TW201624523A - 高解析度帶電粒子束裝置及其操作方法 - Google Patents

高解析度帶電粒子束裝置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

提供一帶電粒子束裝置，其包括：一經配適用於產生一初級帶電粒子束的初級束來源裝置；一經配適用於提供球面及/或色像差之補償的鏡修正器裝置；一第一束分離器，其經配適用於傳輸該初級帶電粒子束至該鏡修正器裝置，且用於從該鏡修正器裝置所反射之一補償初級帶電粒子束分離出該初級帶電粒子束，其中該第一束分離器具有一經組態以產生至少一偶極磁場的磁偏轉器；一經配適用於聚焦該補償初級帶電粒子束至一樣品上的物鏡；及一第二束分離器，其經配適用於傳輸該補償初級帶電粒子束至該樣品，且用於從源自該樣品之一第二帶電粒子束分離出該補償初級帶電粒子束。

Description

高解析度帶電粒子束裝置及其操作方法
本申請案之實施例係關於經調適的帶電粒子束裝置，舉例而言，用於測試系統之應用、微影術系統應用、積體電路測試、缺陷複查(defect review)、臨界尺寸量測(critical dimension measurement)、電子束檢測(electron beam inspection)、表面成像(surface imaging,SEM)、或類似者。本申請案之實施例亦係關於操作一帶電粒子束裝置之方法。進一步言，本申請案之實施例係關於使用一高亮度電子槍(high brightness electron gun)，舉例而言，用於缺陷複查應用、臨界尺寸量測應用、及電子束檢測(EBI)之應用。
半導體科技對於以奈米為單位或甚至次奈米尺度的樣品之探測(probing)及構成產生高度需求。微米及奈米尺度的製程控制、檢測、或構成經常以帶電粒子束進行，該等帶電粒子束舉例而言係電子束，該等電子束係由帶電粒子束裝置(諸如電子顯微鏡或電子束圖案產生器(electron beam pattern generator))產生且於其等中聚焦。為達到檢測目的，帶電粒子束提供 優異的空間解析度，例如與光子束相較之下如此，因為帶電粒子束之波長較光束之波長短。
使用帶電粒子束之檢測裝置(諸如掃描電子顯微鏡(SEM))在複數個工業領域中具有許多功能，該等工業領域包括但不限於：在製造期間的電子電路之檢測、用於微影術的曝光系統、偵測裝置、缺陷檢測工具、以及用於積體電路的測試系統。於此類電子束系統中，具有高電流密度之精密探針(probe)可被使用。舉例而言，於SEM之例子中，初級電子(primary electron,PE)束產生可用於將樣品成像或分析樣品之粒子，如二級電子(secondary electron,SE)及/或背向散射電子(backscattered electron,BSE)。
許多器材使用磁、靜電、或組合靜電磁之物鏡，以將初級束(primary beam)聚焦至樣品上。在一些例子中，物鏡之電場同時收集所產生粒子(SE及BSE)，該等所產生粒子進入該透鏡中且經導引至偵測器上。為了均勻且高效率的電子收集及偵測，次級及/或背向散射粒子係有利地與初級束分開。隨著半導體裝置技術特徵尺寸之減低，存在在低降落能量(landing energy)下將空間解析度增加到次奈米範圍之需求。具體而言，需要低於1keV之低降落能量以降低可能限制空間解析度的樣本內散射。
對於以電子光學系統為基礎的高解析度成像裝置而言，應考慮的一個方面係降低像差及/或改善像 差修正(aberration correction)。提供具有像差修正的帶電粒子束裝置係有益處的。
由於SEM管柱(column)中所包括的物鏡及/或其他光學組件的繞射極限、色像差(chromatic aberration)及/或球面像差(spherical aberration)，先前技術的SEM管柱在可達成的解析度上受到限制。在5keV或之下之特別低的降落能量下(特別是500eV或之下)，色像差為限制。此方面可藉由提供經調適用於降低帶電粒子束之能量寬度的單色器裝置來解決。然而，由於孔徑角度之變大，球面相差使得解析度無法顯著改善。
根據一實施例，一帶電粒子束裝置經提供，該帶電粒子束裝置包括：一經配適用於產生一初級帶電粒子束之初級束來源裝置；一經配適用於提供球面及/或色像差之補償的鏡修正器裝置；一第一束分離器，其經配適用於傳輸該初級帶電粒子束至該鏡修正器裝置，且用於從該鏡修正器裝置所反射之一補償初級帶電粒子束分離出該初級帶電粒子束，其中該第一束分離器具有一經組態以產生至少一偶極磁場的磁偏轉器；一經配適用於聚焦該補償初級帶電粒子束至一樣品上的物鏡；及一第二束分離器，其經配適用於導向該補償初級帶電粒子束至該物鏡，且用於從源自該樣品之一第二帶電粒子束分離出該補償初級帶電粒子束。
根據另一實施例，一操作一帶電粒子束裝置的方法經提供。該方法包括：產生一初級帶電粒子束；藉由一鏡修正器裝置之手段提供由該帶電粒子束裝置之光學組件所引入之球面及/或色像差之補償，使得一補償初級帶電粒子束被提供；藉由一第一束分離器之手段從該初級帶電粒子束分離出該補償初級帶電粒子束，其中該第一束分離器具有一磁偏轉器，該磁偏轉器經組態以產生至少一偶極磁場；聚焦該補償初級帶電粒子束至待藉由一物鏡之手段所檢測之一樣品上；藉由一第二束分離器之手段從該補償初級帶電粒子束分離出一源自該樣品的第二帶電粒子束；以及分析源自該樣品的該第二帶電粒子束。
進一步特徵及細節如附屬的請求項、實施方式及圖式所描述。
100‧‧‧初級束來源裝置
101‧‧‧電子槍
102‧‧‧陽極
103‧‧‧引出器電極
104‧‧‧聚光器透鏡
106‧‧‧陰極
107‧‧‧孔
108‧‧‧轉移透鏡
109‧‧‧出口孔
201‧‧‧第一束分離器
202‧‧‧第二束分離器
203‧‧‧束偏轉器
204‧‧‧束偏轉器
205‧‧‧束偏轉器
300‧‧‧樣品
301‧‧‧物鏡
302‧‧‧控制電極
307‧‧‧正交靜電磁場元件；元件
308‧‧‧聚光器透鏡
400‧‧‧帶電粒子束偵測裝置
401‧‧‧第一帶電粒子束偵測器
402‧‧‧第二帶電粒子束偵測器
501‧‧‧初級帶電粒子束
502‧‧‧補償初級帶電粒子束
503‧‧‧二級帶電粒子束
504‧‧‧入射軸
506‧‧‧鏡軸
507‧‧‧交叉焦點
508‧‧‧虛擬槍交叉點
509‧‧‧孔角度
510‧‧‧光軸
600‧‧‧鏡修正器裝置
700‧‧‧像差補償束來源裝置
801‧‧‧方塊
802‧‧‧方塊
803‧‧‧方塊
804‧‧‧方塊
805‧‧‧方塊
806‧‧‧方塊
807‧‧‧方塊
808‧‧‧方塊
PE‧‧‧初級電子
SE‧‧‧二級電子
為使本揭露以上所敘述特徵可詳細地被理解，本揭露(簡短概要如上)之一較具體的描述可參照實施例而得。隨附圖式係關於本揭露之實施例，且描述如下：圖1示意性地顯示根據一實施例之一帶電粒子束裝置；圖2係根據一實施例之一像差補償束來源裝置之一詳細視圖；圖3A至圖3D係根據另一實施例之帶電粒子束裝置之示意性繪圖；以及 圖4係一操作一帶電粒子束來源裝置之方法的流程圖。
一項實施例之元件可有利地在其他實施例中利用而無需再敘述，此係經設想。
現將詳細參考本揭露之多項實施例，其等之一或多個實例係繪示於圖中。在以下圖式之描述內，相同的參考標號指稱相同的組件。大體而言，僅描述相關於個別實施例之差異。各實例係藉由本揭露之闡釋的方式來提供，且不意指為本揭露之限制。進一步言，所繪示或描述為一項實施例之一部分的特徵可被使用於其他實施例上、或與其他實施例合併使用，以產生又再一實施例。本說明之包括此類修改及變化係所意欲的。
以下將描述根據一些實施例之一帶電粒子束裝置或其之組件。本文中所述實施例係關於一帶電粒子束裝置，該帶電粒子束裝置包括：一經配適用於產生一初級帶電粒子束的初級束來源裝置；一經配適用於提供球面及/或色像差之補償的鏡修正器裝置；一第一束分離器，其經配適用於傳輸該初級帶電粒子束至該鏡修正器裝置，且用於從該鏡修正器裝置所反射之一補償初級帶電粒子束分離出該初級帶電粒子束；一經配適用於聚焦該補償初級帶電粒子束至一樣品上的物鏡；及一第二束分離器，其經配適用於傳輸該補償初級帶電粒子束至該樣品，且用於從源自該樣品之一第二帶電粒子束分離 出該補償初級帶電粒子束。該第一束分離器具有經組態以產生至少一偶極磁場的至少一磁偏轉器。
根據一可與本文中所述之其他實施例組合之典型實施例，至少一聚光器透鏡可經提供於該第一束分離器與該第二束分離器之間。如此一來，可設計一有彈性且容易架設之束檢測裝置(beam inspection device)。
根據一可與本文中所述之其他實施例組合之典型實施例，一轉移透鏡可經提供，該轉移透鏡經配適用於聚焦從該初級束來源裝置發射之該初級帶電粒子束至該第一束分離器之中心內。
如本文中所述，關於一帶電粒子束之產生的一些討論和說明係例示性地相關於在電子顯微鏡(electron microscope)中的電子來描述。然而，其他類型的帶電粒子(例如，正離子)可由在各種不同器材中的設備來提供。根據本文中所描述的實施例(可與其他實施例組合)，一帶電粒子束係指稱為一電子束。
如本文中所指稱之「樣品(specimen)」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件、及其他工件，諸如記憶體碟及類似者。實施例可應用至任何經檢測或經成像的工件，在該等工件上材料經沈積或結構化。樣品包括一待結構化之表面或在其上沈積層之表面。
如本說明書中所使用的用語「像差(aberration)」意欲描述一帶電粒子束中的透鏡焦距或 探針之放大。像差可包括在一帶電粒子束傳播路徑中的球面像差、色像差、或球面及色像差兩者。
根據一些可與本文中所述之其他實施例組合之實施例，該等設備及方法可經組態用於或經應用而用於電子束檢測離子、用於臨界尺寸量測應用及缺陷複查。大體而言，當指稱一「束電流(beam current)」時，應理解一束的帶電粒子帶一預定電荷。帶電粒子束裝置可特別使用於高速掃描及偵測，舉例而言用於電子束檢測系統(EBI)，其中需要一高探針電流(probe current)。
再者，本文中所描述實施例係關於一操作一帶電粒子束裝置的方法。該方法包括：產生一初級帶電粒子束；藉由一鏡修正器裝置之手段提供由該帶電粒子束裝置之光學組件所引入之球面及/或色像差之補償，使得一補償初級帶電粒子束被提供；藉由一第一束分離器之手段從該初級帶電粒子束分離出該補償初級帶電粒子束，其中該第一束分離器具有至少一磁偏轉器，該至少一磁偏轉器經組態以產生至少一偶極磁場；聚焦該補償初級帶電粒子束至待藉由一物鏡之手段所檢測之一樣品上；藉由一第二束分離器之手段從該補償初級帶電粒子束分離出一源自該樣品的第二帶電粒子束；以及分析源自該樣品的該第二帶電粒子束。
如本說明書中所使用的用語「補償初級帶電粒子束(compensating primary charged particle beam)」意欲描述可(至少部分地)補償由該帶電粒子束裝置或一帶電粒子束傳播路徑之光學組件所引入的球面及/或色像差。如本說明書中所使用的用語「補償初級帶電粒子束」不應理解為必須完全補償像差之一帶電粒子束，而是一些像差可仍然存在於入射至一樣品上的該初級帶電粒子束中。
圖1示意性地顯示根據一實施例之一帶電粒子束裝置。參考標號100標示一初級束來源裝置。初級束來源裝置100可設計為一高亮度、低能量寬度束來源，其係選自由下列組成之群組：一熱場發射器TFE來源(thermal field emitter TFE source)、一冷場發射器CFE來源、或碳奈米管來源。藉由操作初級帶電粒子來源，一初級帶電粒子束501(例如，一束的初級電子PE)可經發射，且在一發射方向(例如，沿光軸510)上朝向一第一束分離器201導向。從而，沿該初級電子束PE之光軸510之一中心線與第一束分離器201之中心交截。
在第一束分離器201中，初級帶電粒子束在鏡軸506之方向上經偏轉，鏡軸506之方向與鏡修正器裝置600之一中心軸大約重合。根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，第一束分離器201具有至少一磁偏轉器，該至少一磁偏轉器經組態以產生至少一偶極磁場。再者，第一束分離器201可係選自由下列組成之群組：一磁偏轉束分離器；一組合正交靜電磁場束分 離器；兩個、三個、或四個磁偏轉器之一組合(所謂的2B、3B、或4B偏轉器)；一磁偏轉器及一靜電偏轉器之一組成(例如，一維因過濾器)；及一無分散組合磁靜電偏轉單元；一基於一組合正交靜電磁偏轉場之裝置(亦即，如一組合正交靜電磁偏轉束分離器)；及其任何組合。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，轉移透鏡108可經配置在初級束來源裝置100與第一束分離器201之間。轉移透鏡108經配適用於聚焦從初級束來源裝置100所發射的初級帶電粒子束501到第一束分離器201之中心內。藉由聚焦初級帶電粒子束501到第一束分離器201之中心內，交叉焦點507可經定位於第一束分離器201之中心內。從而，藉由以此方式配置該交叉，第一束分離器201引入零像差或至少僅一很小的量的像差。
第一束分離器201在鏡修正器裝置600之鏡軸506之方向上偏轉初級帶電粒子束501(例如，藉由經組態以產生至少一磁偶極場的磁偏轉器的手段)。因為交叉焦點507位於第一束分離器201之中心內，此交叉可用為鏡修正器裝置600之修正動作所基於的一焦點。換句話說，鏡修正器裝置600經調適用於修正第一束分離器201與一待調查樣品300之間的帶電粒子束傳播路徑的球面及/或色像差。此束傳播路徑可包括但不限制於至少一聚光器透鏡104、一第二束分離器202、 一物鏡301、及一控制電極302，如圖1中所顯示。如此一來，鏡修正器裝置600可經調整用於補償物鏡301及至少一聚光器透鏡104之至少一者的球面及/或色像差。第二束分離器202可提供為一具有至少一磁偶極偏轉場的簡單偏轉元件。至少一偶極磁場可由在第二束分離器202中所提供的一磁偏轉器來產生。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，可提供聚光器透鏡104之出口孔109。出口孔109可經配置於在第一束分離器201與第二束分離器202之間的一光學路徑，且可經設計使得補償初級帶電粒子束502朝向第二束分離器202之一開口角度可被界定。從而，在第一束分離器201及第二束分離器202之間的一束傳播路徑可用簡單的方式彈性調整。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的進一步實施例，第二束分離器202可選自由下列組成的群組：一磁偏轉束分離器；一組合正交靜電磁場束分離器；兩個、三個、或四個磁偏轉器之一組合；一磁偏轉器及一靜電偏轉器之一組成；一維因過濾器；一無分散組合磁靜電偏轉單元；及其任何組合。
圖2係根據一實施例之像差補償束來源裝置700之一詳細視圖。如圖2中所顯示，像差補償束來源裝置700包括初級束來源裝置100、鏡修正器裝置600、及在像差補償束來源裝置700的帶電粒子束傳播路徑中所提供的光學組件。初級束來源裝置100可包括具有電 子槍101，電子槍101具有一陰極106、一陽極102、及一經配置在陽極102與陰極106之間的引出器電極(extractor electrode)103。對於掃描電子顯微術SEM而言，像差補償束來源裝置700經調適用於發射一束的初級電子PE作為補償初級帶電粒子束502，朝向一SEM管柱中的剩餘者。如此一來，圖2中所顯示的配置可視為一像差補償SEM束來源，亦即，在一習知SEM裝置中的一習知SEM來源可以圖2中所顯示的「束分離器-修正鏡-轉移透鏡-電子槍」配置所取代。
例如，如於圖3A、圖3B及圖3C中所顯示，根據可與本文中所描述其他實施例組合的又進一步實施例，包括聚光器透鏡104及聚光器透鏡308的聚光器透鏡系統可經配置在來源100與第一束分離器201之間。具有兩個聚光器透鏡的聚光器透鏡系統經組態以判定來源大小、孔角度、及交叉之位置。具體而言，在第一束分離器201中的交叉之位置可藉由一具有兩個或更多個聚光器透鏡之聚光器透鏡系統所提供。
圖3A顯示一實施例，其中一初級帶電粒子束501係由初級束來源裝置(例如，包括電子槍101)產生。孔107(舉例而言，一束限制孔)可經配置在初級束來源裝置100與第一束分離器201之間的光學路徑中。孔107可用於調整初級帶電粒子束501入射到第一束分離器201上的一開口角度。再者，孔107可用於控制進入鏡光學件之一帶電粒子束的一開口角度。根據典 型實施例，孔107可經提供用以判定系統孔徑或光學系統之孔徑(亦即，界定帶電粒子，該等帶電粒子係用以促進樣品上的探針之形成)。
根據一些實施例，孔107可係一單一孔，亦即具一個孔開口之一孔。該孔可相關於光軸固定，或可相關於光軸係可移動的(例如為了對準之目的)。根據又進一步實施例，孔107可係一多重孔，其中2或更多個孔開口提供於該孔中。舉例而言，孔開口可具有不同大小，使得通行穿過該孔的電流可經改變，特別是當孔107係束限制孔時。在此情況中，在多重孔配置的前或後之偏轉器係需要的(未顯示)，該等偏轉器用於定址個別孔且將電子束帶回到光軸510。
圖3B顯示一實施例，其與相關於圖3A所描述之實施例相似或可相比。在圖3B中，孔107係提供在第一束分離器201與第二束分離器202之間。如上所束，圖3B中所顯示之孔107可係一單一孔或一多重孔。進一步言，孔107可係可移動的或固定的。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的另一實施例，分散修正(dispersion correction)可由在圖3C中所繪示的另一正交靜電磁場元件307所提供。分散可由作為組合靜電磁偏轉器的元件307所補償。可在對光學效能和光學配置的複雜度沒有負面效果的情況下，提供用於初級及二級帶電粒子束的額外束對準(beam alignment)光學件。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，鏡修正器裝置600可包括一數目的個別鏡電極，該數目係3、典型地係4、且特別係5或更多。如此一來，對於球面像差、對於色像差、或對於球面及色像差兩者的像差係數範圍之補償的彈性可經改善。
一更大數目的電極提供對於球面像差、對於色像差、或對於球面及色像差兩者的像差係數範圍之補償的更高的彈性。此亦允許幾乎獨立地控制鏡參數(例如，焦點位置及球面和色像差係數)。
初級帶電粒子束501(經偏轉成為鏡修正器裝置600之鏡軸506之方向)經鏡修正器裝置600反射回，且如此一來，經聚焦至第一束分離器201之交叉焦點507內作為一補償初級帶電粒子束502。接著，補償初級帶電粒子束502經偏轉朝向第二束分離器202，該第二束分離器202進而可偏轉補償初級帶電粒子束502在待調查樣品300之入射軸504的方向上。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，至少一聚光器透鏡104或聚光器透鏡系統分別可經配置於在第一束分離器201與第二束分離器202之間、或在初級束來源裝置100與第一束分離器201之間，如例如在圖3A、圖3B及圖3C中所顯示。因此，聚光器光學件可包括分別轉移透鏡108或轉移透鏡系統之一組合、及分別聚光器透鏡104或聚光器透鏡系統。聚光器光學件可包括但不限於一包括至少兩個個別透鏡之 透鏡系統。聚光器光學件可經配適用於導向補償初級帶電粒子束502朝向第二束分離器202，且接著使用物鏡301至待調查樣品300上。控制電極302可經配置於帶電粒子束傳播路徑內、在物鏡301與樣品300之間。控制電極302可經配適用於(特別是)調整樣品300處的電場強度，且因此從表面引出二級粒子。補償初級帶電粒子束502之帶電粒子撞擊樣品300之降落能量係由電子槍101與樣品300之間的電壓差異所定義。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，在帶電粒子束管柱中的初級束來源裝置100與物鏡301之間傳播的初級帶電粒子束501及/或補償初級帶電粒子束502之帶電粒子係以一高束加強能量(beam boost energy)提供，該高束加強能量係至少8keV、典型地係至少15keV、且特別地以一至少30keV之能量。
另一方面，根據又進一步的修改或替換，在物鏡301中及/或在物鏡301與樣品300之間，補償初級帶電粒子束502之帶電粒子係減速至一共計大約1keV或以下之降落能量，且典型地共計大約500eV或以下。因此，即使對於高能量束裝置而言，該等高能量束裝置具有一高能量帶電粒子束傳播路徑及/或在管柱內具有與降落能量相較大約係10至50倍的束能量，由於帶電粒子之間的交互作用(諸如電子-電子交互作用)之變寬效應(broadening effect)及像差可被降低。藉由 降低變寬效應及像差，將根據本文中所描述實施例的帶電粒子束裝置作為一掃描電子顯微鏡(SEM)之應用可在複數個工業領域中具有許多功能，包括但不限於製造期間對電子電路之檢測、微影術之曝光系統、偵測裝置等等。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，物鏡301可經提供為一低像差、短焦距透鏡，且選自由下列組成之群組：一靜電減速透鏡(retarding lens)、一靜電磁複合透鏡。可在低降落能量達成補償初級帶電粒子束502在樣品300上的精密聚焦。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，像差補償可相關於物鏡301或物鏡系統之球面及/或色像差來執行。除彼之外，或替代性地，在聚光器透鏡104或聚光器透鏡系統對整體系統像差有貢獻的情況下，像差補償可相關於聚光器透鏡104之球面及/或色像差來執行。以上所提及之像差可包括色像差、球面像差、或兩者。
此處應注意到轉移透鏡108可被視為聚光器光學件之一部分。另一方面，轉移透鏡108可經提供為一包括至少兩個個別透鏡之透鏡系統。
經鏡修正器裝置600反射且已含有像差補償資訊的補償初級帶電粒子束502係接著使用作為帶電粒子的一初級束用於探測一樣品300。當使用補償初級帶電粒子束502探測樣品300時，舉例而言在一SEM管柱 之情況下，初級電子束產生可用以成像或分析樣品300之粒子，像是二級電子SE及/或背向散射電子。為了分析樣品300，一源自樣品300之二級帶電粒子束503係藉由第二束分離器202之手段從補償初級帶電粒子束502所分離出，且朝向一帶電粒子束偵測裝置400導向。從而，例如在掃描電子顯微術SEM之情況下，從樣品300發射之二級電子SE可通行穿過物鏡301且可接著被帶電粒子束偵測裝置400所偵測。
從而，一種簡單的SEM架構可被提供，其中用於球面及色像差修正之修正器裝置經整合。由於與多極修正器(multipole corrector)相比較少的光學組件，如在多個實施例中於本文中所描述的鏡修正器裝置組態可提供一穩健的架構。根據本文中所描述的實施例之SEM架構可在低降落能量下提供大約次半奈米(sub-half nanometer)的解析度或更低。再者，可分別提供二級電子SE偵測及背向散射電子BSE偵測之彈性配置。除彼之外，根據實施例之SEM架構提供通用的(versatile)初級電子束/二級電子束分離及軸上偵測(on-axis detection)。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，鏡修正器裝置600可包括一數目的個別電極，該數目係3、典型地係4、且特別係5或更多。如相關於圖1所討論於上，一較大的數目之電極可給予對球面及色像差兩者之像差係數範圍的更高彈性。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，第一束分離器201可經提供為一具有至少一磁偶極偏轉場之簡單偏轉元件。該至少一偶極磁場可由在第一束分離器201中所提供的磁偏轉器產生。再者，或替代性地，第一束分離器201可設計為一磁偏轉區段場束分離器(magnetic deflection sector field beam separator)或一組合正交靜電磁偏轉場束分離器。一初級帶電粒子束501係由初級束來源裝置100所產生。一孔107可經配置在初級束來源裝置100與第一束分離器201之間的一光學路徑中。如此一來，來源出口孔107可使用於調整初級帶電粒子束501入射至第一束分離器201上之一開口角度。再者，孔107可經使用於控制進入鏡光學件帶電粒子束之一開口角度。
被導向至鏡修正器裝置600時的初級帶電粒子束501之孔角度509大約對應於轉移透鏡108之效果所提供的一立體角(solid angle)，轉移透鏡108聚焦從初級束來源裝置100發射至第一束分離器201之中心內的初級帶電粒子束501。此外，轉移透鏡108可經調適用於成像電子槍101之一虛擬槍交叉點508至第一束分離201之中心內。從而，交叉焦點507可經定位於第一束分離器201之中心內，且因此第一束分離器201所造成的像差可被避免或至少被降低。
圖3D係根據又另一實施例之一帶電粒子束裝置的示意性繪圖。圖3D中所顯示之帶電粒子束裝置的 架設包括兩個偵測器，亦即，第一帶電粒子束偵測器401及第二帶電粒子束偵測器402。第一帶電粒子束偵測器401對應至本文中相關於圖1及圖2所描述的偵測裝置400。
第二帶電粒子束偵測器402係大約環狀的或分段的偵測裝置，該偵測裝置經配適用於偵測在物鏡與第二束分離器202之間的二級帶電粒子束503之二級帶電粒子。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，繪示於圖3D之帶電粒子束裝置包括經配置於帶電粒子束傳播路徑中的三個額外的束偏轉器203、204、及205，且該等束偏轉器經配適用於帶電粒子束參數的進一步改善，特別是用於(至少部分地)提供束分散補償(dispersion compensation)。
圖4係繪示操作一帶電粒子束來源裝置之一方法的流程圖。如圖4中所顯示，於程序之一開始(方塊801)後，一初級帶電粒子束501係由一初級束來源裝置100所產生(方塊802)。接著，於方塊803處，該程序提供將初級帶電粒子束501經由一第一束分離器201傳輸到鏡修正器裝置600之步驟，且藉由鏡修正器裝置600之手段補償由該帶電粒子束裝置之光學組件所引入之球面及/或色像差，使得補償初級帶電粒子束502經提供。
再者，於方塊804處，初級帶電粒子束501係藉由第一束分離器201之手段自一補償初級帶電粒子束502分離出，該補償初級帶電粒子束502係從鏡修正器裝置600所接收，其中該第一束分離器具有至少一經組態以產生至少一偶極磁場的磁偏轉器。根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，初級帶電粒子束501及補償初級帶電粒子束502兩者均經聚焦於第一束分離器201之中心內。如此一來，補償初級帶電粒子束502係從來源束分離出(亦即從初級帶電粒子束501)，舉例而言，在不引入像差的情況下。如此一來，當離開第一束分離器201時，藉由第一束分離器201之手段從初級帶電粒子束501所分離出的補償初級帶電粒子束502係具有一修正波形，該修正波形經調適用於提供球面及/或色像差(例如，在完整的光學組態中所配置的光學組件的球面及/或色像差)之補償。
如本文中所使用，用語「補償初級帶電粒子束(compensating primary charged particle beam)」有時指稱為一具有「負(negative)」像差的帶電粒子束，該「負」像差係相關於由帶電粒子束裝置及/或帶電粒子束傳播路徑中所配置的光學組件所引入的像差。根據一實施例，一虛擬束來源可由在第一束分離器201之中心的初級束來源裝置100之影像來代表。此虛擬束來源可以其發射捆(emitting bundle)包含波形資訊，該波形資訊可(至少部分地)使用於像差修 正。該波形資訊可由修正器裝置所建立的分別「負」像差所表示。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，修正波形可藉由包括相關於光學組件之像差的負像差來提供。從而，藉由具有分別的負像差的修正波形，光學組件之球面及/或色像差可被(至少部分地)補償。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，分散補償可在帶電粒子束裝置中提供。分散補償及/或束對準可藉由具有正交靜電磁偏轉場的至少一元件(如例如在圖3C中所顯示的元件307)的手段來執行。
接著，於方塊805處，補償初級帶電粒子束502藉由物鏡301之手段來聚焦至待檢測的樣品300上。第二束分離器202經提供用於從補償初級帶電粒子束502分離出源自樣品300之二級帶電粒子束503(方塊806)。源自樣品300的二級帶電粒子束503在帶電粒子束偵測401、402(例如見圖3D)所分析(方塊807)。程序結束於方塊808。
於本文中，在初級束來源裝置100與物鏡301之間傳播的初級帶電粒子束501的及/或補償初級帶電粒子束502的帶電粒子係以高束加強能量提供，該高束加強能量係至少8keV、典型地係至少15keV、且特別具有至少30keV之能量。若一電子束係在初級束來源裝置100中所產生，則電子槍101及其陽極102 分別對中間束能量(intermediate beam energy)提供高電子加速。
再者，在物鏡301中及/或在物鏡301與樣品300之間，補償初級帶電粒子束502之帶電粒子經減速至共計大約5keV或以下之一降落能量，且典型地共計大約500eV或以下。中間束加速系統可以初始高粒子束能量提供初級帶電粒子束501、502。帶電粒子接著將在打擊樣品300前不久經減速至一降落能量。加速電壓Vacc(帶電粒子被引導通過管柱所處的電壓)與降落電壓Vlanding(帶電粒子打擊樣品300所處的電壓)之間的能量或束電壓比率Vacc/Vlanding可係約至少5或更高，例如10或甚至更高，諸如例如10至100。
除彼之外，或替代性地，圖1及圖3中所顯示的控制電極302可使用於在帶電粒子束以帶電粒子之降落能量撞擊在樣品300上之前減速初級帶電粒子束。控制電極302亦可經使用以調整在樣品表面上的二級粒子釋出之引出場(extraction field)。根據其之又另一修改或替代，樣品上的初級電子之降落能量可藉由偏壓樣品300而界定。從而，電子束之降落能量可被調整。
當與先前的像差修正總成比較時，舉例來說，對於使用多極修正器或鏡修正器來修正球面及/或色像差而言，本文中所描述之實施例具有一降低複雜度，且可避免用其有效操作的複雜配適光束路徑，舉例來說，包括分束器(beam splitter)、轉移透鏡等。據 此，可提供一簡單且穩健的SEM管柱架構，該架構包括一用於球面及/或色像差的鏡修正器。實施例避免高度複雜精密的束分割器(beam divider)元件與轉移透鏡組合，其於先前已經考慮。該穩健的解決方案致能在CD、DR、EBI應用中的製程診斷工具之應用。可提供次奈米解決方案。
根據可與本文中所描述其他實施例組合的實施例，該等裝置及方法可經組態用於或可經應用於電子束檢測系統，用於臨界尺寸量測應用及缺陷複查應用。具體而言，根據本文中所描述實施例的帶電粒子束裝置可用作為一帶電粒子束檢測裝置，該帶電粒子束檢測裝置可經設計以例如用於缺陷複查應用、用於測試積體電路、用於臨界尺寸量測分析、用於高速掃描等。具體而言，若電子係用作為帶電粒子，帶電粒子束檢測裝置可設計為一電子束檢測檢測(EBI)裝置。
具體而言，可提供一高亮度、低能量寬度電子來源，包括一熱場發射器TFE、一冷場發射器CFE、或碳奈米管。此外，可使用一低像差、短焦距物鏡301，其可設計為一具有一軸向或徑向磁間隙之靜電磁複合透鏡、或為一靜電減速場透鏡、或類似者。再者，可達成大約8keV或更高(諸如15keV、30keV或更高)的一在管柱內側之帶電粒子(例如電子)之高束加強能量，其中在物鏡內側或在物鏡301與樣品300之間的帶電粒子束減速至低降落能量可經提供。
雖然前述係關於本揭露之實施例，本揭露之其他以及進一步實施例可在不偏離其基本範疇下擬出，且其範疇係由下列申請專利範圍所決定。
100‧‧‧初級束來源裝置
104‧‧‧聚光器透鏡
108‧‧‧轉移透鏡
201‧‧‧第一束分離器
202‧‧‧第二束分離器
300‧‧‧樣品
301‧‧‧物鏡
302‧‧‧控制電極
400‧‧‧帶電粒子束偵測裝置
501‧‧‧初級帶電粒子束
502‧‧‧補償初級帶電粒子束
503‧‧‧二級帶電粒子束
504‧‧‧入射軸
506‧‧‧鏡軸
507‧‧‧交叉焦點
510‧‧‧光軸
600‧‧‧鏡修正器裝置
PE‧‧‧初級電子
SE‧‧‧二級電子

Claims (20)

  1. 一種帶電粒子束裝置，其包含一初級束來源裝置，該初級束來源裝置經調適用於產生一初級帶電粒子束；一鏡修正器裝置，該鏡修正器裝置經調適用於提供球面像差及/或色像差之補償；一第一束分離器，該第一束分離器經調適用於傳送該初級帶電粒子束至該鏡修正器裝置以從一由該鏡修正器裝置反射之補償初級帶電粒子束分離該初級帶電粒子束，其中該第一束分離器具有至少一磁性偏向器，該至少一磁性偏向器經組態以產生至少一偶極磁場；一物鏡，該物鏡經調適用於聚焦該補償初級帶電粒子束於一樣品上；以及一第二束分離器，該第二束分離器經調適用於傳送該補償初級帶電粒子束至該樣品，且用於從一源自該樣品之第二帶電粒子束分離該補償初級帶電粒子束。
  2. 如請求項1之帶電粒子束裝置，其進一步包含至少一聚光器透鏡，該聚光器透鏡配置在該第一束分離器與該第二束分離器之間、或該來源與該第一束分離器之間。
  3. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其進一步包含一轉移透鏡，該轉移透鏡經配適用於聚焦從該初級束來源裝置發射至該第一束分離器之一中心內的該初級帶電粒子束。
  4. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其中該等第一及第二束分離器係選自由下列組成之群組：一磁偏轉束分離器；一組合正交靜電磁偏轉場束分離器(combined crossed electrostatic-magnetic deflection field beam separator)；兩個、三個、或四個磁偏轉器之一組合；一磁偏轉器及一靜電偏轉器之一組合；一維因過濾器(Wien filter)；一無分散組合磁靜電偏轉單元；及其任何組合。
  5. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其中該鏡修正器裝置經配適用於對該物鏡及該至少一聚光器透鏡之至少一者的球面像差及色像差之至少一者做修正。
  6. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其中該初級束來源裝置係一高亮度、低能量寬度束來源，且選自由下列組成之群組：一熱場發射器TFE來源、一冷場發射器CFE來源、及一碳奈米管。
  7. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置， 其中該物鏡係一低像差、短焦距透鏡，且選自由下列組成之群組：一靜電減速透鏡(retarding lens)、一靜電磁複合透鏡。
  8. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其中該第二束分離器係一具有至少一磁偶極偏轉場之偏轉元件。
  9. 如請求項3之帶電粒子束裝置，其中該初級束來源裝置、該轉移透鏡、該鏡修正器裝置、及該第一束分離器形成一像差補償束來源裝置。
  10. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其進一步包含一出口孔，該出口孔經配置於在該第一束分離器與該第二束分離器之間的一光學路徑中，該出口孔經配適用於調整該補償初級帶電粒子束之一開口角度朝向該第二束分離器。
  11. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其進一步包含一進一步孔，該進一步孔配置於在該初級束來源裝置與該第一束分離器之間的一光學路徑中，該進一步孔經配適用於調整入射至該第一束分離器上之該初級帶電粒子束之一開口角度。
  12. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其中該鏡修正器裝置包含一數目的個別電極，該數目係3、4、5、或更多。
  13. 如請求項1或請求項2之帶電粒子束裝置，其中該轉移透鏡及該聚光器透鏡之至少一者係包括於一包含至少兩個透鏡的透鏡系統中。
  14. 一種操作一帶電粒子束裝置之方法，該方法包含：以一初級束來源裝置產生一初級帶電粒子束；藉由一鏡修正器裝置之手段提供由該帶電粒子束裝置之光學組件所引入之球面及/或色像差之補償，使得一補償初級帶電粒子束被提供；藉由一第一束分離器之手段從該初級帶電粒子束分離出該補償初級帶電粒子束，其中該第一束分離器具有至少一磁偏轉器，該至少一磁偏轉器經組態以產生至少一偶極磁場；聚焦該補償初級帶電粒子束至待藉由一物鏡之手段所檢測之一樣品上；藉由一第二束分離器之手段從該補償初級帶電粒子束分離出一源自該樣品的第二帶電粒子束；以及分析源自該樣品的該第二帶電粒子束。
  15. 如請求項14之方法，其中該初級帶電粒子束及/或該補償初級帶電粒子束之帶電粒子在該初級束來源裝置與該物鏡之間傳播，且該等帶電粒子被提供至少8keV的一高束加強能量(beam boost energy)。
  16. 如請求項14或請求項15之方法，其中，在該物鏡中或在該物鏡後，該補償初級帶電粒子束的該等帶電粒子經減速至一共計大約1keV或以下之降落能量。
  17. 如請求項14或請求項15之方法，其中該初級帶電粒子束及該補償初級帶電粒子束兩者經聚焦於該第一束分離器之一中心內。
  18. 如請求項14或請求項15之方法，其中藉由該第一束分離器之手段從該初級帶電粒子束所分離出的該補償初級帶電粒子束包含一修正波形，該修正波形經配適用於提供球面像差及色像差之至少一者之補償。
  19. 如請求項18之方法，其中該修正波形係以負像差提供，該等負像差係相關於配置於該光學系統中的光學組件之像差。
  20. 如請求項14或請求項15之方法，其中分散補償及/或束對準係藉由正交靜電磁偏轉場所執行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110945621A (zh) * 2017-07-28 2020-03-31 Asml荷兰有限公司 用于补偿单束或多束设备中的分束器的色散的系统和方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10096447B1 (en) 2017-08-02 2018-10-09 Kla-Tencor Corporation Electron beam apparatus with high resolutions
DE102019208232A1 (de) * 2019-06-05 2020-12-10 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Optische Anordnung und Verfahren zur Korrektur von Zentrierfehlern und/oder Winkelfehlern
JP7383536B2 (ja) * 2020-03-18 2023-11-20 株式会社日立ハイテクサイエンス 粒子ビーム装置及び複合ビーム装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3080500A (en) * 1959-06-22 1963-03-05 Philco Corp Cathode ray system
US5146090A (en) * 1990-06-11 1992-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Particle beam apparatus having an immersion lens arranged in an intermediate image of the beam
DE4129403A1 (de) * 1991-09-04 1993-03-11 Zeiss Carl Fa Abbildungssystem fuer strahlung geladener teilchen mit spiegelkorrektor
DE4310559A1 (de) * 1993-03-26 1994-09-29 Zeiss Carl Fa Abbildendes Elektronenenergiefilter
JP2003504803A (ja) * 1999-07-02 2003-02-04 モーク マイケル ターゲット上への材料の蒸着とモニタリングとを同時に行なう方法及び装置
TW539845B (en) * 2000-07-27 2003-07-01 Ebara Corp Sheet beam-type inspection device
DE10107910A1 (de) * 2001-02-20 2002-08-22 Leo Elektronenmikroskopie Gmbh Teilchenstrahlsystem mit einem Spiegelkorrektor
US7022987B2 (en) * 2001-02-20 2006-04-04 Carl Zeiss Nis Gmbh Particle-optical arrangements and particle-optical systems
JP4071473B2 (ja) * 2001-10-26 2008-04-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ モノクロメータ付走査形電子顕微鏡
JP2003132832A (ja) * 2001-10-29 2003-05-09 Ebara Corp 電子線装置、欠陥検査方法及び該装置及び方法を用いたデバイス製造方法
US7432514B2 (en) * 2002-03-26 2008-10-07 International Business Machines Corporation Method and apparatus for surface potential reflection electron mask lithography
JP4606969B2 (ja) * 2005-08-17 2011-01-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 写像投影型電子線式検査装置及びその方法
US7453062B2 (en) * 2006-02-28 2008-11-18 International Business Machines Corporation Energy-filtering cathode lens microscopy instrument
US7348566B2 (en) * 2006-02-28 2008-03-25 International Business Machines Corporation Aberration-correcting cathode lens microscopy instrument
US7947951B2 (en) * 2006-07-21 2011-05-24 National University Of Singapore Multi-beam ion/electron spectra-microscope
JP5250350B2 (ja) * 2008-09-12 2013-07-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線応用装置
EP2219204B1 (en) * 2009-02-12 2012-03-21 ICT, Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Arrangement and method for the contrast improvement in a charged particle beam device for inspecting a specimen
JP5307582B2 (ja) * 2009-03-03 2013-10-02 日本電子株式会社 電子顕微鏡
US8373137B2 (en) * 2010-09-24 2013-02-12 Nion Co. High resolution energy-selecting electron beam apparatus
US8183526B1 (en) * 2011-02-11 2012-05-22 Electron Optica Mirror monochromator for charged particle beam apparatus
US8334508B1 (en) * 2011-02-22 2012-12-18 Electron Optica, Inc. Mirror energy filter for electron beam apparatus
US8258474B1 (en) * 2011-03-24 2012-09-04 Electron Optica, Inc. Compact arrangement for dual-beam low energy electron microscope
US8729466B1 (en) * 2013-03-14 2014-05-20 Electron Optica, Inc. Aberration-corrected and energy-filtered low energy electron microscope with monochromatic dual beam illumination

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110945621A (zh) * 2017-07-28 2020-03-31 Asml荷兰有限公司 用于补偿单束或多束设备中的分束器的色散的系统和方法
TWI836284B (zh) * 2017-07-28 2024-03-21 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 用於帶電粒子束系統之分散器件

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