TW201503210A - 電子束晶圓檢查系統及其操作方法 - Google Patents

Abstract

茲描述一種電子束晶圓攝像系統。該系統包括用於發射電子束的發射器，其中該發射器為冷場發射器、熱輔助場發射器或肖特基(Schottky)發射器；用於在該發射器和圓柱殼體之間施加至少20kV的電壓之電源；用於將該電子束聚焦於晶圓上的物鏡，其中該物鏡具有磁透鏡組件及靜電透鏡組件，其中該磁透鏡組件及該靜電透鏡組件大體上互相重疊，其中該靜電透鏡組件具有第一電極、第二電極及第三電極；以及被沿著從該第三電極之位置到樣品台之位置的光軸定位的控制電極，其中該控制電極設以控制訊號電子；用以在第一操作模式和第二操作模式之間切換的控制器，其中該控制器被連接至另外的電源，用以在該第一操作模式和該第二操作模式之間切換。

Description

電子束晶圓檢查系統及其操作方法

本發明之實施例係關於使用一或多個帶電粒子束攝像的裝置並關於包括變焦鏡頭的物鏡系統。本發明之實施例尤其是關於具有物鏡的電子束晶圓檢查系統，特別是電子束晶圓檢查系統及操作電子束晶圓檢查系統的方法。

帶電粒子束設備在許多工業領域中具有許多功能，該工業領域包括但不限於製造過程中半導體元件的關鍵尺寸化、製造過程中半導體元件的缺陷檢視、製造過程中半導體元件的檢查、微影用曝光系統、檢測裝置及測試系統。因此，對於在微米和奈米尺度內建構、測試及檢視樣品有高度的需求。

微米和奈米尺度的製程控制、檢查或建構往往使用帶電粒子束(例如電子束)來進行，該電子束係於帶電粒子束裝置(例如電子顯微鏡或電子束圖案產生器)中產生並聚焦。由於帶電粒子束的短波長，帶電粒子束提供比例如光子束更優越的空間解析度。

特別是對於電子束檢查(EBI)技術來說，產量是最讓人感興趣的。因此，尤其特別的是指低著陸能量<500eV和低二次電子(SE)擷取場的表面檢查。通常情況下，對於高的電流密度使用了電子探針生成化合物物鏡(疊加的磁和靜電阻滯場透鏡)。在這些透鏡中，圓柱內的電子能量被減小到最終的著陸能量。整體性能係由浸沒因子所決定，該浸沒因子係圓柱能量對著陸能量之比。浸沒能量愈高，則性能愈佳。對於低的著陸能量和低的SE擷取場而言，物鏡的焦度傾向於越來越由靜電阻滯場透鏡表現。因此，磁透鏡的貢獻顯著減少，並且從而整體物鏡性能降低而造成更高的像差。

隨著浸沒因子提高，焦平面也向上移動進入來源的方向並最終進入透鏡體。在這種情況下，聚焦於大的樣品上變得不可能。

為了克服這個問題，對於低著陸能量結合低擷取場的組合來說，可以使用焦距較長的靜電透鏡。此可藉由增加這兩個靜電透鏡電極之間的距離來實現，該兩個靜電透鏡電極形成了阻滯透鏡，即在該兩個靜電透鏡電極之間主束會被減速。然而，焦距較長的透鏡又具有較大的像差。對於這樣的解決方案來說，甚至連圓柱能量都必須或應當被另外降低一定程度，從而甚至降低更多的光學性能(較小的浸沒因子)。

鑑於上述情況，本發明的目的是提供一種改良的物鏡以及一種克服至少一些本技術領域中的問題的改良電子束裝置。

鑒於上述，提供了依據獨立項申請專利範圍的一種改良的電子束晶圓攝像系統、一種改良的多束晶圓攝像系統及一種改良的操作電子束晶圓攝像系統的方法。從附屬項申請專利範圍、實施方式及圖式可以顯而易見進一步的優點、特徵、態樣及細節。

依據一個實施例，提供了一種電子束晶圓攝像系統。該系統包括用於發射電子束的發射器，其中該發射器為冷場發射器、熱輔助場發射器或肖特基(Schottky)發射器；用於在該發射器和圓柱殼體之間施加至少20kV的電壓之電源；用於將該電子束聚焦於晶圓上的物鏡，其中該物鏡具有磁透鏡組件及靜電透鏡組件，其中該磁透鏡組件及該靜電透鏡組件大體上互相重疊，其中該靜電透鏡組件具有第一電極、第二電極及第三電極；以及被沿著從該第三電極之位置到樣品台之位置的光軸定位的控制電極，其中該控制電極設以控制訊號電子；用以在第一操作模式和第二操作模式之間切換的控制器，其中該控制器被連接至另外的電源，用以在該第一操作模式和該第二操作模式之間切換。

依據另一個實施例，提供了一種多束晶圓攝像系統。該系統包括至少一晶圓攝像系統。該晶圓攝像系統包括用於發射電子束的發射器，其中該發射器為冷場發射器、熱輔助場發射器或肖特基(Schottky)發射器；用於在該發射器和圓柱殼體之間施加至少20kV的電壓之電源；用於將該電子束聚焦於晶圓上的物鏡，其中該物鏡具有磁透鏡組件及靜電透鏡組件，其中該磁透鏡組件及該靜電透鏡組件大體上互 相重疊，其中該靜電透鏡組件具有第一電極、第二電極及第三電極；以及被沿著從該第三電極之位置到樣品台之位置的光軸定位的控制電極，其中該控制電極設以控制訊號電子；用以在第一操作模式和第二操作模式之間切換的控制器，其中該控制器被連接至另外的電源，用以在該第一操作模式和該第二操作模式之間切換。該多束晶圓攝像系統還包括至少一另外的發射器，用於發射電子束，其中該至少一另外的發射器為冷場發射器、熱輔助場發射器或肖特基(Schottky)發射器；其中該物鏡包括至少一另外的靜電透鏡組件，其中該至少一另外的靜電透鏡組件具有至少一另外的第一電極、至少一另外的第二電極及至少一另外的第三電極。該多束系統包括至少一另外的控制電極，被沿著從該個別的第三電極之個別位置到樣品台之位置的至少一另外的光軸定位，其中該至少一另外的控制電極設以控制訊號電子。

依據又另一個實施例，提供了一種操作電子束晶圓攝像系統的方法。該方法包括發射電子束，該電子束具有5x10⁷A/m²/sr/eV以上的亮度，使用20keV以上的能量將該電子束導引通過電子束圓柱；使用磁場和靜電場將該電子束聚焦於晶圓上，其中該磁場和該靜電場大體上互相重疊，其中該靜電場係由第一電極、第二電極及第三電極提供，而且其中該靜電場設以藉由改變該靜電透鏡組件之焦距而被切換於第一操作模式和第二操作模式之間；以及使用控制電極控制訊號電子於該晶圓之擷取場。

該等實施例還針對用於進行所揭示方法的設備，並 包括用於進行每個描述的方法步驟的設備部件。這些方法步驟可以藉由硬體組件的方式來執行、由適當軟體程式化的電腦執行、藉由上述兩種方式的組合執行或以任何方式執行。此外，依據本發明的實施例亦針對所述設備操作的方法。該方法包括用於進行該設備的每個功能的方法步驟。

2‧‧‧光軸

3‧‧‧接地

4‧‧‧電壓源

5‧‧‧發射器

9‧‧‧電源

12‧‧‧電子束

20‧‧‧電子束圓柱

21‧‧‧第一腔室

22‧‧‧第二腔室

23‧‧‧第三腔室

30‧‧‧電子源

31‧‧‧發射器

32‧‧‧抑制器

50‧‧‧樣品台

52‧‧‧樣品

60‧‧‧磁透鏡組件

63‧‧‧上極片

64‧‧‧下極片

100‧‧‧掃描電子顯微鏡

160‧‧‧靜電透鏡組件

162‧‧‧第一電極

164‧‧‧第二電極

166‧‧‧第三電極

170‧‧‧控制電極

202A‧‧‧曲線

202B‧‧‧曲線

230‧‧‧第一平面

232‧‧‧第二平面

240‧‧‧聚光透鏡

260‧‧‧控制器

264‧‧‧電源

300‧‧‧晶圓攝像系統

331‧‧‧電源

360‧‧‧物鏡

362‧‧‧絕緣體

366‧‧‧絕緣體

370‧‧‧掃描偏轉器組件

380‧‧‧電子束分離器

392‧‧‧束彎曲器

394‧‧‧透鏡

396‧‧‧濾波器

398‧‧‧檢測器

400‧‧‧晶圓攝像系統

420‧‧‧聚光透鏡

440‧‧‧偏轉系統

450‧‧‧孔

460‧‧‧控制器

462‧‧‧電源

464‧‧‧電源

466‧‧‧電源

470‧‧‧電源

512‧‧‧電極

520‧‧‧槍室

530‧‧‧腔室

532‧‧‧絕緣體

560‧‧‧物鏡

602‧‧‧步驟

604‧‧‧步驟

606‧‧‧步驟

為詳細了解上述本發明的特徵，可參照實施例而對以上簡單概述的本發明作更特定的描述。附圖與本發明的實施例相關並說明如下：第1圖圖示依據本文所述實施例具有掃描偏轉器的阻滯場掃描帶電粒子束裝置之示意性部分視圖；第2A圖和第2B圖依據本文所述實施例分別圖示圓柱中及用於不同操作模式的電子束能量或電位；第3圖圖示依據本文所述實施例的阻滯場掃描帶電粒子束裝置之示意性視圖；第4圖圖示依據本文所述實施例具有兩個或更多個電子束的阻滯場掃描帶電粒子束裝置之示意性視圖；以及第5圖圖示依據本文所述實施例操作阻滯場掃描帶電粒子束裝置之方法。

現在將詳細參考本發明的各種實施例，其中一個或多個實例係圖示於圖式中。在以下圖式的描述中，相同的元件符號係指相同的元件。一般來說，僅針對個別實施例的不同點進行說明。每個實例是藉由說明本發明的方式來提供， 並且不意味著作為本發明的限制。此外，圖示或描述為一個實施例之一部分的特徵可用於其它實施例或與其它實施例一起使用而產生另一個實施例。意思是該描述包括這樣的修改和變化。

在不限制本申請案的保護範圍之下，以下的帶電粒子束裝置或其中的組件將示例性地被稱為一種包括二次電子及/或背散射電子的檢測之電子束裝置，該二次電子及/或背散射電子也被稱為訊號電子。本發明還可被應用於檢測微粒的裝置和組件，該等微粒例如形式為電子或離子、光子、X射線或其它訊號的二次及/或背散射帶電粒子，以獲得樣品圖像。一般來說，當指稱微粒時，該等微粒應被理解為其中該等微粒為光子的光訊號，以及其中該等微粒為離子、原子、電子或其它粒子的粒子。

本文所指的「樣品」或「晶圓」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件及其它工件，例如記憶碟及類似者。本發明的實施例可以被應用於所建構的或上面沉積材料的任何工件。樣品或晶圓包括將被成像及/或建構或上面沉積層的表面、邊緣及通常是斜面。依據可與本文所述的其它實施例結合的一些實施例，該設備和方法被設置用於或被應用於電子束檢查(EBI)、關鍵尺寸量測及缺陷檢視等應用，其中鑒於希望這些應用具有高的產量，可有利地使用依據本文所述實施例的顯微鏡及方法。依據本文所述的一些實施例，可以提供電子束檢查(EBI)、關鍵尺寸量測(CD)工具、及/或缺陷檢視(DR)工具，其中可以實現高解析度、大視場及高掃描 速度。

依據本文所述的實施例，晶圓攝像系統或晶圓SEM檢查工具係指EBI工具、CD工具或DR工具，該等工具為精熟本項技藝之人士所理解的特定工具。

在此描述的實施例之上下文中、但不限制保護的範圍之下，中間束加速系統旨在描述具有初始高加速帶電粒子的帶電粒子束設備，該等帶電粒子將在撞擊樣品或晶圓之前不久減速到著陸能量。帶電粒子被引導通過圓柱的加速速度v_acc與帶電粒子撞擊樣品的著陸速度v_著陸之間的能量或速度比v_acc/v_著陸可為約至少10或更高，例如20或更高。此外，著陸能量可以是2keV或更小，例如1keV或更小，例如500eV或甚至100eV。

依據本文所述的實施例，用於電子束系統的物鏡(即電子束撞擊樣品或晶圓之前最後的透鏡)包括磁靜電透鏡。如第1圖所圖示，靜電透鏡組件包括處於高電位的上電極162及處於接近樣品電壓的電位之下電極166，下電極166使電子減速以提供所需的著陸能量。這些電極有助於聚焦，以及使電子束減緩至所需的低主束電壓。此外，設置用於擷取訊號電子(例如二次電子(SE)或背散射電子)的中間電極164和控制電極170。由此，提供非常低著陸能量(例如100eV)及低擷取場的希望可以被實現，而不會減損電子束攝像系統的整體性能。

第1圖圖示掃描電子顯微鏡100的一部分。物鏡包括具有上極片63、下極片64及線圈(第1圖中未圖示)的磁 透鏡組件60。物鏡進一步包括靜電透鏡組件160，靜電透鏡組件160具有第一電極162(即圖中的上電極)、第二(中間)電極164及第三電極166(即圖中的下電極)。此外，在沿著光軸2從第三電極166的位置分別到樣品台50或樣品52的位置上設置分別用於控制訊號電子或作用於訊號電子的擷取場的控制電極。

應當理解的是，第三電極166有時被稱為proxi電極或大proxi電極，因為第三電極166是靜電透鏡組件160中最靠近樣品或樣品台的電極。此外，從樣品擷取訊號電子的控制電極有時也被稱為小proxi，因為控制電極通常是電子束攝像系統最靠近樣品或樣品台的電極。依據一些實施例，小proxi可以與大proxi距離樣品相同的距離。典型地，依據其它的實施例，小proxi比大proxi更靠近樣品。

依據本文描述的實施例，可以理解的是，小proxi(即控制電極170)對靜電透鏡組件160的特性影響較小，但足夠小到足以被視為單獨的元件，並具有控制從樣品擷取SE或引導SE從樣品釋放的功能。

物鏡60將在圓柱中沿著光軸2行進的電子束12聚焦於樣品52上，即在樣品平面上。樣品52被支撐在樣品支撐台50上。依據一些可與本文所述的其它實施例結合的實施例，掃描樣品的區域可以藉由在基本上垂直於光軸的第一方向上移動樣品台並在另一第二方向上進行線掃描來實施，該第二方向基本上垂直於光軸而且基本上垂直於該第一方向。

假使電子束被依據預定的掃描圖案進行掃描，例如 掃描相鄰的線時，電子束行進偏離光軸2以掃描所需的視場。因此，可以使用掃描偏轉組件(如第3圖所示)，例如磁掃描偏轉組件。特別是非常快速地掃描靜電掃描偏轉器(例如八極)是較佳的。典型地，設置至少一個基本垂直於光軸2(例如z方向)的掃描方向。時常是設置2個掃描方向(例如x方向和y方向)及具有超過一個掃描偏轉器的對應掃描組件。該一或多個掃描偏轉器因而被設置用於高速掃描，例如實現GHz區域的像素率(例如3GHz或以上)及/或MHz區域的線速率(例如3MHz或以上)。依據可以與其它實施例結合的典型實施例，由控制器提供到偏轉器的控制訊號之頻率為0.1MHz至10MHz。

依據本文所述的實施例，可以建構常見的EBI系統使得性能被最佳化或改良用於加速電壓V_acc，即圓柱內20kV或更高的高電壓，例如V_acc=30kV，及在晶圓樣品0V/mm的零場偏移(ZFO)下主要電子的著陸能量E_pe>500eV(E_pe~「能量_主電子」)。然而，進一步附加的操作模式使得本發明的實施例有利。例如，在ZFO=0時著陸能量E_pe約100eV、大視場(FOV)及低擷取電壓的低-低要求需要如所討論的讓步。在本發明之前所建議的設計變更會導致非低-低方案中產生強大的性能惡化，使得先前存在的操作模式遭遇切換到所需新操作模式的選擇。

依據本文所述的實施例，代替降低二極體靜電透鏡組件中的proxi電極的是，在三極體靜電透鏡組件中設置內部或中間電極。由此，可以獲得類似增加的透鏡間隙，以提供 另外的操作模式非常低的著陸能量和低擷取場，其中在此低-低方案中可以獲得類似的益處。

本文所述的實施例提供了關於至少一些上述問題的改良。藉由提供最佳化的複合物鏡來保持在中等著陸能量(例如500eV或以上)的高光學性能。提供了低著陸能量/低擷取場操作模式另外的硬體解決方案。因此，可以利用控制器來在未惡化的現有操作模式(E_pe為500eV以上，例如500eVE_pe 1000eV)和另外的操作模式(具有300EV以下的低著陸能量和例如100eV以下或甚至50V/mm以下的低擷取場)之間進行切換。甚至可以實現0V/mm或負的擷取場來控制表面帶電。由此，具有靜電二極體透鏡(其中圓柱能量被降到最終的著陸能量)的靜電透鏡組件被具有三極體透鏡(3個電極的靜電透鏡)的靜電透鏡組件(參見例如第1圖中的元件符號160)取代。

第2A圖和第2B圖說明本文中所描述的實施例，並圖示本文描述的另外的實施例，特別是關於操作EBI系統的方法，例如其中兩種操作模式之間可以切換。在第2A圖和第2B圖中，電子束是在具有發射器的來源產生的，其中第2A圖和第2B圖圖示了來源或虛擬來源的平面230。第一平面230表示來源或虛擬來源沿著光軸2的z位置。電子被加速到圓柱內的電壓，其中用於加速的電極結構，例如擷取器和陽極係由第二平面232表示。最後，陽極電壓相對於發射器電壓決定圓柱的能量。第二平面表示加速電極沿著光軸2的z-位置。電子束藉由聚光透鏡240準直及/或聚焦。曲線202A和 202B圖示電子束的能量，即能量愈高則曲線202A和202B距離光軸2愈遠。如進一步圖示的，設置了靜電透鏡組件的第一電極162、靜電透鏡組件的第二電極164、靜電透鏡組件的第三電極166及控制電極。磁透鏡組件未被圖示於第2A圖和第2B圖中，第2A圖和第2B圖主要論及靜電透鏡組件。然而，依據一些實施例，並如本揭示的其他圖式所圖示的，也可以設置磁透鏡組件，從而設置出組合的磁靜電阻滯透鏡。

依據可與本文所述其它實施例組合的典型實施例，靜電透鏡組件的第一電極162、靜電透鏡組件的第二電極164、靜電透鏡組件的第三電極166及控制電極被沿著主要電子的路徑以此順序設置，即分別從發射器到樣品、樣品台或樣品平面。依據可替換的變形，靜電透鏡組件的第三電極166和控制電極可以被設置在沿著光軸2的相同z位置，其中其它的電極仍以上面的順序設置。

在第2A圖中，可以提供以下單位為kV的電位，該等電位對應於單位為keV的電子能量，反之亦然。電子束以20keV以上行進通過圓柱，例如以25keV、甚至30keV或甚至更高的能量行進通過圓柱。由此，示例性地對於25keV的電子束能量，發射器或發射器尖端可以分別在-25kV，並且擷取器或通常陽極和圓柱是接地。

依據本文描述的實施例，圓柱的能量有時也與擷取器電位及/或陽極電位相關聯。在許多應用中，擷取器電位和陽極電位可以是相同的電位或陽極甚至可以由擷取器來設置。然而，有的應用中擷取器和陽極是處於不同的電位。在 這種情況下，圓柱的能量通常是由陽極電位所決定。

因此第一電極162也接地，第一電極162可由圓柱中的電子束導引電位提供。第二電極164是在+5kV，使得電子能量增加5keV，並且第三電極以及晶圓是設置在-24kV，使得著陸能量E_pe為1keV。控制訊號電子的控制電極是在例如-22kV。

依據可與本文描述的其它實施例結合的典型實施例，圓柱通常可以在接地電位或可至少從-5kV至+5kV，通常從-2kV至+2kV。儘管可以被精熟本項技藝者所理解，但電子束能量是基於相對電位，使得發射器或者可以是接地或任何其它的值，而對於上述電子束能量為25keV的實例，圓柱電壓可以在+25kV或相應的其它值，依據本文描述的實施例，使圓柱電位接地或在接地附近的有限範圍內可被認為是對EBI系統有益的。除了與主電子束的能量和對應的靜電透鏡組件電位有關的態樣(其中設置有阻滯場透鏡)，還考量了其他的態樣。

為了良好的系統性能，另外考慮和改良用於對準的主束偏轉、用於掃描的主束偏轉及訊號電子的檢測，例如二次電子(SE)或背散射電子。使圓柱電位在接地電位或至少在有限的電位避免了使另外像是對準偏轉器、掃描偏轉器及用於SE檢測的元件等組件處在高電位或至少在非常高的電位，例如25kV，該非常高的電位是在這些組件和元件的控制訊號以外提供的。以高電位設置這些組件會導致這些組件的不良控制，並造成系統性能低劣。

依據本文描述的實施例，第2A圖所圖示的操作模式(對應於本文所述的中度著陸能量)具有浸沒透鏡，其中減速係提供於第二電極164和第三電極166之間。因此，此操作模式可與二極體透鏡操作模式相仿，並提供與二極體透鏡操作模式類似的益處。依據可與本文所述其它實施例結合的一些實施例，關於第2A圖描述的操作模式可被切換到第2B圖中圖示的進一步操作模式，反之亦然。由此，第2B圖中圖示的操作模式可以被稱為具有300eV以下(例如100eV)低著陸能量和低擷取電壓的低-低方案。

在第2B圖中，以下的電位可以以kV提供，該等電位對應於單位在keV的電子能量，反之亦然。電子束以20keV以上行進通過圓柱，例如以25keV或甚至30keV行進通過圓柱。由此，示例性地對於25keV的電子束能量，發射器或發射器尖端可以分別在-25kV，並且擷取器或陽極和圓柱是接地的。因此，可由圓柱中的電子束導引電位設置的第一電極162也接地。第二電極164是在-5kV，使得電子能量稍微減少5keV，並且第三電極以及晶圓被設置在-24.9kV，使得著陸能量E_pe為100eV。控制訊號電子的控制電極在例如-24kV或甚至-24.9kV或甚至更低。由此，如以上關於第2A圖所描述的，圓柱通常是接地的。然而，當主要考慮到靜電透鏡組件及/或複合磁靜電物鏡的聚焦特性時，依據本文描述的一些實施例，整個系統的電位可以被任意地移位。

依據本文描述的典型實施例，圓柱能量，即電子行進通過圓柱的能量為20keV以上，例如25keV或30keV。 然而，依據可與本文描述的其它實施例結合的又進一步修改，圓柱的能量也可在甚至更高的電位，例如40keV以上或甚至50keV以上。由此，晶圓或樣品上的著陸能量不增加，而是浸沒因子提高，即電子被減速更多。

依據一些可併入本文中的實施例，三極體靜電透鏡可以使用與第2A圖所圖示的焦距相比增加的焦距進行操作，如第2B圖所圖示。因此，依據本文描述的實施例可以設置「變焦透鏡」。焦距可以為了操作模式進行切換或者可以依據預定的條件進行調整。

依據可以本文所述的其它實施例結合的一些實施例，可以在EBI系統中設置一個或更多個以下的相對電位：(1)用於提供加速電壓的電極(例如擷取器及/或陽極)相對於發射器尖端具有+20kV以上的電位，特別是25kV或更高；(2)圓柱內導引電子束通過圓柱的電位相對於發射器尖端為+20kV或更高，特別是25kV或更高；(3)靜電透鏡組件的第一電極基本上是在與加速電壓相同的電位，或與加速電壓相比可以在-1kV至+1kV的電位；(4)靜電透鏡組件的第二電極與靜電透鏡組件的第一電極相比是在-7kV至+7kV，例如-5kV至+5kV或-3kV至+3kV；(5)靜電透鏡組件的第三電極與發射器尖端的電位相比是在+50V至+2kV的電位，例如在+50V至+1kV的電位；(6)樣品或晶圓與發射器尖端的電位相比是在+50V至+2kV的電位，例如在+50V至+1kV的電位；以及(7)控制電極與樣品或晶圓的電位相比是在+2kV至-2kV的電位，通常為+500V至-1kV。由此，特別是對於 為靜電浸沒透鏡的第二電極所設置的電位，可以設置操作模式之間的切換，而且系統可以包括相應的控制器和相應的電源。

如上所述，加速電壓被設置的電位(即圓柱中導引電子束的電壓及/或假使圓柱中導引的電子束未由例如形成靜電透鏡組件之第一電極的管提供，則此第一電極的電位可以接地或接近接地，例如在-1kV至1kV內。因此，依據一些可與本文描述的其它實施例結合的實施例，用於提供電位給靜電浸沒透鏡的第二電極的電源可以是雙極電源。那是可提供正和負電位到電極的電源。

如上所述，本文所述例如具有三極體透鏡的實施例提供了一連串操作上的優勢和靈活性。1)透鏡可被最佳化用於中度(高)著陸能量的操作，例如500eV以上的能量，例如高達1.5keV。這主要是藉由最佳化中心電極到最後一個三極體電極的距離來進行。第一電極是在中心電極的電位或更低。這意味著三極體是操作於最佳化或改良的二極體。2)對於低著陸能量/低擷取場操作，三極體被活化，其中圓柱的能量被依序由中心和最後一個電極降低到最終能量。通過這些手段可以實現長焦距透鏡，而不會影響上述第2)項中提到的中/高能量操作。3)此外，在上述第2)項中提到的焦距增加不充足而且圓柱能量(V_acc~「電壓_加速」)必須被降低以實現操作參數的情況下，本發明提供了額外的優勢。所有的模式都可以使用圓柱能量來實現，而且既無性能損失亦無改變圓柱能量的必要性。改變圓柱能量具有必須重新對準和重新設 定剩餘組件的實際缺點，重新對準和重新設定剩餘組件是耗時的。所提出的配置不僅允許在低著陸能量/低擷取場操作中的主束依序減速(與三極體透鏡的減速模式有關)，而且還允許中心電極在電子束最終被減速到著陸能量之前加速電子束的加速模式。使用此雙模式的操作，可以實現的是對於所有的操作模式，物鏡永遠操作於改良的或最佳化的條件，而不需要改變圓柱電壓。

可以相對於第3圖描述另外的實施例。第3圖圖示帶電粒子束裝置，例如掃描電子顯微鏡(SEM)攝像設備，即晶圓攝像系統300。電子束圓柱20提供了第一腔室21、第二腔室22及第三腔室23。第一腔室(也可以被稱為槍室)包括具有發射器31和抑制器32的電子源30。

依據本文描述的實施例，發射器被連接到電源331，用於提供電壓給發射器。對於本文所描述的實例，提供給發射器的電位使得電子束被加速到20keV以上的能量。因此，發射器通常被偏壓到-20keV的電位或更高的負電壓，例如在圓柱和導束管(也提供第3圖中的第一電極162)在接地電位的情況下。如上所述，使發射器31在正電位是典型的實施例，且具有圓柱和導束管可以在接地或中等電位的優點。然而，依據本文描述的實施例，相對於變焦透鏡的聚焦特性，發射器也可以接地，並且電源可以被連接到第3圖中圖示的電極162。

電子束由電子束源30產生。使電子束對準束限制孔450，使孔450的尺寸可對電子束塑形，即阻擋電子束的一部 分。此後，電子束通過電子束分離器380，電子束分離器380分離主電子束和訊號電子束(即訊號電子)。主電子束被物鏡聚焦在樣品或晶圓52上。樣品被定位在樣品台50上的樣品位置。在電子束撞擊時，例如二次或背散射電子被從樣品52釋放，此可由檢測器398檢測。即使背散射電子和二次電子通常是由檢測器來檢測，但本揭示的一些段落只關係到二次電子，即作為相對於主電子的比較，而且應當理解的是，背散射電子也被視為是訊號電子或類似於如本文所理解的二次電子，即圖像的訊號產生有二次產物。

依據一些可與本文描述的其它實施例結合的實施例，設置了聚光透鏡420和電子束塑形或束限制孔450。二階段的偏轉系統440被設置在聚光透鏡和電子束塑形孔450之間，用於將電子束對準到該孔。依據本文所述可與本文描述的其它實施例結合的實施例，電子被擷取器或陽極加速到圓柱中的電壓(見下文)。擷取器可以例如由聚光透鏡420的第一(上部)電極或由另外的電極(未圖示)提供。

如第3圖所圖示，物鏡具有磁透鏡組件160，磁透鏡組件160具有極片64/63及線圈62，磁透鏡組件160將帶電粒子束聚焦在樣品52上。樣品可以位在樣品台50上。第3圖中圖示的物鏡包括形成物鏡的磁透鏡組件60的上極片63、下極片64及線圈62。此外，第一(上部)電極162、第二電極164及第三(下部)電極166形成物鏡的靜電透鏡組件160。

依據本文描述的實施例，磁透鏡組件和靜電透鏡組 件大體上互相重疊，以形成複合透鏡。為了實現磁透鏡組件和靜電透鏡組件的組合，依據本發明的實施例兩個場大體上互相重疊。在本發明實施例的一個含義中，應當理解的是，由圖式中每個場分佈的半寬值(HWFM)形成的區域係重疊至少10%，通常為至少50%。另外地或替代地，靜電透鏡組件的場分佈是在磁場組件的場分佈內。

還設置了控制訊號粒子束的控制電極170，該訊號粒子束例如二次電子(SE)或背散射電子。由此，控制電極尤其是用於控制樣品或晶圓的充電，即控制提供到樣品的淨電流。通常情況下，理想的是撞擊樣品的電子量等於樣品釋放的量或離開樣品的量。由此，可以減少或避免樣品充電。然而，在其中應用要求的情況中，也可以藉由適當控制的電壓結合適當的著陸能量來實現正或負的樣品充電。因此，樣品的充電可以受到控制。

另外，設置了掃描偏轉器組件370。掃描偏轉器組件370可以例如是磁性的，但較佳為靜電掃描偏轉器組件，掃描偏轉器組件370被設置用於高像素率。依據可與本文描述的其它實施例結合的典型實施例，掃描偏轉器組件370可以是如第3圖所圖示的單階段組件。或者，還可以設置雙階段或甚至三階段的偏轉器組件。由此，每個階段是設置在沿著光軸2的不同位置上。

訊號電子(例如二級及/或背散射電子)可被控制電極170從晶圓或樣品擷取出，並在物鏡內被進一步加速。電子束分離器380將主電子和訊號電子分離。電子束分離器可 以是維恩(Wien)濾波器及/或可以是至少一個磁偏轉器，使得訊號電子被偏轉遠離光軸2。然後訊號電子被束彎曲器392(例如半球束彎曲器)和透鏡394引導到檢測器398。可以設置另外的元件，像是濾波器396。依據又進一步的修改，檢測器可以是設以檢測訊號電子的分段檢測器，取決於樣品的起始角度。

依據本文所述的任何實施例，可以在系統中提供發射器、圓柱及電極的電位。作為典型的實例，束導引管(也作為靜電三極體透鏡的第一電極162)是在接地電位。因此，電子行進通過在接地電位的圓柱。由此，圓柱的殼體也可以被設置在接地電位。接地電位係由第3圖中的元件符號3表示。

靜電透鏡組件的第二電極164藉由絕緣體362連接到靜電透鏡組件的第一電極162。另外，依據另外的或替代的實施方式及如第3圖所圖示，第二電極被連接到電源264。電源264可以是雙極電源。電源264可以被設置來提供在-7kV至7kV範圍中的正和負電壓。如第3圖所圖示，電源可以被連接到控制器260。控制器可以控制由電源264提供到第二電極的電壓，以在本文所述的操作模式之間進行切換。由此，舉例來說，物鏡的焦距，特別是物鏡的靜電透鏡組件改變了。

如第3圖所圖示，控制電極170被絕緣體366連接到靜電透鏡組件的第三電極166。由此，典型上控制電極170被設置在第三電極166和樣品台50之間。依據替代的選項，控制電極可以作為第三電極內的鑲嵌物被提供，使得控制電 極和第三電極具有大致上相同的、與樣品台50的距離。

第4圖圖示又另一個實施例，其中阻滯場掃描顯微鏡(即晶圓攝像系統400)被設置為多束裝置。通常兩個或更多個束可以被設置在多束裝置中。作為實例，第4圖圖示5個發射器5，使得在槍室520中發射出5個電子束。發射器尖端被電壓源4偏壓到加速電位V_acc，與接地3相比電壓源4提供電位到尖端。設置電極512，例如擷取器或陽極，例如以杯形的形狀設置。這些電極藉由絕緣體532相對於彼此及相對於槍室520電絕緣。依據一些可與本文描述的其它實施例結合的實施例，還可以設置兩個或更多個選自於由擷取器和陽極所組成之群組的電極。通常情況下，這些電極512被電壓源(未圖示)偏壓到電位，以控制該兩個或更多個電子束。

帶電粒子束在另外的腔室530中前進，其中腔室530中設置了樣品52。物鏡560將電子束分別聚焦在樣品或樣品平面上。由此，物鏡可以具有磁透鏡組件60並具有共用的磁透鏡部分，即磁透鏡部分作用在兩個或更多個帶電粒子束上。由此，舉例來說，一個共用的激發線圈被設置於極片單元或極片組件，其中設置多個開口用於讓兩個或更多個電子束通過極片單元。一個共用的激發線圈激發極片單元，使得例如每個開口中聚焦一個電子束。電源9可以提供用於物鏡之磁透鏡部分的電流。

如第4圖所圖示，物鏡560還包括靜電透鏡組件160。例如，設置具有第一電極、第二電極及第三電極130的靜電透鏡部分560。如第4圖所圖示，第一電極也可以被設置 為一個或更多個靜電透鏡部分的單獨電極。也就是說第一電極可以是單獨的及/或獨立於圓柱中的束導管。這也可以適用於本文所述的單束柱。另外，對每個電子束設置控制電極170。四個電源462、464、466及470被圖示在第4圖中。每個電源都具有五條連接線，用於五個靜電透鏡組件中的每個之各個電極。舉例來說，電源462可以連接到相應的第一電極，電源464可以連接到相應的第二電極，電源466可以連接到相應的第三電極，以及電源470可以連接到相應的控制電極。控制器460被連接到電壓源462-466和470，用於靜電透鏡組件的電極和控制電極。從相應的電源(為了更好的概觀省略其餘的電源)進入圓柱殼體的連接線表示用於個別電子束的每個電極可被獨立控制。然而，可以理解的是，靜電透鏡組件的一個或更多個電極及一個或更多個控制電極也可以被共用的電源施加偏壓。另外，應當注意的是，假使第一電極如上面所解釋的被接地，則特別的是可以省略電源462。

依據一些實施例，物鏡可以依據本文所述的任何實施例設置。由此，必須考量的是，特別是對於EBI的應用，但也對於CD/DR的應用，與常見的晶圓攝像產量相比是將考量的重要態樣。本文所描述的操作模式可用於高產量。由此，也可以使用冷場發射器(CFE)和熱輔助CFE來提高產量。因此，物鏡與CFE、熱輔助場發射器或肖特基(Schottky)發射器的組合是特別有用的，更有甚者，進一步的實施方式為與多電子束裝置的組合，如針對第4圖所描述的。

本文所描述的實施例也可以包括另外的組件(未圖 示)，例如聚光透鏡、靜電、磁性或複合靜電-磁性類型的偏轉器(例如維恩(Wien)濾波器)、靜電、磁性或複合靜電-磁性類型的像差補償器(stigmator)、靜電、磁性或複合靜電-磁性類型的其它透鏡、及/或其他光學組件用於影響及/或校正主及/或訊號帶電粒子的電子束，例如偏轉器或小孔。事實上，為了說明的目的，那些組件中的某些組件被圖示在本文描述的圖式中。應當理解的是，一個或更多個這樣的組件也可以被應用於本發明的實施例。

依據一些實施例，提供一種攝像樣品的方法，如第5圖所圖示。由此，特別是利用阻滯場掃描顯微鏡，其中使用了帶電粒子束，例如電子束。在步驟602中，在阻滯場掃描顯微鏡中產生帶電粒子束，較佳為電子束。在步驟604，在第一操作模式中將電子束聚焦在樣品或晶圓上。為了產生圖像可以進行電子束的掃描，例如使用掃描偏轉器組件。在步驟606中，藉由改變電極的一個或更多個電位而切換到第二操作模式，並且主電子束被聚焦在樣品上或晶圓上。物鏡包括磁透鏡組件和靜電透鏡組件，其中靜電透鏡部分依序包括第一電極、第二電極及第三電極。依據有利的解決方案，當在操作模式之間進行切換時不改變第一電極及/或圓柱中的電子能量(V_acc)。操作模式通常包括改變靜電透鏡組件的焦距及/或改變主電子束著陸能量。例如，主束能量可以從300eV以下的低能量變化到500eV至1500eV的中度能量。依據本文描述的實施例，當在各種模式之間進行切換時，不需要任何的機械改變或重新對齊。另外，可以對兩種模式提供良好的或 最佳化的性能。

依據一些可與本文描述的其它實施例結合的實施例，而且依據關於第5圖所描述的方法之進一步修改，可以在EBI系統中提供一個或更多個以下的相對電位。(1)用於提供加速電壓的電極(例如擷取器-陽極結構)相對於發射器尖端被偏壓至+20kV以上的電位，特別是25kV或更高；(2)圓柱內導引電子束通過圓柱的電位相對於發射器尖端為+20kV或更高，特別是25kV或更高；(3)靜電透鏡組件的第一電極基本上是在與加速電壓相同的電位，或與加速電壓相比可以在-1kV至+1kV的電位；(4)靜電透鏡組件的第二電極與靜電透鏡組件的第一電極相比被偏壓至-7kV至+7kV的電位，例如-5kV至+5kV或-3kV至+3kV；(5)靜電透鏡組件的第三電極與發射器尖端的電位相比被偏壓至+50V至+2kV的電位，例如在+50V至+1kV的電位；(6)樣品或晶圓與發射器尖端的電位相比被偏壓至+50V至+2kV的電位，例如在+50V至+1kV的電位；以及(7)控制電極與樣品或晶圓的電位相比是在+500V至-2kV的電位。由此，特別是對於為靜電浸沒透鏡的第二電極所設置的電位，可以設置操作模式之間的切換，而且系統可以包括相應的控制器和相應的電源。另外，與使系統的相應電極或組件接地類似地考量偏壓至接地電位。

雖然前述係針對本發明之實施例，但在不偏離本發明之基本範圍下，亦可設計出本發明之其他與深一層的實施例，且本發明之範圍係由以下申請專利範圍所決定。

2‧‧‧光軸

12‧‧‧電子束

50‧‧‧樣品台

52‧‧‧樣品

60‧‧‧磁透鏡組件

63‧‧‧上極片

64‧‧‧下極片

100‧‧‧掃描電子顯微鏡

160‧‧‧靜電透鏡組件

162‧‧‧第一電極

164‧‧‧第二電極

166‧‧‧第三電極

170‧‧‧控制電極

Claims (20)

1. 一種電子束晶圓攝像系統，包含：一發射器(31)，用於發射一電子束，其中該發射器為一冷場發射器、一熱輔助場發射器或一肖特基(Schottky)發射器；一電源(331)，用於在該發射器和圓柱殼體之間施加一至少20kV的電壓；一物鏡(360；560)，用於將該電子束聚焦於一晶圓(52)上，其中該物鏡具有一磁透鏡組件(60)及一靜電透鏡組件(160)，其中該磁透鏡組件及該靜電透鏡組件大體上互相重疊，其中該靜電透鏡組件具有一第一電極(162)、一第二電極(164)及一第三電極(166)；以及一控制電極(170)，被沿著一從該第三電極之位置到一樣品台之位置的光軸定位，其中該控制電極設以控制訊號電子；一控制器(260)，用以在一第一操作模式和一第二操作模式之間切換，其中該控制器被連接至一另外的電源，用以在該第一操作模式和該第二操作模式之間切換。
2. 如請求項1所述之電子束晶圓攝像系統，其中該另外的電源被連接至該第二電極。
3. 如請求項1所述之電子束晶圓攝像系統，其中該第一電極(162)被接地。
4. 如請求項2所述之電子束晶圓攝像系統，其中該第一電 極被接地。
5. 如請求項1至4中任一項所述之電子束晶圓攝像系統，其中該另外的電源被連接至該第二電極(164)且為一雙極性電源，用以提供從-7kV至+7kV的電壓。
6. 如請求項1至4中任一項所述之電子束晶圓攝像系統，其中該第一電極被以一導束管的型式提供，用以沿著該光軸導引該電子束通過該系統之長度的至少50%。
7. 如請求項1至4中任一項所述之電子束晶圓攝像系統，進一步包含一加速電極，用以加速該發射器所發射之該電子束，其中該加速電極被連接至一提供-5kV至+5kV電位的電源，或其中該加速電極被接地。
8. 如請求項1至4中任一項所述之電子束晶圓攝像系統，其中該第二電極被組裝於該系統中附著於一絕緣體，該絕緣體被進一步附著於該第一電極。
9. 如請求項1至4中任一項所述之電子束晶圓攝像系統，其中該控制電極被組裝於該系統中附著於一另外的絕緣體，該另外的絕緣體被進一步附著於該第三電極。
10. 一種多束晶圓攝像系統，包含 一如請求項1至4中任一項所述之晶圓攝像系統；至少一另外的發射器(5)，用於發射一電子束，其中該至少一另外的發射器為一冷場發射器、一熱輔助場發射器或一肖特基(Schottky)發射器；其中該物鏡(360；560)包含至少一另外的靜電透鏡組件(160)；其中該至少一另外的靜電透鏡組件具有至少一另外的第一電極(162)、至少一另外的第二電極(164)及至少一另外的第三電極(166)；以及至少一另外的控制電極(170)，被沿著從該個別的第三電極之個別位置到一樣品台之位置的至少一另外的光軸定位，其中該至少一另外的控制電極設以控制訊號電子。
11. 如請求項10所述之多束晶圓攝像系統，其中該另外的電源被連接至該晶圓攝像系統之該第二電極。
12. 如請求項10所述之多束晶圓攝像系統，其中該晶圓攝像系統之該第一電極被接地。
13. 如請求項10所述之多束晶圓攝像系統，其中該另外的電源被連接至該第二電極且為一雙極性電源，用以提供從-7kV至+7kV的電壓。
14. 一種操作一電子束晶圓攝像系統的方法，包含以下步驟： 發射一電子束，該電子束具有一5x10⁷A/m²/sr/eV以上的亮度；使用一20keV以上的能量將該電子束導引通過一電子束圓柱；使用一磁場和一靜電場將該電子束聚焦於一晶圓上，其中該磁場和該靜電場大體上互相重疊，其中該靜電場係由一第一電極、一第二電極及一第三電極提供，而且其中該靜電場設以藉由改變該靜電透鏡組件之焦距而被切換於一第一操作模式和一第二操作模式之間；以及使用一控制電極控制訊號電子於該晶圓之擷取場。
15. 如請求項14所述之方法，其中該電子束被以該發射器之一正電位發射，該正電位相對於接地為20kV以上，以及其中該電子束被以接地電位導引通過一電子束圓柱。
16. 如請求項14或15所述之方法，其中提供該靜電場之該第二電極與提供該靜電場之該第一電極相比係處於一-7kV至+7kV的電位，用以於該第一操作模式和該第二操作模式之間進行切換。
17. 如請求項14或15所述之方法，其中提供該靜電場之該第三電極及/或該晶圓與該發射器尖端之電位相比係處於一+50V至+2kV的電位。
18. 如請求項14或15所述之方法，其中提供該靜電場之該第三電極及/或該晶圓與該發射器尖端之電位相比係處於一+50V至+1kV的電位。
19. 如請求項14或15所述之方法，其中與該樣品或晶圓之電位相比，該控制電極被偏壓至一+2kV至-2kV的電位。
20. 如請求項14或15所述之方法，其中與該樣品或晶圓之電位相比，該控制電極被偏壓至一+500V至-1kV的電位。