TW202331772A - 決定聚焦帶電粒子束的束匯聚度的方法及帶電粒子束系統 - Google Patents

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Abstract

提供一種決定藉由聚焦透鏡(120)朝向帶電粒子束系統(100)中的樣本(10)聚焦之帶電粒子束(11)的束匯聚度之方法。該方法包括(a)當樣本佈置在距帶電粒子束的相應射束焦點之一或更多個散焦距離處時，獲取樣本之一或更多個影像；(b)自該一或更多個影像擷取一或更多個射束橫截面；(c)自該一或更多個射束橫截面決定一或更多個射束寬度；及(d)基於該一或更多個射束寬度及該一或更多個散焦距離計算至少一個束匯聚度值。另外，提供一種用於使樣本成像及/或檢查樣本之帶電粒子束系統，其經配置用於本文所述方法中之任一者。

Description

決定聚焦帶電粒子束的束匯聚度的方法及帶電粒子束系統
本文所述實施例係關於決定藉由聚焦透鏡朝向帶電粒子束系統中（特定而言，在掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)中）的樣本聚焦的帶電粒子束之束匯聚度的方法。具體而言，可根據本文所述方法自樣本之一或更多張已獲取影像來決定帶電粒子束系統中之聚焦透鏡所提供的數值孔徑(numerical aperture; NA)。實施例進一步關於經配置用於本文所述方法中之任一者的用於檢查樣本及/或使該樣本成像之帶電粒子束系統。
現代半導體技術已對構造及探測奈米級或甚至亞奈米級之試樣產生了高需求。時常藉由帶電粒子束（例如，電子束）進行微米及奈米級製程控制、檢查或構造，該等帶電粒子束係在諸如電子顯微鏡或電子束圖案產生器之帶電粒子束系統中產生、成形、偏轉及聚焦。出於檢查目的，與（例如）光子束相比較而言，帶電粒子束提供了優異的空間解析度。
使用帶電粒子束之檢查裝置（如掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)）在複數種工業領域中具有許多功能，包括但不限於電子電路的檢查、用於微影術之曝光系統、偵測系統、缺陷檢查工具，及用於積體電路之測試系統。在此些粒子束系統中，可使用具有高電流密度之細束探針。舉例而言，在SEM的情形下，初級電子束產生信號粒子，如可用以使樣本成像及/或檢查樣本之次級電子(secondary electron; SE)及/或反向散射電子(backscattered electron; BSE)。
然而，藉由帶電粒子束系統以良好的解析度可靠地檢查樣本及/或使樣本成像具有挑戰性。具體而言，帶電粒子束通常會遭受到限制解析度之射束像差，且聚焦帶電粒子束之實際橫截面形狀可能與設計形狀不同。帶電粒子束系統之解析度極限係由藉由物鏡聚焦在樣本表面上之帶電粒子束的數值孔徑(numerical aperture; NA)決定。
帶電粒子束之數值孔徑(numerical aperture; NA)為一量值，其通常由技藝人士用以描述藉由物鏡聚焦在樣本表面上之帶電粒子束的束匯聚度。大數值孔徑會提供改良的解析度極限，若射束像差低，則理論上可達到此解析度極限。可針對會提供出眾操作之特定數值孔徑來設計系統，但實際數值孔徑可能偏離預期值。因此，已知藉由聚焦透鏡聚焦之帶電粒子束的束匯聚度且更具體言之為已知帶電粒子束之實際數值孔徑對於決定射束像差的來源及改良系統之解析度而言將為有益的。
鑒於上文，準確且可靠地決定帶電粒子束系統中藉由聚焦透鏡聚焦之帶電粒子束的束匯聚度將為有益的，特定而言，係準確地決定藉由物鏡聚焦之帶電粒子束的數值孔徑。另外，提供一種用於檢查樣本及/或使樣本成像之帶電粒子束系統為有益的，其經配置用於根據本文所述方法中之任一者進行操作。
鑒於上文，根據獨立項提供決定帶電粒子束之束匯聚度的方法及經配置用於該方法之帶電粒子束系統。
根據第一態樣，提供一種決定藉由聚焦透鏡朝向帶電粒子束系統中的樣本聚焦之帶電粒子束的束匯聚度之方法。該方法包括：(a)當樣本佈置在距帶電粒子束的相應射束焦點之一或更多個散焦距離處時，獲取樣本之一或更多個影像；(b)自該一或更多個影像擷取一或更多個射束橫截面；(c)自該一或更多個射束橫截面決定一或更多個射束寬度；及(d)基於該一或更多個射束寬度及該一或更多個散焦距離計算至少一個束匯聚度值。
在一些實施例中，該至少一個束匯聚度值含有關於作為散焦距離的函數之射束寬度變化的資訊。特定而言，該至少一個束匯聚度值可含有或為帶電粒子束之數值孔徑(numerical aperture; NA)。
在一些實施例中，亦獲取樣本之聚焦影像（當樣本佈置在距聚焦透鏡之聚焦距離處時），且樣本之所述聚焦影像可用於(b)自在(a)中失焦獲取之一或更多個影像中擷取一或更多個射束橫截面。樣本之聚焦影像亦可以其他方式已知且可接著在(b)中用於擷取一或更多個射束橫截面。或者，可在不使用樣本之聚焦影像的情況下在(b)中擷取一或更多個射束橫截面。
根據另一態樣，提供一種帶電粒子束系統，其用於藉由帶電粒子束，特定言之係藉由電子束，使樣本成像及/或檢查樣本。該帶電粒子束系統包括帶電粒子源，用於發射沿光軸傳播之帶電粒子束；樣本臺；聚焦透鏡，用於使該帶電粒子束朝向放置於樣本臺上之樣本聚焦；帶電粒子偵測器，用於偵測自該樣本發射之信號粒子；及處理器及儲存指令之記憶體，當由該處理器執行時，該等指令導致該系統執行本文所述方法中之任一者。
特定而言，所儲存之指令在被執行時可導致該系統(x1)自在一或更多個散焦距離處獲取之該樣本的一或更多個影像擷取一或更多個射束橫截面；(x2)自該一或更多個射束橫截面決定一或更多個射束寬度；及(x3)基於該一或更多個射束寬度及該一或更多個散焦距離計算至少一個束匯聚度值。
實施例亦針對一種用於執行所揭示方法之裝置，且包括用於執行個別方法動作之裝置部件。可藉助於硬體部件、由適當軟體程式化之電腦、由兩者之任何組合或以任何其他方式執行所述方法。另外，實施例亦針對操作所述裝置之方法。
自附屬項、實施方式及圖式顯而易見可與本文所述實施例組合之另外優勢、特徵、態樣及細節。
現將詳細參考各種實施例，在諸圖中繪示實施例之一或更多個實例。在圖式之以下描述內，相同元件符號指示相同部件。通常，僅描述關於個別實施例之差別。藉助於解釋來提供每一實例，且並不意謂作為限制。另外，作為一個實施例的一部分所繪示或描述之特徵可用在其他實施例上或與其他實施例結合使用，以產生又一實施例。預期該描述包括此些修改及變化。
第1圖為根據本文所述實施例之用於檢查樣本10及/或使樣本10成像之帶電粒子束系統100的示意圖。帶電粒子束系統100包括帶電粒子源105，特定言之為電子源，其用於發射沿光軸A傳播之帶電粒子束11，特定言之為電子束。帶電粒子束系統100進一步包括樣本臺108，及聚焦透鏡120，特定言之為物鏡，該聚焦透鏡120用於將帶電粒子束11聚焦在放置於樣本臺108上之樣本10上。帶電粒子束系統100進一步包括帶電粒子偵測器118，特定言之為電子偵測器，該帶電粒子偵測器118用於偵測自樣本10發射之信號粒子（特定言之，為次級電子及/或反向散射電子）。
可提供影像產生單元160，用於基於自帶電粒子偵測器118接收到之帶電粒子信號產生樣本10之一或更多個影像。影像產生單元160可將樣本之一或更多個影像轉發至處理單元170，該處理單元170經配置以根據本文所述方法決定帶電粒子束之至少一個束匯聚度值。
視情況，該至少一個束匯聚度值可用於決定帶電粒子束之射束像差。舉例而言，可在使用束匯聚度值作為輸入參數之迭代過程中決定一組射束像差係數。可將射束像差係數轉發至像差校正器109之控制器180，使得可適當調整像素校正器109以用於補償存在於系統中之一或更多個射束像差。可提供經像差校正之帶電粒子束。
樣本臺108可為可移動臺。特定而言，樣本臺108可在Z方向上（即，在光軸A之方向上）移動，以使得聚焦透鏡120與樣本10之間的距離可變化（參見第1圖中之箭頭112）。藉由在Z方向上移動樣本臺108，可將樣本10移動至不同的散焦距離，即，遠離聚焦透鏡120之焦平面p I，以使得可藉由相應的臺移動（例如，按預定增量）獲取樣本10之失焦影像。
在一些實施例中，樣本臺108亦可在垂直於光軸A之平面（本文中亦稱作X-Y平面）上移動。藉由在X-Y平面上移動樣本臺108，可使樣本10之指定表面區域移動至聚焦透鏡120下方之區域中，以使得可藉由將帶電粒子束11聚焦在指定表面區域上而使該指定表面區域成像。
帶電粒子束系統100之射束光學部件通常被放置在可被抽空之真空腔室101中，以使得帶電粒子束11可沿光軸A自帶電粒子源105朝向樣本臺108傳播並在次大氣壓下（例如，低於10 -3毫巴之壓力或低於10 -5毫巴之壓力）撞擊樣本10。
在一些實施例中，帶電粒子束系統100可為電子顯微鏡，特定言之為掃描電子顯微鏡。可提供掃描偏轉器107以用於使帶電粒子束11沿預定掃描圖案（例如，在X方向上及/或在Y方向上）在樣本10的表面之上掃描。
在一些實施例中，聚光器透鏡系統106可佈置在帶電粒子源105下游，特定言之係用於對朝向聚焦透鏡120傳播之帶電粒子束11進行準直。在一些實施例中，聚焦透鏡120為物鏡，其經配置以將帶電粒子束11聚焦在樣本10上，特定言之為磁性物鏡、靜電磁性透鏡或組合的磁性-靜電透鏡。物鏡可視情況包括減速電場元件，例如，一或更多個減速電極，其經配置以使帶電粒子束在樣本上減速至預定著陸能量。
可藉由帶電粒子束系統100檢查樣本10之一或更多個表面區域及/或使其成像。如本文中所使用，術語「樣本」可與（例如）具有形成於其上之一或更多個層或特徵的基板、半導體晶圓、玻璃基板、卷材基板或要檢查之另一樣本有關。可針對如下各者中之一或更多者來檢查樣本：(1)使樣本的表面成像；(2)量測樣本之一或更多個特徵的尺寸，例如，在橫向方向上，即，在X-Y平面上量測；(3)進行臨界尺寸量測及/或計量；(4)偵測缺陷；及/或(5)調查樣本之品質。
為了藉由帶電粒子束11檢查樣本10，通常藉由聚焦透鏡120使帶電粒子束11聚焦在樣本表面上。當帶電粒子束11撞擊樣本表面時，會自樣本發射次級電子及/或反向散射電子。信號電子提供關於樣本之空間特性及特徵尺寸的資訊，且該等信號電子可藉由帶電粒子偵測器118偵測到。藉由（例如）用掃描偏轉器107使帶電粒子束11在樣本表面之上掃描並根據信號電子之產生位置來偵測該等信號電子，可（例如）藉由影像產生單元160使樣本表面或其一部分成像，該影像產生單元160可經配置以基於接收到之信號電子提供樣本10的影像。
樣本表面上之已聚焦的帶電粒子束11之小斑點增大了可獲得之影像解析度。因此，應在檢查期間將樣本表面佈置在聚焦透鏡120之焦平面p I中，以便獲得樣本10之清晰對焦影像。對焦獲取之樣本10的清晰影像在本文中亦稱作「聚焦影像h I」，下標 I表示「對焦」。類似地，帶電粒子束11之在焦平面p I中的射束橫截面在本文中稱作「聚焦射束橫截面g I」，下標 I表示「對焦」。
應注意，影像可在實數空間（=影像域，即，作為空間座標之函數）或傅裡葉空間（=在頻域中，即，作為空間頻率之函數）中以數學方式呈現。可經由傅裡葉變換(FT)自實數空間中之影像計算出傅裡葉空間中之影像。上述表示兩者均含有影像之對應資訊。如本文中所使用，實數空間中之影像以小寫字母「h n」表示，且傅裡葉空間中之影像以大寫字母「H n」表示，下標「n」表示第n次獲取之影像。舉例而言，當「h I」表示樣本在實數空間中之聚焦影像時，「H I」表示樣本在傅裡葉空間中之聚焦影像，其為h I之傅裡葉變換。類似地，實數空間中之射束橫截面在本文中以小寫字母「g n」表示，且傅裡葉空間中之射束橫截面在本文中以大寫字母「G n」表示，下標「n」表示第n次獲取之影像的射束橫截面。舉例而言，當「g I」表示帶電粒子束在實數空間中之聚焦射束橫截面時，「G I」表示帶電粒子束在傅裡葉空間中之聚焦射束橫截面，其為g I之傅裡葉變換。經由本文所述實施例中的一些中之快速傅裡葉變化(FET)演算法，實數空間中之影像及射束橫截面可經傅裡葉變換至傅裡葉空間中，且反之亦然。
在帶電粒子束系統中，藉由聚焦透鏡120聚焦至樣本上之帶電粒子束的束匯聚度之實際值通常為未知的。可按照相對於光軸之束匯聚度角度(a)或按照帶電粒子束之數值孔徑(numerical aperture; NA)來表述束匯聚度，其值難以被決定為射束之「縱向性質」，其為隱藏的且無法直接自影像可用。數值孔徑(numerical aperture; NA)決定解析度極限，使得已知數值孔徑之實際值將非常有價值。
舉例而言，系統之數值孔徑時常用於調適及設計系統之射束影響元件（如物鏡），倘若帶電粒子束系統中實際存在之數值孔徑偏離了針對系統設計所假設之設計數值孔徑，則此可能導致不準確性及射束像差。射束影響元件可包括由如下各者組成之群組中的一或更多個元件：透鏡、射束提取器、射束偏轉器、準直器、像差校正器、掃描偏轉器、射束分離器及帶電粒子偵測器。因此，決定實際數值孔徑可有助於識別系統中之不準確性的來源及最佳化系統設計及解析度。又，作為表述束匯聚度之量值的數值孔徑可被用作像差係數決定常式中之輸入參數。
根據本文所述方法，可能可靠地且準確地決定帶電粒子束之至少一個束匯聚度值，特定言之為數值孔徑(numerical aperture; NA)。第1圖之帶電粒子束系統100可包括處理器及儲存指令之記憶體（在第1圖中示為處理單元170），當藉由處理器執行時，該等指令導致系統執行本文所述方法中之任一者。
第2圖及第3圖為示意性地繪示決定至少一個束匯聚度值之此方法的流程圖。與第2圖之更一般的圖式相比較而言，第3圖之圖式示出可選的進一步細節。
在第2圖及第3圖之方框210中，當樣本被佈置在距帶電粒子束之相應射束焦點的一或更多個散焦距離(z 1 …N)時，獲取樣本之一或更多個影像(h 1 …N)。在本文中將散焦距離理解為在獲取影像時樣本與射束焦點之間的距離(≠0)。若在樣本被佈置在樣本相對於射束焦點之散焦距離處時獲取影像，則所得影像為樣本之失焦影像。自然地，增大的散焦距離會導致相應的已獲取影像之模糊度增大，因為隨著散焦距離，射束橫截面通常會增大且解析度通常會減小。
在一些實施例中，在樣本與相應射束焦點之間的複數個不同散焦距離處（例如，在兩個、三個、六個或更多個不同散焦距離處）獲取複數個影像（例如，兩個、三個、六個或更多個影像）。具體而言，可在過焦距離處，即，在其中樣本經佈置而比帶電粒子束之相應射束焦點更遠離聚焦透鏡120的散焦設置處（參見第1圖中所繪示之散焦距離Z 3）獲取樣本之至少一個影像。另外，可在欠焦距離處，即，在其中樣本經佈置而比帶電粒子束之相應射束焦點更靠近聚焦透鏡120的散焦設置處（參見第1圖中所繪示之散焦距離z 1及z 2）獲取樣本之至少一個影像。本文中將在第一散焦距離z 1處獲取之影像表示為h 1，且本文中將在第n個散焦距離z n處獲取之影像表示為h n。可獲取總共N個影像，在本文中表示為(h 1 …N)，特定言之，N為六或更大，例如，十或更大，或十五或更大。
在本文所述之一些實施例中，獲取一或更多個影像(h 1 …N)之一或更多個散焦距離(z 1 …N)係在數量上已知（即，在絕對值上），或當在複數個不同散焦距離處獲取複數個影像時，至少在數量上已知複數個散焦距離中的相應兩個散焦距離之間的差，例如，按[μm]或按另一長度單位。為了自一或更多個散焦影像決定束匯聚度，在數量上已知已在哪一散焦距離處（例如，按[μm]）獲取所述散焦影像中之每一者係有益的。或者，為了自在兩個（或更多個）不同散焦距離處獲取之兩個（或更多個）散焦影像決定束匯聚度，至少在數量上已知兩個相應的不同散焦距離（例如，按[μm]）之間的差係有益的。在一些實施例中，在獲取樣本之散焦影像之前進行校準，以使得自帶電粒子束系統之相應設置在數量上已知獲取影像之每一散焦距離。
在可與其他實施例組合之一些實施例中，藉由使樣本臺108相對於聚焦透鏡120在Z方向上（即，沿光軸A）移動而變化散焦距離。在第1圖中示意性地描繪用於在複數個不同散焦距離之間變化的臺移動。舉例而言，樣本臺可按預定增量移動，例如，按在0.2 μm與2 μm之間的複數個相等或類似之增量，且可在複數個散焦距離中之每一者處獲取樣本之影像。在使樣本臺移動及獲取影像的同時，可維持聚焦透鏡120之恆定聚焦強度。
在其他實施例中，藉由變化聚焦透鏡120之聚焦強度而變化散焦距離。聚焦透鏡之聚焦強度增大會使相應射束焦點及相對於樣本之焦平面朝向聚焦透鏡偏移，且聚焦強度減小會使相應射束焦點及相對於樣本之焦平面遠離聚焦透鏡偏移，使得藉由使相對於樣本10之焦平面p I偏移來變化散焦距離。樣本可保持靜止。特定而言，可藉由聚焦透鏡120在帶電粒子束上施加複數個不同聚焦強度以用於在複數個不同散焦距離之間進行變化，且可在複數個不同聚焦強度中之每一者下獲取影像。
應注意，聚焦強度變化亦會改變束匯聚度。因此，在本文所述實施例中，聚焦強度（若變化）變化僅會使得散焦距離之所得改變相對於聚焦透鏡120之總焦距(f)而言可忽略不計。舉例而言，可藉由變化用於獲取複數個影像之聚焦強度（參見第4圖）使散焦距離在幾微米（例如，＜10 μm）之總範圍內變化，而聚焦透鏡120之總焦距(f)可在幾毫米或甚至幾公分之範圍中。因此，根據本文所述實施例，藉由變化聚焦透鏡之聚焦強度，束匯聚度僅可能以可忽略不計的方式改變，且已決定之數值孔徑(numerical aperture; NA)或其他束匯聚度值實質上不受影響。
在一些實施例中，預先已知或在先前校準中決定了作為聚焦透鏡120之聚焦強度變化的函數之散焦距離變化，使得對於聚焦透鏡所施加之每一聚焦強度變化而言，在數量上已知相應的散焦距離變化，或對於聚焦透鏡之每一聚焦強度而言，在數量上已知相應的散焦距離（例如，按[μm]）。
現參考第2圖及第3圖，在方框220中，自一或更多個影像(h 1 …N)擷取帶電粒子束在一或更多個散焦距離(z 1 …N)處之一或更多個射束橫截面(g 1 …N)。特定而言，複數個射束橫截面係自複數個影像擷取，即，針對複數個影像中之每一者擷取一個射束橫截面。每一擷取的射束橫截面對應於帶電粒子束在獲取相應影像之散焦距離處的射束橫截面。可經由若干不同射束剖面提取方法自失焦影像提取失焦射束剖面。下文例示性地解釋一種例示性射束剖面提取方法。
除了以失焦方式獲取之一或更多個影像(h 1 …N)以外，可獲取樣本之聚焦影像(h I)，且所述聚焦影像(h I)可用於自一或更多個影像(h 1 …N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 …N)。亦可以其他方式已知樣本之聚焦影像h I，例如，因為具有已知幾何形狀之樣本被用於根據本文所述方法決定束匯聚度。
更具體而言，如在第3圖之方框220中進一步詳細描繪，自一或更多個影像(h 1 …N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 …N)可包括傅裡葉變換實數空間中之一或更多個已獲取影像(h 1 …N)以提供傅裡葉空間中之一或更多個已獲取影像(H 1 …N)，及將傅裡葉空間中之一或更多個已獲取影像(H 1 …N)除以傅裡葉空間中之樣本的聚焦影像(H I)。以上射束剖面提取方法係基於如下事實：在傅裡葉空間中，將樣本之已獲取散焦影像(H n)除以樣本之聚焦影像(H I)會移除樣本的結構，使得所述除法可產生純射束剖面，即，不具有樣本資訊之射束橫截面。傅裡葉空間中之每一已擷取射束橫截面(G n)可經傅裡葉逆變換以獲得實數空間中之相應的已擷取射束橫截面(g n)。
如在第3圖之方框220中進一步繪示，自一或更多個已獲取影像(h 1 …N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 …N)可視情況包括與自適應濾波器項 相乘及與傅裡葉空間中之聚焦射束橫截面(G I)相乘中之至少一者。自適應濾波器項 可由自適應濾波器260提供，該自適應濾波器260可接收已獲取影像作為輸入資訊。可藉由自適應濾波器260個別地針對已獲取影像中之每一者提供自適應濾波器項。在無自適應濾波器項 的情況下，以上除法的分母中之聚焦影像H I的接近於零之值可導致聚焦影像中過強的雜訊權重。自適應濾波器項 可在聚焦射束橫截面(G 1 …N)的計算中減少或避免聚焦影像H I中之此種非所想要的雜訊效應。可藉由自適應濾波器260個別地針對影像(h 1 …N)中之每一者決定相應的濾波器項，例如，以便確保針對每一影像及該影像中的相應雜訊使用了適當的濾波器項。
可（例如）基於聚焦之射束橫截面的波光學模擬來模擬實數空間中(g I)或傅裡葉空間中(G I)中之聚焦射束橫截面。舉例而言，可假設聚焦透鏡120之焦平面上的高斯射束橫截面以用於聚焦射束橫截面g I的模擬。具體而言，假設（例如）高斯射束剖面，可自解析度量測來決定帶電粒子束之聚焦射束橫截面g I。
在方框230中，自一或更多個射束橫截面(g 1 …N)決定帶電粒子束在一或更多個散焦距離(z 1 …N)處之一或更多個射束寬度(c 1 …N)。特定而言，自複數個射束橫截面決定複數個射束寬度，該複數個射束橫截面中之每一者有一個經擷取之射束寬度（例如，在一或更多個方向上，即，針對一或更多個方位角）。
在一些實施例中，可在方框230中自每一射束橫截面擷取一個射束寬度。舉例而言，一或更多個射束橫截面(g 1 …N)可能本質上為旋轉對稱的，例如，圓形或高斯分佈，使得無論如何，自每一射束橫截面僅擷取一個射束寬度係足夠的，因為在每一方位角上，射束寬度本質上相同。如本文中所使用，「方位角」指示射束橫截面之橫截面平面內之不同方向，即，垂直於可量測射束橫截面的寬度之光軸(A)的不同方向。或者，即使射束橫截面並非旋轉對稱，仍可將射束橫截面之一個射束寬度決定為平均射束寬度或決定為FW50值，其為圍繞光軸A之圓的直徑，一半的射束電流經由該圓傳播。
在可與其他實施例組合之一些實施例中，在兩個或更多個方向上（即，在兩個或更多個不同方位角上）決定一或更多個射束寬度(c 1 …N)中之每一者。特定而言，可將一或更多個射束寬度(c 1 …N)中之每一者決定為方位角的函數((c 1 …N)(θ))。第3圖例示性地示出自並非完全旋轉對稱之影像h n擷取的射束橫截面g n。可在兩個或更多個方向上決定相應射束寬度c n，例如，在方位角θ x（=在X方向上）上及在方位角θ y（=在y方向上）上。具體而言，作為方位角的函數(c n(θ))，可自射束橫截面g n擷取射束寬度c n。
在可與本文所述之其他實施例組合的一些實施例中，可自每一射束橫截面決定如下群組之至少一個量值並將其視為相應射束寬度：(1)在一或更多個方位角上之FWHM（=半全寬最大值），或平均FWHM；(2)在一或更多個方位角上之FW50（=全寬50），或平均FW50，亦稱作D50寬度；(3)1/e 2寬度；及(4)描述射束寬度之另一常用量值。可分別將射束外徑或射束直徑視為射束寬度。應注意，取決於在方框230中作為射束寬度被擷取之量值，所得的束匯聚度值可能需要乘以相應的校準因子(K)以用於自其決定數值孔徑之正確值。
在方框240中，基於一或更多個射束寬度(c 1 …N)及一或更多個散焦距離(z 1 …N)來計算至少一個束匯聚度值。在一些實施例中，該至少一個束匯聚度值可為或可包括作為散焦距離的函數( )及/或自其計算之束匯聚度角度(a)的函數之射束寬度變化，例如，按「度」或按「弧度」。舉例而言，可決定作為散焦距離的函數之平均射束寬度變化，且可自其計算束匯聚度角度(a)。若至少一個影像係在過焦距離處獲取且至少一個影像係在欠焦距離處獲取，則可在焦平面前面及焦平面後面單獨地決定作為散焦距離的函數之平均射束寬度變化。可自其計算平均束匯聚度角度(a)且可視為至少一個束匯聚度值。
第4圖示出在相對於射束焦點自-4 μm至+4 μm的例示性散焦範圍中之作為散焦距離(f)的函數之射束寬度(c)的曲線圖。在此，在不同（在數量上已知）欠焦距離處獲取十個影像，且在不同（在數量上已知）過焦距離處獲取十個影像，並自其擷取相應的射束寬度。將在方框230中決定之射束寬度c 1 …N示為在相應散焦距離z 1 …N處之小正方形。在所述曲線圖中，作為散焦距離的函數之射束寬度變化( )對應於連接射束寬度之線（或其線性擬合）的斜率。通常，在射束焦點(z=0)上游及下游之斜率的絕對值本質上彼此對應，因為射束之帶電粒子沿本質上線性之路徑傳播。然而，有可能單獨地計算針對過焦距離及欠焦距離之斜率，如在第4圖中示意性地描繪。
在一些實施例中，決定平均斜率，特定言之為與作為散焦距離的函數被描繪之射束寬度值中之至少一些的線性擬合之斜率，且可自其計算束匯聚度角度(a)。在本文所述實施例中之一些中，可決定（平均或擬合）斜率值及/或自其計算之束匯聚度角度(a)，作為至少一個束匯聚度值。
在一些實施例中，藉由使斜率值( )與校準因子(K)相乘而自以上（平均或擬合）斜率值計算帶電粒子束之數值孔徑(numerical aperture; NA)。校準因子(K)可慮及在方框230中作為射束寬度使用之量值。在一些實施例中，如下來計算數值孔徑： NA= K·|斜率(FW50)|，若「FW50」被用作用於表述射束寬度之量值且「斜率」為( )之（視情況，平均的或線性擬合的）絕對值，其中校準因子(K)為在0.5與1之間的值，特定言之為在0.70與0.85之間的值。
帶電粒子束之所得數值孔徑NA（特定言之係在與所述校準因子相乘之後）可接著直接用作用於帶電粒子束系統之各種模擬及設計程式的輸入參數，該等帶電粒子束系統期望將物鏡所提供之數值孔徑作為輸入參數。
在可與本文所述之其他實施例組合的一些實施例中，該方法可進一步包括基於至少一個束匯聚度值（特定言之係基於帶電粒子束之已決定的數值孔徑）來修改至少一個射束影響元件，用於修整帶電粒子束。
在可與本文所述之其他實施例組合的一些實施例中，該方法可進一步包括藉由迭代擬合常式來決定帶電粒子束之一或更多個射束像差係數，該迭代擬合常式使用至少一個束匯聚度值作為輸入參數。在第2圖中藉由方框250描繪用於決定一或更多個射束像差係數之此種迭代擬合常式，其使用帶電粒子束之實際數值孔徑作為輸入參數。若已知帶電粒子束之實際數值孔徑NA，則此擬合常式可能能夠更快速地朝向實際射束像差係數匯聚。
在可與本文所述之其他實施例組合的一些實施例中，在兩個或更多個方位角上決定一或更多個射束寬度(c 1 …N)中之每一者，特定言之係作為方位角的函數((c 1 …N)(θ))，且可在所述方位角中之每一者上計算相應的束匯聚度值。
特定而言，該至少一個束匯聚度值可包括帶電粒子束在第一方位角(θx)上之第一束匯聚度值，及帶電粒子束在第二方位角(θy)上之第二束匯聚度值。在一些實施例中，例如，若射束剖面非常不對稱、為橢圓形或以其他方式變形，則可根據方位角來計算至少一個束匯聚度值。
在一些實施例中，可在兩個或更多個方位角上計算帶電粒子束之數值孔徑，特定言之係作為方位角的函數(NA(θ))。舉例而言，可首先根據方位角計算束匯聚度角度(a)或斜率( )，且可自其計算作為方位角的函數之數值孔徑，特定言之係基於與校準因子(K)相乘。
可產生及/或顯示聚焦的帶電粒子束之三維模型，特定言之係在根據方位角決定束匯聚度值時。或者或另外，可產生及/或顯示帶電粒子束在一或更多個選定方位面上的一或更多個二維表示。或者或另外，可產生及/或顯示帶電粒子束之作為散焦距離的函數之射束寬度的一或更多個一維表示。或者或另外，可（例如）以一維表示決定及/或顯示數值孔徑，作為方位角的函數。
在本文所述之一些實施例中，單個已獲取之散焦影像h n可能已足夠用於自其決定至少一個束匯聚度值，特定言之係當在數量上已知獲取該單個已獲取之散焦影像的散焦距離z n時（且另外，樣本之聚焦影像h I已獲取或以其他方式已知，使得可自該單個已獲取之散焦影像h n擷取射束橫截面g n及射束寬度c n）。具體而言，可經由計算c n/z n來決定該至少一個束匯聚度值，且可自其計算NA。然而，若在複數個不同散焦距離z 1 …N處獲取複數個散焦影像h 1 …N且如本文中所解釋地自其決定數量dc/dz（例如，為作為散焦距離的函數之射束寬度的平均斜率值或線性擬合）（特定言之係在欠焦時及在過焦時），則可決定更準確的束匯聚度值及更準確的NA值。
應注意，用於決定射束像差係數之已知過程係基於對自失焦獲取之散焦影像擷取的探針形狀之分析。然而，僅自已擷取的探針形狀作出關於射束像差係數之相對估計，而不會在數量上已知實際獲取散焦影像之散焦距離。因此，已知過程無法用於擷取關於聚焦的帶電粒子束之匯聚度的數量資訊。與其相反，本文所述方法基於如下認識：若散焦影像係在數量上已知之散焦距離處或在數量上已知之其間距離差處獲取，則該等散焦影像可用於擷取關於束匯聚度角度之資訊，且因此可用於決定聚焦的帶電粒子束之實際數值孔徑值。
藉由聚焦透鏡聚焦之帶電粒子束的數值孔徑為有價值的數量，其迄今為止係基於解析度量測決定的（作出關於實際射束形狀之假設），然而此會導致決定的不準確性。根據本文所述方法，可自已自散焦影像擷取之實際失焦射束橫截面擷取NA，使得不需要進行關於射束形狀之假設。具體而言，不需要作出關於射束橫截面或樣本之假設，此導致數值孔徑之更準確的值。另外，可在任意方位角上決定數值孔徑，此在之前係可能的，且此允許沿不同方向識別（有意地或無意地）預期射束形狀與實際射束形狀之間的差異。另外，可以3D及/或2D將射束形狀可視化，此可有助於分析並適當改良/修整帶電粒子束。
能夠精確地決定帶電粒子束系統中之數值孔徑尤其會允許(1)再現性及匹配性，因為數值孔徑為決定可獲得的解析度之決定性數量；(2)分析射束影響元件，例如，用於改良將來的設計；(3)決定射束像差，其按數值孔徑之各種冪縮放；(4)產生經修整之帶電粒子束以用於某些臨界尺寸及缺陷審查任務，例如，用於檢查樣本中僅沿一個軸伸長之深溝槽。
具體而言，本文中描述如下實施例：
實施例1：一種決定藉由聚焦透鏡(120)朝向帶電粒子束系統(100)中的樣本(10)聚焦之帶電粒子束(11)的束匯聚度之方法，包括：(a)當該樣本佈置在距該帶電粒子束的相應射束焦點之一或更多個散焦距離(z 1 …N)處時，獲取該樣本之一或更多個影像(h 1 …N)；(b)自該一或更多個影像(h 1 …N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 …N)；(c)自該一或更多個射束橫截面(g 1 …N)決定一或更多個射束寬度(c 1 …N)；及(d)基於該一或更多個射束寬度(c 1 …N)及該一或更多個散焦距離(z 1 …N)計算至少一個束匯聚度值。
實施例2：如實施例1之方法，其中獲取該一或更多個影像(h 1 …N)之該一或更多個散焦距離(z 1 …N)或該一或更多個散焦距離(z 1 …N)之間的差在絕對值上為已知的，且所述絕對值用於在(d)中計算該至少一個束匯聚度值。
實施例3：如實施例1或2之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括作為散焦距離的函數之射束寬度變化( )。
實施例4：如實施例1至3中任一者之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括帶電粒子束之數值孔徑(numerical aperture; NA)。
實施例5：如實施例1至4中任一者之方法，其中在(a)中，當該樣本佈置在複數個不同散焦距離處時，獲取複數個影像；在(b)中，自該複數個影像擷取複數個射束橫截面；在(c)中，自該複數個射束橫截面決定複數個射束寬度；且在(d)中，基於該複數個射束寬度及該複數個散焦距離計算該至少一個束匯聚度值。
實施例6：如實施例5之方法，其中基於作為散焦距離的函數之射束寬度變化( )乘以校準因子(K)之平均絕對值來計算該帶電粒子束之數值孔徑(numerical aperture; NA)。
實施例7：如實施例5或6之方法，其中在(a)中，由該聚焦透鏡(120)施加複數個不同聚焦強度以用於在該複數個不同散焦距離之間變化，且在該複數個不同聚焦強度中之每一者處獲取影像。
實施例8：如實施例7之方法，其中已知或在先前校準中決定了作為該聚焦透鏡(120)之聚焦強度變化的函數之散焦距離變化。
實施例9：如實施例5或6之方法，其中在(a)中，相對於該聚焦透鏡(120)沿光軸(A)移動樣本臺(108)以用於在該複數個不同散焦距離之間變化，且在該複數個不同散焦距離中之每一者處獲取影像。
實施例10：如實施例5至9中任一者之方法，其中在過焦距離處獲取該複數個影像中之至少一個影像，並在欠焦距離處獲取該複數個影像中之至少一個影像。
實施例11：如實施例1至10中任一者之方法，其中在(b)中，自該一或更多個影像(h 1 …N)擷取該一或更多個射束橫截面(g 1 …N)包括將傅裡葉空間中之一或更多個影像(H 1 …N)除以傅裡葉空間中之該樣本的聚焦影像(H I)。
實施例12：如實施例11之方法，其中自該一或更多個影像(h 1 …N)擷取該一或更多個射束橫截面(g 1 …N)進一步包括與自適應濾波器項( 相乘及與傅裡葉空間中之聚焦射束橫截面(G I)相乘中之至少一者。
實施例13：如實施例1至12中任一者之方法，其中在兩個或更多個方向上決定該一或更多個射束寬度(c 1 …N)中之每一者，特定言之係作為方位角的函數((c 1 …N)(θ))。
實施例14：如實施例13之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括該帶電粒子束在第一方位角(θx)上之第一束匯聚度值，及該帶電粒子束在第二方位角(θy)上之第二束匯聚度值，特定言之，其中該至少一個束匯聚度值係作為方位角的函數來計算。
實施例15：如實施例14之方法，其中該帶電粒子束之作為方位角的函數之數值孔徑(NA(θ))係自作為方位角的函數之至少一個束匯聚度值計算。
實施例16：如實施例1至15中任一者之方法，進一步包括如下各者中之至少一或更多者：顯示該帶電粒子束之三維模型；在一或更多個選定方位面中顯示該帶電粒子束之一或更多個二維表示；顯示該帶電粒子束之作為散焦距離的函數之射束寬度的一或更多個一維表示；及顯示帶電粒子束之作為方位角的函數之數值孔徑。
實施例17：如實施例1至16中任一者之方法，進一步包括基於該至少一個束匯聚度值修改至少一個射束影響元件以用於修整該帶電粒子束。
實施例18：如實施例1至17中任一者之方法，進一步包括藉由迭代擬合常式決定該帶電粒子束之一或更多個射束像差係數，該迭代擬合常式使用該至少一個束匯聚度值作為輸入參數。
實施例19：一種帶電粒子束系統，包括：帶電粒子源(105)，用於發射沿光軸(A)傳播之帶電粒子束(11)；樣本臺(108)；聚焦透鏡(120)，用於使該帶電粒子束朝向放置於樣本臺(108)上之樣本(10)聚焦；帶電粒子偵測器(118)，用於偵測自樣本發射之信號粒子；及處理器及儲存指令之記憶體，當由該處理器執行時，該等指令導致該帶電粒子束系統執行以上實施例中之任一者的方法。
實施例20：一種帶電粒子束系統(100)，包括：帶電粒子源(105)，用於發射沿光軸(A)傳播之帶電粒子束(11)；樣本臺(108)；聚焦透鏡(120)，用於使該帶電粒子束朝向放置於樣本臺上之樣本(10)聚焦；帶電粒子偵測器(118)，用於偵測自樣本發射之信號粒子；及處理器及儲存指令之記憶體，當由該處理器執行時，該等指令導致該帶電粒子束系統：(x1)自在一或更多個散焦距離(z 1 …N)處獲取之該樣本的一或更多個影像(h 1 …N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 …N)；(x2)自該一或更多個射束橫截面(g 1 …N)決定一或更多個射束寬度(c 1 …N)；及(x3)基於該一或更多個射束寬度(c 1 …N)及該一或更多個散焦距離(z 1 …N)計算至少一個束匯聚度值。帶電粒子束系統(100)可進一步經配置用於上述實施例中之任一者的方法。
雖然前文針對實施例，但可在不脫離實施例之基本範疇的情況下設計其他及另外實施例，且實施例之範疇由以下申請專利範圍決定。
10:樣本 11:帶電粒子束 100:帶電粒子束系統 101:真空腔室 105:帶電粒子源 106:聚光器透鏡系統 107:掃描偏轉器 108:樣本臺 109:像差校正器 112:箭頭 118:帶電粒子偵測器 120:聚集透鏡 160:影像產生單元 170:處理單元 180:控制器 210:方框 220:方框 230:方框 240:方框 250:方框 260:自適應濾波器 A:光軸 a:束匯聚度角度 C 1:射束寬度 C N:射束寬度 f:散焦距離 FT:傅裡葉變換 g n:實數空間中之射束橫截面 h I:實數空間中之聚焦影像 h 1...N:影像 g 1...N:射束橫截面 c 1...N:射束寬度 G 1...N:聚焦射束橫截面 H I:傅裡葉空間中之聚焦影像 h n:實數空間中之影像 NA:數值孔徑 P I:焦平面 X:方向 Y:方向 Z:方向 Z 1:散焦距離 Z 2:散焦距離 Z 3:散焦距離 θ:方位角
為了可詳細地理解本揭示案之上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得以上簡要概述之更特定描述。隨附圖式係關於一或更多個實施例且在下文中描述。
第1圖示出根據本文所述實施例之帶電粒子束系統的示意圖，該帶電粒子束系統經調適用於根據本文所述方法中之任一者進行操作。
第2圖示出根據本文所述實施例之繪示決定帶電粒子束的束匯聚度之方法的流程圖。
第3圖示出繪示如第2圖中所示之方法的更詳細圖式。
第4圖為曲線圖，其示出使用本文所述方法中的任一者所決定之作為散焦距離的函數之射束寬度。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
C1:射束寬度
CN:射束寬度
g1...N:射束橫截面

Claims (20)

  1. 一種決定藉由一聚焦透鏡(120)朝向一帶電粒子束系統(100)中的一樣本(10)聚焦之一帶電粒子束(11)的一束匯聚度之方法，包括以下步驟 (a)當該樣本佈置在距該帶電粒子束的一相應射束焦點之一或更多個散焦距離(z 1 … N)處時，獲取該樣本之一或更多個影像(h 1 … N)； (b)自該一或更多個影像(h 1 … N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 … N)； (c)自該一或更多個射束橫截面(g 1 … N)決定一或更多個射束寬度(c 1 … N)；及 (d)基於該一或更多個射束寬度(c 1 … N)及該一或更多個散焦距離(z 1 … N)計算至少一個束匯聚度值。
  2. 如請求項1所述之方法，其中獲取該一或更多個影像(h 1 … N)之該一或更多個散焦距離(z 1 … N)或該一或更多個散焦距離(z 1 … N)之間的差在絕對值上為已知的，且所述絕對值用於在(d)中計算該至少一個束匯聚度值。
  3. 如請求項1或2所述之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括作為散焦距離的函數之一射束寬度變化、一束匯聚度角度及該帶電粒子束之一數值孔徑(NA)中的至少一者。
  4. 如請求項1或2所述之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括該帶電粒子束之一數值孔徑(NA)。
  5. 如請求項1所述之方法，其中 在(a)中，當該樣本佈置在複數個不同散焦距離處時，獲取複數個影像； 在(b)中，自該複數個影像擷取複數個射束橫截面； 在(c)中，自該複數個射束橫截面決定複數個射束寬度；及 在(d)中，基於該複數個射束寬度及該複數個散焦距離計算該至少一個束匯聚度值。
  6. 如請求項5所述之方法，其中基於作為散焦距離的函數之一平均射束寬度變化及一校準因子(K)來計算該帶電粒子束之一數值孔徑(NA)。
  7. 如請求項5或6所述之方法，其中在(a)中，由該聚焦透鏡(120)施加複數個不同聚焦強度以用於在該複數個不同散焦距離之間變化，且在該複數個不同聚焦強度中之每一者處獲取一影像。
  8. 如請求項7所述之方法，其中已知或在一先前校準中決定了作為該聚焦透鏡(120)之聚焦強度變化的函數之一散焦距離變化。
  9. 如請求項5或6所述之方法，其中在(a)中，相對於該聚焦透鏡(120)沿一光軸(A)移動一樣本臺(108)以用於在該複數個不同散焦距離之間變化，且在該複數個不同散焦距離中之每一者處獲取一影像。
  10. 如請求項5或6所述之方法，其中在一過焦距離處獲取該複數個影像中之至少一個影像，並在一欠焦距離處獲取該複數個影像中之至少一個影像。
  11. 如請求項1或2所述之方法，其中在(b)中，自該一或更多個影像(h 1 … N)擷取該一或更多個射束橫截面(g 1 … N)之步驟包括以下步驟：將傅裡葉空間中之該一或更多個影像(H 1 … N)除以傅裡葉空間中之該樣本的一聚焦影像(H I)。
  12. 如請求項11所述之方法，其中自該一或更多個影像(h 1 … N)擷取該一或更多個射束橫截面(g 1 … N) 之步驟進一步包括與一自適應濾波器項的一相乘及與傅裡葉空間中之一聚焦射束橫截面(G I)的一相乘中之至少一者。
  13. 如請求項1或2所述之方法，其中在兩個或更多個方位角上決定該一或更多個射束寬度(c 1 … N)中之每一者。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括該帶電粒子束在一第一方位角(θx)上之一第一束匯聚度值，及該帶電粒子束在一第二方位角(θy)上之一第二束匯聚度值。
  15. 如請求項13所述之方法，其中該至少一個束匯聚度值包括該帶電粒子束之作為方位角的函數之一數值孔徑(NA(θ))。
  16. 如請求項1或2所述之方法，進一步包括如下步驟中之至少一或更多者： 產生及顯示該帶電粒子束之一三維模型中的至少一者； 在一或更多個選定方位面中產生及顯示該帶電粒子束之一或更多個二維表示中的至少一者；及 產生及顯示該帶電粒子束之作為散焦距離的函數之一射束寬度的一或更多個一維表示中的至少一者。
  17. 如請求項1或2所述之方法，進一步包括以下步驟：基於該至少一個束匯聚度值修改至少一個射束影響元件以用於修整該帶電粒子束。
  18. 如請求項1或2所述之方法，進一步包括以下步驟：藉由一迭代擬合常式決定該帶電粒子束之一或更多個射束像差係數，該迭代擬合常式使用該至少一個束匯聚度值作為一輸入參數。
  19. 一種帶電粒子束系統，包括： 一帶電粒子源(105)，用於發射沿一光軸(A)傳播之一帶電粒子束(11)； 一樣本臺(108)； 一聚焦透鏡(120)，用於使該帶電粒子束朝向放置於該樣本臺(108)上之一樣本(10)聚焦； 一帶電粒子偵測器(118)，用於偵測自該樣本發射之信號粒子；及 一處理器及儲存指令之一記憶體，當由該處理器執行時，該等指令導致該帶電粒子束系統執行請求項1所述之方法。
  20. 一種帶電粒子束系統(100)，包括： 一帶電粒子源(105)，用於發射沿一光軸(A)傳播之一帶電粒子束(11)； 一樣本臺(108)； 一聚焦透鏡(120)，用於使該帶電粒子束朝向放置於該樣本臺(108)上之一樣本(10)聚焦； 一帶電粒子偵測器(118)，用於偵測自該樣本發射之信號粒子；及 一處理器及儲存指令之一記憶體，當由該處理器執行時，該等指令導致該帶電粒子束系統 (x1)自在一或更多個散焦距離(z 1 … N)處獲取之該樣本的一或更多個影像(h 1 … N)擷取一或更多個射束橫截面(g 1 … N)； (x2)自該一或更多個射束橫截面(g 1 … N)決定一或更多個射束寬度(c 1 … N)；及 (x3)基於該一或更多個射束寬度(g 1 … N)及該一或更多個散焦距離(z 1 … N)計算至少一個束匯聚度值。
TW111136494A 2021-10-13 2022-09-27 決定聚焦帶電粒子束的束匯聚度的方法及帶電粒子束系統 TWI839863B (zh)

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