenten im Primärpfad nach sich. So werden typischerweise Erregungsänderungen auch an anderen magnetischen und elektrostatischen Elementen erforderlich, wobei die Einstellzeiten für die Magnetlinsen zeitlich limitierend sind und ebenfalls im Bereich von einigen zehn bis einigen hundert Millisekunden liegen. Analoge Erwägungen gelten für teilchenoptische Komponenten im Sekundärpfad und die Nachführung der Fokuslage für eine präzise Detektion.However, the known autofocus method is relatively slow: the focus position is optimized either by changing the working distance (WD) or by changing the control of the objective lens. A change in the working distance by moving the sample table in height (so-called “z-stage”) is only possible with a certain limited precision and speed. In addition, not every sample table can be moved in height. If the objective lens or other magnetic lenses are controlled in a different way to vary the focus position, this setting is relatively slow: In the prior art, magnetic objective lenses and, in particular, immersion lenses are used, the inductance of which is too high to enable even faster adaptation. In this case, too, the time for the change in excitation is in the range of a few tens to a few hundred milliseconds. In addition, the optics of multiple electron microscopes is much more complex than that of single-beam systems, as it is necessary for meaningful recordings, the magnification in the object plane (coupled to the beam spacing ("pitch") of the individual particle beams in the object plane) and also to leave the orientation, ie the rotation, of the array of individual electron beams (grid arrangement) unchanged when tracking the focus position. The same applies to the landing angle of the individual particle beams on the sample. The aforementioned particle-optical parameters (and possibly further parameters) can generally not be set independently of one another using only a single lens. A change in the control of the magnetic objective lens therefore results in a change in the control of other particle-optical components in the primary path. Thus, changes in excitation are typically also required in other magnetic and electrostatic elements, the setting times for the magnetic lenses being time-limiting and likewise in the range from a few tens to a few hundred milliseconds. Analogous considerations apply to particle-optical components in the secondary path and the tracking of the focus position for precise detection.
Die bestehenden Systeme sind vor dem oben beschriebenen Hintergrund und den steigenden Anforderungen an Durchsatz/ Schnelligkeit und an die präzise Vermessung immer kleinerer Strukturen somit verbesserungswürdig. Gerade auch bei der Inspektion von Halbleiterwafern sind die Anforderungen enorm. Eine an sich sehr ebene Oberfläche eines Halbleiterwafers kann dann im Rahmen der Präzisionsinspektion nicht mehr gemeinhin als präzise flach angenommen werden. Kleinste Variationen der Waferdicke und/oder der longitudinalen Position der Waferoberfläche relativ zur Objektivlinse haben einen Einfluss auf den optimalen Fokus und somit auf die Genauigkeit der Messungen. Dies gilt insbesondere bei der Inspektion von polierten Waferoberflächen mit HV-Strukturen. Es reicht also - selbst unter der nur bedingt realistischen Annahme von fehlenden Systemdriften und Ähnlichem - nicht mehr aus, das Vielzahl-Elektronenmikroskop an einem vordefinierten Arbeitspunkt mit zugeordnetem Arbeitsabstand einmalig einzustellen. Stattdessen müssen kleinste Veränderungen des Arbeitsabstands durch eine veränderte Fokuslage korrigiert werden. Dabei gilt als weitere Voraussetzung, dass der Abbildungsmaßstab unverändert bleiben muss. Die Orientierung der Rasteranordnung auf der Proebenoberfläche muss exakt gehalten werden, da bei Halbleiterwafern mit HV-Strukturen immer exakt parallel bzw. orthogonal zu diesen Strukturen abgebildet wird. Zudem ist es unabdingbar, den Landewinkel präzise konstant zu halten. Und schließlich muss für eine exzellente Bildgebung auch die Optik im Sekundärpfad schnell und hochpräzise nachgeführt werden.The existing systems are in need of improvement against the background described above and the increasing demands on throughput / speed and the precise measurement of ever smaller structures. The requirements are enormous, especially when inspecting semiconductor wafers. A surface of a semiconductor wafer that is actually very flat can then no longer generally be assumed to be precisely flat in the context of precision inspection. Smallest variations in the wafer thickness and / or the longitudinal position of the wafer surface relative to the objective lens have an influence on the optimal focus and thus on the accuracy of the measurements. This applies in particular to the inspection of polished wafer surfaces with HV structures. It is therefore no longer sufficient - even under the only partially realistic assumption of missing system drifts and the like - to set the multiple electron microscope once at a predefined working point with an assigned working distance. Instead, the smallest changes in the working distance must be corrected by changing the focus position. Another prerequisite is that the reproduction scale must remain unchanged. The orientation of the grid arrangement on the sample surface must be kept exactly, since semiconductor wafers with HV structures are always mapped exactly parallel or orthogonal to these structures. It is also essential to keep the landing angle precisely constant. And finally, for excellent imaging, the optics in the secondary path must also be adjusted quickly and with high precision.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Vielzahl-Teilchenstrahlsystem für die Inspektion von Halbleiterwafern mit HV-Strukturen und ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen. Dieses soll schnell und hochpräzise arbeiten.It is thus an object of the present invention to provide an improved multiple particle beam system for the inspection of semiconductor wafers with HV structures and an associated method for operating the same. This should work quickly and with high precision.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem für die Inspektion von Halbleiterwafern mit HV-Strukturen und ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen, das an einem Arbeitspunkt mit vorgegebenem Arbeitsabstand eine zusätzliche schnelle Autofokussierung des Systems ermöglicht. Dabei sollen andere teilchenoptische Parameter wie die Vergrößerung, die Telezentrie und die Rotation mit hoher Präzision konstant gehalten werden.It is a further object of the invention to provide a multiple particle beam system for the inspection of semiconductor wafers with HV structures and an associated method for operating the same, which enables an additional fast autofocusing of the system at a working point with a predetermined working distance. Other particle-optical parameters such as magnification, telecentricity and rotation should be kept constant with high precision.
Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.The object is achieved by the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention emerge from the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem zur Halbleiterinspektion, das Folgendes aufweist:
- einen Vielstrahl-Teilchengenerator, welcher konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Teilchenstrahlen zu erzeugen;
- eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Waferoberfläche in der Objektebene abzubilden, so dass die ersten Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf die Waferoberfläche treffen, die ein zweites Feld bilden;
- ein Detektionssystem mit einer Vielzahl von Detektionsbereichen, die ein drittes Feld bilden; eine zweite Teilchenoptik mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die von den Auftrefforten im zweiten Feld ausgehen, auf das dritte Feld der Detektionsbereiche des Detektionssystems abzubilden;
- eine magnetische und/ oder elektrostatische Objektivlinse, insbesondere eine magnetische und/ oder elektrostatische Immersionslinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten;
- eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Detektionssystem angeordnet ist;
- einen Probentisch zum Halten und/ oder Positionieren eines Wafers während der Waferinspektion;
- ein Autofokus-Messglied, das konfiguriert ist, um während der Waferinspektion Messdaten zum Ermitteln von Autofokus-Istdaten zu erzeugen;
- eine schnelle Autofokus-Korrekturlinse; und
- eine Steuerung;
- wobei die Steuerung für eine statische oder niederfrequente Anpassung einer Fokussierung konfiguriert ist, um an einem ersten Arbeitspunkt mit einem ersten Arbeitsabstand zumindest die Objektivlinse und/ oder einen Aktuator des Probentisches derart anzusteuern, dass die ersten Einzel-Teilchenstahlen auf die im ersten Arbeitsabstand befindliche Waferoberfläche fokussiert werden,
- wobei die Steuerung für eine hochfrequente Anpassung der Fokussierung konfiguriert ist, um am ersten Arbeitspunkt während der Waferinspektion basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignal zu erzeugen, um die schnelle Autofokus-Korrekturlinse während der Waferinspektion am ersten Arbeitspunkt anzusteuern,
- wobei der erste Arbeitspunkt des Weiteren durch einen Landewinkel der ersten Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene und durch eine Rasteranordnung der ersten Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene definiert werden, und
- wobei die Steuerung des Weiteren konfiguriert ist, den Landewinkel und die Rasteranordnung während der hochfrequenten Anpassung am ersten Arbeitspunkt im Wesentlichen konstant zu halten.
- a multi-beam particle generator configured to generate a first field of a plurality of charged first particle beams;
- a first particle optics with a first particle-optical beam path which is configured to image the generated individual particle beams onto a wafer surface in the object plane, so that the first particle beams strike the wafer surface at locations that form a second field;
- a detection system having a plurality of detection areas which form a third field; a second particle optics with a second particle-optical beam path which is configured to image second individual particle beams, which emanate from the points of incidence in the second field, onto the third field of the detection areas of the detection system;
- a magnetic and / or electrostatic objective lens, in particular a magnetic and / or electrostatic immersion lens, through which both the first and the second individual particle beams pass;
- a beam splitter which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the objective lens, and which is arranged in the second particle-optical beam path The beam path is arranged between the objective lens and the detection system;
- a sample table for holding and / or positioning a wafer during wafer inspection;
- an autofocus measuring element which is configured to generate measurement data for determining actual autofocus data during the wafer inspection;
- a fast auto focus correction lens; and
- a controller;
- wherein the controller is configured for a static or low-frequency adjustment of a focusing in order to control at least the objective lens and / or an actuator of the sample table at a first working point with a first working distance in such a way that the first individual particle beams focus on the wafer surface located in the first working distance will,
- wherein the controller is configured for a high-frequency adjustment of the focusing in order to generate an autofocus correction lens control signal at the first operating point during the wafer inspection based on the actual autofocus data in order to control the fast autofocus correction lens during the wafer inspection at the first operating point,
- wherein the first working point is further defined by a landing angle of the first individual particle beams in the object plane and by a grid arrangement of the first individual particle beams in the object plane, and
- wherein the controller is further configured to keep the landing angle and the grid arrangement substantially constant during the high-frequency adaptation at the first operating point.
Bei den geladenen Teilchen kann es sich z.B. um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Bevorzugt handelt es sich um Elektronen, die z.B. mit Hilfe einer thermischen Feldemissionsquelle (TFE) erzeugt werden. Aber auch andere Teilchenquellen können Verwendung finden.The charged particles can be, for example, electrons, positrons, muons or ions or other charged particles. They are preferably electrons that are generated, for example, with the help of a thermal field emission source (TFE). But other particle sources can also be used.
Die Anzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen ist dabei variabel wählbar. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Zahl der Teilchenstrahlen 3n (n-1) +1, mit n einer beliebigen natürlichen Zahl, beträgt. Dies erlaubt eine hexagonale Rasteranordnung der Detektionsbereiche. Andere Rasteranordnungen der Detektionsbereiche, z.B. in einem quadratischen oder rechteckigen Raster, sind ebenfalls möglich. Beispielsweise beträgt die Anzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen mehr als 5, mehr als 60 oder mehr als 100 Einzel-Teilchenstrahlen.The number of the first individual particle beams can be selected variably. However, it is advantageous if the number of particle beams is 3n (n-1) +1, with n being any natural number. This allows a hexagonal grid arrangement of the detection areas. Other grid arrangements of the detection areas, e.g. in a square or rectangular grid, are also possible. For example, the number of the first individual particle beams is more than 5, more than 60 or more than 100 individual particle beams.
Der Vielstrahl-Teilchengenerator kann mehrere reale Teilchenquellen umfassen, die jeweils einen Einzel-Teilchenstrahl oder auch jeweils mehrere Einzel-Teilchenstrahlen emittieren. Der Vielstrahl-Teilchengenerator kann aber auch eine einzelne Teilchenquelle sowie im weiteren teilchenoptischen Strahlengang eine Multiaperturplatte in Kombination mit einem Multilinsen-Array oder/oder einem Multideflektor-Array umfassen. Durch den Vielstrahl-Teilchengenerator wird dann die Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen erzeugt und auf eine Zwischenbildebene abgebildet. Bei dieser Zwischenbildebene kann es sich um eine reelle Zwischenbildebene oder um eine virtuelle Zwischenbildebene handeln. In beiden Fällen ist es so, dass die Orte der Einzel-Teilchenstrahlen in dem Zwischenbild als virtuelle Teilchenquellen und somit als Ursprünge für die weitere teilchenoptische Abbildung mit dem ersten teilchenoptischen Strahlengang angesehen werden können. Die virtuellen Teilchenquellen in dieser Zwischenbildebene werden somit abgebildet auf die Waferoberfläche bzw. in die Objektebene und der zu inspizierende Wafer kann mit der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen abgerastert werden.The multi-beam particle generator can comprise several real particle sources, each of which emits a single particle beam or also several single particle beams. The multi-beam particle generator can, however, also comprise a single particle source and, in the further particle-optical beam path, a multi-aperture plate in combination with a multi-lens array and / or a multi-reflector array. The multibeam particle generator then generates the multitude of individual particle beams and maps them onto an intermediate image plane. This intermediate image plane can be a real intermediate image plane or a virtual intermediate image plane. In both cases it is the case that the locations of the individual particle beams in the intermediate image can be viewed as virtual particle sources and thus as origins for the further particle-optical imaging with the first particle-optical beam path. The virtual particle sources in this intermediate image plane are thus mapped onto the wafer surface or into the object plane and the wafer to be inspected can be scanned with the large number of individual particle beams.
Umfasst das Objektivlinsensystem eine magnetische Objektivlinse, so kann diese ein schwaches oder ein starkes Magnetfeld bereitstellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Objektivlinse eine magnetische Immersionslinse. Dabei kann es sich um eine schwache Immersionslinse oder um eine starke Immersionslinse handeln. Magnetische Immersionslinsen können beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Bohrung im unteren (probenzugewandten) Polschuh der Linse einen größeren Durchmesser aufweist als die Bohrung im oberen (probenabgewandten) Polschuh der Linse. Im Gegensatz zu Objektivlinsen, welche am Objekt nur ein geringes Magnetfeld bereitstellen, haben Immersionslinsen den Vorteil, geringere sphärische und chromatische Aberrationen erreichen zu können, sowie den Nachteil größerer außeraxialer Aberrationen. Im Magnetfeld der Linse erfahren die durch sie hindurchtretenden Einzel-Teilchenstrahlen (sowohl im Primärpfad als auch im Sekundärpfad) eine Larmor-Drehung.If the objective lens system comprises a magnetic objective lens, then this can provide a weak or a strong magnetic field. According to a preferred embodiment of the invention, the objective lens is a magnetic immersion lens. This can be a weak immersion lens or a strong immersion lens. Magnetic immersion lenses can be implemented, for example, in that the hole in the lower pole piece (facing the sample) of the lens has a larger diameter than the hole in the upper pole piece (facing away from the sample) of the lens. In contrast to objective lenses, which only provide a small magnetic field on the object, immersion lenses have the advantage of being able to achieve lower spherical and chromatic aberrations, as well as the disadvantage of larger off-axis aberrations. In the magnetic field of the lens, the single particle beams passing through it (both in the primary path and in the secondary path) experience a Larmor rotation.
Erfindungsgemäß ist einen Probentisch zum Halten und/ oder Positionieren eines Wafers während der Waferinspektion vorgesehen. Dabei ist es möglich, dass der Probentisch einen Mechanismus zur Höhenverstellbarkeit (z.B. z-Stage) aufweist, um einen Arbeitsabstand einzustellen. Es ist aber auch möglich, dass eine Höhenverstellbarkeit nicht gegeben ist. Dann dient der Probentisch nur zum Halten des Wafers, nicht zu seiner Positionierung in z-Richtung. Es ist dabei in beiden Fällen möglich, aber nicht zwingend erforderlich, dass der Probentisch entlang einer Achse (z.B. x-Achse, y-Achse) oder in einer Ebene (z.B. x-y-Ebene) bewegbar ist.According to the invention, a sample table is provided for holding and / or positioning a wafer during the wafer inspection. It is possible that the sample table has a mechanism for height adjustment (eg z-stage) in order to set a working distance. But it is also possible that there is no height adjustability. The sample table then only serves to hold the wafer, not to position it in the z-direction. It is possible in both cases, but not it is imperative that the sample table can be moved along an axis (eg x-axis, y-axis) or in a plane (eg xy-plane).
Es ist des Weiteren ein Autofokus-Messglied vorgesehen, das konfiguriert ist, um während der Waferinspektion Messdaten zum Ermitteln von Autofokus-Istdaten zu erzeugen. Die Autofokus-Istdaten beschreiben dabei direkt oder indirekt die aktuelle Fokuslage relativ zur Waferoberfläche. Autofokus-Messglieder sind im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise in der
Die
Die
Das erfindungsgemäße Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist eine Steuerung auf. Die Steuerung ist konfiguriert, teilchenoptische Komponenten im ersten und/ oder im zweiten teilchenoptischen Strahlengang anzusteuern. Bevorzugt handelt es sich bei der Steuerung um eine zentrale Steuerung für das gesamte Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, dies muss aber nicht der Falls sein. Die Steuerung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sowie funktional untergliedert sein.The multiple particle beam system according to the invention has a controller. The controller is configured to control particle-optical components in the first and / or in the second particle-optical beam path. The control is preferably a central control for the entire multitude of particle beam systems, but this need not be the case. The control can be designed in one part or in several parts and can be functionally subdivided.
Die Steuerung ist für eine statische oder niederfrequente Anpassung der Fokussierung konfiguriert, um an einem ersten Arbeitspunkt mit einem ersten Arbeitsabstand zumindest die Objektivlinse und/ oder einen Aktuator des Probentisches derart anzusteuern, dass die ersten Einzel-Teilchenstahlen auf die im ersten Arbeitsabstand befindliche Waferoberfläche fokussiert werden, und sie ist für eine hochfrequente Anpassung konfiguriert, um am ersten Arbeitspunkt während der Waferinspektion basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignal zu erzeugen, um die mindestens eine schnelle Autofokus-Korrekturlinse während der Waferinspektion am ersten Arbeitspunkt anzusteuern. Zur hochfrequenten Anpassung wird dabei eine Ansteuerung der Objektivlinse vorzugsweise nicht geändert, eine Erregungsänderung der Objektivlinse erfolgt regelmäßig nur bei einer statischen oder niederfrequenten Anpassung der Fokuslage. Dabei umfasst die Objektivlinse mindestens eine magnetische und/ oder mindestens eine elektrostatische Objektivlinse; die Objektivlinse kann also in Form eines entsprechenden Objektivlinsensystems ausgebildet sein.The control is configured for a static or low-frequency adjustment of the focusing in order to control at least the objective lens and / or an actuator of the sample table at a first working point with a first working distance in such a way that the first individual particle beams are focused on the wafer surface located in the first working distance , and it is configured for a high-frequency adaptation in order to generate an autofocus correction lens control signal at the first operating point during the wafer inspection based on the actual autofocus data in order to control the at least one fast autofocus correction lens during the wafer inspection at the first operating point. For high-frequency adaptation, a control of the objective lens is preferably not changed, a change in excitation of the objective lens only occurs regularly with a static or low-frequency adaptation of the focus position. The objective lens comprises at least one magnetic and / or at least one electrostatic objective lens; the objective lens can thus be designed in the form of a corresponding objective lens system.
Die Steuerung steuert also zweierlei verschiedene fokale Einstellungen an einem Arbeitspunkt, der - ggf. neben anderen Parametern - durch einen zugehörigen Arbeitsabstand zwischen der Objektivlinse und der Waferoberfläche definiert ist: Zum einen steuert sie mit großem Hub die Fokussierung über eine Ansteuerung der Objektivlinse und gegebenenfalls weiterer Linsen und/ oder über eine Ansteuerung eines Aktuators zum Verfahren des Probentisches. Diese Stellglieder reagieren auf das Steuerungssignal verhältnismäßig langsam; eine Anpassung benötigt hier typischerweise einige zehn bis einige hundert Millisekunden und ist insbesondere beim erstmaligen Anfahren eines Arbeitspunktes mit gewähltem Arbeitsabstand erforderlich, zum Beispiel bei einem Waferwechsel. Der Hub zur Änderung des Arbeitsabstandes kann zum Beispiel +/- 100, +/-200 µm oder +/-300µm betragen.The control therefore controls two different focal settings at a working point which - possibly in addition to other parameters - is defined by an associated working distance between the objective lens and the wafer surface: On the one hand, it controls the focusing with a large stroke via a control of the objective lens and possibly others Lenses and / or via a control of an actuator for moving the sample table. These actuators respond relatively slowly to the control signal; An adjustment here typically requires a few tens to a few hundred milliseconds and is particularly necessary when approaching an operating point with a selected working distance for the first time, for example when changing a wafer. The stroke for changing the working distance can be, for example, +/- 100, +/- 200 µm or +/- 300 µm.
Zum anderen steuert die Steuerung erfindungsgemäß auch die fokale Einstellung mittels Ansteuerung der erfindungsgemäßen schnellen Autofokus-Korrekturlinse. Diese Linse kann unterschiedlich ausgebildet sein, sie kann beispielsweise als schnelle elektrostatische Linse ausgebildet sein. Verschiedene Ausführungsvarianten und mögliche Positionierungen der Autofokus-Korrekturlinse im Strahlengang werden weiter unten noch eingehender beschrieben. Auch ist es möglich, mehrere Autofokus-Korrekturlinsen vorzusehen und diese individuell anzusteuern. In jedem Fall kann eine Autofokus-Korrekturlinse für eine schnelle Einstellung verwendet werden und wirkt auf die Fokuslage der Einzel-Teilchenstrahlen, wobei diese Wirkung stark oder weniger stark ausgeprägt sein kann. Auch ist es möglich, dass die Autofokus-Korrekturlinse neben der Wirkung auf den Fokus auch eine Wirkung auf andere teilchenoptische Parameter ausübt. Schnell bedeutet hier, dass die Erregung der Autofokus-Korrekturlinse eine hochfrequente Anpassung der Fokuslage erlaubt; eine Anpassungszeit TA liegt im Bereich von µs, zum Beispiel TA ≤ 500 µs, bevorzugt TA ≤ 100 µs und/ oder TA ≤ 50 µs. Der Hub zur Änderung des Arbeitsabstandes beträgt typischerweise einige µm, zum Beispiel +/- 20 µm, +/- 15µm und/ oder +/- 10 µm.On the other hand, according to the invention, the controller also controls the focal setting by controlling the fast autofocus correction lens according to the invention. This lens can be designed differently, for example it can be designed as a fast electrostatic lens. Various design variants and possible positioning of the autofocus correction lens in the beam path are described in more detail below. It is also possible to provide several autofocus correction lenses and to control them individually. In either case, an autofocus correction lens can be used for quick adjustment and acts on the focal position of the individual particle beams, whereby this effect can be strong or less strong. It is also possible for the autofocus correction lens to have an effect on other particle-optical parameters in addition to the effect on the focus. Fast means here that the excitation of the autofocus correction lens allows a high-frequency adjustment of the focus position; an adaptation time TA is in the range of μs, for example TA 500 μs, preferably TA 100 μs and / or TA 50 μs. The stroke for changing the working distance is typically a few µm, for example +/- 20 µm, +/- 15 µm and / or +/- 10 µm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Anpassungszeit TA für die hochfrequente Anpassung mindestens um den Faktor 10, bevorzugt mindestens um den Faktor 100 oder 1000, kürzer ist als die Anpassungszeit TA für die niederfrequente oder statische Anpassung. Des Weiteren kann ein Hub für die Einstellung des Arbeitsanstandes für die niederfrequente oder statische Anpassung mindestens um den Faktor 5, bevorzugt mindestens um den Faktor 8 und/ oder 10, größer sein als der Hub für die hochfrequente Anpassung.According to a preferred embodiment of the invention, an adaptation time TA for the high-frequency adaptation is at least a factor of 10, preferably at least a factor of 100 or 1000, shorter than the adaptation time TA for the low-frequency or static adaptation. Furthermore, a stroke for setting the work delay for the low-frequency or static adaptation can be at least a factor of 5, preferably at least a factor of 8 and / or 10, greater than the stroke for the high-frequency adaptation.
Bei beiden Einstellungsvarianten des Fokus kann es notwendig sein, auch andere teilchenoptische Komponenten des Systems nachzustellen. Auch für diese Korrekturen kann die Steuerung entsprechende Steuerungssignale bereitstellen. Im Falle der niederfrequenten oder statischen Anpassung können die Stellglieder ebenfalls langsam einstellbare Stellglieder sein oder sie können schnell einstellbare Stellglieder sein. Die zeitlich limitierenden Elemente sind dabei die Magnetlinsen, zu denen zum Beispiel magnetische Feldlinsen sowie auch die magnetische Objektivlinse zählen, und/ oder die Zeit zum Verfahren des Probentisches in z-Richtung. Im Falle der hochfrequenten Anpassung ist es erforderlich, dass auch die übrigen Stellglieder im Wesentlichen schnell einstellbar sind. Ihre jeweiligen Anpassungszeiten liegen dabei bevorzugt in derselben Größenordnung wie die Anpassungszeit der schnellen Autofokus-Korrekturlinse. Sie können beispielsweise maximal um den Faktor 2 langsamer sein. Sie können aber auch schneller sein als die Anpassungszeit der schnellen Autofokus-Korrekturlinse. Bei den schnellen zusätzlichen Stellgliedern kann es sich zum Beispiel um elektrostatische Linsen, elektrostatische Deflektoren und/ oder elektrostatische Stigmatoren handeln. Auch Luftspulen mit nur wenigen Windungen können als schnelle Korrektoren verwendet werden.With both adjustment variants of the focus, it may be necessary to also readjust other particle-optical components of the system. The controller can also provide appropriate control signals for these corrections. In the case of low-frequency or static matching, the actuators can also be slowly adjustable actuators or they can be quickly adjustable actuators. The time-limiting elements are the magnetic lenses, which include, for example, magnetic field lenses as well as the magnetic objective lens, and / or the time it takes to move the sample table in the z-direction. In the case of high-frequency adaptation, it is necessary that the other actuators can also be set essentially quickly. Their respective adaptation times are preferably of the same order of magnitude as the adaptation time of the fast autofocus correction lens. For example, they can be slower by a maximum of a factor of 2. But they can also be faster than the adjustment time of the fast autofocus correction lens. The fast additional actuators can be, for example, electrostatic lenses, electrostatic deflectors, and / or electrostatic stigmators. Air-core coils with only a few turns can also be used as fast correctors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Arbeitspunkt zumindest durch einen zweiten Arbeitsabstand zwischen der Objektivlinse und der Waferoberfläche definiert, wobei sich der zweite Arbeitsabstand vom ersten Arbeitsabstand des ersten Arbeitspunktes unterscheidet. Dann ist die Steuerung konfiguriert, um bei einem Wechsel zwischen dem ersten Arbeitspunkt und dem zweiten Arbeitspunkt eine niederfrequente Anpassung durchzuführen und zumindest die magnetische Objektivlinse und/ oder einen Aktuator des Probentisches am zweiten Arbeitspunkt derart anzusteuern, dass die ersten Einzel-Teilchenstahlen auf die im zweiten Arbeitsabstand befindliche Waferoberfläche fokussiert werden. Ein Wechsel des Arbeitspunktes erfolgt zum Beispiel bei einem Waferwechsel; die Wafer können dabei unterschiedlich dick sein. Ein Waferwechsel ist ein vergleichsweise langsamer Vorgang, so dass hier eine langsame Anpassung ausreichend ist. Es ist beispielsweise aber auch möglich, den Arbeitspunkt bzw. den Arbeitsabstand zu verändern, weil die Inspektionsaufgabe eine andere ist.According to a preferred embodiment of the invention, a second working point is defined at least by a second working distance between the objective lens and the wafer surface, the second working distance differing from the first working distance of the first working point. The controller is then configured to carry out a low-frequency adaptation when changing between the first working point and the second working point and to control at least the magnetic objective lens and / or an actuator of the sample table at the second working point in such a way that the first individual particle beams are reduced to those in the second Working distance located wafer surface are focused. The working point is changed, for example, when changing a wafer; the wafers can be of different thicknesses. A wafer change is a comparatively slow process, so that a slow adjustment is sufficient here. However, it is also possible, for example, to change the working point or the working distance because the inspection task is different.
Bevorzugt ist die Steuerung konfiguriert, um am zweiten Arbeitspunkt mit dem zweiten Arbeitsabstand während der Waferinspektion basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignal für hochfrequente Anpassungen zu erzeugen, um die schnelle Autofokus-Korrekturlinse während der Waferinspektion am zweiten Arbeitspunkt anzusteuern. Im Übrigen gilt für die Einstellung des schnellen Autofokus am zweiten Arbeitspunkt mit zweitem Arbeitsabstand alles, was oben schon im Zusammenhang mit dem ersten Arbeitspunkt bei erstem Arbeitsabstand ausgesagt worden ist.The controller is preferably configured to generate an autofocus correction lens control signal for high-frequency adjustments at the second working point with the second working distance during the wafer inspection based on the actual autofocus data, in order to control the fast autofocus correction lens during the wafer inspection at the second working point. In addition, everything that has already been stated above in connection with the first working point at the first working distance applies to the setting of the fast autofocus at the second working point with the second working distance.
Erfindungsgemäß bzw. gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der erste und/ oder der zweite Arbeitspunkt des Weiteren durch einen Landewinkel der ersten Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene und durch eine Rasteranordnung der ersten Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene definiert. Die Steuerung ist dann konfiguriert, den Landewinkel und die Rasteranordnung während der hochfrequenten Anpassung am ersten und/ oder zweiten Arbeitspunkt im Wesentlichen konstant zu halten. Die Begriff Rasteranordnung umfasst dabei den Abstand zwischen den Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene und die Rotation der Einzel-Teilchenstrahlen-Anordnung; die Rastanordnung kann beispielsweise in Form des oben erwähnten Hexagon-Bildfeldes vorliegen. Somit wird bei einem Konstanthalten der Rasteranordnung sowohl die Vergrößerung, die an den Abstand der Einzel-Teilchenstrahlen gekoppelt ist, als auch die Orientierung des zweiten Feldes von Auftreffpunkten der Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene konstant gehalten. Die Vergrößerung wird dabei bevorzugt auf etwa 50ppm, 20ppm, 10ppm, 1ppm oder besser konstant gehalten (z.B. 50nm, 20nm, 10nm, 1nm oder besser auf 100 µm Bildfeldgröße). Die maximale Winkelabweichung vom gewünschten Landewinkel auf der Waferoberfläche beträgt maximal +/- 0,1 °, +/-0.01 ° oder +/-0.005°.According to the invention or according to a preferred embodiment of the invention, the first and / or the second working point are furthermore defined by a landing angle of the first individual particle beams in the object plane and by a grid arrangement of the first individual particle beams in the object plane. The controller is then configured to keep the landing angle and the grid arrangement essentially constant during the high-frequency adaptation at the first and / or second operating point. The term grid arrangement includes the distance between the individual particle beams in the object plane and the rotation of the individual particle beam arrangement; the latching arrangement can, for example, be in the form of the hexagon image field mentioned above. Thus, when the grid arrangement is kept constant, both the magnification, which is coupled to the distance between the individual particle beams, and the orientation of the second field of points of incidence of the individual particle beams in the object plane are kept constant. The magnification is preferably kept constant at around 50ppm, 20ppm, 10ppm, 1ppm or better (e.g. 50nm, 20nm, 10nm, 1nm or better to 100 µm image field size). The maximum angular deviation from the desired landing angle on the wafer surface is a maximum of +/- 0.1 °, +/- 0.01 ° or +/- 0.005 °.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung konfiguriert, den Landewinkel und die Rasteranordnung auch bei einem Wechsel zwischen dem ersten Arbeitspunkt und dem zweiten Arbeitspunkt im Wesentlichen konstant zu halten. Hier geht es also um ein Konstanthalten der genannten Parameter auch bei einer niederfrequenten Anpassung des Fokus. Die Vergrößerung wird dabei bevorzugt auf etwa 50ppm, 20ppm, 10ppm, 1ppm oder besser konstant gehalten (z.B. 50nm, 20nm, 10nm, 1nm oder besser auf 100 µm). Die maximale Winkelabweichung vom gewünschten Landewinkel auf der Waferoberfläche beträgt maximal +/- 0,1°, +/-0.01° oder +/-0.005°.According to a further preferred embodiment of the invention, the controller is configured to keep the landing angle and the grid arrangement essentially constant even when there is a change between the first working point and the second working point. The point here is to keep the parameters mentioned constant even with a low-frequency adjustment of the focus. The magnification is preferably kept constant at about 50 ppm, 20 ppm, 10 ppm, 1 ppm or better (for example 50 nm, 20 nm, 10 nm, 1 nm or better to 100 μm). The maximum angular deviation from the desired landing angle on the wafer surface is a maximum of +/- 0.1 °, +/- 0.01 ° or +/- 0.005 °.
Die Stellglieder für eine Anpassung und insbesondere ein Konstanthalten von teilchenoptischen Parametern wie z.B. Landewinkel und Rasteranordnung (Position bzw. Vergrößerung und Rotation) können für die niederfrequente Anpassung ganz oder teilweise dieselben sein wie für die hochfrequente Anpassung. Sind es jedoch ganz oder teilweise dieselben Stellglieder, so müssen diese Stellglieder zwingend auch für eine hochfrequente Anpassung geeignet sein.The actuators for an adjustment and in particular for keeping constant particle-optical parameters such as landing angle and grid arrangement (position or magnification and rotation) can be completely or partially the same for the low-frequency adjustment as for the high-frequency adjustment. However, if it is completely or partially the same actuators, then these actuators must also be suitable for high-frequency adaptation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Autofokus-Korrekturlinse eine elektrostatische Linse oder sie besteht aus einer elektrostatischen Linse. Einstellungen von elektrostatischen Linsen können grundsätzlich wesentlich schneller geändert werden als Einstellungen von Magnetlinsen, bei denen Hysterese-Effekte, Wirbelströme und Eigen- und Gegeninduktivitäten eine schnelle Anpassung verhindern. Eine elektrostatische Linse kann erfindungsgemäß als vollständige Linse, z.B. als Rohrlinse, vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, dass als Autofokus-Korrekturlinse nur ein zusätzliches Bauelement in Form einer zusätzlichen Elektrode vorgesehen ist, die im Zusammenwirken mit anderen Bauelementen oder sie umgebende Spannungen ihre elektrostatische Linsenwirkung entfaltet.According to a preferred embodiment of the invention, the autofocus correction lens comprises an electrostatic lens or it consists of an electrostatic lens. Settings of electrostatic lenses can basically be changed much faster than settings of magnetic lenses, in which hysteresis effects, eddy currents and self and mutual inductances prevent a quick adjustment. According to the invention, an electrostatic lens can be provided as a complete lens, for example a tubular lens. However, it is also possible that only one additional component is provided as an autofocus correction lens in the form of an additional electrode, which develops its electrostatic lens effect in cooperation with other components or with the voltages surrounding them.
Die schnelle Autofokus-Korrekturlinse kann im ersten teilchenoptischen Strahlengang an verschiedenen Positionen angeordnet sein, die unterschiedliche Vorteile und Nachteile bieten. Zu berücksichtigen ist zum einen der zur Verfügung stehende Bauraum im Gesamtsystem, zum anderen aber auch die Wirkung der Autofokus-Korrekturlinse auf andere teilchenoptische Parameter als den Fokus. Wie bereits eingangs ausgeführt, wirkt bei Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen eine Linse normalerweise nicht nur auf einen einzigen teilchenoptischen Parameter, die Wirkungen von teilchenoptischen Komponenten sind in der Regel nicht orthogonal zueinander. Die Erfinder haben diese Zusammenhänge genauer untersucht und haben dabei herausgefunden, dass es im teilchenoptischen Strahlengang von Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen einige Positionen gibt, die besondere Eigenschaften aufweisen: Normalerweise ist im primären Strahlengang eines erfindungsgemäßen Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ein Überkreuzungspunkt bzw. eine Überkreuzungsebene (engl. „Crossover“) vorgesehen, in der sich die Einzel-Teilchenstrahlen überlagern oder überkreuzen. Diese Überkreuzungsebene befindet sich normalerweise nahe vor der Objektivlinse. Umfangreiche Berechnung haben gezeigt, dass eine zusätzliche Linse am Cross-over im Wesentlichen auf den Fokus der ersten Einzel-Teilchenstrahlen wirkt und (wenn überhaupt) nur schwach auf andere teilchenoptische Parameter wie Position, Telezentrie oder Rotation. Somit ist es allgemein vorteilhaft, die Autofokus-Korrekturlinse am Cross-over bzw. in der Überkreuzungsebene der ersten Einzel-Teilchenstrahlen anzuordnen. In der Praxis ist der Cross-over aber kein singulärer Punkt, sondern hat eine räumliche Ausdehnung, so dass oft nur eine Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse nahe des Cross-overs / nahe der Cross- over-Ebene erreicht werden kann. Dafür gibt es erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten:
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Autofokus-Korrekturlinse in einer Strahlrohrverlängerung, die in die Objektivlinse vom oberen Polschuh her hineinragt, angeordnet. Allgemein ist es so, dass die Einzel-Teilchenstrahlen innerhalb eines Strahlrohres geführt werden. Dieses ist evakuiert. Das Strahlverlängerungsröhrchen ist dabei genau der Bereich des Strahlrohres, der vom oberen Polschuh aus ein Stück weit in die magnetische Objektivlinse hineinragt. Das Strahlrohr liegt auf Erdpotential, so dass die Autofokus-Korrekturlinse bzw. eine dazugehörige Elektrode innerhalb der Strahlrohrverlängerung gut angeordnet werden kann.
- According to a preferred embodiment of the invention, the autofocus correction lens is arranged in a beam pipe extension which protrudes into the objective lens from the upper pole piece. It is generally the case that the individual particle beams are guided within a beam pipe. This is evacuated. The beam extension tube is precisely that area of the beam tube that protrudes a little from the upper pole piece into the magnetic objective lens. The beam tube is at ground potential, so that the autofocus correction lens or an associated electrode can be easily arranged within the beam tube extension.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse vorgesehen, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern, wobei die Autofokus-Korrekturlinse als Offset am Strahlablenksystem realisiert ist. Typischerweise wird ein Strahlablenksystem (eng. „deflection scanner“ oder „scan deflector“) durch zwei oder mehr im Strahlengang hintereinander angeordnete Deflektoren realisiert. An allen an der Deflektion beteiligten Elektroden wird nun die Offset-Spannung bereitgestellt. Die Linsenwirkung entsteht dabei durch die Überlagerung des Deflektionsfelds mit einem Einzellinsenfeld. Die beschriebene Ausführungsform bietet den Vorteil, dass an der Hardware des Systems keine weiteren Änderungen erforderlich sind.According to a preferred embodiment of the invention is Furthermore, a beam deflection system is provided between the beam deflector and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the individual particle beams, the autofocus correction lens being implemented as an offset on the beam deflection system. A beam deflection system (“deflection scanner” or “scan deflector”) is typically implemented by two or more deflectors arranged one behind the other in the beam path. The offset voltage is now made available to all electrodes involved in the deflection. The lens effect is created by superimposing the deflection field with a single lens field. The embodiment described offers the advantage that no further changes are required to the hardware of the system.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse auf, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern, wobei das Strahlablenksystem einen oberen Ablenker und einen unteren Ablenker aufweist, die in Richtung des Strahlenganges nacheinander angeordnet sind, und wobei die Autofokus-Korrekturlinse zwischen dem oberen Ablenker und dem unteren Ablenker angeordnet ist. Auch diese Ausführungsform ist einfach zu realisieren, da nur geringe Veränderungen an der Hardware bestehender Systeme vorgenommen werden müssen. According to one embodiment of the invention, the multiple particle beam system further comprises a beam deflection system between the beam splitter and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the single particle beams, the beam deflection system having an upper deflector and a lower deflector, which are arranged one after the other in the direction of the beam path, and wherein the autofocus correction lens is arranged between the upper deflector and the lower deflector. This embodiment is also easy to implement, since only minor changes need to be made to the hardware of existing systems.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse auf, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern, wobei das Strahlablenksystem einen oberen Ablenker und einen unteren Ablenker aufweist, die in Richtung des Strahlenganges nacheinander angeordnet sind, und wobei die Autofokus-Korrekturlinse zwischen dem unteren Ablenker und dem oberen Polschuh der magnetischen Objektivlinse angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsvariante befindet sich die Autofokus-Korrekturlinse in der Nähe der Überkreuzungsebene.According to one embodiment of the invention, the multiple particle beam system further comprises a beam deflection system between the beam splitter and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the single particle beams, the beam deflection system having an upper deflector and a lower deflector, which are arranged one after the other in the direction of the beam path, and wherein the autofocus correction lens is arranged between the lower deflector and the upper pole piece of the magnetic objective lens. In this variant, too, the autofocus correction lens is located in the vicinity of the crossover plane.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Autofokus-Korrekturlinse zwischen der Waferoberfläche und einem unteren Polschuh der magnetischen Objektivlinse angeordnet. Diese Position befindet sich zwar nicht mehr in der Nähe des Cross-overs und die Wirkung der Linse erstreckt sich nicht mehr nur ganz überwiegend auf den Fokus; aber diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Autofokus-Korrekturlinse nur geringe Folgeaberrationen aufweist, da sie normalerweise die letzte Linse direkt vor der Waferoberfläche ist.According to a preferred embodiment of the invention, the autofocus correction lens is arranged between the wafer surface and a lower pole piece of the magnetic objective lens. This position is no longer in the vicinity of the crossover and the effect of the lens no longer extends only predominantly to the focus; however, this embodiment offers the advantage that the autofocus correction lens has only minor follow-up aberrations, since it is normally the last lens directly in front of the wafer surface.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Autofokus-Korrekturlinse zwischen dem oberen und dem unteren Polschuh der magnetischen Objektivlinse angeordnet. Diese Ausführungsform hat ebenfalls den Vorteil, dass sie weit unten im Strahlengang realisiert wird (Autofokus-Korrekturlinse als vorletzte Linse), so dass auch hier nur geringe Folgeaberrationen entstehen.According to another preferred embodiment of the invention, the autofocus correction lens is arranged between the upper and lower pole pieces of the magnetic objective lens. This embodiment also has the advantage that it is implemented far below in the beam path (autofocus correction lens as penultimate lens), so that only minor subsequent aberrations arise here too.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein evakuierbares Strahlrohr auf, das den ersten teilchenoptischen Strahlengang von der Vielstrahl-Teilchengenerator bis hin zur Objektivlinse im Wesentlichen umschließt, wobei das Strahlrohr eine Unterbrechung aufweist und wobei die Autofokus-Korrekturlinse innerhalb dieser Unterbrechung angeordnet ist. Das Strahlrohr ist dabei im genannten Bereich im Wesentlichen dicht, also so ausgeführt, dass darin ein Vakuum oder Hochvakuum erzeugt werden kann. Es kann entlang des Strahlenganges unterschiedliche Querschnitte und/ oder auch Kammern aufweisen. Die Unterbrechung, in der die Autofokus-Korrekturlinse angeordnet ist, ist dabei bevorzugt die einzige Unterbrechung des Strahlrohres. Die innere Wandung des Strahlrohres liegt bis auf die Orte der Unterbrechung, an denen sich die Autofokus-Korrekturlinse befindet, auf Erdpotential. Etwaige Verbindungsstellen/ Kontaktstellen zwischen Vakuumkammern und dem eigentlichen Strahlrohr sind dabei nicht als Unterbrechungen anzusehen.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has an evacuable beam tube which essentially encloses the first particle-optical beam path from the multi-beam particle generator to the objective lens, the beam tube having an interruption and the autofocus correction lens within this Interruption is arranged. The jet pipe is essentially tight in the area mentioned, that is to say designed in such a way that a vacuum or high vacuum can be generated therein. It can have different cross-sections and / or chambers along the beam path. The interruption in which the autofocus correction lens is arranged is preferably the only interruption in the beam tube. The inner wall of the beam pipe is at ground potential, except for the places of interruption where the autofocus correction lens is located. Any connection points / contact points between the vacuum chambers and the actual jet pipe are not to be regarded as interruptions.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Feldlinsensystem auf, das im ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Strahlweiche angeordnet ist, wobei die Unterbrechung des Strahlrohres, in der die Autofokus-Korrekturlinse angeordnet ist, zwischen dem Feldlinsensystem und der Strahlweiche angeordnet ist. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system also has a field lens system which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the beam switch, the interruption of the beam tube in which the autofocus correction lens is arranged between the Field lens system and the beam switch is arranged. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Strahlweiche zwei Magnetsektoren auf und die Unterbrechung des Strahlrohres, in der die Autofokus-Korrekturlinse angeordnet ist, ist im Bereich der Strahlweiche zwischen den zwei Magnetsektoren vorgesehen. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse.According to a preferred embodiment of the invention, the beam switch has two magnetic sectors and the interruption of the beam tube in which the autofocus correction lens is arranged is provided in the area of the beam switch between the two magnetic sectors. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse auf, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern, wobei die Unterbrechung des Strahlrohres, in der die Autofokus-Korrekturlinse angeordnet ist, zwischen der Strahlweiche und dem Strahlablenksystem vorgesehen ist. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has a beam deflection system between the beam splitter and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the individual particle beams. Correction lens is arranged, is provided between the beam switch and the beam deflection system. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Feldlinsensystem auf, das im ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Strahlweiche angeordnet ist. Dieses Feldlinsensystem kann eine oder mehrere Linsen, umfassen. Es umfasst wenigstens eine magnetische Feldlinse. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Unterbrechung des Strahlrohres, in der die Autofokus-Korrekturlinse angeordnet ist, innerhalb der einen magnetischen Feldlinse des Feldlinsensystems angeordnet. Auch in dieser Position ist verhältnismäßig viel Bauraum vorhanden. Allerdings wirkt die Autofokus-Korrekturlinse in dieser Position auf den Fokus, die Position und die Verkippung der Einzel-Teilchenstrahlen. Gleichwohl ist vorteilhaft, dass sich eine Position und/ oder Strahlverkippungen bei dieser Ausführungsform (mit) kompensieren lassen.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has a field lens system which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the beam switch. This field lens system can comprise one or more lenses. It comprises at least one magnetic field lens. In this embodiment of the invention, the interruption of the beam pipe in which the autofocus Correction lens is arranged, arranged within the one magnetic field lens of the field lens system. A relatively large amount of installation space is also available in this position. However, in this position the autofocus correction lens acts on the focus, the position and the tilting of the individual particle beams. Nevertheless, it is advantageous that a position and / or beam tilting can (also) be compensated for in this embodiment.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein evakuierbares Strahlrohr auf, das den ersten teilchenoptischen Strahlengang von dem Vielstrahl-Teilchengenerator bis hin zur Objektivlinse im Wesentlichen umschließt. Dabei ist die Autofokus-Korrekturlinse als Rohrlinse ausgebildet und innerhalb des Strahlrohres angeordnet. Das Strahlrohr weist also keine Unterbrechung oder Durchbrechung auf, was die Abdichtung/ Dichtheit des Strahlrohres vereinfacht. Für diese Ausführungsvariante existieren wiederum mehrere Realisierungsformen, von denen vier im Folgenden angegeben werden:
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Feldlinsensystem auf, das im ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Strahlweiche angeordnet ist, wobei die Autofokus-Korrekturlinse zwischen dem Feldlinsensystem und der Strahlweiche innerhalb des Strahlrohres angeordnet ist. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse.
- According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system also has a field lens system which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the beam switch, the autofocus correction lens being arranged between the field lens system and the beam switch within the beam pipe. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Strahlweiche zwei Magnetsektoren auf und die Autofokus-Korrekturlinse ist zwischen den zwei Magnetsektoren innerhalb des Strahlrohres vorgesehen. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse.According to a preferred embodiment of the invention, the beam switch has two magnetic sectors and the autofocus correction lens is provided between the two magnetic sectors within the beam tube. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse auf, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern, wobei die Autofokus-Korrekturlinse zwischen der Strahlweiche und dem Strahlablenksystem innerhalb des Strahlrohres vorgesehen ist. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system further comprises a beam deflection system between the beam splitter and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the single particle beams, the autofocus correction lens between the beam splitter and the beam deflection system is provided within the jet pipe. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Feldlinsensystem auf, das im ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Strahlweiche angeordnet ist, wobei die Autofokus-Korrekturlinse innerhalb einer magnetischen Feldlinse innerhalb des Strahlrohres angeordnet ist. Diese Ausführungsform bietet verhältnismäßig viel Raum für die Anordnung der Autofokus-Korrekturlinse. Die Autofokus-Korrekturlinse wirkt in dieser Position zusätzlich zum Fokus auf die Position und auf die Verkippung der Einzel-Teilchenstrahlen. Dies ermöglicht (ggf. zusätzliche) Korrekturen von Position und Landwinkel der ersten Einzel-Teilchenstrahlen.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has a field lens system which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the beam switch, the autofocus correction lens being arranged within a magnetic field lens within the beam tube. This embodiment offers a relatively large amount of space for the arrangement of the autofocus correction lens. In this position, the autofocus correction lens acts in addition to the focus on the position and on the tilting of the individual particle beams. This enables (possibly additional) corrections of the position and land angle of the first individual particle beams.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die schnelle Autofokus-Korrekturlinse eine schnelle Magnetlinse, insbesondere eine Luftspule oder besteht aus einer schnellen Magnetlinse, insbesondere einer Luftspule. Eine solche Luftspule besitzt nur eine verhältnismäßig geringe Induktivität und kann deshalb bis zu einem gewissen Grad ebenfalls als schnelle Autofokus-Korrekturlinse eingesetzt werden. Beispielsweise besitzt eine solche Luftspule einige zehn bis einige hundert Windungen, zum Beispiel gilt für die Anzahl k der Windungen 10 ≤ k ≤ 500 und/ oder 10 ≤ k ≤ 200 und/ oder 10 ≤ k ≤ 50, und für die Anpassungszeiten TA der Luftspule kann gelten: TA ≤ 500 µs, bevorzugt TA ≤ 100 µs und/ oder TA ≤ 50 µs. Dies gilt jedenfalls dann, wenn die Luftspule so angeordnet ist, dass kein oder zumindest kaum magnetisches Material in ihrer Nähe ist.According to a further embodiment of the invention, the fast autofocus correction lens comprises a fast magnetic lens, in particular an air-core coil, or consists of a fast magnetic lens, in particular an air-core coil. Such an air-core coil has only a relatively low inductance and can therefore also be used to a certain extent as a fast autofocus correction lens. For example, such an air core coil has a few tens to a few hundred turns, for example, for the number k of turns, 10 k 500 and / or 10 k 200 and / or 10 k 50, and for the adaptation times TA of the air core coil can apply: TA ≤ 500 µs, preferably TA ≤ 100 µs and / or TA ≤ 50 µs. This applies in any case when the air-core coil is arranged in such a way that no or at least hardly any magnetic material is in its vicinity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein evakuierbares Strahlrohr auf, das den ersten teilchenoptischen Strahlengang von dem Vielstrahl-Teilchengenerator bis hin zur Objektivlinse im Wesentlichen umschließt, wobei die schnelle Magnetlinse außen um das Strahlrohr herum angeordnet ist. Hierbei muss das Strahlrohr also nicht durchbrochen oder unterbrochen werden. Eine Herstellung dieser Ausführungsvariante ist verhältnismäßig einfach.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has an evacuable beam tube which essentially encloses the first particle-optical beam path from the multi-beam particle generator to the objective lens, the fast magnetic lens being arranged on the outside around the beam tube. In this case, the jet pipe does not have to be broken through or interrupted. A production of this variant is relatively simple.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Feldlinsensystem auf, das im ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Strahlweiche angeordnet ist, wobei die schnelle Magnetlinse zwischen dem Feldlinsensystem und der Strahlweiche um das Strahlrohr herum angeordnet ist. Hierbei muss das Strahlrohr also nicht durchbrochen oder unterbrochen werden. Eine Herstellung dieser Ausführungsvariante ist verhältnismäßig einfach.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has a field lens system which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the beam switch, the fast magnetic lens being arranged between the field lens system and the beam switch around the beam pipe. In this case, the jet pipe does not have to be broken through or interrupted. A production of this variant is relatively simple.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Strahlweiche zwei Magnetsektoren auf und die schnelle Magnetlinse ist zwischen den zwei Magnetsektoren um das Strahlrohr herum angeordnet ist. Hierbei muss das Strahlrohr also nicht durchbrochen oder unterbrochen werden. Eine Herstellung dieser Ausführungsvariante ist verhältnismäßig einfach.According to a preferred embodiment of the invention, the beam switch has two magnetic sectors and the fast magnetic lens is arranged between the two magnetic sectors around the beam pipe. In this case, the jet pipe does not have to be broken through or interrupted. A production of this variant is relatively simple.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse auf, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern, wobei die schnelle Magnetlinse zwischen der Strahlweiche und dem Strahlablenksystem um das Strahlrohr herum angeordnet ist. Hierbei muss das Strahlrohr also nicht durchbrochen oder unterbrochen werden. Eine Herstellung dieser Ausführungsvariante ist verhältnismäßig einfach.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system further comprises a beam deflection system between the beam splitter and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the single particle beams, the fast magnetic lens between the beam splitter and the beam deflection system the jet pipe is arranged around. In this case, the jet pipe does not have to be broken through or interrupted. A production of this variant is relatively simple.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Strahlablenksystem zwischen der Strahlweiche und der Objektivlinse auf, das konfiguriert ist, um die Waferoberfläche mit einer Scanbewegung der Einzel-Teilchenstrahlen abzurastern; wobei das Strahlablenksystem einen oberen Ablenker und einen unteren Ablenker aufweist, die in Richtung des Strahlenganges nacheinander angeordnet sind; und wobei die schnelle Magnetlinse zwischen dem oberen Ablenker und dem unteren Ablenker um das Strahlrohr herum angeordnet ist. Hierbei muss das Strahlrohr also nicht durchbrochen oder unterbrochen werden. Eine Herstellung dieser Ausführungsvariante ist verhältnismäßig einfach.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system further comprises a beam deflection system between the beam splitter and the objective lens, which is configured to scan the wafer surface with a scanning movement of the single particle beams; wherein the beam deflection system has an upper deflector and a lower deflector which are arranged one after the other in the direction of the beam path; and wherein the fast magnetic lens is disposed between the upper deflector and the lower deflector around the beam pipe. In this case, the jet pipe does not have to be broken through or interrupted. A production of this variant is relatively simple.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein schnelles Telezentrie-Korrekturmittel auf, das konfiguriert ist, wesentlich dazu beizutragen, einen tangentialen oder radialen Telezentriefehler der ersten Einzel-Teilchenstrahlen im zweiten Feld zu korrigieren, und die Steuerung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ist eingerichtet, am jeweiligen Arbeitspunkt während der Waferinspektion basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Telezentrie-Korrekturmittel-Steuerungssignal für hochfrequente Anpassungen zu erzeugen, um das schnelle Telezentrie-Korrekturmittel während der Waferinspektion anzusteuern. Wie oben bereits ausgeführt, ist im Zuge der schnellen Autofokussierung oft auch eine schnelle Anpassung anderer teilchenoptischer Komponenten notwendig, um andere teilchenoptische Parameter konstant halten zu können. Einer dieser Parameter ist die Telezentrie bzw. der Landewinkel von ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf der Waferoberfläche (die Begriffe Telezentrie und Landewinkel werden in dieser Patentanmeldung synonym verwendet). Dabei ist es auch bei einer Anwendung eines Elementes, welches für die Telezentrie-Korrektur vorgesehen ist so, dass dieses Element nicht zwingend ausschließlich auf die Telezentrie wirkt, sondern wiederum mit anderen teilchenoptischen Parametern wegen der Nicht-Orthogonalität der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten wechselwirkt. Deshalb wird im Rahmen dieser Patentanmeldung definiert, dass das schnelle Telezentrie-Korrekturmittel im Wesentlichen - und damit nicht zwingend ausschließlich - auf die Telezentrie wirken soll. Eine wesentliche Wirkung betrifft dann die Telezentrie. Auch ist es streng genommen möglich, dass eine schnelle Autofokus-Korrekturlinse (auch) ein schnelles Telezentrie-Korrekturmittel ist und umgekehrt.According to a preferred embodiment of the invention, the plurality of particle beam system further comprises a fast telecentricity correction means which is configured to contribute significantly to correcting a tangential or radial telecentricity error of the first single particle beams in the second field, and the control of the plurality of The particle beam system is set up to generate a telecentricity correction means control signal for high-frequency adjustments at the respective working point during the wafer inspection based on the actual autofocus data, in order to control the fast telecentricity correction means during the wafer inspection. As already stated above, in the course of the fast autofocusing, a fast adjustment of other particle-optical components is often necessary in order to be able to keep other particle-optical parameters constant. One of these parameters is the telecentricity or the landing angle of the first individual particle beams on the wafer surface (the terms telecentricity and landing angle are used synonymously in this patent application). Even when using an element that is intended for telecentricity correction, this element does not necessarily only act on telecentricity, but in turn interacts with other particle-optical parameters because of the non-orthogonality of the effects of the particle-optical components. Therefore, in the context of this patent application, it is defined that the fast telecentricity correction means should essentially - and thus not necessarily exclusively - act on the telecentricity. An essential effect then affects the telecentricity. Strictly speaking, it is also possible that a fast autofocus correction lens is (also) a fast telecentric correction means and vice versa.
Im Folgenden wird das Zustandekommen des tangentialen Telezentriefehlers sowie eines Rotationsfehlers, welche durch eine Immersionslinse als magnetische Objektivlinse erzeugt werden, erläutert: In einer Referenzanordnung der Magnetimmersionslinse mit einem ersten Abbildungsmaßstab und einer ersten Fokusebene im Magnetfeld der Magnetimmersionslinse wird in der Objektebene eine erste Rasteranordnung mit einem ersten Strahlabstand oder Pitch der ersten Einzel-Teilchenstrahlen und in einer ersten Orientierung ausgebildet. Dabei werden geladene Teilchen im Magnetfeld der Magnetimmersionslinse auf helikale Bahnen gelenkt. Von einer Magnetimmersionslinse spricht man, wenn sich das Magnetfeld einer Objektivlinse bis zur Probe oder dem Objekt, beispielsweise einem Halbleiterwafer, erstreckt. Durch die helikalen Teilchenbahnen wird auch die Rasteranordnung der Strahlfoki in der Objektebene, in der beispielsweise ein Wafer angeordnet ist, verdreht. Um eine erste Rasteranordnung in der Objektebene in einer gewünschten, vordefinierten Orientierung zu erzeugen, wird üblicherweise die Verdrehung oder Rotation der Rasteranordnung vorgehalten, beispielsweise durch Anordnung einer Erzeugungseinrichtung der Rasteranordnung (z.B. in Form einer Multiaperturplatte als Bestandteil eines Vielstrahl-Teilchengenerators) in einer vorbestimmten vorverdrehten Stellung, die der Rotation durch die Magnetimmersionslinse entgegengesetzt ist. Erste Einzel-Teilchenstrahlen erhalten auch eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente, die bei einer Immersionslinse dazu führt, dass die Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Probe nicht mehr senkrecht auftreffen, sondern in tangentialer Richtung verkippt oder geneigt zu einer Senkrechten zur Probenoberfläche. Insbesondere haben bei einem Vielstrahlsystem erste Einzel-Teilchenstrahlen unterschiedliche tangentiale Neigungswinkel, die mit dem Abstand von der optischen Achse der Magnetimmersionslinse in radialer Richtung zunehmen. Dieser Fehler wird als tangentialer Telezentriefehler bezeichnet. Üblicherweise kann der tangentiale Telezentriefehler kompensiert werden, in dem vor der Magnetimmersionslinse eine entsprechende tangentiale Geschwindigkeitskomponente der ersten Einzel-Teilchenstrahlen gezielt erzeugt wird, die dem tangentialen Telezentriefehler entgegen gerichtet ist und diesen an der Waferoberfläche kompensiert.The following explains the occurrence of the tangential telecentricity error and a rotation error, which are generated by an immersion lens as a magnetic objective lens: In a reference arrangement of the magnetic immersion lens with a first imaging scale and a first focal plane in the magnetic field of the magnetic immersion lens, a first grid arrangement with a first beam spacing or pitch of the first individual particle beams and formed in a first orientation. Charged particles are directed onto helical paths in the magnetic field of the magnetic immersion lens. A magnetic immersion lens is used when the magnetic field of an objective lens extends to the sample or the object, for example a semiconductor wafer. The raster arrangement of the beam foci in the object plane in which, for example, a wafer is arranged, is also rotated by the helical particle trajectories. In order to generate a first raster arrangement in the object plane in a desired, predefined orientation, the twisting or rotation of the raster arrangement is usually provided, for example by arranging a generating device of the raster arrangement (e.g. in the form of a multi-aperture plate as part of a multi-beam particle generator) in a predetermined pre-rotated Position which is opposite to the rotation through the magnetic immersion lens. First individual particle beams also receive a tangential velocity component which, in the case of an immersion lens, means that the individual particle beams no longer strike a sample perpendicularly, but tilt in a tangential direction or incline to a perpendicular to the sample surface. In particular, in a multi-beam system, first individual particle beams have different tangential angles of inclination which increase in the radial direction with the distance from the optical axis of the magnetic immersion lens. This error is known as a tangential telecentricity error. The tangential telecentricity error can usually be compensated by specifically generating a corresponding tangential velocity component of the first individual particle beams in front of the magnetic immersion lens, which is directed against the tangential telecentricity error and compensates for it on the wafer surface.
Eine Veränderung der Erregung der Magnetimmersionslinse, eine Veränderung der Fokuslage oder eine Veränderung des Abbildungsmaßstabs der ersten Rasteranordnung der Vielzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen führt zu ungewünschten, parasitären Effekten. Durch jede der genannten Änderungen wird beispielsweise ein tangentialer und/oder radialer Telezentriefehler erzeugt.A change in the excitation of the magnetic immersion lens, a change in the focus position or a change in the imaging scale of the first raster arrangement of the plurality of first individual particle beams leads to undesired, parasitic effects. For example, a tangential and / or radial telecentricity error is generated by each of the changes mentioned.
Durch jede der oben genannten Änderungen wird der Bruchteil eines Umlaufes der helikalen Elektronenbahnen oder der Drehwinkel der Rotation der Rasteranordnung verändert. Somit wird eine zweite Rasteranordnung der Vielzahl der primären Elektronenbündel gebildet, die gegen die ersten Rasteranordnung verdreht ist. Diese Rotation ist ungewünscht und wird erfindungsgemäß durch Mittel zur Veränderung der Rotation der Rasteranordnung kompensiert.Each of the changes mentioned above changes the fraction of a revolution of the helical electron trajectories or the angle of rotation of the rotation of the grid arrangement. A second raster arrangement of the plurality of primary electron bundles is thus formed, which is rotated relative to the first raster arrangement. This rotation is undesirable and is compensated according to the invention by means for changing the rotation of the grid arrangement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Telezentrie-Korrekturmittel ein erstes Deflektor-Array, das in einer Zwischenbildebene des ersten teilchenoptischen Strahlenganges angeordnet ist. Ein solches Deflektor-Array ist beispielsweise aus der
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein schnelles Rotations-Korrekturmittel, das konfiguriert ist, wesentlich dazu beizutragen, eine Verdrehung der ersten Einzel-Teilchenstrahlen im zweiten Feld zu korrigieren, wobei die Steuerung eingerichtet ist, während der Waferinspektion am jeweiligen Arbeitspunkt basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Rotations-Korrekturmittel-Steuerungssignal für hochfrequente Anpassungen zu erzeugen, um das schnelle Rotations-Korrekturmittel während der Waferinspektion anzusteuern. Das Rotations-Korrekturmittel wirkt nicht zwingend ausschließlich auf die Rotation, sondern wechselwirkt wiederum mit anderen teilchenoptischen Parametern wegen der Nicht-Orthogonalität der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten. Deshalb wird im Rahmen dieser Patentanmeldung definiert, dass das schnelle Rotations-Korrekturmittel im Wesentlichen - und damit nicht zwingend ausschließlich - auf die Rotation wirken soll. Eine wesentliche Wirkung betrifft dann die Rotation. Auch ist es streng genommen möglich, dass eine schnelle Autofokus-Korrekturlinse (auch) ein schnelles Rotations-Korrekturmittel ist und umgekehrt.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system further comprises a rapid rotation correction means which is configured to contribute significantly to correcting a rotation of the first single particle beams in the second field, the controller being set up during the wafer inspection on generate a rotation correction means control signal for high-frequency adjustments based on the actual autofocus data in each operating point, in order to control the fast rotation correction means during the wafer inspection. The rotation correction means does not necessarily act exclusively on the rotation, but in turn interacts with other particle-optical parameters because of the non-orthogonality of the effects of the particle-optical components. Therefore, in the context of this patent application, it is defined that the rapid rotation correction means should essentially - and therefore not necessarily exclusively - act on the rotation. A major effect then concerns the rotation. Strictly speaking, it is also possible that a fast autofocus correction lens is (also) a fast rotation correction means and vice versa.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Rotations-Korrekturmittel eine Luftspule. Beispielsweise besitzt eine solche Luftspule einige zehn bis einige hundert Windungen, zum Beispiel gilt für die Anzahl k der Windungen 10 ≤ k ≤ 500 und/ oder 10 ≤ k ≤ 200 und/ oder 10 ≤ k ≤ 50, und für Anpassungszeiten TA der Luftspule kann gelten: TA ≤ 500 µs, bevorzugt TA ≤ 100 µs und/ oder TA ≤ 50 µs. Dies gilt jedenfalls dann, wenn die Luftspule so angeordnet ist, dass kein oder zumindest kaum magnetisches Material in ihrer Nähe ist.According to a preferred embodiment of the invention, the rotation correction means comprises an air core coil. For example, such an air core coil has a few tens to a few hundred turns, for example the following applies to the number k of turns 10 k 500 and / or 10 k 200 and / or 10 k 50, and for adaptation times TA of the air core coil can The following apply: TA ≤ 500 µs, preferably TA ≤ 100 µs and / or TA ≤ 50 µs. This applies in any case when the air-core coil is arranged in such a way that no or at least hardly any magnetic material is in its vicinity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Rotations-Korrekturmittel ein zweites Deflektor-Array, das beabstandet direkt vor oder nach dem ersten Deflektor-Array, das als schnelles Telezentrie-Korrekturmittel dient, angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist es also so, dass beabstandet vor oder hinter dem Deflektor-Array zur Telezentriekorrektur ein weiteres Deflektor-Array angeordnet ist, welches durch Ablenkung einzelner Strahlen eine Veränderung der Fokusposition auf der Waferoberfläche bewirkt und damit in Summe durch entsprechende Ansteuerung eine Rotation der Rasteranordnung bewirkt. Die Öffnungen des jeweils nachgeordneten Deflektor-Arrays sind dabei entsprechend größer ausgeführt und für eine Strahlablenkung des vorangehenden Deflektor-Arrays ausgelegt. Mit zwei hintereinander angeordneten Deflektor-Arrays ist somit eine Kompensation der Rotation und des Telezentriefehlers ermöglicht.According to a preferred embodiment of the invention, the rotation correction means comprises a second deflector array which is arranged at a distance directly in front of or after the first deflector array, which serves as a fast telecentricity correction means. In this embodiment, a further deflector array is arranged in front of or behind the deflector array for telecentricity correction Grid arrangement causes. The openings of the respective downstream deflector array are made correspondingly larger and designed for beam deflection of the preceding deflector array. With two deflector arrays arranged one behind the other, it is possible to compensate for the rotation and the telecentricity error.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Rotations-Korrekturmittel ein Multi-Linsen-Array auf, das beabstandet direkt vor oder nach dem ersten Deflektor-Array, das als Telezentrie-Korrekturmittel dient, derart angeordnet ist, dass die ersten Einzel-Teilchenstrahlen das Multi-Linsen-Array außeraxial durchsetzen. Somit entsteht neben einer fokussierenden Wirkung auch eine ablenkende Wirkung. Durch Versatz eines Einzel-Teilchenstrahls in tangentialer Richtung zu einer Achse einer Mikrolinse wird der Einzel-Teilchenstrahl in tangentialer Richtung abgelenkt. Der tangentiale Strahlversatz kann beispielsweise durch ein vorangehendes Deflektor-Array eingestellt werden, oder durch eine Verdrehung des Multi-Linsen-Arrays zur Rasteranordnung. Eine Veränderung der tangentialen Strahlablenkung kann durch ein aktives Deflektor-Array vor dem Multi-Linsen-Array erzeugt werden, oder durch ein Multi-Linsen-Array mit variabler Brechkraft. Mit der Änderung der Brechkraft ändert sich dann auch der Ablenkwinkel. Die Änderung der Brechkraft kann durch eine weitere elektrostatische Linse, die beispielsweise auf sämtliche Einzel-Teilchenstrahlen wirkt, ausgeglichen werden. Eine weitere Möglichkeit ist eine aktive Verdrehung des Multi-Linsen-Arrays um wenige mrad. Da die Ablenkung durch die Linsenwirkung verstärkt wird, kann ein Drehwinkel zur Verdrehung des Multi-Linsen-Arrays kleiner ausfallen als der Drehwinkel der Rotation der Rasteranordnung.According to a preferred embodiment of the invention, the rotation correction means has a multi-lens array which is arranged at a distance directly before or after the first deflector array, which serves as a telecentricity correction means, in such a way that the first individual particle beams the multi - Enforce lens array off-axis. In addition to a focusing effect, this also creates a distracting effect. By offsetting a single particle beam in a tangential direction to an axis of a microlens, the single particle beam is deflected in a tangential direction. The tangential beam offset can be set, for example, by a preceding deflector array, or by rotating the multi-lens array to form a raster arrangement. A change in the tangential beam deflection can be generated by an active deflector array in front of the multi-lens array, or by a multi-lens array with variable refractive power. With the change in the refractive power, the deflection angle then also changes. The change in the refractive power can be compensated for by a further electrostatic lens, which acts on all individual particle beams, for example. Another possibility is an active rotation of the multi-lens array by a few mrad. Since the deflection is increased by the lens action, a rotation angle can be used to Rotation of the multi-lens array turn out to be smaller than the angle of rotation of the rotation of the grid arrangement.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Vielstrahl-Teilchengenerator das schnelle Rotations-Korrekturmittel und das Rotationskorrekturmittel wird durch das Rotations-Korrekturmittel-Steuerungssignal aktiv verdreht. Der Vielstrahl-Teilchengenerator enthält beispielsweise mindestens ein Deflektor-Array oder mindestens ein Multi-Linsen-Array. Durch entsprechende aktive Verdrehung des gesamten Vielstrahl-Teilchengenerators bzw. der gesamten Erzeugungseinrichtung der Rasteranordnung oder aktive Verdrehung einzelner Arraykomponenten kann eine Verdrehung der Rasteranordnung bewirkt werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the multi-beam particle generator comprises the rapid rotation correction means and the rotation correction means is actively rotated by the rotation correction means control signal. The multi-beam particle generator contains, for example, at least one deflector array or at least one multi-lens array. A rotation of the raster arrangement can be effected by appropriate active rotation of the entire multi-beam particle generator or the entire generating device of the grid arrangement or active rotation of individual array components.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das schnelle Rotations-Korrekturmittel eine erste Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung für ein erstes schwaches Magnetfeld und eine zweite Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung für ein zweites schwaches Magnetfeld, wobei die erste Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung nur für eine Verdrehung in eine positive Drehrichtung und die zweite Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung nur für eine Verdrehung in eine negative Drehrichtung von der Steuerung mittels des Rotations-Korrekturmittel-Steuerungssignals angesteuert wird. Da eine Kompensation der Drehung oder Rotation der Rasteranordnung im Zusammenspiel mit einem schnellen Autofokus sehr schnell sein muss, sind einzelne magnetische Elemente dafür ungeeignet. Die Erfinder haben aber herausgefunden, dass mit mindestens zwei magnetischen Elementen eine schnelle Verdrehung einer Rasteranordnung zusammen mit einer Veränderung der Fokusposition erreicht werden kann, in dem man jedes der magnetischen Elemente nur zur Verdrehung in einer Richtung einsetzt. Durch zwei magnetische Komponenten, die jeweils nur in einer Richtung betrieben werden, wird die Hysterese vermieden und somit eine schnelle Rotation der Rasteranordnung in zwei Drehrichtungen ermöglicht. Beide Komponenten können in kurzen Pausen zwischen Inspektionsaufgaben, beispielsweise während der Positionierung des Wafers von einer ersten Inspektionsstelle zu einer zweiten Inspektionsstelle zurückgesetzt werden. So kann beispielsweise ein axiales Magnetfeld zur Drehung in die positive Richtung mit einer Magnetimmersionslinse am Austritt des Büschels der Primärstrahlen aus der Erzeugungseinrichtung zur Drehung in die negative Richtung kombiniert werden.According to a preferred embodiment of the invention, the rapid rotation correction means comprises a first magnetic field generating device for a first weak magnetic field and a second magnetic field generating device for a second weak magnetic field, the first magnetic field generating device only for a rotation in a positive direction of rotation and the second magnetic field generating device is controlled only for a rotation in a negative direction of rotation by the controller by means of the rotation correction means control signal. Since a compensation of the rotation or rotation of the grid arrangement in interaction with a fast autofocus has to be very fast, individual magnetic elements are unsuitable for this. The inventors have found, however, that with at least two magnetic elements a rapid rotation of a grid arrangement together with a change in the focus position can be achieved by using each of the magnetic elements for rotation in one direction only. The hysteresis is avoided by two magnetic components, each of which is operated in one direction, and thus enables the grid arrangement to be rotated quickly in two directions of rotation. Both components can be reset in short pauses between inspection tasks, for example during the positioning of the wafer from a first inspection point to a second inspection point. For example, an axial magnetic field for rotation in the positive direction can be combined with a magnetic immersion lens at the exit of the bundle of primary beams from the generating device for rotation in the negative direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste und das zweite Magnetfeld axial ausgelegt und in einem konvergenten oder divergenten Büschel der ersten Einzel-Teilchenstrahlen im ersten teilchenoptischen Strahlengang angeordnet. Derartige Anordnungen und die zugrunde liegenden physikalischen Effekte werden beispielsweise in der zum Zeitpunkt dieser Anmeldung noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine maximale Abweichung eines jeden Einzel-Teilchenstrahles von einer gewünschten Landeposition auf der Waferoberfläche maximal 10nm, 5nm, 2nm, 1nm oder 0.5nm. Diese maximale Abweichung ist absolut - sie gilt für jede beliebige Richtung auf der (planaren oder als planar approximierten) Waferoberfläche und kann insbesondere mittels dem / der oben beschriebenen Mittel zur Telezentrie-Korrektur und / oder zur Rotations-Korrektur und/ oder zur Positions-Korrektur sichergestellt werden.According to a preferred embodiment of the invention, a maximum deviation of each individual particle beam from a desired landing position on the wafer surface is a maximum of 10 nm, 5 nm, 2 nm, 1 nm or 0.5 nm. This maximum deviation is absolute - it applies to any direction on the (planar or planar approximated) wafer surface and can in particular by means of the means for telecentricity correction and / or for rotation correction and / or for position correction described above be ensured.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung eingerichtet, das Ermitteln des Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignals und/ oder des Rotations-Korrekturmittel-Steuerungssignals und/ oder des Telezentrie-Korrekturmittel-Steuerungssignal basierend auf den Autofokus-Istdaten unter Verwendung einer invertierten Sensitivitätsmatrix durchzuführen, die den Einfluss von Erregungsänderungen von teilchenoptischen Komponenten auf teilchenoptische Parameter, die die teilchenoptische Abbildung am jeweiligen Arbeitspunkt charakterisieren, beschreibt. Eine solche invertierte Sensitivitätsmatrix ist in der deutschen Patentanmeldung
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems des Weiteren für eine statische oder niederfrequente Anpassung einer Fokussierung im zweiten teilchenoptischen Strahlengang konfiguriert, um am jeweiligen Arbeitspunkt mit dem dazugehörigen Arbeitsabstand teilchenoptische Komponenten im zweiten teilchenoptischen Strahlengang derart anzusteuern, dass die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen, die von der im jeweiligen Arbeitsabstand befindlichen Waferoberfläche ausgehen, auf die Detektionsbereiche im dritten Feld fokussiert werden. Bei den teilchenoptischen Komponenten, die zur Einstellung des Fokus und/oder weiterer teilchenoptischer Parameter, die die teilchenoptische Abbildung im zweiten teilchenoptischen Strahlengang beschreiben, kann es sich zum Beispiel um ein Projektivlinsensystem handeln. Die teilchenoptischen Komponenten und insbesondere das Projektionslinsensystem können/ kann auch eine Magnetlinse oder mehrere Magnetlinsen umfassen, deren Wirkung(en) durch die Steuerung verhältnismäßig langsam einstellbar ist/ sind. Auch andere und/ oder weitere magnetische und/ oder elektrostatische Linsen, Ablenker und/ oder Stigmatoren können zur Einstellung des Fokus und/ oder anderer Parameter wie der Vergrößerung (Abstand der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen in der Detektionsebene, Position), der Rotation und/ oder der Telezentrie am jeweiligen Arbeitspunkt mit vorgegebenem Arbeitsabstand von der Steuerung angesteuert werden. Es ist möglich, dass die Ansteuerung einiger oder aller Komponenten schnell und nicht langsam (niederfrequent) erfolgt; eine schnelle Ansteuerung ist für die grundsätzliche Justage am ersten Arbeitspunkt im Sekundärpfad aber nicht erforderlich.According to a preferred embodiment of the invention, the control of the multiple particle beam system is further configured for a static or low-frequency adjustment of a focusing in the second particle-optical beam path in order to control particle-optical components in the second particle-optical beam path at the respective working point with the associated working distance in such a way that the second individual Particle beams emanating from the wafer surface at the respective working distance are focused on the detection areas in the third field. The particle-optical components that are used to set the focus and / or further particle-optical parameters that describe the particle-optical imaging in the second particle-optical beam path can be, for example, a projective lens system. The particle-optical components and in particular the projection lens system can also comprise a magnetic lens or a plurality of magnetic lenses, the effect (s) of which can be adjusted relatively slowly by the control. Other and / or further magnetic and / or electrostatic lenses, deflectors and / or stigmators can also be used to adjust the focus and / or other parameters such as magnification (distance between the second individual particle beams in the detection plane, position), rotation and / or telecentricity can be controlled by the controller at the respective working point with a specified working distance. It is possible that some or all of the components are controlled quickly and not slowly (low frequency); however, rapid control is not required for the basic adjustment at the first operating point in the secondary path.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein schnelles Projektionspfad-Korrekturmittel auf, das mehrteilig sein kann und das konfiguriert ist, eine hochfrequente Anpassung des Fokus der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen, der Rasteranordnung, von Landewinkeln und/ oder des Kontrasts der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf die Detektionsbereiche im dritten Feld vorzunehmen. Dabei ist die Steuerung konfiguriert, während der Waferinspektion am jeweiligen Arbeitspunkt basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Projektionspfad-Steuerungssignal oder ein Set von Projektionspfad-Steuerungssignalen zu erzeugen, um das schnelle Projektionspfad-Korrekturmittel anzusteuern. Das Set von Projektionspfad-Steuerungssignalen wird insbesondere dann erzeugt, wenn das Projektionspfad-Korrekturmittel mehrteilig ist und seine Komponenten separat angesteuert werden.According to a preferred embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has a fast projection path correction means, which can be multi-part and which is configured for high-frequency adaptation of the focus of the second individual particle beams, the grid arrangement, landing angles and / or the contrast of the second individual particle beams when they hit the detection areas in the third field. The controller is configured to generate a projection path control signal or a set of projection path control signals during the wafer inspection at the respective working point based on the actual autofocus data in order to control the rapid projection path correction means. The set of projection path control signals is generated in particular when the projection path correction means is in several parts and its components are controlled separately.
Die hochfrequenten Anpassungen im Sekundärpfad sind insbesondere dann notwendig, wenn die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen, die von der Waferoberfläche ausgehen, auch die schnelle Autofokus-Korrekturlinse durchsetzen. Dann nämlich hat diese auch einen Einfluss auf die Bahn der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen. Aber auch, wenn die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen die schnelle Autofokus-Korrekturlinse nicht durchsetzen, ist es möglich, dass eine Neueinstellung des Fokus und/ oder anderer Parameter, die die teilchenoptische Abbildung im Sekundärpfad beschreiben, im Sekundärpfad erfolgt oder notwendig ist. Im Sekundärpfad ist es normalerweise gewünscht, dass die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen fokussiert und mit vorbestimmten Landewinkeln, insbesondere telezentrisch, sowie mit einer vorbestimmten Rasteranordnung (Abstand der Auftrefforte und Orientierung der Auftrefforte im dritten Feld) auf die Detektionsbereiche auftreffen. Auch im Sekundärpfad ist deshalb eine hochfrequente Anpassung von schnellen teilchenoptischen Komponenten vorteilhaft. Die Art und Weise der Anpassung kann dabei im Wesentlichen analog zu der Vorgehensweise im Primärpfad erfolgen. Auch hier können teilchenoptische Komponenten, die oben in Zusammenhang mit den Primärstrahlen beschrieben worden sind, oder auch andere Komponenten, dafür eingesetzt werden - ggf. nach entsprechender Orthogonalisierung - schnelle/ hochfrequente Korrekturen im Strahlverlauf der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen vorzunehmen. Es kann zum Beispiel im (reinen) Sekundärpfad, also zwischen der Strahlweiche und der Detektionseinheit, eine weitere schnelle Autofokus-Korrekturlinse angeordnet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um eine schnelle elektrostatische Linse oder um eine schnelle magnetische Linse, insbesondere in Form einer Luftspule mit nur wenigen Windungen, handeln. Diese zweite Autofokus-Korrekturlinse kann beispielsweise im Bereich einer Cross-over-Ebene im Sekundärpfad angeordnet sein. Eine solche Cross-over-Ebene im Sekundärpfad ist zum Beispiel im Bereich des Projektionslinsensystems im Sekundärpfad angeordnet. Aber auch eine andere Anordnung der zweiten Autofokus-Korrekturlinse im Sekundärpfad ist möglich. Im Sekundärpfad kann zum Beispiel auch das in Zusammenhang mit dem Primärpfad beschriebene schnelle Telezentrie-Korrekturmittel eingesetzt werden, bei dem beispielsweise ein Deflektor-Array in einer Zwischenbildebene im Sekundärpfad angeordnet ist. Es ist auch möglich, wie für den Primärpfad beschrieben, ein Rotations-Korrekturmittel einzusetzen, das zum Beispiel in Form eines weiteren Deflektor-Arrays direkt vor oder nach dem Deflektor-Array zur Telezentrie-Korrektur im Sekundärpfad angeordnet sein kann. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform basiert die Erzeugung der Projektionspfad-Steuerungssignale auf den ermittelten Autofokus-Istdaten für den ersten teilchenoptischen Strahlengang. Es kann dazu beispielsweise mit Erfahrungswerten/ Nachschlagetabellen gearbeitet werden, die den Autofokus-Istdaten direkt oder indirekt erforderliche Korrekturen für den Fokus auf dem Detektor und/ oder für andere Parameter im Sekundärpfad zuordnen. Die dazugehörigen Steuerungssignale / das Set an Steuerungssignalen können/ kann hinterlegt sein.The high-frequency adaptations in the secondary path are necessary in particular when the second individual particle beams that emanate from the wafer surface also penetrate the fast autofocus correction lens. Then this also has an influence on the path of the second single particle beams. But even if the second individual particle beams do not penetrate the fast autofocus correction lens, it is possible that a readjustment of the focus and / or other parameters that describe the particle-optical imaging in the secondary path takes place in the secondary path or is necessary. In the secondary path, it is normally desired that the second single particle beams hit the detection areas in a focused manner and at predetermined landing angles, in particular telecentrically, and with a predetermined grid arrangement (distance between the points of impact and orientation of the points of impact in the third field). A high-frequency adaptation of fast particle-optical components is therefore also advantageous in the secondary path. The type and manner of adaptation can essentially be carried out analogously to the procedure in the primary path. Here, too, particle-optical components that have been described above in connection with the primary beams, or other components, can be used - if necessary after appropriate orthogonalization - to make rapid / high-frequency corrections in the beam path of the second individual particle beams. For example, another fast autofocus correction lens can be arranged in the (pure) secondary path, that is, between the beam switch and the detection unit. This can be, for example, a fast electrostatic lens or a fast magnetic lens, in particular in the form of an air coil with only a few turns. This second autofocus correction lens can be arranged, for example, in the area of a cross-over plane in the secondary path. Such a cross-over plane in the secondary path is arranged, for example, in the area of the projection lens system in the secondary path. However, a different arrangement of the second autofocus correction lens in the secondary path is also possible. In the secondary path, for example, the fast telecentricity correction means described in connection with the primary path can also be used, in which, for example, a deflector array is arranged in an intermediate image plane in the secondary path. It is also possible, as described for the primary path, to use a rotation correction means which, for example, can be arranged in the form of a further deflector array directly before or after the deflector array for telecentricity correction in the secondary path. According to the embodiment described, the generation of the projection path control signals is based on the determined actual autofocus data for the first particle-optical beam path. It can do this, for example, with empirical values / look-up tables be worked, which assign the actual autofocus data directly or indirectly necessary corrections for the focus on the detector and / or for other parameters in the secondary path. The associated control signals / the set of control signals can / can be stored.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Projektionspfad-Messglied auf, um während der Waferinspektion Projektionspfad-Messdaten zur Charakterisierung der teilchenoptischen Abbildung im Sekundärpfad zu erzeugen, wobei das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein schnelles Projektionspfad-Korrekturmittel aufweist, das mehrteilig sein kann und das konfiguriert ist, eine hochfrequente Anpassung des Fokus der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen, der Rasteranordnung, von Landewinkeln und/ oder des Kontrasts der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf die Detektionsbereiche im dritten Feld vorzunehmen, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, während der Waferinspektion am jeweiligen Arbeitspunkt basierend auf den Projektionspfad-Messdaten ein Projektionspfad-Steuerungssignal oder ein Set von Projektionspfad-Steuerungssignalen zu erzeugen, um das schnelle Projektionspfad-Korrekturmittel anzusteuern. Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist es also so, dass die Steuerung für die hochfrequente/ schnelle Anpassung der teilchenoptischen Komponenten nicht oder nicht nur auf die Autofokus-Istdaten zurückgreift, sondern dass Messdaten im Sekundärpfad für die hochfrequente Anpassung herangezogen werden. Schnelle Messverfahren, die „on-the-fly“ Daten für eine Anpassung liefern, sind aus dem Stand der Technik im Prinzip bereits bekannt. Daten für eine hochfrequente Anpassung können beispielsweise mittels der Auswertung von Bildern einer CCD-Kamera ermittelt werden, die zusätzlich zu den Scanbildern, die mittels der Detektionsbereiche im dritten Feld ermittelt werden, aufgenommen werden. Mittels bekannter Messverfahren kann insbesondere die aktuelle Fokuslage, der Landwinkel und/ oder die Rasteranordnung im dritten Feld beim Auftreffen auf die Detektionsbereiche ermittelt werden.According to a further embodiment of the invention, the multiple particle beam system furthermore has a projection path measuring element in order to generate projection path measurement data for characterizing the particle-optical image in the secondary path during the wafer inspection, wherein the multiple particle beam system furthermore has a fast projection path correction means, which can be in several parts and which is configured to carry out a high-frequency adjustment of the focus of the second individual particle beams, the grid arrangement, landing angles and / or the contrast of the second individual particle beams when they strike the detection areas in the third field, and the controller is configured is to generate a projection path control signal or a set of projection path control signals based on the projection path measurement data at the respective working point during the wafer inspection in order to control the rapid projection path correction means. In this embodiment of the invention, the control for the high-frequency / fast adaptation of the particle-optical components does not, or not only, uses the actual autofocus data, but rather that measurement data in the secondary path are used for the high-frequency adaptation. Fast measurement methods that supply data on the fly for an adjustment are already known in principle from the state of the art. Data for a high-frequency adaptation can be determined, for example, by evaluating images from a CCD camera that are recorded in addition to the scan images that are determined by means of the detection areas in the third field. By means of known measurement methods, in particular the current focus position, the land angle and / or the grid arrangement in the third field when it hits the detection areas can be determined.
Eine besondere Anforderung an den zweiten teilchenoptischen Strahlengang kann hinsichtlich des Topographiekontrasts bestehen: Es ist möglich, innerhalb einer Cross-over-Ebene im zweiten teilchenoptischen Strahlengang eine Kontrast-Aperturblende vorzusehen. Mittels einer ringförmigen Blende können die Wechselwirkungsprodukte entsprechend ihres Startwinkels beim Austritt aus dem Wafer gefiltert werden. Die Kontrast-Aperturblende können dann nur solche zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzen, die die Waferoberfläche in einem bestimmten Winkelbereich verlassen haben. Mittels einer solchen Kontrast-Aperturblende kann der Topographiekontrast erhöht werden, da an Kanten der Waferoberfläche die Wechselwirkungsprodukte (z.B. Sekundärelektronen) vornehmlich unter einem größeren Neigungswinkel relativ zu den einfallenden Teilchen austreten. Weitere Informationen zur Kontrast-Einstellung und zu Aperturblenden sind der
Sämtliche obigen Ausführungen gelten nicht nur für eine schnelle Autofokussierung, sondern auch für eine schnelle Autostigmation. Per Definition umfasst im Rahmen dieser Anmeldung eine Fokussierung auch eine Stigmation. Grundsätzlich kann eine Stigmation mit einer Fokussierung in nur einer Richtung oder mit unterschiedlichen Fokussierungen in verschiedenen Richtungen physikalisch gleichgesetzt werden. Die Anzahl der teilchenoptischen Parameter, die die teilchenoptische Abbildung beschreiben, erhöht oder verdoppelt sich bei Berücksichtigung einer Stigmation: Es sind zum Beispiel je zwei Parameter für den Fokus sowie zwei Parameter für die Position, zwei Parameter für den Landewinkel und zwei Parameter für die Rotation notwendig. In diesem Zusammenhang wird auch auf schnelle Multipol-Linsen verwiesen, die beispielsweise in der
Gemäß einem Beispiel weist ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem zur Halbleiterinspektion Folgendes auf:
- einen Vielstrahl-Teilchengenerator, welcher konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Teilchenstrahlen zu erzeugen;
- eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Waferoberfläche in der Objektebene abzubilden, so dass die ersten Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf die Waferoberfläche treffen, die ein zweites Feld bilden;
- ein Detektionssystem mit einer Vielzahl von Detektionsbereichen, die ein drittes Feld bilden; eine zweite Teilchenoptik mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die von den Auftrefforten im zweiten Feld ausgehen, auf das dritte Feld der Detektionsbereiche des Detektionssystems abzubilden;
- eine magnetische und/ oder elektrostatische Objektivlinse, insbesondere eine magnetische und/ oder elektrostatische Immersionslinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten;
- eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Vielstrahl-Teilchengenerator und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Detektionssystem angeordnet ist;
- einen Probentisch zum Halten und/ oder Positionieren eines Wafers während der Waferinspektion;
- ein Autofokus-Messglied, das konfiguriert ist, um während der Waferinspektion Messdaten zum Ermitteln von Autofokus-Istdaten zu erzeugen;
- eine schnelle Autofokus-Korrekturlinse; und
- eine Steuerung;
- wobei die Steuerung für eine statische oder niederfrequente Anpassung einer Fokussierung konfiguriert ist, um an einem ersten Arbeitspunkt mit einem ersten Arbeitsabstand zumindest die magnetische Objektivlinse und/ oder einen Aktuator des Probentisches derart anzusteuern, dass die ersten Einzel-Teilchenstahlen auf die im ersten Arbeitsabstand befindliche Waferoberfläche fokussiert werden.
- a multi-beam particle generator configured to generate a first field of a plurality of charged first particle beams;
- a first particle optics with a first particle-optical beam path which is configured to image the generated individual particle beams onto a wafer surface in the object plane, so that the first particle beams strike the wafer surface at locations that form a second field;
- a detection system having a plurality of detection areas which form a third field; a second particle optics with a second particle-optical beam path which is configured to image second individual particle beams, which emanate from the points of incidence in the second field, onto the third field of the detection areas of the detection system;
- a magnetic and / or electrostatic objective lens, in particular a magnetic and / or electrostatic immersion lens, through which both the first and the second individual particle beams pass;
- a beam splitter which is arranged in the first particle-optical beam path between the multi-beam particle generator and the objective lens, and which is arranged in the second particle-optical beam path between the objective lens and the detection system;
- a sample table for holding and / or positioning a wafer during wafer inspection;
- an autofocus measuring element which is configured to generate measurement data for determining actual autofocus data during the wafer inspection;
- a fast auto focus correction lens; and
- a controller;
- wherein the controller is configured for a static or low-frequency adjustment of a focusing in order to control at least the magnetic objective lens and / or an actuator of the sample table at a first working point with a first working distance in such a way that the first individual particle beams hit the wafer surface located in the first working distance be focused.
Gemäß einem Beispiel ist die Steuerung des Weiteren für eine hochfrequente Anpassung der Fokussierung konfiguriert, um am ersten Arbeitspunkt während der Waferinspektion basierend auf den Autofokus-Istdaten ein Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignal zu erzeugen, um die schnelle Autofokus-Korrekturlinse während der Waferinspektion am ersten Arbeitspunkt anzusteuern.According to one example, the controller is further configured for a high-frequency adjustment of the focusing in order to generate an autofocus correction lens control signal at the first operating point during the wafer inspection based on the actual autofocus data in order to activate the fast autofocus correction lens during the wafer inspection at the first operating point head for.
Im Übrigen gilt alles, was im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung definiert und/ oder beschrieben wurde, auch für das beschriebene Beispiel.In addition, everything that has been defined and / or described in connection with the first aspect of the invention also applies to the example described.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems wie im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben. Sämtliche Begriffe und Definitionen, die in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert oder eingeführt worden sind, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Das Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist die folgenden Schritte auf:
- - Erzeugen von Messdaten an einem ersten Arbeitspunkt für einen aktuellen Fokus auf der Waferoberfläche;
- - Ermitteln von Autofokus-Istdaten basierend auf den Messdaten;
- - Ermitteln eines Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignals basierend auf den Autofokus-Istdaten; und
- - Ansteuern eines schnellen Autofokus-Korrekturlinsensystems und hochfrequentes Konstanthalten des Fokus auf der Waferoberfläche, wobei am ersten Arbeitspunkt die Rasteranordnung und der Landewinkel der ersten Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf der Waferoberfläche ebenfalls konstant gehalten werden.
- - Generating measurement data at a first working point for a current focus on the wafer surface;
- Determination of actual autofocus data based on the measurement data;
- Determining an autofocus correction lens control signal based on the actual autofocus data; and
- - Control of a fast autofocus correction lens system and high-frequency keeping the focus constant on the wafer surface, with the grid arrangement and the landing angle of the first individual particle beams also being kept constant at the first working point when they hit the wafer surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die schnelle Autofokus-Korrekturlinse mindestens eine elektrostatische Linse und/ oder besteht aus genau einer elektrostatischen Linse. Hinsichtlich der Ausgestaltungsmöglichkeiten der elektrostatischen Linse und ihren Platzierungen im Strahlengang gilt das bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Vielzahl-Teilchenstrahlsystems Ausgesagte.According to a preferred embodiment of the invention, the fast autofocus correction lens comprises at least one electrostatic lens and / or consists of exactly one electrostatic lens. With regard to the design options of the electrostatic lens and their placement in the beam path, what has already been stated in connection with the multitude of particle beam systems according to the invention applies.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die schnelle Autofokus-Korrekturlinse mindestens eine schnelle Magnetlinse, insbesondere eine Luftspule, und/ oder besteht aus genau einer Magnetlinse. Hinsichtlich der Ausgestaltungsmöglichkeiten der Magnetlinse und ihren Platzierungen im Strahlengang gilt das bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Vielzahl-Teilchenstrahlsystems Ausgesagte.According to another preferred embodiment of the invention, the fast autofocus correction lens comprises at least one fast one Magnetic lens, in particular an air-core coil, and / or consists of exactly one magnetic lens. With regard to the design options of the magnetic lens and their placement in the beam path, what has already been stated in connection with the multitude of particle beam systems according to the invention applies.
Zum Konstanthalten der Rasteranordnung auf der Waferoberfläche und des Landwinkels können - wie oben in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben - ein schnelles Telezentrie-Korrekturmittel und/ oder ein schnelles Rotations-Korrekturmittel und/ oder ein schnelles Positions-Korrekturmittel eingesetzt werden. Das schnelle Telezentrie-Korrekturmittel, das schnelle Rotations-Korrekturmittel und/ oder das schnelle Positions-Korrekturmittel bildet/ bilden dann zusammen mit der ggf. mehrteiligen Autofokus-Korrekturlinse das Autofokus-Korrekturlinsensystem.As described above in connection with the first aspect of the invention, a fast telecentricity correction means and / or a fast rotation correction means and / or a fast position correction means can be used to keep the grid arrangement on the wafer surface and the land angle constant. The fast telecentric correction means, the fast rotation correction means and / or the fast position correction means then form / form the autofocus correction lens system together with the possibly multi-part autofocus correction lens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf:
- - Erzeugen eines Telezentrie-Korrektur-Steuerungssignals basierend auf den Autofokus-Istdaten; und
- - Ansteuern des schnellen Telezentrie-Korrekturmittels.
- Generating a telecentricity correction control signal based on the actual autofocus data; and
- - Control of the fast telecentricity correction means.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf:
- - Erzeugen eines Rotations-Korrektur-Steuerungssignals basierend auf den Autofokus-Istdaten; und
- - Ansteuern des schnellen Rotations-Korrekturmittels.
- Generating a rotation correction control signal based on the actual autofocus data; and
- - Control of the rapid rotation correction means.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf:
- - Orthogonalisieren von Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten, die für die Korrektur oder die Korrekturen des Fokus, des Landewinkels und/ oder der Rasteranordnung verwendet werden.
- - Orthogonalizing effects of the particle-optical components which are used for the correction or the corrections of the focus, the landing angle and / or the grid arrangement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf:
- - Erzeugen von Projektionspfad-Messdaten zur Charakterisierung der teilchenoptischen Abbildung im Sekundärpfad;
- - Ermitteln eines Projektionspfad-Steuerungssignals oder eines Sets von Projektionspfad-Steuerungssignalen basierend auf den Projektionspfad-Messdaten; und
- - Ansteuern eines schnellen Projektionspfad-Korrekturmittels, das mehrteilig sein kann, mittels des Projektionspfad-Steuerungssignals oder mittels des Sets von Projektionspfad-Steuerungssignalen, wobei am ersten Arbeitspunkt der Fokus, die Rasteranordnung und der Landewinkel der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen in einer Detektionsebene konstant gehalten werden.
- - Generation of projection path measurement data for characterizing the particle-optical image in the secondary path;
- Determining a projection path control signal or a set of projection path control signals based on the projection path measurement data; and
- - Control of a fast projection path correction means, which can be made up of several parts, by means of the projection path control signal or by means of the set of projection path control signals, the focus, the grid arrangement and the landing angle of the second individual particle beams being constant when they hit a detection plane at the first working point being held.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt auf:
- - Ansteuern eines schnellen Kontrast-Korrekturmittels mittels eines Kontrast-Korrektur-Steuerungssignals oder einem Set von Kontrast-Korrektur-Steuerungssignalen und Konstanthalten des Kontrasts in der Detektionsebene.
- Control of a rapid contrast correction means by means of a contrast correction control signal or a set of contrast correction control signals and keeping the contrast constant in the detection plane.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gemäß dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche entstehen.The above-described embodiments of the invention according to the first, second and third aspects of the invention can be combined with one another in whole or in part, provided that no technical contradictions arise as a result.
Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 : zeigt ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop in schematischer Darstellung; -
2 : zeigt einen Ausschnitt einer Steuerung des Mehrstrahl-Teilchenmikroskops mit schneller Autofokus-Korrekturlinse in schematischer Darstellung; -
3 : zeigt einen größeren Ausschnitt einer Steuerung des Mehrstrahl-Teilchenmikroskops mit schneller Autofokus-Korrekturlinse in schematischer Darstellung; -
4 : zeigt schematisch ein Verfahren zum Einstellen eines schnellen Autofokus mittels einer Autofokus-Korrekturlinse; -
5 : zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop, in dem die erfindungsgemäße Autofokus-Korrekturlinse angeordnet werden kann; -
6 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
7 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
8 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
9 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
10 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
11 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
12 : illustriert schematisch weitere Ausführungsformen der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
13 : illustriert schematisch weitere Ausführungsformen der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
14 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
15 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; -
16 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse; und -
17 : illustriert schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit Autofokus-Korrekturlinse.
-
1 : shows a multi-beam particle microscope in a schematic representation; -
2 : shows a section of a control of the multi-beam particle microscope with fast autofocus correction lens in a schematic representation; -
3 : shows a larger section of a control of the multi-beam particle microscope with fast autofocus correction lens in a schematic representation; -
4th : shows schematically a method for setting a fast autofocus by means of an autofocus correction lens; -
5 : shows schematically a section through a multi-beam particle microscope in which the autofocus correction lens according to the invention can be arranged; -
6th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
7th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
8th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
9 : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
10 : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
11th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
12th : schematically illustrates further embodiments of the invention with an autofocus correction lens; -
13th : schematically illustrates further embodiments of the invention with an autofocus correction lens; -
14th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
15th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; -
16 : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens; and -
17th : schematically illustrates an embodiment of the invention with an autofocus correction lens.
Im Folgenden bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Merkmale, auch dann, wenn diese im Text nicht explizit erwähnt werden.In the following, the same reference symbols denote the same features, even if they are not explicitly mentioned in the text.
Der vergrößerte Ausschnitt I1 der
In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld
Ein Durchmesser der in der ersten Ebene
Die auf das Objekt treffenden Primärteilchen generieren Wechselwirkungsprodukte bspw. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts
Der Ausschnitt I2 in
Die primären Teilchenstrahlen
Der Ausschnitt I3 in
Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles
Die Multiaperturanordnung
Die Feldlinse
Die Objektivlinse
Eine Strahlweiche
Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen
Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem
Im konkreten Fall bedeutet dies, dass eine Nachjustierung/Feineinstellung der Fokuslage die Veränderung von weiteren teilchenoptischen Parametern nach sich zieht. Dies sind beispielsweise die Vergrößerung (gekoppelt an den Strahlabstand der Einzel-Teilchenstrahlen zueinander), die Telezentrie und die Rotation der Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf die Probe bzw. den Wafer
Zur Korrektur der Rotation, konkret des ungewollten Verdrehens der Rasteranordnung im zweiten Feld
Die Steuerung
Eine Änderung der Fokuslage bzw. der Position der Waferoberfläche kann auch eine notwendige Neueinstellung oder Nachjustage von teilchenoptischen Komponenten im Sekundärpfad nach sich ziehen. Entsprechend ist die Steuerung 830 für die Steuerung des Sekundärpfads Teil der Steuerung des Computersystems
Die Steuerung des Computersystems
In einem Verfahrensschritt
Sind diese Einstellungen für den Primärpfad erfolgt, wird der Sekundärpfad hochfrequent nachgestellt: Dabei handelt es sich im gezeigten Beispiel um einen Feed-forward, während im Primärpfad ein Feed-back implementiert ist: In einem Verfahrensschritt
In einem Beispiel können die erste oder zweite Orthogonalisierungs- oder invertierte Sensitivitätsmatrix
Innerhalb der Strahlweiche
Die Objektivlinse
In das in
Sämtliche obigen Ausführungen gelten nicht nur für eine schnelle Autofokussierung, sondern auch für eine schnelle Autostigmation. Per Definition umfasst im Rahmen dieser Anmeldung eine Fokussierung auch eine Stigmation. Grundsätzlich kann eine Stigmation mit einer Fokussierung in nur einer Richtung oder mit unterschiedlichen Fokussierungen in verschiedenen Richtungen physikalisch gleichgesetzt werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf schnelle Multipol-Linsen verwiesen, die beispielsweise in der
Die dargestellten Ausführungsformen können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche auftreten. Im Übrigen sind die dargestellten Ausführungsformen nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen.The embodiments shown can be combined with one another in whole or in part, provided that no technical contradictions arise as a result. In addition, the illustrated embodiments are not to be understood as restricting the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Mehrstrahl-TeilchenmikroskopMulti-beam particle microscope
- 33
- primäre Teilchenstrahlen (Einzel-Teilchenstrahlen)primary particle beams (single particle beams)
- 55
- Strahlflecken, AuftrefforteBeam spots, impact locations
- 77th
- Objektobject
- 99
- sekundäre Teilchenstrahlensecondary particle beams
- 1010
- Computersystem, SteuerungComputer system, control
- 100100
- ObjektivlinsensystemObjective lens system
- 101101
- ObjektebeneObject level
- 102102
- ObjektivlinseObjective lens
- 103103
- Feldfield
- 108108
- oberer Polschuh der Objektivlinseupper pole piece of the objective lens
- 109109
- unterer Polschuh der Objektivlinselower pole piece of the objective lens
- 110110
- WicklungWinding
- 200200
- DetektorsystemDetector system
- 205205
- ProjektionslinseProjection lens
- 209209
- Teilchen-Multi-DetektorParticle multi-detector
- 211211
- DetektionsebeneDetection level
- 213213
- AuftreffortePoints of impact
- 217217
- Feldfield
- 250250
- VakuumkammerVacuum chamber
- 260260
- Scanablenker im SekundärpfadScan deflector in the secondary path
- 300300
- StrahlerzeugungsvorrichtungBeam generating device
- 301301
- TeilchenquelleParticle source
- 303303
- KondensorlinsensystemCondenser lens system
- 305305
- MultiaperturanordnungMulti-aperture arrangement
- 313313
- MultiaperturplatteMulti-aperture plate
- 315315
- Öffnungen der MultiaperturplatteOpenings of the multi-aperture plate
- 317317
- Mittelpunkte der ÖffnungenCenters of the openings
- 319319
- Feldfield
- 307307
- FeldlinsensystemField lens system
- 309309
- divergierender Teilchenstrahldiverging particle beam
- 311311
- beleuchtender Teilchenstrahlilluminating particle beam
- 323323
- StrahlfokiBeam focus
- 325325
- ZwischenbildebeneIntermediate image plane
- 350350
- VakuumkammerVacuum chamber
- 355355
- VakuumkammerVacuum chamber
- 400400
- StrahlweicheJet switch
- 410410
- MagnetsensorMagnetic sensor
- 420420
- MagnetsensorMagnetic sensor
- 460460
- StrahlrohranordnungJet pipe arrangement
- 461461
- Schenkel des StrahlrohresLeg of the nozzle
- 462462
- Schenkel des StrahlrohresLeg of the nozzle
- 463463
- Schenkel des StrahlrohresLeg of the nozzle
- 464464
- StrahlrohrverlängerungLance extension
- 500500
- Scanablenker im PrimärpfadScan deflector in the primary path
- 810810
- Steuerung PrimärpfadPrimary path control
- 811811
- Steuerung Arbeitspunkteinstellung (langsam)Control of operating point setting (slow)
- 812812
- MessgliedMeasuring element
- 813813
- Justage-AlgorithmusAdjustment algorithm
- 814814
- Stellglieder im PrimärpfadActuators in the primary path
- 821821
- Steuerung schneller Autofokus im PrimärpfadControls fast autofocus in the primary path
- 822822
- MessgliedMeasuring element
- 823823
- Autofokus-AlgorithmusAutofocus algorithm
- 824824
- schnelle Autofokus-Korrekturlinsefast auto focus correction lens
- 825825
- schnelles Telezentrie-Korrekturmittelfast telecentric corrector
- 826826
- schnelles Rotationskorrekturmittelquick rotation correction means
- 827827
- schnelles Positions-Korrekturmittelfast position correction means
- 831831
- Steuerung Arbeitspunkt-Einstellung im Sekundärpfad (langsam)Control of operating point setting in the secondary path (slow)
- 832832
- MessgliedMeasuring element
- 833833
- zweiter Justage-Algorithmus (Sekundärpfad)second adjustment algorithm (secondary path)
- 834834
- Stellglieder im SekundärpfadActuators in the secondary path
- 841841
- Steuerung zweiter schneller Autofokus (Sekundärpfad)Second fast autofocus control (secondary path)
- 842842
- MessgliedMeasuring element
- 843843
- zweiter Autofokus-Algorithmus (Sekundärpfad)second autofocus algorithm (secondary path)
- 844844
- schnelle(s) Projektionspfad-Korrekturmittelfast projection path correction means
- 850850
- Orthogonalisierungsmatrix oder invertierte Sensitivitätsmatrix für den PrimärpfadOrthogonalization matrix or inverted sensitivity matrix for the primary path
- 851851
- Orthogonalisierungsmatrix oder invertierte Sensitivitätsmatrix für den SekundärpfadOrthogonalization matrix or inverted sensitivity matrix for the secondary path
- S1S1
- Erzeugen von Messdaten für aktuellen Fokus am Arbeitspunkt APGeneration of measurement data for the current focus at the working point AP
- S2S2
- Ermitteln von Autofokus-Istdaten basierend auf MessdatenDetermination of actual autofocus data based on measurement data
- S3S3
- Erzeugen Autofokus-Korrekturlinsen-Steuerungssignal basierend auf Autofokus-IstdatenGenerate autofocus correction lens control signals based on actual autofocus data
- S4S4
- Erzeugen Telezentrie-Korrekturmittel-Steuerungssignal basierend auf Autofokus-IstdatenGenerate telecentricity correction means control signal based on actual autofocus data
- S5S5
- Erzeugen Rotations-Korrekturmittel-Steuerungssignal basierend auf Autofokus-IstdatenGenerate rotation correction means control signal based on actual autofocus data
- S6S6
- Ansteuern Autofokus-KorrekturlinseControl autofocus correction lens
- S7S7
- Ansteuern Telezentrie-KorrekturmittelControl telecentricity correction means
- S8S8
- Ansteuern Rotations-KorrekturmittelControl rotation correction means
- S9S9
- Erzeugen von zweiten Messdaten für zweiten Autofokus im SekundärpfadGeneration of second measurement data for the second autofocus in the secondary path
- S10S10
- Ermitteln von zweiten Autofokus-Istdaten basierend auf zweiten MessdatenDetermination of second actual autofocus data based on second measurement data
- S11S11
- Erzeugen Projektionspfad-Korrekturmittel-Steuerungssignal (Set)Generate projection path correction means control signal (set)
- S12S12
- Ansteuern Projektionspfad-Korrekturmittel inklusive zweiter Autofokus-KorrekturlinseControl of the projection path correction means including a second autofocus correction lens
- S13S13
- Aufnahme BildfeldRecording field of view
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |