DE112015002966T5

DE112015002966T5 - Vorbereitung des inspektionsortes

Info

Publication number: DE112015002966T5
Application number: DE112015002966.4T
Authority: DE
Inventors: Richard Simmons; Douglas Masnaghetti; Mark Maccord; Fred Stanke; Scott Young; Christopher Sears
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-07-06
Also published as: US9165742B1; JP6653314B2; CN106537550A; KR20170066311A; IL249968B; IL249968A0; CN106537550B; KR102343215B1; SG11201700143VA; TWI669742B; JP2017535021A; TW201618151A; WO2016057970A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen eine Elektronenstrahl-Abbildungs-/Inspektions-Vorrichtung mit einer Elektronenquelleneinrichtung, um Flutelektronen unmittelbar vor Bilderfassung oder Inspektion auf eine Probe zu richten. Die Vorrichtung umfasst eine erste Einrichtung, dazu ausgebildet, eine Probe in einem ersten Modus zu laden, wobei die erste Einrichtung eine Elektronenquelle beinhaltet, die dazu ausgebildet ist, einen Flutstrahl geladener Teilchen für ein erstes Gebiet der Probe bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst auch eine zweite Einrichtung, dazu ausgebildet, in einem zweiten Modus einen Primärstrahl von Elektronen zu erzeugen und eine Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl und einem zweiten Gebiet der Probe innerhalb des ersten Gebiets zu charakterisieren. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, innerhalb weniger als einer Sekunde von dem ersten Modus in den zweiten Modus umzuschalten.

Description

INANSPRUCHNAHME DER PRIORITÄT
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der gemeinsam übertragenen, anhängigen provisorischen US-Patentanmeldung 62/062,642, eingereicht am 10. Oktober 2014, mit dem Titel „Inspection Site Preparation“, deren gesamter Offenbarungsgehalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
QUERVERWEISE
Die US-Patente 8,748,845 ; 8,541,060 ; 8,329,138 ; 8,110,814 ; 7,928,384 ; 8,013,311 ; 7,335,879 ; 6,633,174 ; 6,569,654 ; und 6,433,561 betreffen alle die vorliegende Offenbarung. All diese Patente werden hierin durch Verweis zur Gänze aufgenommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein Abbildungs- und Inspektionssysteme und spezieller Vorrichtungen und Verfahren zur Ladungssteuerung auf einer Probe und Optimierung von Bildqualität in Abbildungs- und Inspektionssystemen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Abbildung mittels Elektronenstrahl erfordert eine gleichmäßige Ladungsverteilung auf einem Probengebiet, um den Bildkontrast richtig darzustellen. Eine Flutkanone wird verwendet, um anfängliche Ladungen zu neutralisieren, welche beim Transfer der Probe zu dem Abbildungssystem übertragen werden, indem das Probengebiet mit energiereichen Elektronen geflutet wird. Ein derartiges Fluten gleicht auch Ladungen aus, die sich auf der Probe während des Abbildens vom Inspektionsstrahl her aufbauen. In manchen Anwendungen, z.B. beim Abbilden von Halbleiterwafern mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM), wird die Flutkanone nur während des Erfassens von Streifenbildern verwendet. Einzelbilderfassung verwendet die Elektronenkanone sowohl zum Fluten als auch zur Inspektion.
Die Flutkanone ist der im Elektronenstrahlabbildungssystem verwendeten Elektronenkanone sehr ähnlich. Der wesentliche Unterschied ist, dass die Flutkanone, anstatt einen fokussierten Strahl zu emittieren, der auf eine kleine Fläche (z.B. wenige Quadratmikrometer oder weniger) gebündelt ist, einen breiten Elektronenstrahl über eine viel größere Fläche, z-B. ungefähr 1 Quadratzentimeter, versprüht. Die Elektronen von der Flutkanone nähern sich der Probenoberfläche senkrecht an und fluten das Probengebiet. Der typische Aufbau einer Flutkanone beinhaltet ein Hochstromfilament, das eine Metallspitze erhitzt, was die Emission von Elektronen in Richtung einer Extraktorelektrode verursacht. Der Extraktor steuert die Anzahl der Elektronen, welche in Richtung des Wafers emittiert werden, und kann dazu verwendet werden, den Strahl anzuschalten oder abzuschalten (abzublenden). Eine nahe der Waferoberfläche befindliche Wehnelt-Elektrode erzeugt ein elektrisches Feld, um die Anzahl der auf dem Wafer verbleibenden Elektronen zu steuern. Während der Inspektion befindet sich der Wafer auf einem von einer Spannungsquelle gesteuerten Potenzial.
Das Fluten und das Erfassen von Streifenbildern werden gemeinhin nacheinander durchgeführt, können aber gleichzeitig durchgeführt werden. Das Fluten und das Erfassen von Streifenbildern wirken gemeinhin auf verschiedene Gebiete der Probe. Beim Erfassen von Streifenbildern wird die Probe abgebildet, indem der Primärstrahl in einer Richtung (z.B. der X-Richtung) gerastert wird, während die Probe in einer dazu senkrechten Richtung (z.B. der Y-Richtung) bewegt wird. Als ein Beispiel bewegt während einer Waferinspektion ein Tisch die Probe derartig, dass ein Gebiet der Probe geflutet wird, bevor es inspiziert wird. Das Fluten ist typischerweise für die gesamte Dauer eines Streifens an oder aus. Da das Fluten eine signifikant größere Fläche als ein Streifen abdeckt, kann das Fluten abgeschaltet werden, z.B. für jeden zweiten Streifen. Um die Lebensdauer der Flutkanone zu verlängern, kann der Strahl der Flutkanone abgeblendet werden, wenn er nicht benötigt wird, z.B. indem eine geeignete Spannung an den Extraktor angelegt wird.
Es ist dieser Kontext, in dem sich Aspekte der vorliegenden Offenbarung ergeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aufgaben und Vorteile von Aspekten der vorliegenden Offenbarung werden ersichtlich bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein schematisches Diagramm einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
2 ein schematisches Diagramm eines Flutkanonenabschnitts einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
3 ein schematisches Diagramm eines Flutkanonenabschnitts einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
4 ein schematisches Diagramm eines Flutkanonenabschnitts einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
5 ein schematisches Diagramm einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
6 ein schematisches Diagramm eines Flutkanonenabschnitts einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
7 ein schematisches Diagramm eines Flutkanonenabschnitts einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
8 ein schematisches Diagramm eines Flutkanonenabschnitts einer Elektronenstrahlabbildungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist.
9 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel für die geregelte Arbeitsweise einer Flutkanone gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt, welche einen Energiefilter und sekundären Detektor mit einem Auslösekreis zum Beenden des Flutens verwendet.
10A ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel für die geregelte Arbeitsweise einer Flutkanone gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt, welche einen Energiefilter und sekundären Detektor mit einem steuerbaren Integrator zum Messen der Spannungsänderungsrate während des Flutens verwendet.
10B ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel eines steuerbaren Integrators zeigt, der zusammen mit der in 10A gezeigten Vorrichtung verwendet werden kann.
ÜBERSICHT
Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung hat eine Elektronenstrahl-Abbildungs/Inspektions-Vorrichtung eine Elektronenquelleneinrichtung, um Flutelektronen unmittelbar vor der Bilderfassung oder Inspektion auf eine Probe zu richten. Die Vorrichtung umfasst eine erste Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, in einem ersten Modus einen Bereich der Probe mit Ladung zu fluten. Die erste Einrichtung beinhaltet eine Elektronenquelle, die dazu ausgebildet ist, einen Flutstrahl geladener Teilchen für ein erstes Gebiet der Probe bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst auch eine zweite Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, in einem zweiten Modus einen Primärstrahl von Elektronen zu erzeugen und eine Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl und einem zweiten Gebiet der Probe innerhalb des ersten Gebiets zu charakterisieren. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, in weniger als einer Sekunde von dem ersten Modus in den zweiten Modus umzuschalten.
In manchen Ausführungsformen ist die erste Einrichtung eine Flutkanone.
In manchen Ausführungsformen ist die zweite Einrichtung ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), ein Critical-Dimension-Rasterelektronenmikroskop (CD-SEM), ein Elektronenstrahl-Inspektions-System, ein Elektronenstrahl-Review-System oder ein Elektronenstrahl-Lithographie-System.
In mancher Ausführungsform beinhaltet die Elektronenquelle für die erste Einrichtung eine Initialstrahlungsquelle, eine Mikrokanalplatte und einen Extraktor, wobei die Initialstrahlungsquelle dazu ausgebildet ist, die Erzeugung geladener Teilchen durch die Mikrokanalplatte auszulösen, und wobei der Extraktor dazu ausgebildet ist, die geladenen Teilchen zu extrahieren und den Flutstrahl zu formen.
In manchen Ausführungsformen umfasst die erste Einrichtung ferner eine Abblendelektrode, die dazu ausgebildet ist, die erste Einrichtung abzuschalten.
In mancher Ausführungsform ist zumindest ein Bereich des Flutstrahls mit dem Primärstrahl koaxial.
In mancher Ausführungsform ist die erste Einrichtung dazu ausgebildet, den Flutstrahl koaxial mit dem Primärstrahl bereitzustellen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren bereit, das es umfasst, ein erstes Gebiet einer Probe als einen ersten Modus mit einem Flutstrahl geladener Teilchen durch eine erste Einrichtung zu laden, wobei die erste Einrichtung eine Elektronenquelle beinhaltet; ein zweites Gebiet der Probe innerhalb des ersten Gebiets als einen zweiten Modus mit einem Primärstrahl von Elektronen durch eine zweite Einrichtung abzubilden; und von dem ersten Modus in den zweiten Modus in weniger als einer Sekunde umzuschalten, bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunden, noch bevorzugter in weniger als 0,01 Sekunden und nochmals bevorzugter in weniger als einer Millisekunde. Es ist wünschenswert, schnell zwischen Fluten und Abbilden umzuschalten, um Ladungsdissipation aufgrund von Entladungsmechanismen mit schneller Zeitkonstante zu minimieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, welche eine Initialstrahlungsquelle umfasst; eine Mikrokanalplatte, wobei die Initialstrahlungsquelle dazu ausgebildet ist, die Erzeugung geladener Teilchen durch die Mikrokanalplatte auszulösen; und einen Extraktor, dazu ausgebildet, die geladenen Teilchen zu extrahieren und einen Strahl der geladenen Teilchen zu formen.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl die folgende detaillierte Beschreibung zum Zwecke der Erläuterung viele spezifische Details enthält, wird jeder Fachmann erkennen, dass viele Variationen und Abwandlungen der folgenden Details innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen. Demgemäß werden die unten beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ohne jede Einbuße der Allgemeinheit und ohne Beschränkungen der beanspruchten Erfindung dargestellt.
EINFÜHRUNG
In konventioneller Rasterelektronenmikroskopie wird ein Elektronenstrahl über eine Probe (z.B. einen Halbleiterwafer) gerastert. Über ein kleines Gebiet der Probe werden typischerweise mehrere Rasterungen durchgeführt. Die Elektronen des Strahls wechselwirken entweder mit der Probe und verursachen eine Emission von Sekundärelektronen, oder sie prallen von der Probe als rückgestreute Elektronen zurück. Die Sekundärelektronen und/oder die rückgestreuten Elektronen werden dann durch einen Detektor detektiert, der mit einem Computersystem verbunden ist. Das Computersystem erzeugt ein Bild, das in dem Computersystem gespeichert und/oder angezeigt wird.
Typischerweise ist eine bestimmte Ladungsmenge erforderlich, um ein zufriedenstellendes Bild bereitzustellen. Diese Ladungsmenge hilft dabei, Kontrast in Merkmalen der Probe hervorzubringen. Auf einer Probe, die aus im Wesentlichen isolierendem Material (z.B. einem Halbleiter oder einem Halbleiteroxid oder -nitrid) besteht, kann die Durchführung einer oder mehrerer Rasterungen über ein kleines Gebiet dazu führen, dass die Probe in dem Abbildungsgebiet positive oder negative Überschussladung relativ zum Rest der Probe ansammelt. Positive Überschussladung kann eine signifikante Potenzialbarriere für Sekundärelektronen bilden und dazu führen, dass weniger Sekundärelektronen den Detektor erreichen. Somit erscheint das Abbildungsgebiet wahrscheinlich dunkler. Andererseits kann negative Überschussladung die Sammlung von Sekundärelektronen steigern, was zu einer Sättigung des Bildes führt.
Von einem früheren Betrachtungs- oder Bearbeitungsvorgang verbleibende Überschussladung kann daher Verzerrung verursachen. Eine in SEM-Einrichtungen verwendete Lösung ist, in einer Vakuumkammer eine Flutkanone nahe der Abbildungssäule vorzusehen und die Probe zu einer von der Inspektion verschiedenen Zeit mit geladenen Teilchen von der Flutkanone zu fluten. Somit gleicht das Fluten die auf der Probe auftretende Ladung aus und verbessert daher die Spannungskontrastbilder.
Insbesondere kann die Flutkanone eine Glühemissions-Elektronenkanone sein, welche ein oder mehrere Wolframfilamente als Elektronenquelle verwendet. In der Glühemissions-Elektronenkanone werden Elektronen von einem erhitzten Filament emittiert und dann zu einer Anode beschleunigt. Eine Glühemissions-Elektronenkanone kann einen Gesamtelektronenstrom von bis zu 100 μA liefern. Eine andere Art zur Erzielung von Emission ist, die „Austrittsarbeit (Energiebarriere)“, welche die Emission begrenzt, zu vermindern. Materialien mit niedrigerer Austrittsarbeit emittieren bei niedrigeren Temperaturen (z.B. Lanthan-Hexaborid (LaB₆)). Leider können LaB₆-Emitter in manchen Anwendungen nicht benutzt werden, da sie zur Bildung von Bortrioxid, einem Isolator, neigen, welches an Stellen in der Kammer abgeschieden wird, wo es nicht erwünscht ist.
Eine weitere verbreitete, heutzutage verwendete Art vom Elektronenquelle ist eine Feldemissionsquelle. Diese Art Quelle verwendet ein starkes elektrisches Feld an einem oder mehreren Emittern, um Emission bei deutlich niedrigerer Temperatur als eine Glühemissionsquelle zu erzeugen. Typische Feldemissionsquellen haben eine oder mehrere elektrisch leitende scharfe Spitzen, die nahe einem Extraktor befindlich sind. Eine Spannung zwischen der/den scharfen Spitze(n) und dem Extraktor erzeugt ein großes elektrisches Feld in der Nachbarschaft der Spitze aufgrund des kleinen Radius der Spitze. Als Folge des starken elektrischen Feldes können Elektronen quantenmechanisch aus dem Leitungsband in das Vakuum tunneln und so Elektronenemission hervorbringen.
In gewöhnlichem SEM-Betrieb bewegt ein Tisch die Probe unter dem SEM weg und verbringt sie zu einer getrennten Position unter der Flutkanone, wenn sich eine aufladende Kontaktschicht als Folge davon bildet, dass die Probe dem Abbildungsstrahl ausgesetzt ist. Die Flutkanone bestrahlt die Probe für einige Minuten, z.B. bis zu 20 Minuten. Nach dem Fluten des Wafers bewegt sich der Tisch zu dem SEM und beginnt die Abbildung.
Ein Nachteil dieser Flutprozedur sind die langen Zeitdauern, die mit dem Fluten, dem Bewegen der Probe zu und von dem SEM und den langen Bilderfassungszeiten einhergehen. Insbesondere muss der Tisch mit der gesamten Probe in den Bereich der Flutkanone bewegt werden. Um das Fluten zu vollziehen, muss die Inspektion mit dem SEM unterbrochen werden, um die Bewegung der Probe in den Bereich der Flutkanone zu ermöglichen. Dies erhöht die für die Inspektion erforderliche Gesamtzeit dramatisch, da die Bewegung und das Fluten der Probe 20 oder mehr Minuten beanspruchen können. Dies führt zu einem gleichermaßen dramatischen Rückgang des Durchsatzes des Inspektionsprozesses. Typischerweise erfordert eine volle Inspektion einer Probe Hunderte Rasterlinien über die Probe und die Dissipation von Ladung kann erforderlich sein nachdem nur wenige Rasterlinien abgearbeitet wurden. Die Gesamtzeit, die für eine zu inspizierende Probe erforderlich ist, ist daher die Summe der separaten Intervalle für Ladungsdissipation (oder Vorladung) und Inspektion. Ferner können, falls die Abbildung über einen langen Zeitraum durchgeführt wird, am Ende des Durchgangs erfasste Bilder sichtbar schlechter sein als die vom Anfang.
Deshalb sind ein Verfahren oder eine Vorrichtung erforderlich welche die Ladungssteuerung mit einer Elektronendosis hoher Stromdichte auf einer Probe erleichtern, ohne die Entfernung der Probe von dem Inspektionsstrahl zu erfordern oder sonst die Unterbrechung des Betriebs des Inspektionsstrahls zu erfordern. Aspekte der vorliegenden Offenbarung beinhalten eine Elektronenstrahl-Abbildungsvorrichtung (z.B. SEM), die eine Elektronenquelleneinrichtung (z.B. Flutkanone) aufweist, um Flutelektronen entlang der Primärachse eines Inspektions-/Abbildungs-Strahls in der Abbildungsvorrichtung zu leiten. Aspekte der vorliegenden Offenbarung erlauben es, eine Probe in situ unmittelbar vor der Bilderfassung zu laden.
Vorrichtung
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in jeder geeigneten Mess-/Inspektions-Einrichtung implementiert werden, die geladene Teilchen zu einer Probe leitet und dann von der Probe emittierte Teilchen detektiert. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Als Beispiel, nicht als Einschränkung, kann die Vorrichtung 100 ein Einzelstrahl- oder Mehrstrahl-Defekt-Review-Rastelektronenmikroskop (SEM) sein, ein Einzelstrahl- oder Mehrstrahl-Defektinspektions-SEM, ein Einzelstrahl- oder Mehrstrahl-Critical-Dimension-Rasterelektronenmikroskop (CD-SEM). In anderen Beispielen kann die Vorrichtung 100 ein Einzelstrahl- oder Mehrstrahl-Elektronenstrahl-Lithographie-System sein.
Die Vorrichtung 100 beinhaltet eine Abbildungs-/Inspektions-Einrichtung und eine Flutkanone, welche in die Abbildungs-/Inspektionseinrichtung integriert ist, wie in 1 gezeigt. Die Abbildungs-/Inspektions-Einrichtung beinhaltet eine Primärsäule 102. Die Säule 102 kann eine Elektronenkanone 104 beinhalten, welche die Quelle von Elektronen für den Primärstrahl (Abbildungs-/Inspektions-Strahl) 106 ist. Kondensorlinsen 108 kondensieren den Strahl 106 zu einem engeren Querschnitt und höherer Dichte. Der Strahl 106 wird unter Verwendung von Rasterspulen oder Rasterplatten 110 steuerbar abgelenkt, um den Strahl über das gewünschte Gebiet zu rastern. Eine Objektivlinse 112 fokussiert den Strahl auf eine Probe 114, welche auf einem Tisch 115 angebracht sein kann, der dazu ausgebildet sein kann, die Probe festzuhalten, zu verschieben und/oder zu rotieren.
Als Beispiel, nicht als Einschränkung, kann die Probe 114 ein Wafer, ein Retikel oder ein Dünnfilmträgersubstrat sein. Zusätzlich ist ein Detektor 116 dazu angeordnet, von der Probe emittierte Sekundärelektronen (und/oder rückgestreute Elektronen) für weitere Verarbeitung und Analyse zu detektieren und zu sammeln. Optional kann ein Energiefilter (nicht gezeigt) eingeschlossen sein, um den Detektor 116 während des Flutens zu schützen. In einer Ausführungsform kann der Energiefilter unter Verwendung eines negativ vorgespannten elektrostatischen Gitters vor einem Detektor angewendet werden. In einer anderen Ausführungsform wird der Energiefilter unter Verwendung eines Omegafilters vor einem Detektor angewendet. In einer anderen Ausführungsform kann der Energiefilter unter Verwendung eines elektrostatischen oder magnetischen Deflektors vor einem Detektor angewendet werden. In noch einer anderen Ausführungsform kann eine Spannung an die Probe 114 angelegt werden, um die Aufprallenergie der Elektronen in dem Strahl 106 zu steuern. Zusätzlich ist eine Flutkanone 200 in der Säule 102 eingebaut und ist dazu ausgebildet, einen Flutstrahl koaxial mit dem Primärstrahl 106 bereitzustellen, wie in 1 gezeigt.
Die Primärelektronenkanone 104, die Kondensorlinsen 108, die Rasterspulen 110, die Objektivlinse 112, der Tisch 115, der Detektor 116 und die Flutkanone 200 können funktionell mit einer Steuerung 120 verbunden sein, welche Spannungsversorgungen beinhalten kann, die dazu ausgebildet sind, in Reaktion auf Hardware- oder Softwareanweisungen diese Elemente mit Spannungen und/oder Strömen zu versorgen. Die Steuerung 120 kann einen Spezialrechner beinhalten oder einen Universalrechner, der dazu ausgebildet ist, nach Ausführung von Codeanweisungen 122, welche in einem Computerspeicher oder einem anderen nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert sein können, als Spezialrechner zu arbeiten.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann die Vorrichtung 100 dazu verwendet werden, Ladungssteuerung während der Probeninspektion gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zu implementieren. Gemäß dem Verfahren kann ein erstes Gebiet der Probe 114 innerhalb eines ersten Bereichs der Probe mit dem Primärstrahl 106 von Elektronen von der Primärsäule 102 abgebildet werden. Das erste Gebiet der Probe kann dann mit einem Strahl geladener Teilchen von der Flutkanone 200 geladen werden. Ein zweites Gebiet der Probe innerhalb des ersten Gebiets kann dann mit dem Primärstrahl von Elektronen von der Primärsäule 102 abgebildet werden. Die Konfiguration der Vorrichtung 100 ermöglicht es, dass eine Zeit zwischen dem Ende der Abbildung des ersten Gebiets und dem Beginn der Abbildung des zweiten Gebiets weniger als eine Sekunde beträgt.
Verfahren
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beinhalten Implementierungen, in denen das Fluten und das Aufnehmen von Streifenbildern gleichzeitig erfolgen, aber auf verschiedenen Gebieten der Probe. Bei der Aufnahme von Streifenbildern wird die Probe abgebildet, indem der Primärstrahl 106 in einer Richtung (z.B. der X-Richtung) gerastert wird, während die Probe 114 in einer dazu senkrechten Richtung (z.B. der Y-Richtung) verschoben wird, und ein Streifenbild über eine Breite der Probe aufgenommen wird. Beispielsweise kann während einer Waferinspektion der Tisch 115 die Probe 114 bewegen, während die Flutkanone 200 einen Flutstrahl bereitstellt, so dass ein Gebiet der Probe, von dem Streifenbilder aufgenommen werden, geflutet wird, ehe es mit dem Primärstrahl inspiziert wird. Um die Lebensdauer der Flutkanone zu verlängern, kann der Strahl der Flutkanone abgeblendet werden, wenn er nicht benötigt wird, z.B. indem eine geeignete Spannung an den Extraktor angelegt wird.
Alternative Implementierungen
Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf Implementierungen beschränkt, welche die Vorrichtung 100 der 1 involvieren. Für solch eine Vorrichtung sind mehrere alternative Konfigurationen möglich. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Flutkanone, die in eine Vorrichtung nach 1 eingebaut werden kann. Insbesondere beinhaltet die Flutkanone 200 eine Elektronenquelle 210, um Flutelektronen 212 zu erzeugen. Als Beispiel und nicht als Einschränkung kann die Elektronenquelle 210 eine Glühemissionsquelle (z.B. Wolfram, Bariumoxid, Lanthanhexaborid oder irgendwelche anderen Vorratskathoden), eine Feldemissionsquelle (z.B. Schottky-Emitter, Anordnung aus gewöhnlichen Kaltkathoden oder Karbonnanoröhren) oder photoelektrische Emissionsquelle (z.B. Mikrokanalplatte und einfache Dynodenkette) sein. In einem anderen Beispiel kann der Primärstrahl an Elektronen nach Defokussierung des Strahls 106 als die Elektronenquelle 210 genutzt werden. Es sei angemerkt, dass die Elektronenquelle 210 dazu ausgebildet sein kann, schnell an- und auszuschalten, durch Verwendung von z.B. schnellen Spannungsversorgungen. Für Feldemissionsquellen beinhalten andere Möglichkeiten, die Quelle 210 an- und auszuschalten, eine Vorspannung der Quelle (z.B. eine CNT-Anordnung) bis nahe an die Emission und dann eine Photoanregung der Elektronenemission mit Photonen von z.B. Laser, LED, UV, DUV, VUV oder anderer Lichtquelle. Ferner fokussiert die mit Spannungsversorgungen 290a verbundene Linse 220 die Flutelektronen 212 und legt eine Brennfleckgröße für nachgeordnete Optik des Primärstrahls 106 fest. Die Flutkanone 200 beinhaltet auch ein Abblendgitter 230, das mit den Spannungsversorgungen 290b verbunden ist, um im Bedarfsfall die Flutkanone 200 abzuschalten. Beispielsweise kann an das Abblendgitter 230 ein bestimmter Spannungswert (z.B. –10 Volt) bezüglich der Elektronenquelle 210 angelegt werden, um dadurch den Flutstrahl daran zu hindern, die Probe zu erreichen. Beispielsweise kann, wie in 2 gezeigt, der Primärstrahl von der hohen Spannung für das Fluten durch eine Metallröhre 270 abgeschirmt werden, welche eine enge (z.B. 10 bis 30 Mikrometer Durchmesser) strahldefinierende Apertur (beam defining aperture BDA) aufweist, durch welche der Primärstrahl 106 laufen kann. Abschirmgitter 280, die mit Spannungsversorgungen 290c verbunden sind, können ebenfalls in der Flutkanone enthalten sein, um den Primärstrahl 106 vor der hohen Spannung für das Fluten zu schützen.
Eine Vorrichtung gemäß den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine Elektronenflut großer Fläche und hoher Dichte auf der Probe bereitstellen, nur Augenblicke bevor Bilddaten von einer beliebigen Position innerhalb des Flutbereichs erfasst werden. Insbesondere wird eine Probe 114 auf einem Tisch (nicht gezeigt) positioniert, um es dem Primärstrahl 106 und dem Flutstrahl 212 zu ermöglichen, sich über die Probe zu bewegen. In anderen Ausführungsformen bleiben die beiden Strahlen stationär, während der Tisch die Probe unter ihnen bewegt. Die Vorrichtung kann den Betrieb in einem Flutmodus beginnen. In diesem Modus erzeugt die Elektronenquelle 210 der Flutkanone 200 einen Flutstrahl geladener Teilchen (d.h. die Flutelektronen). Der Flutstrahl lädt die Oberfläche des Flutgebiets zu einem bestimmten Potenzial auf, während der Tisch zur Ruhe kommt. Es sei angemerkt, dass die Aufprallenergie des Flutstrahls geladener Teilchen auf jeden Wert eingestellt werden kann. In manchen Implementierungen kann die Aufprallenergie zum Ladungsausgleich niedrig eingestellt werden.
Um die Aufprallenergie der Elektronen von der Flutkanone 200 zu steuern, kann eine Spannung an die Probe 114 angelegt werden. Die Aufprallenergie der Flutelektronen kann über jeden geeigneten Bereich variieren. Beispielsweise kann die Aufprallenergie in manchen Implementierungen so eingestellt werden, dass sie gleich der des Primärstrahls 106 ist. Alternativ kann die Aufprallenergie des Flutstrahls von der des Primärstrahls wesentlich verschieden sein. Beispielsweise kann die Aufprallenergie in manchen Implementierungen sehr hoch eingestellt werden, um bestimmte Strukturen auf der Probe, z.B. bedeckte Strukturen, für eine Spannungskontrast-(VC)-Abbildung aufzuladen. Dies ermöglicht eine einfachere Abbildung bedeckter Strukturen indem der Kontrast des elektrischen Feldes der Probe 114 nach dem Aufladen durch die Flutkanone 200 abgebildet wird. In einer Ausführungsform kann die Flutkanone 200 einen Gesamtelektronenstrom von wenigen μA bis zu wenigen mA in ein Flutgebiet von 1 mm² bis 100 mm² auf der Probe liefern, indem die Elektronenquelle für ungefähr 1 μs bis ungefähr 1 ms gepulst wird. Die Dauer der Flutzeit wird bestimmt durch die deponierte gewünschte Oberflächenladungsdichte und davon, wie schnell der Flutstrahl an- und ausgeschaltet werden kann. Die Menge der deponierten Ladung kann durch das während des Flutens aufgebaute Oberflächenpotenzial bestimmt werden. Daher kann jeder geeignete Mechanismus zum Erhalten eines Werts der Oberflächenladung für einen Bereich der Probe verwendet werden. Als Beispiel, nicht als Einschränkung, kann ein elektrostatisches Voltmeter oder eine Kelvin-Sonde verwendet werden.
Nach dem Fluten wird die Vorrichtung in den Abbildungsmodus geschaltet und die Bilderfassung beginnt unmittelbar irgendwo in dem Flutgebiet. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann es, vom Ende einer Bilderfassung weniger als eine Sekunde dauern, den Flutmodus zu beginnen und abzuschließen und zum Beginn eines nachfolgenden Abbildungsmodus zurückzuschalten. Bevorzugter kann dies in weniger als 0,1 Sekunden geschehen, noch bevorzugter in weniger als 0,01 Sekunden und sogar noch bevorzugter in weniger als einer Millisekunde. Diese Schaltzeit hängt teils von der Flutzeit ab, welche bevorzugt ungefähr 1 µs bis 1 ms beansprucht, und teils von der Vorlaufzeit des Abbildungssystems nach dem Umschalten von dem Flut- in den Abbildungsmodus. In manchen Betriebsmodi kann das Fluten zusammen mit der Bewegung der Probe 114 durch den Tisch 115 zwischen Bilderfassungsvorgängen stattfinden. Die Bewegung des Tisches kann weniger als 200 Millisekunden in Anspruch nehmen, und die Flutkanone 200 kann z.B. während der letzten paar Millisekunden der Bewegung aktiviert werden.
Die Bilderfassung kann länger als das Fluten dauern, z.B. von ungefähr 0,2 Sekunden bis ungefähr einer Sekunde. Während des Betriebs im Abbildungsmodus trifft der Primärstrahl von der Abbildungs-/Inspektions-Einrichtung ein Abbildungsgebiet innerhalb des Flutgebiets und verursacht die Emission von Sekundärelektronen oder die Freisetzung von rückgestreuten Elektronen von dem Abbildungsgebiet. Die Sekundärelektronen (und/oder die rückgestreuten Elektronen) werden dann durch den Detektor 116 für weitere Verarbeitung und Analyse detektiert. Der Primärstrahl kann sich zur Bilderfassung zu einem weiteren Abbildungsgebiet innerhalb des Flutgebiets bewegen. Ist die Bilderfassung in dem Flutgebiet abgeschlossen, bewegt sich der Tisch zur nächsten interessierenden Position. Die Vorrichtung schaltet dann in den Flutmodus, und der Prozess kann von vorne beginnen.
3 und 4 sind schematische Diagramme einer Flutkanone, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Mikrokanalplatte als Elektronenquelle verwendet. Der Einfachheit halber werden in den 3 und 4 identische Bezugszeichen verwendet, um Komponenten zu bezeichnen, welche zu den Komponenten in 2 identisch sind. Die Beschreibung ähnlicher oder identischer Elemente wird nicht wiederholt.
Die Elektronenquelle der Flutkanone 300 beinhaltet eine Initialstrahlungsquelle 312, eine Mikrokanalplatte (MCP) 314 und ein Extraktorgitter (nicht gezeigt). Die Initialstrahlungsquelle ist dazu ausgebildet, die Erzeugung geladener Teilchen durch die MCP auszulösen, indem sie Strahlung für die MCP 314 bereitstellt, welche die Emission von Elektronen auslöst, z.B. durch Photoemission. Die Initialstrahlungsquelle 312 kann eine Lichtquelle geeigneter Wellenlänge für die Photokathode der MCP sein. Als Beispiel, nicht als Einschränkung, beinhaltet die Initialstrahlungsquelle 312 eine ultraviolette Leuchtdiode (LED) oder einen Laser. Die Sekundärelektronen von der Wechselwirkung zwischen der Strahlung und der MCP werden dann durch das Extraktorgitter extrahiert. Eine Kondensor-Elektrode (nicht gezeigt) kann vorhanden sein, um die vom Extraktorgitter extrahierten geladenen Teilchen zu fokussieren und dadurch einen Flutstrahl geladener Teilchen zu formen. Die MCP 314 kann schnell an- und ausgeschaltet werden, indem die Initialstrahlungsquelle an- und ausgeschaltet wird.
Alternativ kann dies durch schnelle Spannungsversorgungen 315a–c erreicht werden, während die Initialstrahlungsquelle 312 angeschaltet ist. Es sei angemerkt, dass der Flutstrom über die MCP-Verstärkung anpassbar ist. In einigen Ausführungsformen gibt es einen Stapel von MCPs für zusätzliche Verstärkungen. 4 ist der 3 ähnlich mit Ausnahme der Position der strahldefinierenden Apertur (BDA) für den Primärstrahl. In 3 ist die BDA zwischen der MCP 314 und der Probe vorgesehen. In 4 ist die MCP 314 zwischen der BDA und der Probe vorgesehen. In 4 kann die hohe Spannung, die an die Flutkanone angelegt wird, um die Flutelektronen zu beschleunigen, abgeschaltet werden, wenn die Flutkanone nicht in Betrieb ist. Dieses Vorgehen erübrigt ein Abschirmgitter zur Abschirmung des Primärstrahls.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf Implementierungen beschränkt, in denen die Flutstrahlquelle wie in 1 mit der Primärstrahlquelle koaxial ist. Viele andere mögliche Konfigurationen liegen innerhalb des Umfangs von Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise ist 5 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Die Vorrichtung der 5 ist der Vorrichtung der 1 ähnlich, bis auf die Position der Flutkanone. Die Flutkanone 200 der 1 ist entlang der Achse des Primärstrahls 106 vorgesehen, wohingegen die Flutkanone 600 schräg zur Achse des Primärstrahls vorgesehen ist. Die Flutkanone 600 kann eine konventionelle Flutkanone 600a, wie in 6 gezeigt sein, eine Flutkanone 600b mit einer MCP-Quelle, wie in 7 gezeigt, oder eine Flutkanone 600c mit Emittern aus Nanoröhrenanordnungen, wie in 8 gezeigt. Wie in der Vorrichtung 100 der 1 können die Primärelektronenkanone 104, Kondensorlinsen 108, Rasterspulen 110, Objektivlinsen 112, Tisch 115, Detektor 116, Flutkanone 600 und Deflektor 650 funktionell mit einer Steuerung 120 gekoppelt sein. Die Steuerung kann einen Spezialrechner beinhalten oder einen Universalrechner, der dazu ausgebildet ist, nach Ausführung von Codeanweisungen 122, welche in einem Computerspeicher oder einem anderen nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert sein können, als Spezialrechner zu arbeiten.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beinhalten Implementierungen, in denen die Flutstrahlquelle nicht mit dem Primärstrahl koaxial ist, aber in denen der Flutstrahl und der Primärstrahl zumindest teilweise koaxial sind. Beispielsweise zeigt 6 eine Implementierung, in der der Strahl von einer schräg zur Achse angeordneten konventionellen Flutkanone 600a so abgelenkt werden kann, dass er nahe der Probe mit dem Primärstrahl koaxial ist. Solch eine Implementierung kann in eine Vorrichtung 500 nach 5 eingeschlossen werden. In dieser Implementierung wird der Primärstrahl von der hohen Spannung für das Fluten durch eine Erdungseinrichtung abgeschirmt, welche Erdungsstrukturen 680 und ein Erdungsgitter 681 beinhaltet. Zusätzlich ist in der Vorrichtung 500 ein Deflektor 650 beinhaltet, um den Flutstrahl 612 zur Achse des Primärstrahls 106 zu lenken. In einer Ausführungsform kann der Deflektor 650 ein konventioneller elektrostatischer Deflektor sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Deflektor 650 ein Wien-Filter sein. Insbesondere stellt ein Wien-Filter ein E×B-Feld (z.B. eines, in welchem das elektrische Feld und das magnetische Feld zueinander und zum Weg des Primärstrahls senkrecht sind um entgegengesetzt gerichtete Kräfte auf den Primärstrahl ausüben) bereit. Die Größe der magnetischen Kraft hängt von der Stärke des magnetischen Feldes und der Geschwindigkeit der Teilchen im Primärstrahl ab, aber die Stärke der elektrischen Kraft hängt nur von der Stärke des elektrischen Feldes ab. Der Wien-Filter ist gewöhnlich derart kalibriert, dass er den primären Abbildungsstrahl 106 gerade durchlaufen lässt, wohingegen Sekundärelektronen, welche sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen, vom Wien-Filter zu dem Detektor 116 abgelenkt werden. Um den Flutstrahl 612 schnell auf die Achse zu schalten, kann das elektrische Feld des Wien-Filters umgekehrt werden, indem die Polarität der an die Feldplatten angelegten Spannungen getauscht wird. Dies sorgt dafür, dass der Flutstrahl 612 auf die optische Achse gelenkt wird. Sekundärelektronen, die sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Flutstrahl 612 und der Probe ergeben, werden nicht zum Detektor abgelenkt.
7 zeigt eine alternative Flutkanone 600b, die in eine Vorrichtung 500 nach 5 eingeschlossen werden kann. Die Elektronenquelle der Flutkanone 600b beinhaltet eine Initialstrahlungsquelle 602, eine Mikrokanalplatte (MCP) 604 und ein Extraktorgitter (nicht gezeigt). Die Initialstrahlungsquelle ist dazu ausgebildet, die Erzeugung geladener Teilchen durch die MCP auszulösen. Die Initialstrahlungsquelle 602 kann eine Lichtquelle mit für die Photokathode der MCP geeigneter Wellenlänge sein. Als Beispiel, nicht als Einschränkung, beinhaltet die Initialstrahlungsquelle 602 eine ultraviolette Leuchtdiode (LED) oder einen Laser. Die Sekundärelektronen von der Wechselwirkung zwischen der Strahlung und der MCP werden dann durch das Extraktorgitter extrahiert. Eine auf der Achse ausgerichtete Gitterlinse 606 kann vorgesehen sein, um die vom Extraktionsgitter extrahierten geladenen Teilchen zu fokussieren und dadurch einen Flutstrahl geladener Teilchen zu formen. Die MCP 604 ist dazu ausgebildet, schnell an- und ausgeschaltet zu werden, z.B. durch schnelle Spannungsversorgungen. Eine Abblendelektrode/ ein Abblendgitter 608 kann zwischen der MCP 604 und der Linse 606 vorgesehen sein, um die Flutkanone zu deaktivieren.
8 zeigt eine weitere alternative Flutkanone 600c, die in eine Vorrichtung 500 nach 5 eingeschlossen werden kann. Die Elektronenquelle der Flutkanone 600c beinhaltet einen Emitter 605 aus einer Anordnung von Nanoröhren, und zwischen dem Emitter 605 und einer auf der Achse ausgerichteten Gitterlinse 606 kann ein Extraktorgitter 608 vorgesehen sein. Der Emitter aus einer Anordnung von Nanoröhren erzeugt durch Feldemission Elektronen, wenn eine Spannung an eine Anordnung von Nanoröhren angelegt wird. Aufgrund des geringen Durchmessers der Nanoröhren (z.B. in der Größenordnung weniger Nanometer oder darunter) liegt an den Spitzen der Nanoröhren ein hohes elektrisches Feld vor, wenn die Spannung angelegt wird. Die von den Nanoröhren durch Feldemission emittierten Elektronen werden von dem Extraktorgitter extrahiert. Eine an die Gitterlinse 606 angelegte Spannung kann dazu ausgebildet sein, die von dem Extraktorgitter 608 extrahierten geladenen Teilchen zu fokussieren und dadurch einen Flutstrahl zu formen. Das Extraktorgitter 608 kann als eine Abblendelektrode / ein Abblendgitter 608 arbeiten, um Strom von der Flutkanone 600c abzuschalten. Ferner kann die zur Beschleunigung der Flutelektronen an die Flutkanone 600c angelegte hohe Spannung abgeschaltet werden, wenn die Flutkanone nicht in Betrieb ist. Dies vermeidet die Notwendigkeit, den Primärstrahl abzuschirmen. Die Spannungsversorgung, welche die Spannung zwischen dem Extraktorgitter 608 und dem Emitter 605 bereitstellt kann eine Spannungsversorgung mit hoher Schaltgeschwindigkeit sein, dazu ausgebildet, schnell an- und ausgeschaltet zu werden, z.B. mit mehr als 1 Hz, bevorzugter mehr als 10 Hz, noch bevorzugter mit mehr als 100 Hz und sogar noch bevorzugter mehr als 1000 Hz.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Elektronenstrahlabbildungssystem mit Flutkanone in einem in-situ geregelten Flutmodus arbeiten, um das Fluten zu beenden. Insbesondere, wie in 9 gezeigt, kann ein System eine Flutkanone 900, eine Flutkanonensteuerung 905, einen Energiefilter 910 für den Flutdetektor, einen Flutdetektor 915 und einen mit dem Flutdetektor 915 und der Flutkanonensteuerung 905 verbundenen Auslösekreis 920 aufweisen.
Die Flutkanone 900 kann jede hierin beschriebene Art von Flutkanone oder eine konventionelle Flutkanone sein. Die Flutkanone 900 kann derart ausgebildet sein, dass ein Teil des Flutstrahls 901 mit einem Primärstrahl 106 eines Abbildungssystems mit einem Strahl geladener Teilchen (z.B. Rasterelektronenmikroskop) über einen Bereich des Pfads des Primärstrahls nahe einer Probe 114 koaxial ist. Ein Deflektor (nicht gezeigt), z.B. ein Wien-Filter oder elektrostatische Ablenkplatten, kann den Flutstrahl 901 in koaxiale Ausrichtung mit dem Primärstrahl 106 nahe der Probe 114 lenken. Der Flutdetektor ist dazu ausgebildet, Sekundärelektronen 903 und rückgestreute Elektronen von der Probe 114, die aufgrund des Flutstrahls 901 auftreten, zu detektieren. Das Abbildungssystem kann einen separaten Detektor (nicht gezeigt) beinhalten, um während des Abbildens von der Probe ausgesandte Sekundärelektronen zu detektieren.
Der Energiefilter 910 für den Flutdetektor kann ein einfaches Gitter sein, das zwischen die Probe 114 und den Flutdetektor 915 gesetzt wird. Eine Spannung von einer Spannungsversorgung 912 wird an das Gitter gelegt und stößt Elektronen zurück, die eine Gesamtenergie haben, welche geringer als eine bestimmte Energie ist, welche von der Gitterspannung abhängt. Das Gitter kann eine kleine Öffnung haben, die dem Primärstrahl 106 einen freien Weg ermöglicht, um während des Abbildungsvorgangs ungehindert durch den Energiefilter 910 zu laufen.
Das gezeigte System kann wie folgt arbeiten. Der Primärstrahl 106 wird vor dem Fluten abgeschaltet. Der Energiefilter 910 für den Flutdetektor wird auf eine Spannung gebracht, welche einer zu der auf die Probenwafervorspannung (Wafer Bias, WB (so vorhanden)) angewendeten Vorspannung addierten gewünschten Oberflächenladungsspannung entspricht. Beispielsweise würde, wenn die gewünschte Oberflächenladungsspannung +20V beträgt, eine Spannung von WB +20V an den Energiefilter 910 gelegt. Die Steuerung 905 kann die Flutkanone 900 auslösen, um einen in-situ Flutpuls zu beginnen. Mit Einsetzen des Flutpulses lädt der Flutstrahl 901 die Probe auf, und die Probenspannung beginnt, sich in Folge des Aufladens zu verändern. Die Probenspannung könnte ansteigen oder abfallen, aber als Beispiel sei ein Fall betrachtet, in dem die Probenspannung ansteigt. Mit Ansteigen der Probenspannung verlassen Sekundärelektronen und rückgestreute Elektronen die Probe 114 mit zunehmend geringerer Gesamtenergie.
Wenn die Oberflächenladungsspannung den gewünschten Wert (z.B. +20V in diesem Beispiel) erreicht, setzt ein Abschneiden des Sekundärelektronensignals am Flutdetektor 915 durch den Energiefilter 910 ein. Der Energiefilter 910 muss nicht besonders genau sein, solange er hinreichend genau ist. Der Auslösekreis 920 stellt den Abfall des Signals vom Flutdetektor fest, und löst die Flutkanonensteuerung 905 aus, um den Flutpuls zu beenden.
Wenn der Flutstrahlstrom hinreichend groß ist, kann die Ausbeute an Sekundär- und rückgestreuten Elektronen von der Probe während des Flutens größer als 100 Mikroampere (µA) sein. Selbst wenn der Flutdetektor nur einen Teil der Sekundär- und rückgestreuten Elektronen erfasst, sollte dies immer noch dafür ausreichen, dass das Flutdetektorsignal ein adäquates Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to noise ratio, SNR) bei geringer Verstärkung aufweist.
Der Betrieb in einem in-situ geregelten Modus erlaubt sehr schnelles Fluten. Wenn das Fluten hinreichend schnell durchgeführt werden kann, z.B. in deutlich weniger als 1 µs, kann es möglich sein, das Fluten der Probe zu beginnen und zu beenden, während der Primärstrahl (oder die Strahlablenkspannung/der Strahlablenkstrom, wenn der Strahl abgeschaltet wird) am Ende einer Zeile einer Abbildungsrasterung mit dem Primärstrahl in der x-Richtung über den abgebildeten Bereich der Probe zurückbewegt wird, ehe der Primärstrahl die nächste Zeilenrasterung des Bildes beginnt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Elektronenstrahlabbildungssystem mit Flutkanone in einem alternativen Regelkreis betrieben werden, um die während des Flutens an den Energiefilter 910 angelegte Spannung zu messen. Durch Auslesen des Werts der Energiefilterspannung während die Probe geflutet wird, kann der Wert des Oberflächenpotenzials und die Änderungsrate der Oberflächenspannung verfolgt werden. Dies kann benutzt werden, um großflächige Defekte zu identifizieren, beispielsweise eine Kontaktanordnung mit exzessiven Leckströmen. 10A zeigt eine Vorrichtung, welche der Vorrichtung der 9 ähnlich ist. Jedoch ist statt eines mit dem Flutdetektor 915 und der Flutkanonensteuerung 915 verbundenen Auslösekreises ein steuerbarer Integrator 930 zwischen den Flutdetektor und die Spannungsversorgung 912 des Energiefilters geschaltet. Der steuerbare Integrator 930 integriert ein Eingangssignal (z.B. einen Strom) von dem Flutdetektor nach einer definierten Wartezeit (Auslöseverzögerung) über eine bestimmte Zeitdauer (Gate-Breite) und mittelt dann über mehrere Integrationsergebnisse (Samples).
Im Betrieb wird der Energiefilter 910 mit einer bestimmten Spannung, z.B. –5V, bezüglich des Oberflächenpotenzials der Probe vorgespannt. Dies sorgt dafür, dass der Energiefilter alle Sekundärelektronen (SE) mit weniger als 5 eV Anfangsenergie „abschneidet“ oder zurückhält. In diesem Beispiel würden nur Elektronen mit mehr als 5 eV Energie den Detektor 915 erreichen. Dementsprechend ist der Detektorstrom zu dem steuerbaren Integrator 930 ein Wert, der Elektronen mit 5 eV und mehr entspricht. Der steuerbare Integrator beinhaltet einen Summieranschluss, welcher einen Gleichstrom abzieht, der auf den erwarteten Wert des Detektorstroms eingestellt ist. Der Ausgang des Summieranschlusses wird in den Integrator eingespeist. Ist der Detektorstrom gleich dem Bezugsstrom, wird keine Spannung integriert. Ist der Detektorstrom vom Bezugsstrom verschieden, wird Spannung addiert oder subtrahiert. Die Ausgabe des Integrators wird zur Spannung am Energiefilter addiert. Wenn z.B. der Flutstrahl 901 die Probe 114 positiv auflädt, wird der Detektorstrom anfangen, abzunehmen, was zu einer Abweichung vom Bezugsstrom führt, und der Integrator 930 wird eine digitale Ausgabe erzeugen, welche die Spannungsversorgung 912 des Energiefilters anpasst, um dem Oberflächenpotenzial der Probe 114 zu folgen. Dieses Signal kann von einer Systemsteuerung (nicht gezeigt) ausgelesen werden, um das Oberflächenpotenzial zu überwachen.
Als Beispiel, nicht als Einschränkung, zeigt 10B eine mögliche Konfiguration eines steuerbaren Integrators 930‘, der in der Vorrichtung der 10A verwendet werden kann. Der Integrator 932‘ beinhaltet einen ersten, zweiten, dritten und vierten Verstärker 932A, 932B, 932C, 932D, die in Kaskade geschaltet sind, und eine Kondensatorbatterie 934A. Ein Stromsignal vom Detektor 915 kann an einen Eingang des ersten Verstärkers 932A gelegt werden. Ein erster Digital-Analog-(D/A)-Wandler 935, der zwischen einen Ausgang des ersten Verstärkers 932A und einen Eingang des zweiten Verstärkers 932B geschaltet ist, ist so eingestellt, dass er den erwarteten mittleren Detektorstrom zu Null setzt. Ein Gate-Schalter 936 zwischen dem Ausgang des zweiten Verstärkers 932B und einem Eingang des dritten Verstärkers kann verwendet werden, um den Integrator anzusteuern, wenn der Flutstrahl 901 abgeblendet ist, z.B. während der Zurückbewegung der Probe 114. Die Kondensatorbatterie 934 beinhaltet mehrere unterschiedliche, geschaltete Kondensatoren, welche zwischen einem Eingang und einem Ausgang des dritten Verstärkers 932C parallel geschaltet sind. Jeder Kondensator der Kondensatorbatterie 934 hat einen entsprechenden Schalter. Durch selektives Öffnen oder Schließen der Schalter kann eine bestimmte Kombination von Kondensatoren genutzt werden, um die Integrationszeitkonstante für verschiedene Rasterungsraten einzustellen. Das selektive Öffnen und Schließen der Schalter kann auch verwendet werden, um den Integrator zurückzusetzen. Ein Abkoppelschalter 936‘ zwischen der Kondensatorbatterie 934 und dem Eingang des vierten Verstärkers 932D kann verwendet werden, um den Integrator abzukoppeln. Ein zweiter D/A-Wandler 937 ist an einen Eingang des vierten Verstärkers 932D gekoppelt, um den Eingang auf die Abschneidespannung des Energiefilters 910 einzustellen. Der Ausgang des vierten Verstärkers 932D ist an einen Analog-Digital-(A/D)-Wandler 938 gekoppelt, welcher ein digitales Signal für die Spannungsversorgung 912 des Energiefilters bereitstellt, welches die an den Energiefilter 910 angelegte Spannung anpasst.
Die Änderungsrate der Spannung am Energiefilter kann überwacht und mit einem gespeicherten Bezugswert verglichen werden, um zu bestimmen, ob auf dem Wafer ein Flächendefekt vorliegt. Alternativ kann der Flutstrahl ein Gebiet der Probe zur Sättigung aufladen, und die entsprechende Spannung am Energiefilter kann mit einem Bezugswert verglichen werden, um zu bestimmen, ob auf dem Wafer ein Flächendefekt vorliegt.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung erleichtern die in situ Ladungssteuerung auf einer Probe in Verbindung mit der Inspektion der Probe mit einem Strahl geladener Teilchen. Indem eine Elektronendosis hoher Stromdichte an eine Probe geliefert wird, kann die Ladung gesteuert werden, ohne zu erfordern, dass die Probe von dem Inspektionsstrahl entfernt wird oder sonst zu erfordern, dass der Betrieb des Inspektionsstrahls für lange Zeiten unterbrochen wird. Diese Vorteile ermöglichen einen größeren Durchsatz an Proben, z.B. Halbleiterwafern, in einer Produktionsumgebung.
Wenn Obiges auch eine vollständige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, ist es möglich, verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente zu verwenden. Deshalb sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht im Hinblick auf die obige Beschreibung, sondern stattdessen im Hinblick auf die angehängten Ansprüche bestimmt werden, einschließlich des vollen Umfangs ihrer Äquivalente. Jedes Merkmal, bevorzugt oder nicht, kann mit jedem anderen Merkmal, bevorzugt oder nicht, kombiniert werden. In den folgenden Ansprüchen bezieht sich der unbestimmte Artikel „Ein“ auf eine Anzahl von einem oder mehreren des dem Artikel folgenden Gegenstands, außer wo ausdrücklich anderes gesagt ist. Die angehängten Ansprüche sind nicht so auszulegen, dass sie „means-plus-function“-Beschränkungen enthalten, es sei denn, eine solche Beschränkung wird in einem gegebenen Anspruch ausdrücklich genannt durch Verwendung des Ausdrucks „Mittel zu“.

Claims

Eine Vorrichtung, umfassend: eine erste Einrichtung, dazu ausgebildet, in einem ersten Modus eine Probe zu laden, wobei die erste Einrichtung eine Elektronenquelle beinhaltet, die dazu ausgebildet ist, einen Flutstrahl geladener Teilchen für ein erstes Gebiet der Probe bereitzustellen; und eine zweite Einrichtung, dazu ausgebildet, in einem zweiten Modus einen Primärstrahl von Elektronen zu erzeugen und eine Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl und einem zweiten Gebiet der Probe innerhalb des ersten Gebiets zu charakterisieren, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, von dem ersten Modus in den zweiten Modus in weniger als einer Sekunde umzuschalten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, von dem ersten Modus in den zweiten Modus in weniger als 0,1 Sekunden umzuschalten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, von dem ersten Modus in den zweiten Modus in weniger als 0,01 Sekunden umzuschalten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, von dem ersten Modus in den zweiten Modus in weniger als 1 Millisekunde umzuschalten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, von dem ersten Modus in den zweiten Modus in weniger als 1 Mikrosekunde umzuschalten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Probe zu fluten, wenn der Primärstrahl am Ende einer Zeile einer Abrasterung eines Bereichs der Probe durch den Primärstrahl zurückbewegt wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Einrichtung eine Flutkanone ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), ein Critical-Dimension-Rasterelektronenmikroskop (CD-SEM) oder ein Elektronenstrahl-Inspektionssystem, ein Elektronenstrahl-Review-System oder ein Elektronenstrahl-Lithographie-System ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenquelle eine Glühemissionsquelle, eine Feldemissionsquelle oder eine photoelektrische Emissionsquelle ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenquelle eine Initialstrahlungsquelle, eine Mikrokanalplatte und einen Extraktor beinhaltet, wobei die Initialstrahlungsquelle dazu ausgebildet ist, die Erzeugung geladener Teilchen durch die Mikrokanalplatte auszulösen, und wobei der Extraktor dazu ausgebildet ist, die geladenen Teilchen zu extrahieren und den Flutstrahl zu formen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Initialstrahlungsquelle eine Leuchtdiode (LED) oder einen Laser beinhaltet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei sich eine strahldefinierende Blende für die zweite Einrichtung zwischen der Mikrokanalplatte und der Probe befindet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Mikrokanalplatte zwischen einer strahldefinierenden Blende für die zweite Einrichtung und der Probe vorgesehen ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenquelle eine Initialstrahlungsquelle, einen Emitter aus einer Anordnung von Nanoröhren und einen Extraktor beinhaltet, wobei die Initialstrahlungsquelle dazu ausgebildet ist, die Erzeugung geladener Teilchen durch den Emitter aus einer Anordnung von Nanoröhren auszulösen, und wobei der Extraktor dazu ausgebildet ist, die geladenen Teilchen zu extrahieren und den Flutstrahl zu formen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Einrichtung ferner eine Abblendelektrode umfasst, die dazu ausgebildet ist, die erste Einrichtung abzuschalten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Bereich des Flutstrahls mit dem Primärstrahl koaxial ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 16, welche ferner einen Deflektor umfasst, um den Flutstrahl so abzulenken, dass er mit dem Primärstrahl koaxial ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Deflektor ein Wien-Filter ist, der dazu ausgebildet ist, den Flutstrahl so abzulenken, dass er mit dem Primärstrahl koaxial ist, indem ein elektrisches Feld des Wien-Filters geschaltet wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Einrichtung dazu ausgebildet ist, den Flutstrahl koaxial mit dem Primärstrahl bereitzustellen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Detektor umfasst, der dazu ausgebildet ist, Sekundärelektronen und/oder rückgestreute Elektronen von der Probe zu detektieren.
Die Vorrichtung nach Anspruch 20, welche ferner einen Energiefilter umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, Sekundärelektronen und/oder rückgestreute Elektronen von der Probe, die weniger als eine ausgewählte Gesamtenergie haben, am Erreichen des Detektors zu hindern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 21, welche ferner einen mit dem Detektor und einer Steuerung, die die erste Einrichtung steuert, verbundenen Auslösekreis umfasst, wobei der Auslösekreis dazu ausgebildet ist, einen Abfall des Signals vom Detektor zu detektieren und ein Abschalten des Flutstrahls durch die Steuerung auszulösen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 21, welche ferner einen steuerbaren Integrator umfasst, der mit dem Detektor und einer Spannungsquelle, die Spannung für den Energiefilter bereitstellt, verbunden ist, wobei der Integrator dazu ausgebildet ist, ein Signal von dem Detektor zu integrieren, wenn sich das Signal von einem Bezugssignal unterscheidet, und ein Steuersignal für die Spannungsversorgung bereitzustellen, welches dafür sorgt, dass sich die Spannung am Energiefilter anpasst, wenn sich eine Oberflächenspannung der Probe ändert.
Ein Verfahren, umfassend: Abbilden eines ersten Gebiets einer Probe innerhalb eines ersten Bereichs der Probe mit einem Primärstrahl von Elektronen von einer ersten Einrichtung; Laden des ersten Gebiets einer Probe mit einem Flutstrahl geladener Teilchen von einer zweiten Einrichtung, wobei die zweite Einrichtung eine Elektronenquelle beinhaltet; und Abbilden eines zweiten Gebiets der Probe innerhalb des ersten Gebiets mit dem Primärstrahl von Elektronen von der ersten Einrichtung, wobei eine Zeit zwischen dem Beenden des Abbildens des ersten Gebiets und dem Beginn des Abbildens des zweiten Gebiets weniger als eine Sekunde beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei eine Zeit zwischen dem Beenden des Abbildens des ersten Gebiets und dem Beginn des Abbildens des zweiten Gebiets weniger als 0,1 Sekunden beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei eine Zeit zwischen dem Beenden des Abbildens des ersten Gebiets und dem Beginn des Abbildens des zweiten Gebiets weniger als 0,01 Sekunden beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei eine Zeit zwischen dem Beenden des Abbildens des ersten Gebiets und dem Beginn des Abbildens des zweiten Gebiets weniger als 1 Millisekunde beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Laden des ersten Gebiets es beinhaltet, ein Gebiet von ungefähr 1 mm Durchmesser mit einem Flutstrom von ungefähr 1 mA für ungefähr 1 μs bis 1 ms zu laden.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Elektronenquelle eine Glühemissionsquelle, eine Feldemissionsquelle oder eine photoelektrische Emissionsquelle ist.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Elektronenquelle eine Initialstrahlungsquelle, eine Mikrokanalplatte und einen Extraktor beinhaltet, wobei die Initialstrahlungsquelle dazu ausgebildet ist, die Erzeugung geladener Teilchen durch die Mikrokanalplatte auszulösen, und wobei der Extraktor dazu ausgebildet ist, die geladenen Teilchen zu extrahieren und den Flutstrahl zu formen.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei die erste Einrichtung dazu ausgebildet ist, den Flutstrahl koaxial zum Primärstrahl bereitzustellen.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei das erste und das zweite Gebiet Teil eines Streifens über eine Breite der Probe sind, und das Laden stattfindet, während der Streifen abgebildet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Laden des ersten Gebiets der Probe stattfindet, wenn der Primärstrahl am Ende einer Zeile einer Abrasterung eines Bereichs der Probe durch den Primärstrahl zurückbewegt wird.
Eine Vorrichtung, umfassend eine Initialstrahlungsquelle; eine Mikrokanalplatte, wobei die Initialstrahlungsquelle dazu ausgebildet ist, die Erzeugung geladener Teilchen durch die Mikrokanalplatte auszulösen; und einen Extraktor, dazu ausgebildet, die geladenen Teilchen zu extrahieren und einen Strahl der geladenen Teilchen zu formen.
Das Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Initialstrahlungsquelle eine LED oder einen Laser beinhaltet.
Eine Vorrichtung, umfassend: eine Flutkanone, dazu ausgebildet, einen Flutstrahl geladener Teilchen für ein erstes Gebiet einer Probe bereitzustellen; einen Detektor, dazu ausgebildet, Sekundärelektronen und/oder rückgestreute Elektronen von der Probe zu detektieren; und einen Energiefilter, welcher dazu ausgebildet ist, Sekundärelektronen und/oder rückgestreute Elektronen von der Probe, die weniger als eine ausgewählte Gesamtenergie haben, am Erreichen des Detektors zu hindern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 36, welche ferner einen mit dem Detektor und einer Steuerung, die die Flutkanone steuert, verbundenen Auslösekreis umfasst, wobei der Auslösekreis dazu ausgebildet ist, einen Abfall des Signals vom Detektor zu detektieren und ein Abschalten des Flutstrahls durch die Steuerung auszulösen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei der Energiefilter ein zwischen dem Detektor und der Probe befindliches Gitter ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 36, welche ferner einen steuerbaren Integrator umfasst, der mit dem Detektor und einer Spannungsquelle, die Spannung für den Energiefilter bereitstellt, verbunden ist, wobei der Integrator dazu ausgebildet ist, ein Signal von dem Detektor zu integrieren, wenn sich das Signal von einem Bezugssignal unterscheidet, und ein Steuersignal für die Spannungsversorgung bereitzustellen, welches dafür sorgt, dass sich die Spannung am Energiefilter anpasst, wenn sich eine Oberflächenspannung der Probe ändert.
Ein Verfahren umfassend: Bereitstellen eines Flutstrahls geladener Teilchen für ein erstes Gebiet einer Probe mit einer Flutkanone; Detektieren von Sekundärelektronen und/oder von rückgestreuten Elektronen von der Probe mit einem Detektor; Verhindern, dass Sekundärelektronen und/oder rückgestreute Elektronen von der Probe, welche weniger als eine ausgewählte Gesamtenergie haben, den Detektor erreichen, mittels eines Energiefilters; und Abstellen des Flutstrahls mit einem Auslösekreis, der einen Abfall des Signals von dem Detektor detektiert, und ein Abschalten des Flutstrahls durch eine Steuerung auslöst.
Ein Verfahren umfassend: Bereitstellen eines Flutstrahls geladener Teilchen für ein erstes Gebiet einer Probe mit einer Flutkanone; Detektieren von Sekundärelektronen und/oder rückgestreuten Elektronen von der Probe mit einem Detektor; Verhindern, dass Sekundärelektronen und/oder rückgestreute Elektronen von der Probe, welche weniger als eine ausgewählte Gesamtenergie haben, den Detektor erreichen, mittels eines Energiefilters; und Integrieren eines Signals von dem Detektor, wenn das Signal von einem Bezugssignal verschieden ist, und Bereitstellen eines Steuersignals an die Spannungsversorgung, welches die Spannung am Energiefilter dazu veranlasst, sich anzupassen, wenn sich eine Oberflächenspannung der Probe ändert.
Das Verfahren nach Anspruch 41, welches es ferner umfasst, eine Änderungsrate des Energiefilters zu überwachen, und die Änderungsrate mit einem gespeicherten Bezugswert zu vergleichen, um festzustellen, ob auf der Probe ein Flächendefekt vorliegt.
Das Verfahren nach Anspruch 41, wobei der Flutstrahl das erste Gebiet der Probe bis zur Sättigung auflädt, und eine entsprechende Spannung am Energiefilter mit einem Bezugswert verglichen wird, um festzustellen, ob auf der Probe ein Flächendefekt vorliegt.