TW201447957A - 用於對物體的表面成像的方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於對表面成像的方法，其包括用初始帶電粒子束以第一掃描速率掃描該表面的第一區域，以便從該第一區域產生第一二次帶電粒子束；以及用該初始帶電粒子束以比該第一掃描速率快的第二掃描速率掃描該表面的第二區域，以便從該第二區域產生第二二次帶電粒子束。該方法還包括在設置成產生回應該束的信號的檢測器處接收該第一二次帶電粒子束和該第二二次帶電粒子束；以及回應該信號形成該第一區域和該第二區域的圖像。

Description

用於對物體的表面成像的方法與裝置
本發明一般涉及表面的成像，尤其涉及由帶電粒子束照射的表面的成像。
一種用於對表面成像，特別是對半導體晶片表面成像的標準方法是，在電子顯微鏡中用電子束照射所述表面。收集來自所述表面的二次電子，並可以將其用於形成所述被照射表面的圖像。通常，為了對所述晶片的完整表面成像，橫貫所述表面掃描所述電子束，並與所述掃描束方向正交地移動所述表面。
在工業設定中，減少用於形成所述圖像的時間是有益的。為此，通常將所述電子束掃描速率和所述表面的移動都設置得盡可能的快。
授予Berrian等人的美國專利4,922,106描述了一種離子束掃描系統，這裏將其公開作為參考文獻。據稱所述系統能夠在目標物體上獲得選定束電流。
授予Proksch等人的美國專利申請2007/0176101描述了在掃描探針設備中改變掃描速率，這裏將其公開作為參考文獻。
授予Hasegawa等人的美國專利申請2007/0272857描述 了一種據稱能夠允許用戶直觀分析諸如檢查速度的條件的掃描電子顯微鏡，這裏將其公開作為參考文獻。
在本發明的實施例中，將表面，通常是半導體晶片的表面，在掃描帶電粒子束顯微鏡中成像。為了將所述表面成像，最初將所述表面上的區域劃分成具有兩個或更多個不同的關注(interest)級別。這裏，假定有兩種類型的區域，第一類型具有高關注級別，而第二類型具有低關注級別。以第一低掃描速率掃描所述高關注區域，以便產生高解析度圖像，而且以第二較快掃描速率掃描所述低關注區域，以便產生低解析度圖像。將所述表面描繪成具有高和低關注級別的區域，並且以不同解析度成像所述區域，在不犧牲高關注區域的解析度之情況下而允許將所述完整表面成像。
通常，沿一維線掃描所述帶電粒子束，並與所述一維正交地移動所述表面，以使由所述顯微鏡執行的所述掃描是以沿所述表面的具有由所述表面的所述移動確定的方向的柱的鋸齒掃描形式。在一個實施例中，所述高關注區域通常包括多組平行線，諸如在所述表面上的多組導電連接線。可以將所述鋸齒掃描的所述柱排列在與所述多組平行線的方向相同的方向上，以使一個柱包括至少一個高關注區域和一個或更多個低關注區域。通常，存在由低關注區域分隔或與之交錯相鄰的多個高關注區域。當對所述低關注區域的片段成像時將所述一維掃描速率設置成快速，而當對所述高關注線的片段成像時將其設置成慢速。
在替代實施例中，在二維面積之上掃描所述帶電粒子束。通常所述掃描是以在所述面積之上的光柵掃描形式，並且包含成像周期和非成像周期。後者，在所述光柵掃描情況中，對應於垂直回掃(flyback)周期。相對於所述面積移動所述表面，以使在所述成像周期期間對所述表面的第一區域成像而且對所述表面的分隔第一區域或與所述第一區域交錯的第二區域根本不成像。所述第一和第二區域形成具有由所述表面相對於所述面積的移動限定的方向的柱。
通常將所述第一區域設置成高關注區域，通常將所述第二區域設置成低關注區域。對於具有平行線形式的高關注區域的表面，諸如由諸如絕緣區域的低關注區域分隔的導線，可以將所述表面定向以使所述移動與所述平行線正交。可以調整所述二維掃描的參數和所述表面的移動速率以使將所述導線成像而且對所述絕緣區域根本不成像。
僅對所述表面的確定面積成像，而對其他面積不成像，明顯降低對所述完整表面的所需區域進行有效成像需要的時間。
從下面的實施例的詳細描述，結合附圖，將更加充分地理解本發明，下面給出附圖的簡要描述。
10‧‧‧聚焦系統
12‧‧‧帶電粒子槍
14‧‧‧照明透鏡
16‧‧‧束分流器
18‧‧‧物鏡透鏡
22‧‧‧帶電粒子束照射模組
24‧‧‧成像透鏡
28‧‧‧電子檢測器
30‧‧‧成像器
31‧‧‧成像檢測器
32‧‧‧處理器
33‧‧‧記憶體
34‧‧‧位置控制器
35‧‧‧二次束
36‧‧‧可動鏡臺
38‧‧‧表面
39‧‧‧晶片
40‧‧‧用戶介面
41‧‧‧初始帶電粒子束
42‧‧‧照射路徑
44‧‧‧開口
45‧‧‧束斑
46‧‧‧成像路徑
47‧‧‧成像模組
48‧‧‧軸
49‧‧‧裸片
52‧‧‧插圖
54‧‧‧片段
56‧‧‧高關注區域
58‧‧‧低關注區域
60‧‧‧導體
62‧‧‧半導電基底
64‧‧‧邊緣部分
66‧‧‧片段
100‧‧‧流程圖
102‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
114‧‧‧線
200‧‧‧曲線圖
202‧‧‧曲線圖
250‧‧‧片段
254‧‧‧區域
256‧‧‧導體
258‧‧‧導體
260‧‧‧導體
262‧‧‧導體
300‧‧‧曲線圖
302‧‧‧曲線圖
410‧‧‧聚焦系統/裝置
411‧‧‧插圖
412‧‧‧窗口
413‧‧‧片段
414‧‧‧成像路徑
414A‧‧‧路徑
414B‧‧‧路徑
414G‧‧‧路徑
416‧‧‧路徑
418‧‧‧路徑
430‧‧‧片段
432‧‧‧面積
433‧‧‧圖解
434‧‧‧面積
436‧‧‧片段
圖1是根據本發明的實施例的帶電粒子束聚焦系統的示意圖；圖2是根據本發明的實施例的晶片表面的示意圖；圖3是根據本發明的實施例的用於檢查晶片表面的掃描 過程的流程圖；圖4示出根據本發明的實施例的對應圖3的掃描過程的曲線圖；圖5是根據本發明的替代實施例的晶片表面的片段的示意圖；圖6是根據本發明的替代實施例的帶電粒子束聚焦系統的示意圖；圖7是根據本發明的實施例，在圖6的系統的窗口中束斑45沿行的路徑的示意圖；圖8是根據本發明的實施例的示出用於對晶片成像的方法的示意圖。
現在參考圖1，其是根據本發明的實施例的帶電粒子束聚焦系統10的示意圖。系統10包括帶電粒子束照射模組22，作為舉例，假定模組22從帶電粒子槍12的開口44產生單一初始帶電粒子束41。然而，不能將本發明的範圍限制在單一帶電粒子束的產生，從而模組22可設置成產生多個束。
而且，不能將本發明的範圍限制在聚焦特定類型的帶電粒子，而是基本包括全部類型的帶電粒子，包括電子和諸如鎵或其他金屬離子的離子。作為舉例，此後的描述假定所述初始帶電粒子束包含電子。
模組22包含一個或更多個照明透鏡14、束分流器16和 物鏡(物鏡透鏡)18，所述透鏡作為聚焦元件。雖然所述一個或更多個透鏡14和/或所述束分流器16也可以整合其他類型操作，諸如靜電操作，但是所述透鏡14和束分流器16通常是磁性操作。
束41沿行穿過模組22的照射路徑42，並沿軸48到達晶片39的表面38，軸48通常與所述表面正交。圖2更加詳細地示出晶片(wafer)39的表面。將晶片39安裝在可動鏡臺36上，假定鏡臺36能夠與三個正交軸x、y和z平行地平移所述晶片，並且假定xy平面是水平的。所述一個或更多個照明透鏡14、束分流器16和物鏡18使束41在表面38上形成開口44的聚焦圖像45，此後也稱為束斑(spot)45。如圖2所示，晶片39包含多個基本相似的裸片(die)49，所述裸片具有基本一致的輪廓。這裏假定所述裸片是具有與所述x和y軸平行的側邊的矩形裸片。
束斑45產生反射、二次和/或反向散射電子作為電子的二次帶電粒子束35，該二次帶電粒子束35穿過物鏡18和束分流器16。來自束斑45的所述二次束沿行成像路徑46，經由成像透鏡24到達電子檢測器28。電子檢測器28，通常是包含閃爍晶體或粒狀閃爍粉末的螢光屏，將電子的二次束35轉換成光輻射，所述光輻射由諸如電荷耦合檢測器(CCD)陣列的成像器30成像。通常將檢測器28和成像器30組合成一個部件，並且作為所述二次束的成像檢測器31，產生表示所述束電流的信號。替代地，成像檢測器31可以包含不轉換成光線而直接檢測二次束35的雪崩光電二極體陣列。透鏡18和24、束分流器16和成像檢測器31構成系 統10的成像模組47。將由成像模組47產生的信號傳送到耦接至記憶體33的處理器32。
將處理器32耦接到槍12、透鏡14、束分流器16、物鏡18、成像透鏡24和成像檢測器31，以便控制它們的操作和束斑45的聚焦，並且還作為系統10的整體控制器。
通常，處理器32在x方向上橫貫裸片49掃描束斑45，同時所述處理器還通過平移鏡臺36在y方向上移動所述晶片。如下面更詳細解釋的，在對表面38成像的期間，所述束斑以不同的基本固定的掃描速率在一個x方向上移動，假定為正x方向。因此，如插圖43所示，在成像階段所述束斑從初始x值xi掃描到最終x值xf。軸48與表面38的交點到xi和xf近似等距離。在所述最終x值處，所述處理器在水平回掃階段內以高速率使所述束斑返回到其初始x值。在所述回掃階段期間，所述處理器將所述照射模組設定成阻止所述束斑衝擊表面38，以使所述水平回掃階段是為非成像階段。
由此，處理器32在所述初始和最終x值之間沿一維的線來平移束斑45。所述束斑的組合線性x掃描運動，以及所述晶片在所述y方向上的移動，意謂著以鋸齒方式掃描表面38。由所述束斑平移的所述一維線的有效寬度對應像素的尺寸，如下面關於裝置410詳細描述的。
此後假定處理器32通過用戶介面40從所述系統的操作員接收操作參數，所述用戶介面能夠使所述操作員調整上述系統 元件以及下面描述的系統10的其他元件的設置。處理器32還耦接到位置控制器34並操作位置控制器34。遵照所述處理器的命令，控制器34能夠在垂直方向上調整鏡臺36。
從所述二次束電流測量產生的圖像的解析度是束斑45的掃描速率的函數。當所述掃描速率提高時，所述圖像的解析度降低。相反，當所述掃描速率降低時，所述圖像解析度提高。換句話說，當在所述表面上的所述掃描速率降低時，可以將所述表面的給定區域劃分成的像素數量增加。
圖2是根據本發明的實施例的晶片39的表面38的示意圖。插圖52更加詳細地示出一個裸片49的片段54，並且在下面，參考圖3和圖4，給出了用於掃描片段54的一部分的描述。片段54包含不同類型的區域，假定每個不同類型區域產生具有不同束電流的二次束35。通常存在許多這種不同區域，由晶片39的一個或更多個具有導電、半導電和/或絕緣性能的水平層形成。另外，可以進一步區分這些層中的每一個。例如，導電層可以由不同金屬或具有不同尺寸的相同類型金屬形成，半導電層可以具有不同類型的摻雜和/或不同尺寸，而絕緣層可以由不同絕緣體或具有不同尺寸的相同絕緣體形成。另外，表面38的任何特定區域可以包含具有不同幾何排列的一個或更多層。例如，第一區域可以由覆蓋摻雜半導體的第一金屬形成，其中所述摻雜半導體依次序覆蓋第二金屬，第二區域可以由覆蓋絕緣體的金屬形成，且第三區域由被絕緣體從第二金屬分隔的第一金屬形成，所述三個元件在相 同水平處。
在此後描述的示範實施例中，在這裏假定，將片段54描繪在其中的區域包含高關注區域56和低關注區域58。假定高關注區域56包括覆蓋未處理的半導電基底62的金屬線導體60。假定所述高關注區域還包括所述未處理基底的臨近所述導體邊緣的並在每個側邊上的邊緣部分64。假定低關注區域58包括所述未處理基底的在所述高關注區域的每個側邊上的片段66。能夠使所述線導體被包括在高關注區域中的所述線導體典型性質可以是所述線導體的邊緣的粗糙度、所述導體的表面特徵的變化、所述導體的寬度(在邊緣之間)的變化、和/或所述導體的厚度的變化。
假定排列晶片39以使導體60與裝置10的y軸平行、並且使所述導體的第一邊緣具有名義x值x2且所述導體的第二邊緣具有名義x值x3。以如上所述的鋸齒形式掃描所述晶片，並且假定所述鋸齒掃描具有初始x值x0和最終x值x5。
高關注區域56包含由下式確定的名義面積(nominal area)：{(x,y)|x 1<x<x 4} (1)
在所述高關注區域中包括名義上在由{(x,y)|x2<x<x3}確定的區域中的導體60。
低關注區域58包含由下式確定的名義面積：{(x,y)|x 0<x<x 1或x 4<x<x 5} (2)
式(1)和式(2)將所述鋸齒掃描繪成低和高關注區域。 如下面參考流程圖100更加詳細描述的，掃描所述兩個區域以形成高關注區域56的高解析度圖像並且形成低關注區域58的低解析度圖像。
圖3是根據本發明的實施例的用於檢查晶片表面的掃描過程的流程圖100，圖4示出根據本發明的實施例的對應所述掃描過程的曲線圖。相對於上述裸片49的片段54描述所述掃描過程。
在初始步驟102中，系統10的操作員設置處理器32，以便為在表面38上形成的不同類型區域確定二次束35的電流，每個類型的區域產生所述二次束電流的特徵值。可以通過處理器32進行表面38的全部或部分的預掃描確定所述不同電流。通常將所述預掃描用於產生所掃描面積的圖像，並且在用戶介面40中包含的螢幕上為所述操作員呈現所述圖像。
在準備步驟104中，所述操作員決定表面38的高關注區域和低關注區域。在這裏假定的示例中，所述操作員選擇金屬線導體將其包括在高關注區域中，並且添加所述基底的臨近所述金屬線導體的未處理區域。假定所述低關注區域是所述基底的臨近所述高關注區域的未處理區域。所述操作員為所述處理器提供所述兩個區域的笛卡爾座標，通常通過用在初始步驟102中產生的所述圖像上的定點設備指出表面38上的認為是高關注的位置或面積以及低關注的位置或面積。在這裏考慮的示例中，假定所述操作員根據式(1)確定所述高關注區域，並根據式(2)確定所述低關注區域，並且為所述處理器提供對應這些式的座標。
通常，所述操作員可以獲得x2和x3的名義值。如從式(1)和式(2)可以看出的，由x值x1和x4給出在所述低關注和高關注區域之間的轉換，即邊界，其中x1<x2且x4>x3。通常，所述操作員基於x2和x3確定x1和x4的值。
作為舉例，假定邊緣部分64的面積等於且達到導體60的總面積。在這種情況中，下列運算式成立：
在下面，假定所述操作員根據式(3)和式(4)使用處理器32確定x1和x4的值，由此描繪所述高和低關注區域。
在電流確定步驟106中，處理器32在所述操作員的幫助下確定在追蹤所述高關注和低關注區域中使用的二次束電流。在這裏使用的示例中，所述高關注區域包含金屬導體及未處理基底的在所述導體每個側邊上的邊緣部分。以所述金屬導體的尺寸的形式確定由式(3)和式(4)確定的所述邊緣部分，以使所述操作員將由所述金屬導體產生的二次束電流選擇為高關注區域追蹤電流，這裏也稱為高關注電流IH。
所述低關注區域僅包含未處理基底，使將由所述未處理基底產生的二次束電流選擇為低關注區域追蹤電流，這裏也稱為低關注電流IL。
通常，處理器32從在步驟102中測量的電流中使用由 所述金屬導體和所述未處理基底產生的多個電流值。所述處理器可以從這些電流中對適當值取平均，以確定所述高關注電流IH的平均電流值和低關注電流IL的平均電流值。在一些實施例中，諸如如果所述操作員意識到用於給定區域的電流存在異常分佈時，所述操作員可以使之無效和/或幫助所述處理器設定IH和IL的值。
在初始化步驟108中，所述操作員排列所述晶片以使導體60與y軸平行且使束斑45的名義x值為x0。所述操作員為所述高關注區域和所述低關注區域分別設定x掃描速率，以及在所述y方向上移動所述晶片的y掃描速率。
在本發明的一些實施例中，所述低關注區域的x掃描速率vL由掃描電子的帶寬限制來確定。在一個這種實施例中，所述帶寬限制速率大約為450m/s。所述高關注區域的掃描速率vH取決於所需像素大小和速率，並且通常在大約1m/s和大約50m/s之間的範圍內。
另外，所述操作員設定將要應用所述不同x掃描速率的初始x參數，從而在這裏考慮的示例中，假定由式(2)給出vL的所述初始x參數，而由式(1)給出vH的所述初始x參數。在曲線圖200(圖4)中示出步驟108的所述設定。曲線圖202示出所述二次束的相應預期電流。
返回到圖3，在第一掃描步驟110中，處理器32使用步驟108的所述初始參數開始在x方向上從x0到x5掃描。由此，在式(1)給出的區域中掃描速率是慢的，而在由式(2)給出的區 域中掃描速率是快的。在所述掃描期間，所述處理器記錄所測量的二次束電流以及記錄所述電流所處的x和y位置。將所述電流用於產生所述掃描區域的圖像，從而在低掃描速率的位置產生高解析度圖像且在高掃描速率的位置產生低解析度圖像。
另外，處理器32將所述測量電流用於識別在所述二次束電流從低關注區域值向高關注區域值轉換處的第一實際x值Ax2和在相反轉換處即從高關注區域值向低關注區域值轉換的第二實際x值Ax3。達到所述掃描的末端時，即在x=x5處，所述處理器在上述水平回掃階段使束斑45返回到x0。
在後續掃描步驟112中，所述處理器根據所述y掃描速率增加y的值並且使用式(3)和式(4)及來自步驟110的所述實際值Ax2和Ax3來計算x1和x2的更新實際值，這裏稱為Ax1和Ax2。通常所述更新值Ax1和Ax2分別接近名義值x1和x2。對於所述掃描，處理器32使用更新值Ax1和Ax2進行從高掃描速率向低掃描速率的轉換，反之亦然。如步驟110那樣，所述處理器將所接收的二次束電流和所述束斑產生所述電流的位置用於產生所掃描區域的圖像。
所形成的圖像包含低掃描速率處的所述高關注區域的高解析度圖像和高掃描速率處的所述低關注區域的低解析度圖像。所述兩種解析度的比值是所述兩種掃描速率的函數，並且通常等於所述兩種速率的比值。
如線114所示，處理器32重復掃描步驟112。所述處理 器將一個或更多個先前掃描的所述電流轉換(從高級別向低級別和相反)的所述實際x值用於確定要改變當前掃描的掃描速率的轉換位置，即所述x值。由此，所述處理器將在先掃描的x值用作反饋機制，以便對所述轉換位置的x值相對其名義值的任何改變進行補償。
通常，所述反饋機制整合平滑元件。例如，可以使用兩個或更多個在先掃描的所述轉換x值的加權平均，根據在先掃描與當前掃描在時間上的接近程度設定所述加權。然而，處理器32可以使用任何其他的適當平滑方法。
流程圖100的過程使用在表面38上的柱的全部或部分的鋸齒掃描。通常，所述操作員為處理器32提供所述柱的起點和終點的y值。在一些實施例中，例如當導體60沿整個表面38延伸時，所述起點和終點y值可以對應晶片39的邊緣。在其他實施例中，例如當導體60僅沿所述表面的一部分延伸時，可以將所述起點和終點y值設定為對應於所述導體的末端。在這些y值之外，所述操作員可以將處理器32設置成以鋸齒方式掃描所述柱的剩餘部分，但是使用由所述操作員確定的單一x掃描速率。
一般來說，應該認識到，所述操作員可以通過為處理器32提供適當笛卡爾座標來確定表面38的任何區域以使用流程圖100的過程進行掃描。這種確定包括描繪將要用高速率進行掃描以產生低解析度圖像的區域的面積，和描繪將要用低速率進行掃描以產生高解析度圖像的面積。另外，如參考流程圖100描述的示 例中，所掃描的任何一個柱不需要包含一個具有在每側邊上的兩個低關注區域的高關注連續區域。例如，一個所掃描的柱可以包含兩個或更多個與y軸平行的、由在導體之間的未處理基底區域分隔的薄金屬導體。在這種情況中，可以將x掃描設置成將所述導體作為單獨高關注區域進行掃描和將所述未處理基底區域作為單獨低關注區域進行掃描。下面參照圖5描述包含由低關注區域分隔的多個高關注區域的被掃描柱的示例。
圖5是根據本發明的替代實施例的晶片39的表面38的片段250的示意圖。通常片段250大於片段54(圖2)，並且這裏假定其包含由低關注區域分隔的多個高關注區域。
在下面描述中，作為舉例，假定片段250包含具有與y方向平行的特徵方向的多個金屬線導體，所述導體由未處理基底分隔。所述多個導體可以由基本恒定的節距或由可變節距彼此分隔。在一些實施例中，所述節距在大約4μm和大約10μm之間的範圍內。所述多個導體可以具有相等寬度，或者可以具有不同寬度。
片段250包含通過在x方向上反復掃描束斑45來照射的區域254。假定區域254具有200μm的寬度。在區域254內，圖5示出四個示範導體256、258、260和262，但是應該理解的是，對於給定的上述節距值，在所述區域中可以存在大約20個和大約50個之間的導體。假定導體258和260彼此相鄰。在下面描述中，假定導體256、258、260和262具有各自的下和上x值邊界(x6， x7)、(x8，x9)、(x10，x11)和(x12，x13)。
將如上所述的流程圖100(圖3)的掃描過程用於掃描區域254，已作必要修正。返回去參考所述流程圖，初始步驟102基本如上所述。在準備步驟104中，假定所述操作員確定將由所述掃描覆蓋的全部金屬導體及臨近所述導體的面積包括在高關注區域中，且將在高關注區域之間的未處理基底區域看作低關注區域。所述操作員可以以基本與如上所述的相似的方式描繪所述高和低關注區域，將與式(3)和式(4)相似的運算式應用到將要掃描的所述金屬導體的邊界。替代地，可以由任何其他適合方式進行所述描繪。例如，如果諸如導體262的導體比正在掃描的其他導體寬，則可以使用用於較窄導體的精確度描繪所述基底的臨近所述金屬導體的未處理區域。
用於確定高關注電流值IH和低關注電流值IL的電流確定步驟106及初始化步驟108基本如上所述。步驟108的設置在曲線圖300中示出。曲線圖302示出所述二次束的相應預期電流。
在第一掃描步驟110中，處理器32使用步驟108的初始參數開始在x方向上掃描。應該理解的是，對於這裏描述的多個金屬導體線示例，在束斑45的一個200μm掃描期間，存在各自的低掃描速率的多個周期。由高掃描速率的周期分隔這些周期。在掃描步驟110中，處理器32找出對應於正在掃描的多個導體的數量的多對實際x值。
後續掃描步驟112及其重復基本如上所述，除了對於這 裏描述的示例而言所述處理器確定對應于在高關注和低關注區域之間的轉換的多對實際x值。
如上面對於一個導體來描述的示例那樣，對於所述多個導體示例形成的圖像包含低掃描速率處的所述高關注區域的高解析度圖像和高掃描速率處的所述低關注區域的低解析度圖像。
上述描述已經假定將兩種掃描速率應用到表面的掃描，產生具有兩種各自解析度的圖像。然而，應該認識到，通過在所述表面的不同區域上使用超過兩種的不同掃描速率，可以將本發明的原理用於產生所述不同區域的具有分別對應於所述超過兩種的不同掃描速率的解析度的圖像。
圖6是根據本發明的替代實施例的帶電粒子束聚焦系統/裝置410的示意圖。除了下面描述的差異，裝置410的操作基本與裝置10(圖1)的相似，並且在裝置10和410中由相同參考數位表示的元件在構造及操作上基本相似。與處理器32在一維上線性地掃描束斑45的裝置10不同，在裝置410中所述處理器在二維上掃描所述束斑，以使所述束斑遍曆矩形面積412，這裏也稱為窗口412，如插圖411所示。
圖7是根據本發明的實施例，在窗口412中由束斑45沿行的路徑的示意圖。通常，窗口412的矩形尺寸處在由模組22的保持束斑45聚焦的能力所確定的限制範圍內。作為舉例，假定窗口412是中心在軸48與表面38的交點上的矩形。在該圖中，以不同刻度繪製y軸和x軸。
處理器32以基本恒定的整體周期T重復掃描束斑45。作為舉例，假定所述掃描開始於束斑45在位置I處，此處I是窗口412中的左側最高點。同樣作為舉例並且為了清楚描述，假定存在七條路徑414，但是實際上通常在窗口412中明顯存在更多的路徑414。在一些實施例中，在所述窗口中存在大約10條和大約100條之間的路徑。所述處理器沿路徑414從初始x值xi到最終x值xf與x軸平行地水平掃描束斑45。所述掃描通常用固定掃描速率。每個路徑414具有有效寬度yw和不同的y值；對於每個路徑，處理器32用值δ δ y循序地增加y值。通常，由模組22的特徵限制yw的值，並且yw對應於由所述模組測量的像素的尺寸。然而，如下所述，獨立於yw，處理器32能夠將δ y的值設定為任何便利值。
可以將束斑45遍曆的每個路徑414用於產生所述束斑撞擊的所述表面的圖像，並且這裏也將路徑414稱為成像路徑。當需要時，在這裏的描述中，通過添加尾碼字母區分路徑414，從而將圖7所示的七條路徑分別表示為414A、418B、……、414G。
在到達特定成像路徑414的最終x值之後，所述處理器阻止帶電粒子束41的投射。隨後，所述處理器使束斑45聚焦到的位置返回到初始x值，並且增加y值。路徑416，這裏也稱為水平回掃路徑416，示出當阻止束41時所述束斑位置沿行的路徑。由於束41被阻止遍曆路徑416，因此可以不將路徑416用於形成圖像。這裏也將路徑416稱為非成像路徑416。
在最低路徑414即414G，的末端，即在窗口412的底部右側角處，處理器32阻止帶電粒子束41的投射並且沿垂直回掃路徑418將束斑聚焦到的位置返回到初始掃描點I。如對於路徑416那樣，可以不將路徑418用於形成圖像，並且也稱為非成像路徑418。這裏將在窗口412內束斑45沿行或已經沿行的完整路徑稱為光柵掃描(raster scan)。
在一些實施例中，每個路徑414之間的時間，包括在路徑414G和路徑414A之間的時間，是常量△t。然而，處理器32控制在所述路徑之間的時序，並且不需要在它們之間具有恒定時間。例如，處理器32可以將用於垂直回掃路徑418的時間設定成與在相鄰路徑414之間的時間不同。
將光柵掃描的整體周期T劃分為兩個周期，成像周期和非成像周期。所述成像周期對應用於從第一成像路徑414A開始掃描到最後成像路徑414G的末端的時間，並且也將該周期稱為所述光柵掃描的成像階段。所述非成像周期對應用於遍曆所述垂直回掃路徑418，即從所述最後成像路徑的末端到所述第一成像路徑的開始，的時間。也將所述非成像周期稱為垂直回掃階段。
考慮圖7示出，忽略末端效應，在所述光柵掃描的高度，即窗口412的整體y尺寸Ywindow，與δ y之間的關係由下式給出：Y window =N．δy (5)
其中N是成像路徑414的數量。
所述光柵掃描的高度Ywindow的典型值是1μm，而所述 掃描的寬度(xf-xi)的典型值是200μm。
圖8是根據本發明的實施例的示出用於對晶片成像的方法的示意圖。所述方法包含在上面參考圖7描述的光柵掃描中在窗口412中掃描束斑45，同時相對於所述窗口平移所述晶片。用鏡臺36執行所述平移。如下面更加詳細描述的，束斑45的所述光柵掃描與所述晶片相對於所述窗口的平移的結合允許裝置410的操作員以高解析度對高關注區域成像，同時完全跳過即根本不對在所述高關注區域之間的低關注區域成像。
在上面參考圖5的對於裝置10的操作的描述中，假定晶片表面38的高關注區域是連續導體線並且在所述高關注區域之間是低關注區域。還假定與y軸平行地排列所述線，並且鏡臺36在y方向上平移所述晶片。在下面的對於裝置410的操作的描述中，假定所述晶片的基本輪廓與如參考圖5所用的相同。然而，儘管如對於裝置10那樣，鏡臺36在y方向上平移所述晶片，但是這裏假定與x軸平行地排列所述連續導體線。由此，在裝置410中將所述導體線的特徵方向的排列設定成與所述平移方向不平行，而通常是正交的。
圖8示出當時間改變時表面38的片段430的一系列「快照」(snapshot)A1、A2、……、C2。片段430是表面38的與y軸平行的柱的一部分，並且假定這裏也稱為柱430的所述片段具有兩個高關注面積432和三個低關注面積434。面積432和434通常是所述表面的在片段430每個側邊上的在x方向上連續的區域， 從而面積432通常是與x軸平行排列的金屬線導體的一部分。
在全部所述快照中，窗口412固定在相對於軸48的位置處，所述窗口的中心在軸48上，如圖6和圖7所示。線y=0對應於軸48的位置。假定鏡臺36以恒定y速度在負y方向上平移晶片39示出所述不同快照，從而在循序快照之間存在△y的固定位移和△t的固定時間。
假定將所述快照分組成序列，每個序列包含完整光柵掃描。在圖8也示出了對於完整光柵掃描的整體周期T。在第N個序列的第一快照A1中，處理器32將窗口412的頂部與高關注區域432的底部對準，並且假定開始上面參考圖7描述的光柵掃描。快照A1示出第一成像路徑414A。
在發生於快照A1之後的時間△t的第二快照B1中，鏡臺36已經以△y平移晶片39，並且發生第二成像路徑414B。如上面參考圖7描述的，成像路徑414B從路徑414A產生δ y的移位。後續快照C1、D1、E1、F1和G1的每一個都以時間△t分隔，並且以△y平移晶片39。對於後續快照的每一個，分別發生成像路徑414C、414D、414E、414F和414G。每個成像路徑產生δ y移位元。
處理器32將位移δ y和△y設定為是不同的。在這裏描述的示例中，下式成立：|δy|<|△y| (6)
通過檢查圖8可示出，式(6)的應用使得循序掃描發 生相對於表面38的逆行移動。當表面38在y方向上向下移動時，成像路徑414掃描也在y方向上但是以較小的量向下移動，因此是所述掃描在所述表面向上移動。
由式(6)給出的位移中的差異意味著在完整光柵掃描之上，掃描了表面38的具有由下式給出的y尺寸Y的區域：Y=f(y W ,δy,△y) (7)
其中f是函數。
應該理解的是，在一般情況中，完整光柵掃描可以具有在成像路徑414之間的交疊或在所述路徑之間的間隙，取決於yw、δ y和△y的值。
在一個實施例中，處理器32在yw、δ y和△y上設定下述條件：|△y|-|δy|=y W (8)
式(8)的條件意味著完整光柵掃描期間在表面38上沒有束斑45的間隙或交疊。
在這種情況中，假定在完整光柵掃描中存在N個成像路徑414，則表面28的成像區域的y尺寸Yimage由下式給出：Y image =N．y W (9)
由於通常yw<δ y，由式(5)和式(9)，Yimage<Ywindow。
第N序列的所述完整光柵掃描在快照G1處結束，此後快照A2開始第(N+1)序列的新光柵掃描。將表面38的已經在快照A1、B1、…G1的序列中掃描的區域作為矩形436示出。如圖8 所示，當鏡臺36繼續在負y方向上移動晶片時矩形436在負y方向上前進。從圖8還可以看出，以快照A2開始的第(N+1)序列的第一掃描與第N序列的最後掃描即快照G1在空間上被Ywindow分隔。
圖解433示出在第(N+1)序列完成之後柱430的成像和非成像片段。在柱430中，存在由矩形436確定且對應於快照A1、…G1的第一成像片段436(N)和第二成像片段436(N+1)。所述成像片段由沒有被成像的片段413領先、分隔和跟隨。當繼續掃描柱430時，由圖解433示出的重復過程即第一光柵掃描的快照的完整集合和第二光柵掃描的快照的部分集合，繼續進行。這裏也將成像片段436(N)、436(N+1)、……稱為成像片段436i。雖然在圖解433中為了清楚而未示出，但成像片段436i包括面積432，而且非成像片段413包括面積434。
由於窗口412的y尺寸限定了所述非成像片段的y尺寸，因此非成像片段413具有由式(5)給出的y尺寸Ywindow。成像片段436i具有由式(9)給出的y尺寸Yimage。由此，從這些運算式並應用式(8)，所述成像片段與所述非成像片段的高度比由下式給出：
所述移動的節距(pitch)P，即一個完整成像片段436i和一個完整非成像片段413的y值，由下式給出： P=Y window +Y image (11)
對於一個節距P，裝置410執行N個成像掃描，因此，假定用於束斑45的非成像移動的時間實際上是零，則用於所述完整節距的時間對應於由下式給出的整體光柵掃描周期T：T=N．△t (12)
聯合式(11)和式(12)給出鏡臺36的速度Vr：
由於對於裝置10(圖1)，假定所述掃描的x尺寸和用於一個x掃描的時間與這裏描述的裝置410的示例的相同，則鏡臺36的速度V s 由下式給出：
其中y w 是像素尺寸。
也可以從比值得到下式：
比較式(13)和式(15)，並且使用式(14)，則在所述兩種系統即裝置410和裝置10中，鏡臺36的速度的比由下式給出：
由於在式(16)中，對於分數的分子和分母執行相同數量的掃描，因此式(16)對應於所述兩種系統的輸出量的比值。
應該認識到，對於上面參考裝置10和410描述的特定 實施例，存在大量的修改。例如，在裝置410的情況中，可以由處理器32改變所述光柵掃描的全部參數，諸如垂直回掃時間、成像掃描時間和/或速率、成像掃描之間的間隔和水平回掃時間，以便調整表面38的哪區域成像和哪區域不成像。當與處理器32的設定不同鏡臺速度的能力相結合時，這種改變能夠使所述處理器在掃描的「標記空間」(mark-place)值，即其成像-非成像y尺寸的比值中產生具有寬廣變化的掃描。
在上面的描述中，作為舉例，已經假定已經將晶片39設定在特定取向中。在所描述的示例中，設定所述晶片以使鏡臺36的移動方向與所述晶片中導體線的特徵方向平行或正交。晶片39的這種特定取向不是必需的，並且可以定向所述晶片以使鏡臺36的移動方向與表面38上的關注元件的特徵方向成任何便利角度，諸如45°。
本發明的一些實施例組合了裝置10和410的所述掃描過程。上面的描述假定成像路徑414的掃描速率是恒定的。在替代實施例中處理器32將所述光柵掃描的成像路徑的掃描速率設定成以與上面參考圖2或圖5描述的相似方式變化。在這種情況中，由所述光柵掃描成像的區域包含在片段436i(圖8)內的高關注區域和低關注區域，並且由根本未成像的片段413將這些區域彼此分隔。
因此應該認識到，上面描述的實施例是作為舉例引用的，並且不能將本發明限制在已經在上面特別示出和描述的內 容。更適當的，本發明的範圍包括上面描述的不同特徵的組合和子組合，以及本領域技術人員在閱讀前面描述時想到的和沒有在現有技術中公開的變化和修改。
10‧‧‧聚焦系統
12‧‧‧帶電粒子槍
14‧‧‧照明透鏡
16‧‧‧束分流器
18‧‧‧物鏡透鏡
22‧‧‧帶電粒子束照射模組
24‧‧‧成像透鏡
28‧‧‧電子檢測器
30‧‧‧成像器
31‧‧‧成像檢測器
32‧‧‧處理器
33‧‧‧記憶體
34‧‧‧位置控制器
35‧‧‧二次束
36‧‧‧可動鏡臺
38‧‧‧表面
39‧‧‧晶片
40‧‧‧用戶介面
41‧‧‧初始帶電粒子束
42‧‧‧照射路徑
44‧‧‧開口
45‧‧‧束斑
46‧‧‧成像路徑
47‧‧‧成像模組
48‧‧‧軸
49‧‧‧裸片

Claims (32)

  1. 一種用於對一表面成像的方法，其包含以下步驟：用一初始帶電粒子束以一第一掃描速率掃描該表面的一第一區域，以便從該第一區域產生一第一二次帶電粒子束；用該初始帶電粒子束以比該第一掃描速率快的一第二掃描速率來掃描該表面的一第二區域，以便從該第二區域產生一第二二次帶電粒子束；在設置成產生回應該第一二次帶電粒子束和該第二二次帶電粒子束的一信號的一檢測器處接收該第一二次帶電粒子束和該第二二次帶電粒子束；以及回應於該信號，形成該第一區域和該第二區域的一圖像；及使用一或更多個先前掃描之該等帶電粒子束的一電流轉換之一x值，以決定沿著一目前掃描線的一轉換點，其中一目前掃描之一掃描速度將在該轉換點上改變。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該轉換點係在產生每個該等信號之後而更新。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該第一區域和該第二區域具有一共同邊界。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該表面包含一高關注元件和一低 關注元件，該方法還包含定義該共同邊界以使該第一區域包含該高關注元件和該低關注元件的一部分。
  5. 如請求項1所述的方法，其還包含在掃描該第一區域和掃描該第二區域之前執行該表面的一預掃描，以及回應於該預掃描並在掃描該第一區域和掃描該第二區域之前描繪該第一區域和該第二區域。
  6. 如請求項1所述的方法，其中形成該圖像之步驟包含以比該第二區域的該圖像更高的解析度形成該第一區域的該圖像。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該第一區域的該圖像的一第一解析度與該第二區域的該圖像的一第二解析度之間的一比值是該第一掃描速率和該第二掃描速率的一函數。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該函數是該第二掃描速率與該第一掃描速率的一比值。
  9. 如請求項1所述的方法，其中掃描該第一區域和掃描該第二區域之步驟包含：以該第一掃描速率執行該第一區域的一第一片段的一第一掃描和以該第二掃描速率執行該第二區域的一第二片段的一第二掃描；確定回應該第一掃描的該第一二次帶電粒子束的一第一電 流；確定回應該第二掃描的該第二二次帶電粒子束的一第二電流；描繪回應該第一和該第二電流的該第一區域的一第三片段和該第二區域的一第四片段；以及後續地，以該第一掃描速率執行該第三片段的一第三掃描和以該第二掃描速率執行該第四片段的一第四掃描。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該表面係在該第一區域的該掃描及該第二區域的該掃描之間轉移。
  11. 如請求項10所述的方法，其中一光柵掃描(raster scan)係由該轉移所實現。
  12. 如請求項11所述的方法，其中一光柵掃描係由一斑偏折(spot deflection)所實現。
  13. 一種用於對一表面成像的裝置，其包含：一照射模組，其設置成：用一初始帶電粒子束以一第一掃描速率掃描該表面的一第一區域，以便從該第一區域產生一第一二次帶電粒子束，以及用該初始帶電粒子束以比該第一掃描速率更快的一第二掃描速率來掃描該表面的一第二區域，以便從該第二區域產生一第二二次帶電粒子束；一檢測器，其設置成接收該第一二次帶電粒子束和該第二二 次帶電粒子束以及產生回應於該第一及第二二次帶電粒子束的一信號；以及一處理器，其設置成回應於該信號而產生該第一和該第二區域的一圖像，該處理器進一步經設置以使用一或更多個先前掃描之一電流轉換之一x值，以決定沿著一目前掃描線的一轉換點，其中一目前掃描之一掃描速度將在該轉換點上改變。
  14. 如請求項13所述的裝置，其中該轉換點係在產生每個該等信號之後而更新。
  15. 如請求項13所述的裝置，其中該第一區域和該第二區域具有一共同邊界。
  16. 如請求項15所述的裝置，其中該表面包含一高關注元件和一低關注元件，且其中該處理器設置成定義該共同邊界以使該第一區域包含該高關注元件和該低關注元件的一部分。
  17. 如請求項13所述的裝置，其中該照射模組設置成在掃描該第一區域和掃描該第二區域之前執行該表面的一預掃描，其中該處理器設置成回應於該預掃描並在該照射模組掃描該第一區域和掃描該第二區域之前描繪該第一區域和該第二區域。
  18. 如請求項13所述的裝置，其中形成該圖像包含以比該第二區域的該圖像更高的解析度形成該第一區域的該圖像。
  19. 如請求項13所述的裝置，其中該第一區域的該圖像的一第一解析度與該第二區域的該圖像的一第二解析度之間的一比值是該第一掃描速率和該第二掃描速率的一函數。
  20. 如請求項19所述的裝置，其中該函數是該第二掃描速率與該第一掃描速率的一比值。
  21. 如請求項13所述的裝置，其中掃描該第一區域和掃描該第二區域包含：以該第一掃描速率執行該第一區域的一第一片段的一第一掃描和以該第二掃描速率執行該第二區域的一第二片段的一第二掃描；確定回應該第一掃描的該第一二次帶電粒子束的一第一電流；確定回應該第二掃描的該第二二次帶電粒子束的一第二電流；後續地，回應該第一和該第二電流，描繪該第一區域的一第三片段和該第二區域的一第四片段；以及以該第一掃描速率執行該第三片段的一第三掃描和以該第二掃描速率執行該第四片段的一第四掃描。
  22. 如請求項13所述的裝置，該裝置進一步包含一轉移平台，該 轉移平台經設置以轉移該表面，以容納該第一及第二區域的掃描。
  23. 一種用於對一表面成像的方法，其包含以下步驟：用一初始帶電粒子束以一第一掃描速率掃描該表面的一第一區域，以便從該第一區域產生各自的第一二次帶電粒子束；用該初始帶電粒子束以比該第一掃描速率更快的一第二掃描速率來掃描該表面的第二區域，以便從該等第二區域產生各自的第二二次帶電粒子束；在設置成回應於該第一二次帶電粒子束和該第二二次帶電粒子束而產生一信號的一檢測器處接收該第一二次帶電粒子束和該第二二次帶電粒子束；回應於該信號而形成該等第一區域和該等第二區域的一圖像；及使用一或更多個先前掃描之一電流轉換之一x值，以決定沿著一目前掃描線的一轉換點，其中一目前掃描之一掃描速度將在該轉換點上改變。
  24. 如請求項23所述的方法，其中該轉換點係在產生每個該等信號之後而更新。
  25. 如請求項23所述的方法，其中該等第一區域和該等第二區域由彼此分隔且彼此相鄰。
  26. 如請求項24所述的方法，其中一給定第一區域和一給定第二 區域具有一共同邊界，以及其中該表面包含一高關注元件和一低關注元件，該方法還包含定義該共同邊界以使該給定第一區域包含該高關注元件和該低關注元件的一部分。
  27. 如請求項23所述的方法，其還包含在掃描該等第一區域和掃描該等第二區域之前執行該表面的一預掃描，以及回應該預掃描並在掃描該第一區域和掃描該第二區域之前描繪該等第一區域和該等第二區域。
  28. 如請求項23所述的方法，其中形成該圖像包含以比該等第二區域的該圖像更高的解析度形成該等第一區域的該圖像。
  29. 如請求項23所述的方法，其中該等第一區域的該圖像的一第一解析度與該等第二區域的該圖像的一第二解析度之間的一比值是該第一掃描速率和該第二掃描速率的一函數。
  30. 如請求項29所述的方法，其中該函數是該第二掃描速率與該第一掃描速率的一比值。
  31. 一種用於對一表面成像的裝置，其包含：一照射模組，該照射模組經設置以：用一初始帶電粒子束以一第一掃描速率掃描該表面的第一區域，以便從該等第一區域產生各自的第一二次帶電粒子束，以及用該初始帶電粒子束以比該第一掃描速率更快的一第二掃描速率 掃描該表面的第二區域，以便從該等第二區域產生各自的第二二次帶電粒子束；一檢測器，其設置成接收該等第一二次帶電粒子束和該等第二二次帶電粒子束以及回應於該等第一二次帶電粒子束和該等第二二次帶電粒子束而產生一信號；以及一處理器，其設置成回應於該信號而形成該等第一區域和該等第二區域的一圖像，該處理器進一步經設置以使用一或更多個先前掃描的一電流轉換之一x值，以決定沿著一目前掃描線的一轉換點，其中一目前掃描之一掃描速度將在該轉換點上改變。
  32. 如請求項31所述的方法，其中該轉換點係在產生每個該等信號之後而更新。
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