DE102021205394A1

DE102021205394A1 - Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlmikroskops mit an eine Inspektionsstelle angepassten Einstellungen

Info

Publication number: DE102021205394A1
Application number: DE102021205394.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schubert
Original assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2041-05-28
Also published as: JP2024521822A; DE102021205394B4; CN117396996A; US20240087838A1; TW202312212A; EP4348693A1; KR20240014071A; WO2022248141A1

Abstract

Mit einem verbessertes Vielstrahlsystem und verbessertes Verfahren zur Waferinspektion mit dem Vielstrahlsystem werden Vielstrahleffekte, die die Genauigkeit oder Geschwindigkeit einer Waferinspektion verringern, in Abhängigkeit von einer Inspektionsposition korrigiert. Hierzu verfügt das verbessertes Vielstrahlsystem insbesondere über Mittel zur Beeinflussung und Homogenisierung eines Absaugfeldes in Abhängigkeit der Inspektionsposition beispielsweise zu einem Abstand zu einem Waferrand.

Description

Hintergrund der Erfindung
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 Wafern, und die planaren Herstellungstechniken benötigen eine Prozessüberwachung und 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.
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 Mikrometern (µm) bis zu den kritischen Abmessungen (engl. „critical dimension“, CD) von 5 Nanometern (nm), wobei in naher Zukunft die Strukturgrößen noch kleiner werden; man rechnet zukünftig mit Strukturgrößen oder kritische Abmessungen (CD) unter 3 nm, beispielsweise 2 nm, oder sogar unter 1nm. Bei den 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 1nm, beispielsweise 0,3nm oder sogar weniger bestimmt werden.
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 Auflösung von unter 4nm, unter 3nm oder sogar unter 2nm ermöglicht.
Eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der geladenen Teilchensysteme (engl. „charged particle microscopes“, CPM) ist das MSEM, ein Vielstrahl-Rasterelektronenmikroskop. Ein Vielstrahl-Rasterelektronenmikroskop ist beispielsweise in US 7244949 B2 und in US 2019/0355544 A1 offenbart. In einem Vielstrahl-Elektronenmikroskop oder MSEM wird eine Probe mit einer Vielzahl von Einzel-Elektronenstrahlen, die in einem Feld oder Raster angeordnet sind, gleichzeitig bestrahlt. Es können beispielsweise 4 bis 10000 Einzel-Elektronenstrahlen als Primärstrahlung vorgesehen sein, wobei jeder Einzel-Elektronenstrahl durch einen Abstand von 1 bis 200 Mikrometern von einem benachbarten Einzel-Elektronenstrahl getrennt ist. Zum Beispiel hat ein MSEM ungefähr J=100 getrennte Einzel-Elektronenstrahlen (engl. „beamlets“), die beispielsweise in einem hexagonalen Raster angeordnet sind, wobei die Einzel-Elektronenstrahlen durch einen Abstand von ungefähr 10 µm getrennt sind. Die Vielzahl von J geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (Primärstrahlen) wird durch eine gemeinsame Objektivlinse auf eine Oberfläche einer zu untersuchenden Probe fokussiert. Die Probe kann zum Beispiel ein Halbleiterwafer sein, der über eine Waferaufnahme aufgenommen wird, die auf einem beweglichen Tisch montiert ist. Während der Beleuchtung der Waferoberfläche mit den primären Einzel-Teilchenstrahlen gehen Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen, von der Oberfläche des Wafers aus. Ihre Startpunkte entsprechen den Orten auf der Probe, auf die die Vielzahl von J primären Einzel-Teilchenstrahlen jeweils fokussiert ist. Die Menge und Energie der Wechselwirkungsprodukte hängt von der Materialzusammensetzung und der Topographie der Waferoberfläche ab. Die Wechselwirkungsprodukte bilden mehrere sekundäre Einzel-Teilchenstrahlen (Sekundärstrahlen), die von der gemeinsamen Objektivlinse gesammelt und durch ein Projektionsabbildungssystem des Vielstrahlinspektionssystems auf einen Detektor gelenkt werden, der in einer Detektionsebene angeordnet ist. Der Detektor umfasst mehrere Detektionsbereiche, von denen jeder mehrere Detektionspixel umfasst, und der Detektor erfasst eine Intensitätsverteilung für jeden der J sekundären Einzel-Teilchenstrahlen. Dabei wird ein digitales Bild eines Bildfelds von beispielsweise 100 µm ×100 µm erhalten.
Das Vielstrahl-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 Vielstrahl-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 Vielstrahl-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 das Bildfeld der Probenoberfläche mit der Vielzahl der Primärstrahlen vollständig zu überstreichen. Des Weiteren umfasst das System des Standes der Technik eine Strahlteileranordnung, die derart konfiguriert ist, dass das Bündel der Primärstrahlen von der Erzeugungseinrichtung des Bündels der Primärstrahlen zur Objektivlinse geleitet wird, und das Bündel der Sekundärstrahlen von der Objektivlinse zum Detektionssystem. Weitere Einzelheiten über ein Vielstrahl-Elektronenmikroskops und über ein Verfahren zum Betreiben desselben sind in der PCT-Patentanmeldung PCT/EP2021/061216, eingereicht 29. April Mai 2021, beschrieben, deren Offenbarung vollständig durch in Bezugnahme in diese Patentanmeldung mit aufgenommen wird.
Bei Rasterelektronenmikroskopen zur Wafer-Inspektion ist es gewünscht, die Bildgebungsbedingungen stabil zu halten, so dass die Bildgebung mit hoher Zuverlässigkeit, hohen Abbildungstreue und hoher Wiederholbarkeit durchgeführt werden kann. Der Durchsatz hängt von mehreren Parametern ab, z. B. der Geschwindigkeit des Verfahrtisches 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 Vielstrahl-Elektronenmikroskop eine zeitaufwendige Bildnachbearbeitung erforderlich; beispielsweise muss das vom Detektionssystem des Vielstrahl-Systems mit geladenen Teilchen erzeugte Signal digital korrigiert werden, bevor das Bildfeld aus mehreren Bildunterfeldern oder Subfeldern zusammengefügt wird (engl. „stitching“).
Generell hat sich gezeigt, dass die insbesondere bei der Inspektion von Halbleitern mit einem Vielstrahlmikroskop und den damit verbundenen hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit bisherige Methoden nicht mehr ausreichen. Bei der Inspektion von Halbleitern treten eine Reihe von besonderen Effekten auf, die die geforderte hohe Messgenauigkeit verringern. Die komplexen Effekte betreffen die Rasteranordnung der Vielzahl der geladenen Teilchenstrahlen und eine unterschiedliche Form oder Größe einzelner Teilchenstrahlen aus der Vielzahl der geladenen Teilchenstrahlen. Einige dieser Effekte treten beispielsweise bei biologischen Proben nicht auf oder können dort nicht beobachtet werden. Andere Effekte sind so klein, dass sie erst bei der Halbleiterinspektion mit der gesteigerten Messgenauigkeit von besser als 2nm oder besser als 1 nm eine Rolle spielen. Die Effekte verringern die Auflösung oder die Signalstärke bei der Waferinspektion. Darüberhinaus ist bei Auftreten dieser Effekte die Messgenauigkeit beispielsweise von Dimensionen oder Abständen von Strukturen auf Waferoberflächen beeinträchtigt. Prinzipiell können einige dieser Effekte zumindest teilweise mit einer Veränderung der Einstellungen des Vielstrahlmikroskops kompensiert werden. Allerdings sind bisherige Methode zur Ermittlung und Einstellung einer besten Einstellung des Vielstrahlmikroskops zur Vermeidung der ungewünschten Effekte zu langsam beziehungsweise zu aufwändig für eine Waferinspektionsaufgabe mit hohem Durchsatz. Beispielsweise wirkt sich die bisherige Methode zur Ermittlung und Einstellung einer besten Fokusebene der Vielzahl der Primärstrahlen negativ auf den Durchsatz aus. Beispielsweise die US 10.388.487 beschriebt eine Bestimmung von Objekt-Eigenschaften in einer ersten Messung mit ersten Einstellparametern, und einer daraus resultierenden Ableitung zweiter Einstellparameter, um das Objekt damit in einer zweiten Messung zu vermessen. Aus den Objekt-Eigenschaften werden Strahleigenschaften wie beispielsweise die Fokusposition und Stigmation bestimmt. Diese Methode verringert jedoch den Durchsatz, da einer zweiten, verbesserten Messung eine erste Messung mit höherer Auflösung vorausgehen muss. In dem weiteren Beispiel der US 10.535.494 wird ein Detektionssystem beschrieben, mit welchem die Strahlform von Sekundärstrahlen bestimmt wird, jedoch nicht die Rasteranordnung der Strahlen selbst. In der DE 10 2018 124 044 B3 wird ein Detektionssystem beschrieben, mit dem nur kleinere Effekte einer lokalen Probenaufladung durch eine Zuordnung von der Vielzahl von Sekundärelektronenstrahlen zu Detektorkanälen korrigiert werden können. Für die gesteigerten Anforderungen an die Messgenauigkeit von besser als 2nm oder besser als 1nm reicht auch eine alleinige Betrachtung des Detektionssystems und des Sekundärteilchenpfads nicht mehr aus.
Ein Vielstrahlsystem wird gerade vor dem Hintergrund eines höheren Durchsatzes eingesetzt, und es treten komplexe Effekte auf, die die Vielzahl der Strahlen geladener Teilchen betreffen, beispielsweise die Rasteranordnung der Vielzahl der geladenen Teilchenstrahlen oder eine unterschiedliche Form oder Größe einzelner Teilchenstrahlen. Diese komplexen Effekte erfordern gemäß den Vielstrahlsysteme und Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlsystems aus dem Stand der Technik eine aufwändige Analyse und Justage des Vielstrahlsystem, die den Durchsatz des Vielstrahlsystems stark verringern. Die bestehenden Vielstrahlsysteme und Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlsystems sind vor dem oben beschriebenen Hintergrund und den steigenden Anforderungen an Durchsatz / Schnelligkeit und an die präzise Vermessung immer kleinerer Strukturen somit verbesserungswürdig. 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 mit den Methoden des Standes der Technik einzustellen.
Der komplexe Vielstrahleffekt der Vielzahl der Primärstrahlen kann nicht ohne Aufwand direkt bestimmt werden. Ein Auftreten eines komplexen Vielstrahleffekts der Primärstrahlen, beispielsweise einer Verzerrung der Rasteranordnung der Primärstrahlen, eine Vergrößerungsdifferenz der Rasteranordnung der Primärstrahlen oder einer Abweichung der Form und Größe von Fokuspunkten der Primärstrahlen, führt zu einer fehlerhaften Bildgebung, beispielsweise zu einer falschen Positionierung der Bilder von Oberflächenstrukturen eines Wafers, oder eine falschen Messung von Dimensionen oder Flächen von Oberflächenstrukturen. Treten komplexe Vielstrahleffekt der Primärstrahlen verstärkt auf, kann es weiterhin zu dem erwähnten Abfall der Signalstärke der Sekundärteilchen bis hin zu einem völligen Verlust der Signalstärke der Sekundärteilchen kommen. Gerade wenn man die bekannten Methoden der schnellen Justage des Detektionspfades anwendet und damit den komplexen Vielstrahleffekts der Primärstrahlen kompensiert, um die Signalstärke der Sekundärteilchen hoch zu halten, verbleibt der Effekt der fehlerhaften Abbildung des Objekts. Gerade in der Waferinspektion sind jedoch die Positionen und Dimensionen von Oberflächenstrukturen relevant und müssen mit hoher Präzision von weniger als 2nm, idealerweise von weniger als 1nm oder noch weniger bestimmt werden. Aufgabe der Erfindung ist daher, ein verbessertes Vielstrahlsysteme und verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlsystems zur Verfügung zu stellen, mit welchen insbesondere die oben beschriebenen komplexen Effekte verringert oder kompensiert werden, ohne dabei den Durchsatz einer Waferinspektion zu verringern.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein verbessertes Vielstrahlsysteme und verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlsystems zur Verfügung, mit dem komplexe Vielstrahleffekte bei der Wechselwirkung einer Vielzahl von Strahlen geladener Teilchen mit einer Waferoberfläche kompensiert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die komplexen Vielstrahleffekte durch eine Kombination aus einer Verzerrung der Vielzahl der Sekundärstrahlen und einer Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte auf einem Detektor charakterisiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform tritt ein komplexer Vielstrahleffekt insbesondere in der Nähe einer Berandung der Wafers oder in der Nähe einer vorhergehenden Inspektionsposition auf, beziehungsweise die Größe des einen komplexen Vielstrahleffektes hängt direkt von einem Abstand einer Inspektionsstelle zu einem Rad des Wafers oder zu einer vorhergehenden Inspektionsposition ab. Für die Kompensation erfolgt eine Charakterisierung oder Klassifizierung der komplexen Vielstrahleffekte und eine Ableitung von Maßnahmen, beispielsweise einer Justage des Primär- oder Beleuchtungspfades und einer Justage des Sekundär- oder Detektionspfades. Gemäß dieser Ableitung von Maßnahmen werden Parameter zur Einstellung oder Justage von Primär- und Sekundärpfad abgeleitet, die geeignet sind, den komplexen Effekten entgegenzuwirken. Ein Vielstrahlsystem kann darüber hinaus Mittel in direkter Nähe zum Wafer bzw. der Waferoberfläche umfassen, die geeignet sind, einen komplexen Vielstrahleffekte zu minimieren oder zu kompensieren. Mit diesen Mitteln wird ein elektrisches Feld zwischen der Waferoberfläche und einer letzten Elektrode einer Objektivlinse des Vielstrahlsystems beeinflusst, wobei das Feld gleichzeitig auf die primären Teilchenstrahlen und die sekundären Teilchenstrahlen wirkt.
Das Vielstrahlsystem und die Methoden zum Betreiben des Vielstrahlsystems der vorliegenden Erfindung lösen das Problem der schnellen Waferinspektion mit hoher Abbildungstreue, in dem ein komplexer Vielstrahleffekt der Primärstrahlen und der Sekundärstrahlen an eine Inspektionsstelle ermittelt wird und Maßnahme zur Kompensation des komplexen Vielstrahleffekts durch Parameteränderungen sowohl von Komponenten des Beleuchtungssystems, als auch des Detektionssystems durchgeführt werden. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass Wafer im Prinzip immer ähnlich sind und immer ähnliche Vielstrahleffekte mit ähnlichen Ursachen auftreten. In einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung des komplexen Vielstrahleffekts der Primärstrahlen dabei durch eine zeitlich gemittelte Messung der Rasteranordnung der Vielzahl der Sekundärstrahlen und der Form oder Größe mindestens eines Fokuspunktes eines Sekundärstrahls. Über die zeitliche Mittelung wird dabei der Einfluss der Oberflächenstrukturierung des Halbleiterwafers auf das Messsignal reduziert. Mittels einer Analyse der Rasteranordnung der Vielzahl der Sekundärstrahlen und der Form oder Größe mindestens eines Fokuspunktes eines Sekundärstrahls wird auf den wahrscheinlichen komplexen Vielstrahleffekt der Primärstrahlen zurückgeschlossen und Korrekturmaßnahmen des Beleuchtungspfades werden eingeleitet. Das Verfahren der Messung kann dabei wiederholt werden. Bei der Waferinspektion ist es somit möglich, komplexen Vielstrahleffekt der Primärstrahlen an einer Inspektionsposition auf der Oberfläche eines strukturierten Wafers alleine aus der Bestimmung des akkumulierten komplexen Vielstrahleffekt der Sekundärstrahlen zu bestimmen, ohne ein Referenzobjekt einsetzen zu müssen. Durch die zeitliche Mittelung der Messung kann die Messung dabei sehr schnell erfolgen, beispielsweise durch ein sehr schnelles Abrastern der Objektoberfläche an der Inspektionsposition mit der Vielzahl der Primärstrahlen. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Bestimmung des komplexen Vielstrahleffekts der Primärstrahlen aus a-priori Informationen. Es hat sich ferner gezeigt, dass einige komplexe Vielstrahleffekte von der Inspektionsposition auf einer Waferoberfläche abhängen, insbesondere von einem Abstand einer Inspektionsposition zu einer Berandung des Wafers oder zu vorangehenden Inspektionspositionen. Da die Inspektionspositionen auf einem Wafer vorbekannt sind, kann entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung diese Abhängigkeit zur Kompensation der komplexen Vielstrahleffekte genutzt werden. Beispielsweise können die Parameter zur Ansteuerung des Vielstrahlsystems von der vorbekannten Inspektionsposition abhängen. Beispielsweise kann eine Reihenfolge von Inspektionsaufgaben verändert werden, um Effekte vorangehender Inspektionspositionen zu verringern. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Randeffekt, der durch ein inhomogenes Absaugfeld hervorgerufen wird, durch zusätzliche, mit Korrekturspannungen beaufschlagte Elektroden im Umfang einer Waferaufnahmefläche vermindert. In einem Beispiel wird ein Absaugfeld durch eine Gegenelektrode, die durch eine Vielzahl von unterschiedlich ansteuerbaren Elektrodensegmenten gebildet wird, so eingestellt, dass ein komplexer Vielstrahleffekt verringert wird. Grundsätzlich kann die Methode der Bestimmung des komplexen Vielstrahleffektes auch während einer Inspektionsaufgabe durchgeführt werden. Somit können auch veränderliche komplexe Vielstrahleffekte der Primärstrahlen oder unerwartete Abweichungen erfasst werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung verfügt das verbessertes Vielstrahlsysteme über eine ortsauflösende Detektionseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Fokuspunkte einer Vielzahl von Sekundärstrahlen während einer Inspektionsaufgabe unabhängig von einem Oberflächenkontrast einer Waferoberfläche an einer Inspektionsposition zu erfassen. Weiter verfügt das verbessertes Vielstrahlsysteme über eine Kontrolleinheit mit einem Speicher und einer Recheneinheit, die dazu konfiguriert ist, aus den Fokuspunkten der Vielzahl von Sekundärstrahlen eine aktuelle Rasteranordnung der Fokuspunkte der Vielzahl von Sekundärstrahlen zu bestimmen und aus dieser aktuellen Rasteranordnung eine Abweichung von einer vordefinierten Rasteranordnung zu bestimmen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Kontrolleinheit ferner dazu konfiguriert, mindestens eine aktuelle Form und Größe eines vorherbestimmten Fokuspunktes der Vielzahl von Sekundärstrahlen zu bestimmen. Beispielsweise wird eine unterschiedliche Form oder Größe von mindestens zwei Fokuspunkten der Vielzahl der Sekundärstrahlen bestimmt. Die Kontrolleinheit ist ferner dazu konfiguriert, die Abweichung der aktuellen Rasteranordnung von einer vordefinierten Rasteranordnung zu analysieren und daraus auf das Auftreten eines bestimmten komplexen Vielstrahleffekt der Primärstrahlen zurückzuschließen. Gemäß einer Ausführungsform greift die Kontrolleinheit bei dieser Bestimmung zusätzlich auf eine Abweichung der aktuellen Form und Größe des mindestens einen vorherbestimmten Fokuspunktes von einer vorherbestimmten Form und Größe des Fokuspunktes zurück.
Ferner ist die Kontrolleinheit dazu konfiguriert, eine mögliche Ursache für den komplexen Vielstrahleffekt der Primärstrahlen zu bestimmen. In einem Beispiel ermittelt die Kontrolleinheit mehrere mögliche Ursachen für den komplexen Vielstrahleffekt der Primärstrahlen, sortiert nach ihrer Auftrittswahrscheinlichkeit.
Die Kontrolleinheit ist ferner dazu konfiguriert, aus der wahrscheinlichsten Ursache des komplexen Vielstrahleffektes Maßnahmen zur Justage des Beleuchtungspfads und des Detektionspfads des Vielstrahlsystems an der Inspektionsposition zu ermitteln. Im Rahmen dieser Ermittlung wird eine Vielzahl von Parametern bestimmt, mit denen Komponenten innerhalb des Beleuchtungspfads und innerhalb des Detektionspfads des Vielstrahlsystems angesteuert beziehungsweise eingestellt werden. Bei diesen Parametern kann es sich auch um Veränderungen gegenüber bereits eingestellten Parameterwerten an bestimmten Komponenten des Beleuchtungspfads oder des Detektionspfads des Vielstrahlsystems handeln. Mögliche Komponenten sind ein quasistatischer Ablenker für die Vielzahl der Strahlen geladener Teilchen, ein dynamischer Ablenker für die rasternde Ablenkung der Vielzahl der Strahlen geladener Teilchen, elektrostatische oder magnetische Linsen mit veränderlicher fokussierender Wirkung für die Vielzahl der Strahlen geladener Teilchen, Multipolelemente und Energiefilter für die Vielzahl der Strahlen geladener Teilchen, oder auch Array-Komponenten, mit denen jeder einzelne Strahl der Vielzahl der Strahlen geladener Teilchen beeinflusst werden kann. In einem Beispiel umfassen die Mittel zur Justage insbesondere die Parameter zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes zwischen der Objektoberfläche und einem Objektivlinsensystem des Vielstrahlsystems.
In einer Ausführungsform ist die Kontrolleinheit mit einer Einheit zur Bildauswertung verbunden und dazu konfiguriert, zur Korrektur mindestens eines Teils des komplexen Vielstrahleffekts der Einheit zur komplexen Bildauswertung ein Korrektursignal zur Verfügung zu stellen. Die Einheit zur Bildauswertung ist mit einer Detektionseinheit des Vielstrahlsystems verbunden und dazu konfiguriert, mit dem Korrektursignal eine Korrektur an den Bildinformationen der Detektionseinheit durchzuführen. Beispielsweise kann eine mit hoher Genauigkeit bekannte Verzeichnung, eine Verzerrung oder ein Vergrößerungsfehler der Rasteranordnung der Vielzahl der Primärstrahlen durch digitale Bildverarbeitung in einer nachgelagerten Bildauswertung kompensiert werden. Beispielsweise kann eine Positionsabweichung einzelner Primärstrahlen beim Zusammenfügen („Stitching“) der Einzelbilder berücksichtigt werden.
Das Vielstrahlsystem verfügt über einen Verfahrtisch mit einem Objekthalter für den Halbleiterwafer, der zur Aufnahme und Positionierung des Wafers unterhalb der Objektivlinse des Vielstrahlsystem geeignet ist. Der Objekthalter verfügt hierfür über Aufnahmefläche zur Aufnahme des im Wesentlichen planaren Wafers einer Dicke T und einem äußeren Durchmesser D. Die Aufnahmefläche für den Wafer verfügt über eine elektrische Kontaktierung zur Kontrolleinheit, um den Wafer mit einer Spannungsdifferenz gegenüber einem Elektrodensystem des Vielstrahlsystems zu beaufschlagen. Das Elektrodensystem befindet sich unterhalb der Objektivlinse oder ist Teil der Objektivlinse und verfügt über eine elektrische Kontaktierung zu der Kontrolleinheit. Die Kontrolleinheit ist dazu konfiguriert, während des Betriebs dem Elektrodensystem und der Waferoberfläche geeignete Spannungen zuzuführen, um während dem Betrieb zwischen der Waferoberfläche und dem Elektrodensystem ein zur Waferoberfläche senkrechten elektrischen Feldverlauf eines Absaugfeldes mit zur Waferoberfläche parallelen Äquipotentiallinien aufzubauen. Dieses Feld wird weiterhin das Absaugfeld genannt.
Für eine Inspektionsaufgabe ohne komplexe Vielstrahleffekte ist es insbesondere erforderlich, dass das Absaugfeld homogen ausgebildet ist und eine konstante, vordefinierte elektrische Feldstärke auf der Waferoberfläche über eine Inspektionsposition bildet. Es ist daher angestrebt, ein möglichst homogenes Absaugfeld über die Spannungsdifferenz zu erzeugen. Insbesondere in der Nähe eines Randes eines Wafers treten jedoch Inhomogenitäten des Absaugfeldes auf. Dieser komplexe Vielstrahleffekt wird im Folgenden auch Kanteneffekt oder Randeffekt bezeichnet. In einer zweiten Ausführungsform verfügt der Objekthalter ferner über eine ringförmige Korrekturelektrode mit einer Höhe DE über der Aufnahmefläche, die im Umfang der Aufnahmefläche angeordnet ist und einen Innendurchmesser DI > D aufweist, so dass bei Aufnahme des Wafers in jeder Richtung ein konstanter Abstand G zwischen der Berandung des Wafers und der ringförmigen Elektrode ausgebildet wird. Die ringförmige Elektrode ist zur Aufnahmefläche isoliert und mit der Kontrolleinheit elektrisch verbunden, so dass während des Betriebs die ringförmige Elektrode mit einer Spannungsdifferenz relativ zu der Spannung eines auf der Aufnahmefläche angeordneten Wafers beaufschlagt werden kann. Die Kontrolleinheit des Vielstrahlsystems ist dazu konfiguriert, während dem Betrieb zur Erzeugung des homogenen Absaugfeldes eine erste Spannung an die Aufnahmefläche und den darauf aufgenommenen Wafer und eine zweite Spannung an die ringförmige Elektrode zur Verringerung eines Kanteneffektes zuzuführen.
In einer dritten Ausführungsform ist das oben genannte Elektrodensystem durch eine Vielzahl von beispielsweise zwei, vier, acht oder mehr voneinander isolierten Elektroden ausgebildet, die jeweils mit der Kontrolleinheit elektrisch verbunden sind. Die Kontrolleinheit ist dazu konfiguriert, während dem Betrieb die Vielzahl der Elektroden mit unterschiedlichen Spannungen zu versorgen, um während des Betriebs an einer Inspektionsposition ein homogenes Absaugfeld zu erzeugen. Da nur an einer Inspektionsposition zur selben Zeit gemessen wird, ist es vorteilhaft, die Spannung mindestens eines Segments der Ringelektrode abhängig von der Inspektionsposition zu variieren.
Viele Effekte der Bildgebung mit einem Vielstrahlmikroskop hängen sehr stark mit topologischen Gegebenheiten zusammen. Beispielsweise bei der Waferinspektion hat der Rand eines Wafers einen großen Einfluss. Da insbesondere bei der Waferinspektion die Lage der Inspektionspositionen zu der Berandung des Wafers vorbekannt ist, kann die verbesserte Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades abhängig von einem Abstand einer Inspektionsposition zu einer Berandung des Wafers bereits während des Anfahrens der Inspektionsstelle erfolgen. In der vierten Ausführungsform wird ein Vielstrahlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Vielstrahlsystems zur Verfügung gestellt, bei dem Parameter von Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades des Vielstrahlsystems in Abhängigkeit von einem Abstand einer Inspektionsposition zu einer Kante oder Berandung des Wafers eingestellt werden. Das Vielstrahlsystem verfügt hierzu über eine Kontrolleinheit, die den Abstand einer Inspektionsposition zu einer Kante oder Berandung des Wafers bestimmt. Die Kontrolleinheit bestimmt aus dem Abstand und dem aktuellen Arbeitspunkt des Vielstrahlsystems einen komplexen Vielstrahleffekt. Ferner ist die Kontrolleinheit dazu konfiguriert, während des Betriebs des Vielstrahlsystems an der Inspektionsposition Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades des Vielstrahlsystems mit Parametern anzusteuern, die geeignet sind, die den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Eine Ausführungsform der Methode enthält die Erfassung und Speicherung von Parametern einer verbesserten Justage des Detektionspfades und Beleuchtungspfades für verschiedene Inspektionsstellen in Abhängigkeit von einem Abstand zu einem Rand des Wafers. Aus den vorherbestimmten und gespeicherten Parametern werden dann bei einer Waferinspektion die optimalen Parameter einer verbesserten Justage sowohl des Detektionspfades und des Beleuchtungspfades in Abhängigkeit von einer nächsten Inspektionsstelle ermittelt und eingestellt.
Es hat sich gezeigt, dass eine Reihe weiterer komplexer Vielstrahleffekte von der Inspektionsposition auf der Oberfläche eines Wafers abhängen und somit prinzipiell vorbekannt sind. In der fünften Ausführungsform wird ein Vielstrahlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Vielstrahlsystems zur Verfügung gestellt, bei dem Parameter von Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades des Vielstrahlsystems in Abhängigkeit von a priori Informationen eingestellt werden. In einem Beispiel verfügt das Vielstrahlsystem hierzu über eine Kontrolleinheit, die vor einer Messung oder Inspektion an einer Inspektionsposition die Zusammensetzung des Objektes mindestens an der Inspektionsposition bestimmt. Die Bestimmung der Zusammensetzung des Objektes umfasst dabei die Bestimmung der Materialzusammensetzung des Objektes beispielsweise aus CAD-Informationen über die gebildeten Halbleiterstrukturen in einen Wafer an der Inspektionsposition. Basierend auf der Zusammensetzung erfolgt eine Ermittlung von zu erwartenden komplexen Vielstrahleffekten und eine Einstellung von Parametern des Vielstrahlsystems, die geeignet sind, die den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu vermeiden. In einem alternativen Beispiel bestehen die a-priori-Informationen aus Informationen aus früheren Inspektionen an ähnlichen Inspektionsstellen beispielsweise auf anderen Wafern. In einem Beispiel enthält die Methode ein Vorhalten einer dynamischen Korrektur in Abhängigkeit einer identischen Inspektionsposition bei der sequentiellen Inspektion von mehreren Wafern.
Es hat sich gezeigt, dass eine Reihe weiterer komplexer Vielstrahleffekte von benachbarten Inspektionsposition auf der Oberfläche eines Wafers abhängen und somit prinzipiell vorbekannt sind. In der sechsten Ausführungsform wird ein Vielstrahlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Vielstrahlsystems zur Verfügung gestellt, bei dem Parameter von Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades des Vielstrahlsystems in Abhängigkeit von benachbarten Inspektionspositionen eingestellt werden. In einem Beispiel verfügt das Vielstrahlsystem hierzu über eine Kontrolleinheit, die vor einer Messung oder Inspektion an einer Inspektionsposition beispielsweise eine aktuelle Aufladungsverteilung des Objektes an der Inspektionsposition verursacht durch vorangegangene Inspektionen auf demselben Objekt bestimmt. Basierend auf der aktuelle Aufladungsverteilung erfolgt eine Ermittlung von zu erwartenden komplexen Vielstrahleffekten und eine Einstellung von Parametern des Vielstrahlsystems, die geeignet sind, die den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Ein besonderes Beispiel bildet eine Methode des wiederholten Anfahrens derselben Inspektionsposition auf demselben Wafer.
Mit den Methoden und dem Vielstrahlmikroskop ausgelegt für der Anwendung der Methoden gemäß den Ausführungsformen wird eine verbesserte Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades für eine spezielle Inspektionsposition einer Oberfläche eines Objektes ermöglicht. Gemäß der siebten Ausführungsformen basiert eine Methode auf der Grundlage der Erfassung und Auswertung zweier grundsätzlich unterschiedlicher Informationen über das Vielstrahlmikroskop und der Wechselwirkung mit einem Objekt. Zum einen wird die Rasteranordnung der Vielzahl der Sekundärstrahlen erfasst und ausgewertet. Zum anderen wird die Form und Größe mindestens eines Fokuspunktes der Sekundärstrahlen erfasst und ausgewertet. Es ist auch möglich, Formen und Größen von einer Vielzahl von Fokuspunkten der Sekundärstrahlen auszuwerten, beispielsweise von mindestens drei Fokuspunkten.
Beide Informationen werden erfasst während einer rasternden Bildgebung eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Objektes. Hierbei wird über die Oberfläche des Objekts einer Vielzahl von J Fokuspunkten von J Primärstrahlen rasterartig bewegt und eine Vielzahl von J Scanpositionen auf der Objektoberfläche gleichzeitig beleuchtet. Hierfür befindet sich im Primärpfad oder Beleuchtungspfad eine ersten Ablenkeinheit zur rasternden Ablenkung der Vielzahl der J Primärstrahlen. Jeder Auftreffort der J Fokuspunkte der J Primärstrahlen bildet während des kurzen Zeitraums der rasternden Bestrahlung mit den J Primärstrahlen einen Quellort für Sekundärelektronen, die gesammelt und auf einen Detektor abgebildet werden. Die Vielzahl der J Quellorte der Sekundärelektronen bewegen sich entsprechend der rasternden Bestrahlung mit J Primärstrahlen synchron über der Objektoberfläche. Im Abbildungspfad der Sekundärelektronen, auch Detektionspfad oder Sekundärpfad genannt, befindet sich daher eine zweite Ablenkeinheit zur rasternden Ablenkung der J Sekundärstrahlen, die von den J Quellorten ausgehen, so dass die Fokuspunkte der J Sekundärstrahlen auf dem Detektor an J gleichen Detektionsorten verharren. Die zweite Ablenkeinheit im Sekundärpfad ist dabei synchronisiert mit der ersten Ablenkeinheit im Primärpfad.
Durch die rasternde Beleuchtung mit der Vielzahl von J Primärstrahlen und die Erfassung der Signale der Vielzahl der J Sekundärstrahlen synchron mit der rasternden Beleuchtung wird eine Vielzahl von J zeitlich sequentieller Datenströme erfasst, der in eine Vielzahl von J zweidimensionaler digitaler Bildinformationen gewandelt werden. Jede Bildinformation repräsentiert die ortsaufgelöste Quote der Generierung von Sekundärelektronen durch die ortsaufgelöste Beleuchtung der Objektoberfläche mit einem Fokuspunkt eines Primärstrahls. Die Quote der Generierung von Sekundärelektronen hängt dabei von der lokalen Oberflächenbeschaffenheit ab, wie beispielsweise der lokalen Materialzusammensetzung einer strukturierten Waferoberfläche. Die Informationen über Form und Größe der Fokuspunkte selbst sowie Rasteranordnung der Fokuspunkte zur Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades werden zeitlich gemittelt erfasst, so dass der Einfluss der Strukturierung der Objektoberfläche durch Mittelung über eine Vielzahl von Scanpositionen auf der Oberfläche vermindert wird. Die Messung kann jedoch auch an einem völlig unstrukturierten Wafer bzw. an einem unstrukturierten Testobjekt erfolgen. Somit ist die Methode für eine Vielzahl von Objekten möglich, und es sind keine speziellen Mess- oder Kalibrierobjekte erforderlich. Insbesondere kann die Methode der Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades auch während einer Inspektionsaufgabe an einer Inspektionsposition auf einer Objektoberfläche erfolgen.
Beispielsweise ist es damit auch möglich, die Methode der Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades für einen schnellen Autofokus einzusetzen. Generell ist es möglich, die Methode der Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades für eine dynamischen Korrektur einzusetzen. Bezüglich einer dynamischen Korrektur wird auf die PCT-Patentanmeldung PCT/EP2021/061216, eingereicht 29. April Mai 2021 verwiesen, die hierdurch durch Bezugnahme vollumfänglich in die Offenbarung aufgenommen wird.
Die Bestimmung der Parameter einer verbesserten Justage sowohl des Detektionspfades und des Beleuchtungspfades in Abhängigkeit von einer Inspektionsstelle erfolgt in einem Beispiel iterativ. Zunächst erfolgt eine Bildaufnahme ohne Korrekturen bzw. Veränderungen der Parameter. Die Abweichung der Rasteranordnung der Vielzahl der Sekundärstrahlen gegenüber eine vordefinierten oder erwarteten Rasteranordnung wird erfasst und ausgewertet und gleichzeitig wird die Abweichung der Form und Größe mindestens eines Fokuspunktes von einer vordefinierten oder erwarteten Form und Größe des Fokuspunktes erfasst und ausgewertet. Wie oben beschrieben erfolgt die Erfassung der Abweichungen in einer zeitlichen Mittelung während eines Abrasterns der Objektoberfläche mit der Vielzahl der Primärstrahlen, um Einflüsse der Zusammensetzung des Wafers zu eliminieren. Aus den Abweichungen wird eine wahrscheinliche Ursache für die Abweichung ermittelt und es werden geeignete Parameter zur Justage von Beleuchtungs- und Detektionspfad ermittelt. Die Erfassung der unterschiedlichen Abweichungen, nämlich der Abweichung der Rasteranordnung der Vielzahl der Sekundärstrahlen und der Form und Größe der Fokuspunkte erlaubt einen gezielteren Rückschluss auf die Ursache, beispielsweise ob eine Störung des Beleuchtungspfades vorliegt und bereits eine Abweichung der Vielzahl der Fokuspunkte der Primärstrahlen auf der Waferoberfläche vorliegt, oder ob eine Berandung oder Topographie des Wafers ursächlich für die Abweichung ist, ob globale oder lokale Aufladungseffekte vorliegen, oder ob eine Störung im Detektionspfad vorliegt.
Nach der Analyse der Rasteranordnung und des komplexen Vielstrahleffektes wird eine Kompensation des komplexen Vielstrahleffekts gemäß einem Modell ermittelt. Generell kann der Erfolg der Kompensation an einer Probenstelle, beispielsweise einer Referenzprobe, überprüft werden und eine Feinkorrektur kann durchgeführt werden. Durch die Feinkorrektur kann das Modell zur Berechnung der Kompensation verbessert werden.
Um die Ermittlung der wahrscheinlichen Ursache der Abweichungen mit noch höherer Genauigkeit durchzuführen, können weitere Informationen beispielsweise von zusätzlichen Detektoren oder a-priori-Informationen eingesetzt werden. Weitere Detektoren können einen Abstandssensor zur Bestimmung des Abstands der Probenoberfläche von einer Referenzfläche umfassen. Mit einem solchen Abstandsensor kann beispielsweise eine globale Aufladung des Objektes von einer rein mechanischen Defokussierung besser unterschieden werden. Weitere Beispiele umfassen Feldsensoren zur Messung einer elektrischen oder magnetischen Feldstärke in der Nähe der Objektoberfläche. A-priori-Informationen können CAD-Informationen über die Inspektionsposition umfassen, oder gespeicherte Informationen aus früheren Messungen ähnlicher Objekte oder ähnlicher Inspektionsstellen. Beispielsweise können aus CAD-Informationen mögliche inhomogene oder lokale Aufladungseffekte des Objektes bestimmt werden. Beispielsweise können Bereiche eines Wafers leitend verbunden sein, die Aufladungseffekte über eine Inspektionsstelle hinaus streuen. Beispielsweise können Bereiche eines Wafers über Kapazitäten verfügen, die Aufladungseffekte über einen längeren Zeitraum speichern.
Generell ist auch die Position der Inspektionsstelle bezüglich des Probenrand eine vorbekannte Information. Somit können Verzerrungen der Rasteranordnung durch Randeffekte und Verzerrungen durch inhomogene Aufladungen berücksichtigt werden. Eine weitere a-priori-Information wird durch vorangehende Messungen gebildet. Durch vorangehende Messungen können beispielsweise Aufladungen entstehen, die sich nur langsam durch Leckströme abbauen. Die Aufladung bereits gescannter, benachbarter Inspektionsstellen führt zu Verzerrungen der Rasteranordnung und diese a-priori-Information kann bei der Ursachenermittlung der Abweichungen berücksichtigt werden. Prinzipiell kann damit eine Kompensation eines komplexen Vielstrahleffektes bereits vorher, beispielsweise beim Anfahren einer Inspektionsposition kompensiert werden.
Nach erfolgter Ermittlung der wahrscheinlichen Ursache der Abweichungen können Korrekturmaßnahmen bzw. eine Justage von Detektionspfades und Beleuchtungspfades erfolgen. Danach wird die Bestimmung der Abweichungen wiederholt. Falls die Abweichungen innerhalb eines vorbestimmten Toleranzwertes liegen, erfolgt in einem nächsten Schritt die Messung bzw. die Bildgebung des Ausschnitts der Objektoberfläche an der Inspektionsstelle. Falls die Abweichung einen vorbestimmten Toleranzwert immer noch überschreitet, wird die Ursachenermittlung und Bestimmung von neuen Parametern zur Justage von Detektionspfades und Beleuchtungspfades wiederholt. Beispielsweise wird in einem zweiten Schritt eine Feinkorrektur ermittelt und durchgeführt.
Die Ursachen der Abweichungen der Rasteranordnung und der Form und Größe von Strahlfokuspunkten können einer dynamischen Veränderung unterliegen. Beispielsweise eine globale Aufladung einer Probe nimmt mit zunehmender Beleuchtung durch die Vielzahl der Primärstrahlen zu und kann während der Bildgebung zu einer zunehmenden Abweichung der Rasteranordnung führen. In einer achten Ausführungsform der Erfindung werden solche dynamischen Effekte bestimmt und beispielsweise die Geschwindigkeit einer Veränderung oder Abweichung der Rasteranordnung und der Form und Größe von Strahlfokuspunkten wird berücksichtigt. Damit ist möglich, die Abweichungen der Rasteranordnung und der Form und Größe von Strahlfokuspunkten dynamisch zu korrigieren und die Parameter zur Justage von Detektionspfades und Beleuchtungspfades während der Erfassung eines Bildausschnitts der Objektoberfläche dynamisch in einer vorbestimmten Weise zu verändern.
In einer neunten Ausführungsform enthält ein Vielstrahlsystem zur Inspektion von Wafern einen ersten und ein zweiten Elektronendetektor und eine Strahlablenker zur Umlenkung der Sekundärelektronenstrahlen von dem ersten auf den zweiten Elektronendetektor. Der erste Elektronendetektor kann die Vielzahl der J Sekundärelektronenstrahlen während einer Inspektionsaufgaben den Objektkontrast eines Wafers mit hoher Datenrate und mit geringem Rauschen erfassen. Der zweite Elektronendetektor kann die Rasteranordnung und die Form oder Größe der Fokuspunkte der Vielzahl der J Sekundärelektronenstrahlen mit hoher räumlicher Auflösung erfassen, wobei gleichzeitig eine zeitliche Mittelung des Signals über eine Vielzahl von Abtastpunkten auf der Oberfläche des Wafers erfolgt, um einen Objektkontrast zu unterdrücken. Dadurch kann sehr schnell während einer Inspektionsaufgabe ein komplexer Vielstrahlfehler ermittelt werden und optimale Parameter für ein komplexes Vielstrahlsystem können eingestellt werden. Aus der Analyse und Auswertung der Rasteranordnung und Form und Größe der Fokuspunkte der Sekundärelektronen auf Eigenschaften des Beleuchtungssystems, des Detektionssystems oder der Inspektionsposition auf dem Wafer geschlossen werden.
Generell kann ein Vielstrahlsystem gemäß der Erfindung derart konfiguriert sein, dass es in einer ersten Einstellung zur schnellen Durchführung eine Inspektionsaufgabe einer Oberfläche eines Wafers konfiguriert ist, und in einer zweiten Einstellung zur Erfassung eines komplexen Vielstrahlfehlers konfiguriert ist. Ein komplexer Vielstrahlfehler ist dabei durch eine Abweichung der Rasteranordnung der Vielzahl der Teilchenstrahlen und der Abweichung der Form und Größe von mindestens einem Fokuspunkt eines Teilchenstrahls gegeben. In einem Beispiel ist der komplexe Vielstrahlfehler durch eine Abweichung der Rasteranordnung der Vielzahl der Teilchenstrahlen und der Abweichung der Form und Größe der Fokuspunkte von mindestens drei Sekundärstrahlen auf einem Detektor gegeben. In der zweiten Einstellung erfolgt die Erfassung des komplexen Vielstrahlfehlers über eine zeitliche Mittelung über eine Vielzahl von Rasterpunkten auf der Waferoberfläche, wodurch ein Objektkontrast gemittelt wird. Somit kann zwischen einer Inspektionsaufgabe und der Erfassung des komplexen Vielstrahlfehles schnell umgeschaltet werden und ein hoher Durchsatz wird erreicht. In einigen Ausführungsformen ist das Vielstrahlsystem gemäß der Erfindung derart konfiguriert, dass während der schnellen Durchführung einer Inspektionsaufgabe einer Oberfläche eines Wafers ein komplexer Vielstrahlfehler erfasst wird. Die Erfassung des komplexen Vielstrahlfehlers erfolgt über eine zeitliche Mittelung über eine Vielzahl von Rasterpunkten auf der Waferoberfläche, wodurch ein Objektkontrast gemittelt wird. Somit kann eine Inspektionsaufgabe und die Erfassung des komplexen Vielstrahlfehles gleichzeitig erfolgen, und ein hoher Durchsatz wird erreicht.
Ein Vielstrahlsystem 1 gemäß der Erfindung verfügt über eine Vielzahl von primären Teilchenstrahlen 3 und eine Vielzahl von sekundären Teilchenstrahlen 9, und umfasst einen ortsauflösenden Detektor 207, mindestens ein Ablenksystem (110,222) zur Ablenkung der Vielzahl der primären und sekundären Teilchenstrahlen (3,9) zur kollektiven Abrasterung eines Ausschnitts einer strukturierten Oberfläche 25 eines Wafers 7, und eine Kontrolleinrichtung 800 zur Ansteuerung des Detektors 207 und des Ablenksystems (110,222), wobei die Kontrolleinrichtung 800 und die Detektor 207 dazu ausgelegt sind, eine zeitlich gemitteltes Inspektionsbild einer Rasteranordnung 41 der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 zu erfassen und/oder ein digitales Bild des Ausschnitts der strukturierten Oberfläche 25 mit einer Ortsauflösung von 2nm, 1 nm oder weniger zu erfassen. Die Kontrolleinrichtung 800 ist dazu konfiguriert, in einem ersten Betriebsmodus zur Erfassung des zeitlich gemitteltes Inspektionsbilds der Rasteranordnung 41 eine Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3 über den Ausschnitt der strukturierten Oberfläche 25 des Wafers 7 mit dem Ablenksystem 110 schnell in einer Zeit T1 abzurastern, und in einem zweiten Betriebsmodus zur Aufnahme des digitalen Bildes des Ausschnitts der strukturierten Oberfläche 25 die Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3 über den Ausschnitt der strukturierten Oberfläche 25 des Wafers 7 mit dem Ablenksystem 110 langsam in einer Zeit T2 abzurastern, wobei T1 < T2, bevorzugt T1 < T2 /10, beispielsweise T1 < T2/100. Der Detektor 207 kann einen ersten Detektor 207a und einem zweiten Detektor 207b enthalten, und das Vielstrahlsystem 1 kann eine Detektionseinheit 200 mit einem Strahlablenker 224 aufweisen, der von der Kontrolleinheit 800 angesteuert wird und dazu konfiguriert ist, während dem Betrieb die Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen entweder auf den ersten Detektor 207a oder auf dem zweiten Detektor 207b abzulenken. Der Strahlablenker 224 kann zusätzlich dazu konfiguriert sein, während dem Betrieb die Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 entweder auf den ersten Detektor 207a oder auf dem zweiten Detektor 207b an konstanter Position zu halten. In einem alternativen Beispiel kann der Detektor 207 zur gleichzeitigen Erfassung des zeitlich gemitteltes Inspektionsbild der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 und des digitalen Bildes des Ausschnitts der strukturierten Oberfläche 25 mit hoher Ortsauflösung mit einer Pixelgröße von 2nm, 1nm oder weniger ausgelegt sein. Der Detektor 207 kann hierfür ein Elektronenkonversionselement enthalten, welches aus Elektronen Photonen generiert, und wobei Photonen gleichzeitig mit einen ersten, schnellen Lichtdetektor zur Erfassung eines Ausschnitts der Waferoberfläche 25 und einem zweiten, langsamen Lichtdetektor zur Erfassung des Inspektionsbilds der Rasteranordnung 41 detektiert werden.
Die Kontrolleinrichtung 800 ist in einem Beispiel ferner dazu konfiguriert, aus dem Inspektionsbild der Rasteranordnung 41 einen komplexen Vielstrahleffekt bestehend aus einer Veränderung der Auftrefforte der Vielzahl der Teilchenstrahlen (3,9) und einer Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte der Teilchenstrahlen (3,9) zu ermitteln und aus dem komplexen Vielstrahleffekt Änderungen der Einstellparameter des Vielstrahlsystem 1 abzuleiten und einzustellen. Die Kontrolleinrichtung 800 ist in einem Beispiel mit einer Vielzahl von Komponenten eines Beleuchtungspfades 13 und eines Detektionspfads 11, inklusive Komponenten zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes 113 verbunden und dazu konfiguriert ist, Parameter der Komponenten des Beleuchtungspfades 13 und des Detektionspfads 11, inklusive Komponenten zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes 113 zu Verringerung des komplexen Vielstrahleffekts geeignet einzustellen.
Ein Vielstrahlsystem 1 gemäß einer Ausführungsform enthält folgende Komponenten, die mit der Kontrolleinrichtung 800 zur Ansteuerung verbunden sind:

- einen quasistatischer Ablenker 107 für die Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3,
- einen dynamischer Ablenker 110 für die rasternde Ablenkung der primären Teilchenstrahlen 3 und der sekundären Teilchenstrahlen 9,
- einen dynamischer Ablenker (222, 224) für die rasternde Ablenkung der sekundären Teilchenstrahlen 9,
- elektrostatische oder magnetische Linsen (306.2, 307, 103.2, 102) mit veränderlicher fokussierender Wirkung,
- eine Rasteranordnungen von Multipolelementen (306.2) zur Beeinflussung der primären Teilchenstrahlen 3,
- Korrekturelektroden 153 zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes (113) zwischen der Waferoberfläche 25 und einer Gegenelektrode 151 eines Objektivlinsensystem 102 des Vielstrahlsystems 1. In einem Beispiel kann das Vielstrahlsystem 1 ferner Mittel zur Erzeugung eines im Randbereich eines Wafers 7 homogenen Absaugfeldes 113 aufweisen, wobei die Mittel eine elektrische Kontaktierung der Gegenelektrode 151 unterhalb der Objektivlinse 102 oder eines Teils der Objektivlinse 102 zur Versorgung während des Betriebs mit einer ersten Spannungsdifferenz V1 umfassen. Ferner umfassen die Mittel eine Aufnahmefläche 505 zur Aufnahme und Positionierung eines Wafers 7 unterhalb der Objektivlinse 102 mit einer elektrische Kontaktierung der Aufnahmefläche 505, um während des Betriebs den Wafer 7 mit einer zweiten Spannungsdifferenz V2 zu beaufschlagen. Ferner umfassen die Mittel mindestens eine im Umfang der Aufnahmefläche 505 angeordneten Korrekturelektrode 153 mit einer elektrische Kontaktierung zur Versorgung während des Betriebs mit mindestens einer dritten Spannungsdifferenz V3.

Die Kontrolleinheit 800 des Vielstrahlsystems 1 verfügt in einem Beispiel ferner über eine Einheit zur Bildauswertung 812. Die Kontrolleinheit 800 ist dann dazu konfiguriert, zur Korrektur mindestens eines Teils des komplexen Vielstrahleffekts die Einheit zur Bildauswertung 812 mit einem Korrektursignal anzusteuern.
In einer Ausführungsform enthält das Vielstrahlsystem 1 zur Waferinspektion einen Verfahrtisch 500 zur Aufnahme eines Wafers 7, einen ortsauflösenden Detektor 207, ein erstes Ablenksystem 110 zur Ablenkung der Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3 zur kollektiven Abrasterung eines Ausschnitts einer strukturierten Oberfläche 25 des Wafers 7, und ein zweites Ablenksystem 222 zur Ablenkung der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9, um die Fokuspunkte 15 der sekundären Teilchenstrahlen 9 auf dem Detektor 207 konstant zu halten. Ferner enthält das Vielstrahlsystem eine Kontrolleinrichtung 800, wobei die Kontrolleinrichtung 800 dazu konfiguriert ist, eine Liste von Inspektionsaufgabe an einer Vielzahl von Inspektionspositionen (33,35) zu erfassen und abzuarbeiten, und wobei die Kontrolleinrichtung 800 ferner dazu konfiguriert ist, Einstellparameter von Komponenten des Beleuchtungspfades 13 und des Detektionspfads 11, inklusive Komponenten (151, 153, 505) zur Einstellung des homogenen Absaugfeldes 113 zu Verringerung eines komplexen Vielstrahleffekts an einer Inspektionsposition (33,35) einzustellen. Die Kontrolleinheit 800 ist hierfür dazu konfiguriert, den Abstand einer Inspektionsposition (33,35) zu einem Rand 43 des Wafers 7 zu erfassen und einen komplexen Vielstrahleffekt, der durch den Waferrand 43 hervorgerufen würde, zu kompensieren. Die Kontrolleinheit 800 kann ferner dazu konfiguriert sein, vor einer Messung oder Inspektion an einer Inspektionsposition (33,35) aus CAD-Daten die Zusammensetzung des Wafers 7 an der Inspektionsposition (33,35) zu bestimmen und einen komplexen Vielstrahleffekt, der durch die Zusammensetzung hervorgerufen würde, zu kompensieren 41. Die Kontrolleinheit 800 verfügt hierfür über einen Speicher und kann gespeicherte Parameter aus gespeicherten Inspektionsaufgaben an ähnlichen Inspektionsstellen ermitteln und zur Verringerung eines komplexen Vielstrahleffekts an einer Inspektionsposition (33,35) einstellen. Die Kontrolleinheit 800 kann Parameter aus vorhergehenden Inspektionsaufgaben an benachbarten Inspektionsstellen ermitteln und zur Verringerung eines komplexen Vielstrahleffekts an einer Inspektionsposition (33,35) einstellen. Die Kontrolleinheit 800 kann ein Scanprogramm zur Ansteuerung der ersten und zweiten Ablenksysteme (110,222) ändern, um einen komplexen Vielstrahleffekt zumindest teilweise zu kompensieren. die Kontrolleinheit 800 ferner dazu konfiguriert ist, ein Scanprogramm zur Ansteuerung der ersten und zweiten Ablenksysteme (110,222) zu ändern, um einen komplexen Vielstrahleffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Eine Methode der Waferinspektion mit einem Vielstrahlsystem 1 enthält ein Anfahren einer Inspektionsposition auf einem Wafer 7, und ein Ermitteln, basierend auf der Inspektionsposition, von vorab ermittelten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops 1 für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition. Die ermittelten Einstellparameter werden eingestellt und einer Bildaufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche 25 des Wafers 7 wird an der Inspektionsposition durchgeführt. Die Einstellparameter des Vielstrahlsystems können aus vordefinierten Einstellparametern ermittelt werden, welche zu der Inspektionsposition zugeordnet sind oder die Einstellparameter für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition aus mindestens zwei Einstellparametern, die zwei benachbarten Inspektionspositionen zugeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ können optimierte Einstellparameter aus a priori Informationen über die Inspektionsposition ermittelt werden. A priori Informationen können den Abstand der Inspektionsposition zu einem Rand 43 des Wafers 7 oder zu vorangehenden Bildaufnahmen an vorangehenden Inspektionspositionen enthalten, oder CAD-Informationen über die Materialzusammensetzung an der Oberfläche 25 des Wafers 7 an der Inspektionsposition. Die Einstellparameter umfassen Spannungswerte zur Erzeugung eines homogenen Absaugfeldes 143 an der Oberfläche 25 des Wafers 7, wobei die Spannungswerte Elektroden (151, 153, 505) zugeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind auch Variationen der Ausführungsformen möglich. Es wird zwar grundsätzlich von einem Wafer als Objekt gesprochen, jedoch ist die Erfindung auch auf andere Objekte anwendbar, wie sie i der Halbleiterfertigung zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann das Objekt statt eines Halbleiterwafers auch eine Maske sein, beispielsweise eine Maske für die EUV-Lithographie. Im Unterschied zu Halbleiterwafern sind solche Masken in der Regel rechteckig und weisen eine deutlich größere Dicke auf. In diesem Fall ist beispielsweise die Elektrode um die Objektaufnahmefläche nicht ringförmig ausgebildet, sondern rechteckig. Die Erfindung ist ferner an einem Vielstrahlsystem mit einer Vielzahl von primären Elektronenstrahlen beschrieben, aber es können auch andere geladene Teilchen zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Helium-Ionen.
Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche entstehen. Selbstverständlich sind dem Fachmann naheliegende Variationen der Ausführungsbeispiele möglich und in der Beschreibung nicht ausgeschlossen.
Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1 Vielstrahlsystem gemäß der ersten Ausführungsform.
2 Funktionsdiagramm eines Vielstrahlsystem gemäß der ersten Ausführungsform.
3 Illustration einer Inspektionsaufgabe mit einem Vielstrahlsystem
4 Beispiel einer Rasteranordnung der Vielzahl von Primär- oder Sekundärstrahlen eines Vielstrahlsystems
5 Illustration einiger Abweichungen einer aktuellen Rasteranordnung von einer vordefinierten Rasteranordnung und einiger Abweichungen von Strahlform beziehungsweise Fokusspotgröße mindestens eines Fokuspunktes eines Teilchenstrahls der Rasteranordnung
6 Illustration eines inhomogenen Absaugfeldes an einer Berandung eines Objektes am Beispiel eines Waferrandes
7 Illustration einer ringförmigen Korrekturelektrode gemäß der zweiten Ausführungsform, im Querschnitt.
8 Illustration einer segmentierten Korrekturelektrode oder einer segmentierten Gegenelektrode gemäß der dritten Ausführungsform
9 Illustration der Methode zum Betreiben eines Vielstrahlsystems mit Parameteranpassung gemäß der vierten, fünften oder sechsten Ausführungsform.
10 Illustration der Methode zum Betreiben eines Vielstrahlsystems mit Parameteranpassung gemäß der siebten Ausführungsform.
11 Illustration eines dynamischen Verhaltens am Beispiel einer Probenaufladung und einer dynamischen Veränderung eines Einstellparameters eines Vielstrahlsystems.
1 2 Vielstrahlsystem gemäß der neunten Ausführungsform.
1 3 Methode zum Betreiben eines Vielstrahlsystem gemäß der ersten Ausführungsform

Im Folgenden bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Merkmale, auch dann, wenn diese im Text nicht explizit erwähnt werden.
1 ist eine schematische Darstellung eines Vielstrahlsystems 1, welches eine Vielzahl von Teilchenstrahlen einsetzt. Das Teilchenstrahlsystem 1 erzeugt eine Vielzahl von J primären Teilchenstrahlen 3, welche auf ein zu untersuchendes Objekt 7 treffen, um dort Wechselwirkungsprodukte, bspw. Sekundärelektronen, zu generieren, welche von dem Objekt 7 ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Vielstrahlsystem 1 ist vom Rasterelektronensystem-Typ („scanning electron microscope“, SEM), welches mehrere primäre Teilchenstrahlen 3 einsetzt, die an mehreren Orten auf eine Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere räumlich voneinander getrennte Elektronenstrahlflecken oder Spots 5 erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, bspw. ein Halbleiterwafer, insbesondere ein Halbleiterwafer mit HV-Strukturen (also mit horizontalen und / oder vertikalen Strukturen), oder eine Halbleitermaske, und eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche 25 des Objekts 7 ist in einer ersten Ebene 101 (Objektebene) einer Objektivlinse 102 eines Beleuchtungssystems 100 angeordnet. Die optische Achse 105 der Objektivlinse 102 ist senkrecht zur Oberfläche 25 des Objektes 7 ausgerichtet ist und parallel zu dem Strahlenverlauf durch die Objektivlinse 102.
Die Vielzahl der Strahlfokuspunkte 5 der Primärstrahlen bildet eine regelmäßige Rasteranordnung von Auftrefforten, welche in der ersten Ebene 101 gebildet werden. Die Zahl J der Auftrefforte kann fünf, fünfundzwanzig, oder mehr bilden. In der Praxis kann die Zahl an Strahlen J, und damit die Zahl der Auftrefforte 5, wesentlich größer gewählt werden, wie bspw. J = 10 x 10, J = 20 x 30 oder J = 100 x 100. Beispielhafte Werte des Abstands P₁ zwischen den Auftrefforten sind 1 Mikrometer, 10 Mikrometer und 40 Mikrometer.
Ein Durchmesser der in der ersten Ebene 101 geformten minimalen Strahlflecken oder Fokuspunkte 5 kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen weniger als 4 Nanometer, beispielsweise 3nm oder weniger. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt beispielsweise durch das Objektivlinsensystem 102. Dabei kann das Objektivlinsensystem 102 zum Beispiel eine magnetische Immersionslinse umfassen. Weitere Beispiele von Mitteln zu Fokussierung sind beschrieben in der deutschen Patentanmeldung mit der Nummer 102020125534.9 , eingereicht am 30.09.2020, die hiermit vollumfänglich mit in die Offenbarung aufgenommen ist.
Die auf das Objekt 7 treffenden Primärteilchen 3 generieren Wechselwirkungsprodukte, bspw. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehen. Die von der Oberfläche 25 des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Das Teilchenstrahlsystem 1 stellt einen Detektionsstrahlengang 11 bereit, um die Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 einem Detektionssystem 200 zuzuführen. Das Detektorsystem 200 umfasst eine Teilchenoptik mit mindestens einem Projektionsobjektiv 205, um die sekundären Teilchenstrahlen 9 auf einen ortsauflösenden Teilchendetektor 207 zu richten. Die Abbildung mit dem Detektionssystem erfolgt dabei stark vergrößernd, so dass sowohl der Rasterabstand der Primärstrahlen auf der Waferoberfläche, als auch die Größe und Form von Fokuspunkten der Primärstrahlen stark vergrößert abgebildet werden. Beispielsweise liegt eine Vergrößerung zwischen 100X und 300X, so dass ein nm auf der Waferoberfläche auf zwischen 100nm und 300nm vergrößert abgebildet wird. Ein Bildfeld eines Vielstrahlsystems mit beispielsweise 100µm Durchmesser wird dabei auf etwa 30mm vergrößert. Bei ausreichender Signalstärke kann eine kleine Schwerpunktsveränderung eines Fokuspunktes eines Teilchenstrahls auf dem Detektor 207 mit hoher Präzision bestimmt werden. Bei Vielstrahlsystemen mit beispielsweise F Strahlen entlang einer Richtung wird ein Maßstabsfehler entsprechend des größeren Bildfeldes zusätzlich um den Faktor F vergrößert sichtbar. Somit kann ein komplexer Vielstrahleffekt der Teilchenstrahlen, insbesondere eine Abweichung von einer vorgegebenen Rasteranordnung beispielsweise an gegenüberliegenden Fokuspunkten, die am weitesten von der optischen Achse 105 entfernt sind, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Die primären Teilchenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Teilchenquelle 301 (z.B. eine Elektronenquelle), wenigstens eine Kollimationslinse 303.1 und 303.2, eine Multiaperturanordnung 305 und eine Feldlinse 307, oder ein Feldlinsensystem aus mehreren Feldlinsen, umfasst. Die Teilchenquelle 301 erzeugt mindestens einen divergierenden Teilchenstrahl 309, welcher durch die wenigstens eine Kollimationslinse 303 kollimiert oder zumindest weitgehend kollimiert wird, und welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst mindestens eine Multiaperturplatte 306.1, welche eine Vielzahl von J darin ausgebildeten Öffnungen in der Rasteranordnung aufweist. Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles durchsetzen die J Aperturen oder Öffnungen und bilden die Vielzahl J der Primärstrahlen 3. Teilchen des beleuchtenden Strahles, welche auf die Platte 306.1 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Primärstrahlen 3 bei. Die Multiaperturanordnung weist üblicherweise weitere Multiaperturplatte 306.2 auf, beispielsweise ein Linsenarray, ein Stigmator-Array oder ein Array von Ablenkelementen.
Die Multiaperturanordnung 305 fokussiert zusammen mit der Feldlinse 307 und einer zweiten Feldlinse 308 jeden der Primärstrahlen 3 derart, dass in einer Zwischenbildebene 321 Strahlfokuspunkte 311 gebildet werden. Alternativ können die Strahlfoki 311 virtuell sein. Ein Durchmesser der Strahlfoki 311 kann bspw. 10 Nanometer, 100 Nanometer und 1 Mikrometer betragen. In der Zwischenbildebene 321 kann eine weitere Multiaperturplatte 390 angeordnet sein, die beispielsweise als Deflektorarray ausgebildet ist.
Die Feldlinse 103.1 und 103.2 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 321, in der die Strahlfoki 311 gebildet werden, auf die erste Ebene 101 abzubilden, so dass dort die Rasteranordnung von Auftrefforten oder Fokuspunkten 5 entsteht. Soweit in der ersten Ebene 101 eine Oberfläche 25 des Objekts 7 angeordnet ist, werden die Fokuspunkte 5 entsprechend auf der Objektoberfläche 25 gebildet (siehe auch 2). Die Vielzahl der Primärstrahlen bilden einen Überkreuzungspunkt 108, in dessen Nähe ein schneller Ablenker 110 angeordnet ist, mit dem die Vielzahl der Primärstrahlen 3 kollektiv und synchron abgelenkt werden, so dass die Vielzahl der Fokuspunkte 5 gleichzeitig über die Objektoberfläche 25 bewegt werden. Der Ablenker 110 wird von einer Kontrolleinheit 800 angesteuert, so dass die Oberfläche 25 des Objektes 7 mit der Vielzahl der Fokuspunkte 5 rasternd abgetastet wird und eine Vielzahl von zweidimensionalen Bilddaten der Oberfläche 25 erfasst werden kann. Zusätzlich ist ein weiterer quasistatischer Ablenker 107 angeordnet, der die Vielzahl der Primärstrahlen 3 um die optische Achse 105 zentriert ausrichten kann.
Die Objektivlinse 102 und die Projektionslinsenanordnung 205 des Projektionssystems 200 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die erste Ebene 101 auf die Detektionsebene abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse bzw. ein Linsensystem, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während die Feldlinsen 103, 307 und 308 nur der ersten Teilchenoptik beziehungsweise dem Beleuchtungspfad 13 und die Projektionslinse 205 nur der zweiten Teilchenoptik beziehungsweise dem Detektionspfad 11 angehören.
Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Feldlinse 103 und dem Objektivlinsensystem 102 angeordnet. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Optik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 102 und dem Projektionsobjektiv 205. Zumindest im Beleuchtungsstrahlengang 13 verfügt die Strahlweiche 400 noch über ein Korrekturelement 420 zu Kompensation von Fehlern der Strahlweiche 400.
Das Detektionssystem 200 weist eine Vielzahl weiterer Komponenten auf, wie beispielsweise die elektrostatischen Linse 206 und mehrere weitere magnetische linsen 208, 209. Die Linsen dienen zusammen mit der Projektionslinse 210 dazu, die Sekundärstrahlen auf den ortsauflösenden Detektor zu fokussieren und dabei den Abbildungsmaßstab und die Verdrehung der Vielzahl der Strahlen durch eine Magnetlinse zu kompensieren, so dass die Rasteranordnung der Fokuspunkte 15 der Vielzahl der Sekundärstrahlen 9 auf der Detektorebene 207 konstant bleibt. Die erste und die zweite Magnetlinse 208 und 209 sind dabei gegenläufig ausgelegt und weisen entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder auf. Durch eine geeignete Ansteuerung der Magnetlinsen 208 und 209 kann eine Larmor-Verdrehung der Sekundärelektronenstrahlen kompensiert werden. Im Projektionsobjektiv 205 ist ferner ein weiterer Überkreuzungspunkt 212 der Sekundärstrahlen, in der eine Aperturblende 214 angeordnet ist. Das Detektionssystem 200 verfügt darüberhinaus über einen zweiten, kollektiven Strahlablenker 222 in der Nähe eines Überkreuzungspunkts der Sekundärstrahlen 9, der synchron mit dem ersten Strahlablenker 110 betrieben wird und eine Strahlablenkung der Primärstrahlen 3 kompensiert, so dass die Fokuspunkte 15 der Sekundärstrahlen 9 an konstanter Position auf der Detektionsebene 207 stehen bleiben. Das Detektionssystem 200 verfügt über weitere Korrekturelemente, beispielsweise eine Multiaperturplatte 216 und ein weiteres, drittes Ablenksystem 218.
Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/ 024881 , WO 2007/028595 , WO 2007/028596 , WO 2011/124352 und WO 2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern DE 10 2013 016 113 A1 und DE 10 2013 014 976 A1 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem oder Kontrollsystem 800 auf, das sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ausgebildet ist, als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 207 gewonnenen Signale. Das Kontroll- oder Steuerungssystem 800 kann dabei aus mehreren Einzelcomputern oder Komponenten aufgebaut sein. Beispielsweise verfügt die Kontrolleinheit 800 über ein erstes Kontrollmodul 820 für das Detektionssystems 200, und ein zweite Kontrolleinheit 830 für das Beleuchtungssystem 100.
Ferner verfügt die Kontrolleinheit 800 über ein Kontrollmodul 503 zur Versorgung der Probe 7 mit einer Spannung, die im folgenden auch Probenspannung genannt wird. Zwischen dem Objektiv 102 und der Oberfläche 25 des Objektes 7, beispielsweise des Wafers, wird ein Feld 113 erzeugt, welches die Primärteilchen der Primärstrahlen 3 vor Erreichen der Probenoberfläche 25 abbremst und welches eine zusätzliche fokussierende Wirkung auf die Vielzahl der Primärstrahlen 3 erzeugt. Dieses Feld 113 dient gleichzeitig zur Beschleunigung der Sekundärteilchen aus der Oberfläche 25 des Objektes 7 heraus. Das Feld 113 wird daher auch als Absaugfeld 113 bezeichnet, es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Absaugfeld 113 zweierlei Wirkungen hat: erstens die Abbremsung und Fokussierung der Primärstrahlen 3 und zweitens die Ausrichtung und Beschleunigung der Sekundärelektronenstrahlen 9. Das Absaugfeld 113 beziehungsweise die Stärke und Homogenität des Absaugfeldes 113 hat daher einen großen Einfluss auf die Rasteranordnung der primären Teilchenstrahlen 3 und die Form und Größe der Fokuspunkte 5 der primären Teilchenstrahlen 3, und zusätzlich auch auf die Ausbeute der Sekundärteilchen und die Form und Richtung der Sekundärstrahlen 9. Im Idealfall erfolgt die Absaugung der Sekundärteilchen senkrecht zur Objektoberfläche 25. Inhomogene Absaugfelder 113 können beispielsweise zu Richtungsabweichungen der Sekundärstrahlen 9 führen, die im Detektionspfad 13 mit weiteren Aberrationen zu einer Abweichung der Rasteranordnung der Sekundärstrahlen 9 führen oder zu einer Veränderung von Größe und Form der Fokuspunkte 15 der Sekundärstrahlen 9 auf dem Detektor 207. Inhomogene Absaugfelder 113 führen vorher bereits zu einer Ablenkung der Primärteilchen und damit zu einer Abweichung der Rasteranordnung der Beleuchtungsstrahlen 3 und zu einer Form- und Größenänderung der Fokuspunkte 5 der Primärstrahlen 3 auf der Objektoberfläche 25. Somit überlagern und verstärken sich Inhomogenitäten des Absaugfeldes 113 in zweifacher Weise. Globale Variationen des Absaugfeldes 113 können auftreten durch globale Effekte, wie beispielsweise eine Verkippung oder z-Versatz des Objektes 7, oder eine gleichmäßige Aufladung des Objektes 7. Lokale Variationen des elektrischen Absaugfeldes 113 können auftreten durch lokale Effekte, wie beispielsweise eine Objektkante oder Berandung des Wafers, generelle Höhenunterschiede des Objekts 7, hervorgerufen durch eine Objekttopographie, oder lokale Aufladungen. Variationen des elektrischen Absaugfeldes 113 können statisch sein oder zeitlich veränderlich. Statische Variationen entstehen beispielsweise durch eine unveränderliche Topographie oder Kante eines Objektes 7. Zeitliche veränderliche Variationen entstehen durch zeitlich veränderliche Aufladungseffekte. Die Rasteranordnung reagiert insbesondere sehr sensitiv auf Variationen des elektrischen Absaugfeldes 113 am Objekt 7 beziehungsweise zwischen der Objektoberfläche 25 und einer Elektrode innerhalb des Objektivs 102 des Vielstrahlmikroskops 1.
2 zeigt schematisch an einen Schnitt weitere funktionale Aspekte des Vielstrahlsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Beleuchtungssystem 100 verfügt über die Vielstrahlerzeugungseinrichtung 300 mit der Teilchenquelle 301, langsame Kompensatoren 330 der Vielstrahlerzeugungseinrichtung 300 und schnelle Kompensatoren 332 der Vielstrahlerzeugungseinrichtung 300. Langsame Kompensatoren 330 sind beispielsweise die magnetischen Kondensorlinsen 303.1 und 303.2, mit denen eine Strahlstärke am Eintritt der Multiaperturplatte 305 verändert werden kann. Schnelle Kompensatoren 332 sind beispielsweise Deflektor-arrays 306.1, mit dem die Vielzahl der Primärstrahlen schnell abgelenkt werden kann. Das Beleuchtungssystem 100 umfasst ferner langsame Kompensatoren 130, wie beispielsweise die Magnetlinsen 103.1 und 103.2 oder einen weiteren, quasistatischen Strahlablenker 107. Langsame Kompensatoren werden ferner gebildet durch die Magnetlinse des Objektivlinsensystem 102, der Strahlweiche 400 und dem Korrekturelement 420 der Strahlweiche. Das Beleuchtungssystem 1 umfasst ferner schnelle Kompensatoren 132, wie beispielsweise das Deflektorarray 390 oder eine schnelle, elektrostatische Fokuslinse im Objektivlinsensystem 102. Die Objektivlinse 102 kann ferner über weitere, schnell ansteuerbare Elektrodensegmente gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes verfügen. Die ansteuerbaren Komponenten (301, 330, 332, 130, 132) des Beleuchtungssystems 100 sind mit der Kontrolleinheit der Beleuchtungseinrichtung 830 verbunden und werden während des Betriebs von dieser angesteuert. Ferner umfasst das Beleuchtungssystem 100 den ersten, schnellen Strahlablenker 110 zur schnellen, kollektiven Strahlablenkung der Primärstrahlen 3. Der Strahlablenker 110 wird durch das Scanmodul 860 angesteuert.
Das Detektionssystem 200 des Vielstrahlsystems 1 umfasst neben dem ortsauflösenden Detektor 207 ferner langsame Kompensatoren 230 des Detektionssystems 200 und schnelle Kompensatoren 232 des Detektionssystems 200. Langsame Kompensatoren 230 sind beispielsweise die Magnetlinsen 208 und 209, sowie die Magnetlinse 210. Schnelle Kompensatoren 232 sind beispielsweise der Strahlablenker 214 oder die elektrostatische Linse 206. Ferner umfasst das Detektionssystem 200 den zweiten, schnellen Strahlablenker 222 zur schnellen, kollektiven Strahlablenkung der Sekundärstrahlen 9. Der zweite Strahlablenker 222 wird durch das Scanmodul 860 synchron mit dem ersten Strahlablenker 110 angesteuert. Die Sekundärstrahlen 9 passieren sowohl den ersten Strahlablenker 110, als auch den zweiten Strahlablenker 222. Der zweite Strahlablenker 222 ist dazu ausgelegt, den sogenannten Antiscan auszuführen, der die ansonsten auftretende Scanbewegung der Sekundärstrahlen 9 beim Auftreffen auf die Detektionseinheit 207 kompensiert. Das Detektionssystem 200 verfügt ferner über weitere Sensoren 238, die beispielsweise im Umfang einer Aperturblende 214 angeordnet sind.
Der Halbleiterwafer 7 wird von einem Verfahrtisch 500 unterhalb der Objektivlinse 102 positioniert. Der Verfahrtisch 500 kann ein 6-Achs-Verfahrtisch sein, der in 6 Freiheitsgraden die Oberfläche 25 der Probe 7 in der Objektebene oder ersten Ebene 101 positionieren kann. Die Positionsgenauigkeit in z-Richtung ist dabei weniger als 50 nm, beispielsweise besser als 30nm. Die Position des Verfahrtischs 500 wird dabei durch Sensoren 520 von der Kontrolleinheit 880 überwacht und geregelt. Die Probenspannung für ein homogenes Absaugfeld wird über das Kontrollmodul 820 der Detektionseinheit 820 zusammen mit den langsamen und schnellen Kompensatoren 230, 232 des Detektionsmoduls 200 gesteuert. Zusätzlich kann mindestens eine weitere Korrekturelektrode, die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Umfang des Wafers 7 angeordnet ist, angesteuert werden.
Die Detektionseinheit 207 kann mindestens einen Szintillator zur Konversion der Sekundärelektronen in Licht umfassen, sowie eine Vielzahl von Lichtoptischen Detektoren. Solche Detektoren können CMOS oder CCD-Sensoren sein, oder durch eine Vielzahl von Photodioden gebildet werden, beispielsweise Avalanche-Photodioden. Die Sensoren können direkt hinter dem Szintillator angeordnet sein oder es können eine optische Abbildung oder Lichtleiter zwischen dem Szintillator und der Sensoren angeordnet sein. Es ist auch möglich, Sensoren einzusetzen, die direkt Elektronen detektieren und in elektrische Signale wandeln. Eine besondere Form der Detektionseinheit ist im Deutschen Patent mit der Nummer DE 102018124044 B3 beschrieben, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Dort besteht die Detektionseinheit 207 aus einem Szintillator, auf den die Vielzahl der Fokuspunkte 15 der Sekundärteilchenstrahlen gebildet werden. Das erzeugte Licht wird über ein Abbildungssystem auf ein Faserbüschel abgebildet, wobei jede Faser mit einer Photodiode gekoppelt ist. Im Abbildungssystem befindet sich ferner ein Strahlteiler, der einen Teil des erzeugten Lichts auf einen CMOS-Sensor lenkt. Mit diesem Sensor kann die Rasteranordnung und die Form und Größe der einzelnen Fokuspunkte 15 überwacht werden. Anstelle einer Auskopplung eines Teils des Lichtes mit dem Strahlteilers kann alternativ auch das von dem Szintillator in rückwärtiger Richtung ausgestrahlte Licht, also das Licht, welches in Richtung des einfallenden Teilchenstrahlen emittiert wird, durch eine CMOS-Kamera erfasst und ausgewertet werden.
Die Detektionseinheit 207 ist mit einem Bilddatenkonverter 280 verbunden, der die zeitliche Abfolge analoger elektrischer Signale, beispielsweise Spannungen der Sensoren, in eine zeitliche Abfolge digitaler Signale wandelt. Der Bilddatenkonverter 280 der Vielzahl der J Sekundärstrahlen verfügt beispielsweise über eine parallele Rechnerarchitektur. Der Bilddatenkonverter 280 enthält hierbei eine Vielzahl parallel geschalteter Analog-zu-Digitalwandler, die beispielsweise als parallel geschaltete ASICs ausgelegt sein können. Die Scanfrequenz FS der beiden Ablenksysteme 110 und 222 entspricht in etwa dem Inversen der Verweildauer eines Primärstrahles 3 auf einem Fokuspunkt 5 auf der Probenoberfläche 25. Diese Verweildauer wird englisch auch als Dwell-Time bezeichnet und beträgt typischerweise 50ns. Es sind jedoch auch Verweilzeiten von 10ns, 20ns oder 100ns möglich. Während einer Bildaufnahme entspricht die Auslesefrequenz beziehungsweise die Frequenz FC der Datenkonversion mit dem Bilddatenkonverter 280 der Scanfrequenz FS, so dass mit FS = FC für eine Vielzahl von Fokuspunkten digitale Bilddaten für eine Vielzahl von Bildpixel erfasst werden. Übliche Taktraten der Ablenksysteme und der Analog-zu Digitalwandlung mit dem Bilddatenkonverter 280 sind hierbei zwischen FS = FC = 10MHz bis 100MHz, es sind jedoch auch höhere Taktraten von über 100MHz möglich.
Die Kontrolleinheit 800 verfügt über ein Kontrollmodul 830 zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 100, ein Kontrollmodul 880 zur Steuerung des Verfahrtisches 500, und ein Kontrollmodul 820 zur Steuerung der Detektionseinheit 200. Eine Datenerfassungseinrichtung 810 ist einerseits verbunden mit dem Bilddatenkonverter 280 und andererseits mit einem Bilddatenspeicher 814. Zusätzlich ist eine digitale Bildverarbeitungseinheit 812 zwischen Bilddatenspeicher 814 und Datenerfassungseinrichtung 810 angeordnet. Ein Sensordatenmodul 818 empfängt zeitlich gemittelte Daten der Rasteranordnung der Sekundärstrahlen 9 und andere Sensorsignale, beispielsweise von den weiteren Sensoren 238 des Detektionsmoduls 200 oder von dem Kontrollmodul des Verfahrtisches 500 mit den Positionssensoren 520. Die Kontrolleinheit 800 verfügt ferner über einen Steuerprozessor 840, der die Sensordaten des Sensordatenmoduls 818 auswertet und entsprechende Steuersignale, beispielsweise Parameter zur Einstellung von Komponenten des Beleuchtungssystems 100 und des Detektionssystems 200 ermittelt.
Die Probe 7 liegt bei einem Mehrstrahl-Teilchenstrahlsystem 1 gemäß 2 auf einem Potential, um das oben genannte Absaugfeld zu erzeugen, mit dem zum einen die Primärteilchen abgebremst und zum Anderen die Sekundärteilchen aus der Probe heraus beschleunigt werden. Zur Einstellung des Probenpotentials ist der Aufnahmetisch für die Probe bzw. den Wafer 7 mit der Spannungsversorgung 503 für die Objektspannung verbunden.
Eine Methode der Waferinspektion ist anhand 3 beschrieben. 3 zeigt die Oberfläche 25 eines Wafers 7 mit einer Folge einer ersten Inspektionsposition 33, einer zweiten Inspektionsposition 34 und einer dritten Inspektionsposition 35. Die dritte Inspektionsposition liegt in einem Abstand 47 zum Waferrand 43. Der Wafer wird mit seiner Oberseite 25 in der ersten Ebene oder Objektebene 101 des Vielstrahlsystems 1 angeordnet. Der Wafer wird dabei in einer optimalen Fokusebene der Vielzahl der Primärstrahlen 3 angeordnet. Die Vielzahl der J Primärstrahlen 3 weisen in diesem Beispiel eine rechteckige Rasteranordnung 41 auf. Das Zentrum 21.1 des von der Vielzahl von Primärstrahlen 3 abgetasteten ersten Bildfeldes 17.1 wird dabei näherungsweise mit der Symmetrieachse 105 der Objektivlinse 102 ausgerichtet. Die Bildfelder 17.1 bis 17.k korrespondieren zu verschiedenen Inspektionspositionen der Abfolge von Waferinspektionsaufgaben. Beispielsweise wird die vordefinierten erste Inspektionsposition 33 und die zweite Inspektionsposition 34 von einem Steuerfile gelesen. Die erste Inspektionsstelle 33 ist in diesem Beispiel benachbart zur zweiten Inspektionsposition mit den Bildfeldern 17.1 und 17.2 mit einer ersten Zentrumsposition 21.1 und einer zweiten Zentrumsposition 21.2. Die erste Zentrumsposition 21.1 der ersten Inspektionsposition 33 wird dann zunächst unter der Achse 105 der Objektivlinse 102 ausgerichtet. Methoden zur Erfassung eines Koordinatensystems eines Wafers und zur Ausrichtung eines Wafers sind dabei aus dem Stand der Technik bekannt.
Die Vielzahl J von Primärstrahlen 3 wird dann mit dem Scanablenker 110 gemeinsam über jeweils kleine Subfelder 31.11 bis 31.MN abgelenkt und dabei wird mit jedem Strahl ein anderes Subfeld, beispielsweise Subfeld 31.mn oder Subfeld 31m(n+1), abgerastert. Beispielhafte Scanmuster oder Scanpfade 27.11 und 27.MN sind im ersten Subfeld 31.11 und im letzten Subfeld 31.MN schematisch dargestellt. Beispielhaft sind ferner die Fokuspunkte 5.11...5.MN der jeweiligen unterschiedlichen Primärstrahlen am jeweils linken oberen Eck eines zugeordneten Subfeldes dargestellt. Subfelder 31 weisen ferner jeweils ein Zentrum auf, beispielhaft ist das Zentrum 29.mn des Subfeldes 31.mn mit einem Kreuz gekennzeichnet. Mit der Vielzahl der J Primärstrahlen mit Fokuspunkten 5.11 bis 5.MN wird dabei jeweils eine Vielzahl von Subfeldern 31.11 ... 31.MN parallel abgetastet und für jedes der J Subfelder 31.11 bis 31.MN wird ein digitaler Bilddatensatz erfasst, der jeweils beispielsweise 8000 x 8000 Bildpunkte umfassen kann. Die Pixelgröße kann dabei festgelegt werden und beispielweise 2nm x 2nm betragen. Es sind aber auch andere Anzahlen von Bildpunkten zwischen 4000 x 4000 bis über 10000 x 10000 Bildpunkt möglich, und es können andere Pixelgrößen von beispielsweise 3nm, 1nm oder weniger eingestellt werden. Nachdem die digitalen Bilddaten des ersten Bildfeldes 17.1 erfasst sind, werden die Bilddaten der einzelnen Subfelder 31.1 bis 31.MN des ersten Bildfeldes 17.1 zu einem Bilddatensatz zusammengefügt. Anschließend wird die zweite Inspektionsposition 34 unter der Achse des Objektives 102 positioniert und die digitalen Bilddaten des zweiten Bildfeldes 17.2 werden erfasst. Der Vorgang wird fortgesetzt beispielsweise mit der zweiten Inspektionsposition 35 mit dem Bildfeld 17.k. Selbstverständlich ist die Rasteranordnung 41 der Primärstrahlen 3 nicht auf rechteckige Rasteranordnungen beschränkt, andere Rasteranordnungen sind beispielsweise hexagonale Raster oder eine Anordnung der Primärstrahlen auf konzentrischen Ringen oder einem Ring. Die laterale Auflösung der digitalen Bilddaten wird dabei im Wesentlichen durch den Durchmesser der Fokuspunkte 5 der Primärstrahlen 3 an der Objektoberfläche 25 bestimmt. 4 zeigt eine typische Rasteranordnung 41 mit einer Anordnung der Vielzahl von J = 91 Primärstrahlen 3 mit einem hexagonalen Raster mit einem Pitch ps von beispielsweise 10µm auf der Oberfläche 25. Einige Strahlen entlang einer Richtung sind mit 5.11, 5.21, 5.31, 5.41 und 5.51 bezeichnet. Zur Illustration sind die äußeren Fokuspunkte im Umfang zusätzlich mit einer Linie 45 verbunden, die die Berandung der idealen Rasteranordnung illustriert
Während einer Inspektionsaufgabe wird die Rasteranordnung 41 synchron über eine Objektoberfläche 25 verfahren und Bilddaten einer Oberfläche 25 eines Wafers 7 werden erfasst. Der Antiscan mit der Ablenkeinrichtung 222 sorgt dafür, dass die Rasteranordnung 41 der Sekundärstrahlen 9 auf dem Detektor 207 ortsfest beziehungsweise stationär bleibt. Allerdings kann es vor oder während der Inspektionsaufgabe zu Veränderungen der Rasteranordnung 41 in der Detektionsebene des Detektors 207 kommen, die die Position und Wiedergabetreue der Halbleiterstrukturen auf Objektoberfläche 25 stark beeinträchtigen. Störende Veränderungen der Rasteranordnung 41 entstehen dabei im Primärstrahl 11 und bewirken eine Veränderung der Rasteranordnung 41 der Fokuspunkte 5 der Primärstrahlen 3. Die Veränderungen der Rasteranordnung 41 der Primärstrahlen bewirken entsprechende Veränderungen der Rasteranordnung 41 Sekundärstrahlen 9, die ja an den Fokuspunkten 5 der Primärstrahlen 3 auf der Objektoberfläche 25 entstehen. Die Veränderungen der Rasteranordnung 41 Sekundärstrahlen 9 können im Sekundärpfad noch verstärkt werden und führen letztlich beispielsweise zu den veränderten Rasteranordnungen 41a bis 41g der Fokuspunkte 15 der Sekundärstrahlen 9 in der Ebene des Detektors 207. Die veränderten Rasteranordnungen der Fokuspunkte 15 der Sekundärstrahlen 9, zusammen mit den veränderten Formen und Größen der Fokuspunkte 15, werden auch als komplexer Vielstrahleffekt bezeichnet.
Zur Erfassung der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der J Sekundärstrahlen 9 kann das Vielstrahlsystem 1 gemäß der Erfindung zur Ausführung verschiedener Methoden konfiguriert sein. In einer ersten Methode erfolgt eine zeitliche Mittelung der Signale durch den Bilddatenkonverter 280 durch zeitliche Aufintegration der Bildsignale. Hierzu wird der Bilddatenkonverter 280 mit einer deutlich geringeren Datenkonversionsfrequenz FC < FS gegenüber der Scanfrequenz FS betrieben, so dass eine Mittelung der Bilddaten über eine Vielzahl von Fokuspunkten auf der Objektoberfläche 25 erfolgt. Die Datenkonversionsfrequenz FC kann beispielsweise 1/10 der Scanfrequenz oder weniger betragen, FC < FS /10, beispielsweise FC < FS/100 oder FC < FS/1000 oder noch deutlich weniger. In einem Beispiel erfolgt die Bilddatenerfassung mit zwei Detektoren parallel, und ein erster Detektor wird zur hochauflösenden Bildgebung mit einem ersten Bilddatenkonverter mit einer ersten Datenkonversionsfrequenz FC1 = FS betrieben, die gleich der Scanfrequenz ist; ein zweiter Detektor wird mit einem zweiten Bilddatenkonverter in einer Bildauswertefrequenz betrieben, so dass während einer hochauflösenden Bildgebung eines Bildausschnitts an einer Inspektionsposition mit dem ersten Detektor wenige bis nur ein Bild der Rasteranordnung ermittelt wird. In einem Beispiel umfasst das hochaufgelöste Bild 8000 x 8000 Bildpunkte; mit einer Dwelltime von 50ns beziehungsweise eine Scanfrequenz von FS = 20MHz ergibt sich dann eine Bildaufnahmezeit T2 von etwa 3.2s. Die zweite Detektorkamera kann beispielsweise ein CMOS-Sensor sein, der beispielsweise eine Bildwiederholrate („frame-rate“) von 10 bis 100 Bilder pro Sekunde aufweist mit einer Bildaufnahmezeit T1 von 0.1s bis 10 ms, beziehungsweise eine Bildfrequenz von 1Hz bis etwa 0.1kHz. Somit können innerhalb der Aufnahme des hochaufgelösten Bildes etwa 30 bis 300 Inspektionsbilder der Rasteranordnung generiert werden.
Alternativ zu einer Verringerung der Datenkonversionsfrequenz FC kann auch die Scanfrequenz erhöht werden. Beispielsweise kann eine Scanfrequenz zur Messung der Rasteranordnung 41 um einen Faktor 10 erhöht werden von 50Mhz auf 500MHz. Beispielsweise kann die Scanfrequenz FS auf FS = 10 x FC oder FS > 100 x FC erhöht werden. In der ersten Methode erfolgt eine zeitliche Mittelung der Signale durch das Sensordatenmodul 818, welches Mittelwerte aus ortsaufgelösten digitalen Bilddaten für jeden Sekundärstrahl auswertet und eine Veränderung der Rasteranordnung erfasst. In der zweiten Methode erfolgt die zeitliche Mittelung der Signale durch schnelles Abrastern mit den Scanablenker 110 und 222.
5 zeigt einige Beispiele von Veränderungen der Rasteranordnungen 41 gegenüber einer idealen Rasteranordnung 45. In 5 sind die Abweichungen der Rasteranordnung sowie der Formen und Größen der Fokuspunkte 15 der Sekundärstrahlen auf dem Detektor 207 illustriert. 5a zeigt eine Veränderung des Abstands der Strahlen mit einem Abstand oder Pitch pr > ps. Wie oben erörtert, beträgt der ideale Abstand beispielsweise ps = 10µm. Eine Änderung des Abbildungsmaßstabes führt zu einer Veränderung des Abstands oder Pitches um beispielsweise 0.1% oder sogar weniger, beispielsweise um 2nm. Zwischen maximal beabstandeten Strahlfokuspunkten in der Rasteranordnung 41a akkumuliert sich der Maßstabsfehler um die Änderung des Pitches multipliziert mit der Anzahl der Strahlen, im Beispiel der 5a mit maximal neun Strahlen auf einer Diagonale auf 18nm. Über die Vergrößerung der Abbildung der Rasteranordnung auf der Objektoberfläche 25 auf den Detektor 207 mit einer Vergrößerung von 100x bis 300x akkumuliert sich der Fehler auf 2µm bis 5µm. In 5a ist eine Vergrößerung der Rasteranordnung 41a mit vergrößertem Abstandes pr dargestellt, der Abstand pr kann sich aber auch verringern.
Über die Vergrößerung des Detektionspfades wird der komplexe Vielstrahleffekt vergrößert auf der Detektionskamera abgebildet. Zusätzlich wirkt sich die Ursache für den komplexe Vielstrahleffekt (Aufladung, Kante, Verkippung am Wafer usw.) auch auf die Sekundärelektronen aus. Die niederenergetischen Sekundärelektronen reagieren dabei beispielsweise empfindlicher als die höherenergetischen Primärelektronen auf Variationen des Absaugfeldes und beispielsweise eine weitere Verzeichnung addiert sich zusätzlich zu den Abweichungen der Primärstrahl aufgrund von Probeneinflüssen.
5b zeigt eine lateral verschobene Rasteranordnung 41b um einen Versatzvektor d. Ein Versatz oder eine Verschiebung beziehungsweise ein Auswandern der Rasteranordnung bewirkt einen Versatz der digitalen Bilddaten und kann beispielsweise bei einem Zusammensetzen von mehreren Bildausschnitten zu Fehlern führen. 5c zeigt eine gestauchte Rasteranordnung 41c. Eine Stauchung der Rasteranordnung entspricht einer Abstands- oder Pitchänderung nur in einer Richtung, beispielsweise der x-Richtung, wie hier durch den veränderten Abstand prx angedeutet. Zusätzlich können lokale Effekte auftreten und zu einer nur lokalen Strahlablenkung einzelner Strahlen in einer Rasteranordnung 41 d führen. In 5d ist dies am Beispiel von 5 Strahlen illustriert, speziell an einem Beispiel mit einer Sollposition eines Strahls 15.is und einer realen Position 15.ir und einer lokalen Verschiebung 61 der Spotposition. 5e illustriert den Effekt eine abweichenden Strahlform mindestens eines Strahls in einer Rasteranordnung 41f. Ein Strahl 15.jr hat eine ideale Strahlform, von der beispielsweise ein Strahl 15.ir in der Größe abweicht und ein weiterer Strahl 15.ka in der Form. 5e zeigt ein vereinfachtes Beispiel einer systematischen Abweichung von Form oder Größe der Fokuspunkte über die Rasteranordnung. In diesem Beispiel kann aus mindestens drei Formen bzw. Größen von mindestens drei Fokuspunkten auf einen Verlauf geschlossen werden und damit ein lokaler Effekt von einem globalen Effekt wie einer Verkippung unterschieden werden. Im Beispiel ist ein Effekt einer diagonalen Verkippung einer Fokusebene oder besten Einstellebene 101 gegenüber der Waferoberfläche 25 veranschaulicht, wobei der Fokuspunkt 15.ua näher an der Objektivlinse liegt als der Fokuspunkt 15.qa. Über die Erfassung der Form und Größe beispielsweise der Fokuspunkte 15.qa und 15.ua und dem zentralen Fokuspunkt 15.00 kann eine systematische Verkippung von anderen Ursachen der Abweichungen der Form und Größe der Strahlfokuspunkte bestimmt werden. Es ist prinzipiell jedoch auch möglich, Formabweichungen und Größenabweichungen aller Fokuspunkte zu ermitteln.
5f zeigt schließlich eine verdrehte Rasteranordnung, die um einen Winkel A gegenüber eine idealen Rasteranordnung 45 verdreht ist.
Es sind auch andere Abweichungen der Rasteranordnung möglich, beispielsweise ein Trapezfehler. Ferner treten die Abweichungen üblicherweise als Kombination oder Überlagerung einzelner Abweichungen auf.
Für eine Inspektionsaufgabe wird das Vielstrahlsystem 1 mit vordefinierten Parametern eingestellt. Der Steuerprozessor 840 ist konfiguriert, um während des Betriebs für eine Inspektionsaufgabe die verschiedenen vordefinierten Parameter zu ermitteln und damit die Komponenten des Vielstrahlsystems 1 anzusteuern. Komponenten, die mit Parametern angesteuert werden, sind beispielsweise die langsamen und schnellen Kompensatoren 130, 132 des Beleuchtungssystems 100, langsame und schnelle Kompensatoren 330, 332 der Vielstrahlerzeugungseinrichtung 300, die langsamen und schnellen Kompensatoren 230, 232 des Detektionssystems 200, oder der Verfahrtisch 500. Über diese Parameter wird beispielsweise der Abstand oder Pitch ps der einzelnen Strahlenfokuspunkte 5 auf der Oberfläche 25 des Wafers 7 eingestellt und die Fokuspunkte werden in eine optimale Fokusebene in der Ebene 101 eingestellt. Weitere veränderliche Parameter sind die Strahlstärke, die beispielsweise mit den Kondensorlinsen 303 eingestellt werden kann. Über die Strahlstärke und die Dwell-time kann das Rausch-Verhalten eingestellt werden. Über den Parameter, der die Stärke des Absaugfelds bestimmt, wird ferner die Auflösung beeinflusst und die kinetische Energie der Sekundärelektronen. Über die fokussierende Wirkung der magnetischen Linse des Objektivlinsensystems 102 stellt sich eine bestimmte Verdrehung der Rasteranordnung auf der Objektoberfläche ein. Mit weiteren Parametern wird das Scanprogramm eingestellt. Weitere Komponenten des Detektionssystems werden mit Parametern angesteuert, so dass die Vielzahl der Fokuspunkte 15 der Sekundärstrahlen 9 den Detektor 207 an vordefinierten Positionen auftreffen und dort konstant gehalten werden, so dass in zeitlich sequentieller Folge die Bilddaten erfasst werden können. Zusammenfassend wird ein Satz von Parametern auch als Arbeitspunkt bezeichnet. Ein Steuerprozessor 840 eines Vielstrahlsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist derart ausgelegt, um das Vielstrahlsystem 1 an einer Vielzahl von verschiedenen, vordefinierten Arbeitspunkten zu betrieben.
Beispielsweise das Sensordatenmodul 818 ist dazu ausgelegt, um während des Betriebs über eine zeitliche Mittelung der Bilddaten über den Objektkontrast zu mitteln und die Fokuspositionen 15 der aktuellen Rasteranordnung 41 der Sekundärstrahlen 9 zu messen. Zusätzlich kann mindestens eine Form und Größe eines Fokuspunktes 15 bestimmt werden, beispielsweise des Fokuspunktes 15.ir oder des Fokuspunktes 15.ka. Das Sensordatenmodul 818 ist dazu konfiguriert, die aktuelle Rasteranordnung 41 und die Form und Größe des mindestens einen Fokuspunktes 15 an den Steuerprozessor 840 zu übermitteln. Der Steuerprozessor 840 ist dazu konfiguriert, daraus die Abweichung der aktuellen Rasteranordnung 41 von der idealen Rasteranordnung 45 an dem voreingestellten Arbeitspunkt zu ermitteln, sowie eine Formabweichung und Größenabweichung des mindestens einen Fokuspunktes 15. Der Steuerprozessor 840 ist dazu konfiguriert, aus den Abweichungen auf Störeinflüsse zurückzuschließen und entsprechende Parameteränderungen zu ermitteln, die geeignet sind, die Störeinflüsse zu reduzieren. Die mit Störeinflüssen korrespondierenden Abweichungen der Rasteranordnung 41 und der Form und Größe des mindestens einen Fokuspunktes 15 eines Sekundärstrahls 9 können vorab ermittelt werden. Ebenso können erforderliche Änderungen der Parameter des Arbeitspunktes, die geeignet sind, die Störeinflüsse zu reduzieren, vorab ermittelt und gespeichert werden. Hierzu verfügt der Steuerprozessor 840 über ein Speichermodul, in dem neben den Parametern für verschiedene Arbeitspunkte auch die Parameteränderungen gespeichert sind, die geeignet sind, bestimmte Störeinflüsse zu reduzieren.
Im Folgenden werden einige Störeinflüsse oder Ursachen für Veränderungen der Rasteranordnung und einer Veränderung der Form und Größe eines Fokuspunktes aufgeführt.
Ein mechanischer Defokus beispielsweise durch eine abweichende Dicke eines Wafers bewirkt eine Veränderung der Vergrößerung beziehungsweise des Abstandes der Fokuspunkte in der Rasteranordnung und vergrößerte Spotdurchmesser entsprechend der Rasteranordnung 41a. Zusätzlich kann es zu einer veränderten Größe eines Fokuspunktes kommen, wie beispielsweise anhand des Fokuspunktes 5.ir in Figure 5e illustriert ist. Der mechanische Defokus kann durch eine z-Bewegung des Objektträgers bzw. Verfahrtisches 500 kompensiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Stärke des Absaugfeldes 113 verändert werden und weitere elektrostatische Komponenten innerhalb des Beleuchtungspfades und des Detektionspfades können auf eine Fokussierung auf die defokussierte Objektoberfläche eingestellt werden. Zum Absaugfeld wird weiter unten verwiesen. Eine weitere Möglichkeit der Kompensation eines mechanischer Defokus ist durch Veränderung der Erregung von Magnetlinsen, beispielsweise der Objektivlinse 102, gegeben.
Eine lokale Neigung der Probenoberfläche beispielsweise bei Durchbiegung eines Wafers führt zu einem homogenen Gradienten des Absaugfeldes und zu einem Versatz der Rasteranordnung entsprechend den Rasteranordnungen 41b. Zusätzlich kann ein typischer, beispielsweise konstanter Astigmatismus über die Vielzahl der Strahlen auftreten und zu einer konstanten elliptischen Strahlform führen wie die Strahlform des Strahls 5.ka in 5e. Als Korrekturmaßnahme kann der Wafer 7 gekippt werden. Alternativ kann ein gezielter, homogener Feldgradient des Absaugfeldes 113 erzeugt werden, der dem Effekt der Neigung der Objektoberfläche 25 bzw. dem Feldgradienten des Absaugfeldes 113 entgegenwirkt. Zum Absaugfeld wird weiter unten verwiesen. Ein Versatz der Rasteranordnung 41b der Primärstrahlen 3 auf der Waferoberfläche 25 kann durch einen Deflektor 107 im Primärpfad kompensiert werden. Alternativ oder zusätzlich können mit den vorhandenen schnellen und langsamen Korrekturelementen 130,132, und die Ablenksysteme 110, 222 entsprechende Korrekturen beispielsweise des Astigmatismus vorgenommen werden.
Effekte eines inhomogenen Absaugfeldes 113 am Rand eines Wafers führen zu einem Auswandern beziehungsweise einem Versatz der Rasteranordnung 41b in Kombination mit einem konstanten Astigmatismus. Mittel zur Korrektur eines Randeffektes werden weiter unten aufgeführt. Ein komplexer Vielstrahleffekt am Rand des Wafers 7 und ein Effekt durch Verkippen können sehr ähnlich sein. Die Kompensationsmaßnahmen können ähnlich sein. Allerdings entstehen am Rand eines Wafers stärker über das Bildfeld variierende Fehler, beispielsweise ein entsteht kein konstanter Versatz und kein gleichmäßiger Astigmatismus über das Bildfeld, sondern eine leichte Verzerrung der Positionen der Fokuspunkte beziehungsweise ein Feldverlauf des Astigmatismus.
Eine homogene Aufladung der Probenoberfläche 25 verursacht ebenfalls eine Vergrößerungsveränderung und vergrößerte Spotdurchmesser. Gleichzeitig tritt eine laterale Verschiebung der Rasteranordnung 41b entsprechend 5b auf. Hier kann beispielsweise dynamisch synchron mit der Aufladung das Absaugfeld 113 erhöht werden, um der Aufladung entgegenzuwirken. Hierzu wird beispielsweise dynamisch synchron das Probenpotential über die Spannung V2 angepasst, um das elektrische Absaugfeld konstant zu halten und der Probenaufladung entgegenzuwirken. Von dem Probenpotential beziehungsweise der Spannung V2 abhängige Potentiale V1 und V3 werden ebenfalls angepasst, um ein Absaugfeld konstant zu halten (siehe 6 bis 8 und Diskussion weiter unten). Zusätzlich können weitere elektrostatische Komponenten innerhalb des Beleuchtungspfades 13 und des Detektionspfades 11 auf eine Fokussierung auf die aufgeladene Objektoberfläche 25 eingestellt werden. Ein Versatz der Rasteranordnung 41 b der Primärstrahlen kann durch einen Strahlablenker 107 im Beleuchtungssystem kompensiert werden. Eine Aufladung der Objektoberfläche 25 kann auch zu einer Veränderung der kinetischen Energie der abgesaugten Sekundärelektronen 9 führen und damit zu einer veränderten Rotation der Rasteranordnung der Sekundärstrahlen 9, wie in 5f gezeigt. Eine Rotation der Rasteranordnung 41 der Sekundärelektronenstrahlen 9 kann durch eine veränderte Ansteuerung eines Magnetlinsenpaars kompensiert werden.
Eine lokale Aufladung eines Ausschnitts der Probenoberfläche an der Inspektionsposition (33,35) entsprechend dem Bildfeld 17 der Rasteranordnung 41 der Primärstrahlen 3 führt ebenfalls zu einer Vergrößerungsveränderung in Verbindung mit einem lateralen Versatz. Allerdings tritt zusätzlich eine Formveränderung der Fokuspunkte 5 der Randstrahlen der Rasteranordnung 41 auf. Randstrahlen sind diejenigen Strahlen, die in einer Richtung keinen benachbarten Strahl mehr aufweisen. Der Effekt der Formveränderung und Größenveränderung der Fokuspunkte 5 ist besonders ausgeprägt in den Ecken der Rasteranordnung 41.
Inspektionspositionen wie beispielsweise die Inspektionspositionen 33 und 35 werden durch latente Aufladung vorhergehender beziehungsweise benachbarter Inspektionspositionen beziehungsweise benachbarter Bildfelder beeinflusst. Die kann insbesondere auftreten, wenn wie im Beispiel der 3 eine Inspektionsposition 33 aus zwei Bildfeldern 17.1 und 17.2 zusammengesetzt wird. Dies führt zu einem inhomogenen Gradienten des Absaugfeldes 113 und zu einem Versatz der Rasteranordnung entsprechend den Rasteranordnungen 41b. Zusätzlich tritt eine Verzerrung der Rasteranordnung entsprechend den Rasteranordnungen 41c auf. Ferner kann ein linear ansteigender Verlauf eines Astigmatismus über die Vielzahl der Strahlen auftreten und zu einer elliptischen Strahlform führen wie die Strahlform des Strahls 5.ka in 5e. Diese Effekte können beispielsweise durch eine Veränderung der Reihenfolge der Inspektionspositionen beeinflusst werden.
Lokale Aufladungen verzerren nur einzelne Spotpositionen bzw. Spotformen, wie in 5d illustriert. Lokale Aufladungseffekte können durch eine Optimierung des Arbeitspunkts oder einer Veränderung der Scanstrategie beeinflusst werden. Eine Anpassung des Arbeitspunkts kann dabei eine Anpassung der Landeenergie bzw. des Strahlstroms umfassen. Eine Veränderung der Scanstrategie kann dabei ein schnelles Abscannen in Verbindung mit einer Mittelung über viele, mit geringer Dwell-time erzeugte Einzelbilder (sogenanntes „Frame Averaging“) umfassen. Hierbei kann der Strahlstrom noch verringert werden und die Anzahl der Bilder, über die gemittelt wird, erhöht werden. Weitere Scanstrategien bestehen in einer Zerlegung eines Subfeldes 31 in kleinere Subfelder, die hintereinander einzeln abgescannt und anschließend zusammengesetzt werden. Weitere Möglichkeiten sind das gezielte Einleiten von Entladungsvorgängen während der Bildgenerierung; solche Entladungsvorgänge können durch Pausen während der Bildgebung hervorgerufen werden oder durch stimulierte Entladung, beispielsweise durch Operation des Vielstrahlsystems im sogenannten Spiegelmodus. In einem weiteren Beispiel kann eine zu vermessende Inspektionsposition durch eine vorangeschaltete Bestrahlung vorgeladen werden. Beispielsweise kann ein Scanvorgang an der Inspektionsposition mit langsamerer Geschwindigkeit und geringerer Bestrahlungsdosis durchgeführt werden, um lokale Aufladungseffekte zu vermindern beziehungsweise auszugleichen. Ein weiteres Mittel ist eine Anpassung der Subfeldgröße mit dem Ablenkscanner 110 und digitale Korrektur der lateralen Position einzelner digitaler Bilder von einzelnen Subfeldern entsprechend dem Strahlversatz 61 eines einzelnen Primärstrahl wie zum Beispiel Primärstrahl 15.ir in 5d.
Der Steuerprozessor 840 ist dazu konfiguriert, den vorbestimmten Zusammenhang von Störeinflüssen oder Ursachen für einen komplexen Vielstrahlfehler zu speichern. Unter einem komplexen Vielstrahlfehler wird eine Veränderung der Rasteranordnung 41 und eine Veränderung der Form und Größe mindestens eines Fokuspunktes, beispielsweise von drei oder allen Fokuspunkten, verstanden. Der Steuerprozessor 840 ist ferner dazu konfiguriert, vordefinierte Parameter zur Korrektur oder Kompensation der Störeinflüsse zu speichern. Der Steuerprozessor ist ferner dazu konfiguriert, aus einem aktuell ermittelten komplexen Vielstrahlfehler auf Störeinflüsse oder Ursache zurückzuschließen. Hierbei greift der Steuerprozessor auf den gespeicherten Zusammenhang von Störeinflüssen oder Ursachen und die geeignet veränderte Parameter zur Korrektur oder Kompensation der Störeinflüsse oder Ursachen zurück und steuert das Vielstrahlsystem 1 mit den veränderten Parametern an.
Die erste Ausführungsform des Vielstrahlsystems umfasst damit eine verbesserte Methode zum Betreiben des Vielstrahlsystems 1 zur Inspektion von Objekten 7, bevorzugt eines Halbleiterwafers. Die Methode ist in 13 illustriert und beinhaltet folgende Schritte:

Schritt 1: Anordnen eines im Wesentlichen planaren Objekts 7 auf einer Aufnahmefläche 505 eines Verfahrtisches 500 und Anordnen einer Objektoberfläche 25 des Objektes 7 mit dem Verfahrtisch 500 in einer Objektebene 101.
Schritt 2: Beleuchten der Objektoberfläche 25 mit einer Vielzahl von J Fokuspunkten 5, die von einer Vielzahl von J Primärstrahlen 3 in einer vordefinierten Rasteranordnung 41 erzeugt werden.
Schritt 3: Abtasten der Objektoberfläche 25 mit der Vielzahl von J Fokuspunkten 5 durch synchrones Ablenken der Vielzahl von J Primärstrahlen 3 in der vordefinierten Rasteranordnung 41 über eine erste Vielzahl von Scanpositionen.
Schritt 4: Sammeln einer Vielzahl von Sekundärteilchen, die aus der Vielzahl von Fokuspunkten 5 aus der Objektoberfläche 25 an der Vielzahl von Fokuspunkten 5 der Primärstrahlen 3 erzeugt werden, und Fokussieren der Vielzahl von Sekundärteilchen auf einen ortsauflösenden Detektor 207.
Schritt 5: Detektieren von Signalen der Sekundärteilchen und Erzeugung eines Bildes der Vielzahl der Fokuspunkte 15 der Sekundärteilchen mit dem ortsauflösenden Detektor 207. Die Detektion der Signale enthält in einem Beispiel eine zeitliche Mittelung der Signale der Sekundärteilchen über eine zweite Vielzahl von Scanpositionen.
Schritt 6: Bestimmung eines komplexen Vielstrahleffektes bestehend aus einer Veränderung der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der Fokuspunkte 15 der Sekundärteilchen relativ zu der vordefinierten Rasteranordnung 45 aus dem Bild der Vielzahl der Fokuspunkte 15 der Sekundärteilchen. In einem Bespiel umfasst die Bestimmung der Veränderung der Rasteranordnung 41 zusätzlich die Bestimmung einer Strahlformabweichung mindestens eines Fokuspunktes 15 der Vielzahl von Fokuspunkten 15 der Sekundärteilchen, wobei die Strahlformabweichung eine Elliptizität oder eine Durchmesserabweichung umfasst.

Die Abweichung der Rasteranordnung 41 umfasst dabei mindestens einen der folgenden Fehler: einen Maßstabsfehler 41a, einen Versatzfehler 41b, eine Verzerrung 41c, eine Verdrehung 41g, oder eine lokale Abweichung 41d nur einzelner Strahlen der Rasteranordnung 41.
Die Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte 15 umfasst mindestens einen der folgenden Fehler: einen konstanten Astigmatismus, einen linearen Astigmatismus mit linearem Verlauf des Astigmatismus über die Rasteranordnung 41, einen konstante Fokusfehler, einen linearen Fokusfehler mit linearem Verlauf des Fokusfehlers über die Rasteranordnung 41.
Schritt 7: Ermittlung mindestens einer Ursache der Veränderung der Rasteranordnung 41, wobei die Veränderung der Rasteranordnung 41 einen Versatzfehler, eine isotrope Maßstabsdifferenz, eine Verzerrung beziehungsweise Vergrößerungsdifferenz zwischen zwei nicht parallelen Richtungen, eine Rotation oder einen Trapezfehler beinhalten.
In einem weiteren Schritt kann eine Zerlegung der Veränderung der Rasteranordnung 41 nach globalen Veränderungen und lokalen Veränderungen der Rasteranordnung erfolgen.
Schritt 8: Bestimmung von optimierten Parametern zur Ansteuerung von Komponenten des Vielstrahlsystems zur Kompensation der Veränderungen der Rasteranordnung und eine Ansteuerung des Vielstrahlsystems mit den optimierten Parametern.
Die Bestimmung erfolgt dabei beispielsweise mittels einer gespeicherten Tabelle von Parameteränderungen, die geeignet sind, einzelne, normierte Effekte des komplexen Vielstrahleffektes zu kompensieren. Die Berechnung der optimierten Parameter erfolgt dann beispielsweise aus den Multiplikation der Amplitude einer Veränderung der Rasteranordnung mit den zugeordneten gespeicherten Parameteränderungen. Konkrete Beispiele der ersten Ausführungsform umfassen eine Bestimmung eines lokalen Neigungsfehlers der planaren Objektoberfläche 25 aus der Kombination aus einem Versatzfehler der Rasteranordnung 41 und einer Strahlformabweichung in Form einer Elliptizität. In einem weiteren Beispiel umfasst die ersten Ausführungsform die Bestimmung eines Abstandsfehlers der planaren Objektoberfläche 25 aus der Kombination aus einem Maßstabsdifferenz der Rasteranordnung 41 und einer Strahlformabweichung in Form einer Durchmesserabweichung des mindestens einen Fokuspunktes. In einem weiteren Beispiel umfasst die erste Ausführungsform die Bestimmung eines globalen Aufladungseffekts der planaren Objektoberfläche 25 aus der Kombination aus einem Maßstabfehler der Rasteranordnung 41 und einem Versatz der Rasteranordnung 41 bei nahezu gleichbleibendem Strahldurchmesser. In einem weiteren Beispiel umfasst die erste Ausführungsform die Bestimmung eines Abstands zu einer topographischen Struktur, beispielsweise der Berandung des Objekts 43, aus einem Versatz der Rasteranordnung 41 und einer Verzerrung in Richtung des Versatzes oder Vergrößerungsdifferenz zwischen zwei nicht parallelen Richtungen. In einem weiteren Beispiel umfasst die erste Ausführungsform die Bestimmung eines lokalen Aufladungseffekts aus einer irregulären Veränderung der Rasteranordnung, bestehend aus mindestens zwei unterschiedlichen Positionsabweichungen von mindestens zwei Fokuspunkten von der vordefinierten Rasteranordnung. In einem weiteren Beispiel umfasst die ersten Ausführungsform die Bestimmung eines lokalen Aufladungseffekts aus einer irregulären Veränderung der Rasteranordnung, bestehend aus mindestens zwei Abweichungen mindestens zweier Fokuspunkten umfassend mindestens einer Strahlformabweichung und mindestens einer Positionsabweichung von der vordefinierten Rasteranordnung.
Schritt 9: Einstellen der optimierten Parameter des Vielstrahlmikroskops im Beleuchtungssystem und des Absaugfeldes und erforderlichenfalls auch des Detektionssystems und Erfassen eines hochaufgelösten Bildes der Objektoberfläche.
Die optimierten Einstellparameter enthalten Parameter von Komponenten innerhalb des Beleuchtungspfads 13 und innerhalb des Detektionspfads 11 des Vielstrahlsystems 1, und können auch eine Neuausrichtung des Wafers 7 mit dem Verfahrtisch 500 an der ersten Inspektionsposition (33,35) enthalten. Im Beleuchtungs- und Detektionspfad angeordnet ist ferner das Absaugfeld 113, und das Einstellen der optimierten Parameter des Vielstrahlmikroskops enthält eine Ansteuerung von Korrekturelektroden zur Beeinflussung eines Absaugfeldes 113 an der Inspektionsposition (33,35) auf der Oberfläche 15 des Wafers 7. Kompensatoren umfassen eine Ablenkvorrichtung 107 zur Kompensation eines Versatzes der Rasteranordnung 41 auf der Oberfläche 25 des Wafers 7, und eine Veränderung des Arbeitspunkts des Vielstrahlsystems 1 beispielsweise zur Einstellung eines Maßstabs der Rasteranordnung 41, eine Veränderung des Scanprograms für den Scanablenker 110, und eine Veränderung der digitalen Bildauswertung.
Zwischen Schritt 8 und 9 kann optional in einem Schritt STU eine Umschaltung von einem zweiten Betriebsmethode zur Erfassung des komplexen Vielstrahleffektes in den ersten Betriebsmodus zur schnellen und hochauflösenden Bilderfassung eines Ausschnitts einer Objektoberfläche erfolgen.
Ein Verfahren zur Bestimmung eines komplexen Vielstrahleffekts 41 umfasst damit eine Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Teilchenstrahlen 9 mit einer Detektorkamera 207 durch Abscannen eines Ausschnitts einer strukturierten Oberfläche 25 eines Wafers 7 und Ausmittlung eines Bildkontrastes der Oberflächenstruktur des Wafers 7 und eine Analyse des Inspektionsbildes zur Bestimmung mindestens einer Abweichung der Rasteranordnung 41 der Auftrefforte 15 der Vielzahl der Teilchenstrahlen von einer vordefinierten oder idealen Rasteranordnung 45 und einer Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte 15 der Teilchenstrahlen.
In einem Beispiel wird die Ausmittlung des Bildkontrastes durch schnelles Abscannen des Ausschnitts der Oberfläche 25 des Wafers 7 mit einer Bildaufnahmezeit von T1 < T2, bevorzugt weniger als T1 < T2/10, beispielsweise T1 < T/100 erreicht, wobei T2 der Zeit zur Bildaufnahme des Ausschnitts der Oberfläche 25 mit hoher Ortsauflösung mit einer Pixelgröße von 2nm, 1nm oder weniger entspricht. T1 beträgt typischerweise weniger als 100ms, bevorzugt weniger als 10ms. In einem Beispiel erfolgt die Ausmittelung des Bildkontrastes der Oberflächenstruktur des Wafers 7 durch zeitliche Mittelung des Detektionssignals.
Es hat sich gezeigt, dass Vielstrahleffekte durch ein inhomogenes Absaugfeld insbesondere an Berandungen eines Objekts auftreten. Beispielsweise werden Elektronen in Richtung des Waferrandes abgelenkt. 6 zeigt ein Beispiel. Durch die Vielzahl von Primärstrahlen 3a wird in einem Bildfeld 17 in der Nähe eines Randes 43 eines Wafers 7 eine Vielzahl von Fokuspunkten gebildet. Eine Gegenelektrode 151 bildet den unteren Abschluss der Objektivlinseneinheit 102 und liegt auf einer Spannung V1. Die Spannung V1 kann beispielsweise auf Masse oder auf V1 = 3kV liegen. Die Spannungsdifferenz zwischen der Waferoberfläche 25 und der Gegenelektrode 151 beträgt typischerweise zwischen 20kV und 35kV, beispielsweise 30kV. Beispielsweise liegt der Wafer auf einer Spannung von -27kV.
Die Objektivlinseneinheit umfasst eine Magnetspule 149 zur Ausbildung eines fokussierenden Magnetfeldes zur Fokussierung der Primärstrahlen auf die Waferoberfläche 25. Über die Waferaufnahmefläche 505 im Verfahrtisch 500 wird dem Wafer 7 beziehungsweise der Waferoberfläche 25 eine Spannung V2 von 1kV bis 4kV zugeführt, beispielsweise von 2kV. Über die Spannungsdifferenz V2 - V1 bildet sich ein Absaugfeld 113a zwischen der Gegenelektrode 151 und der Waferoberfläche 25. Das Absaugfeld 113 hat tyischerweise eine Feldstärke von 1-5kV pro mm an der Waferoberfläche 25, wodurch die Primärelektronen 3 abgebremst werden. Die Waferaufnahmefläche 505 ist dabei gegenüber dem Wafertisch 500 isoliert und der Wafertisch 500 liegt auf Masse beziehungsweise 0kV. Das Absaugfeld 113a ist schematisch über Äquipotentialflächen illustriert. Am Rand 43 des Wafers 7 kommt es jedoch zu einem Höhenunterschied DW und in der Nähe des Randes 43 des Wafers verlaufen die Äquipotentialflächen nicht mehr parallel zur Oberfläche 25 des Wafers 7 und es kommt zu einer Ablenkung der Primärstrahlen 3a. Infolge des inhomogenen Randfeldes erfährt die Rasteranordnung der Primärstrahlen daher eine Verzerrung ähnlich der in 5c dargestellten Verzerrung. Zusätzlich können weitere Effekte auftreten. Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Effekte im Randbereich durch eine zusätzliche Elektrode im Umfang des Wafers 7 kompensiert. Die zweite Ausführungsform ist in 7 illustriert. Im Umfang um den Wafer 7 ist eine durch eine Isolation 155 von der Aufnahmefläche 505 isolierte Korrekturelektrode 153 angeordnet, die mit einer Spannung V3 versorgt wird. Über die Spannung V3 wird im Umfang um den Wafer 7 eine Korrekturfeld erzeugt und eine Homogenisierung des Absaugfeldes 113b wird erreicht. Die Korrekturelektrode 153 bildet zum Wafer 7 einen Abstand G und einer Höhe DE über der Waferaufnahmefläche 505. Der Abstand G kann über den Umfang des Wafers variieren. Die Stärke der Spannung V3 wird in Abhängigkeit einer unterschiedlichen Dicke DW des Wafers 7, eines lokalen Abstandes G zwischen dem Waferrand und der Korrekturelektrode 153 und dem Abstand 47 zwischen der Inspektionsposition 35 und dem Waferrand 43 so eingestellt, dass eine Inhomogenität des Absaugfeldes 113b minimal wird. Die Dicke DW des Wafers 7 beträgt dabei etwa 0.7mm mit einer Abweichung von etwa 50µm bis 100µm . Beispielsweise ist die Höhe DE der Elektrode 153 geringer als die Dicke DW eines Wafers 7, und die Differenz der Korrekturspannung V3 gegenüber der Spannung V1 ist größer gewählt als Differenz der Spannung V2 gegenüber der Spannung V1. Beispielsweise wird die Dicke DE < 0.5 DW gewählt, oder sogar noch weniger. Beispielsweise wird V3 zwischen -2kV und -4 kV eingestellt. Der Wafer 7 liegt beispielsweise auf einen Betrag einer Spannungsdifferenz von |V1 - V2| = 28kV gegenüber der Gegenelektrode 151. Beispielsweise liegt die Korrekturelektrode 153 auf einem Betrag einer Spannungsdifferenz von |V2 - V3| = 3 - 6 kV gegenüber dem Wafer 7. Die Spannungsdifferenz V2 - V3 wird eingestellt, so sich zwischen Waferrand 43 und Elektrode 153 eine zusätzlicher Feldbeitrag bildet, dessen Effekt durch die zusätzliche Äquipotentiallinie 113c illustriert ist. Dieser Feldbeitrag sorgt für eine Glättung und Homogenisierung des Absaugfeldes 113b zwischen Waferoberfläche 25 und Objektivlinse 102. Idealerweise wird der Abstand G möglichst klein gewählt, beispielsweise 0.5mm oder 0.2mm oder weniger. Für ein gleichbleibendes Absaugfeld 113b muss der Wafer7 sehr genau zentriert werden und darf um Umfang keine Variation der Dicke DW aufweisen. Eine lokale Abweichung der Dicke DW, der Höhe DE der Korrekturelektrode und eine lokale Abweichung des Abstandes G kann durch eine optimale und angepasste Einstellung der Korrekturspannung V3 für jede Inspektionsposition berücksichtigt werden. Generell kann eine Korrekturspannung für ein homogenes Absaugfeld in Abhängigkeit eines Abstandes einer Inspektionsposition von einem Waferrand eingestellt werden. In einer Ausführungsform wird die Korrekturspannung der durchgehenden Korrekturelektrode anhand der Auswertung der Inspektionsbilder der Rasteranordnung lokal an die aktuelle Inspektionsposition angepasst, beispielsweise anhand einer vorhergehenden Inspektionsposition in der Nähe des Waferrandes.
8 illustriert die dritte Ausführungsform der Erfindung. In der dritten Ausführungsform ist die Korrekturelektrode 153 in mehreren Segmenten ausgeführt, beispielsweise in acht Segmenten 153.1 bis 153.8. Ferner ist die Gegenelektrode 151 in mehreren Segmenten ausgeführt, beispielsweise in acht Segmenten 151.1 bis 151.8. Über die Versorgung der Segmente der Korrekturelektrode 153.1 bis 153.8 oder der Segmente der Gegenelektrode 151.1 bis 151.8 mit beispielsweise acht unterschiedlichen Spannungen wird ein möglichst homogenes Absaugfeld erreicht. Exemplarisch ist eine Spannung V3.2 für die Korrekturelektrode 153.2 dargestellt. In der zweiten und dritten Ausführungsform ist die Kontrolleinheit 800 dazu konfiguriert, über die Spannungsversorgungseinheit 503 sowohl die Probenspannung V2, als auch mindestens eine Korrekturspannung V3, V3.2 für mindestens eine Korrekturelektrode 153, 153.2 zur Verfügung zu stellen, um eine Homogenisierung des Absaugfeldes zu bewirken. Ferner ist die Kontrolleinheit 800 und insbesondere die Kontrolleinheit der Beleuchtungseinrichtung 830 dazu konfiguriert, dem Objektivlinsensystem 102 mindestens eine Gegenspannung 151 zuzuführen, um eine Homogenisierung des Absaugfeldes zu bewirken. Die Probenspannung V2, mindestens eine Gegenspannung V1, und die mindestens eine Korrekturspannung V3 oder V3.2 bilden schnell veränderliche Parameter der Ansteuerung des Vielstrahlsystems 1.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst daher einen Verfahrtisch 500 für ein Vielstrahlmikroskop 1 und ein Vielstrahlmikroskop 1 mit dem Verfahrtisch 500 mit einer Aufnahmefläche 505 zur Aufnahme eines Wafers 7 mit einer Berandung 43 und einem Durchmesser D, über die der Wafer 7 während des Betriebs mit einer Spannung V2 beaufschlagt werden kann. Ferner ist auf dem Verfahrtisch 500 eine ringförmige Elektrode 153 im Umfang der Aufnahmefläche 505 angeordnet. Die ringförmige Elektrode 153 weist einen Innendurchmesser DI > D auf, so dass bei Aufnahme des Wafers 7 ein Abstand zwischen der Berandung 43 des Wafers 7 und der ringförmigen Elektrode 153 ausgebildet wird. Die ringförmige Elektrode 153 ist zur Aufnahmefläche 505 isoliert, so dass während des Betriebs die ringförmige Elektrode 153 mit einer Spannung V3 beaufschlagt werden kann. In einem Beispiel ist die ringförmige Elektrode 153 durch eine Vielzahl von beispielsweise zwei, vier, acht oder mehr voneinander isolierten Elektrodensegmenten ausgebildet ist, die mit mindestens einer ersten Spannung V3 beaufschlagt werden können.
Viele Effekte der Bildgebung mit einem Vielstrahlmikroskop hängen sehr stark mit topologischen Gegebenheiten zusammen. Wie anhand 6 illustriert ist, hat der Rand 43 eines Wafers 7, oder allgemeine eines Objektes, einen großen Einfluss. Da insbesondere bei der Waferinspektion die Lage der Inspektionspositionen zu der Berandung 43 des Wafers 7 vorbekannt ist, kann die verbesserte Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades inklusive des homogenen Absaugfeldes 113 abhängig von einem Abstand einer Inspektionsposition zu einer Berandung des Wafers bereits während des Anfahrens der Inspektionsstelle erfolgen. In der vierten Ausführungsform wird ein Vielstrahlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Vielstrahlsystems zur Verfügung gestellt, bei dem Parameter von Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades des Vielstrahlsystems in Abhängigkeit von einem Abstand einer Inspektionsposition zu einer Kante oder Berandung eines Objektes eingestellt werden. Eine Kontrolleinheit 800 des Vielstrahlsystems 1 ist dazu konfiguriert, den Abstand einer Inspektionsposition zu einer Kante oder Berandung 43 des Objektes zu ermitteln. Die Kontrolleinheit 800 ist ferner dazu konfiguriert, aus dem Abstand und dem aktuellen Arbeitspunkt des Vielstrahlsystems 1 einen komplexen Vielstrahleffekt zu ermitteln. Ferner ist die Kontrolleinheit 800 dazu konfiguriert, Parameter zum Betrieb des Vielstrahlsystems 1 an der Inspektionsstelle zu ermitteln, die geeignet sind, den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu kompensieren. Ferner ist die Kontrolleinheit 800 dazu konfiguriert, während der Durchführung der Inspektionsaufgabe mit dem Vielstrahlsystems 1 an der Inspektionsposition Komponenten der Beleuchtungssystems 100 und des Detektionssystems 200 inklusive des Absaugfeldes 113 des Vielstrahlsystems 1 mit Parametern anzusteuern, und als weitere Parameter eine Probenspannung V2 und mindestens eine Korrekturspannung V3 Elektroden auf dem Verfahrtisch 500 zuzuführen, die zusammen geeignet sind, den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu kompensieren.
Die zweite und dritte Ausführungsform der Erfindung beschreiben damit einen Verfahrtisch 500 mit einer Aufnahmefläche 505 zur Aufnahme eines im Wesentlichen planaren Objektes 7 mit einer Berandung 42, einer Dicke DW und einem äußeren Durchmesser D, und einer ringförmigen Elektrode 153 mit einer Höhe DE über der Aufnahmefläche 505, die im Umfang der Aufnahmefläche 505 angeordnet ist und einen Innendurchmesser DI > D aufweist, so dass bei Aufnahme eines Objekts 7 ein Abstand G zwischen der Berandung 43 und der ringförmigen Elektrode 153 ausgebildet wird. Die Elektrode 153 ist dabei zur Aufnahmefläche 505 isoliert, so dass während des Betriebs die ringförmige Elektrode 153 mit eine unterschiedlichen Spannungsdifferenz beaufschlagt werden kann.
Die zweite und dritte Ausführungsform beschreibt ferner einen Vielstrahlsystem mit dem Verfahrtisch 500 und einer Messeinrichtung zur Bestimmung eines Kanteneffekts, und einer Kontrolleinheit, die konfiguriert ist, während dem Betrieb zur Erzeugung der Spannungsdifferenz eine erste Spannung V2 an ein aufgenommenes Objekt und eine zweite Spannung V3 an die ringförmige Elektrode zur Verringerung des Kanteneffektes zuzuführen.
In der dritten Ausführungsform verfügt die Elektrode 153 über eine Vielzahl von Segmenten 153.1 bis 153.8, die mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Spannungen V3.1 bis V3.8 beaufschlagt werden können. In einer weiteren Ausführungsform verfügt das Objektivlinsensystem 102 des Vielstrahlsystems 1 gemäß der dritte Ausführungsform über eine Vielzahl von Gegenelektroden 151.1 bis 151.8, die mit einer Vielzahl unterschiedlicher Spannungen V1.1 bis V1.8 beaufschlagt werden können. Die Spannungsversorgung der Elektroden ist derart ausgelegt, um zusammen mit der Objektspannung ein homogenes Absaugfeld 113 zwischen dem Objektivlinsensystem 102 und der Oberfläche 25 des Objektes zu erzeugen.
Es hat sich gezeigt, dass eine Reihe komplexer Vielstrahleffekte von der Inspektionsposition auf der Oberfläche 25 eines Wafers abhängen und somit prinzipiell vorbekannt sind. Ein darauf beruhendes, verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlsystems 1 ist in 9 dargestellt. Mit dem Verfahren werden Parameter zum Betrieb des Vielstrahlsystems 1 optimal eingestellt, beispielsweise von Komponenten des Beleuchtungssystems oder Beleuchtungspfades 100, des Detektionssystems oder Detektionspfades 200 und der Probenspannung beziehungsweise Korrekturspannung für das homogene Absaugfeld 113. Die Parameter zum Betrieb des Vielstrahlsystems 1 sind zusammen geeignet, den komplexen Vielstrahleffekt an einer Inspektionsposition zu verringern oder vollständig zu kompensieren. In einem ersten Schritt SI wird ein Wafer 7 auf der Waferaufnahmefläche 505 des Verfahrtisches 500 aufgenommen und ein Koordinatensystem des Wafer 7 wird registriert. Eine Liste von Inspektionsaufgaben wird erfasst und beispielsweise eine erste Inspektionsaufgabe wird durchgeführt. Hierfür wird die erste Inspektionsposition des Wafers 7 zur optischen Achse 105 des Vielstrahlsystems 1 zentriert und die Oberfläche 25 des Wafers 7 wird in der Einstellebene oder Fokusebene 101 des Vielstrahlsystems 1 ausgerichtet. Das Verfahren zum Betrieb eines Vielstrahlsystems 1 wird nun beispielhaft für die zweite Inspektionsaufgabe illustriert, es kann sich aber um jede Inspektionsaufgabe, insbesondere auch der ersten Inspektionsaufgabe handeln.
In einem nächsten Schritt SE wird ein komplexer Vielstrahleffekt für eine nächste Inspektionsaufgabe prognostiziert. Die Prognose des komplexen Vielstrahleffektes kann sich aus mehreren Komponenten zusammensetzen und der komplexe Vielstrahleffekt kann durch mehrere Ursachen hervorgerufen werden. Mit komplexen Vielstrahleffekt werden die in Zusammenhang mit 5 illustrierten Effekte bezeichnet, der sowohl eine Abweichung einer Rasteranordnung der Vielzahl der Primär- beziehungsweise Sekundärstrahlen von einer vordefinierten Rasteranordnung umfassen, als auch die Abweichung mindestens einer Form oder Größe eines Fokuspunktes eines Primärstrahls oder eines Sekundärstrahls, beispielsweise von drei oder allen Primärstrahlen oder Sekundärstrahlen.
Im Schritt SER erfolgt die Prognose eines komplexen Vielstrahleffekts VKR aus einem Abstand einer Inspektionsposition zu einer Berandung 43 eines Wafers 7. Generell ist die Position der Inspektionsstelle bezüglich des Probenrand 43 eine vorbekannte Information. Somit können Verzerrungen der Rasteranordnung 41 durch Randeffekte und Verzerrungen durch inhomogene Aufladungen berücksichtigt werden.
Ein Beispiel der Methode gemäß der vierten Ausführungsform enthält die Erfassung und Speicherung von Parametern einer verbesserten Justage des Detektionspfades und Beleuchtungspfades und der Einstellung der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld für verschiedene Inspektionsstellen in Abhängigkeit von einem Abstand zu einem Rand eines Objektes. Aus den vorherbestimmten und gespeicherten Parametern werden dann bei einer Waferinspektion die optimalen Parameter einer verbesserten Justage sowohl des Detektionspfades und des Beleuchtungspfades inklusive der Einstellung der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld in Abhängigkeit von einer nächsten Inspektionsstelle ermittelt und eingestellt.
Im Schritt SED erfolgt die Prognose eines komplexen Vielstrahleffekts VKA aus a-priori-Informationen über die Inspektionsposition, beispielsweise aus Design-Informationen, CAD Informationen oder aus vorhergehenden Messungen.
In der fünften Ausführungsform wird ein Vielstrahlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Vielstrahlsystems zur Verfügung gestellt, bei dem Parameter von Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades sowie Spannungen für ein homogenes Absaugfeld des Vielstrahlsystems in Abhängigkeit von a priori Informationen eingestellt werden. In einem Beispiel erfolgt im Schritt SED die Bestimmung der Zusammensetzung des Objektes mindestens an der nächsten Inspektionsposition. Die Bestimmung der Zusammensetzung des Objektes umfasst dabei die Bestimmung der Materialzusammensetzung des Objektes beispielsweise aus CAD-Informationen über die gebildeten Halbleiterstrukturen in einem Wafer an der Inspektionsposition. Beispielsweise können aus CAD-Informationen mögliche inhomogene oder lokale Aufladungseffekte des Objektes 7 bestimmt werden. Basierend auf der Zusammensetzung erfolgt eine Ermittlung von zu erwartenden komplexen Vielstrahleffekten und eine Einstellung von Parametern des Vielstrahlsystems, die geeignet sind, die den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu vermeiden. In einem alternativen Beispiel bestehen die a-priori-Informationen aus Informationen aus früheren Inspektionen an ähnlichen Inspektionsstellen beispielsweise auf anderen Wafern.
Eine weitere a-priori-Information wird durch vorangehende Messungen gebildet. Durch vorangehende Messungen können beispielsweise Aufladungen entstehen, die sich nur langsam durch Leckströme abbauen. Die Aufladung bereits gescannter, benachbarter Inspektionsstellen führt zu Verzerrungen der Rasteranordnung und diese Information kann bei der Ursachenermittlung der Abweichungen berücksichtigt werden. Im Schritt SEH erfolgt die Prognose eines komplexen Vielstrahleffekts VKS aus Informationen aus vorangehenden Inspektionsaufgaben, beispielsweise einer Erfassung eines aktuellen Zustands des Vielstrahlsystems 1, oder aus zu erwartenden Aufladungseffekten des Wafers aus vorangehenden Messungen an vorangehenden Inspektionspositionen. Hierbei kann beispielsweise die Position und der Abstand der nächsten Inspektionsposition bezüglich der vorangehenden Inspektionspositionen ermittelt und ausgewertet werden. Zusätzlich kann die Zeitdifferenz zu zurückliegenden Inspektionsaufgaben ausgewertet werden, um Entladungseffekte vorangehender Probenaufladungen zu berücksichtigen.
Es hat sich gezeigt, dass eine Reihe weiterer komplexer Vielstrahleffekte von benachbarten Inspektionsposition auf der Oberfläche 25 eines Wafers abhängen und somit prinzipiell vorbekannt sind. In der sechsten Ausführungsform wird ein Vielstrahlsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Vielstrahlsystems zur Verfügung gestellt, bei dem Parameter von Komponenten der Beleuchtungspfades und des Detektionspfades inklusive der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld 113 des Vielstrahlsystems in Abhängigkeit von benachbarten Inspektionspositionen beziehungsweise vorangegangenen Inspektionsaufgaben eingestellt werden. In einem Beispiel verfügt das Vielstrahlsystem hierzu über eine Kontrolleinheit, die vor einer Messung oder Inspektion an einer Inspektionsposition beispielsweise eine aktuelle Aufladungsverteilung des Objektes an der Inspektionsposition verursacht durch vorangegangene Inspektionen auf demselben Objekt bestimmt. In einem Beispiel enthält der Schritt SEH eine Bestimmung einer aktuelle Aufladungsverteilung der Objektoberfläche an der Inspektionsposition verursacht durch vorangegangene Inspektionen auf demselben Objekt. Beispielsweise können Bereiche eines Wafers leitend verbunden sein, und die Aufladungseffekte über eine Inspektionsstelle hinaus streuen. Beispielsweise können Bereiche eines Wafers über Kapazitäten verfügen, die Aufladungseffekte über einen längeren Zeitraum speichern. Basierend auf der aktuelle Aufladungsverteilung erfolgt eine Ermittlung von zu erwartenden komplexen Vielstrahleffekten und eine Einstellung von Parametern des Vielstrahlsystems, die geeignet sind, die den komplexen Vielstrahleffekt zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Ein besonderes Beispiel bildet eine Methode des wiederholten Anfahrens derselben Inspektionsposition auf demselben Wafer.
Im Schritt SEC werden die Prognosen VKR, VKA oder VKS aus Abstand der Inspektionsposition zu Berandungen, a-priori-Informationen oder Informationen aus vorangehenden Inspektionsaufgaben kombiniert und ein kombinierter komplexer Vielstrahleffekt VKK wird prognostiziert.
Im Schritt PE werden optimierte Parameter zur Ansteuerung des Vielstrahlsystems 1 ermittelt. Ausgehend von einem Arbeitspunkt AP eines Vielstrahlsystems 1 wird das Vielstrahlsystem mit einem bestimmten Satz von Parametern betrieben. Die Parameter des Arbeitspunktes AP beschreiben beispielsweise Ströme oder Spannungen von elektromagnetischen oder elektrostatischen Komponenten beispielsweise zur Einstellung eines Strahlstroms, eines Strahlpitches beziehungsweise einer vordefinierten Vergrößerung, einem Scanprogramm, der Größe eines Absaugfeldes, oder einer Fokusposition.
Im Schritt PEI werden die Standardparameter gemäß dem Arbeitspunkt AP entsprechend der nächsten Inspektionsaufgabe an einer idealisierten Inspektionsposition ermittelt.
Im Schritt PEC wird aus dem prognostizierten komplexen Vielstrahleffekt VKK eine Änderung mindestens eines Parameterwerts eines Parameters bestimmt. Beispiele für Parameteränderungen, die geeignet sind, einen komplexen Vielstrahleffekt zu minimieren, sind weiter oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung aufgeführt. Die Ermittlung erfolgt beispielsweise anhand vorher bestimmter und gespeicherter optimaler Parameterwerte, aus denen die Änderungen der Parameterwerte beispielsweise durch Interpolation bestimmt werden.
Im Schritt PC werden die aktuellen Parameter PA gemäß dem Arbeitspunkt AP entsprechend der nächsten Inspektionsaufgabe an der nächsten Inspektionsposition übermittelt beziehungsweise das Vielstrahlmikroskop 1 wird mit den ermittelten Parameterwerten angesteuert.
Im Schritt IN erfolgt die nächste Inspektionsaufgabe an der nächsten Inspektionsposition. Hierfür wird die nächste Inspektionsposition des Wafers 7 zur optischen Achse 105 des Vielstrahlsystems 1 zentriert und die Oberfläche 25 des Wafers 7 wird in der Einstellebene oder Fokusebene 101 des Vielstrahlsystems 1 ausgerichtet. Das Vielstrahlsystems 1 wird mit den aktuellen Parameterwerte PA betrieben und die Inspektionsaufgabe wird durchgeführt. Beispielsweise wird ein Bildausschnitt der Waferoberfläche an der Inspektionsposition mit hoher Auflösung und Abbildungstreue von besser als 5nm, besser als 2nm oder sogar besser als 1nm erfasst.
Gleichzeitig mit Schritt IN erfolgt im Schritt M eine Überwachung der Rasteranordnung der Sekundärteilchenstrahlen und der Form oder der Größe von mindestens einem Fokuspunkt eines Sekundärteilchenstrahls. Die Überwachung erfolgt über die Erfassung eines zeitlich gemittelten Signals des ortsauflösenden Detektors 207 des Vielteilchensystems 1. Durch die zeitliche Mittelung während eines Abrasterns der Objektoberfläche 25 wird eine flächige Mittelung des Signals der Sekundärteilchen über viele Objektstrukturen auf der Objektoberfläche 25 erreicht und die aktuelle Rasteranordnung der Sekundärteilchenstrahlen und der Form oder der Größe von mindestens einem Fokuspunkt eines Sekundärteilchenstrahls kann zuverlässig mit hoher Genauigkeit von weniger als 1nm erfasst werden. Die Erfassung der aktuellen Rasteranordnung der Sekundärteilchenstrahlen und der Form oder der Größe von mindestens einem Fokuspunkt eines Sekundärteilchenstrahls kann mehrmals während einer Inspektionsaufgabe erfolgen, beispielsweise zehnmal oder hundertmal.
In Schritt Q wird aus dem Überwachungsergebnis aus Schritt M ein aktueller komplexer Vielstrahleffekt ermittelt. Falls ein aktueller komplexer Vielstrahleffekt während einer Inspektionsaufgabe einen vordefinierten Schwellwert übersteigt, erfolgt ein Signal an den Schritt PE zur fortwährenden Änderung beziehungsweise Aktualisierung der Einstellparameter des Vielstrahlsystems 1 und Schritt PE wird während der Inspektionsaufgabe des Schritts IN wiederholt. Beispielsweise ist es damit auch möglich, die Methode der Ansteuerung sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades inklusive der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld für einen schnellen Autofokus einzusetzen. Generell ist es möglich, die Methode der Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades für eine dynamischen Korrektur einzusetzen. Bezüglich einer dynamischen Korrektur wird auf die deutsche Patentanmeldung 102020206739.2, eingereicht 28. Mai 2020 verwiesen, die hierdurch durch Bezugnahme vollumfänglich in die Offenbarung aufgenommen wird.
In Schritt ES wird schließlich das Ergebnis, beispielsweise das digitale Bild des Ausschnitts der Waferoberfläche an der Inspektionsposition gespeichert. Im Beispiel wird die digitale Bildinformation zusammen mit den fortlaufenden Informationen aus dem Schritt M der Überwachung gespeichert. Die fortlaufende Information über die Rasteranordnung der Sekundärteilchenstrahlen und der Form oder der Größe von mindestens einem Fokuspunkt eines Sekundärteilchenstrahls werden in einem nachfolgendem Schritt DV der digitalen Bildbearbeitung und Datenauswertung berücksichtigt.
Mit dem Vielstrahlsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform, und den Methoden zur Anwendung des Vielstrahlsystems 1 gemäß 9 wird eine verbesserte Justage sowohl des Detektionspfades 11 und Beleuchtungspfades 13 inklusive der Einstellungen der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld 113 für eine spezielle Inspektionsposition einer Oberfläche 25 eines Objektes 7 ermöglicht. In einer siebten Ausführungsform wird eine Methode zur Bestimmung der verbesserten Parameter für die Einstellung des Vielstrahlsystems 1 an einem Arbeitspunkt AP zur Durchführung einer Inspektionsaufgabe beschrieben. Die Methode basiert auf der Grundlage der Erfassung und Auswertung zweier grundsätzlich unterschiedlicher Informationen über das Vielstrahlmikroskop und der Wechselwirkung mit einem Objekt. Zum einen wird die Rasteranordnung 41 der Vielzahl der Sekundärstrahlen 9 erfasst und ausgewertet. Zum anderen wird die Form und Größe mindestens eines Fokuspunktes 15 der Sekundärstrahlen 9 erfasst und ausgewertet. Es ist auch möglich, Formen und Größen von einer Vielzahl von Fokuspunkten 15 der Sekundärstrahlen 9 auszuwerten, beispielsweise von mindestens drei Fokuspunkten. Zusammen werden diese Abweichungen als komplexer Vielstrahleffekt bezeichnet.
Beide Informationen werden erfasst während einer rasternden Bildgebung eines Ausschnitts einer Oberfläche 25 eines Objektes 7. Hierbei wird über die Oberfläche 25 des Objekts 7 einer Vielzahl von J Fokuspunkten 5 von J Primärstrahlen 3 rasterartig bewegt und eine Vielzahl von J Scanpositionen auf der Objektoberfläche 25 gleichzeitig beleuchtet. Hierfür befindet sich im Primärpfad oder Beleuchtungspfad 13 eine erste Ablenkeinheit 110 zur rasternden Ablenkung der Vielzahl der J Primärstrahlen 3. Jeder Auftreffort der J Fokuspunkte 5 der J Primärstrahlen 3 bildet während des kurzen Zeitraums der rasternden Bestrahlung mit den J Primärstrahlen 3 einen Quellort für Sekundärelektronen, die gesammelt und auf einen Detektor 207 abgebildet werden. Die Vielzahl der J Quellorte der Sekundärelektronen bewegen sich entsprechend der rasternden Bestrahlung mit J Primärstrahlen synchron über der Objektoberfläche. Im Abbildungspfad der Sekundärelektronen, auch Detektionspfad oder Sekundärpfad 11 genannt, befindet sich daher eine zweite Ablenkeinheit 222 zur rasternden Ablenkung der J Sekundärstrahlen 9, die von den J Quellorten ausgehen, so dass die Fokuspunkte 15 der J Sekundärstrahlen auf dem Detektor an J gleichen Detektionsorten verharren. Die zweite Ablenkeinheit 222 im Sekundärpfad ist dabei synchronisiert mit der ersten Ablenkeinheit 110 im Primärpfad.
Durch die rasternde Beleuchtung mit der Vielzahl von J Primärstrahlen 3 und die Erfassung der Signale der Vielzahl der J Sekundärstrahlen 9 synchron mit der rasternden Beleuchtung wird eine Vielzahl von J zeitlich sequentieller Datenströme erfasst, der in eine Vielzahl von J zweidimensionaler digitaler Bildinformationen gewandelt werden. Jede Bildinformation repräsentiert die ortsaufgelöste Quote der Generierung von Sekundärelektronen durch die ortsaufgelöste Beleuchtung der Objektoberfläche 25 mit einem Fokuspunkt 5 eines Primärstrahls 3. Die Quote der Generierung von Sekundärelektronen hängt dabei von der lokalen Oberflächenbeschaffenheit ab, wie beispielsweise der lokalen Materialzusammensetzung einer strukturierten Waferoberfläche. Die Informationen über Form und Größe der Fokuspunkte selbst sowie Rasteranordnung 41 der Fokuspunkte zur Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades werden zeitlich gemittelt erfasst, so dass der Einfluss der Strukturierung der Objektoberfläche durch Mittelung über eine Vielzahl von Scanpositionen auf der Oberfläche vermindert wird. Somit ist die Methode für eine Vielzahl von Objekten möglich, und es sind keine speziellen Mess- oder Kalibrierobjekte erforderlich. Insbesondere kann die Methode der Justage sowohl des Detektionspfades und Beleuchtungspfades auch während einer Inspektionsaufgabe an einer Inspektionsposition auf einer Objektoberfläche erfolgen.
In einem Beispiel der Methode erfolgt eine Zuordnung von ausgewählten Einstellparametern zu zugeordneten Inspektionspositionen und ein Speichern der Zuordnung. Eine Methode der Waferinspektion umfasst dann das Anfahren einer nächsten Inspektionsposition in Schritt SI, gefolgt von einem Ermitteln, basierend auf der nächsten Inspektionsposition, von Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition in Schritt SE, und das Einstellen der ermittelten Einstellparameter in einem Schritt PE. Hierbei beinhaltet der Schritt SE ferner das Laden von vordefinierten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops, welche zu mindestens einer Inspektionsposition zugeordnet sind. In einem Beispiel umfasst Schritt SE die Ermittlung von vordefinierten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops an der nächsten Inspektionsposition. In einem Beispiel erfolgt eine Interpolation der Einstellparameter für eine optimale Bildgebung an der nächsten Inspektionsposition aus mindestens zwei Einstellparametern, die zwei benachbarten Inspektionspositionen zugeordnet sind. Die Methode eignet sich daher bevorzugt zur wiederholten Inspektion von Objekten, insbesondere Ausschnitten aus Oberflächen 25 von Wafern 7 an wiederholten beziehungsweise ähnlichen Inspektionspositionen.
In einer weiteren Ausformung erfolgt eine Optimierung der Inspektionspositionen basierend auf vordefinierten unterschiedlichen Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops, die jeweils einer Inspektionsposition zugeordnet sind. Somit kann eine häufige Veränderung von Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops 1 verhindert werden. Beispielsweise erfolgt eine Optimierung der Reihenfolge von Inspektionspositionen basierend auf vordefinierten unterschiedlichen Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops, die jeweils einer Reihe von Inspektionsposition zugeordnet sind. Beispielsweise erfolgt eine Optimierung der Reihenfolge von Inspektionspositionen basierend auf lokalen Aufladungseffekten. In einem Fall können aufeinanderfolgende Inspektionspositionen gezielt benachbart angeordnet werden, um vorbestehende lokale Aufladungen langfristig auszugleichen. In einem anderen Fall können aufeinanderfolgende Inspektionspositionen gezielt mit maximalem Abstand angeordnet werden, um für Aufladungseffekte verantwortliche lokale Aufladungen durch Leckströme über möglichst lange Zeiträume abfließen zu lassen.
Eine Methode der Wafer-Inspektion mit einem Vielstrahlsystem 1 mit einer Vielzahl von primären und sekundären Teilchenstrahlen (3,9) beinhaltet damit folgende Schritte:

- Aufnahme des eines Wafers 7 mit einem Verfahrtisch 500,
- Ermittlung einer Abfolge von Inspektionsaufgaben an einer Abfolge von Inspektionspositionen (33, 35) auf einer Oberfläche 25 des Wafers 7,
- Ermittlung, basierend auf einer Inspektionsposition (33, 35) einer Inspektionsaufgabe, von Einstellparametern des Vielstrahlsystems 1 für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition (33, 35),
- Änderung der Einstellparameter des Vielstrahlsystems 1 auf die ermittelten Einstellparameter der Inspektionsaufgabe,
- Durchführung der Inspektionsaufgabe durch Abscannen der Inspektionsposition (33, 35) mit hoher Ortsauflösung mit einer Bildaufnahmezeit T2 > 100ms.

In einem Beispiel umfasst der Schritt der Ermittlung von Einstellparametern ein Anfahren der Inspektionsposition (33, 35) und eine Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von sekundären Teilchenstrahlen 9 mit einer Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition mit einer Bildaufnahmezeit von T1 < T2, bevorzugt T1 < T2/100 oder T1 < T2/1000. Das erste Inspektionsbild wird zur Bestimmung eines komplexen Vielstrahleffekts analysiert und es werden daraus Einstellparameter ermittelt, so dass der komplexe Vielstrahleffekt zumindest teilweise kompensiert wird.
In einem Beispiel umfasst der Schritt der Ermittlung von Einstellparametern ferner ein Anfahren einer Referenzposition und eine Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten Referenzbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Referenzposition mit einer Bildaufnahmezeit von T1. Die Analyse des ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 enthält einen Vergleich mit dem Referenzbild der Rasteranordnung 41. Die Referenzposition kann eine vorhergehende Inspektionsposition sein oder eine Referenzposition auf einem Referenzobjekt, welches zusätzlich auf dem Verfahrtisch 500 angeordnet ist.
In einem Beispiel kann die Methode eine weitere Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten zweiten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition (33,35) mit den ermittelten Einstellparametern enthalten. Aus der Analyse des zweiten Inspektionsbildes kann ein Erfolg der Kompensation ermittelt werden. Ein restlicher komplexer Vielstrahleffekt kann bestimmt werden und eine erneute Ermittlung von verbesserten Einstellparametern kann erfolgen, so dass der restliche komplexe Vielstrahleffekt zumindest teilweise kompensiert wird. Die ermittelten Einstellparameter können einer Inspektionsposition (33,35) zugeordnet werden und gespeichert werden, so daß eine wiederholte Inspektion beispielsweise von mindestens einem zweiten Wafer an denselben Inspektionsposition (33,35) mit den der Inspektionsposition (33,35) zugeordneten Einstellparametern erfolgen kann. Generell können für eine Waferinspektionsaufgabe vordefinierte oder gespeicherte Einstellparameter des Vielstrahlmikroskops 1 eingesetzt werden. In einem Beispiel kann die Ermittlung der Einstellparameter durch Interpolation aus mindestens zwei vordefinierten beziehungsweise gespeicherten Einstellparametern an mindestens zwei benachbarten Referenzpositionen erfolgt. Bei der Ermittlung von Einstellparametern kann ferner mindestens eine vorbekannte Information berücksichtigt werden, wobei die vorbekannten Informationen neben den Informationen aus vorhergehenden Messungen an der Inspektionsposition (33,35) oder an benachbarten Inspektionspositionen (33,35) CAD Informationen über eine Zusammensetzung des Wafers 7 an einer Inspektionsposition (33,35) enthalten. Zusätzlich kann die Methode die Ermittlung eines Abstands der Inspektionsposition (33,35) zu einem Rand des Wafers 7 umfassen.
Im Zuge der Optimierung der Abfolge von Inspektionsaufgaben kann eine Ermittlung einer Abfolge von Einstellparametern des Vielstrahlsystems 1 für eine optimale Bildgebung für jede der Inspektionspositionen (33,35) geändert werden, so dass die Anzahl der Änderungen der Einstellparameter des Vielstrahlsystems 1 minimal wird.
Die Bestimmung der Parameter einer verbesserten Justage sowohl des Detektionspfades und des Beleuchtungspfades inklusive der Einstellung der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld in Abhängigkeit von einer Inspektionsstelle erfolgt in einem Beispiel iterativ. Die Methode ist in 10 illustriert. Der erste Schritt SI ist identisch zum Schritt SI gemäß 9. Nach Schritt SI erfolgt an einer nächsten Inspektionsposition in Schritt SM eine Bildaufnahme M1 ohne Korrekturen bzw. Veränderungen der Parameter. Die Abweichung der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der Sekundärstrahlen 9 gegenüber eine vordefinierten oder erwarteten Rasteranordnung wird erfasst und ausgewertet und gleichzeitig wird die Abweichung der Form und Größe mindestens eines Fokuspunktes 15 von einer vordefinierten oder erwarteten Form und Größe des Fokuspunktes 15 erfasst und ausgewertet. Wie oben beschrieben erfolgt die Erfassung der Abweichungen in einer zeitlichen Mittelung während eines Abrasterns der Objektoberfläche 25 mit der Vielzahl der Primärstrahlen 3, um Einflüsse der Zusammensetzung des Objektes 7 zu eliminieren.
Während eines Inspektionsschritts IN wird die Rasteranordnung 41 synchron über eine Objektoberfläche 25 verfahren und Bilddaten einer Objektoberfläche 25, beispielsweise eines Wafers, werden erfasst. Der Antiscan mit der Ablenkeinrichtung 222 sorgt dafür, dass die Rasteranordnung 41 auf dem Detektor 207 ortsfest beziehungsweise stationär bleibt. Diese parallele Erfassung der Vielzahl der J Bilddatenpunkte erfolgt mit einer Scanfrequenz FS von beispielsweise 100MHz, weitere Beispiele von üblichen Scanfrequenzen sind oben angegeben.
In einem Beispiel wird die Scanfrequenz während des Schrittes M1 erhöht. Beispielsweise kann eine Scanfrequenz FS um einen Faktor 10 erhöht werden von beispielsweise 50Mhz auf 500MHz oder von 100MHz auf 1GHz. Durch die erhöhte Scanfrequenz erfolgt eine Mittelung der Datenaufnahme über größere Fokusbereiche auf der Objektoberfläche 15.
Aus den Abweichungen wird in Schritt Q eine wahrscheinliche Ursache für die Abweichung ermittelt. In Schritt PE werden geeignete Parameter zur Justage von Beleuchtungs- und Detektionspfad inklusive der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld 113 ermittelt. Die Erfassung der unterschiedlichen Abweichungen, nämlich der Abweichung der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der Sekundärstrahlen und der Form und Größe der Fokuspunkte 15 erlaubt einen gezielteren Rückschluss auf die Ursache, beispielsweise ob eine Störung des Beleuchtungspfades 13 vorliegt und bereits eine Abweichung der Vielzahl der Fokuspunkte 15 der Primärstrahlen 3 auf der Objektoberfläche 25 vorliegt, oder ob eine Berandung 43 oder Topographie des Objektes 7 ursächlich für die Abweichung ist, ob globale oder lokale Aufladungseffekte vorliegen, oder ob eine Störung im Detektionspfad 11 vorliegt.
In Schritt ZS können zur Ermittlung der wahrscheinlichen Ursache der Abweichungen weitere Informationen beispielsweise von zusätzlichen Detektoren oder a-priori-Informationen eingesetzt werden. Weitere Detektoren können einen Abstandssensor zur Bestimmung des Abstands der Probenoberfläche von einer Referenzfläche umfassen. Mit einem solchen Abstandsensor kann beispielsweise eine globale Aufladung des Objektes 7 von einer rein mechanischen Defokussierung besser unterschieden werden. Weitere Beispiele umfassen Feldsensoren zur Messung einer elektrischen oder magnetischen Feldstärke in der Nähe der Objektoberfläche 25. A-priori-Informationen sind weiter oben im Zusammenhang mit 9 beschrieben und können CAD-Informationen über die Inspektionsposition umfassen, oder gespeicherte Informationen aus früheren Messungen ähnlicher Objekte oder ähnlicher Inspektionsstellen.
Nach erfolgter Ermittlung der wahrscheinlichen Ursache der Abweichungen erfolgt in Schritt PE die Ermittlung von Korrekturmaßnahmen bzw. einer Justage von Detektionspfades und Beleuchtungspfades inklusive der Spannungen für ein homogenes Absaugfeld. Die Schritte SM und PE können auch mehrfach iterativ ausgeführt werden. Beispielsweise wird in einem zweiten Schritt eine Feinkorrektur berechnet. Schließlich wird in Schritt IN das Vielstrahlsystem mit den geänderten Parametern angesteuert und die Inspektion an derselben Inspektionsstelle wird durchgeführt.
Gleichzeitig mit dem Inspektionsschritt IN kann erneut die Bestimmung der Abweichungen in Schritt M wiederholt werden. Falls die Abweichung einen vorbestimmten Toleranzwert überschreitet, wird die Ursachenermittlung in Schritt Q und Bestimmung von neuen Parametern zur Justage von Detektionspfades und Beleuchtungspfades wiederholt. Es folgen die oben beschriebenen Schritte ES und DV.
In einem weiteren Beispiel der siebten Ausführungsform umfasst die Methode zur Einstellung eines Vielstrahlmikroskops zur Inspektion von Objekten eine Variation der vorher aufgezählten Schritte. Im Schritt SM erfolgt zunächst die Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Referenzbildes einer Rasteranordnung der Vielzahl von Primärstrahlen mit einer Detektorkamera durch schnelles Abscannen einer Referenzposition des Objektes innerhalb eines ersten Zeitraums T1, der beispielsweise einen Faktor 10 oder 100, 1000 oder 10000 mal kleiner ist als ein zweiter Zeitraum T2, der dem Zeitraum einer hochaufgelösten Bildaufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche des Objektes entspricht. Der erste Zeitraum T1 kann beispielsweise 1 ms bis 100 ms betragen. Der zweite Zeitraum T2 kann beispielsweise etwa 1s oder mehr betragen. Erst danach wird einer Inspektionsposition angefahren und es erfolgt eine Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten Inspektionsbildes der Rasteranordnung der Vielzahl von Primärstrahlen an der Inspektionsposition mit der Detektorkamera durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition innerhalb 1 ms bis 100 ms. Das Inspektionsbild der Rasteranordnung wird mit dem ersten Referenzbild der Rasteranordnung verglichen und die Abweichungen beziehungsweise Unterschiede der Rasteranordnung gegenüber dem Referenzbild werden im Schritt Q1 analysiert. In Schritt PE erfolgt die Ermittlung von Veränderungen von ausgewählten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops zur Anpassung des Vielstrahlmikroskops an die Inspektionsstelle. Die Veränderungen der ausgewählten Einstellparameter werden als Korrekturmaßnahmen vorgenommen. Die Methode kann nach der Umsetzung der Korrekturmaßnahmen zusätzlich eine erneute Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten zweiten Referenzbildes der Rasteranordnung der Vielzahl von Primärstrahlen mit der Detektorkamera durch schnelles Abscannen an der Inspektionsposition innerhalb 1 ms bis 100 ms enthalten, sowie eine erneute Analyse und Ermittlung von optimierten Einstellparametern des Vielstrahlsystems. Es folgt im Schritt IN die Aufnahme eines Inspektionsbildes der Oberfläche 25 des Objektes 7 mit hoher Ortsauflösung durch langsames Abscannen der Inspektionsposition innerhalb beispielsweise 100ms bis 2000 ms. Die ausgewählten Einstellparameter können dabei mindestens einen der folgenden Parameter umfassen:

- Neuausrichtung des Wafers 7 mit einem Verfahrtisch 500;
- - Ansteuerung von Elektroden (151,153, 505) zur Beeinflussung eines Feldverlaufs eines Absaugfeldes 113 an der Oberfläche 25 des Wafers 7;
- - Ansteuerung eines Strahlablenkers (107, 110, 222) zur Kompensation eines Versatzes der Rasteranordnung 41;
- - Veränderung eines Arbeitspunkts des Vielstrahlsystems zur Einstellung eines Maßstabs der Rasteranordnung 41;
- - Veränderung einer digitalen Bildauswertung.

Eine Methode zur Einstellung eines Vielstrahlsystem 1 zur Inspektion eines Wafers 7 beinhaltet damit folgende Schritte:

- Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Referenzbildes einer Rasteranordnung 41 einer Vielzahl von Teilchenstrahlen mit einer Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen einer Referenzposition auf einem Wafer 7 innerhalb einer ersten Zeit T1;
- Anfahren einer Inspektionsposition (33,35);
- Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Teilchenstrahlen an einer Inspektionsposition (33,35) mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition (33,35) innerhalb der ersten Zeit T1;
- Analyse des ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 und des ersten Referenzbildes der Rasteranordnung 41 und Ableitung von ausgewählten Einstellparametern zur Anpassung des Vielstrahlsystems 1 für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsstelle (33,35);
- Einstellung des Vielstrahlsystems 1 mit den ausgewählten Einstellparametern;
- Aufnahme eines Inspektionsbildes der Oberfläche 25 des Wafers 7 mit hoher Ortsauflösung durch langsames Abscannen der Inspektionsposition (33,35) in einer zweiten Zeit T2, wobei T1 < T2, bevorzugt T1 < T2/10, beispielsweise T1 < T2/100.

Optional kann zur Verifikation des Erfolgs der geänderten Einstellparameter eine erneute Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten zweiten Referenzbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Primärstrahlen mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Referenzposition innerhalb der ersten Zeit T1 nach der Einstellung des Vielstrahlsystems 1 mit den ausgewählten Einstellparametern erfolgen. Statt an der Referenzposition die erneute Bildaufnahme für ein zeitlich gemitteltes, zweites Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 auch an der Inspektionsposition (33,35) erfolgen.
Die Ursachen der Abweichungen der Rasteranordnung und der Form und Größe von Strahlfokuspunkten können einer dynamischen Veränderung unterliegen. Beispielsweise eine globale Aufladung einer Probe nimmt mit zunehmender Beleuchtung durch die Vielzahl der Primärstrahlen zu und kann während der Bildgebung zu einer zunehmenden Abweichung der Rasteranordnung führen. In einer achten Ausführungsform der Erfindung werden solche dynamischen Effekte bestimmt und beispielsweise die Geschwindigkeit einer Veränderung oder Abweichung der Rasteranordnung und der Form und Größe von Strahlfokuspunkten wird berücksichtigt. Damit ist möglich, die Abweichungen der Rasteranordnung und der Form und Größe von Strahlfokuspunkten dynamisch zu korrigieren und die Parameter zur Justage von Detektionspfades und Beleuchtungspfades während der Erfassung eines Bildausschnitts der Objektoberfläche dynamisch in einer vorbestimmten Weise zu verändern. Ein Beispiel ist in 11 illustriert. 11a zeigt einen zeitlich veränderlichen Aufladungseffekt, der beispielsweise am Rand eines Wafers zu einer Verzerrung und einem Versatz der Rasteranordnung führt. Vor Durchführung einer Inspektionsaufgabe besteht bereits eine Aufladung 903 aus vorangegangenen Inspektionsaufgaben, wobei die Aufladung durch Entladungseffekte langsam abfällt. Mit dem Start der Bilddatenerfassung zum Zeitpunkt t0 startet gleichzeitig eine erneute Aufladung 905 der Objektoberfläche 25 durch die Vielzahl der Primärstrahlen, die aus geladenen Teilchen bestehen und Sekundärteilchen aus der Objektoberfläche 25 herauslösen, die gegen Ende einer Bilddatenerfassung zum Zeitpunkt t1 auch in eine Sättigung übergehen kann. Parallel mit der Aufladung wächst ein komplexer Vielstrahleffekt an. Der komplexe Vielstrahleffekt kann beispielsweise durch geeignete synchrone Ansteuerung des quasistatischen Ablenkers 107 zumindest teilweise während des Zeitraums Ts der Inspektionsaufgabe kompensiert werden. Hierfür wird ein Steuersignal als veränderlicher Parameter für den quasistatischen Ablenker 107 aus dem erwarteten zeitlichen Verlauf der Aufladung 905 ermittelt und dem quasistatischen Ablenker 107 zugeführt. Ein Beispiel für ein synchrones Steuersignal 907 ist in 11b gezeigt.
Die Erfindung nutzt zur Messung der Rasteranordnung der Vielzahl der Sekundärstrahlen und mindestens einer Form oder Größe eines Fokuspunktes eines Sekundärstrahls ein zeitlich gemitteltes Messsignal, dass während eine Inspektionsaufgabe erfasst werden kann. Die Messung kann dabei durch denselben Detektor erfolgen, der auch zur hochauflösenden Bildgebung eingesetzt wird, wobei die zeitliche Mittelung wie oben ausgeführt über die Abtastrate des Analog-zu-Digitalwandlers oder die Scanfreqeunz beziehungsweise beide eingestellt wird. Alternative kann in einem Detektionssystem, welches die Signale der Sekundärelektronen mit einem Szintillator zunächst in Licht umwandelt, im der dem Umwandler nachgeordneten Lichtoptik ein Strahlteiler oder Umlenker eingesetzt sein, der mindestens einen Bruchteil des erzeugten Lichtes auf eine CMOS-Kamera lenkt. CMOS-Kameras haben typischerweise eine geringere Bildwiederholfrequenz von beispielsweise 10 - 100 Bilder pro Sekunde, so dass eine Mittelung durch die reduzierte Bildwiederholfrequenz erreicht wird. Alternativ kann in eine neunten Ausführungsform der elektronenoptische Pfad in der Projektionsoptik 205 aufgespalten werden, beispielsweise durch ein modifiziertes Ablenksystem 224. 12 zeigt ein Detektionssystem eines Vielstrahlsystems 1 mit einer Projektionsoptik 205, die einen Strahlablenker 224 enthält. Während einer Bilderfassung ist der Strahlablenker 224 derart eingestellt, dass die Vielzahl der J Sekundärelektronenstrahlen 9 in Richtung eines ersten Detektors 207a gelenkt werden, auf dessen Detektionsfläche Fokuspunkte 15a gebildet werden. Der Detektor 207a kann beispielsweise ein hochsensitives Photodiodenarray mit genau einer Photodiode für jeden der J Sekundärstrahlen umfassen. Zur Erfassung der Rasteranordnung und der Form und Größe der Fokusspots werden die Vielzahl der J Sekundärstrahlen mit dem Ablenker 224 in Richtung des zweiten Detektors 207b gelenkt, der beispielsweise durch eine hochauflösende CMOS-Kamera mit einer Szintillatorschicht gebildet werden kann. Dort kann mit hoher Auflösung die Rasteranordnung und die Form und Größe der Fokuspunkte 15b erfasst werden. Die Abbildungsmaßstäbe in den beiden Detektionsarmen kann dabei mittels der Linsen 201a und 210b und der Abstände unterschiedlich eingestellt werden, so dass beispielsweise die Ausleuchtung des zweiten Detektors 207b an den Durchmesser des zweiten Detektors 207b angepasst ist. Die Umschaltung zwischen Projektionssystem 205a und 205b kann dabei durch einen elektrostatischen Ablenker 224 sehr schnell erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Vielstrahlsystem
3: Primärstrahlen oder Vielzahl von Primärstrahlen
5: Fokuspunkte der Primärstrahlen
7: Wafer
9: Sekundärstrahlen
11: Detektionsstrahlengang
13: Beleuchtungspfad
15: Fokuspunkte der Sekundärstrahlen
17: Bildfeld
21: Zentrum eines Bildfeldes und Zentrum einer Inspektionsposition
25: Waferoberfläche
27: Scanpfad eines Primärstrahls
29: Zentrum eines Subfelds
31: Subfelder
33: erste Inspektionsposition
34: zweite Inspektionsposition
35: dritte Inspektionsposition
41: Rasteranordnung
43: Rand des Wafers
47: Abstand einer Inspektionsposition zum Waferrand.
61: lokale Verschiebung einer Spotposition
100: Beleuchtungssystem
101: Objektebene oder erste Ebene
102: Objektivlinsensystem
103: Feldlinsen
105: Optische Achse der Objektivlinse
107: quasistatischer Ablenker
108: Überkreuzungspunkt
110: Raster-Ablenker
113: Absaugfeld
130: langsame Kompensatoren des Beleuchtungssystems
132: schnelle Kompensatoren des Beleuchtungssystems
149: Spulen einer Magnetlinse
151: Gegenelektrode
153: Ringförmige Korrekturelektrode
155: Isolation
200: Detektionssystem mit Detektionspfad zur Abbildung der Sekundärelektronen
205: Projektionsobjektiv
206: Elektrostatische Linse
207: ortsauflösender Teilchendetektor
208: Magnetlinse
209: Magnetlinse
210: Projektionslinse
212: Überkreuzungspunkt der Sekundärstrahlen
214: Aperturblende oder Kontrastblende
216: Multiaperturplatte
218: drittes Ablenksystem
222: zweites Ablenksystem
224: zweites Ablenksystem mit Umschaltung zwischen Projektionssystem 205a und 205b.
230: langsame Kompensatoren des Detektionssystems
232: schnelle Kompensatoren des Detektionssystems
238: Sensoren
280: Bilddatenkonverter
300: Strahlerzeugungseinrichtung
301: Elektronenquelle
303: Kollimationslinsen
305: Multiaperturanordnung
306: Multiaperturplatte
307: Feldlinse
308: Feldlinse
309: Teilchenstrahl
311: Strahlfokuspunkte in der Zwischenbildebene
321: Zwischenbildebene
330: langsame Kompensatoren der Vielstrahlerzeugungseinrichtung
332: schnelle Kompensatoren der Vielstrahlerzeugungseinrichtung
390: Deflektorarray
400: Strahlweiche
420: Korrekturelement der Strahlweiche
500: Verfahrtisch
503: Spannungsversorgung für die Objektspannung
505: Objektaufnahmefläche
520: Positionssensoren des Verfahrtisches
800: Kontrolleinheit
810: Datenerfassungseinrichtung
812: digitale Bildverarbeitungseinheit
814: Bilddatenspeicher
818: Sensordatenmodul
820: Kontrollmodul für Detektionssystem
830: Kontrolleinheit der Beleuchtungseinrichtung
840: Steuerprozessor
860: Scanmodul
880: Kontrollmodul des Verfahrtisches
903: bestehende Aufladung aus vorherigen Inspektionsaufgaben
905: anwachsende Aufladung während einer Inspektionsaufgabe
907: dynamisch veränderlicher Parameter zur Ansteuerung des Vielstrahlsystems während eines Inspektionsaufgabe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Methode der Wafer-Inspektion mit einem Vielstrahlsystem 1 mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen (3,9), welche folgende Schritte beinhaltet: - Aufnahme des eines Wafers 7 mit einem Verfahrtisch 500, - Ermittlung einer Abfolge von Inspektionsaufgaben an einer Abfolge von Inspektionspositionen (33, 35) auf einer Oberfläche 25 des Wafers 7, - Ermittlung, basierend auf einer Inspektionsposition (33, 35) einer Inspektionsaufgabe, von Einstellparametern des Vielstrahlsystems 1 für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition (33, 35), - Änderung der Einstellparameter des Vielstrahlsystems 1 auf die ermittelten Einstellparameter der Inspektionsaufgabe, - Durchführung der Inspektionsaufgabe durch Abscannen der Inspektionsposition (33, 35) mit hoher Ortsauflösung mit einer Bildaufnahmezeit T2 > 100ms.
Methode nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Ermittlung von Einstellparametern folgende Schritte umfasst: - Anfahren der Inspektionsposition (33, 35), - Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Inspektionsbildes einer Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Teilchenstrahlen (3,9) mit einer Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition mit einer Bildaufnahmezeit von T1 < T2, bevorzugt T1 < T2/100 oder T1 < T2/1000, - Analyse des ersten Inspektionsbildes zur Bestimmung eines komplexen Vielstrahleffekts, wobei der komplexe Vielstrahleffekt eine Verzerrung der Auftrefforte (5,15) der Vielzahl der Teilchenstrahlen (3,9) und einer Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte (5,15) der Teilchenstrahlen 3 umfasst, - Ermittlung von Einstellparametern, so dass der komplexe Vielstrahleffekt zumindest teilweise kompensiert wird.
Methode nach Anspruch 2, wobei der Schritt der Ermittlung von Einstellparametern ferner umfasst - Anfahren einer Referenzposition, - Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten Referenzbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Teilchenstrahlen (3,9) mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Referenzposition mit einer Bildaufnahmezeit von T1, und wobei der Schritt der Analyse des ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 einen Vergleich mit dem Referenzbild der Rasteranordnung 41 umfasst.
Methode nach Anspruch 2 oder 3, welche ferner umfasst: - Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten zweiten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition (33,35) mit den ermittelten Einstellparametern, - Analyse des zweiten Inspektionsbildes zur Bestimmung eines komplexen Vielstrahleffekts, - erneute Ermittlung von verbesserten Einstellparametern, so dass der komplexe Vielstrahleffekt zumindest teilweise kompensiert wird.
Methode gemäß einer der vorangehenden Ansprüche, welche ferner beinhaltet: - Zuordnen der ermittelten Einstellparameter zu der Inspektionsposition (33,35) und Speichern der Zuordnung der Einstellparameter.
Methode gemäß Anspruch 5, ferner umfassend die wiederholte Inspektion von mindestens einem zweiten Wafer an einer Inspektionsposition (33,35) mit den der Inspektionsposition (33,35) zugeordneten Einstellparametern.
Methode nach Anspruch 1, welche ferner beinhaltet: - Laden von vordefinierten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops 1, wobei die vordefinierten Einstellparameter jeweils einer Referenzposition auf einem Wafer zugeordnet sind, wobei die Ermittlung der Einstellparameters für die Inspektionsposition (33,35) anhand der vordefinierten Einstellparameter erfolgt.
Methode nach Anspruch 7, wobei die Ermittlung der Einstellparameter durch Interpolation aus mindestens zwei vordefinierten Einstellparametern an mindestens zwei benachbarten Referenzpositionen erfolgt.
Methode nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung der Abfolge von Inspektionsaufgaben die folgenden Schritte umfasst: - Ermittlung einer Abfolge von Einstellparametern des Vielstrahlsystems 1 für eine optimale Bildgebung für jede der Inspektionspositionen (33,35), - Optimierung der Reihenfolge der Inspektionsaufgaben basierend auf der Abfolge von Einstellparametern des Vielstrahlsystems 1, so dass die Anzahl der Änderungen der Einstellparameter des Vielstrahlsystems 1 minimal wird.
Methode nach Anspruch 1, wobei bei der Ermittlung von Einstellparametern mindestens eine vorbekannte Information berücksichtigt wird, wobei die vorbekannten Informationen CAD Informationen über eine Zusammensetzung des Wafers 7 an einer Inspektionsposition (33,35), vorhergehende Inspektionsaufgaben an benachbarten Inspektionspositionen (33,35), oder eine vorhergehende Messungen an der Inspektionsposition (33,35) enthalten.
Methode nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung von Einstellparametern die Ermittlung eines Abstands der Inspektionsposition (33,35) zu einem Rand des Wafers 7 umfasst.
Methode gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ausgewählten Einstellparameter Parameter von Komponenten innerhalb eines Beleuchtungspfads 13 und innerhalb eines Detektionspfads 11 des Vielstrahlsystems 1 umfassen, und mindestens einen der folgenden Parameter umfassen: - Neuausrichtung des Wafers 7 mit dem Verfahrtisch 500 an der ersten Inspektionsposition (33,35), - Ansteuerung von Korrekturelektroden zur Beeinflussung eines Absaugfeldes 113 an der ersten Inspektionsposition (33,35) auf der Oberfläche 15 des Wafers 7, - Ansteuerung einer Ablenkvorrichtung (107, 110) im Beleuchtungspfads der Teilchenstrahlen 3 zur Kompensation eines Versatzes der Rasteranordnung 41 auf der Oberfläche 25 des Wafers 7, - Veränderung eines Arbeitspunkts des Vielstrahlsystems 1 zur Einstellung eines Maßstabs der Rasteranordnung 41, - Veränderung einer digitalen Bildauswertung.
Verfahren zur Bestimmung eines komplexen Vielstrahleffekts 41, umfassend - Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten Inspektionsbildes einer Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Teilchenstrahlen (3,9) mit einer Detektorkamera 207 durch Abscannen eines Ausschnitts einer strukturierten Oberfläche 25 eines Wafers 7 und Ausmittlung eines Bildkontrastes der Oberflächenstruktur des Wafers 7, - Analyse des Inspektionsbildes zur Bestimmung mindestens einer Abweichung der Rasteranordnung 41 der Auftrefforte (5,15) der Vielzahl der Teilchenstrahlen von einer vordefinierten Rasteranordnung 41 und einer Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte (5,15) der Teilchenstrahlen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Ausmittlung eines Bildkontrastes durch schnelles Abscannen des Ausschnitts der Oberfläche 25 des Wafers 7 mit einer Bildaufnahmezeit von T1 < T2, bevorzugt weniger als T1 < T2/10, beispielsweise T1 < T/100 erfolgt, wobei T2 der Zeit zur Bildaufnahme des Ausschnitts der Oberfläche 25 mit hoher Ortsauflösung mit einer Pixelgröße von 2nm, 1nm oder weniger entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei T1 weniger als 100ms, bevorzugt weniger als 10ms beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Ausmittelung des Bildkontrastes der Oberflächenstruktur des Wafers 7 durch zeitliche Mittelung des Detektionssignals erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Abweichung der Rasteranordnung 41 mindestens einen der folgenden Fehler umfasst: einen Maßstabsfehler 41a, einen Versatzfehler 41b, eine Verzerrung 41c, eine Verdrehung 41g, eine lokale Abweichung 41 d nur einzelner Strahlen der Rasteranordnung 41.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte (5,15) mindestens einen der folgenden Fehler umfasst: einen konstanten Astigmatismus, einen linearen Astigmatismus mit linearem Verlauf des Astigmatismus über die Rasteranordnung 41, einen konstante Fokusfehler, einen linearen Fokusfehler mit linearem Verlauf des Fokusfehlers über die Rasteranordnung 41.
Vielstrahlsystem 1 mit einer Vielzahl von primären Teilchenstrahlen (3) und einer Vielzahl von sekundären Teilchenstrahlen (9), umfassend - einen ortsauflösenden Detektor 207, - mindestens ein Ablenksystem (110,222) zur Ablenkung der Vielzahl der primären und sekundären Teilchenstrahlen (3,9) zur kollektiven Abrasterung eines Ausschnitts einer strukturierten Oberfläche 25 eines Wafers 7, - einer Kontrolleinrichtung 800 zur Ansteuerung des Detektors 207 und des Ablenksystems (110,222), wobei die Kontrolleinrichtung 800 und die Detektor 207 dazu ausgelegt sind, eine zeitlich gemitteltes Inspektionsbild einer Rasteranordnung 41 der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 zu erfassen und/oder ein digitales Bild des Ausschnitts der strukturierten Oberfläche 25 mit einer Ortsauflösung von 2nm, 1nm oder weniger zu erfassen.
Vielstrahlsystem 1 gemäß Anspruch 19, wobei die Kontrolleinrichtung 800 dazu konfiguriert ist, in einem ersten Betriebsmodus zur Erfassung des zeitlich gemitteltes Inspektionsbilds der Rasteranordnung 41 eine Vielzahl der primären Teilchenstrahlen (3) über den Ausschnitt der strukturierten Oberfläche 25 des Wafers 7 mit dem Ablenksystem (110) schnell in einer Zeit T1 abzurastern, und in einem zweiten Betriebsmodus zur Aufnahme des digitalen Bildes des Ausschnitts der strukturierten Oberfläche 25 die Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3 über den Ausschnitt der strukturierten Oberfläche 25 des Wafers 7 mit dem Ablenksystem 110 langsam in einer Zeit T2 abzurastern, wobei T1 < T2, bevorzugt T1 < T2 /10, beispielsweise T1 < T2/100.
Vielstrahlsystem 1 gemäß Anspruch 20, wobei der Detektor 207 einen ersten Detektor 207a und einem zweiten Detektor 207b enthält, und das Vielstrahlsystem 1 eine Detektionseinheit 200 mit einem Strahlablenker 224 aufweist, der von der Kontrolleinheit 800 angesteuert wird und dazu konfiguriert ist, während dem Betrieb die Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen entweder auf den ersten Detektor 207a oder auf dem zweiten Detektor 207b abzulenken.
Vielstrahlsystem 1 gemäß Anspruch 21, wobei Strahlablenker 224 dazu konfiguriert ist, während dem Betrieb die Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen entweder auf den ersten Detektor 207a oder auf dem zweiten Detektor 207b an konstanter Position zu halten.
Vielstrahlsystem gemäß Anspruch 19, wobei der Detektor 207 zur gleichzeitigen Erfassung des zeitlich gemitteltes Inspektionsbild der Rasteranordnung 41 der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9 und des digitalen Bildes des Ausschnitts der strukturierten Oberfläche 25 mit hoher Ortsauflösung mit einer Pixelgröße von 2nm, 1nm oder weniger ausgelegt ist.
Vielstrahlsystem gemäß Anspruch 23, wobei der Detektor 207 einen Elektronenkonversionselement enthält, welches aus Elektronen Photonen generiert, und wobei Photonen gleichzeitig mit einen ersten, schnellen Lichtdetektor zur Erfassung eines Ausschnitts der Waferoberfläche 25 und einem zweiten, langsamen Lichtdetektor zur Erfassung des Inspektionsbilds der Rasteranordnung 41 detektiert werden.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Kontrolleinrichtung 800 ferner dazu konfiguriert ist, aus dem Inspektionsbild der Rasteranordnung 41 einen komplexen Vielstrahleffekt bestehend aus einer Veränderung der Auftrefforte der Vielzahl der Teilchenstrahlen (3,9) und einer Veränderung der Form und Größe der Fokuspunkte der Teilchenstrahlen (3,9) zu ermitteln und aus dem komplexen Vielstrahleffekt Änderungen der Einstellparameter des Vielstrahlsystem 1 abzuleiten und einzustellen.
Vielstrahlsystem 1 gemäß Anspruch 25, wobei die Kontrolleinrichtung 800 mit einer Vielzahl von Komponenten eines Beleuchtungspfades 13 und eines Detektionspfads 11, inklusive Komponenten zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes 113 des Vielstrahlsystems 1 verbunden ist und dazu konfiguriert ist, Einstellparameter der Komponenten des Beleuchtungspfades 13 und des Detektionspfads 11, inklusive Komponenten zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes 113 zu Verringerung des komplexen Vielstrahleffekts anzusteuern.
Vielstrahlsystem 1 gemäß Anspruch 26, wobei das Vielstrahlsystem 1 ferner folgende Komponenten enthält, die mit der Kontrolleinrichtung 800 zur Ansteuerung verbunden sind: - einen quasistatischer Ablenker 107 für die Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3, - einen dynamischer Ablenker 110 für die rasternde Ablenkung der primären Teilchenstrahlen 3 und sekundären Teilchenstrahlen 9, - einen dynamischer Ablenker (222,224) für die rasternde Ablenkung der sekundären Teilchenstrahlen 9, - elektrostatische oder magnetische Linsen (306.2, 307, 103.2, 102) mit veränderlicher fokussierender Wirkung, - eine Rasteranordnungen von Multipolelementen (306.2) zur Beeinflussung der primären Teilchenstrahlen 3, - Korrekturelektroden 153 zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes (113) zwischen der Waferoberfläche 25 und einer Gegenelektrode 151 eines Objektivlinsensystem 102 des Vielstrahlsystems 1.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 19 bis 27, ferner umfassend: - einer elektrische Kontaktierung der Gegenelektrode 151 unterhalb der Objektivlinse 102 oder eines Teils der Objektivlinse 102 zur Versorgung während des Betriebs mit einer ersten Spannungsdifferenz V1, - einen Verfahrtisch 500 mit einer Aufnahmefläche 505 zur Aufnahme und Positionierung eines Wafers 7 unterhalb der Objektivlinse 102, - eine elektrische Kontaktierung der Aufnahmefläche 505, um während des Betriebs den Wafer 7 mit einer zweiten Spannungsdifferenz V2 zu beaufschlagen, wobei der Verfahrtisch 500 ferner mindestens eine Korrekturelektrode 153 im Umfang der Aufnahmefläche 505 aufweist, mit einer elektrische Kontaktierung zur Versorgung während des Betriebs mit mindestens einer dritten Spannungsdifferenz V3 zur Erzeugung eines im Randbereich eines Wafers 7 homogenen Absaugfeldes 113.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner eine Einheit 812 zur Bildauswertung enthält, und wobei die Kontrolleinheit 800 dazu konfiguriert ist, zur Korrektur mindestens eines Teils des komplexen Vielstrahleffekts die Einheit zur Bildauswertung 812 mit einem Korrektursignal anzusteuern.
Vielstrahlsystem 1 zur Waferinspektion, mit einer Vielzahl von primären Teilchenstrahlen (3) und einer Vielzahl von sekundären Teilchenstrahlen (9), umfassend - einen Verfahrtisch 500 zur Aufnahme eines Wafers 7, - einen ortsauflösenden Detektor 207, - ein erstes Ablenksystem 110 zur Ablenkung der Vielzahl der primären Teilchenstrahlen 3 zur kollektiven Abrasterung eines Ausschnitts einer strukturierten Oberfläche 25 des Wafers 7, - ein zweites Ablenksystem 222 zur Ablenkung der Vielzahl der sekundären Teilchenstrahlen 9, um die Fokuspunkte 15 der sekundären Teilchenstrahlen 9 auf dem Detektor 207 konstant zu halten, - einer Kontrolleinrichtung 800, - einer Vielzahl von Komponenten eines Beleuchtungspfades 13 und eines Detektionspfads 11, inklusive Komponenten (151, 153, 505) zur Einstellung eines homogenen Absaugfeldes 113 des Vielstrahlsystems 1, wobei die Kontrolleinrichtung 800 dazu konfiguriert ist, eine Liste von Inspektionsaufgabe an einer Vielzahl von Inspektionspositionen (33,35) zu erfassen und abzuarbeiten, wobei die Kontrolleinrichtung 800 ferner dazu konfiguriert ist, die Einstellparameter der Komponenten des Beleuchtungspfades 13 und des Detektionspfads 11, inklusive Komponenten (151, 153, 505) zur Einstellung des homogenen Absaugfeldes 113 zu Verringerung eines komplexen Vielstrahleffekts an einer Inspektionsposition (33,35) einzustellen.
Vielstrahlsystem 1 gemäß 30, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner dazu konfiguriert ist, den Abstand einer Inspektionsposition (33,35) zu einem Rand 43 des Wafers 7 zu erfassen und einen komplexen Vielstrahleffekt, der durch den Waferrand 43 hervorgerufen würde, zu kompensieren.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner dazu konfiguriert ist, vor einer Messung oder Inspektion an einer Inspektionsposition (33,35) aus CAD-Daten die Zusammensetzung des Wafers 7 an der Inspektionsposition (33,35) zu bestimmen und einen komplexen Vielstrahleffekt, der durch die Zusammensetzung hervorgerufen würde, zu kompensieren 41.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner über einen Speicher verfügt und dazu konfiguriert ist, gespeicherte Parameter aus gespeicherten Inspektionsaufgaben an ähnlichen Inspektionsstellen zu ermitteln und zur Verringerung eines komplexen Vielstrahleffekts an einer Inspektionsposition (33,35) einzustellen.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner dazu konfiguriert ist, Parameter aus vorhergehenden Inspektionsaufgaben an benachbarten Inspektionsstellen zu ermitteln und zur Verringerung eines komplexen Vielstrahleffekts an einer Inspektionsposition (33,35) einzustellen.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner dazu konfiguriert ist, ein Scanprogramm zur Ansteuerung der ersten und zweiten Ablenksysteme (110,222) zu ändern, um einen komplexen Vielstrahleffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Vielstrahlsystem 1 gemäß einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei die Kontrolleinheit 800 ferner dazu konfiguriert ist, einen Arbeitspunkt des Vielstrahlsystems 1 zu ändern, um einen komplexen Vielstrahleffekt zumindest teilweise zu kompensieren.
Verfahrtisch 500 für ein Vielstrahlmikroskop 1, mit - einer Aufnahmefläche 505 zur Aufnahme eines Wafers 7 mit einer Berandung 43 und einem Durchmesser D, über die der Wafer 7 während des Betriebs mit einer Spannung V2 beaufschlagt werden kann, - einer ringförmigen Elektrode 153, die im Umfang der Aufnahmefläche 505 angeordnet ist und einen Innendurchmesser DI > D aufweist, so dass bei Aufnahme eines Wafers 7 ein Abstand zwischen der Berandung 43 des Wafers 7 und der ringförmigen Elektrode 153 ausgebildet wird, - wobei die Elektrode 153 zur Aufnahmefläche 505 isoliert ist, so dass während des Betriebs die ringförmige Elektrode 153 mit einer Spannung V3 beaufschlagt werden kann.
Verfahrtisch 500 gemäß Anspruch 37, wobei die ringförmige Elektrode 153 durch eine Vielzahl von beispielsweise zwei, vier, acht oder mehr voneinander isolierten Elektrodensegmenten ausgebildet ist, die mit mindestens einer ersten Spannung V3 beaufschlagt werden können.
Vielstrahlsystem 1 mit einem Verfahrtisch 500 gemäß Anspruch 37 oder 38.
Vielstrahlsystem 1 gemäß Anspruch 39, wobei das Vielstrahlsystem 1 ferner über eine Kontrolleinheit 503 verfügt, die dazu konfiguriert ist, während des Betriebs die Spannung V2 und die mindestens erste Spannung V3 zur Erzeugung eines homogenen Absaugfeldes einzustellen.
Methode zur Einstellung eines Vielstrahlsystem 1 zur Inspektion eines Wafers 7, welche folgende Schritte beinhaltet: - Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Referenzbildes einer Rasteranordnung 41 einer Vielzahl von Teilchenstrahlen mit einer Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen einer Referenzposition auf einem Wafer 7 innerhalb einer ersten Zeit T1; - Anfahren einer Inspektionsposition (33,35); - Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Teilchenstrahlen an einer Inspektionsposition (33,35) mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition (33,35) innerhalb der ersten Zeit T1; - Analyse des ersten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 und des ersten Referenzbildes der Rasteranordnung 41 und Ableitung von ausgewählten Einstellparametern zur Anpassung des Vielstrahlsystems 1 für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsstelle (33,35); - Einstellung des Vielstrahlsystems 1 mit den ausgewählten Einstellparametern; - Aufnahme eines Inspektionsbildes der Oberfläche 25 des Wafers 7 mit hoher Ortsauflösung durch langsames Abscannen der Inspektionsposition (33,35) in einer zweiten Zeit T2, wobei T1 < T2, bevorzugt T1 < T2/10, beispielsweise T1 < T2/100.
Methode nach Anspruch 1, welche ferner eine erneute Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten zweiten Referenzbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Primärstrahlen mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Referenzposition innerhalb der ersten Zeit T1 nach der Einstellung des Vielstrahlsystems 1 mit den ausgewählten Einstellparametern beinhaltet.
Methode nach Anspruch 1, welche ferner eine erneute Bildaufnahme eines zeitlich gemittelten zweiten Inspektionsbildes der Rasteranordnung 41 der Vielzahl von Primärstrahlen mit der Detektorkamera 207 durch schnelles Abscannen der Inspektionsposition (33,35) innerhalb der ersten Zeit T1 und eine Überprüfung der Einstellung des Vielstrahlsystems 1 mit den ausgewählten Einstellparametern beinhaltet.
Methode gemäß einer der Ansprüche 41 bis 43, wobei die ausgewählten Einstellparameter mindestens einen der folgenden Parameter umfassen: - Neuausrichtung des Wafers 7 mit einem Verfahrtisch 500; - Ansteuerung von Elektroden (151,153, 505) zur Beeinflussung eines Feldverlaufs eines Absaugfeldes 113 an der Oberfläche 25 des Wafers 7; - Ansteuerung eines Strahlablenkers (107, 110, 222) zur Kompensation eines Versatzes der Rasteranordnung 41; - Veränderung eines Arbeitspunkts des Vielstrahlsystems zur Einstellung eines Maßstabs der Rasteranordnung 41; - Veränderung einer digitalen Bildauswertung.
Methode gemäß einer der der Ansprüche 41 bis 44, welche ferner ein Zuordnen der ausgewählten Einstellparameter zu der Inspektionsposition (33,35) und Speichern der Zuordnung beinhaltet.
Methode nach Anspruch 45, ferner umfassend die wiederholte Inspektion von mindestens einem zweiten Wafer 7 an einer Inspektionsposition (33,35) mit den der Inspektionsposition (33,35) zugeordneten und gespeicherten Einstellparametern.
Methode nach einem der Ansprüche 41 bis 46, wobei die Referenzposition einer vorangehende Inspektionsposition (33,35) entspricht.
Methode nach einem der Ansprüche 41 bis 46, wobei die Referenzposition einer Position auf einem Referenzobjekt entspricht.
Methode der Waferinspektion mit einem Vielstrahlsystem 1, welche folgende Schritte beinhaltet: a. Anfahren einer Inspektionsposition auf einem Wafer 7; b. Ermitteln, basierend auf der Inspektionsposition, von vorab ermittelten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops 1 für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition; c. Einstellen der ermittelten Einstellparameter d. Durchführung einer Bildaufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche 25 des Wafers 7 an der Inpektionsposition.
Methode nach Anspruch 49, welche ferner beinhaltet: - Laden von vordefinierten Einstellparametern des Vielstrahlmikroskops, welche zu der Inspektionsposition zugeordnet sind; - Interpolieren der Einstellparameter für eine optimale Bildgebung an der Inspektionsposition aus mindestens zwei Einstellparametern, die zwei benachbarten Inspektionspositionen zugeordnet sind.
Methode nach Anspruch 49, welche ferner beinhaltet: - Ermitteln von a priori Informationen über die Inspektionsposition, wobei die a priori Informationen mindestens eine der folgenden Informationen beinhalten: - Abstand der Inspektionsposition zu einem Rand 43 des Wafers 7, - CAD-Informationen über die Materialzusammensetzung an der Oberfläche 25 des Wafers 7 an der Inspektionsposition, - Abstand der Inspektionsposition zu vorangehenden Bildaufnahmen an vorangehenden Inspektionspositionen.
Methode nach einem der Ansprüche 49 bis 51, wobei die Einstellparameter Spannungswerte zur Erzeugung eines homogenen Absaugfeldes 143 an der Oberfläche 25 des Wafers 7 an der Inspektionsposition umfassen, und die Spannungswerte Elektroden (151, 153, 505) zugeführt werden.