TW202013444A - 檢查帶電粒子束的方法與裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明關於用以檢查一帶電粒子束的方法,包含以下步驟:在樣品相對帶電粒子束的複數個位置處產生帶電粒子束與樣品的持久相互作用,以及藉由分析在複數個位置處的持久相互作用的空間分佈來導出帶電粒子束的至少一特性。
Description
本申請案主張2018年6月27日申請的德國專利申請案DE 10 2018 210 522.7的權益,其名稱為「Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Strahls geladener Teilchen」,其受讓給本申請案的受讓人,且其整體內容以引用的方式明確地併入本文。
本發明關於用以檢查帶電粒子束的方法、裝置及電腦程式,其中帶電粒子束例如為電子束或離子束。
帶電粒子束(例如電子束)由於它們的短德布各利波長而使空間結構得以解析,其遠小於光學儀器的解析能力。
舉例來說,這用於電子及/或離子顯微術。特別地,現代粒子光學系統不僅有助於解析和檢查低於次奈米範圍的結構,且還有助於其針對性的操縱。用於使用粒子束來處理基板的方法和裝置為已知的,例如申請人的早期申請案WO 2012/146647 A2。
此外,舉例來說,由申請人以商標“MeRiT®”進行商業銷售的用於修復微影光罩的電子光學系統允許藉由電子束來校正這類光罩的 缺陷。在此處,校正準確度尤其由電子束的最小可實現直徑來決定。
已知針對一給定的粒子光學系統,粒子束的品質可能影響最小的光束直徑。特別地,粒子光學像差和其他光束干擾可能導致最小光束直徑的增加,並因此降低相應粒子光學系統的位置準確度和解析度。
因此,有興趣開發用以決定粒子束的品質並在必要時進行改善的方法和裝置。
前文所解釋的問題至少部分地由本發明的申請專利範圍獨立項的標的來解決。在申請專利範圍的附屬項中描述了示例性具體實施例。
在一具體實施例中,本發明提供用以檢查一帶電粒子束的方法,其中方法包含以下步驟:在樣品相對帶電粒子束的複數個位置處產生帶電粒子束與樣品的持久相互作用,以及藉由分析在複數個位置處的持久相互作用的空間分佈來導出帶電粒子束的至少一特性。
藉由此一方法,有可能得出光束特性,例如像是數值孔徑、放大比例、光束輪廓、及成像干擾及/或波前干擾,例如像散、球面像差、色像差及/或光束光學單元的遠心誤差、及粒子束的束形變形(例如,由於光束光學單元中的充電)。
從針對一給定粒子光學系統的複數個持久相互作用來系統地推導出這類光束特性可使得有可能決定哪種類型的像差及/或光束干擾可能是對粒子束品質的負面影響的原因。構建於其上,可在必要時以針對性的方式採取對策,以移除或至少減少相應的像差及/或光束干擾,從而提高系統的解析能力。
特別地,本發明提供的方法可幫助導出光束的至少一特性的步驟,包含將持久相互作用的空間分佈與光束的數學模型進行比較。舉例來說,這種光束的數學模型可包含至少一Zernike多項式、Gauss-Hermite 多項式及/或Gauss-Laguerre多項式、以及相位因子。
一般來說,任何允許空間中的光束的強度和相位分佈由具有逐漸減小的加權的有限數量的項的總和來描述的數學模型可能適合於此目的。特別地,光束的至少一特性可藉由Zernike分析來決定,至少部分地基於持久相互作用的空間分佈。
此外,樣品的複數個位置中的至少一些位置可配置在光束傳播方向上的不同點處。
舉例來說,這允許光束在傳播方向上的變化與持久相互作用的空間分佈的變化及其系統分析相關聯。
同樣地,複數個位置中的至少一些位置可配置在與光束的傳播方向垂直的不同點處。
舉例來說,這允許與傳播方向垂直的光束的變化與持久相互作用的空間分佈的變化及其系統分析相關聯。
在本發明的一些具體實施例中,光束可以是聚焦光束。
在此一情況下,在傳播方向中以及在垂直於傳播方向的平面中,光束的光束輪廓通常都會發生變化。舉例來說,聚焦光束在光束的焦點中可具有實質高斯光束輪廓。現在,本發明提供的方法允許以系統性的方式推導出此一聚焦光束的一或多個光束特性。特別地,有可能可分析什麼可能導致給定的帶電粒子束具有大於期望、預測及/或典型的焦點尺寸。在此處以及在本申請案的其餘部分中,術語「實質地」應解釋為表示「在通常的結構、偵測、計算及/或處理公差內」。
在本發明的一些實施例中,可至少部分地藉由光束的焦點位置的變化來調整複數個位置。
舉例來說,樣品的位置可實質地固定在空間中,且可藉由調整光束的至少一光束光學單元來修改光束的焦點位置。舉例來說,藉由相對樣品調整掃描粒子顯微鏡的光束光學單元,可在光束的傳播方向上和 與傳播方向垂直的平面中調整掃描粒子顯微鏡中的焦點位置。特別地,這允許在樣品表面上的不同位置處產生持久相互作用,其中焦點位置和樣品之間在傳播方向上的距離同樣能夠系統性地變化。
作為替代或補充,也有可能改變樣品相對光束的位置,特別是相對光束的焦點位置,例如藉由樣品台或樣品保持器的位移。舉例來說,樣品可組裝在壓電致動器上,其允許在至少一空間方向上或較佳在三個空間方向上控制樣品的位置。
特別地,複數個位置中的至少一些位置位於光束的焦點的遠場中。在此處,術語「遠場」應理解為表示它包含距焦點位置的所有距離,這些距離與焦點間隔了多個景深範圍。較佳地,距離為景深範圍的至少兩倍、更佳為至少三倍、再更佳為四倍、最佳為至少五倍。
特別地,對在焦點的遠場中的持久相互作用的空間分佈的系統分析可允許對粒子-光學像差及/或光束干擾進行偵測,其在分析焦點的近場中的持久相互作用的空間分佈的情況下是不可偵測的或僅可不充分地偵測。舉例來說,藉由分析在焦點的遠場中的持久相互作用,可比一般在焦點或焦點附近的情況下更不含糊且更準確地偵測波前擾動(例如光束的球面像差和可能存在的像散)。
此外,特別地,持久相互作用的空間分佈的分析可包含決定光束輪廓的至少一部分。
舉例來說,持久相互作用的空間分佈的分析可包含以下步驟中的至少一個:估計光束輪廓的半長軸及/或半短軸的長度(這些軸在實質圓形光束輪廓的情況下為一致)、估計光束輪廓的半長軸及/或半短軸相對參考方向的一角度、估計光束輪廓的質心相對參考點的位置的位置、估計在光束輪廓的質心處的粒子電流密度、及/或估計光束輪廓的平均粒子電流密度。此外,可藉由相位重建方法從焦點上游和下游的各個位置處的光束輪廓的足夠多的影像來決定完整的光瞳函數(光瞳中的空間解析振幅和相位)。
在一些具體實施例中,持久相互作用可包含樣品的表面的一部分的持久變化。
舉例來說,這允許藉由各種偵測方法來分析持久相互作用的空間分佈,例如光-光學、粒子-光學及/或x射線-光學方法和原子力偵測方法。
舉例來說,持久相互作用的產生可包含材料從氣相到樣品的表面的部分上的光束誘導沉積。舉例來說,沉積的材料可為金屬、金屬化合物、碳化合物或氧化物。特別地,可以使用例如SiO2、碳、TEOS或Mo(CO)6。
在此處,在本發明的一些具體實施例中,沉積材料可由至少一前驅體材料獲得。
舉例來說,一或多個下列物質討論作為前驅體材料:
- (金屬、過渡元素、主要基團)烷基,例如環戊二烯基-(Cp)或甲基環戊二烯基-(MeCp)三甲基鉑(分別為CpPtMe3和MeCpPtMe3)、四甲基錫SnMe4、三甲基鎵GaMe3、二茂鐵Cp2Fe、雙芳基鉻Ar2Cr以及其他此類化合物;
- (金屬、過渡元素、主要基團)羰基化合物,如六羰基鉻Cr(CO)6、六羰基鉬Mo(CO)6、六羰基鎢W(CO)6、八羰基二鈷Co2(CO)8、十二羰基三釕Ru3(CO)12、五羰基鐵Fe(CO)5和其他此類化合物;
- (金屬、過渡元素、主要基團)醇鹽,如四乙氧基矽烷Si(OC2H5)、四異丙氧基鈦Ti(OC3H7)4和其它這類化合物;
- (金屬、過渡元素、主要基團)鹵化物,如WF6、WCl6、TiCl6、BCl3、SiCl4和其它這類化合物;
- (金屬、過渡元素、主要基團)複合物,如銅雙(六氟乙酰丙酮)Cu(C5F6HO2)2、二甲基金三氟乙酸丙酮化物 Me2Au(C5F3H4O2)和其它這類化合物;
- 有機化合物,如CO、CO2、脂族或芳族烴、真空泵油的成分、揮發性有機化合物和其它這類化合物。
此外,可以使用以下一或多種附加氣體:
- 氧化劑,如O2、O3、H2O、H2O2、N2O、NO、NO2、HNO3和其他含氧氣體;
- 鹵化物,如Cl2、HCl、XeF2、HF、I2、HI、Br2、HBr、NOCl、PCl3、PCl5、PF3和其它含鹵素的氣體;
- 具有還原作用的氣體,例如H2、NH3、CH4和其他含氫氣體。
在一些具體實施例中,產生持久相互作用的步驟可更包含以下的至少一個:
a.降低至少一前驅體材料的濃度;
b.增加帶電粒子束的強度;
c.在光束的至少一較高強度部分(1000)耗盡前驅體材料;
d.改變光束與樣品(130)的一相互作用持續時間。
換言之,本發明提供一種用以檢查帶電粒子束的方法,其包含以下步驟:在樣品相對帶電粒子束的一或多個位置處產生帶電粒子束與樣品的持久相互作用;其中持久相互作用的產生係次線性地取決於帶電粒子束的強度,並藉由分析在一或多個位置處的持久相互作用的空間分佈來導出帶電粒子束的至少一性質。
舉例來說,持久相互作用的產生速率可隨著帶電粒子束的強度增加而降低。這允許確保持久相互作用的空間分佈不直接對應於帶電粒子束的實際光束輪廓(即強度分佈),而是為光束的低強度區域提供更好的對比度。以此方式,當分析持久相互作用的空間分佈時,可更佳地考慮不在帶電粒子束的(例如高斯形狀)核心區域內的帶電粒子。
這允許增加帶電粒子束的低強度背景區域的偵測解析度。藉由分析在光束的這些低強度區域中的持久相互作用的空間分佈,可獲得關於高階光束像差的信息,否則其可能被光束的高強度核心區域遮擋。舉例來說,這類高階光束像差可能與用於產生和導引帶電粒子束到樣品上的一或多個光束光學組合件、單元及/或組件上的局部電荷濃度有關。
如前文所詳細討論的,這種前驅體材料可包含原矽酸四乙酯(TEOS)或類似化學化合物的氣體。降低這種前驅體材料的濃度可使得持久相互作用的產生受到在帶電粒子束的高強度核心區域中的前驅體材料的存在的限制。換言之,光束的高強度核心區域中的大多數帶電粒子不會有助於產生持久相互作用,因為在相互作用區域中不存在足夠的前驅體材料分子。在這種前驅體材料限制方案中(例如在光束的高斯形核心區域內),持久相互作用的產生因此相對於光束強度變得飽和,且持久相互作用的產生係次線性地取決於光束強度。在這種情況下,將光束強度增加兩倍不會使持久相互作用的產生率增加2倍,而是增加相當小的量(例如僅增加10%)。
在帶電粒子束的較低強度背景區域中不是這種情況,其中持久相互作用的產生不在前驅體材料限制區域中。以此方式,與核心區域相比,在光束的背景區域中產生的持久相互作用可表現出更大的相對重量,其中持久相互作用的產生受到前驅體材料濃度的限制。
作為替代或補充,持久相互作用的產生也可包含蝕刻樣品的表面的一部分。特別地,樣品表面的蝕刻部分可包含使用至少一蝕刻氣體進行蝕刻。
作為替代或補充,持久相互作用的產生也可包含粒子敏感層的照射,例如電子敏感漆層或聚合物基板的照射。
此處,在一些具體實施例中,前驅體材料及/或蝕刻氣體的濃度可根據粒子電流密度而變化。作為替代或補充,同樣有可能根據粒子電流密度來改變光束的照射時間及/或粒子通量。
舉例來說,這使得有可能確保在粒子電流密度和持久相互作用的性質之間存在合適的、已知的及/或可控的函數關係,此函數關係特別是能夠基本上為線性的。
特別地,粒子電流密度與持久相互作用的性質之間的這種線性關係可允許直接地從持久相互作用的空間分佈推導出光束輪廓,即光束的粒子電流密度的空間分佈。
因此,通常也感興趣的是確保在粒子電流密度和持久相互作用的性質之間存在合適的、已知的及/或可控的功能關係,該功能關係尤其能夠基本上為線性的。
在本發明的一些具體實施例中,持久相互作用的空間分佈由帶電粒子的一聚焦束及/或由原子力的一探針及/或由其一組合來決定。
特別地,舉例來說,相同的粒子束可用於產生持久相互作用,並用以在例如掃描粒子顯微鏡的粒子光學系統中決定其空間分佈。舉例來說,粒子束可在第一步驟中用以在樣品表面上的複數個位置處沉積材料。在第二步驟中,可接著將相同的粒子束聚焦到樣品的表面上,並可藉由掃描樣品的表面來偵測沉積材料的空間分佈。
本發明的另一具體實施例關於用以校正一帶電粒子束的方法,其包含:前文所討論的具體實施例的其中任一者所述之方法;以及光束的至少一光束光學單元,其至少部分地基於所決定的至少一光束特性來進行調整。
舉例來說,調整光束的至少一光束光學單元在此情況下可包含調整一電磁透鏡、一聚光器膜片或孔徑、及/或一電磁多極。
在此處,此一方法可更包含用以校正一或多個以下光束特性的步驟:像散、球面像差、色像差、光束光學單元的遠心誤差、光束光學單元的成像干擾、波前干擾、及束形變形。
舉例來說,用以校正一或多個光束特性的步驟可包含在一 光束光學單元的一或多個組件上掃描帶電粒子束,特別是在光束光學單元(例如聚光器)的膜片或孔徑上。
以此方式,可移除光束失真的一些原因,例如更高階的光束像差。舉例來說,一些更高階的像差可能是由光束光學件的某些組件(例如聚光器孔徑/膜片)上的局部表面電荷累積所引起的。在此一的聚光器孔徑/膜片上掃描帶電粒子束可能導致移除或減少表面電荷累積,從而也減少了可能引起更高階光束像差的相應雜散電場。
舉例來說,某些具體實施例可更包含以下步驟的至少一者:
a.將帶電粒子束聚焦到光束光學單元的一或多個組件上;
b.調整一聚光器單元;
c.調整一光束偏轉單元。
舉例來說,可藉由調整多極像散校正器中的線圈電流來校正可能存在的光束像散。
特別地,本發明可至少有助於執行以下步驟:產生持久相互作用的步驟、分析持久相互作用的空間分佈的步驟、導出至少一光束特性的步驟、調整至少一光束光學單元的步驟及/或至少部分地藉由電子資料處理裝置及/或至少部分地以自動的方式來校正至少一光束特性的步驟。
特別地,此處可使用迭代方法,其可至少部分地基於機器學習。舉例來說,可使用神經網絡的這一端,其組態用於影像文件及/或顯微鏡影像的分析和分類。
本發明更包含具有指令的電腦程式,用以在當指令由一電子資料處理裝置的處理器執行時執行前述方法的其中一者。
本發明更包含一種用以檢查一帶電粒子束的裝置,其包含:用以在一樣品相對帶電粒子束的複數個位置處產生帶電粒子束與樣品的持久相互作用的一裝置;以及用以藉由分析在複數個位置處的持久相互作用的空間分佈來導出帶電粒子束的至少一特性的一裝置。
此裝置可進一步實施以執行前述方法的其中一者。
本發明更包含一種用以檢查一帶電粒子束的裝置,其包含:至少一光束光學單元,其實施以在複數個位置處將帶電粒子束導引至樣品;至少一材料,其實施以產生帶電粒子束與樣品的持久相互作用;以及至少一分析器,其實施以藉由分析在複數個位置處的持久相互作用的空間分佈來導出帶電粒子束的至少一特性。
此裝置可進一步實施以執行前述方法的其中一者。
100‧‧‧掃描電子顯微鏡
110‧‧‧柱
120‧‧‧電子束
130‧‧‧樣品
140‧‧‧焦點位置
150‧‧‧施加裝置
160‧‧‧前驅體氣體
170‧‧‧偵測器
180‧‧‧資料處理裝置
210‧‧‧沉積物
700‧‧‧電荷累積
710‧‧‧聚光器孔徑或膜片
1000‧‧‧核心區域
1010‧‧‧背景區域
1012‧‧‧沉積
下文將參考圖式描述本發明的範例具體實施例。在圖式中:
圖1顯示了粒子光學裝置的一部分的示意縱向截面,其適合於執行根據本發明的方法;
圖2顯示了粒子光學裝置的光路的一部分的示意縱向截面,其適合於執行根據本發明的方法;
圖3顯示了適合在根據本發明的方法中使用的樣品的示意平面圖;
圖4顯示了根據本發明的方法的透過掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含在距離焦點位置不同距離處的複數個材料沉積;
圖5顯示了根據本發明的方法的透過掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含在距離焦點位置不同距離處的複數個材料沉積;
圖6顯示了根據本發明的方法的透過掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含在距離焦點位置不同距離處的複數個材料沉積;
圖7顯示受到導致更高階的光束像差的局部表面電荷累積影響的典型光束光學裝置;
圖8顯示了根據本發明的方法的透過掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含在距離焦點位置不同距離處的複數個材料沉積,而沒有 由局部表面電荷積累所引起的更高階光束像差;
圖9顯示了根據本發明的方法的透過掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含在距離焦點位置不同距離處的複數個材料沉積,其具有由局部表面電荷積累所引起的高階光束像差;以及
圖10顯示了根據本發明的方法的透過掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含透過改變用於沉積的前驅體材料的濃度而沉積的複數個材料沉積。
在下文中,使用掃描電子顯微鏡的示例來詳細描述本發明的一些示例性具體實施例。在此處,參考本發明的一些示例性具體實施例來描述了各種特徵組合。舉例來說,使用從氣相產生材料的光束誘導沉積的方法。然而,所主張的用以檢查帶電粒子束的方法、裝置和電腦程序並不限於這些具體實施例。而是應理解到,其他特徵組合也可落入本發明的保護範疇之內。換言之,並非需要存在所描述的具體實施例的所有特徵以實現本發明。此外,可藉由將一具體實施例的某些特徵與另一具體實施例的一或多個特徵組合來修改具體實施例,而不偏離本發明的揭露內容和保護範疇。
特別地,本發明並不限於電子顯微鏡,還可應用於多種粒子光學系統,例如:掃描電子和掃描離子顯微鏡、穿透式電子和穿透式離子顯微鏡、電子束微影系統、離子束微影系統和X射線顯微鏡。
圖1顯示了通過掃描電子顯微鏡(SEM)100的一部分的示意縱向截面,其適合於執行根據本發明的方法。在此處,柱110包含不同的電子或光束光學單元,其組態以聚焦電子束120,並將電子束120導引到樣品130上。在此處,電子束由在柱110的上端處的一源(例如電子槍(未示出))所產生,且由包含至少一聚光器線圈和聚光器膜片/孔徑的一聚光器組合件(未 示出)進行光束成形。在此處,柱110可包含另外的光束光學單元,例如另外的電磁透鏡、另外的孔徑/膜片、用於校正光束誤差的電磁多極等,其適合於操縱和對準電子束120。
特別地,柱110可組態以相對於樣品130的表面位移電子束120的焦點位置140。舉例來說,藉由在z方向上調整位置將電子束聚焦到樣品130的表面上,以及隨後藉由在x方向和y方向上系統性地位移焦點位置140來掃描樣品130的部分表面,以在SEM 100的正常操作期間產生樣品130的表面的電子光學影像。
為此,所示的SEM 100可包含至少一偵測器170和資料處理裝置180,其一起實施以產生由電子束120掃描的樣品130的表面的掃描影像。舉例來說,偵測器可實施以偵測反向散射的一次電子及/或二次電子。作為替代或補充,也可使用配置在柱110中的電子束的光束路徑中的偵測器。此外,資料處理裝置180可實施以致動、控制及/或調整SEM 100的光束光學單元。
在此處,樣品130配置於同樣為可調整的樣品台上。特別地,樣品台可具有一或多個壓電致動器,其允許樣品130相對於電子束120位移。
所示的SEM 100更包含用於至少一前驅體氣體及/或蝕刻氣體160的施加裝置150,其適合於產生電子束120與樣品130的部分表面的持久相互作用。舉例來說,四乙基矽氧烷(TEOS)可用作前驅體氣體,其允許通過電子束以針對性的方式在樣品130的表面上沉積SiO2。特別地,光束120的電子將產生二次電子,尤其是藉由與樣品130的原子及/或晶格結構的散射程序,該二次電子又能夠與前驅體氣體160的分子相互作用,因此導致在樣品130的表面上沉積例如SiO2的材料。從氣相產生材料的光束誘導沉積的程序也稱作沉積物的光束誘導沉積。
類似地,由施加裝置150引入各種蝕刻氣體160將允許從樣 品130的表面針對性地去除材料。
可從申請人的早期申請案WO 2012/146647 A2中獲得在樣品130的表面上的材料的光束誘導沉積的詳細描述。
SEM 100尤其有助於在樣品130的表面的不同位置處產生沉積物及/或蝕刻,並在程序中同樣針對性地調整樣品130的表面與光束120的焦點位置140之間在傳播方向上的距離。特別地,光束可散焦以使得樣品130的表面位於光束120的焦點的遠場中,這將簡化或甚至僅使得有可能推導出如上述的各種光束特性。
圖2顯示了通過圖1中的聚焦電子束120和樣品130的另一示意縱向截面。在此處,電子束120以理想方式顯示為所謂的高斯光束。在此處,這種高斯光束具有基本上由高斯函數描述的光束輪廓。在此處,此高斯函數的半高全寬w為在傳播方向上與z=0處的焦點位置相距的距離z的函數w(z)。在此處,焦點處的光束的最小寬度表示為w(0)。
焦點位置和樣品之間的相對距離△z可藉由調整z方向上的焦點位置及/或藉由調整樣品130的位置來調整。在此處,增加距離△z也導致光束寬度w在樣品130的表面上的增加。在此處,當距離△z增加時,在光束120的中心的最大粒子電流密度減小。一般來說,樣品130中每單位面積的二次電子的產生速率取決於通過此單位面積的粒子電流。舉例來說,二次電子的產生速率可與通過樣品130的表面的此單位面積的粒子電流成比例。
對熟習本技術領域者顯而易見的是,圖2中所示的光束輪廓為理論上的理想化,並不代表SEM 100的真實、物理電子束120或任何其他粒子光學系統的粒子束。
圖3以示意性方式顯示了如何可使用上述裝置100來系統性地檢查SEM 100的電子束120以及如何可由此導出光束120的某些特性的示例。
顯示了樣品130的矩形部分。藉由在x、y和z方向上系統性 地位移焦點位置,可在樣品130的表面上產生多種持久相互作用。舉例來說,如上所述,對於每個焦點位置△z,可使用來自氣相的材料的光束誘導沉積來在樣品130的表面上沉積沉積物210。
相應沉積物210的空間分佈可至少部分地由電子束120的光束輪廓來決定。舉例來說,可針對每一沉積物210的產生調整程序參數(例如電子通量及/或前驅體氣體的濃度),以在光束120的粒子電流密度和相應沉積物210的沉積速率之間建立一實質線性關係。以此方式,有可能在樣品130的表面上產生沉積物210,其空間分佈與電子束120的光束輪廓直接相關。
可在沉積物210沉積在樣品130的表面上之後量測樣品130。舉例來說,可使用SEM 100的電子束120來量測樣品130。為此,光束聚焦在樣品130的表面並掃描樣品130的表面的相關部分,以例如藉由偵測一次及/或二次電子來產生沉積物210的SEM影像。現在可評估所獲得的沉積物210的影像,且可分析沉積物210的空間分佈,以得出光束120的某些特性。
圖4顯示在樣品130表面上的複數個沉積物210-a - 210-j的SEM影像,其在不同的散焦設定下產生並使用相同的電子束120偵測,這也引起沉積物的形成。此處可從圖4的影像清楚地識別到,沉積物的空間分佈與SEM 100的聚焦電子束120的光束輪廓相關。特別地,具有散焦設定|z|30μm的沉積物的空間分佈允許直接推導SEM 100的電子束120的光束輪廓。在較小的散焦設定|z|10μm的情況下,在所示的示例中,在電子束120的中心的前驅體氣體160的氣體耗盡導致具有環形結構的相應的沉積物,其不對應或僅僅不準確地對應於電子束120的實際光束輪廓。
現在,可直接從沉積物210的空間分佈推導出SEM 100的電子束120的一些性質。舉例來說,有可能識別出光束輪廓不是圓形而是橢圓形。電子束的數值孔徑(NA)可通過關係NA=dR/dz直接從在不同散焦設定z處的橢圓形光束輪廓的一半的半徑R=R(z)推導出。另外,若已知電子束120的平均德布各利波長,則可另外地從數值孔徑推測SEM的 橫向δx~λ/NA和軸向解析度極限δz~λ/NA 2。在此處,m e 表示電子的靜止質量,E Kin 表示電子束120的電子的平均動能。
此外,在+20μm至+50μm的正散焦設定下,在沉積物中識別同心環結構,其在-20μm至-50μm的相應負散焦設定中不存在。由此,可推斷出電子束中存在正球面像差。
在沉積物的SEM影像的足夠高的信噪比的情況下,也可基於這樣的一系列沉積物影像來進行影像像差的定量分析,其中沉積物影像以系統性變化的散焦設定來記錄。為此,可使用例如Zernike分析或變跡法(其例如從光學件所知)的方法。這樣的一系列沉積物影像也可稱作散焦堆疊或聚焦堆疊。
用於產生圖4中的沉積物的光束誘導沉積程序通常以非線性的方式取決於各種參數。特別地,前驅體氣體的濃度和電子束的粒子電流密度在此處是相關的。舉例來說,太高的粒子電流密度可能導致前驅體氣體不擴散或僅不充分地擴散到電子束的中心,這可能導致中心的氣體耗盡。現在,這種效應可能導致沉積物的空間分佈不再與電子束的光束輪廓直接相關。為了在形成沉積物時抵消這種影響和其他飽和現象,有可能調整程序參數,例如前驅體分子的濃度、電子束的電子通量及/或照射時間,作為散焦設定的函數,以確保在相應沉積物的空間配置和電子束的光束輪廓之間盡可能直接的相關性。特別地,此處設定程序參數可能是有利的,使得沉積物的厚度基本上與光束的電子電流密度成正比。在此情況下,相應的沉積物210有助於直接量測電子束120的相關光束輪廓。
圖5顯示了沉積物的散焦堆疊的另一SEM影像。在此示例中,可從沉積物的空間分佈推導出強橢圓形光束輪廓。另外,在z=0μm處通過焦點期間,橢圓的對準旋轉約90°。光束輪廓的這類行為允許直接推導出電子束120的像散的存在。由於在此情況下橢圓的主軸的半徑在相同的z值處不是最小的(即,它們的焦點),所以這樣的像散通常導致電子束120的 有效焦點尺寸的增加。
在沉積物的SEM影像的足夠高的信噪比的情況下,可定量地分析像散的性質。現在,可調整SEM 100的光束光學單元,使得可基於其來校正電子束120的像散。舉例來說,柱110的四極像散校正器或任何其它合適的補償光學單元可用以校正當前的像散。
圖6顯示了沉積物的散焦堆疊的另一SEM影像。與圖4和5的SEM影像相比,電子束120的橫向位置相對於圖6中的樣品130保持恆定。各種沉積物之間的沉積物的空間分佈的遷移可追溯到例如SEM100的聚光器膜片/孔徑的不完全擺動。在沉積物之間的橫向間距的固定或已知設定的情況下,可從沉積物相對固定或已知的橫向間距的量測橫向偏移來直接推導出電子束的剩餘遠心誤差。以類似於上述的像散校正,可調整聚光器膜片/孔徑,以移除或至少顯著地減小當前的遠心誤差。
此外,可在圖6中的沉積物上決定沉積物的空間分佈中的邊緣(參見箭頭)。沉積物的這些邊緣或不規則性以及因此電子束120的光束輪廓允許推斷出光束光學單元的成像干擾的存在。舉例來說,這種成像干擾可能是由SEM的局部充電或表面充電引起的,且這些干擾對聚焦電子束120的能力產生負面影響,並因此對其最小焦點尺寸產生負面影響。SEM的成像能力的這種劣化在焦點處或附近(例如,在SEM的景深內)並非直接可見。然而,若在焦點的遠場中(例如,z>5倍的景深)中記錄沉積物,則可容易地識別這種光束形式失真,並可在必要時以針對性的方式進行補救。舉例來說,可從光束形式失真的散焦相依性推導出造成光束形式失真的成像干擾的位置,例如表面電荷的位置。
一般來說,應注意的是,在以散射電子束沉積的沉積物的協助下,可比藉由分析聚焦光束可更容易地分析和補救光束像差。
特別地,圖3-6中所示的方法可以容易地自動化。舉例來說,如圖3中示意性所示,可在幾分鐘內產生完全散焦的沉積物堆疊,且其可使 用相同的粒子束或任何其他合適的方法來偵測和評估。
結果,不僅可系統地分析給定的粒子-光學系統的相關光束特性,而且還可藉由對相應光束光學單元及/或專用補償組件的適當反饋來自動地補償給定的粒子-光學系統。特別地,此處可使用線性、非線性及/或隨機最佳化演算法、機器學習及/或神經網絡,其係組態用於影像資料的分析和分類。這種方法現在可允許在開始或繼續實際操作之前以部分或完全自動的方式對給定的粒子光學系統進行特徵化、調整及/或校准。
圖7顯示了受局部表面電荷累積700所影響的典型光束光學裝置,其可能導致更高階的光束像差。舉例來說,局部表面電荷累積700可存在於光束光學裝置的聚光器孔徑或膜片710附近。局部表面電荷累積700可產生可能干擾光束光學裝置的操作的電雜散場。舉例來說,這類雜散電場可能導致更高階的光束像差,如下文中的圖9所示。
圖8顯示了根據本發明方法的藉由掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含在與焦點位置相距不同距離處(例如-20μm、-15μm、...、+15μm、+20μm)的複數個材料沉積,沒有高階光束像差,例如由像是聚光器膜片或孔徑的光束光學元件上的局部表面電荷累積所引起的像差。
圖9顯示了根據本發明方法的藉由掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含與焦點位置相距不同距離處(例如-20μm、-15μm、...、+15μm、+20μm)的複數個材料沉積,具有更高階的光束像差800,其例如可由像是聚光器膜片或孔徑的光束光學元件上的局部表面電荷累積所引起。
圖10顯示了根據本發明方法的藉由掃描電子顯微鏡的樣品的記錄,其包含複數個材料沉積,其沉積於樣品表面上的不同位置處同時改變用於沉積的前驅體材料的濃度。可識別沉積的兩個不同區域。大直徑背景區域1010圍繞沉積的高強度核心區域1000。高強度核心區域1000對應帶電粒子束的高強度核心區域。
當前驅體材料的濃度降低時,由於核心區域中的前驅體材 料的耗盡,因此核心區域1000在記錄中變得不太明顯。換句話說,相對於光束強度,沉積在核心區域中變得飽和。替代地或補充地,為了降低前驅體材料的濃度,也可增加光束強度,以進入飽和區域,該飽和區域主要取決於前驅體材料濃度與光束強度的比率。
此效果可用以降低核心區域1000與背景區域1010之間對比的大差異,如從最後的沉積1012可看出,其在前驅體材料的最低濃度水平下記錄。
以此方式,增強了對不期望的背景區域1010的分析,且可更佳地決定及移除背景區域1010的潛在原因,例如藉由在光束的聚光器孔徑上掃描帶電粒子束及/或調整光束的光束光學件。
雖然在前驅體材料的光束誘導沉積的背景下描述了增加低強度背景區域1010的對比度的想法,但本發明的此態樣並不限於在帶電粒子束與樣品之間產生持久相互作用的這種特殊方式。本發明也涵蓋了其他相互作用機制,例如光束誘導蝕刻及/或以光束直接修改樣品。換句話說,進入關於光束強度的持久相互作用的產生的飽和狀態的一般想法可應用於所有種類的相互作用機制。
100‧‧‧掃描電子顯微鏡
110‧‧‧柱
120‧‧‧電子束
130‧‧‧樣品
140‧‧‧焦點位置
150‧‧‧施加裝置
160‧‧‧前驅體氣體
170‧‧‧偵測器
180‧‧‧資料處理裝置
Claims (25)
- 一種用以檢查一帶電粒子束的方法,包含以下步驟:a.在一樣品相對該帶電粒子束的複數個位置處產生該帶電粒子束與該樣品的多個持久相互作用;以及b.藉由分析在該複數個位置處的該等持久相互作用的空間分佈來導出該帶電粒子束的至少一特性。
- 如前述申請專利範圍的所述之方法,其中該至少一特性包含一或多個以下特性:a.一數值孔徑;b.一放大比例;c.一光束輪廓;d.一成像干擾;e.一波前干擾;f.一像散;g.一球面像差;h.一色像差;i.一光束光學單元的一遠心誤差;j.一束形變形;以及k.一更高階的光束像差。
- 如前述申請專利範圍的其中一項所述之方法,其中該樣品的該複數個位置中的至少一些位置配置在該帶電粒子束的傳播方向上的不同點處。
- 如前述申請專利範圍的所述之方法,其中該複數個位置中的至少一些位置配置在與該帶電粒子束的傳播方向垂直的不同點處。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中該帶電粒子束為一聚焦光束。
- 如兩項前述申請專利範圍的其中一項所述之方法,其中該複數個位置至少部分地藉由該帶電粒子束的一焦點位置的一變化來調整。
- 如申請專利範圍第5-6項的其中一項所述之方法,其中該複數個位置中的至少一些位置位於該帶電粒子束的焦點的遠場中。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中對該等持久相互作用的該空間分佈的分析包含決定一光束輪廓的至少一部分。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中對該等持久相互作用的該空間分佈的分析包含以下步驟中的至少一個:a.估計該光束輪廓的一半長軸及/或一半短軸的長度;b.估計該光束輪廓的該半長軸及/或該半短軸相對一參考方向的一角度;c.相對於一參考點的位置以估計該光束輪廓的質心的位置;d.估計在該光束輪廓的質心處的一強度值;及/或e.估計該光束輪廓的一平均強度。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中該等持久相互作用包含該樣品的該表面的一部分的多個持久變化。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中該等持久相互作用包含材料從氣相到該樣品的該表面的該部分上的光束誘導沉積。
- 如前述申請專利範圍所述之方法,其中該沉積材料由至少一前驅體材料獲得。
- 如前述申請專利範圍所述之方法,其中產生該等持久相互作用的步驟 更包含以下的至少一個:a.降低該至少一前驅體材料的濃度;b.增加該帶電粒子束的強度;c.在該帶電粒子束的至少一中心部分中耗盡該前驅體材料;d.改變該帶電粒子束與該樣品的一相互作用持續時間。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中該等持久相互作用包含蝕刻該樣品的該表面的該部分。
- 如前述申請專利範圍的任一項所述之方法,其中該等持久相互作用的該空間分佈由該帶電粒子的一聚焦光束及/或由一原子力探針及/或由其一組合來決定。
- 一種用以校正一帶電粒子束的方法,包含:a.執行如申請專利範圍第1-15項的其中任一項所述之方法;以及b.至少部分地基於該帶電粒子束的至少一決定的特性來調整該帶電粒子束的至少一光束光學單元。
- 如前述申請專利範圍的所述之方法,其中該至少一光束光學單元包含一或多個以下組件:a.一電磁透鏡;b.一聚光器膜片或孔徑;c.一電磁多極。
- 如兩項前述申請專利範圍的其中一項所述之方法,更包含用以校正一或多個以下光束特性的步驟:a.一像散;b.一球面像差;c.一色像差;d.該光束光學單元的一遠心誤差;e.一成像干擾;f.一波前干擾;g.一束形變形;以及h.一更高階的束像差。
- 如前述申請專利範圍的所述之方法,其中用以校正一或多個光束特性的步驟包含在一光束光學單元的一或多個組件上掃描該帶電粒子束,特別是在一光束光學單元或一聚光器的一膜片或一孔徑上。
- 如前述申請專利範圍的所述之方法,更包含以下的至少一者:a.將該帶電粒子束聚焦到該光束光學單元的該一或多個組件上;b.調整一聚光器單元;以及c.調整一光束偏轉單元。
- 一種包含多個指令的電腦程式,用以在當該等指令由一電子資料處理裝置的一處理器執行時執行申請專利範圍第1項至第20項的其中任一項所述的方法。
- 一種用以檢查一帶電粒子束的裝置,包含:a.用以在一樣品相對該帶電粒子束的複數個位置處產生該帶電粒子束與該樣品的多個持久相互作用的一裝置;以及b.用以藉由分析在該複數個位置處的該等持久相互作用的空間分佈來導出該帶電粒子束的至少一特性的一裝置。
- 如前述申請專利範圍所述之裝置,其中該裝置係實施以執行申請專利範圍第1項至第20項的其中任一項所述的一方法。
- 一種用以檢查一帶電粒子束的裝置,包含:a.至少一光束光學單元,其實施以在複數個位置處將該帶電粒子束導引至一樣品;b.至少一材料,其實施以產生該帶電粒子束與該樣品的多個持久相互作用;以及c.至少一分析器,其實施以藉由分析在該複數個位置處的該等持久相互作用的空間分佈來導出該帶電粒子束的至少一特性。
- 如前述申請專利範圍所述之裝置,其中該裝置係實施以執行申請專利範圍第1項至第20項的其中任一項所述的一方法。
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