TW202223965A - 用於決定元件在光微影遮罩上之位置的裝置與方法以及電腦程式 - Google Patents

用於決定元件在光微影遮罩上之位置的裝置與方法以及電腦程式 Download PDF

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Abstract

本發明關於用於決定至少一元件(130、540、940)在一光微影遮罩(110)上的位置的裝置(200)，該裝置包含：(a)至少一掃描粒子顯微鏡(210)，其包含第一參考物體(240)，其中第一參考物體(240)設置在掃描粒子顯微鏡(210)上，使得掃描粒子顯微鏡(210)可用以決定至少一元件(130、540、940)在光微影遮罩(110)上相對第一參考物體(240)的相對位置；以及(b)至少一距離量測裝置(270)，其實施以決定第一參考物體(240)和第二參考物體(250)之間的一距離，其中第二參考物體(250)與光微影遮罩(110)之間存在一關係。

Description

用於決定元件在光微影遮罩上之位置的裝置與方法以及電腦程式
[相關專利參照]本專利申請案主張在2019年1月21日向德國專利商標局提出申請的德國專利申請案DE 10 2019 200 696.5的優先權，其整體內容以引用的方式併入本文。
本發明關於用以決定元件在光微影遮罩上之位置的裝置與方法。
奈米技術的進步使得生產具有越來越小的結構元件的組件成為可能。為了處理和顯示奈米結構，需要可量測這些結構的工具，使得可從量測資料產生結構元件的影像。舉例來說，這些影像可用以檢查結構元件是否放置在由設計所提供的位置及/或該結構元件是否具有預定的尺寸。此外，可根據影像資料確定在處理晶圓時的兩個或更多個光遮罩的最佳可能重疊。
當前，光學量測程序通常用以量測奈米技術領域的組件。然而，光學量測程序的解析度受到用以分析組件的輻射波長的限制。目前， 氟化氬(ArF)雷射(其在約193nm的波長下發射)形成了具有最短波長的市售光源。
在某些領域中，使用ArF雷射作為光源的顯微鏡的解析度並不足夠。舉例來說，量測光微影遮罩上的圖案元件的準確度需在單位數奈米範圍內，或甚至在次奈米範圍內。
掃描粒子顯微鏡為可在此區域中提供空間解析度的量測工具。在掃描粒子顯微鏡中，粒子束與樣品相互作用。掃描粒子顯微鏡在下文中簡稱為SBM(掃描粒子束顯微鏡)。舉例來說，電子及/或離子使用作為粒子。然而，也可能使用其他粒子束，例如原子束或分子束。可使用電子或離子束，在可調整的解析度下掃描或感測樣品的較大區域。因此，掃描粒子顯微鏡是用於奈米技術的強大分析工具。
然而，在掃描粒子顯微鏡中很難將粒子束的位置固定在其靜止位置。在這方面，有兩個主要的誤差來源。首先，由於來自掃描粒子顯微鏡的柱內的原因，可能引起掃描粒子顯微鏡的光束位置的變化。這方面的示例包含例如藉由改變聚焦及/或像差來進行掃描粒子顯微鏡的設定的改變，例如調整中的變化。SBM的柱的經常不可避免的污染會導致SBM的柱的組成部分產生靜電充電，使粒子束偏轉。此外，可將掃描粒子顯微鏡的柱內的組成部分的熱漂移加入到上述原因。
申請人的專利US 9336983 B2描述了用以確定並大幅地補償粒子束的靜止位置的波動的選項，其原因主要出現在SBM的柱中。
其次，掃描粒子顯微鏡的光束位置會受到起源位於SBM柱之外的源的影響。粒子束的空間解析度降低的重要原因在於樣品的靜電充電。此外，外部電場和磁場以及發生的干擾輻射會影響SPM粒子束在樣品上的入射點。關於粒子束的入射點，待檢查樣品的熱漂移同樣包含在來自SBM柱之外的故障原因中。
除了量測小的結構，掃描粒子顯微鏡也經常用於局部處理 或修復微觀結構。然而，以上概述的原因經常導致待處理部位的粒子束所引起的成像中的變形，並導致修復過程的品質下降。
為了使這些影響最小化，通常將參考結構或參考標記附接在待處理樣品上的處理位置附近，並定期進行感測。為了校正粒子束的光束位置，在樣品的處理程序期間使用參考標記的位置相對於參考位置的量測偏差。這被稱作「漂移校正」。為此目的，在本領域中將參考標記稱作「DC標記」。
以下列出的文件考慮了參考標記的主題：US 9 721 754 B2、US 7 018 683、EP 1 662 538 A2、JP 2003-007 247 A、US 2007/0 023 689、US 2007/0 073 580、US 6 740 456 B2、US 2010/0 092 876 A1、及US 5 504 339。
以上所指出的文件描述了用於局部補償粒子束在樣品上的入射點的相對位移的方法。然而，通常需要知道元件在樣品(例如光微影遮罩)上的絕對位置。
因此，本發明的目的為提出用以決定元件在樣品上的位置的裝置和方法。
根據本發明的示例性具體實施例，此問題由申請專利範圍第1項所述的裝置以及由申請專利範圍第16項所述的方法來解決。在一具體實施例中，用於決定至少一元件在光微影遮罩上之一位置的裝置包含：(a)至少一掃描粒子顯微鏡，其包含第一參考物體，其中第一參考物體設置在掃描粒子顯微鏡上，使得掃描粒子顯微鏡可用以決定至少一元件在光微影遮罩上相對於第一參考物體的相對位置；以及(b)至少一距離量測裝置，其實施以決定第一參考物體和第二參考物體之間的距離，其中第二參考物體與光微影遮罩之間存在一關係。
藉由決定光微影遮罩的元件相對第一參考物體的相對位置並藉由在第一參考物體與第二參考物體之間所量測的距離，有可能以高精確度來確定光微影遮罩的元件相對於光微影遮罩的參考點或相對於遮罩內部座標系統的絕對位置。在此處，第一參考物體和第二參考物體有助於顯著消除柱內部和柱外部誤差源，其會導致當決定光微影遮罩的至少一元件的位置時，用以感測光微影遮罩的至少一元件的粒子束的靜止位置的變化。
量測第一參考物體與第二參考物體之間的距離或距離變化，可將元件的位置從遮罩座標系統精確地轉換為與裝置的樣品台(在其上安裝光微影遮罩)鏈接的座標系統。結果，裝置的粒子束的靜止位置的變化可與外部穩定參考相關，該外部穩定參考的時間變化小於光微影遮罩的時間變化。因此，可提高在決定光微影遮罩的至少一元件的位置時的精確度。
最後，使用根據本發明的裝置避免了在光微影遮罩上(或更一般地在樣品上)的參考標記的複雜沉積，且特別是避免了在處理程序終止後通常難以從遮罩或樣品上移除沉積的參考標記的情況。
第一參考物體可附接到用於至少一粒子束的掃描粒子顯微鏡的一輸出，使得第一參考物體可至少部分地藉由至少一粒子束來成像。
藉由在第一參考物體的一部分上掃描粒子束來產生掃描粒子顯微鏡的視場或FOV。視場可呈現在SBM的監視器上。SBM的柱內部干擾(例如，掃描粒子顯微鏡的設定更改)會導致粒子束的掃描區域發生位移，從而導致掃描粒子顯微鏡的視場發生位移。
相比之下，在掃描區域發生位移的情況下，牢固地連接到掃描粒子顯微鏡的粒子束的輸出端的第一參考物體的位置基本上保持不變。由於將第一參考物體牢固地附接到掃描粒子顯微鏡的輸出，因此配備有第一參考物體的掃描粒子顯微鏡包含一裝置，其可用於偵測相對第一參考物體的視場並因此決定至少一粒子束的入射點的變化。因此，根據本發明的裝置避免了重複耗時地決定粒子束在光微影遮罩上的入射點之間在改 變掃描粒子顯微鏡的設定之前和例如改變之後之間的距離。
在本說明書中的此處和其他地方，表述「基本上」表示傳統量測誤差內的數量指示，其使用根據現有技術的量測設備來決定數量。
第一參考物體可包含一或兩個標記。
可至少部分地藉由位於第一參考物體上的一或兩個標記來偵測至少一粒子束在光微影遮罩上的入射點的變化。若已知關於變化類型的其他資訊，例如入射點的變化主要實現於一個方向上，則包含一或兩個標記的參考物體可能足以決定標記上的元件相對第一參考物體的相對位置。
第一參考物體可包含展開一座標系統的至少三個標記。
藉由展開一座標系統的第一參考物體的至少三個標記，有可能定量地偵測不只是至少一粒子束在光遮罩上的入射點的變化。藉由形成一參考框架的至少三個標記，有可能可靠地決定不只是掃描粒子顯微鏡的粒子束的靜止位置。此外，至少三個標記有利於確定粒子束的掃描區域的視場中的線性及/或非線性干擾，例如視場中的變形。這使得首先有可能增加在決定至少一元件在光微影遮罩上的位置時的準確度，其次有可能以提高的準確度來決定其尺寸和輪廓。
一、二、及/或至少三個標記的橫向尺寸範圍可為1nm至5000nm、較佳為2nm至1000nm、更佳為5nm至200nm、且最佳為10nm至50nm，及/或至少三個標記的高度範圍可為1nm至1000nm、較佳為2nm至500nm、更佳為5mm至300nm、且最佳為10nm至200nm。
一、二、及/或至少三個標記可具有與第一參考物體的材料成分不同的材料成分。此外，標記可包含金屬或金屬合金。此外，標記可由前驅物氣體產生，其用以將缺失的材料沉積在光微影遮罩上。舉例來說，四乙基矽氧烷(TEOS)或金屬羰基為用於此目的的前驅物氣體。
藉由具有與第一參考物體不同的材料成分的第一參考物體 的標記，當使用掃描粒子顯微鏡的粒子束掃描標記時，除了拓撲對比之外，還產生材料對比。
然而，也可能使用僅基於拓樸對比的標記。這表示也可藉由結構化第一參考物體來產生標記。
第一參考物體可設置在掃描粒子顯微鏡的至少一粒子束的景深內。
因此，有可能在不改變掃描粒子顯微鏡的設定(例如其聚焦)的情況下，聚焦地成像光微影遮罩的至少一元件和第一參考物體的標記。由此可避免與SBM的設定改變有關的干擾源，其造成粒子束的靜止位置的變化。
第一參考物體與光微影遮罩的距離可在0.1nm至1000μm的範圍內，較佳在1nm至500μm的範圍內、更佳在10nm至200μm的範圍內、且最佳在100nm至50μm的範圍內。
第一參考物體可包含第一數量的單元胞，其中每一單元胞包含至少三個標記，其中第二數量的粒子束可穿過第一數量的單元胞，其中以下條件適用於第二數量：1
Figure 111106078-A0101-12-0006-13
第二數量
Figure 111106078-A0101-12-0006-15
第一數量，且其中第一數量可包含一區域>10、較佳>50、更佳>200、且最佳>1000。
可將第一參考物體設計為使得它可用於同時操作一個以上的粒子束的掃描粒子顯微鏡。在這種情況下，第一參考物體必須至少包含這麼多的單元胞，因為掃描粒子顯微鏡提供了用以同時感測樣品的粒子束。
第一參考物體可包含識別各種單元胞的標籤。
一粒子束或複數個粒子束可連續地使用不同的單元胞。
第一參考物體在其使用過程中可能會遭受磨損或污染。特別地，這可應用於第一參考物體的標記。因此，若第一參考物體包含比SBM所提供的粒子束多更多的單元胞是有利的。結果，可大幅地增加第一參考物體的使用壽命。
第一參考物體可包含一薄膜，其中展開一座標系統的至少三個標記設置於該薄膜上。薄膜可能沒有開口。薄膜可包含複數個單元胞。
基於薄膜所製造的第一參考物體具有三個優點：首先，與穿孔結構相比，薄膜具有很大的穩定性；其次，薄膜可容易地製造；第三，粒子束不受第一參考物體中的開口的影響。藉由附接至薄膜的至少三個標記形成座標系統或形成參考框架，除了掃描粒子顯微鏡的粒子束的參考位置或靜止位置之外，有可能再次確定當成像粒子束的掃描區域時的變形，且有可能校正在光微影遮罩的至少一元件的所呈現影像中的該變形。
薄膜的厚度可小於200nm，較佳小於50nm、更佳小於20nm、且最佳小於10nm。薄膜可包含聚醯亞胺薄膜或多晶半導體材料薄膜，例如多晶矽薄膜。
當選擇第一參考元件的薄膜的厚度時，應觀察到，用於偵測光遮罩的元件的粒子必須同樣地穿透薄膜，以到達上述裝置的掃描粒子顯微鏡的偵測器。此外，有可能決定由薄膜所吸收的二次電子的電流，並在產生二次電子影像時將其考慮在內。
第一參考物體具有至少一個孔洞，至少一粒子束穿過該孔洞，以用於感測光微影遮罩。第一參考物體的每一單元胞可具有開口，其中粒子束穿過該開口，以感測光微影遮罩。
開口可具有任何形式。容易製造的開口(例如圓形開口或多邊形形式的開口)是有利的。
第一參考物體可包含單元胞，單元胞的開口具有不同的尺寸。因此，有可能使第一參考物體適應SBM的粒子束的掃描區域的不同尺寸。
第一參考物體可包含網格狀結構。網格狀結構可包含識別網格狀結構的個別胞的標籤。網格狀結構可具有不同尺寸的胞。
網格狀結構使得有可能在掃描粒子顯微鏡的FOV或視場或 量測場內成像第一參考物體的一部分和樣品表面的一部分，且其結果為很容易地在掃描樣品表面的操作模式與掃描第一參考物體的操作模式之間交替。
第一參考物體的網格狀結構可具有寬度
Figure 111106078-A0101-12-0008-19
30μm、較佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-20
10μm、更佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-21
5μm、且最佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-22
2μm的開口。第一參考物體的網格狀結構的網紋的寬度可
Figure 111106078-A0101-12-0008-23
5μm、較佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-25
2μm、更佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-26
1μm、且最佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-27
0.5μm。第一參考物體的外部尺寸可
Figure 111106078-A0101-12-0008-28
5.0mm、較佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-29
1.0mm、更佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-30
0.3mm、且最佳
Figure 111106078-A0101-12-0008-31
0.1mm。
掃描粒子顯微鏡可包含掃描單元，其實施為在第一參考物體的至少一部分上及/或在光微影遮罩的至少一元件上掃描掃描粒子顯微鏡的至少一粒子束。
掃描粒子顯微鏡的一掃描單元可實施為在一共同掃描程序中在第一參考物體的至少一部分上以及在光微影遮罩的元件上掃描至少一個粒子束。
藉由將第一參考物體附接在粒子束的景深範圍內，可藉由使用粒子束感測來同時地(即在一掃描中)以高準確度成像遮罩的元件及部分的第一參考物體。因此，可即時地偵測柱內部和柱外部的干擾，並通過計算來進行補償。在此處，本申請案利用以下事實：SBM的粒子束在樣品(例如光遮罩)上的入射點以與第一參考物體在粒子束的掃描區域內的位移相同的方式進行改變，因此在掃描粒子顯微鏡的視場中。
第一參考物體的標記設置在第一參考物體上的方式係使得它們在第一參考物體的至少部分掃描期間至少部分地由粒子束感測。
第一參考物體可為導電的，以用於屏蔽光微影遮罩的表面電荷。第一參考物體的一側可以電絕緣的方式附接到掃描粒子顯微鏡。第一參考物體可包含放大器(更特別地為轉阻放大器)，其與第一參考物體在空間上分開設置。放大器可實現為以導電方式連接到第一參考物體。
除了偵測在樣本中或樣本上由粒子束產生的粒子之外，當 在附加量測的第一參考物體上掃描粒子束時，藉由由第一參考物體產生的電流來偵測額外的影像通道。若第一參考物體以網格狀結構的形式實施，則此具體實施例是特別有利的。量測粒子束在網格狀結構中所產生的電流提供了一個重要信號，用以區分粒子束目前是導引到第一參考物體的一部分之上還是樣品或光微影遮罩的一部分之上。
網格狀結構可具有標籤，在標籤的協助下，可將在掃描期間所量測的資料分配給第一參考物體的一部分。
掃描粒子顯微鏡的解析度通常可在較大範圍內變化。這伴隨著可在FOV內成像的第一參考物體的部分的變化。因此，有利的是，以網格狀結構形式實施的第一參考物體具有標籤，該標籤為網格狀結構所形成的標度提供了座標系統，使得儘管網格狀結構具有週期性，但可明確地識別出個別週期。
光微影遮罩可包含透射式光遮罩或反射式光遮罩。光微影遮罩可包含二元遮罩、相移遮罩、以及兩個或更多個用於多次曝光的遮罩。此外，術語光微影遮罩可包含用於奈米壓印微影的模板。此外，術語光微影遮罩也可包含光微影製程的其他組成部分，例如晶圓、ICs(積體電路)、MEMSs(微機電系統)、和PICs(光子積體電路)。
光微影遮罩的元件可包含以下群組中的至少一元件：結構元件或圖案元件、標記和缺陷。
掃描粒子顯微鏡可包含一評估單元，其實施以根據第一參考物體的一變化來決定由粒子束顯微鏡的至少一粒子束所記錄的一影像的一變形，及/或評估單元可進一步實施以基於一模型來從第一參考物體的一變化決定樣品或光微影遮罩的一靜電荷。
藉由展開一座標系統的第一參考物體的標記，有可能藉由評估標記彼此之間的相對位移來決定和補償在粒子束的協助下所產生的影像的視場中的變形。在此校正過程中，同時掃描樣品或光微影遮罩的至少 一元件以及第一參考物體的至少一部分是值得的。
掃描粒子顯微鏡可包含設定單元，其實施以改變掃描粒子顯微鏡的至少一設定。設定掃描粒子顯微鏡可包含以下群組的至少一元件：設定放大倍率、設定焦點、設定消像散器、設定加速電壓、設定光束位移、調整掃描粒子顯微鏡的粒子源位置、以及更改光闌。
掃描粒子顯微鏡可包含評估單元，其實施為基於在至少一粒子束的掃描期間所量測的資料來擷取在改變設定之前和之後的至少一粒子束在樣品或光微影遮罩上的入射點相對第一參考物體的位置。
評估單元可為掃描粒子顯微鏡的一部分，也可提供作為單獨的單元。在改變設定之前和進行設定的改變之後，藉由量測第一參考物體在掃描粒子顯微鏡的視場內的位置，有可能決定掃描粒子顯微鏡的光束軸相對於第一參考物體的位移。在此處，假設當設定改變時，第一參考物體相對於樣品表面保持不變。相反地，設定的改變導致了掃描粒子顯微鏡的視場相對於第一參考物體以及相對於樣品表面的相對位移。
至少一粒子束可包含以下群組中的至少一元件：電子束、離子束、原子束、分子束、和光子束。
至少一距離量測裝置可包含至少一干涉儀。干涉儀可包含雷射干涉儀及/或差分干涉儀。干涉儀可包含Mach-Zehnder干涉儀、Michaelson干涉儀及/或白光干涉儀。
至少一距離量測單元可包含位置感測器。位置感測器可包含以下群組中的至少一元件：電位計轉換器、應變計、電感式感測器、電容式感測器、和渦流感測器。
第一參考物體可實施以反射距離量測裝置的一光束。第一參考對象可實施以反射至少一干涉儀的光束。至少一反射表面基本上可配置為平行於掃描粒子顯微鏡的粒子束的光束軸。第一參考物體可包含至少兩個反射表面，其基本上平行於粒子束的光束軸設置且相對彼此具有基本 上為90°的角度。第一參考物體可包含至少兩個反射表面，其基本上平行於光束軸線設置且包含相對彼此基本上為180°的角度。
第二參考物體可包含來自以下群組的至少一元件：一光微影遮罩、用於光微影遮罩的一樣品保持器、附接到光微影遮罩並提供用於距離量測裝置的光束的一反射裝置、以及附接到樣品保持器並提供用於距離量測裝置的光束的一反射裝置。
較佳為將第二參考物體實施為樣品保持器的一部分。此具體實施例不需要將第二參考物體或反射裝置附接至個別樣品。
第二參考物體可包含用於距離量測裝置的至少一光束的反射裝置。第一參考物體的反射單元和第二參考物體的反射裝置基本上可彼此平行地對準。
此外，第二參考物體可包含第二反射裝置，其反射表面基本上垂直於掃描粒子顯微鏡的至少一粒子束。第二參考物體的第二反射裝置可用以決定第二參考物體和第一參考物體之間在光束方向上(即，在z方向上)的距離。結果，可決定可附接第一參考物體的掃描粒子顯微鏡的一柱的輸出與面向掃描粒子顯微鏡的粒子束的光微影遮罩的表面之間的距離。舉例來說，第一和第二參考物體之間在光束方向上的距離可藉由干涉儀來決定。
在一具體實施例中，用於決定至少一元件在光微影遮罩上的位置的方法包含以下步驟：(a)藉由掃描粒子顯微鏡的至少一粒子束對光微影遮罩上的至少一元件和第一參考物體進行至少部分掃描；(b)根據掃描資料決定光微影遮罩上的至少一元件相對第一參考物體的相對位置；以及(c)藉由一距離量測裝置決定第一參考物體和第二參考物體之間的一距離，其中第二參考物體和光微影遮罩之間存在一關係。
光微影遮罩上的至少一元件以及第一參考物體的至少一部分的至少部分掃描可在一共同掃描程序中實現。
用以決定光微影遮罩上至少一元件的位置的方法可進一步包含以下步驟：根據第一參考物體和第二參考物體之間的距離以及在步驟b中所決定的相對位置，決定至少一元件在光微影遮罩上的位置。
決定第一參考物體與第二參考物體之間的距離可包含決定在掃描至少一元件和第一參考物體的至少一部分時，第一參考物體與第二參考物體之間的距離的變化。藉由在電子束的掃描期間讀取干涉儀，有可能在量測結果中包含所偵測到的位置變化。
決定光微影遮罩的至少一元件的位置可包含：決定至少一元件相對遮罩內部座標系統的位置，並使用在步驟b中所決定的相對位置以及在步驟c中所決定的第一參考物體與第二參考物體之間的距離變化來校正所決定的位置。
在步驟b中決定相對位置可更包含：在光微影遮罩上的至少一元件的至少部分掃描期間，決定至少一粒子束相對光微影遮罩的位置的變化。
第一參考物體不僅形成相對於掃描粒子顯微鏡的柱的參考點或參考位置，而且也在垂直於粒子束的光束方向的第一參考物體的平面中定義了一座標系統。由此產生的此座標系統或參考框架有助於在光微影遮罩的元件和第一參考物體的至少一部分的共同掃描期間偵測掃描區域的線性和非線性干擾的發生。當產生掃描區域的影像時，可校正所偵測到的干擾。因此，根據本發明的裝置有助於以之前沒有達到過的準確度來進行光微影遮罩的元件的成像。
用以決定光微影遮罩上的至少一元件的位置的方法可進一步包含以下步驟：量測在掃描期間由第一參考物體所產生的電流。
用於決定光微影遮罩上的至少一元件的位置的方法可包含以下步驟：決定第一參考物體的各個部分相對於粒子束的掃描區域的相對位移，以用以決定當在光微影遮罩的至少一元件和第一參考物體的至少一 部分上掃描粒子束時的掃描區域的變形。
第一參考物體的各個部分可包含網格狀結構的一或多個網格胞的不同側面及/或第一參考物體的至少三個標記(其不沿一直線設置)。
在另一態樣中，電腦程式可包含指令，其促使前述各態樣的其中任一者所述的裝置的電腦系統執行前述各態樣的方法步驟。
100:圖式
110:樣品
115:樣品表面
120:電荷
125:電荷
130:結構元件
132:位移
134:位移
135:尺寸
140:尺寸
145:尺寸
150:尺寸
160:掃描電子顯微鏡
165:輸出
170:偏轉系統
172:光軸
174:軌跡
175:電子束
176:路徑
184:路徑運動
200:裝置
202:真空室
205:粒子槍
210:掃描粒子顯微鏡
215:柱
220:光束光學單元
225:粒子束
230:樣品台
235:量測點
240:第一參考物體
245:偵測器
250:第二參考物體
255:偵測器
256:反射裝置
260:反射單元
265:離子源
270:距離量測裝置
273:光束
276:光束
280:電腦系統
282:掃描單元
284:設定單元
286:評估單元
288:位移單元
290:監視器
300:圖式
310:保持器
320:網格狀結構
330:球體
340:框架
400:圖式
410:網格
420:開口
430:中心開口
450:元件
500:放大部分
540:元件
550:標記
560:輪廓
650:掃描區域
750:掃描區域
800:部分
810:薄膜
820:水平線
830:垂直線
850:標記
880:單元胞
900:圖式
920:開口
940:結構元件
950:標記
980:單元胞
1010:電絕緣體
1020:電連接
1030:輸入
1040:放大器
1050:第二輸入
1060:地
1070:輸出
1100:流程圖
s:寬度
W:外部尺寸
以下的詳細描述將參照圖式描述本發明目前的較佳示例具體實施例，其中：
圖1示意性地闡明了一帶電樣品在決定一樣品(光微影遮罩)的一元件(結構元件)的位置和尺寸時的影響；
圖2顯示了一裝置的一些重要組件的示意性截面圖，該裝置可用以決定元件在樣品上的位置；
圖3再現了圖2裝置的樣品區域的放大部分；
圖4顯示了以網格形式實現的第一參考物體的第一示例性具體實施例的示意平面圖；
圖5顯示了圖4的第一參考物體的網格的放大截面，其具有形式為樣品表面缺陷的元件；
圖6再現了圖5的掃描區域，其包含在樣品上元件周圍的網格開口的位置且其是在改變掃描粒子顯微鏡的設定之前實施的；
圖7顯示了在對掃描粒子顯微鏡的設定進行改變之後的圖6的掃描區域的位移；
圖8顯示了第一參考物體的第二示例性具體實施例，其實施為具有標記的薄膜；
圖9顯示了第一參考物體的第三示例性具體實施例的單元胞；
圖10再現了第一參考物體的第一示例性具體實施例的變型；以及
圖11顯示了用於決定元件在光微影遮罩上的位置的方法的流程圖。
下文將更詳細地解釋根據本發明的裝置和根據本發明的方法的當前較佳具體實施例。基於改進的掃描電子顯微鏡(SEM)來解釋根據本發明的裝置。然而，根據本發明的裝置和用以決定元件在光微影遮罩上的位置的方法並不限於以下討論的示例。而是，這些也可基於任何SBM來實現，例如聚焦離子束(FIB)顯微鏡。此外，根據本發明的裝置的使用不限於光微影遮罩，其僅以示例性的方式描述於下文。自然地，根據本發明的裝置同樣可用以決定例如在奈米壓印微影的模板上的位置或在其生產過程中在晶圓上的位置。
圖1的圖式100示意性地顯示了外部干擾的示例，亦即干擾位於掃描電子顯微鏡的柱的外部，特別是樣品的靜電充電，其影響了光微影遮罩的結構元件的尺寸及/或位置的決定。圖1的圖式100顯示了通過帶電樣品110和掃描電子顯微鏡160的輸出165的示意性截面。如已經提到的，樣品110可為光遮罩的電性絕緣基板或可為用於奈米壓印微影的模板。樣品110可為待處理的晶圓，或者該樣品可藉由晶圓上的光抗蝕劑來實現。樣品110在其表面115上具有引起電位分佈的表面電荷的分佈。在影像的左側部分，樣品表面115具有正電荷120。這在圖1中用交叉符號120表示。在影像的右側部分，樣品表面115顯示出過量的負電荷125，其由虛線125來說明。元件符號120和125用以表示樣品表面115上的表面電荷的分佈以及由帶電表面115所引起的電位分佈。
樣品表面115的電荷120、125可由帶電粒子束引起，例如掃 描電子顯微鏡(SEM)160的電子束175。然而，樣品表面115的電位分佈120、125也可能由處理程序產生(例如當使用離子束處理樣品110時)，並可能在晶圓上進行電漿程序及/或在配置於晶圓上的光抗蝕劑上進行處理程序的情況下引起。此外，樣品110的電荷120、125可能例如由對樣品110的處理而引起。
在圖1的圖式100中所示的樣品110的部分中，表面電荷120、125的分佈具有均勻的密度。然而，這並不代表使用此處所討論的裝置的前提條件。而是，在本申請案中提出的方法和裝置也可處理在小的橫向距離內變化的電荷密度的變化。
在圖1的示例中，偏轉系統170使電子束175偏轉並在樣品表面115上掃描電子束175，以決定結構元件130在樣品110上的尺寸及/或位置。舉例來說，結構元件130可包含吸收體結構的元件或光微影遮罩的圖案元件。結構元件130也可為相移遮罩的元件。同樣地，結構元件130可為光遮罩已經投射到光抗蝕劑中的元件。在另一示例中，結構元件130是晶圓的晶片的元件。
如圖式100的影像的左側所示，掃描結構元件130的電子束175在樣品表面115附近受到樣品表面115的正電荷120的吸引效應而在粒子束175的光軸172的方向中偏轉並遵循軌跡174。沒有電位分佈120，電子束175將遵循路徑176。實心結構135顯示出結構元件130的尺寸，其為電子束175在沒有樣品表面115的靜電充電的情況下將決定的結構元件130的尺寸。虛線結構140指示了在存在樣品110正電荷的情況下電子束175從結構元件130產生的結構元件130的尺寸。由於樣品110的正電荷，電子束175產生實際上大於結構元件130的實際尺寸135的結構元件130的SEM影像。如果結構元件130的邊緣用以決定其在樣品110上的放置，則兩條垂直虛線132和134指示了由靜電荷引起的結構元件130在樣品110上的放置的位移。
類似地，圖1的影像的右側部分顯示了帶負電荷125的樣品 表面115對電子束175的電子的路徑運動184的排斥作用。由於電荷分佈125而在樣品表面115的附近造成電子束175的額外偏轉，使得從掃描資料產生的SEM影像中的結構元件130的實際尺寸145顯得較小。這由圖1中的虛線結構150解釋。
如果成功決定了待掃描區域周圍的樣品表面115的電荷狀態(即局部電位分佈120、125)，則可校正SEM 160的電子束175的掃描或量測資料的錯誤解釋。結果，舉例來說，結構元件130的位置及/或尺寸可重複地量測，這對兩個以上的光遮罩的最佳可能重疊是最重要的。此外，在可能需要藉助電子束175和一或多種處理氣體來處理結構元件130的情況下，SEM 160的參數的適當設定可確保實際上在預期區域中處理結構元件130。
圖1以示例性方式顯示了在決定樣品110的結構元件130的位置及/或尺寸時的外部干擾源的影響。如下文所述，下文所解釋的裝置也可自然地用以校正對樣品110的結構元件130的放置及/或尺寸的決定的其他外部及/或內部干擾影響。
圖2示意性地顯示了用於決定元件(例如結構元件130)在樣品110上的位置的裝置200的某些組件的截面。改良後的掃描粒子系統210設置在真空室202中。在圖2中，改良的掃描粒子顯微鏡210以掃描電子顯微鏡210的形式實施。掃描粒子顯微鏡210由粒子槍205和柱215組成，其中設置有光束光學單元220，其形式例如為SBM 210的電子光學單元220。粒子槍205產生粒子束225，且電子或光束光學單元220將粒子束225聚焦，並將其導引到柱215的輸出處的樣品110上。
樣品110被放置在樣品台230或樣品保持器230上。樣品台230在本領域中也稱作「台」。如圖2中的箭頭所示，樣品台230可相對於SBM 210的柱215在三個空間方向上移動，例如藉由未在圖2中顯示的微操縱器。此外，樣品台230可包含感測器，其設計以偵測樣品台230相對於掃描粒子顯微鏡210的柱215在三個空間方向上的運動。此外，樣品台230可實現為可 繞一或多個軸(圖2中未顯示)旋轉。
與平移運動一樣，樣品台230的旋轉運動可由感測器來監控。感測器(未顯示於圖2中)可例如以干涉儀的形式實現。
粒子束225在量測點235處撞擊樣品110。樣品110可為任何微結構組成部分或組件。因此，樣品110可包含例如透射式或反射式光遮罩及/或用於奈米壓印技術的模板。透射式光遮罩和反射式光遮罩可包含所有類型的光遮罩，例如二元遮罩、相移遮罩、MoSi(矽化鉬)遮罩、或用於兩次或多次曝光的遮罩。
如前文已經解釋的，在圖2中闡明的示例性具體實施例中的裝置200包含形式為掃描電子顯微鏡(SEM)的掃描粒子顯微鏡210。電子束225作為粒子束225是有利的，因為它基本上不會損壞樣品110。然而，也可能在裝置200中使用離子束、原子束、或分子束(圖2中未示出)。
在電子束225離開設置在柱215中的光束光學單元220的柱215的下端，第一參考物體240被固定到柱215。第一參考物體240周圍的區域在圖3中以放大的方式示出。將基於關於圖3至圖10的討論來解釋第一參考物體240的細節。
此外，圖2的裝置200可包含一或多個掃描探針顯微鏡，其形式例如為原子力顯微鏡(AFM)(圖2中未示出)，其可用於分析及/或處理樣品110。
設置在掃描粒子顯微鏡210的柱215中的偵測器245將電子束225在量測點235處所產生的二次電子及/或從樣品110反向散射的電子轉換為電量測信號，並將其轉發給裝置200的電腦系統280的評估單元286。偵測器245可包含一過濾器或一過濾系統，以根據能量及/或立體角(未示於圖2)來區分電子。
裝置200的掃描粒子顯微鏡210可進一步包含偵測器255，其用以偵測由入射電子束225在第一量測點235處產生的光子。偵測器255可例 如以光譜方式解析所產生光子的能譜，從而允許得出關於表面115或樣品110的表面附近的層的組成的結論。
此外，對於樣品110為電性絕緣或具有電性絕緣的表面層的情況，掃描粒子顯微鏡210可包含在第一量測點235的區域中提供低能離子的離子源265。
裝置200更包含了距離量測裝置270，其在圖2所示的示例中係實施為干涉儀270，更具體地為差分干涉儀。干涉儀270包含雷射作為光源。干涉儀270將第一光束273導向至第一參考元件240的反射單元260上。第一參考元件240的反射單元260將入射光束273反射回到干涉儀270上。干涉儀270將第二光束276導向至第二參考物體250上。在圖2所示的示例中，第二參考物體250為樣品110(例如光遮罩)的側面。在此具體實施例中，第二參考物體250可包含反射裝置256，以增加第二參考物體250的反射率。在圖2所示的示例中，第二參考物體的反射裝置256可藉由在旨在反射光束276的樣品110的側面上施加反射層來實現。干涉儀270量測第一參考物體240和第二參考物體250之間的相對位置、或位置和方位。
此外，第二參考物體250可包含第二反射裝置，其並未顯示於圖2中且在電子束225的方向上對準。第一參考物體240和第二參考物體250之間的距離可在例如干涉儀(其同樣未示於圖2)的協助下在電子束225的光束方向上量測。因此，有可能確定第一參考物體240與樣品上側115或光微影遮罩110的上側115之間的距離。
裝置200包含電腦系統280。電腦系統280包含掃描單元282，其在樣品110上方以及至少部分地在第一參考物體240上方掃描電子束225。此外，電腦系統280包含設定單元284，用以設定和控制裝置200的掃描粒子顯微鏡210的各種參數。
此外，電腦系統280包含評估單元286，其分析來自偵測器245和255的量測信號並從中產生影像，該影像顯示於顯示器290上。掃描單 元282在樣品110及/或參考物體240上掃描電子束225或粒子束225的區域顯示於電腦系統280的監視器290上，並因此被指定為掃描粒子顯微鏡210的視場或FOV。特別地，評估單元286係設計為從偵測器245的量測資料(其包含來自樣品110和第一參考物體240的信號)來決定在掃描區域中發生的線性和非線性干擾(其發生於粒子束225由掃描單元282掃描的時候)。評估單元286更包含一或多種演算法，其允許在電腦系統280的監視器290上的偵測器245的量測資料表示中的偵測到的干擾被校正。評估單元的演算法可使用硬體、軟體或其組合來實現。
評估單元286同樣處理距離量測裝置270或干涉儀270的量測信號，並在監視器290上以圖形或數字形式表示這些。為此，評估單元286包含一或多種演算法，其設計以從干涉儀270和偵測器245及/或255的的量測信號以及其他選擇性的量測資料來產生影像資料。
此外，評估單元286可設計為當在監視器290上表示由掃描單元282所感測的元件時(例如當表示結構元件130時)，除了偵測器245的量測資料之外，也考慮距離量測裝置270的量測資料。
電腦系統280及/或評估單元286可包含記憶體(圖2中未示出)，較佳為非揮發性記憶體，其儲存用於各種樣品類型的一或多種充電模型。基於靜電充電的模型，評估單元286可設計為根據偵測器245的量測資料來計算樣品110的靜電充電。此外，評估單元286係設計為當在監視器290上表示掃描區域時，將考慮到樣品110的靜電充電。此外，評估單元286可促使電腦系統280藉由電子束225或離子源265的低能離子的局部照射來進行至少部分補償。
如圖2所示，評估單元286可整合到電腦系統280中。然而，也有可能將評估單元286實施為裝置200內部或外部的獨立單元。特別地，評估單元286可設計以藉由專用硬體實施方式來執行其某些任務。
最後，電腦系統280可包含位移單元288，其藉由將電信號 饋入至微操縱器來促使樣品台230在一、二、或三個空間方向上移動。
電腦系統280可整合到裝置200中或實施為獨立的設備(圖2中未示出)。電腦系統280可組態為硬體、軟體、韌體或組合。
不同於圖2所示，裝置200的掃描粒子顯微鏡210可包含多光束掃描粒子顯微鏡，其能夠同時將複數個粒子束導向至樣品110上(未示於圖2)。多光束掃描粒子顯微鏡包含偵測器或偵測器配置，其可並行地偵測由個別粒子束產生的二次粒子。此外，多光束掃描粒子顯微鏡的評估單元286係設計為結合由個別粒子束的二次粒子所產生的部分影像，以形成整體的影像。
圖3的圖式300顯示了在樣品110上的粒子束225的入射點235的區域中的裝置200的放大截面圖。第一參考物體240藉由保持器310牢固地連接至柱215的下端。在電子束225的掃描區域內，在圖3示例中的參考物體240包含具有開口的網狀或網格狀結構320，電子束225可經由開口穿過網格狀結構320，基本上不與網格狀結構320相互作用。
在左側，第一參考物體240包含反射單元260，其在圖3的示例中附接至第一參考物體240的保持器310。在圖式300中，反射單元260附接至第一參考物體240的保持器310，使得入射光束273的大部分被反射單元260反射(R>80%)。為了最佳化反射單元260的反射係數，第一參考物體240的反射單元260面向距離量測裝置270的光束273的一側可設置有反射層。在此處，反射層可設計使得其反射係數在光束273的波長處具有最大值(未顯示於圖3)。因此，在圖3中所示的示例中，第一參考物體240包含保持器310、網格狀結構320、和反射單元260。
在圖3所示的示例中，樣品110(例如光微影遮罩110)藉由三點軸承而設置在樣品台230上。樣品110藉由重力作用來保持在其位置。圖式300的部分顯示了三點軸承的三個球體330中的兩個。第二參考物體250在圖3所示的示例中由樣品台230的框架結構340形成。以其最簡單的形式，樣 品台230的框架340具有金屬反射率。在這種情況下，距離量測裝置270可將光束276直接照射到樣品台230的框架部分340上，且框架部分340將大部分光束276反射回距離量測裝置270或干涉儀270。
像在第一參考物體240的反射單元260的情況下一樣，也有可能在樣品台230的框架結構340(其形成第二參考物體250)的部分上提供用以增加其反射率的反射層(圖3中未示出)。這增加了干涉儀270的第二光束276的反射分量，其中第二光束入射在第二參考物體250的反射層上。
裝置200的掃描粒子顯微鏡210的粒子束225可用於量測樣品110及/或光遮罩110上存在的標記。若樣品110或光微影遮罩110具有形式為不同標記的內部座標系統，則有可能確定例如樣品110上的結構元件130的絕對位置。第一參考物體240可用以決定粒子束225相對於第一參考物體240的位置和方位的變化。此外，距離量測裝置270量測第一參考物體240(即掃描粒子顯微鏡210的柱215)相對於第二參考物體250(即樣品表面115)的位置變化。最終，這偵測到粒子束225的靜止位置相對於樣品110的變化。結果，有可能確定兩個校正值，其可用以改善對結構元件位置的決定。特別地，距離量測裝置270允許相對於穩定的外部參考來決定結構元件130的絕對位置。舉例來說，外部穩定參考可為連接至樣品台230的座標系統。藉由參照外部參考點(其隨時間推移保持穩定)，可顯著提高與決定結構元件130的位置有關的精確度。
圖式300中所示的具體實施例允許決定兩個參考物體240和250相對彼此沿一方向的位置變化。藉由將第二距離量測裝置270配置在裝置200中，該第二距離量測裝置不平行於第一距離量測裝置270，有可能決定兩個參考物體240和250相對彼此在樣品110的平面中的位置變化。較佳地，兩個距離量測裝置270以繞粒子束225的光束軸相對彼此成90°的方式安裝在裝置200中。
此外，有可能針對每一方向使用兩個距離量測裝置270，該 距離量測裝置較佳係設置在第一參考物體240或第二參考物體250的兩側的直線上。這首先使得有可能容易地決定第一參考物體240的長度變化或變形。其次，這也有助於分析其表面非常不平坦的大樣品。用於一方向的兩個距離量測裝置270的其中至少一個不應被樣品110遮蓋。
在圖2和圖3所示的裝置200中，距離量測裝置270係實施為干涉儀。也有可能以位置感測器(在圖2和圖3中未示出)的形式來實現距離量測裝置270。舉例來說，位置感測器可實現為電位計轉換器或應變計。然而，位置感測器也可實施為電阻式、電容式及/或磁感應式的距離感測器。
圖4的圖式400以示意性且大幅放大的方式呈現了第一參考物體240的第一示例性具體實施例的網格狀結構320的示例的平面圖。在圖4所示的示例中，網格狀結構320包含具有正方形開口420的網格410。網格410的個別開口420的寬度由「s」表示。舉例來說，電子束225或粒子束225可穿過網格410中心中的開口420的其中一者，以到達設置在網格410下方的樣品110(該樣品在圖4中未示出)。
反射單元260在圖4的第一參考物體240的左側可見。
圖4的示例性網格410具有外部尺寸「W」。第一參考物體240的網格410的外部尺寸取決於該網格固定於其上的SBM 210的成像特性。此外，就像第一參考物體240總體上的外部尺寸一樣，網格410或網格狀結構320的外部尺寸取決於樣品110的表面拓撲。為了能夠同時聚焦地成像樣品110的部分和網格410的部分，網格410應以距樣品表面115盡可能最小的距離連接。鑑於此要求，使第一參考物體240的尺寸、以及因此網格410的外部尺寸「W」適應樣品110的不均勻度是有利的。然而，由於掃描粒子顯微鏡210的光束光學單元220係調整使得焦點的調整基本上並不影響粒子束225的橫向位置，因此通常不必將第一參考物體240設置在距樣品表面115盡可能小的距離的位置。在樣品110的表面115基本上為平坦的情況下，有可能選擇網格410的外部尺寸「W」使得首先其生產沒有問題，其次其外部尺 寸可適應SEM 210的粒子束225的最大可能掃描區域。
網格410的外部尺寸「W」(以及因此第一參考物體240的外部尺寸「W」)可在約0.1mm至約10mm的範圍內。網格410(以及因此第一參考物體240)到樣品表面115的距離可在從約100nm到約50μm的範圍內變化。在圖4的示例中，網格410以及因此第一參考物體240為圓形的。這是有利的，因為SBM 210的光束孔徑較佳具有這種形式。然而，第一參考物體240並不限於圓形的具體實施例；相反地，它可具有任何形狀的外部輪廓，例如三角形、四邊形或通常為n邊形。
圖5再現了圖4的網格410的放大部分500。在圖5所示的示例性網格410的部分中，正方形開口420具有寬度「s」，其範圍從約0.5μm到約100μm。因此，可藉由網格開口420內的電子束225來感測樣品110，其中電子束225基本上不受網格410的影響。電子束225的典型掃描區域包含從約1μm x 1μm到約1mm x 1mm的區域。網格410的網紋具有從約0.5μm到約50μm的材料強度「b」。
在圖5指定的示例中，附接到網格410下方的樣品110包含在第一參考物體240的網格410的中心開口430的區域中具有輪廓560的元件540。元件540可能是樣品110的缺陷。然而，元件540也可為樣品110的結構元件130。在樣品110是光遮罩110的示例中，元件540可為吸收體結構的元件或施加到樣品110上一標記。為了使由粒子束225所進行的元件540的掃描基本上不受第一參考物體240的影響，粒子束225必須與第一參考物體240的網紋之間具有數個光束直徑的距離。由於聚焦電子束225通常具有在單位數奈米範圍內的光束直徑，因此電子束225與第一參考物體240的網紋之間的約10nm的距離足以確保元件540的掃描基本上不受第一參考物體240的影響。此外，電子束225或粒子束225的孔徑角度通常在0.1mrad至10mrad的範圍內。這意味著電子束在第一參考物體240的區域中比在焦點處大。在估計電子束225與網格410的網紋之間的距離時，需要考慮這些情況。在此處， 「mrad」表示毫弧度。
為了將第一參考物體240的網格410形成為座標系統，在圖5的示例中，網格410包含標記550。在圖5所示的示例中，座標系統的參考點為中心開口430，電子束225較佳地穿過其中，用以掃描樣品110。然而，也有可能使用任何網格開口420來掃描元件540。在圖5的示例中，中心網格開口430不具有標記550。除中心網格開口430之外的所有網格開口420在x和y方向上均具有一或多個標記550，這些標記550獨特地標記了相對於中心網格開口430的相應網格開口420。在圖5所示的示例中，這是針對每一列和行的線標記，其表示網格開口420與中心網格開口430的距離。
第一參考物體240的網格狀結構320的個別網格開口420形成參考框架。當掃描元件540時，有可能基於在掃描包含元件540和網格開口430的網紋的至少一部份的區域期間所確定的第一參考物體240(或者是參考框架)的網格胞420的確定變形來決定線性或非線性的干擾。在將元件540呈現在監視器290上之前，可藉由過裝置200的電腦系統280的評估單元286來校正該干擾。
若裝置200的掃描粒子顯微鏡210係實施為多光束SBM，則可針對多光束SBM的每一個別粒子束225將第一參考物體240的網格410劃分為具有中心網格開口430的區段，該中心網格開口由編號的網格開口420(圖5中未示出)所包圍。
為了能夠在影像處理演算法的協助下決定電子束225相對於第一參考物體240的位置，應清晰地定義第一參考物體240的邊緣，使得這些可在粒子束225的協助下很好地識別。作為補充或替代，由第一參考物體240在SBM影像中所提供的對比度(例如，通過材料對比)應顯著地區分第一參考物體240與背景，即由樣品110所產生的信號。此外，選擇第一參考物體240的幾何形狀使得成像處理可保持盡可能地簡單是有利的，例如由於SBM影像在不同放大倍數下是相似的。
在示例性具體實施例中，粒子束225在第一參考物體240的網格410的中心開口430內掃描樣品110的元件540，以分析該元件的位置及/或大小。舉例來說，改變SBM 210的一或多個參數的設定，以在不同的解析度下或以粒子束225的粒子的不同動能來檢查元件540。在掃描粒子顯微鏡210的設定中的這些變化可能移動、變形及/或扭曲穿過設置在SBM 210的柱215中的光束光學單元220的粒子或電子的路徑。這改變了粒子束或電子束225在樣品110上的入射點。藉由偵測相對第一參考物體240的粒子束225的掃描區域中的變化，裝置200的評估單元286有可能校正這些柱內部干擾。藉由校正粒子束225的掃描區域的擾動，裝置200改善了元件540的位置的決定。
因此，在修改SBM 200的設定(其導致粒子束210在樣品110的表面115上的入射點235的變化)之前，粒子束225的掃描區域增加到一程度使得粒子束225對至少一網格開口(較佳為中心網格開口430)以及圍繞該開口的第一參考物體240的網格410的網紋或桿進行成像。圖6示意性地顯示了粒子束225的掃描區域650，並因此也顯示了SBM 210的影像區域650。為了使樣品110的元件540和網格410的網紋同時聚焦地顯示於由電腦系統280的評估單元286所產生的SBM影像中，有利的情況為樣品表面115與網格410之間的距離盡可能小，以使兩個物體(元件540和網格410)都位於在SBM 210的景深範圍內。
在替代具體實施例中，在第一次掃描中，電子束225的焦點落在樣品110或元件540的表面115上。接著，粒子束225的焦點聚焦在網格410的平面上並再次地取樣相同的掃描區域650。特別地，如果樣品表面115和第一參考物體240的網格410具有大的間隔(例如，>100μm)，則此具體實施例是有利的。由對掃描區域650進行掃描而得的資料(其代表第一參考物體240的網格410)由電腦系統280的評估單元286進行分析及/或儲存。
在下一步驟中，對SBM 210的設定進行一或多個改變。SBM 210的設定的改變的示例包含：改變放大率、改變焦點、改變消像散器、改變加速電壓、改變光束位移、改變光闌及/或調整掃描粒子顯微鏡210的粒子源205的位置。如前文已經解釋的，SBM 210的設定中的這些改變可移動或扭曲粒子通過設置在SBM 210的柱215中的光束光學單元220的路徑。掃描區域650的重複掃描導致掃描區域650相對於第一參考物體240和樣品表面115的元件540的位移。
圖7闡明了與在進行掃描粒子顯微鏡210的設定的改變之前或在改變掃描粒子顯微鏡210的設定之前的掃描區域650相較之下的掃描區域750的位移。電腦系統280的評估單元286根據在改變SBM 210的設定之前(掃描區域650)和之後(掃描區域750)的掃描資料來決定粒子束225在樣品110的表面115上的入射點235的位移。除了掃描區域750的位移之外，由於掃描粒子顯微鏡210的設定的改變，掃描區域750還可能經歷變形或扭曲；這些干擾可基於形式為形成參考框架(圖7中未示出)的網格開口的變化來偵測。
圖8示意性地顯示了第一參考物體240的第二示例性具體實施例的部分800的平面圖。在圖8所示的示例中，第一參考物體240包含薄膜810。薄膜810可包含厚度在10nm至200nm之間的薄金屬膜。代替金屬膜，第一參考物體240可包含聚酰亞胺薄膜。藉由虛線的水平線820和垂直線830，將薄膜810劃分為單元胞880，其對應於圖4和圖7的網格狀結構320的網格開口420。當選擇薄膜810的厚度時，必須考慮到位於薄膜下方的樣品110所產生的二次粒子必須穿過薄膜810才能到達裝置200的偵測器245。此外，有可能(如前文針對形式為網格410的第一參考物體240所作的解釋)量測樣品110的二次電子所產生的電流，並在產生二次電子影像時考慮到該電流。
與網格410不同，當粒子束225穿過時，薄膜810無法提供掃描粒子顯微鏡210的粒子束225的對比度信號。因此，薄膜810的每一單元胞880包含四個參考標記850或簡單標記850。在圖8的示例中，這些參考標記 附接到正方形的角落上。因此，標記850展開每一單元胞880中的座標系統。在圖8的示例中，薄膜810的標記850具有圓形的形式。標記850的直徑較佳在50nm至200nm的範圍內。標記的高度包含10nm至100nm的較佳範圍。有利的是，使用與薄膜的材料不同的材料來建構參考標記850，使得粒子束225(其感測薄膜810或樣品110及標記850)除了提供拓樸對比之外，還提供了材料對比。關於薄膜810的單元胞880的尺寸的選擇，參照關於圖5的解釋。
為了能夠區分薄膜810的各個單元胞880，可例如藉由兩個數字的組合來對它們進行標記。在圖8中，這是針對薄膜810的幾個中心單元胞880所指定的。
薄膜上的標記850在第一參考物體240的運行操作過程中可能會劣化。首先，這可能是由於標記850變髒所致，結果為其空間解析度降低了。其次，由於粒子束225的頻繁感測，標記850的結構可能被修改，因此該標記隨著時間將變得無法使用。由於以薄膜810的形式實施的第一參考物體240具有許多單元胞880，因此單元胞880可成功地用以決定元件130、540在樣品110上的位置。實施為薄膜810的第一參考物體240的使用壽命可因此延長許多倍。
類似於形式為網格410的第一參考物體240的具體實施例，圖8中討論的薄膜810形式的第一參考物體240的具體實施例同樣適用於多光束SBM。由於薄膜上的標記850還展開一座標系統，因此該標記形成一參考框架，其可用以偵測在掃描程序期間中在掃描區域內發生的干擾並在評估單元286的協助下校正該干擾。
在圖8所示的示例中，所有單元胞880具有相同的尺寸。然而，也有可能設置具有不同尺寸的單元胞880在薄膜810上。因此，單元胞880的尺寸可適合於裝置200的掃描粒子顯微鏡210的粒子束225的掃描區域(未示於圖8)。
使用基於薄膜810的第一參考物體240是有利的，因為穿過 薄膜810的元件540的成像僅最小地影響粒子束。這對決定樣品110的元件540的位置的準確度具有有利的影響。此外，薄膜810易於生產。關於感測第一參考物體240的第二示例性具體實施例的標記850，參考在圖6的上下文中所作的解釋。
圖9的圖式900顯示了第一參考物體240的第三示例具體實施例的一部分的示意性平面圖。圖9所示的截面顯示了第一參考物體240的第三具體實施例的單元胞980。單元胞980具有開口920。開口920打開了樣品110或光微影遮罩110的結構元件940的視圖。如在圖5的上下文中所解釋的，可能難以聚焦地成像網格的網格開口420的網紋。這也適用於第一參考物體的第三示例性具體實施例的單元胞980的開口920的邊緣。因此，可能難以可靠地偵測結構元件940相對於第一參考物體240的位置變化。
第一參考物體240的第二示例性具體實施例藉由在薄膜810上施加標記850來克服這些困難。然而，第二示例性具體實施例的缺點是粒子束225和源自樣品110的二次粒子都110必須通過薄膜810。第一參考物體240的第三示例具體實施例避免了兩個缺點。由於每一單元胞具有開口920，因此粒子束225和二次粒子都不必透射穿過薄膜810。另外，所討論的第一參考物體240的第三示例具體實施例避免了使用單元胞的開口920的邊緣來決定結構元件940相對第一參考物體240的位置，並因此決定相對掃描粒子顯微鏡210的柱215的輸出的位置。為此，在第三示例性具體實施例中的參考物體240包含六個標記950，其設置在單元胞的開口920周圍。
在第三示例具體實施例中，每個單元胞980的標記950具有十字形結構。然而，標記950可以任何其他形式來實施，例如矩形或正方形。如在圖8的上下文中已作出的解釋，如果標記950具有與第一參考元件240的材料不同的材料組成，則是有利的。因此，在以粒子束225進行感測的過程中，標記950除了拓撲對比之外還產生了材料對比。在圖9的示例中，單元胞980具有六邊形的形式。然而，單元胞的開口920可以任何其他形式來實 施，例如以圓形、矩形或正方形開口的形式(圖9中未示出)。此外，儘管不是必需的，使每單元胞980的標記950的數量適應於單元胞980的開口920的形式是有利的。第一參考物體240的第三示例性具體實施例的每一單元胞980需要至少三個標記950來形成一座標系統或展開一參考框架。
圖10顯示了第一參考物體240的第一示例性具體實施例的變型。以下假設第一參考物體240的網格410包含導電材料。舉例來說，第一參考物體240可包含金屬或金屬合金。同時，導電的第一參考物體240可作用為屏蔽網格，其屏蔽在掃描樣品110的表面115上的輪廓時所產生或已經存在於樣品110上的電荷120、125。因此，導電的第一參考物體240可防止由於存在於樣品110上的電荷120、125而導致的帶電粒子束225的偏轉。除了入射在樣品110上的粒子束225之外，由粒子束225產生的帶電二次粒子(該帶電二次粒子用以產生樣品110的元件130、540、940的影像)由於樣品110的表面115的電荷充電120、125而在其從樣品表面115到偵測器245的路徑上偏轉。因此，當檢查元件130、540、940時，導電的第一參考物體240能夠同時抵消量測結果的摻假。
此外，具有網格狀結構320的導電第一參考物體240(例如圖4的網格410)可在導電保持器310的一側處連接到柱215的粒子束225的出口開口。反射單元260附接在導電的第一參考物體240的左側。導電保持器310的第二側藉由電絕緣體1010牢固地連接到粒子束225的出口開口。圖10顯示了此配置的示意性截面。網格狀結構320或網格410的電絕緣側經由電連接1020連接到電放大器1040的輸入1030。在圖10中指定的示例中，電放大器1040是轉阻放大器。然而，也可使用其他放大器類型。
轉阻放大器1040的第二輸入1050連接到地1060。掃描粒子顯微鏡210的柱215同樣地連接地1060。可在轉阻放大器1040的輸出1070處分接電壓，該電壓與當粒子束225暴露網格狀結構320的網格桿並在此時釋放電荷時所產生的電流成正比。因此，存在於轉阻放大器1040的輸出1070 上的信號指示粒子束225目前是在樣品110的表面115上掃描或是目前正撞擊網格狀結構320的其中一網格桿。因此，轉阻放大器1040的輸出信號1070形成一附加通道，以區分由評估單元286所產生的影像中的結構是源自樣品110的元件130、450、940還是源自網格410的網格棒。
最後，圖11的流程圖1100再次總結了所描述的用以決定至少一元件130、540、940在光微影遮罩110上的位置的方法步驟。方法開始於步驟1110。在下一步驟1120中，裝置200的電腦系統280的掃描單元282在元件130、540、940和第一參考物體240的至少一部分上掃描掃描粒子顯微鏡210的至少一粒子束225。電腦系統280的評估單元286從掃描資料來決定光微影遮罩110上的至少一元件130、540、940相對第一參考物體240的相對位置。在下一步驟1140中，評估單元286決定第一參考物體240和第二參考物體250之間的距離，其中第二參考物體250和光微影遮罩110之間存在一關係。方法在步驟1150中結束。
110:樣品
115:樣品表面
215:柱
220:光束光學單元
225:粒子束
230:樣品台
235:量測點
240:第一參考物體
250:第二參考物體
260:反射單元
270:距離量測裝置
273:光束
276:光束
300:圖式
310:保持器
320:網格狀結構
330:球體
340:框架

Claims (20)

  1. 一種用於決定至少一元件在一樣品上之一位置的裝置，包含：
    a.至少一掃描粒子顯微鏡，其包含一第一參考物體，其中該第一參考物體設置在該掃描粒子顯微鏡上，使得該掃描粒子顯微鏡可用以決定該至少一元件在該樣品上相對於該第一參考物體的一相對位置；以及
    b.至少一距離量測裝置，其實施以決定該第一參考物體和一第二參考物體之間的一距離，其中該第二參考物體與該樣品之間存在一關係，以確定該樣品之該至少一元件的一絕對位置，其中該絕對位置是相對於該樣品的一參考點或相對於一樣品內部座標系統。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該第一參考物體被附接到用於至少一粒子束的該掃描粒子顯微鏡的一輸出，使得該第一參考物體可至少部分地藉由該至少一粒子束來成像。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的裝置，其中該第一參考物體包含展開一座標系統的至少三個標記。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該至少三個標記的橫向尺寸範圍為1nm至5000nm，及/或其中該至少三個標記的高度範圍為1nm至1000nm。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該至少三個標記具有與該第一參考物體除了該至少三個標記之外的一其他部分的材料成分不同的一材料成分。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該第一參考物體設置 在該掃描粒子顯微鏡的該至少一粒子束的一景深內。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的裝置，其中該第一參考物體包含一第一數量的單元胞，其中每一單元胞包含至少三個標記，其中一第二數量的粒子束穿過該第一數量的單元胞，其中以下條件適用於該第二數量：1
    Figure 111106078-A0101-13-0002-16
    第二數量
    Figure 111106078-A0101-13-0002-18
    第一數量，且其中該第一數量包含一區域>10。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該第一參考物體包含一薄膜，其中展開該座標系統的該至少三個標記設置於該薄膜上。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該第一參考物體具有至少一個孔徑，該至少一粒子束穿過該孔徑，以用於感測該樣品。
  10. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該掃描粒子顯微鏡的一掃描單元係實施為在一共同掃描程序中在該第一參考物體的至少一部分上以及在該樣品的該至少一元件上掃描該至少一個粒子束。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的裝置，其中該第一參考物體是導電的，以用於屏蔽該樣品的表面電荷。
  12. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該掃描粒子顯微鏡包含一評估單元，該評估單元係實施以根據該第一參考物體的一變化來決定由該掃描粒子顯微鏡的該至少一粒子束所記錄的一影像的一變形，及/或其中該評估單元係進一步實施以基於一模型來從該第一參考物體的一變化決定該樣品的一靜電荷。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的裝置，其中該至少一距離量測裝置包含至少一干涉儀。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的裝置，其中該第一參考物體係實施以反射該至少一距離量測裝置的一光束。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的裝置，其中該第二參考物體包含來自以下群組的至少一元件：該樣品、一樣品保持器、附接到該樣品並提供用於該至少一距離量測裝置的一光束的一反射裝置、以及附接到該樣品保持器並提供用於該至少一距離量測裝置的該光束的一反射裝置。
  16. 一種用於決定至少一元件在一樣品上之一位置的方法，該方法包含以下步驟：
    a.藉由一掃描粒子顯微鏡的至少一粒子束對該樣品上的該至少一元件和一第一參考物體進行至少部分掃描；
    b.根據掃描資料決定該樣品上的該至少一元件相對該第一參考物體的一相對位置；以及
    c.藉由一距離量測裝置決定該第一參考物體和一第二參考物體之間的一距離，其中該第二參考物體和該樣品之間存在一關係，以確定該樣品之該至少一元件的一絕對位置，其中該絕對位置是相對於該樣品的一參考點或相對於一樣品內部座標系統。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該樣品上的該至少一元件以及該第一參考物體的至少一部分的該至少部分掃描是在一共同掃描程序中實現的。
  18. 如申請專利範圍第16項或第17項所述的方法，更包含以下步驟：根據該第一參考物體和該第二參考物體之間的該距離以及在步驟b中所決定的該相對位置，決定該至少一元件在該樣品上的該位置。
  19. 如申請專利範圍第16項或第17項所述的方法，其中在步驟b中決定該相對位置包含：在該樣品上的該至少一元件的該至少部分掃描期間，決定該至少一粒子束相對該樣品的一位置變化。
  20. 一種包含多個指令的電腦程式，該等指令促使申請專利範圍第1項到第15項之其中任一項所述的該裝置的一電腦系統執行申請專利範圍第16項到第19項之其中任一項所述的方法步驟。
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