TW201349277A - 多通道偵測器、光學裝置及操作這些多通道偵測器及光學裝置之方法 - Google Patents

多通道偵測器、光學裝置及操作這些多通道偵測器及光學裝置之方法 Download PDF

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Abstract

本發明描述一種用於偵測訊號束之二次帶電粒子偵測裝置。該裝置包括：偵測器配置，該偵測器配置具有至少兩個具有主動偵測區域之偵測元件，其中主動偵測區域由間隙分離；粒子光學裝置，該粒子光學裝置經配置以用於將訊號束分離成訊號束之第一部分並分離成訊號束之至少一個第二部分，該粒子光學裝置經配置以用於聚焦訊號束之第一部分，且該粒子光學裝置經配置以用於偵測及聚焦訊號束之至少一個第二部分，其中粒子光學裝置包括第一電極及至少一個第二電極。其中，第一電極為內部電極且從第一電極向外徑向提供至少一個第二電極。

Description

多通道偵測器、光學裝置及操作這些多通道偵測器及光學裝置之方法
本發明之實施例係關於(例如)用於檢驗系統應用、測試系統應用、微影術系統應用、缺陷審查或臨界尺寸標注應用等之帶電粒子束裝置。該等實施例亦關於操作這些帶電粒子束裝置之方法。進一步地，本發明之實施例係關於(例如)用於電子束檢驗(EBI)之具有用於二次粒子之帶電粒子路徑之應用。確切而言，本發明之實施例係關於帶電粒子單元、帶電粒子偵測裝置、帶電粒子束裝置、帶電粒子多束裝置及操作這些裝置之方法。
在複數個工業領域中，帶電粒子束設備具有許多功能，包括(但不限於)在製造期間檢驗半導體裝置、微影術之曝光系統、偵測裝置及測試系統。因此，存在對結構化及檢驗微米及奈米級內之樣品之高要求。
常常用在帶電粒子束裝置(諸如電子顯微鏡或電子束圖形產生器)中產生及聚焦之帶電粒子束(例如電子束) 來執行微米及奈米級程序控制、檢驗或結構化。相較於(例如)光子束，帶電粒子束提供較優空間解析度，此係歸因於帶電粒子束之短波長。
除解析度外，通量係此等裝置之問題。因大基板區域必須經圖案化或檢驗，故(例如)大於10cm2/min之通量係理想的。在帶電粒子束裝置中，通量取決於影像對比度之平方。因此，需要對比度增強。
高解析度電子光學系統要求目標透鏡與晶圓之間的短工作距離。因此通常在目標透鏡上方之柱管內執行二次電子收集。在第1圖中示意性地圖示常見於先前技術電子束成像系統中之配置。具有長度104之包括發射器105之柱管、目標透鏡10及環形二次電子偵測器115與樣品125間隔工作距離120。來自發射器105之一次電子束130經由環形偵測器115中之開口135導向樣品125。以環繞一次束130之寬錐形自樣品125發射二次電子140。由偵測器115收集二次電子140中之一些電子以產生二次電子(SE)訊號145。
進一步地，此對於在提供高速偵測同時增加成像資訊之許多應用係理想的。舉例而言，在藉由一次電子束輻射樣本時，產生攜帶關於樣本之構形、樣本之化學組分、樣本之靜電勢及其他之資訊的二次電子(SE)。具備構形資訊及/或關於二次粒子之能量之資訊的高速偵測係具有挑戰性的任務，為此需要持續地改良。因此，需要改良基於SEM之工具中(特別是高通量缺陷檢驗或審查工具中)之偵測。或者或另外，對偵測構形成像等而言需要(例如)用降低之串擾分 離若干訊號束。
根據上文，提供如獨立請求項1之二次帶電粒子偵測裝置、如請求項14之帶電粒子束裝置、如請求項15之帶電粒子多束裝置及如請求項16之用於操作偵測裝置之方法。自附屬項、說明書及隨附圖式顯而易見本發明之實施例之進一步態樣、優勢及特徵。
根據一個實施例，提供用於偵測訊號束之二次帶電粒子偵測裝置。該裝置包括：偵測器配置，該偵測器配置具有至少兩個具有主動偵測區域之偵測元件，其中主動偵測區域由間隙分離；粒子光學裝置，該粒子光學裝置經配置以將訊號束分離成訊號束之第一部分並分離成訊號束之至少一個第二部分，該粒子光學裝置經配置以用於聚焦訊號束之第一部分，且該粒子光學裝置經配置以用於偵測及聚焦訊號束之至少一個第二部分，其中粒子光學裝置包括第一電極及至少一個第二電極，其中，第一電極為內部電極且從第一電極向外徑向提供至少一個第二電極。
根據另一實施例，提供帶電粒子束裝置。該裝置包括：帶電粒子束源，該帶電粒子束源用於提供一次帶電粒子束；第一聚焦元件，該第一聚焦元件用於將一次帶電粒子束聚焦在樣品上，其中產生訊號束；及帶電粒子偵測裝置。該偵測裝置包括：偵測器配置，該偵測器配置具有至少兩個具有主動偵測區域之偵測元件，其中主動偵測區域由間隙分離；粒子光學裝置，該粒子光學裝置經配置以將訊號束分離 成訊號束之第一部分並分離成訊號束之至少一個第二部分，該粒子光學裝置經配置以用於聚焦訊號束之第一部分，且該粒子光學裝置經配置以用於偵測及聚焦訊號束之至少一個第二部分，其中粒子光學裝置包括第一電極及至少一個第二電極，其中，第一電極為內部電極且從第一電極向外徑向提供至少一個第二電極。
根據進一步實施例，提供帶電粒子多束裝置。帶電粒子多束裝置包括至少兩個帶電粒子束裝置。兩個裝置中之每一裝置包括：帶電粒子束源，該帶電粒子束源用於提供一次帶電粒子束；第一聚焦元件，該第一聚焦元件用於將一次帶電粒子束聚焦在樣品上，其中產生訊號束；及帶電粒子偵測裝置。偵測裝置包括：偵測器配置，該偵測器配置具有至少兩個具有主動偵測區域之偵測元件，其中主動偵測區域由間隙分離；粒子光學裝置，該粒子光學裝置經配置以將訊號束分離成訊號束之第一部分並分離成訊號束之至少一個第二部分，該粒子光學裝置經配置以用於聚焦訊號束之第一部分，且該粒子光學裝置經配置以用於偵測及聚焦訊號束之至少一個第二部分，其中粒子光學裝置包括第一電極及至少一個第二電極，其中，第一電極為內部電極且從第一電極向外徑向提供至少一個第二電極。
根據又一實施例，提供用於操作偵測裝置之方法。該方法包括以下步驟：偏置粒子光學裝置之第一電極及至少一個第二電極，其中第一電極為內部電極且從該第一電極向外徑向提供至少一個第二電極；及用偵測器組件偵測訊號 束，該偵測器組件具有對應於內部電極之至少一個偵測元件及對應於至少一個外部電極之至少一個偵測元件。
實施例亦針對用於實現所揭示方法之設備，且實施例包括用於執行每一所描述方法步驟之設備部件。此等方法步驟可經由硬體部件、由適當軟體程式化之電腦、經由兩者之任意組合或以任意其他方式執行。此外，根據本發明之實施例亦針對操作所描述設備之方法。該方法包括用於實現設備之每一功能之方法步驟。
2‧‧‧軸
10‧‧‧目標透鏡
11‧‧‧光軸
12‧‧‧電子束
13‧‧‧樣品
14‧‧‧第一偏轉台
14'‧‧‧控制單元
16'‧‧‧控制器
41‧‧‧孔單元
44'‧‧‧控制器
82‧‧‧鄰近電極
82'‧‧‧控制單元
104‧‧‧柱管長度
105‧‧‧發射器
115‧‧‧環形二次電子偵測器
120‧‧‧工作距離
125‧‧‧樣品
130‧‧‧一次電子束
131‧‧‧殼體
132‧‧‧發射器陣列
132'‧‧‧控制單元
133‧‧‧多透鏡系統
133'‧‧‧控制單元
134‧‧‧磁靜電複合透鏡
134'‧‧‧控制單元
135‧‧‧開口/樣品腔室
136‧‧‧樣品台
136'‧‧‧移動控制單元
137‧‧‧電極
139‧‧‧控制
140‧‧‧二次電子束
145‧‧‧二次電子訊號
200‧‧‧二次粒子光學裝置
202‧‧‧中央電極
204‧‧‧外部電極
204a‧‧‧各別部分
204b‧‧‧各別部分
204c‧‧‧各別部分
204d‧‧‧各別部分
205‧‧‧發射器
206‧‧‧分離壁
206a‧‧‧分離壁
206b‧‧‧分離壁
206c‧‧‧分離壁
206d‧‧‧分離壁
208‧‧‧電壓供應元件
215‧‧‧威恩型動量分散濾波器
220‧‧‧電子偵測器配置
222‧‧‧偵測元件
224‧‧‧固持器
301‧‧‧聚焦透鏡
405‧‧‧槍
410‧‧‧開口
415‧‧‧第一磁偏轉器
420‧‧‧第二磁偏轉器
440‧‧‧磁區
301‧‧‧SE聚焦透鏡
445‧‧‧SE對準四極元件
455‧‧‧接地板
520‧‧‧板
525‧‧‧帶正電U形彎管
535‧‧‧帶負電U形彎管
545‧‧‧四極元件
570‧‧‧半球形磁區
900‧‧‧晶圓檢驗系統
901‧‧‧偏轉組件
902‧‧‧電子束柱管
903‧‧‧偏轉組件
904‧‧‧電子束源
906‧‧‧磁束分離器
908‧‧‧目標透鏡
910‧‧‧一次束
912‧‧‧晶圓
914‧‧‧磁區
915‧‧‧x-y台
920‧‧‧成像電子設備
922‧‧‧真空腔室
924‧‧‧隔離框架
926‧‧‧真空泵
928‧‧‧晶圓裝卸器子系統
930‧‧‧電腦系統
932‧‧‧工作站
934‧‧‧輸入/輸出裝置
936‧‧‧顯示器
938‧‧‧匯流排
940‧‧‧PE束控制
942‧‧‧SE光學裝置控制
944‧‧‧偏轉控制
946‧‧‧真空泵控制
948‧‧‧晶圓電壓控制
950‧‧‧台控制
952‧‧‧裝卸器控制
1000‧‧‧多柱管電子束晶圓檢驗系統
1005‧‧‧列
1010‧‧‧電子束柱管
1015‧‧‧電子束柱管
1020‧‧‧電子束柱管
因此，可以詳細理解本發明的上述特徵之方式，即上文簡要概述之本發明之更特定描述可參照實施例進行。隨附圖式係關於本發明之實施例，且隨附圖式描述如下：第1圖示意性地圖示根據最新技術之偵測方案；第2A圖及第2B圖圖示根據本文中所描述實施例之二次粒子光學裝置及偵測組件；第2C圖圖示根據本文中所描述實施例之偵測器配置之視圖；第3A圖圖示系統之示意圖，該系統可用於根據本文中所描述實施例之二次粒子光學裝置及偵測組件，該系統具有威恩濾波器類型分離單元(Wien filter type separating unit)；第3B圖及第3C圖示意性地圖示可用威恩濾波器類型分離單元實現之其他束路徑；第4A圖圖示實施例之示意圖，該等實施例可用於 根據本文中所描述實施例之二次粒子光學裝置及偵測組件，該等實施例具有磁偶極束分離單元；第4B圖至第4D圖示意性地圖示可用磁偶極束分離單元實現之其他射束路徑；第5A圖及第5B圖圖示根據本文中所描述實施例之帶電粒子單元之示意性側視圖；第5C圖圖示根據本文中所描述實施例之具有二次粒子光學裝置及偵測組件的帶電粒子束裝置的示意性側視圖；第6圖圖示根據本文中所描述實施例之帶電粒子束裝置的示意性側視圖；第7圖圖示根據本文中所描述實施例之帶電粒子多束裝置的示意性側視圖；及第8圖圖示根據本文中所描述實施例之帶電粒子多束裝置的示意性側視圖。
現將詳細參考本發明之各種實施例，在諸圖中圖示該等實施例之一或多個實例。在諸圖之以下描述中，相同元件符號表示相同元件。一般而言，僅描述相對於個別實施例之差異。經由說明本發明來提供每一實例，且每一實例並不意謂對本發明之限制。進一步地，可針對其他實施例或結合其他實施例使用說明或描述為一個實施例之部分的特徵結構以獲得又一進一步實施例。本描述意在包括此等修改及變化。
在不限制本申請案之保護範疇的情況下，在下文 中，本申請案之帶電粒子束裝置或部件將被示例性地稱為包括二次電子偵測之帶電粒子束裝置。仍可將本發明之實施例應用於偵測微粒(諸如呈電子或離子、光子、X射線或其他訊號形式之二次及/或背向散射帶電粒子)以便獲得樣品影像之設備及元件。一般而言，當提及微粒時，微粒被理解為光訊號(在光訊號中，微粒為光子)以及粒子(在粒子中，微粒為離子、原子、電子或其他粒子)。
根據可與其他實施例結合之本文中之實施例，訊號束被稱為二次粒子束或二次束，亦即二次及/或背向散射粒子。通常，藉由樣品上的一次束之衝擊產生訊號束或二次束。由帶電粒子束源產生一次束，且在待檢驗或成像之樣品上引導並偏轉一次束。
在本文中所提及之「樣品」包括(但不限於)半導體晶圓、半導體工件及其他工件，諸如記憶體碟等。本發明之實施例可應用於上面沉積有材料或經結構化之任意工件。樣品包括待結構化或上面沉積有層之表面、邊緣或(通常為)斜面。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之一些實施例，設備及方法經配置以用於或應用於臨界尺寸標注應用或缺陷審查應用之電子束檢驗。
一般而言，當提及聚焦帶電粒子束時，理解到降低了帶電粒子束之發散。此意謂著，束之帶電粒子被聚焦或至少朝向後續射束光學元件準直以減少歸因於發散或歸因於帶電粒子之阻塞的帶電粒子損失。相應地，散焦被理解為增加發散。
對缺陷檢驗工具及審查工具或臨界尺寸標注工具而言，可藉由取決於二次粒子之起始角度偵測二次粒子來產生增強之對比度(例如構形對比度)。因此，可獲得經檢驗特徵及/或缺陷之增強對比度。為取決於起始角度偵測二次粒子束，提供二次束與個別偵測元件之分離或偵測。然而，特別是對於在本文中所描述之實施例中提及之高速偵測應用而言，難以製造具有個別區段之感測器，該等區段緊密封裝而在區段間不存在死區，亦即該等區段在感測器元件之間不具顯著間隙。
第2A圖圖示具有偵測元件222之偵測器配置220。如在第2A圖中可見，偵測元件222由偵測元件222之間的間隙彼此分離。偵測元件222由偵測器配置220之固持器224支撐。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之典型實施例，分離(亦即偵測元件222之間的間隙)在對應維度中具有與偵測元件222之主動區域相同之長度。舉例而言，間隙為對應方向上之主動偵測區域之長度的至少0.05倍。通常，間隙可在100μm至500μm之範圍中。偵測區域之一個維度之尺寸可為1mm至5mm。根據更進一步可選替代實施例，間隙可在1mm至10mm之範圍中。間隙與主動區域之對應長度之典型比率G/L(或者或另外，此比率可用於上述間隙維度)可為大於等於1且小於等於7。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，偵測元件222可為PIN二極體，該等PIN二極體 用作用於偵測二次粒子(例如二次電子)之感測器。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，用於分離沿光軸2行進之訊號束之裝置及方法亦可用於其他偵測器，例如包括閃爍計數器、突崩光二極體等之偵測器組件。
如本文中所述，二次粒子或二次電子被理解為背向散射粒子/電子或由於樣品上之一次帶電粒子束之衝擊而產生之粒子/電子。
根據PIN二極體之大頻寬(例如在0.5千兆赫至5千兆赫或2GHz或以上之範圍中之頻寬)，PIN二極體可用於高度偵測應用。因此，Pin二極體之主動區域限制偵測速度。換言之，pin二極體之主動區域越大，偵測速度越慢。因此，pin二極體之主動區域減少至2mm2或以下或甚至1mm2或以下，以便提供0.5GHz或以上或1GHz或以上之頻寬之所要偵測速度。偵測元件222之主動區域之尺寸限定偵測區域相較於偵測區域之間的間隙的比率。因此，具有用於高速偵測之所要頻寬之偵測器配置220在偵測元件之主動區域之間具有間隙。因此，給定由偵測元件222之設計決定之空間分離。
根據本文中所描述之實施例，提供二次粒子光學裝置200。二次粒子光學裝置可為在感測器前面提供之束分裂裝置。舉例而言，二次粒子光學裝置200為電光束分裂裝置。根據本文中所描述之實施例，二次粒子光學裝置200包括用於將二次束偏轉及聚焦至偵測元件222(亦即至偵測器配置220之偵測通道)之偏轉元件及聚焦元件。因此，可藉由二次 束之預定部分撞擊偵測器配置220之每一偵測元件222。根據偏轉及聚焦特性，可執行此舉而在偵測元件222之主動區域之間的死區或間隙中無顯著二次粒子損失。
如在第2A圖及第2B圖中所示，二次束光學裝置200或束分離裝置包括中央電極202及一或多個外部電極204，例如電極204a至電極204d。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之典型實施例，中央電極可為軸向對稱部分，該軸向對稱部分可(例如)以管、椎體形式呈現或以具有圓形、正方形、矩形、六邊形或另一形狀之橫截面形狀之另一圓柱形或錐形形式呈現。中央電極202經配置以用於中央偵測元件222(見第2A圖及第2C圖)。一或多個外部電極204經配置以用於外部偵測元件222。
如在第2C圖中所示，偵測器配置220具有五個偵測元件222，該五個偵測元件222對應於在第2B圖中所示之二次束光學裝置200之區域。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之典型實施例，提供五個區域及對應偵測元件222。因此，可提供中央區域及中央偵測元件以及四個外部區域及四個外部偵測元件。因此，可藉由起始角度辨別自樣品釋放之二次粒子，亦即，中央偵測元件偵測二次粒子或外部偵測元件偵測二次粒子。進一步地，可為對應於外部區域之較大起始角度提供起始角度之方向之分離。因此，取決於偵測器配置之哪一外部偵測元件或通道量測二次粒子，可決定起始角度之方向。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一 步實施例，亦可在內部電極202與一或多個外部電極204之間提供6個、8個、12個或甚至更多外部區域。因此，亦可提供對應數目之分離壁。
第2C圖進一步圖示偵測區域之尺寸，相較於主動偵測區域之間的間隙G，該等偵測區域由標記L指示。因此，偵測器配置220在偵測元件之主動區域之間具有死區。如上所述，此係歸因於反比對應於偵測器配置之頻寬的感測器之主動區域之尺寸。
如在第2B圖中所示，提供電壓供應元件208，且該電壓供應元件208與二次束光學裝置200之各別電極電性連接。根據典型實施例，電壓供應組件可包括一或多個電壓供應，該一或多個電壓供應可提供於共用殼體中或可不提供於共用殼體中。通常，內部電極202、一或多個外部電極204及分離壁206可各自與各別共用電壓供應連接，亦即，電壓供應元件208可包括三個電壓供應或可經配置以用於提供三個獨立可控電壓。然而，每一電極連接至個別電壓供應或電壓供應組件可向每一電極提供個別電壓亦係可能的。對於在第2B圖中所示之實例而言，此將分別對應於九個電壓供應或九個電壓。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之一些實施例，可由分離壁206分離內部電極202與至少一個外部電極204之間的外部區域。第2B圖示例性地圖示四個分離壁206a至206d。因此提供四個外部區域。根據本發明之更進一步可選實施例，亦可由四個分離之外部電極204a至204d提 供外部電極204。
當將中央電極202偏置至所要電勢時，內部電極202提供二次束之中央部分之聚焦。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之典型實施例，中央電勢可在0V至等於束能(例如20keV至40keV)之負電勢之範圍中。進一步地，該外部區域或該等外部區域可提供用於以大起始角度分離二次粒子之偏轉及二次束之各別部分或部分之聚焦。因此，可相對於中央區域將外部區域偏置至(例如)正500V至正5kV之電勢。外部電極204或外部電極204之各別部分204a至204d亦可具有錐形形狀或彎曲形狀。
因此，提供錐形或彎曲電極作為外部電極，且可提供與用於彎曲束之磁區裝置類似之電極配置。然而，與用於沿彎曲電極彎曲束之磁區裝置相比較，二次束光學裝置200之偏轉角度較小。舉例而言，偏轉角度可在5°至30°之範圍中。可關於第5A圖及第5B圖描述磁區元件及磁區元件之實施例之進一步細節。
在第2A圖及第2B圖中所示之二次束光學裝置220具有具備較小偏轉角度之類似功能性。因此，根據可與本文中所描述之其他實施例結合之本文中所描述之實施例，內部電極202與一或多個外部電極204之間的外部區域亦可在一或兩個方向上提供聚焦動作。舉例而言，對於具有分離壁206之實施例而言，可在兩個維度中提供聚焦動作。因此，可藉由為每一外部偵測區段提供側向聚焦動作來進一步改良偵測元件222之主動區域上的二次粒子之收集效率。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，中央電極可具有正方形、矩形、六邊形、圓形或任意其他所要形狀。可藉由具有共用電壓之單一電極204或藉由具有共用電壓或具有各別電壓之經分離電極204a至204d形成外部電極。分離壁206a至分離壁206d可具有不同位置、形狀或電壓。舉例而言，可相對於中央區域將分離壁偏置至負500V至5kV之電勢。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，可提供兩個、三個、四個、五個、六個或甚至更多分離壁206。通常，該數目之分離壁將提供對應於偵測器配置220中之該數目之偵測元件222的許多外部偵測區域。根據典型實例，可將內部電極、一或多個外部電極及一或多個分離壁提供為三個不同電勢，其中根據共用電勢提供內部電極、外部電極及分離壁中之每一者。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之一些實施例，內部電極202及/或外部電極204沿二次束路徑之軸2之長度可在10mm至20mm之範圍中。內部電極之直徑(或其他形狀之對應尺寸)可在1mm至5mm之範圍中。外部電極204之直徑或對應尺寸可在3mm至20mm之範圍中。因此，將二次電子束之內部部分導引至中央電極202內之中央區域，且在中央電極202與至少一個外部電極204之間的外部區域中提供外部部分。
根據更進一步實施例，二次粒子光學裝置200可另外包括經配置以用於聚焦二次粒子之聚焦透鏡301。因此，可 聚焦大體上發散之二次粒子束以穿過內部電極202及在中央偵測元件222處偵測。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，可關閉或可操作聚焦透鏡301，以使得將二次粒子形成為適於分離光學裝置之尺寸之束直徑。因此，二次粒子穿過所有孔開口。根據上文，可實現構形對比度及中央BF成像。
根據本文中所描述之其他實施例，偵測裝置可分析含於二次粒子(例如SEs)束中之角度與高能資訊。因此，可藉由將電極偏置至一電勢以使得僅具有足夠高能量之粒子可穿過電極來提供高能資訊。聚焦透鏡301允許調整訊號束之張角。可根據需要使束髮散或聚合。因此，可改良二次粒子之收集效率。進一步地，可提供構形成像模式與訊號偵測通道影像模式之間的轉換。
根據本文中所描述之實施例，二次束光學裝置200用於帶電粒子束裝置，其中二次束或訊號束與一次束分離，亦即，可將一次束導引在樣品上以用於一次束在樣品上之衝擊及訊號束或二次束之最終產生。
存在用於分離一次電子束與二次電子束之兩個原理方法，該兩個原理方法兩者利用以下事實：穿過磁場之移動電子上之力取決於電子之速率。此為由洛仁力量定律(Lorentz force law)描述之基本原理。因為一次電子及二次電極基本在相反方向上行進，故當行進穿過橫向磁場時，作用在兩個束上之力的方向相反。
一個可能的束分離器為威恩濾波器。在第3A圖中 示意性地圖示根據本發明之實施例之威恩濾波器配置。發射器205發射一次電子束130，該一次電子束130穿過威恩型動量分散濾波器215且由目標透鏡10聚焦在樣本125上。二次電子束140沿與一次電子束130之方向相反之方向穿過目標透鏡10及威恩類型濾波器215。威恩濾波器可經適配以使得一次電子束130不受威恩濾波器215影響地通過，同時在二次電子束140穿過威恩濾波器215時彎曲二次電子束140以使得二次電子束140相對於一次電子束130傾斜地離開柱管。一旦與一次電子束分離，則可(例如)藉由二次電子光學裝置200(用於偏轉及聚焦帶電粒子的帶電粒子單元)聚焦及過濾二次電子而不對一次電子束產生任何影響。電子偵測器220偵測二次電子且為偵測元件222中之每一者(亦即，為偵測通道中之每一者)產生二次電子訊號145。儘管一次束及二次束實際上佔用樣品平面上方之同一實體空間，但為方便說明，按第3A圖中之單獨箭頭繪出一次束及二次束。
威恩濾波器使用交叉電場及磁場，調整電場及磁場之振幅，以使得在一次束上存在零淨力且在二次束上存在偏轉(橫向)力。
在第3B圖及第3C圖中進一步圖示威恩濾波器215之使用之示意圖。因此，調整威恩濾波器內之電場及磁場，以使得在第3B圖中，一次帶電粒子束不受影響。與此相反，在第3C圖中，調整電場及磁場，以使得二次帶電粒子束不受影響。然而，兩個實施例皆利用一次束及二次束之分離。因此，聚焦或過濾可適用於二次帶電粒子束而不影響一次帶電 粒子束。根據進一步選項(未圖示)，將兩個束皆偏轉至同一度數，藉此實現束分離係進一步可能的。
用於分離一次束與二次束之另一方法為使用不具有電場之磁偏轉。第4A圖示意性地圖示根據本發明之實施例之磁束分離器光學裝置之配置。發射器205產生一次電子束130，該一次電子束130首先由第一磁偏轉器415偏轉，以使得一次電子束130以一角度進入第二磁偏轉器420。為將磁束分離器對一次束之影響保持為小的，第一磁偏轉器415中之偏轉角度應保持在10度以下。一次電子束穿過第二磁偏轉器420且將一次電子束導向樣品125。隨後由第二磁偏轉器420偏轉二次電子束140，以使得一次束130與二次束140之分離之總角度α大致為第一磁偏轉器415中之一次束之偏轉角度(15度至20度)之兩倍。此分離足以允許將束彎曲器(磁區440)與一次束130機械隔離且允許束彎曲器(磁區440)足夠強以偏轉二次束140，以使得二次電子現相對於一次束以大角度(彼大角度介於30°與100°之間)行進。
一般而言，可與本文中所揭示之實施例結合之磁區可為靜電的、磁性的或組合靜電磁性的。因為靜電磁區所要求之空間小於用於包括磁部件之磁區之空間，故通常使用靜電磁區。
已至少在一個維度中進行發散(聚焦)之減少之下列磁區440為一組二次電子光學裝置200，該組二次電子光學裝置取決於二次電子之起始角度而另外聚焦及偏轉二次束。值得注意的是，此配置可導致移位元柱管；換言之，一次束 光學裝置之上部分(例如，發射器205及部件1磁偏轉器415)自下部分(部件2磁偏轉器420及目標透鏡10)側向移位。因此，發射器205不具有樣品125之直線可見視圖。在穿過二次電子光學裝置200後，由電子偵測器元件220偵測二次電子束140以分別為偵測元件中之每一者或偵測器通道中之每一者產生二次電子訊號145。
為實現大角度束分離，可使用束分離器後之束彎曲器或磁區。一次束被完全遮罩，且因此未受磁區場之影響。磁區440可為靜電的、磁性的或同時為靜電的及磁性的。在考慮空間的情況下使用靜電束彎曲器。
第4A圖係關於用影響一次帶電粒子束及二次帶電粒子束之磁偏轉器實現之特定實施例。第4B圖至第4C圖示意性地圖示一般而言可實現之應用。該等束路徑可與其他實施例之任意其他細節結合。
其中，圖示磁偏轉器420。在第4B圖中，一次帶電粒子束在界定之入射角度下進入磁偏轉器且朝向樣品偏轉。自樣品釋放之二次電子束朝向光學柱管返回進入磁偏轉器且二次電子束經偏轉以使得一次帶電粒子束及二次帶電粒子束分離。磁偏轉器420用作一次帶電粒子束與二次帶電粒子束之間的分離單元。
可將在第4B圖中所示之一般用途應用於在第4C圖及第4D圖中所示之不同實施例。在第4C圖中，發射電子之槍405相對於衝擊在樣品上的電子方向傾斜。若需要所發射電子與衝擊樣品之電子的平行一次電子束方向，則可使用進 一步磁偏轉器415來補償由磁偏轉器420引起之束傾斜。再次，該等示意性束路徑可與展示帶電粒子光學裝置之進一步細節之任意其他實施例結合。
將關於第5A圖及第5B圖描述進一步實施例。第5A圖圖示磁區440。磁區440具有用於彎曲電子束之帶負電U形彎管535及帶正電U形彎管525。視情況，可提供一對磁區側板。因此，在一個維度中聚焦電子束，且此外，將電子束保持在高能量下以避免可能影響高速偵測之飛行時間效應。第二維度中之聚焦發生在四極元件545中。因此，磁區440及四極形成雙聚焦磁區單元。進一步地，可能可使用圓柱透鏡代替四極以獲得雙聚焦。
電子束進入如本文中所描述之二次束光學裝置200。此後，可由偵測器組件220偵測在高速下且包括與起始角度相關的構形資訊的偵測。
在第5B圖之進一步實施例中，使用半球形磁區570。考慮到半球形形狀，在兩個維度上聚焦進入磁區之電子束。因此，雙聚焦磁區單元570不需要額外聚焦單元。二次粒子導致如上所描述之訊號產生。
根據進一步實施例(未圖示)，可用額外聚焦單元協助雙聚焦磁區單元(第5A圖中之440、545或第5B圖中之570)之聚焦。因此，雙聚焦磁區單元亦可包括額外透鏡，例如單透鏡(Einzel lens)。亦可應用此額外透鏡來將磁區之焦點移動至對應於濾波器之位置的位置。
現將關於第5C圖描述進一步態樣，其中圖示根據一 個實施例之偵測光學裝置。第5C圖包括用作偏轉角度增加單元之磁區440。朝向偵測器元件220進一步偏轉已與光軸分離(例如)3°至15°之角度的二次電子束。
一般而言，靜電束彎曲器可為圓柱形的或半球形的。圓柱形類型經歷以下事實：隨著彎曲束，在一個平面中而不在另一平面中聚焦二次電子。半球形束彎曲器將二次束聚焦在兩個平面中。圓柱形磁區可與經偏置以實現在橫向平面中之聚焦之側板一起使用，從而獲得與半球形磁區類似之聚焦特性。
第5C圖為此類圓柱形磁區之示意圖。關於此圖之透視圖，可將側板(未圖示)定位在磁區電極525與磁區電極535之間的間隙前及間隙後。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，粒子光學裝置200可包括如在第5C圖中所圖示之進一步元件。特別是對於EBI應用及具有一次電子束之掃描影響偵測之較大視場(例如50μm至50μm及以上之掃描區域)的其他應用而言，進一步光學元件可用於二次光學裝置200。因此，在訊號束進入內部電極及外部電極之束分裂組件前，粒子光學裝置可形成訊號束，例如SE束。根據可與本文中所描述之其他實施例結合之典型實施例，粒子光學裝置可包括聚焦透鏡301及/或一或多個偏轉組件901/903。
根據一些實施例，可提供聚焦透鏡。聚焦透鏡將訊號束聚焦在中央偵測元件上以產生明亮視場影像。或者，聚焦透鏡將訊號束聚焦至中央電極中之電勢鞍點上，亦即聚焦 在中央偵測元件上，同時孔板經偏置以產生能量過濾影像。根據又一替代方案，聚焦透鏡301可使訊號束髮散或可調整訊號束之發散度，以使得將訊號束之直徑調整至電極配置之直徑。因此，可使用聚焦透鏡來在不同操作模式(亦即，成像模式)之間轉換。
根據可與本文中所描述之其他實施例結合之更進一步實施例，粒子光學裝置200可進一步包括一或多個偏轉組件。因此，可控制偏轉組件901及偏轉組件903以用於將訊號束(例如SE束)對準至電極配置。或者或另外，可控制偏轉組件以用於解掃描(de-scanning)訊號束。換言之，基於一次束之掃描提供偏轉(解掃描、抗掃描或反掃描)以補償訊號束之移動，訊號束之移動在衝擊樣品時產生訊號束。
根據典型實施例，抗掃描可特別應用於具有大視場(FOV)之系統中。對於大FOV(例如100μm× 100μm及以上之FOV)而言，一次束之掃描亦使訊號束偏轉。在無偏轉補償的情況下，訊號束之此偏轉導致訊號束在偵測器上之移動，此意謂，偵測結果將不一致，但將視FOV中之束位置而定。當影響訊號束之整個粒子光學裝置(例如，包括目標透鏡，束分裂器、束彎曲器及聚焦透鏡)將至偵測元件上之影像掃描移動擴大時，此移動將係特別顯著的。
根據典型實施例，對於偏轉組件901及偏轉組件903中之每一者而言，可提供可連接至偏轉電壓之一組至少4個偏轉板。偏轉電壓可與一次束之影像掃描同步，且偏轉電壓經放大及/或輪換以使得由一次束掃描產生之訊號束偏轉抵消 訊號束在感測器平面中之運動。
根據一些實施例，偏轉元件(例如解掃描偏轉器)可立刻佈置於所提出偵測器組件的前面。然而，根據典型實施例，亦可在二次粒子產生後盡可能早地提供解掃描。此舉建立訊號束之恆定軸，因此可容易地將訊號束對準至訊號束之聚焦元件。因此，可避免訊號束行進偏離聚焦元件之軸時歸因於訊號束之聚焦之訊號束像差。
如在第5C圖中所示，第一偏轉元件901可解掃描訊號束並將訊號束對準至聚焦透鏡301。第一偏轉組件901之偏轉可引起相對於訊號束之光軸之束傾斜。此束傾斜可由第二偏轉組件903補償。第二偏轉組件可進一步改良電極配置上之對準。
二次電子束405穿過目標透鏡10中之開口410及板520中之開口以進入磁區440。磁區440具有用於彎曲二次電子束405之帶負電U形彎管535及帶正電U形彎管525。進一步地，可提供一對磁區側板。隨後在二次電子束405穿過SE對準四極元件445時對準二次電子束405，且在二次電子束405穿過SE聚焦透鏡301時聚焦二次電子束405。隨後，二次電子束405穿過接地板455中及SE光學裝置200中之開口，到達電子偵測器組件220。
不具有側板之圓柱形磁區的缺點在於，該圓柱形磁區將SE束聚焦在一個平面中(頁面從上到下)且不聚焦在另一平面中(頁面由內向外)。可藉由將電極置放在圓柱形磁區之側面上以推動此平面中之聚焦動作來補償此聚焦缺失。 存在磁區之一致聚焦動作之兩個動機。一者為在高速偵測器上提供小點，且另一者為致能良好能量過濾，因為濾波器對二次束之能量及方向兩者敏感。
因此，濾波器應大約位於二次電子之焦點中。
第6圖為根據本發明之實施例之晶圓檢驗系統900之示意性圖示，該晶圓檢驗系統900使用如上文參考第2圖至第5圖描述之電子光學子系統。電子束柱管902包括電子束源904、磁束分離器906及用於將一次束910施加於在x-y台915上承載之晶圓912的目標透鏡908。來自晶圓912之二次電子穿過束分離器906、磁區914及聚焦與偏轉元件200，到達偵測器220。將來自偵測器220之訊號供應至成像電子設備920。
晶圓912及台915含於支撐在隔離框架924上之真空腔室922中。真空泵926在操作期間維持腔室922及柱管902中之合適真空。藉由晶圓裝卸器子系統928將晶圓912置放在腔室922中及從腔室922移除。
由具有(例如)控制處理器、影像處理器及影像記憶體之電腦系統930控制晶圓檢驗系統900。電腦系統930與工作站932通信，該工作站932具有輸入/輸出裝置934(諸如鍵盤及指標裝置或允許人類互動之其他合適裝置)及顯示器936。控制處理器930經由匯流排938與控制電路通信，該控制電路諸如調節一次電子束910之PE束控制940、控制柱管902之聚焦與偏轉元件以在偵測器220上提供合適之二次電子束的SE光學裝置控制942、控制一次束910在晶圓912 上之施加之PE對準與偏轉控制944、用於控制真空泵926之真空泵控制946、晶圓電壓控制948、台控制950及裝卸器控制952。控制處理器930亦經由匯流排938自成像電子設備920接收成像資料以用於儲存、處理及影像分析。
為提供比單一柱管系統之可能通量更大之通量，亦設想多柱管系統。第7圖示意性地圖示具有一列1005電子束柱管1010、1015、1020以致能晶圓912之多個區域之同步檢驗的多柱管電子束晶圓檢驗系統1000。
在第7圖內，圖示包括三個子單元之多柱管裝置。如將為熟習此項技術者所理解，可應用任意合適之其他數目。舉例而言，可將5個、10個或15個電子束佈置為一列。
進一步地，可彼此緊挨地置放若干列。因此，實現衝擊樣品之電子束陣列。為具有足夠空間以用於經分離帶電粒子束，例如，兩個列可通常彼此緊挨地佈置。然而，若沒有提出空間限制，則亦可應用3個、5個或任意其他合適數目之列。
為將若干子柱管佈置在一條線上，在陣列中或以任意其他模式，可組合在單一束柱管之情況下通常單獨地作用在單一電子束上之部件中的一些部件。因此，一個發射器陣列發射所有電子束或一個目標透鏡聚焦多束裝置之所有束。在以下給出實例。
在第8圖中圖示排列多個束之進一步實施例。其中，為每一束提供額外的多個孔。因此，可使用偏轉器選擇不同孔。如在讓與本申請案之同一受讓人的歐洲申請案第 03006716號中所揭示，亦可使用關於選擇多個孔之孔開口之額外細節。
裝置130具有殼體131及樣品腔室135。殼體以及樣品腔室可經由真空埠抽空。在樣品腔室中，樣品13位於樣品台136上，樣品台136可在兩個方向上獨立地移動樣品。為控制樣品，移動控制單元136'連接至樣品台136。四個電子束12中之每一者具有自身之光軸11。由發射器陣列132發射束。由控制單元132'控制發射器陣列，換言之，憑藉針對每一電子束掃描樣品13而分別控制束電流、陽極電勢及電子束之可能同步。包括用於每一電子束之單透鏡模組之多透鏡系統133可用作用於四個帶電粒子束之聚光透鏡。由控制單元133'控制透鏡系統133。可將控制單元連接至共用控制139。
一般而言，在不參照第8圖之實施例的情況下，單一束或多束柱管通常具有用於每一一次電子束之至少兩個聚焦元件。當透鏡(或至少一個透鏡)為液浸透鏡以允許電子束在透鏡之間處於較高電勢(束增強電勢)時是有利的。進一步地，根據一個替代方案，經組合槍式聚光器透鏡用於形成發射束較佳。
為將電子束聚焦在樣品13上，將磁靜電複合透鏡134用於所有電子束。因此，磁子透鏡共用共用勵磁線圈，且針對每一電子束，將靜電子透鏡整合於複合透鏡中。由控制單元134'控制磁靜電複合透鏡之組件。
在第8圖中，示例性地使用靜電透鏡133及磁靜電複合透鏡134。替代地，可使用兩個靜電透鏡，亦即作為聚光 透鏡及作為目標透鏡。或者，可使用兩個磁靜電複合透鏡，亦即可作為聚光透鏡及作為目標透鏡。然而，不需要聚光透鏡且僅使用一個多束透鏡亦係可能的。因此，可使用靜電透鏡或磁靜電複合透鏡。進一步地，提供鄰近電極82及各別控制單元82'，藉此，實現對應於四個電子束中之每一者之抽取場。此外，針對每一電子束12，提供用於提供束增強電勢之電極137。除上述部件之外，為每一電子束提供偏轉轉換系統。
與在第4A圖至第4D圖中所示之磁偏轉系統相反，四個偏轉器之組合允許目標透鏡子單元的光軸與發射器子單元之光軸相同。視在孔單元41中使用之孔的種類而定，第一偏轉台14將電子束12偏轉至左方或右方。對每一電子束而言，孔單元41包含用於高電流量測模式之大孔及用於高解析度量測模式之小孔。
可藉由為每一電子束提供之磁區440將二次電子與一次電子束分離。在圖之平面中圖示第8圖之示意性圖式之束分離。僅為了更容易圖示而執行此操作。一般而言，亦可在與圖之平面正交之維度中實現束分離，且因此實現偵測單元之配置。
為偵測二次電子，提供聚焦與偏轉光學裝置200。由控制器16'/44'控制所有偵測單元，而由控制單元14'控制每一偏轉台14。
儘管上述係針對本發明之實施例，但可在不脫離本發明之基本範疇之情況下設計本發明之其他及進一步實施例，且本發明之範疇由下文之申請專利範圍決定。
2‧‧‧軸
140‧‧‧二次電子
200‧‧‧二次粒子光學裝置
202‧‧‧中央電極
204‧‧‧外部電極
220‧‧‧電子偵測器配置
222‧‧‧偵測元件
224‧‧‧固持器

Claims (19)

  1. 一種用於偵測一訊號束之二次帶電粒子偵測裝置，該裝置包含：一偵測器配置(220)，該偵測器配置具有至少兩個具有主動偵測區域之偵測元件(222)，其中該等主動偵測區域由一間隙(G)分離；一粒子光學裝置(200)，該粒子光學裝置經配置以用於將該訊號束分離成該訊號束之一第一部分並分離成該訊號束之至少一個第二部分，該粒子光學裝置經配置以用於聚焦該訊號束之該第一部分，且該粒子光學裝置經配置以用於偵測及聚焦該訊號束之該至少一個第二部分，其中該粒子光學裝置包含：一第一電極(202)；及至少一個第二電極(204、204a-d、206a-d)，其中，該第一電極為一內部電極且從該第一電極向外徑向提供該至少一個第二電極。
  2. 如請求項1所述之偵測裝置，其中該訊號束之該至少一個第二部分為該訊號束之一第二部分、一第三部分、一第四部分及一第五部分，該粒子光學裝置經配置以用於將該訊號束分離成該第一部分至該第五部分。
  3. 如請求項1所述之偵測裝置，其中該至少一個第二電極(204、204a-d、206a-d)為至少一個外部電極(204、204a-d) 及兩個或兩個以上分離壁，具體地四個分離壁(206a-d)。
  4. 如請求項3所述之偵測裝置，其中該兩個或兩個以上分離壁為四個分離壁(206a-d)。
  5. 如請求項3所述之偵測裝置，其中將該至少一個外部電極分離成電性絕緣之至少4個部分。
  6. 如請求項1至5中之任一項所述之偵測裝置，其中該第一電極及該至少一個第二電極連接至用於偏置該各別電極之一電源組件。
  7. 如請求項1至5中之任一項所述之偵測裝置，其中該第一電極係圓柱形的或錐形的。
  8. 如請求項1至5中之任一項所述之偵測裝置，其中該至少一個第二電極為一或多個彎曲電極。
  9. 如請求項1至5中之任一項所述之偵測裝置，其中該第一電極及該至少一個第二電極具有沿該訊號束之一軸之10mm或以上之一長度。
  10. 如請求項8所述之偵測裝置，其中該第一電極及該至少一個第二電極具有沿該訊號束之一軸之10mm或以上之一長度。
  11. 如請求項1至5中之任一項所述之偵測裝置，其中該偵測元件(222)為PIN二極體。
  12. 如請求項11所述之偵測裝置，其中該等PIN二極體具有1mm2至5mm2之一主動偵測區域。
  13. 如請求項1至5中之任一項所述之偵測裝置，其中該偵測器配置具有一中央偵測元件及至少一個外部偵測元件，其中該訊號束之該第一部分聚焦至該中央偵測元件，其中該訊號束之該至少一個第二部分聚焦至該至少一個外部偵測元件，其中該第一電極為內部的、管狀電極，其中從該第一電極向外徑向提供該第二電極，且其中該第一電極提供一中央區域以供該訊號束之該第一部分穿過，且該第一電極經配置以用於該訊號束之該第一部分至該中央偵測元件之該聚焦。
  14. 一種帶電粒子束裝置，該裝置包含：一帶電粒子束源，該帶電粒子束源用於提供一一次帶電粒子束；一第一聚焦元件，該第一聚焦元件用於將該一次帶電粒子束聚焦在樣品上，其中產生一訊號束；及如請求項1至13中之任一項之一帶電粒子偵測裝置。
  15. 一種帶電粒子多束裝置，該裝置包含：如請求項14之該等帶電粒子束裝置中之至少兩者。
  16. 一種用於操作一偵測裝置之方法，該方法包含以下步驟：偏置一粒子光學裝置(200)之一第一電極(202)及至少一個第二電極(204、204a-d、206a-d)，其中該第一電極為一內部電極且從該第一電極向外徑向提供該至少一個第二電極，用一偵測器組件偵測一訊號束，該偵測器組件具有對應 於該內部電極之至少一個偵測元件及對應於該至少一個外部電極之至少一個偵測元件。
  17. 如請求項16所述之方法，其中以1GHz或以上之一頻寬進行該偵測。
  18. 如請求項16至17中任一項所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：聚焦該訊號束。
  19. 如請求項16至17中任一項所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：產生具有一軸(2)之二次帶電粒子之一訊號束(140)，其中該至少一個第二電極為相對於該訊號束之該軸從該第一電極向外徑向提供之至少一個外部電極，且其中由對應於該內部電極之該至少一個偵測元件偵測已穿過該內部電極提供之一中央區域的該訊號束之一第一部分，且其中由對應於該至少一個外部電極之該至少一個偵測元件偵測已穿過該內部電極與該至少一個外部電極之間提供的至少一個外部區域的該訊號束之至少一個第二部分。
TW102113322A 2012-04-16 2013-04-15 帶電粒子偵測裝置、帶電粒子束裝置及其操作方法 TWI488211B (zh)

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