TW202335022A - 提供拓樸資訊的高解析度低能量電子顯微鏡與光罩檢查方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種經校正掃描電子顯微鏡（CSEM）、及一種用於將材料對比與拓樸對比選擇性分離而操作該CSEM的方法。該顯微鏡和該方法採用從低能量一次電子所產生的反向散射電子實現高成像解析度。該CSEM和該方法可應用於小nm（奈米）範圍內或甚至更小的解析度要求的光罩修復與電路修補製程。

Description

提供拓樸資訊的高解析度低能量電子顯微鏡與光罩檢查方法
本發明提供一種具用於以低能量高解析度成像將拓樸資訊與材料對比分離的構件之掃描電子顯微鏡。本發明尤其可應用於對半導體製造程序進行檢查或監控，例如應用於半導體晶圓檢查並應用於高精確度計量應用（諸如光罩檢查和光罩修復）。
對於半導體檢查、光罩檢查、和光罩修復的要求變得越來越高。隨著實際與未來臨界尺寸（Critical Dimension，CD）小於5 nm、小於3 nm並甚至小於1 nm，對半導體特徵進行放置也變得越來越嚴峻。圖案置放通常係與通常由該CD之小部分（例如該CD之1/3或更少）所指定的疊置（Overlay）要求有關。
半導體光罩通常具有由該光罩材料上方的該等吸收結構所形成的拓樸。吸收結構通常係藉由對不透明薄膜（例如厚度多達數十nm之鉻薄膜）進行微影處理而形成。其他材料或結構係也可採用，例如用於相移光罩。對於EUV光罩，其他吸收劑係也可採用為例如鉭薄膜或氮化矽。對於解析度和圖案或邊緣放置的該等高要求，拓樸效應在光罩檢查和修復應用方面變得越來越限制。
微影光罩之電腦所設計圖案通常具有的特徵件大小係相當於待生成在晶圓上的該等特徵件大小或CD。因此，尤其是對於EUV光罩，例如用於光學鄰近校正（Optical proximity correction，OPC）的輔助特徵等圖案之特徵件大小係變得越來越小，例如小於10 nm、小於5 nm、或甚至小於3 nm。藉由光學微影的光學影像形成的圖案放置之精確度在理論上沒有限制，但在實際上係例如受到該等微影光罩上的特徵之邊緣放置之準確度限制。因此，光罩圖案之邊緣之放置必須係很良好控制在例如小於3 nm或甚至小於1 nm（例如甚至約0.1 nm）之微影程序之疊置要求內。
在半導體製造過程中，對於解析度和準確度的該等要求在相同等級上越來越提高。通常，晶圓經常係在該等製造步驟過程中平坦化，以避免例如由結構化層沉積、氧化、摻雜、或蝕刻所產生的任何拓樸效應。然而，一些製造程序步驟需要對具越來越提高準確度生成在該晶圓上的幾乎平坦特徵之拓樸進行檢查。
晶圓製造過程中的特徵之拓樸以及光罩結構之效應係限制習知成像技術之準確度。目前所採用的成像技術係藉由掃描電子顯微鏡的反向散射或二次電子收集。樣本表面（例如晶圓或光罩表面）係由窄聚焦一次電子束逐行（raster）所掃描。二次與反向散射電子係收集，且該強度係評估。一些構件可用來選擇該等所收集電子之某些能量狀態或角譜（Angular spectra）。然而，隨著該等要求提高，目前所採用的成像技術之解析度和準確度係不再足夠。即使數十nm之淺光罩層也開始呈現對於該等反向散射電子的遮蔽效應。特徵件之邊緣之形式和傾斜角對反向散射電子信號對所需成像準確度的造成影響。
在習知掃描電子顯微鏡（SEM）中，影像強度通常係由不同定位處的固定式透鏡內（In-lens）檢測器所記錄。此類慣用SEM之實例係在專利案US7,910,887 B2或US10,720,304 B2中說明。透鏡內檢測器有時係稱為用於對反向散射電子進行能量選擇性收集的ESB檢測器。每個檢測器皆記錄不同出射（take-off）角或能量之電子。在較高角度下所發出的該等彈性反向散射電子通常內含較多拓樸資訊，而接近該顯微鏡之該光軸所發出的該等電子大部分內含材料資訊。在如專利案US10,720,304 B2中所說明的系統中，該等一次電子係通過該檢測器之中心孔徑處的該等透鏡內檢測器。在此孔徑之內部，二次或反向散射電子係無法檢測到。因此，失去呈低散射角的反向散射電子之資訊。資訊之失去越來越提高對於低能量電子的限制。在一次電子較低動能的情況下，一般來說該等散射角實際上係減小，且更多偏軸電子係收集，而失去呈該等低與中角度所發出的電子。專利案EP 2,463,889 B1說明一種在透鏡內與ESB檢測器之間以限制反向散射電子之相位空間的可移動光闌（Diaphragm）孔徑。此類解決方案對於以上所說明的該等說明書要求並不足夠，且並不允許接近反向散射電子之動量分佈之偏軸部分。此外，由於孔徑需要浮接在高電位（例如該襯管（liner-tube）電位）上，因此移動孔徑係難以實行。此外，機械移動並不允許操作模式對於快速影像獲取之快速變更。
對於高解析度要求，例如在電子束輔助修復操作過程中，需要電子之動能小於幾個100 eV（例如小於500 eV、小於300 eV、或甚至更低 ）的低能量電子顯微鏡。因此，係已提出應用經校正低能量顯微鏡，從而利用用於將該等反向散射電子經由分束器（Beam separator）成像到檢測器的成像系統。此類系統係例如專利案在US 6,855,939、US 8,592,776 B2、和DE 10 2019 214 936 A1中揭示。然而，儘管這些系統係配置成將例如低能量二次電子與反向散射電子分離，但來自該等反向散射電子的拓樸資訊並未考量。然而，對於隨著所收集反向散射電子之角展度（Angular spread）減小而動能較低，反向散射電子之越來越大的部分包含拓樸資訊，這降低先前技術之該等經校正低能量顯微鏡之測量準確度。再者，失去材料對比資訊，且需要材料對比的程序控制應用係無法再具足夠準確度進行。
本發明之任務之一係提供一種能夠從來自該等反向散射電子的材料資訊提取或分離糾結拓樸（Entangled topography）資訊，用於半導體晶圓或光罩的高解析度檢查系統。本發明之一進一步任務係提供一種在具較高準確度和較高精確度對半導體或光罩之結構層特徵之拓樸或邊緣效應進行考量下的高解析度光罩或半導體檢查方法。本發明之一進一步任務係提供一種用於監控符合對於半導體光罩的目前與未來要求的光罩修復操作的精確監控系統。本發明之進一步任務係提供一種存在拓樸效應時的快速且可靠半導體或光罩檢查方法，以及一種可配置用於存在拓樸效應時的快速且可靠半導體或光罩檢查的系統。
本發明實現將低能量電子成像應用於採用具低衝擊能量（landing energy）LE的一次電子束，對樣本（7）之表面（25）進行調查。根據具體實施例的低能量電子顯微鏡（1）係包含一射束形成單元（1400），用於產生經校正一次電子束（3）。該一次電子束（3）係採用該射束形成單元（1400）之校正構件預先校正，並由一次射束聚焦單元（1100）所聚焦到該樣本（7）之該表面（25）上。該射束形成單元（1400）和該一次射束聚焦單元（1100）將該經校正一次電子束（3）聚焦在該樣本（7）之該表面（25）上，並在到達該表面（25）之前減速該一次電子束（3）。由此，動能小於400 eV、較佳為小於300 eV、甚至更佳為小於200 eV、或甚至更佳為小於150 eV的一次電子之低衝擊能量可在小於3 nm、較佳為小於2 nm、或甚至更低之高成像解析度下達成。
一次射束聚焦單元（1100）係進一步收集包含從該樣本（7）之該表面（25）呈大角度所散射的電子的反向散射電子束（9）。該等所收集反向散射電子之大角度通常與該樣本（7）之該表面（25）之法線超過0.7 rad（弧度），並較佳為多達1.3 rad。該低能量電子顯微鏡（1）係更包含一檢測單元（1600），其具用於檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之至少一第一部分並用於產生至少一第一檢測信號I1的至少一第一局限檢測器部分（1801）。該低能量電子顯微鏡（1）係更包含一射束分束單元（1500），其用於將該經校正一次帶電粒子束（3）從該射束形成單元（1400）引導到該一次射束聚焦單元（1100），並用於將該反向散射電子束（9）從該一次射束聚焦單元（1100）引導到該檢測單元（1600）。由此，該反向散射電子束係包括與該經校正一次帶電粒子束（3）平行並在相反方向上傳遞的該反向散射電子束（9）之該角譜之一軸向部分。該檢測單元（1600）更包含一調整元件，並連接到控制單元（800）。該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以在第一成像模式下選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之該第一選定部分。該調整元件包含配置用於偏轉該反向散射電子束（9）的一偏轉單元（1603）、配置用於聚焦該反向散射電子束（9）的一聚焦透鏡（1605）、一可調整能量過濾器（1607）中的至少一者，以阻擋小於一可調整色散單元（1611）之一動能臨界值的反向散射電子，以根據一動能來分布該反向散射電子束（9）。在一實例中，該控制單元（800）係配置成控制該偏轉單元（1603），以選擇對應於從該樣本（7）之該表面（25）呈大角度所散射的反向散射電子（9）的角譜之偏軸部分。在一實例中，該控制單元（800）係配置成控制該聚焦透鏡（1605），以選擇對應於從該樣本（7）之該表面（25）以較大角度範圍所散射的反向散射電子（9）的角譜中之較大部分。在一實例中，該控制單元（800）係配置成控制該聚焦透鏡（1605），以選擇對應於從該樣本（7）之該表面（25）以狹窄角度範圍所散射的反向散射電子（9）的角譜中之較小部分。由此，可選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之不同部分。在一實例中，該控制單元（800）係進一步配置成控制該調整元件，以在第二成像模式下選擇與該第一選定部分不同的該反向散射電子束（9）之該角譜之第二選定部分。該控制單元（800）可依序在該第一成像模式下對該樣本（7）之該表面（25）之部分進行第一影像掃描，並在該第二成像模式下在該表面（25）之相同部分處進行第二影像掃描。
在一實例中，該檢測單元（1600）可包含一第二局限檢測器部分（1802），以產生對應於該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二選定部分的一第二檢測信號I2。
該控制單元（800）係進一步配置成以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度對層邊緣之邊緣位置、特徵件尺寸、邊緣平整度、邊緣傾斜、或微缺陷中的至少一者進行測定。高解析度係藉由利用低衝擊能量之一次電子以及該低能量電子顯微鏡（1）之校正構件而達成。對邊緣位置、邊緣傾斜、和微缺陷進行清楚測定，係藉由將拓樸效應與該光罩或晶圓（7）之該表面（25）之該部分之材料對比分離而達成。該分離係藉由在至少第一與第二成像模式下對該檢測單元（1600）之操作進行該控制而達成，包含對該反向散射電子束（9）之該角譜之不同部分進行該檢測。所述作為校正構件的低能量電子顯微鏡（1）係包含例如一靜電式反射鏡校正器（1415）。
在一實例中，該控制單元（800）係測定適用於對拓樸效應進行檢測和提取，並將拓樸效應與該光罩或晶圓（7）之該表面（25）之該部分之材料對比分離的該等至少第一與第二成像模式。
在一進一步具體實施例中，該低能量電子顯微鏡（1）係包含一射束形成單元（1400）、一一次射束聚焦單元（1100）、一具第一局限檢測器部分（1801）的檢測單元（1600）、及一射束分束單元（1500）。該檢測單元（1600）更包含至少一第二局限檢測器部分（1801），其用於檢測一反向散射電子束（9）之一角譜之至少一第二部分，並用於產生與一第一檢測信號I1不同的至少一第二檢測信號I2。該射束形成單元（1400）係產生經校正一次帶電粒子束（3）。該射束形成單元（1400）和該一次射束聚焦單元（1100）係配置成將該經校正一次電子束（3）聚焦在該樣本（7）之該表面（25）上，並在到達該樣本表面（25）之前將該一次電子束（3）減速至動能小於400 eV、較佳為小於300 eV、甚至更佳為小於200 eV、或甚至更佳為小於150 eV。該一次射束聚焦單元（1100）係用於收集包含呈相對於該樣本（7）之該表面（25）之法線超過0.7 rad、較佳為多達1.3 rad的大角度所散射的電子的該反向散射電子束（9）。
該射束分束單元（1500）係將經校正一次帶電粒子束（3）從該射束形成單元（1400）引導到該一次射束聚焦單元（1100），並用於將反向散射電子束（9）從該一次射束聚焦單元（1100）引導到該檢測單元（1600）。該反向散射電子束（9）係包括與該經校正一次帶電粒子束（3）平行並在相反方向上傳遞的該反向散射電子束（9）之該角譜之一軸向部分。
該第一局限檢測器部分（1801）係配置用於檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之第一部分，並用於產生第一檢測信號I1。在一實例中，該檢測單元（1600）係包含一第三或進一步局限檢測器部分（1802），以產生對應於該反向散射電子束（9）之該角譜之一第三或進一步選定部分的一第三或進一步檢測信號I3。因此，至少兩檢測器部分係選擇對應於該反向散射電子束（9）之該角譜之不同部分的複數不同檢測信號。低能量電子顯微鏡（1）之控制單元（800）係進一步配置成從該至少第一與第二檢測信號I1和I2，以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度對層邊緣之邊緣位置、特徵件尺寸、邊緣平整度、邊緣傾斜、或微缺陷中的至少一者。該高解析度係藉由利用低衝擊能量之一次電子以及該低能量電子顯微鏡（1）之校正構件而達成。對邊緣位置、邊緣傾斜、和微缺陷進行清楚測定，係藉由將拓樸效應與該光罩或晶圓（7）之該表面（25）之該部分之材料對比分離而達成。該分離係由對應於該反向散射電子束（9）之該角譜之不同部分的該至少第一與第二檢測信號I1和I2所達成。所述作為校正構件的低能量電子顯微鏡（1）係包含例如一靜電式反射鏡校正器（1415）。
根據本發明之一進一步態樣，提供一種用於對光罩或晶圓進行檢查、修復、或修補的裝置（1000）。該裝置包含低能量電子顯微鏡（1），其已在前面多個具體實施例中說明。在該低能量模式下，低能量電子顯微鏡（1）係配置成將該經校正一次電子束（3）聚焦在該光罩或晶圓（7）之該表面（25）上，而該等一次電子之低動能小於400 eV、較佳為小於300 eV、甚至更佳為小於200 eV、或甚至更佳為小於150 eV。該低能量電子顯微鏡（1）係進一步配置成與該樣本（7）之該表面（25）該法線超過0.7 rad、較佳為多達1.3 rad的大角度下收集反向散射電子。該低能量電子顯微鏡（1）之射束分束單元（1500）係將該經校正一次帶電粒子束（3）與該反向散射電子束（9）分離。低能量電子顯微鏡（1）係收集與成像該反向散射電子束（9），包括該反向散射電子束（9）之該角譜之一軸向部分，該軸向部分係與該經校正一次帶電粒子束（3）平行並在相反方向上傳遞。
該低能量電子顯微鏡（1）之檢測單元（1600）包含至少一調整元件。該裝置（1000）之控制單元（800）係連接到檢測單元（1600）並配置成對該樣本（7）（例如光罩或晶圓）之該表面（25）之部分進行檢查任務。一具至少第一局限檢測器部分（1801）的檢測單元（1600）係配置成採用該至少第一局限檢測器部分（1801）以選擇性檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之至少第一選定部分，以產生至少第一檢測信號I1。該檢測單元（1600）係進一步配置成選擇性檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之第二選定部分，以產生至少第二檢測信號I2，其中該角譜之該第二選定部分係與該反向散射電子束（9）之該角譜之該第一選定部分不同。該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以選擇性檢測該等至少第一及/或第二信號I1及/或I2。該調整元件包含一偏轉單元（1603）、一聚焦透鏡（1605）、一可調整能量過濾器（1607）、或一可調整色散單元（1611）中的至少一者。在一實例中，該控制單元（800）係配置成選擇該角譜之單偏軸部分，並採用該角譜之該單偏軸部分進行該檢查任務。
在一實例中，該控制單元（800）基於關於該樣本（7）之該表面（25）上的結構的預定資訊，以選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之該至少第一及/或第二選定部分。該結構可為光罩上的吸收劑層或晶圓中的導體線路，並可包含一邊緣或尺寸。
在一實例中，該控制單元（800）係在第一成像模式下依序調整該檢測單元（1600）以收集至少該第一信號I1，並在第二成像模式下調整該檢測單元（1600）以在跨越該樣本（7）之該表面（25）的後續第二影像掃描中收集至少進一步信號。
在一實例中，該檢測單元（1600）係包含至少一第二局限檢測器部分（1802），以產生對應於在跨越該樣本（7）之該表面（25）的單一影像掃描中的該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二或進一步選定部分的至少一第二或進一步檢測信號I2。該檢測單元（1600）可更包含一調整元件，其中該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以選擇性檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之該至少第一與第二選定部分。具包含至少兩檢測器部分的該檢測單元（1600）的該裝置（1000）可進一步配置成檢測在跨越該樣本（7）之該表面（25）的第一單一影像掃描中的第一與第二檢測信號，並檢測對應於在跨越相同檢查定位處的該樣本（7）之該表面（25）的第二單一影像掃描中的該反向散射電子束（9）之該角譜之第三與進一步選定部分的第三與進一步影像信號。
在一實例中，選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之該第一選定部分以產生對該表面（25）之該部分之該拓樸具降低敏感度的第一檢測信號I1，且選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之該第二選定部分，以產生對該表面（25）之該部分之該拓樸具提高敏感度的第二檢測信號I2。由此，拓樸資訊可與材料對比分離，且例如層邊緣之位置或層邊緣之傾斜之測定可具高精確度。根據該具體實施例的該裝置更包含複數個氣體噴嘴（152），其用於向一樣本（7）之表面（25）提供複數個製程氣體。該控制單元（800）係配置成在使用期間進行電子束輔助沉積或電子束輔助蝕刻操作中的至少一者。該控制單元（800）係進一步配置成基於該至少第一檢測信號I1及/或第二檢測信號I2，啟動或終止電子束輔助修復或修補製程。
根據本發明之一進一步具體實施例，提供一種具小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的高解析度對光罩或晶圓進行檢查、修復、或電路修補方法。該方法包含對一低能量電子顯微鏡（1）之一影像平面（101）中的一光罩或晶圓（7）之一檢查位點進行對準。該方法更包含加以選擇適用於對拓樸效應進行檢測和提取，並適用於將拓樸效應與該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之一材料對比分離的至少一第一成像模式和一第二成像模式。該方法更包含在該第一成像模式下採用一次電子束（3）之低衝擊能量的一第一影像掃描，以獲取一第一影像信號；以及在該第二成像模式下採用該一次電子束（3）之低衝擊能量的一第二影像掃描，以獲取一第二影像信號。根據該方法，該等第一與第二影像信號係被分析，且該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之拓樸資訊和材料組成係被推導出。在一實例中，在影像掃描過程中，第一信號係產生以驅動用於對該反向散射電子束（9）進行偏轉及/或聚焦的檢測單元（1600）之調整元件。由此，該反向散射電子束（9）之該角譜之第一選定部分係在該第一成像模式下檢測。在一實例中，第二信號係產生以驅動用於對該反向散射電子束（9）進行偏轉及/或聚焦的檢測單元（1600）之調整元件。由此，該反向散射電子束（9）之該角譜之第二選定部分係在該第二成像模式下檢測。該方法更包含對層邊緣處的一最小強度（927）、一最大強度（929）、一遮蔽區域之一寬度或延伸dx、一最小強度定位Mx、及/或一影像信號之傾斜（935）中的至少一者；或以上在該第一與第二檢測信號之間的該等值中的至少一者之差值進行該測定。由此，層邊緣之邊緣位置、特徵件尺寸、邊緣平整度、邊緣傾斜、或微缺陷中的至少一者可具小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度測定。該測定可例如藉由與預定檢測信號進行比較，或藉由對檢測結果進行基於模型的模擬而達成。根據一實例，該方法係更包含採用對應於一層邊緣之一邊緣位置、一特徵件尺寸、一邊緣平整度、一邊緣傾斜、或一微缺陷中的至少一者之複數檢測信號的一組訓練或參考資料，施加一機器學習演算法。在不同檢查位點處的該應用過程中，該方法可進一步接收關於該光罩或晶圓（7）之檢查位點的預定資訊，且可根據該預定資訊進行至少第一成像模式和第二成像模式的選擇。預定資訊可包含一層邊緣定向、一特徵件定向、一材料組成、一高度資訊、或其他拓樸資訊或關於材料組成的資訊。
在一實例中，該方法包含測定與儲存適用於對拓樸效應進行檢測和提取，並將拓樸效應與該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之一材料對比分離的該至少第一與第二成像模式之步驟。在對該等理想成像模式進行測定的過程中，進行一系列具有一次電子束（3）之低衝擊能量的至少兩影像掃描，其中每一影像掃描具該檢查位點處的該反向散射電子束（9）之該角譜之不同選定部分。從該系列之該等檢測信號，該至少第一與第二成像模式係被推導出。例如，推導出層邊緣之定向，或根據該層邊緣之該定向和該高度測定層邊緣之高度以及該偏轉單元之偏轉角度。該至少第一與第二成像模式係儲存在用於該光罩或晶圓之後續類似檢查位點處的檢查任務的記憶體中。
根據一進一步實例，適用於對拓樸效應進行檢測和提取，並將拓樸效應與該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之材料對比分離的該至少第一與第二成像模式，係根據使用複數個訓練或參考影像信號的機器學習演算法達成。參考或訓練影像信號可從經校準參考光罩或晶圓，或從基於模型的模擬獲得。由此，可識別具高重要性的影像模式，以具高準確度測定邊緣位置、特徵、微缺陷、邊緣傾斜、或邊緣平整度。
在精確測定具小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的高解析度的層邊緣、特徵件大小、或微缺陷之拓樸和材料組成之後，可觸發、啟動、或終止電子束輔助修復或修補製程。
可從以下連同附圖的說明內容將變得明白本發明之該等具體實施例之其他優勢。本發明並不限於該等具體實施例和範例，而是也包含其變化例、組合、或修飾例。對熟習此領域技術者而言，本發明之其他具體實施例係將從對文中所揭示的本發明之說明書和實務進行考量顯而易見。舉例來說，本申請案中所定義的該裝置以及該方法之該使用，並不限於對作為帶電粒子的電子束進行該使用。而是，可使用能夠在該粒子束撞擊樣本之表面並提供對應氣體的該定位處引發前驅氣體之局部化學反應的任何粒子束。替代性粒子束之實例為離子束、金屬束、分子束、及/或光子束。
現將詳細參照示例性具體實施例，其實例係例示在附圖中。在整個說明內容中，除非另外表示，否則不同圖式中的相同標號表示相同或類似元件。
圖1顯示本發明之該第一具體實施例之實例。圖1例示用於光罩修復的裝置1000之剖面圖，其可用於修復光罩之吸收劑結構之局部缺陷，並可同時防止該光罩之基材在修復程序過程中受到損傷。光罩修復之裝置和方法之更多詳細資訊係在專利公開案US 2014 / 255,831 AA中說明，其在此併入本文供參考。圖1之示例性裝置1000包含一經校正掃描電子顯微鏡1。經校正掃描電子顯微鏡1包含一電子源單元1018，其用於產生一次電子束3。射束成像、射束校正、與射束偏轉元件1020和1025導向一次電子束3，並在經校正電子顯微鏡或CSEM 1之影像平面（未示出）中形成一次電子束3之焦點。根據該第一具體實施例的CSEM 1之更多細節是在以下圖7中解說。
光罩7係配置在樣本載台500上。樣本載台500包含多個致動器，並連接到可置放光罩7所藉由的一控制單元，使得光罩7之第一表面25係配置在經校正電子顯微鏡1之該影像平面中。樣本載台500可更包括一或數個控制元件，以控制光罩7之該溫度。
示例性裝置1000使用一次電子束3作為粒子束。電子束3可在光罩7之表面25上聚焦在具小於10奈米（例如小於5 nm或甚至小於3 nm）之直徑的小斑點（Spot）上。照射在光罩7之表面25上的電子之能量，可跨越能量範圍（從數個eV多達10 keV）變化。當照射在光罩7之表面25上時，該等電子由於其電子質量小而不會對光罩表面25造成顯著損傷。
為了記錄光罩7之表面25之影像，電子束3係用於跨越表面25進行掃描。檢測單元1600提供用於由一次電子束3與光罩7之表面25處的該材料之該交互作用所產生的反向散射及/或二次電子的信號。該信號係與該材料之組成和拓樸成比例關係。通常，光罩係從具由鉻或氮化矽所形成的吸收劑層的氧化矽製造。EUV光罩通常係由具由釕所形成的頂部層的鉬和矽所形成的多層（MoSi-多層）所形成。吸收劑可例如由氮化矽或氮化鉭硼所形成。藉由該一次電子束跨越掃描光罩7之表面25，光罩表面25之影像可獲得，且光罩7之該等吸收劑結構元件之缺陷可測定。選擇性地，光罩7之吸收劑結構之缺陷可藉由曝光晶圓，及/或藉由記錄例如藉助AIMS TM所測定的光罩7之一或數個空間影像而測定。
控制單元800控制裝置1000，並包含一影像形成單元（未示出），其係配置用於獲得與儲存藉由以一次電子束3進行一掃描操作而獲得的光罩7之表面25之一影像。該影像形成單元可執行演算法(透過硬體及/或軟體所實現)以允許從檢測單元1600之該資料信號測定與修飾光罩7之表面25之該影像，並可儲存該所計算出或所修飾影像。控制單元800包含一控制單元，其用於控制形成該一次射束的一次射束形成單元，以及該等射束形成與射束成像元件1020和1025。而且，控制單元800包含一載台控制單元（未示出），其配置成控制樣本載台500之移動。
用於光罩修復的裝置1000更包含複數個組件，以操縱或處理光罩表面25，例如提供一雷射束1082的一雷射系統1080、一離子束槍1035、以及用於提供程序氣體的複數個氣體噴嘴152.1至152.6。一次電子束3係用於啟動該蝕刻或沉積反應。該等電子之該加速電壓係在0.01 keV至10 keV之範圍內。該一次電子束之該電流在1 pA至1 nA之間的區間內變化。雷射系統1080藉由雷射束1082而提供附加且/或替代性能量轉換機構。該能量轉換機構可例如選擇性活化一前驅氣體，或可選擇性活化藉由對該前驅氣體進行該分解而產生的成分或碎片，以有效支援例如光罩7之該等吸收劑結構元件之局部修復程序。示例性裝置1000包含複數個儲存容器150.1至150.6，其用於處理配置在光罩7之表面25上的該吸收劑結構之一或數個缺陷的不同程序或前驅氣體。第一儲存容器150.1儲存例如為了在吸收劑元件之該缺陷周圍產生保護層而與電子束3組合使用的第一前驅氣體或沉積氣體。一第二儲存容器150.2包括一含氯的蝕刻氣體，藉由其該保護層可從光罩7之表面25去除。一第三儲存容器150.3儲存蝕刻氣體，例如用於局部去除過多吸收劑材料（諸如鉻或鉭）的二氟化氙（XeF 2）。一第四儲存容器150.4為了在光罩7之表面25上局部沉積缺失（missing）吸收劑材料而儲存前驅氣體。一第五儲存容器150.5和一第六儲存容器150.6內含可根據需要混合成儲存在第三儲存容器150.3中的該蝕刻氣體的兩進一步不同氣體。而且，裝置1000可允許為了對光罩缺陷進行該修復的選擇性蝕刻或沉積，而根據需要安裝更多儲存容器和氣體供應。每個儲存容器150.1至150.6係經由控制閥155.1至155.6連接到該等氣體噴嘴152.1至152.6之一。該等控制閥155.1至155.6係為了光罩修復操作過程中的自動化氣體供應而連接到控制單元800。由此，控制每時間單位所提供的氣體粒子之該量，或電子束3照射到光罩7之基材1010上的該位置處的該氣體流動速率。電子束3在光罩7上之影響之該點與該等氣體供應之該等噴嘴152.1至152.3之間的該距離係在數毫米範圍內。然而，圖1之裝置1000也允許對氣體供應進行其與一次電子束3之影響之該點的距離小於1毫米的設置。
用於光罩修復的裝置1000進一步具有一配置成在真空腔體999內部產生並維護該所需真空的幫浦輸送系統。在開始處理程序之前，真空腔體999中的該壓力通常係在10 -5Pa至2．10 -4Pa之範圍內。在該反應位點處，該局部壓力通常可提高多達大致10 Pa之範圍。結合真空幫浦1087的抽吸器件1085使得藉由對並非該局部化學反應所需的前驅氣體或該前驅氣體之部分進行該分解而產生的該等碎片，能夠基本上在該產生之該位置處從裝置1000之真空腔體1090提取。抽吸器件1085或真空幫浦1087可連接到控制單元800，以控制其操作。由於並非所需的氣體成分係在分佈與沉積之前在電子束3及/或雷射束1082之該入射之該定位處從真空腔體1090局部提取，因此避免污染真空腔體1090。
入射在光罩7之表面25上的一次電子束3可為基材表面25充電。該電荷累積可為正或負。為降低藉由電子束3的該電荷積聚之該效應，例如離子槍1035等帶電粒子束槍可用於採用具有低能量的離子輻射表面25。例如，具有數百伏之動能的氬離子束可用於中和表面25。該控制單元係也可配置成控制離子束源1035。若聚焦離子束係使用而非電子束3，則正電荷分佈可積聚在表面25上。在這情況下，電子束可用於輻射表面25以減少正電荷。
也可能並行使用兩或多個粒子束。雷射系統1080係併入在產生雷射束1082的裝置1000中。因此，裝置1000允許將與光子束1082組合的電子束3同時應用於光罩7。射束3和1082兩者可連續提供或可為脈衝形式。而且，該等兩射束3和1082之該等脈衝可同時部分重疊（overlap），或可在該反應位點上進行中間反應。該反應位點係電子束3單獨或與雷射束1082組合引致前驅氣體之局部化學反應的該定位。
用於光罩修復的裝置1000並不限於光罩修復，而係也可應用於其他應用，例如對所製造晶圓進行晶圓檢查和電路修補。對於半導體晶圓檢查、電路修補、光罩檢查、和光罩修復應用，反向散射電子係用於程序控制。反向散射電子係依該表面處或接近該表面的該材料而定，在一次電子束與具反向散射係數的樣本表面之相交區域處產生。通常，電子之反向散射係由與該樣本之該表面或該材料的幾種交互作用（包括彈性散射、非彈性散射、和多個散射程序）所說明。簡化的反向散射角度分佈係例示在圖2中。經校正電子顯微鏡1之一次電子束3係在正z方向上沿著經校正掃描電子顯微鏡1（圖2中未顯示）之光軸105傳遞，並聚焦在接近樣本7（例如晶圓或光罩）之表面25的交互作用體積5上。反向散射角度分佈15大致係由在相對於入射電子束3的逆向12上具主導散射效率的漫散射程序所簡化。反向散射電子之所有角度皆係有關通常垂直於樣本7之表面25對準的電子顯微鏡1之光軸105例示。為了例示，原子或分子晶格處的電子繞射之效應係特此忽略。通常，一次電子束3係在經校正電子顯微鏡1之內部例如8 keV至30 keV之電壓下，並由樣本7與電極33之間的靜電電位所減速。電極33可配置在樣本7與顯微鏡1之間，或可配置在經校正帶電粒子顯微鏡1之該磁性接物透鏡（圖2中未示出）之內部。電極33可例如由伸進經校正電子顯微鏡1之該接物透鏡中的襯管所形成。進一步電極可在電極33與樣本7之間提供，以進一步影響樣本表面25上方的靜電浸沒場（Immersion field）。含有進一步電極的配置之實例係顯示在專利案US 7,910,887中，其在此併入本文供參考。
因此，第一電壓U1係向電極33提供，且樣本7係為了在樣本表面25與電極33之間產生均勻減速場而設定在第二電壓U2下。在一實例中，該樣本係設定成具第二電壓U2 = 0V的接地位準。因此，藉由該電位差DU = |U1 – U2|，用作用於該一次射束的減速場的浸沒電場F係形成，使得該等一次電子以50 eV至2 kV之間的較低動能或衝擊能量LE（但甚至低至LE = 0 eV的更低動能也是可行的 ）到達樣本表面25。通常，控制該等一次電子之LE有兩種不同方式。在第一實例中，係藉由變更電極33與樣本7之間的電位差而控制LE。在另一實例中，電極33與樣本7之間的電位差DU係保持恆定，但在電極33之上游的該一次電子束之動能係例如由電子源1018之較大提取電位而被改變。
浸沒場也用於該等反向散射電子的升壓場（Boosting field）。浸沒電場F對反向散射電子之角度分佈具有聚焦效應。由此，在此實例中，有效收集角19係因為該顯微鏡之接受角17而增加，使得甚至在箭頭14和中角19之方向上離開該基材的反向散射電子也係仍然被收集。反向散射電子軌跡之一些範例係例示，如例如小角度下的反向散射電子軌跡9.1、接受角17下的反向散射電子軌跡9.2、以及具超過該電子顯微鏡之有效收集角19的較大起始角16的反向散射電子軌跡9.3。因此，有效收集角19依該電位差DU而定。該電位差DU越大，該樣本之表面25處的該等一次電子之該動能或衝擊能量LE就越低，且該有效收集角就越大。通常，在LE約400 eV下，有效收集角19約為0.4 rad（半角）或NA = 0.4（其中NA為在該收集角上的正弦）。在LE = 200 eV下，收集角19約為0.7 rad，或約40°或NA = 0.64。在LE = 100 eV下，有效收集角增加至1.3 rad或NA = 0.96。在此類低能量下，有效收集角幾乎可包括以90°所散射的電子。針對圖2例示的多個角度對應於約200 eV之LE。
圖3a和圖3b以約400 eV之中度衝擊能量LE下的該等彈性反向散射電子之動量分佈27之代表性例示圖例示圖2中所例示的該聚焦效應。在停駐點5處，具不同方向或散射角的複數反向散射電子係透過相同能量之該等照射一次電子而產生。該等反向散射電子包含反向散射電子12，其平行於該光軸或垂直於樣本7之表面25；以及反向散射電子14和16，其與該光軸呈中度與大角度。圖3b例示該升壓或浸沒場F對該等反向散射電子之該效應。反向散射電子動量係在該升壓場F之方向上增加，且一些反向散射電子係由經校正電子顯微鏡1之有效收集角19所收集。圖3c例示約200 eV之低衝擊能量LE下的該等反向散射電子之動量分佈27。再次，在停駐點5處，具不同方向或散射角的複數反向散射電子係透過相同而現在具有較低能量之該等照射一次電子而產生。圖3d例示該升壓場F對較低能量下的該等反向散射電子之該效應。在此實例中，一次電子之該較低衝擊能量係由電子源1018之較低提取或加速電壓所達成。該反向散射電子動量係在該升壓場F之方向上甚至更增加，且更多反向散射電子係由經校正電子顯微鏡1之有效收集角19所收集，在此實例中，甚至呈中度角14的該等反向散射電子係在有效收集角19內部，並因此由經校正的電子顯微鏡1所收集。
圖4a例示具不同浸沒場F1和F2的聚焦效應。如同在圖2中，有效反向散射角強度分佈15.1係例示為根據第一浸沒場(或升壓場)F1的加速之結果。第一浸沒場(或升壓場)F1對應於第一電位差DU1。第一浸沒場(或升壓場)F1在z方向上作用，並因此在z方向上拉長圖2所示之簡化的反向散射角度分佈，從而形成橢圓體（ellipsoidal）形狀之有效反向散射角強度分佈15.1。如在圖2中，經校正電子顯微鏡1（未示出）之接受角17係由虛線所例示，而對應於中度角14.1下的該等反向散射電子。接受角17對應於圖2之的有效收集角19（收集了中度角14.1的反向散射電子）。較大角度16.1下的反向散射電子係超過接受角17，並因此未被收集。
對於具較大第二電位差DU2的經校正電子顯微鏡1之甚至更降低的一次電子衝擊能量，反向散射電子之該有效面內矩（In-plane moment）係變得甚至越來越小。由於該等所反射電子在這情況下係由甚至更大的升壓電位DU2所加速，因此這導致該所反射電子相位空間或有效反向散射角度分佈之有效拉長。圖4b例示對於甚至更低的一次電子能量的該有效反向散射角度分佈之實例，如本發明之高解析度成像所需。對於甚至更低的一次電子能量，甚至更大的電位差DU2係應用，從而導致該等一次電子在交互作用區域5處之甚至更低的動能。該等反向散射電子係由該較大電位差DU2所產生的該較大第二浸沒場(或升壓場)F2在該z軸之方向上所加速，並經歷甚至大的聚焦效應。因此，有效反向散射角度分佈15.2之該寬度具有具較大橢圓率（由沿著該z方向的該長軸與x方向上的該短軸之該比率所給定）的甚至更橢圓體形狀。所以，角度14下的反向散射電子係良好在有效收集角19內，如由反向散射電子方向14.2所例示。在此實例中，甚至在大角度16下所散射的反向散射電子係被收集，如由箭頭16.2所例示。因此，甚至呈幾乎平行於表面25的角度所反向散射的電子可被收集。類似結果係在等同升壓場F = F1 = F2之該情況下獲得，並減小例如在電子源1018處具較低提取電位的該等一次電子之該衝擊能量。
用於低能量電子的較大有效收集角19（參見圖2）一方面具有收集更多反向散射電子並獲得較大信號雜訊比的優勢（即使對於採用低能量電子的高解析度成像而言）。然而，較大有效收集角19提高一般半導體樣本（諸如晶圓或光罩）之拓樸效應之影響。圖5例示半導體光罩之層邊緣在檢查過程中之效應。圖5a例示具中電位差DU1的狀況，其中約300 eV至400 eV之一次電子之中度動能LE1。一次電子束係沿著掃描方向41跨越掃描表面25。在交互作用定位或停駐點5.1處，反向散射電子係被產生。在有效收集角19.1中的所有反向散射電子被收集，並促成該影像信號。吸收劑層53之層邊緣57係接近基材或下部層51之表面部分25.1。吸收劑層53具有約15 nm至100 nm（例如70 nm）之第一厚度DZ，並例如由氮化矽所形成。吸收劑層53與第一層51之表面部分25.1形成具78°至90°之間之傾斜角55的邊緣57。相同情況係例示在圖5b中，其中該等一次電子到達交互作用體積5時之動能較低LE2 ＜＜ LE1。經校正電子顯微鏡之一般衝擊能量係小於500 eV，例如在100 eV至200 eV之間的範圍內或甚至小於100 eV。在小於150 eV的狀態下，約1 nm或甚至小於1 nm之解析度為可能，如光罩修復或電路修補應用所需。在此實例中，有效收集角19.2係如圖2至圖4中所說明增加，使得例如由箭頭16所例示在很大角度下的反向散射電子也被收集。這些反向散射電子之一些者係由層53所遮擋，其中該等反向散射電子係再次被吸收或散射。此幾何效應導致反向散射電子信號減小，而該信號隨著停駐點5與邊緣57之間的距離較小而變得較小。為了說明，反向散射電子可到達該電子顯微鏡和該檢測器單元所直到的幾何遮蔽角21係例示。對於這些低能量反向散射電子，該反向散射電子信號依停駐點5、層厚度DZ、與傾斜角55（參見圖5a）之間的該距離DX而定。目前，半導體光罩中的吸收劑層之該層厚DZ約為60 nm至70 nm，但可進一步減小成小於50 nm。反向散射電子信號可能也係受到該等反向散射電子在層邊緣57處之散射並受到可由反向散射電子所累積在層53或基材51中的任何充電效應影響。圖6例示該反向散射電子信號中的層邊緣之結果。接近層邊緣57，在邊緣57之該方向上的大極角下所發出的電子係由於遮蔽或拓樸效應而失去，且並未到達該檢測器。對於中LE，僅很少反向散射電子係採用較小有效收集孔徑19.1收集，從而導致具較大相對雜訊程度和較低信號雜訊比（Signal-to-noise Ratio，SNR）的較低反向散射電子信號61。在小於400 eV的低LE下，有效收集孔徑19.2係顯著增加且較大數量之反向散射電子係收集，從而導致具較高SNR的較大反向散射電子信號63。由於較大收集角19.2，遮蔽之影響也提高，從而導致反向散射電子產出之較大減少，即使在與該層邊緣的距離較大處，例如最遠可達50 nm或甚至更遠之距離。信號61和63皆顯示在有關測試樣本之兩種材料（二氧化矽相對於氮化矽）的反向散射電子產出方面的差值，但尤其是低LE信號63係與來自層邊緣57的遮蔽或拓樸效應的信號之強烈干擾糾結。在採用習知成像技術的習知顯微鏡中，經增加拓樸信號67可到達約50 nm之延伸，使得例如採用小於50 nm的距離的光罩結構係無法再以光罩修復操作之所需精確度檢測。
根據本發明，低LE成像下的經增加拓樸信號67係利用於提取關於該邊緣的資訊，包括nm準確度內的該邊緣位置以及該邊緣傾斜，例如傾斜角55。用於EUV光罩的減弱的相移光罩之該傾斜角可例如在81°至86°之間。根據本發明之一進一步態樣，光罩修復之程序控制係藉由考量該等拓樸效應而改良。
圖7例示根據本發明之該第一具體實施例的經校正電子顯微鏡（CSEM）1之更多詳細資訊。CSEM 1係適用於具如以上所說明的光罩修復與電路修補應用所需的該高解析度和該高準確度的低能量反向散射電子成像。經校正電子顯微鏡1包含經校正射束形成單元1400、射束分束器單元1500、一次射束聚焦單元1100、和檢測單元1600。
經校正射束形成單元1400包含一電子束產生器1301，其用於產生一次電子之一射束3。一次電子束3係沿著對應於該第一光軸OA1的射束路徑引導。為了準直、聚光、與成像一次電子束3，使用第一靜電透鏡1403、第二靜電透鏡1405、和第三靜電透鏡1409。由透鏡1403和1405構成的該聚光光學單元可能也包含更多聚光透鏡，其用於對從電子源1301收集的該電子束電流進行調整。為了調整與控制，第一靜電或磁束偏轉單元1407係配置在該一次射束路徑內。第一偏轉單元1407可建立為四極或八極單元，並可配置用於側向調整、射束方向調整、及/或對一次電子束3.0之像散形狀進行調整。第一偏轉單元1407可包含一第一多極單元和一第二後續多極單元。採用該第一多極單元和該第二多極單元，一次電子束3可相對於第三靜電透鏡1409之該軸以及第二束偏轉單元1411之該入口窗調整。採用第二偏轉單元1411，該一次電子束係以與該第一光軸OA1呈30°至120°之間的角度在第二光軸OA2之方向上偏轉。第二束偏轉單元1411之更多詳細資訊係在專利案US 6,855,939 BB中說明，其在此併入本文供參考。
然後，一次電子束3.0係經由第三偏轉單元1413沿著第二光軸OA2被引導到靜電式反射鏡1415。在靜電式反射鏡1415處，一次電子束3係被反射且色差、球面像差、和像場彎曲係至少部分校正，即形成經校正的一次電子束3.1。在一次電子3往返靜電式反射鏡1415的路徑上，一次電子3可進一步通過至少一靜電透鏡（未示出）。經校正一次電子束3.1沿著該第二光軸OA2傳遞，並重新進入射束偏轉器件1411。在第一射束偏轉器件1411之磁區（Magnetic sector）中，所反射一次射束3.1係與入射一次射束3.0分離，並被引導到射束分束器單元1500。射束分束器單元1500包含至少一磁區，其用於將經校正一次電子束3.1偏轉到第三光軸105。射束分束器單元1500可包含更多磁區或靜電元件。來自射束分束器單元1500的經校正粒子束3.1之該等電子沿著第三光軸105傳遞，並進入一次射束聚焦單元1100。一次射束聚焦單元1100將經校正一次射束3.1聚焦在待檢驗的樣本7之表面25上。在一次射束聚焦單元1100內，經校正一次電子束3.1係由掃描偏轉器1110所偏轉並由接物透鏡1102所聚焦，以形成具小直徑的經校正電子聚焦點並為了樣本7之表面25上的高成像解析度。接物透鏡1102可能係實行為磁透鏡和靜電透鏡之組合。藉由靜電式反射鏡1415對接物透鏡1102之該等色差和球面像差進行該校正，允許一次電子之較低加速電壓，並因此允許一次電子之較低衝擊能量LE。為達成高解析度所需的低衝擊能量LE，電子束3.1之一次電子係由浸沒場F（ 參見圖2）所減速。在樣本載台500上方，電極33係為了產生浸沒場F而設置。在該實例中，一次射束聚焦單元1100更包含一射束引導或襯管35，其在形成該等一次電子3之一自由漂移空間的一固定電位下。射束引導管之該下部或射束出口端形成電極33。在離開射束引導管35之後，經校正電子束3.1之電子係由浸沒場所減速成樣本7之電位。樣本7（如晶圓或光罩）係經由樣本夾（未示出）配置在可移動樣本載台500上。經由該樣本夾，電位U2係例如由載台控制單元850向樣本7所提供。該電位U2可能係具U2 = 0V或更高電位的該接地電位。樣本載台500可包含例如六個致動器，其用於相對於經校正電子顯微鏡1之一影像平面101採用六個自由度定位樣本表面25。
浸沒場F係對樣本7之表面25上的充電效應敏感。在該具體實施例之實例中，屏蔽電極係附接到一次射束聚焦單元1100。採用該屏蔽電極，藉由樣本表面25之充電效應的靜電場受到屏蔽，且該浸沒場未受到影響。圖8以實例例示屏蔽電極31之配置。屏蔽電極31係由導電材料形成的柵極所形成，並連接到該第二電壓U2。該電極材料可例如為銅、銀、或塗佈銅、銀、鎳銀、或金的柵極。柵極電極係大致10 µm（微米）厚，並具有至少直徑約30 µm之開口或孔徑。
在一實例中，應用於柵極電極31的第二電壓U2可等同於0V之接地位準，但其他電壓也為可能。射束襯管35之下部端形成第一電壓U1所應用於的相對電極33。該第一電壓U1可在1 kV至10 kV之間。經校正一次電子束3.1採用例如EHT = U1 + dU之稍微較高動能EHT進入射束襯管35，並漂移穿越襯管35。一次電子3.1在電極33與柵極電極31之間的浸沒場方面的減速之後，乃具有dU之動能。能量差dU可在500 eV至50 eV之間或甚至更小。一次電子束3.1通過該至少一孔徑處的柵極電極31。柵極電極31係有關該樣本表面間隔小於20 μm、較佳為15 μm以下之小距離。由柵極電極31與相對電極33之間的浸沒場所減速的電子，係由形成為所謂的軸向間隙透鏡的接物透鏡1102所聚焦在樣本表面25上。接物透鏡1102係形成為具至少第一線圈1104和軛部1106的磁透鏡。軛部1106之上部極靴1115和下部極靴1113形成軸向間隙1108，由此磁浸沒場係最小化。然而，具例如徑向間隙的其他接物透鏡也為可能。一次電子聚焦點5係形成在該透鏡之該表面上，並採用該等掃描偏轉器1110.1和1110.2進行光柵掃描。在此實例中，樣本7係連接到與該第二電壓U2進行比較（U3 ≤ U2）可等同或較小的第三電壓U3之第三電位。由此，小於dU之低衝擊能量係達成。在一實例中，第二與第三電壓U2和U3係設定等同，且柵極電極31和樣本7皆係連接到接地位準。然後，該等一次電子之衝擊能量LE係等同於該等一次電子3.1之該加速電壓之該動能與該襯管電位U1之差值dU。在第三實例中，該第三電壓或電位U3係大於U2。由此，收集角19可被精確調整。在此實例中，該第三電壓或電位U3較佳為在U1與U2之間，而U1 ＞ U3 ＞ U2。
此範例之該等掃描偏轉器1110係磁偏轉器，並用於首先偏轉該樣本之表面25上面的一次細束（beamlet）3.1，並其次調整一次細束3.1對應垂直於表面25設置的一次射束聚焦單元1100之光軸105之角度。圖8之一次射束聚焦單元1100更包含一第一靜電多極校正器1123，其配置在該柵極電極與襯管35之間。由此，該浸沒場可受到影響，且射束像差可在採用該等掃描偏轉器1110.1和1110.2的掃描操作過程中最小化。第一靜電多極校正器1123可進一步用於掃描樣本7之表面25上面的一次電子束3，例如在修復操作過程中採用第一靜電多極校正器1123之該等靜電極的快速掃描模式下。第一靜電多極校正器1123可例如為配置成校正該一次細束之像散或三葉形像差的八極校正器，或具十二極的校正器。第二磁多極校正器1121可配置在接物透鏡1102內部，並環繞襯管35。採用一次射束聚焦單元1100之此類設置，具很高解析度的很低衝擊能量為可能。隨著該配置，可對反向散射電子之大角譜進行收集，且具以上所討論的該等說明書要求的光罩檢查或修復應用為可能。
根據第一具體實施例的經校正電子顯微鏡1之說明內容現繼續於圖7之例示。聚焦到樣本7上的經校正一次電子束3.1進入交互作用體積5或停駐點5並在那裡與樣本7交互作用，且二次與反向散射電子9係產生，如以上在圖2和圖3中所說明。該等二次電子或該等反向散射電子係再次由該浸沒場加速，如以上所說明。該等反向散射電子係由接物透鏡1102所成像，以形成停駐點5之中間影像。在該中間影像定位（未示出）處，孔徑1850可採用用於檢測二次電子的透鏡內檢測器定位。該等反向散射電子9通過該透鏡內檢測器中的孔徑1850，並進入射束分束器單元1500。在射束分束器單元1500中，反向散射電子在相對方向上傳遞到經校正一次電子束3.1，並因此沿著不同射束路徑偏轉。然後，反向散射電子束9進入檢測單元1600。檢測單元1600包含一第四偏轉單元或色散單元1611；一第五偏轉單元1603，其用於移動反向散射電子束9；一影像形成透鏡1605；以及一柵極電極，其用作一電子能量過濾器1607。檢測單元1600更包含一電子檢測器，其具至少一第一檢測器部分1801和較佳為至少一第二反向散射電子檢測器部分1802。檢測單元1600可包含一第六偏轉單元，其在透鏡1605（未示出）之下游，而透鏡1605可控制移動的反向散射電子束9之一角度。
在通過第四偏轉單元或色散單元1611之後，反向散射電子束行進而其重心沿著該第四光軸OA4。第四偏轉單元或色散單元1611可當作維恩偏轉器（Wien deflector）操作，其可根據該動能控制偏轉角或該等反向散射電子。由於非彈性散射程序並由於浸沒電場F之聚焦能力，反向散射電子之動能可能與一次電子之動能有所不同。浸沒電場F色散加速在光軸105之相同方向上的任何反向散射電子，並因此可能提高呈高散射角的反向散射電子之動能。採用第四偏轉單元或色散單元1611，預定量之色散校正或色散補償可達成，且反向散射電子有關其動能之有效過濾係實現。第五偏轉單元1603可包含一第一多極單元；以及一第二後續多極單元，其用於偏轉反向散射電子束9。由此，反向散射電子之指定能譜或指定角譜可在反向散射電子檢測器1800之方向上偏轉。在此實例中，反向散射電子檢測器1800包含一第一電子檢測器部分1801.1和一第二電子檢測器部分1801.2。電子透鏡1605可為一磁透鏡或一靜電透鏡。採用透鏡1605，為了對反向散射電子束9之角譜和能譜進行甚至更詳細的選擇，反向散射電子束9可散焦或聚焦在該等檢測器元件上。能量過濾器1607可為例如在用於阻擋低能反向散射電子的指定抵抗電位下的金屬絲網。此類能量過濾器用作阻擋小於臨界值能量的反向散射電子的高通能量過濾器。由此，甚至更指定的能量過濾可達成。檢測單元1600可能包含更多元件，例如用於補償反向散射電子束9之一殘餘掃描誤差的一反掃描偏轉單元。反向散射電子束9通過與該經校正一次電子束3.1相同的掃描偏轉器1110，但可能由於反向散射電子之不同射束路徑而遭受掃描偏轉器1110之掃描操作之輕微殘餘掃描誤差（與該等一次細束進行比較），從而以與經校正一次電子束3.1稍微不同的能量或角度來穿過掃描偏轉器1110。
然而，應可瞭解，經校正電子顯微鏡1並不限於90度之偏轉角。而是，任何合適偏轉角皆可由該等射束偏轉單元1411、1500、和1611所選擇，例如在30度至90度或甚至110度之間，以使該第一光軸OA1係無需為平行於第三光軸105，且該第二光軸OA2無需為平行於該第四光軸OA4。CSEM 1之此實例包含一鏡校正器，用於校正如色差及/或球面像差。然而，經校正電子顯微鏡1並不限於具鏡校正器的SEM。而是，該粒子束器件其他類型之校正單元（例如八極校正器及/或維恩過濾器之系列）也為可能。能量過濾器1607並不限於抵抗場，而可能也包含一維恩過濾器或其他能量過濾器。
經校正射束形成單元1400係連接到係控制單元800之組件的射束形成控制單元840。控制單元800之一進一步組件為控制載台500之對準與移動並可提供與控制該樣本電位U2所藉由的載台控制器850。控制單元800係經由掃描與聚焦控制單元810進一步連接到一次電子束聚焦單元1100。控制單元800之一進一步組件為控制色散單元1611、第五偏轉單元1603、聚焦透鏡1605、和能量過濾器1607之該操作的檢測控制單元860。為了獲取反向散射電子信號並將該等信號轉換為數位影像資料，影像獲取單元880係連接到反向散射電子檢測器1800。
檢測控制單元860係配置成在第一操作模式下以及至少在第二操作模式下，控制色散單元1611、第五偏轉單元1603、聚焦透鏡1605、和能量過濾器1607。在該第一操作模式下，具第一能譜的反向散射電子之預定第一角譜部分被收集，而在第二操作模式下，具第二能譜的反向散射電子之預定第二角譜部分被收集，其中至少該第一與該第二角譜或該第一與第二能譜或兩者為不同。控制單元800係進一步配置成在檢測單元1600之該等至少兩操作模式之間選擇性切換。由此，拓樸資訊可從該等反向散射電子之該角度分佈或能量分佈提取。在一實例中，控制單元800係配置成分析由該等至少兩操作模式所獲得的該影像資料，並從該分析提取拓樸資訊。在一實例中，控制單元800係配置成分析由第一與第二檢測器部分1801.1和1801.2分別所獲得的該影像資料，並從該分析提取拓樸資訊。在一實例中，檢測器1800包含更多檢測器部分，例如用於對反向散射電子束9之該角譜和能譜進行更詳細分析的四個檢測器部分、七或九個檢測器部分、或甚至更多檢測器部分。根據本發明之該第一具體實施例的經校正電子顯微鏡1以及用於光罩修復的裝置1000之該操作之更多詳細資訊，係將以本發明之該第二具體實施例說明。
採用根據第一具體實施例的裝置，可完全使用該反向散射角譜。採用檢測系統1600，可獲得關於動量分佈的資訊。對於類似能量之反向散射電子，動量分佈和角譜為類似。因此，為了採用經校正低能量電子顯微鏡1的高解析度成像，角度或能量分佈之不同部分可用於動態影像獲取。這允許從拓樸資訊解決糾結（disentangle）材料對比，並提升光罩檢查或光罩修復應用之該解析度和準確度。根據本發明之第二具體實施例，提供用於光罩修復的光罩檢查方法。根據第二具體實施例的方法係例示在圖9中。
在步驟S1中，光罩或晶圓之檢查位點係與載台500對準。一連串檢查位點（例如用於光罩修復程序的該等定位）係可例如藉由該光罩的空間影像或從對印刷晶圓進行該分析而加以測定。在根據本發明實施例的裝置中，光罩或晶圓之座標系統隨後係配準(register)，且該光罩係對準在影像平面101內，且第一檢查位點係對準在裝置1000之光軸105處（參見供參考的圖1和圖6 ）。可應用已知的配準與對準方法。
在步驟S2中，選擇用於對檢查位點進行高解析度成像的至少兩成像模式。為了對拓樸效應進行檢測與提取，並為了將拓樸效應與材料對比效應分離，選擇該等至少兩檢查模式。對於每個檢查模式，選擇檢測單元1600之至少一調整元件之一組參數，包括用於色散元件1611、偏轉單元1603、透鏡1605、和能量過濾器1607中的至少一者的該等參數。用於高解析度成像的該等成像模式之每一者，皆採用具LE ＜ 500 eV（例如LE小於400 eV）或甚至小於200 eV（例如150 eV）的低動能電子操作。用於高解析度成像的每個成像模式皆可在相同LE下，或在不同LE（例如第一LE1 = 200 eV而第二LE2 = 150 eV ）下操作。
在步驟S3中，該檢查位點之第一影像係在預設成像模式下獲得。該預設成像模式可為用於根據步驟S2之所選擇的高解析度成像的第一成像模式，或任何其他成像模式。
在步驟S4中，該影像從步驟S3獲得，並測定後續影像是否係需要具後續成像模式。該測定可包含下列組件中的至少一者： 4a）測定影像是否包含檢查位點之預期特徵，以及待測量的預期特徵是否具有預期定向。若在檢查位點之對準方面有誤差，則該方法再從步驟S1開始。 4b）測定是否獲得根據該等至少兩不同成像模式的該第一與至少第二影像，或根據一些檢查模式的影像是否遺漏。若根據某一檢查模式的更多影像遺漏，則進行步驟S5。若獲得根據該等至少兩成像模式（根據步驟S2之該選擇）的所有影像，則進行步驟S6。
在步驟S5中，選定步驟S2的至少兩成像模式中的下一檢查模式，且因此調整經校正電子顯微鏡1之參數。經校正電子顯微鏡（CSEM） 1之成像模式係被變更，而採用CSEM 1之第二、高解析度成像模式(使用低能量電子)。成像模式從該第一高解析度成像模式之變更成第二或進一步高解析度成像模式包含對用於檢測單元1600的參數(包括用於色散元件1611、偏轉單元1603、透鏡1605、和能量過濾器1607中的至少一者的該等參數)進行變更。用於高解析度成像的成像模式之每一者皆採用具LE ＜ 500 eV（例如LE小於400 eV）或甚至小於200 eV（例如150 eV ）的低動能電子操作。用於高解析度成像的每個成像模式可在相同LE下，或在不同LE（例如第一LE1 = 200 eV而第二LE2 = 150 eV ）下操作。
重複根據步驟S3的影像獲取，並獲得後續影像。重複步驟S3至S5直到獲得根據該等至少兩成像模式的所有影像而獲得一組影像。當獲得步驟S2選擇的該組影像之所有影像時，進行步驟S6。
在步驟S6中，該組影像係分析，並提取下列測量結果中的至少一者： a）拓樸資訊係從材料對比提取或分離。 b）以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度測定層邊緣之邊緣位置。 c）以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度測定特徵件尺寸。 d）測定邊緣傾斜。 e）測定邊緣平整度。 f）測定微缺陷，例如污染粒子。
在步驟S7中，分析該所提取測量結果，並測定修復程序或修補製程及啟動或終止。
在步驟S8中，測定是否 a）根據步驟S1至S7的檢查與修復程序係必須在相同檢查位點處重複；或是否 b）該方法可在下一檢查位點處繼續；或是否 c）已到達光罩或晶圓之檢查之該結束，且該方法可再次採用新光罩或晶圓開始。
接著，更詳細說明步驟S2成像模式的選擇。根據本發明的檢查之實例係例示在圖10中。圖10a係如同圖5b中所例示的該情況，而例如約70°之收集角19.2對應於約125 eV之一次電子能量EHT。檢查位置或停駐點5係與基材51上的層53之邊緣57相距距離DX。層53之該厚度為例如70 nm。如同圖5b中的拓樸效應之簡化例示，該邊緣形成受到遮蔽角21限制的遮蔽區域。圖10b例示在如同經校正電子顯微鏡1之習知成像操作的第一成像模式下的檢測單元1600。色散元件1611係設定成色散之標準校正。在色散單元1611之後，反向散射電子束9具有由邊界線919所例示的發散（Divergency）。該發散對應於有關第四光軸OA4對稱所設置的反向散射電子束9之角譜或動量分佈。檢測單元1600之偏轉系統1603係處於關閉狀態。透鏡1605係也處於關閉階段。在此實例中，檢測單元1600更包含一孔徑光闌1613。電子檢測器1800之第一檢測器元件1801係配置在孔徑光闌1613之下游，孔徑光闌1613限制具如由角度931所指示的該反向散射電子束之座標(px, py)的所收集角譜或動量譜。在該例示圖之該下部側處，反向散射電子之所收集角譜係進一步受到層邊緣57之遮蔽角921限制。在此例示圖中，該正動量方向px係平行於該z軸。圖10c例示具座標px和py的角或動量空間中的所收集反向散射電子分佈925。該圖示顯示經校正電子顯微鏡1之最大收集角919，遮蔽角線921和收集孔徑931對應於孔徑光闌1613。所收集反向散射電子信號對應於圓圈931上面的累積（Integral）。
圖11例示根據本發明的成像模式之三個實例。為了例示，根據孔徑1613的接受角限制921係包括在多個圖示中。圖11a例示第一成像模式，其中檢測單元1600受到控制，以藉由偏轉器1603而在反向散射電子束9之負px方向上達成第一偏轉603。由此，層邊緣之拓樸效應係提高至最大。圖11b例示第二成像模式，其中檢測單元1600受到控制，以達成聚焦透鏡1605之聚焦動作605之效應。在此實例中，透鏡1605之該聚焦能力係調整，使得反向散射電子譜之最大收集角919與孔徑光闌1613之該接受角對應。由此，來自反向散射電子束9的反向散射電子之收集效率係提高至最大。
圖11c例示第三成像模式，其中檢測單元1600受到控制，以在正px方向上經由偏轉器1603達成第二偏轉607。由此，層邊緣57之拓樸效應係降低至最小。對應的圖12a至圖12c例示對在根據圖10a的層邊緣57之範例的該等三種成像模式之所檢測到角度分佈925.1至925.3的效應。遮蔽線921有關所收集反向散射電子分佈919為未變更。如圖12a中所例示，由於負px方向上的第一偏轉603，收集與檢測到在正x方向上所散射的更多反向散射電子，並從而該反向散射之較大部分係由於層邊緣57之該遮蔽效應而失去。圖12b例示檢測到受到收集角919限制的完整反向散射電子譜的情況。在此，信號到達最大值。圖12c例示正px方向上的第二偏轉607之效應，其中遮蔽效應之該拓樸效應之影響係降低至最小。圖13比較根據該等三種成像模式在x方向上跨越層邊緣57的線掃描之該等三個強度信號。第一強度信號925.1對應於該第一成像模式、第二強度信號925.2對應於該第二成像模式，且第三強度信號925.3對應於該第三成像模式。該所收集反向散射電子信號強度採用第二成像模式到達最大強度929.2。然而，在第二成像模式下，大拓樸效應係疊置在基材51與層53之反向散射電子強度之間的材料對比上面。該拓樸效應甚至係在該第一成像模式下提升，其中在該遮蔽影區域中，該反向散射強度幾乎完全消失，且該等反向散射電子強度之最小值927.1幾乎到達零強度。該最小反向散射電子強度依側壁角55（參見圖5）而定，並可用作測定側壁角55的措施。在該第三成像模式下，由於該遮蔽的該拓樸效應係降低至最小，且所檢測到反向散射電子強度925.3可由對應於層邊緣之傾斜角或對應於側壁之表觀（Apparent）寬度的信號所疊置。該第三成像模式之最小強度927.3係顯著較大，並可對於該傾斜角與90°之大偏差完全消失。最小定位Mx3可對於例如x = 0處的第二強度925.2之該等最小定位稍微移位。該最小定位Mx3也依該側壁角而定。對於該等三種成像模式，該等遮蔽區域dx1、dx2、和dx3之該延伸係顯著不同。
根據步驟2對該等成像模式進行該選擇，可為了根據例如來自該層邊緣或層級（step）之該定向、來自該層邊緣之該預期傾斜角的先驗（a priori）資訊而進行。該先驗資訊可從電腦輔助設計（CAD）資訊或從該光罩或晶圓之先前測量提取。在這些情況下，對成像模式進行自動化選擇可獲得，例如基於CAD資訊。在其他情境中，第一影像可獲得與分析。由此，層定向和拓樸效應係測定。根據該分析之該結果，一組進一步成像模式可自動推導出。作為第三選項，一組成像模式可經由配置用於使用者輸入的使用者介面選擇。在第四選項中，該選擇係在預設模式下進行，其中例如在該等px與py方向之每個上皆具偏轉單元1603之兩偏轉動作的至少四個成像模式係進行。視需要而定，具透鏡1605之聚焦動作或更多動作的第五成像模式係包括在該組預設成像模式中。
根據步驟6，評估根據該組J種成像模式的該組J個強度I(j)，並測定層邊緣57之定位以及層邊緣之傾斜角55。在第一實例中，係從該組J個所記錄強度(例如從該等遮蔽區域dx(j)、該等最小強度值min(j) （圖13之參考號碼927.1至927.3）、和該等最小強度定位Mx(j)之寬度)之不同值分析進行測定。也可評估該等強度之傾斜角，例如對應於根據預期層邊緣57之該定位處的第三成像模式的強度之切線935.3的傾斜dI(3)。更多值可為用於每個成像模式的該等最大強度值max(j) （對應於圖13之該等參考號碼929.1至929.3），以及該等強度（圖13中的參考號碼925.1至925.3）之該基材（該等拓樸效應左側，參見圖13中的參考號碼933.1至933.3）之該等強度值。該等值可與從參考測量所獲得的層邊緣之一般值，或與模擬結果進行比較。在第二實例中，對於dx(j)、Mx(j)、該等傾斜dI(j)、該等最大值Max(j)、和該等最小值Min(j)的該等測量值，以及更多參數可用於根據基於模型的模擬(例如採用該邊緣位置和傾斜角作為模型參數的幾何模型)。在第三實例中，該組J個強度I(j)可採用由從層邊緣之複數個訓練影像所獲得的幾組參考強度所訓練的機器學習演算法分析。該等訓練強度可藉由對經校準參考物件進行測量，或藉由模擬（例如對具已知結構參數的模型進行蒙特卡羅（Mont Carlo）模擬）而獲得。具經驗證結構參數的每個測量結果皆可連續添加到該訓練資料，且該機器學習演算法可即時修飾與改良。
在以上所說明的該方法中，根據該等不同成像模式的該等影像強度係採用一系列影像掃描依序獲得。然而，也可在一次影像掃描內獲得該等不同影像強度，其中該等不同成像模式係在影像掃描過程中在每個停駐點5處皆依序進行。在此一實例中，檢測單元1600之該等致動器（例如偏轉器1603或透鏡1605）較佳為快速靜電元件。根據圖14中所說明的本發明的另一實例，其中該等不同成像模式可藉由利用包含數個檢測器部分1801的電子檢測器1800，而在一次影像掃描中並行（in parallel）獲得。如圖14a中所示，根據本發明之另一實例的檢測單元1600包含一檢測器1800，其具N個檢測器部分1801.1至1801.N。檢測器部分1801之配置之一些實例係例示在圖14b和圖14c中，例如圖14b中的象限檢測器配置或圖14c中的四個三角形檢測器部分之配置。然而，檢測器部分之該數量並不限於三或四個，而是可大於四個，例如七個六角形檢測器部分或九個方形檢測器部分。每個檢測器部分可包含例如一閃爍器（Scintillator）和一雪崩（Avalanche）二極體，但其他檢測器也為可能。藉由每個檢測器部分1801.j，該等反向散射電子之角譜之不同部分皆係在一次影像掃描內檢測到，類似於根據以上所說明的該第一與第三成像模式的該等強度。採用在例如小於K ≤ 9之間的檢測器部分之中度數量K個，拓樸信號可從該等K個強度信號具足夠信號雜訊比提取。該信號雜訊比可進一步藉由依例如對應於層邊緣57之定向的該拓樸信號之該定向而定，對該等K個強度信號之一些進行添加或平均而改良。如在圖14之實例中所說明，採用具幾個檢測器部分的不同成像模式的該等影像獲取方法，係也可與偏轉單元1603、聚焦透鏡1605、或能量過濾器1607之動作組合。該能量過濾器係已在圖8b、圖9、和圖12a中省略，但儘管如此可存在於檢測單元1600之任何實例中。採用該附加偏轉或聚焦動作或能量過濾之不同模式，拓樸資訊之更多詳細資訊可產生與提取。
藉由採用經校正電子顯微鏡CSEM之檢測單元1600之至少兩成像模式的影像獲取，採用反向散射電子束9之角譜之至少兩部分之檢測方法，拓樸資訊可與材料對比分離，且對層邊緣或層傾斜進行測定可具例如小於1 nm或甚至小於0.5 nm之高解析度提取。在第一實例中，角譜之該等至少兩部分可藉由與反向散射電子束偏轉器1603或反向散射電子束聚焦透鏡1605組合的有限接受角之檢測器部分而獲得。在第二實例中，該角譜之該等至少兩部分係藉由至少第一與第二檢測器部分而獲得。對該角譜之該等至少兩部分進行選擇，係可藉由進一步能量截止過濾器1607而提升。在本發明之第三具體實施例中，拓樸資訊與材料對比之分離以及對層邊緣或層傾斜進行之測定，係進一步藉由檢測單元1600之色散元件1611而改良。在圖15中，根據本發明之第三具體實施例的色散單元1611之效應以及拓樸資訊之提取方法係說明。圖7中所示的類似元件係採用相同參考號碼例示。從光罩或晶圓7之表面25上的停駐點5，反向散射電子係產生並由在樣本7與電極33之間所產生的浸沒場所加速。反向散射電子束9係由接物透鏡1102所收集，且第一中間交會(cross over)1853係形成。在第一交會1853處或附近，孔徑1850可設置。反向散射電子束9通過射束分束器1500，並在色散單元1611之入口處形成第二交會1855。交會1853和1855可能並不是所有反向散射電子軌跡的單點，而是係分佈在孔徑光闌1850內或色散單元1611附近的較大體積上面。反向散射電子束9係受到兩個最大收集角限制，為說明目的可參見電子軌跡919.1和919.2。採用色散單元1611之參數，反向散射電子束9之能量分離可達成。反向散射電子束9之能量分離之結果係例示在圖15b中。檢測平面1803中的反向散射電子束9係根據px與py方向上的角譜，以及平行於該px方向的能譜分佈，其中動量較大且傳遞角較大之反向散射電子通常具有較大能量。因此，對應於圖15b中的較大圓圈呈較大角度的那些反向散射電子，係更多在正動能E之方向上由色散單元1611所偏轉。圖15b例示根據反向散射電子能量的該偏轉之一實例。指定動能之不同偏轉之其他情境也是可能發生的。
該第二具體實施例中所說明的該等影像獲取方法也可與該第三具體實施例組合應用。獲得該混合角譜和能譜之至少兩部分，例如藉由至少兩檢測器部分1801.1和1801.2或涉及偏轉器1603之偏轉動作或透鏡1605之聚焦動作的該等成像模式任一。對該混合角譜和能譜之該等至少兩部分進行該選擇，可藉由進一步能量截止過濾器1607而提升。預定量之能量色散與該角譜分佈之該組合，也允許對拓樸效應具最大重要性的反向散射電子進行專用選擇。對該混合能譜和角譜之該等至少兩部分進行該選擇可例如藉由最佳化而獲得，例如藉由標準最小平方最佳化或藉由機器學習演算法。例如，在模型物件處採用蒙特卡羅模擬（Monte Carlo simulation），對想要觀測的該等模型參數具最大重要性的該混合能譜和角譜之該等至少兩部分可測定。根據對應於該混合能譜和角譜之該等至少兩部分的該等成像模式的該強度，可作為用於機器學習演算法的訓練資料集，這稍後可應用於對於光罩或晶圓檢查、光罩修復、或電路修補應用的精確測量。
圖16例示本發明之第四具體實施例。圖16例示以可採用根據該第二或第三具體實施例之該等方法任一的本發明之該第一具體實施例之該裝置達成的該高精確度的光罩修復操作。在圖16a所例示的第一步驟中，基材層51上的吸收劑線53中的光罩缺陷71.1係具高精確度測定。採用以上所說明的該裝置和該等方法，缺陷71.1之該延伸之精確測定係測定，包括缺陷71.1之至少一傾斜角73.1。從根據該等至少兩成像模式的反向散射電子影像之該等至少兩強度，並採用經校正電子顯微鏡1之該低能量成像，位置、與該邊緣位置之目標範圍75的偏差以及缺陷之延伸可以小於1 nm、較佳為甚至小於0.5 nm的準確度測定。在修復操作中，待沉積的材料之該缺失體積可具高準確度測定。在該修復步驟中，利用例如對來自由裝置1000所提供的前驅氣體的材料進行低能量電子束輔助沉積，缺陷71.1係採用例如鉻填充，從而形成經修復缺陷77。然後，該修復操作之該效能係由根據該等第二或第三具體實施例之該等方法任一的本發明之該第一具體實施例之該裝置所驗證。線條53之生成邊緣位置以及該線條邊緣之傾斜角73.2係可高準確度獲得。由此，維護修復操作係在對於光罩的該規範要求內很良好進行，包括對於小於0.5 nm或甚至更小的邊緣位置的EUV光罩的嚴格要求。修復和驗證之該等步驟係也可交替進行。當然，該第四具體實施例並不限於光罩層中的缺失材料，而是也可類推於對光罩層中的過多材料進行該去除應用。此外，該第四具體實施例並不限於光罩修復，而是也限於經處理晶圓處的電路修補操作。在這兩實例中，層材料係由電子束引致蝕刻所去除或由電子束引致沉積所沉積，並需要具高精確度的該處理之結束點。
一般來說，本發明實施例可應用於具射束分束單元的掃描電子顯微鏡，從而分離入射的一次與出射的反向散射電子束。在理想上，該射束分束單元係經校正成像系統，其保存該反向散射電子束之角譜分佈。在第一實例中，與至少第一局限檢測器孔徑組合的檢測單元之調整系統允許動態調整檢測器接受角，而無需移動各部分。調整系統係包含可偏轉與過濾一反向散射電子分佈所藉由的該偏轉單元、一可調整透鏡、一能量過濾器、或一色散單元中的至少一者。該調整系統允許高解析度低能量電子顯微鏡在不同成像模式下之該操作，例如在具該孔徑之均勻照明並由此抑制拓樸效應的第一模式下，或在使用該反向散射電子角度分佈之不同部分分析層之邊緣的至少第二模式下。採用該附加可調整透鏡，在進一步成像模式下，該接受角可調整以達成最佳材料對比。藉由調整該檢測器接受角，例如可能調整與減小由層邊緣所產生的該遮蔽寬度。在第二實例中，分段或2D檢測器包含具至少一第二有限檢測器孔徑的至少一第二檢測器，其係用於收集該等反向散射電子之該能譜或動量譜之一不同範圍之至少一第二反向散射電子信號。根據本發明實施例，採用不同成像模式的兩幅或更多幅影像係藉由使用該調整單元而依序獲得，或藉由使用第一與至少第二檢測器元件而並行獲得。藉由選擇性採用對幾乎平行於樣本之表面所散射的反向散射電子之動量分佈，可獲得有關表面之結構（如層邊緣之該等側壁）的更多資訊。
本發明實施例允許採用較大接受角，並選擇反向散射電子之該角譜及/或能譜之至少一適當部分以並行記錄與分析樣本之表面之拓樸和材料對比。利用小於400 eV、尤其是小於200 eV或甚至小於50 eV之低衝擊能量，並因此允許小於幾nm（例如小於2 nm或甚至更小）之高精確度和準確度，進一步可能提取拓樸資訊，並從採用經校正電子顯微鏡之低能量一次電子束的單次掃描推導出例如高度映射（Map）、層之傾斜邊緣、或邊緣位置。採用反向散射電子之該角譜及/或能譜之適當部分，材料對比可使用合適模型與該等拓樸或遮蔽效應分離。該等模型可能為分析型（Analytic）或現象學型（Phenomenological）。然後，可計算出樣本之高度與材料映射。該等模型可例如由蒙特卡羅模擬所產生，並與實驗結果進行比較。對反向散射電子之該角譜及/或能譜之該適當部分進行該選擇，可基於關於例如層邊緣和材料組成的先驗資訊。藉由採用對應於不同接受角的不同成像模式拍攝兩幅或更多幅影像，該材料對比可具甚至更高精確度或甚至具較少或無先驗資訊與該等拓樸或遮蔽效應分離。
因此，本發明提供能夠選擇該等反向散射電子之角譜及/或能量的低能量電子顯微鏡。採用光罩材料和一般結構之先驗知識，層邊緣之傾斜和位置之測量可具高精確度，且光罩修復程序或電路修補製程之結束點係以小於數個nm（例如小於2 nm或甚至更小）的高精確度實現。
1:經校正電子顯微鏡 3:一次電子束 5:交互作用區域 7:樣本；晶圓或光罩 9:反向散射電子 12:平行於光軸的反向散射電子 14:呈中角度的反向散射電子 15:反向散射角度分佈 16:呈大角度的反向散射電子 17:接受角 19:有效收集角 21:遮蔽角 25:樣本之表面 27:彈性反向散射電子之動量分佈 31:柵極電極 33:電極 35:襯管 41:掃描方向 51:基材或下部層 53:吸收劑層 55:傾斜角 57:邊緣 61:中EHT信號 63:低EHT信號 67:經增加拓樸信號 71:缺陷 73:缺陷之傾斜角 75:邊緣位置之目標範圍 77:經修復缺陷 150.1~150.6:氣體儲存容器 152.1~152.6:氣體噴嘴 155.1~155.6:控制閥 500:載台 603:偏轉動作 605:聚焦動作 607:偏轉動作 800:控制系統 810:掃描與聚焦控制單元 840:用於一次射束形成單元的控制單元 850:載台控制器 860:檢測控制單元 880:影像獲取單元 919:反向散射電子之收集孔徑 921:對應於遮蔽角21的反向散射電子 925:第一成像模式下的有效所檢測到反向散射電子 927:反向散射電子強度之最小值 929:反向散射電子強度之最大值 931:第一檢測器元件之收集角 933:基材之強度值 935:層邊緣處的強度曲線之傾斜 1000:用於光罩修復的裝置 1020:偏轉元件 1025:成像元件 1035:離子槍 1080:雷射 1082:雷射束 1085:抽吸器件 1087:真空幫浦 1090:真空腔體 1100:一次光聚焦單元 1102:接物透鏡 1104:線圈 1106:軛部 1108:軸向間隙 1110:掃描偏轉器 1113:下部極片 1115:上部極片 1121:第二多極校正器 1123:第一多極校正器 1301:粒子束產生器 1400:經校正射束形成單元 1403:第一聚光透鏡 1405:第二聚光透鏡 1407:第一偏轉單元 1409:第三聚光透鏡 1411:第二偏轉單元 1413:第三偏轉單元 1415:靜電式反射鏡 1500:射束分束器單元 1600:檢測單元 1603:第五偏轉單元 1605:透鏡 1607:能量過濾器 1611:色散單元 1613:孔徑光闌 1800:電子檢測器 1801:檢測器部分 1803:檢測平面 1850:孔徑 1853:第一交會 1855:第二交會
圖1顯示根據本發明之該第一具體實施例之用於光罩修復的裝置；
圖2例示圖1之該裝置內的反向散射電子進行該收集；
圖3例示浸沒場（Immersion field）F對反向散射電子對於一次電子之不同衝擊能量之該角度分佈之該效應；
圖4例示不同浸沒場F1和F2對反向散射電子之該角度分佈之該效應；
圖5顯示對於大浸沒場F下的反向散射電子的該拓樸效應；
圖6例示吸收劑層之邊緣之該範例下的該遮蔽效應；
圖7例示根據本發明的經校正電子顯微鏡CSEM之實例；
圖8例示包含一屏蔽柵極的該一次射束聚焦單元之實例；
圖9例示根據本發明之該第二具體實施例的該方法；
圖10例示根據本發明的成像模式之實例；
圖11例示根據本發明的不同成像模式之三個進一步實例；
圖12例示根據圖11之不同成像模式之該等三個實例的該反向散射電子分佈之該角譜之該等選定部分；
圖13例示由根據圖11之不同成像模式之該等三個進一步實例之在層邊緣上面的影像掃描所獲得的該等所檢測到反向散射電子強度分佈；
圖14例示具反向散射電子檢測器之複數個檢測器部分的檢測單元；
圖15例示本發明之該第三具體實施例，其包括一色散單元之該動作；
圖16例示根據本發明之該第四具體實施例的高精確度光罩修復操作，其係利用根據該第一具體實施例的該裝置以及該第二或第三具體實施例之多個方法。
1:經校正電子顯微鏡
3:一次電子束
7:樣本；晶圓或光罩
25:樣本之表面
150.1~150.6:氣體儲存容器
152.1~152.6:氣體噴嘴
155.1~155.6:控制閥
500:載台
800:控制系統
1000:用於光罩修復的裝置
1020:偏轉元件
1025:成像元件
1035:離子槍
1080:雷射
1082:雷射束
1085:抽吸器件
1087:真空幫浦
1090:真空腔體
1600:檢測單元

Claims (44)

  1. 一種用於對光罩或晶圓進行檢查、修復、或修補的裝置（1000），其包含： 一射束形成單元（1400），用於產生一經校正一次帶電粒子束（3）； 一一次射束聚焦單元（1100），其用於以一低衝擊能量LE將該經校正一次帶電粒子束（3）聚焦到一樣本（7）之表面（25）上，並收集包含從該樣本（7）之該表面（25）呈大角度散射的電子的一反向散射電子束（9）； 一檢測單元（1600），其具用於檢測該反向散射電子束（9）的至少一第一局限檢測器部分（1801）； 一射束分束單元（1500），其用於將該經校正一次帶電粒子束（3）從該射束形成單元（1400）引導到該一次射束聚焦單元（1100），並用於將該反向散射電子束（9）從該一次射束聚焦單元（1100）引導到該檢測單元（1600）； 一控制單元（800），其連接到該檢測單元（1600），並配置成進行該樣本（7）之該表面（25）之一部分之檢查任務； 其中該檢測單元（1600）係利用該至少第一局限檢測器部分（1801）選擇性檢測該反向散射電子束（9）之角譜之至少一第一選定部分，以產生至少一第一檢測信號I1。
  2. 如請求項1所述之裝置（1000），其中該一次射束聚焦單元（1100）、該射束分束單元（1500）、和該檢測單元（1600）係收集與成像該反向散射電子束（9），該反向散射電子束（9）包括與該經校正一次帶電粒子束（3）平行並在相反方向上傳遞的該反向散射電子束（9）之該角譜之軸向部分。
  3. 如請求項1或2所述之裝置（1000），其中該檢測單元（1600）係進一步配置成選擇性檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二選定部分，以產生至少一第二檢測信號I2，且其中該第二選定部分係該第一選定部分不同。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之裝置（1000），其中該檢測單元（1600）包含至少一調整元件，其中該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以選擇性檢測該等至少第一及/或第二信號I1及/或I2。
  5. 如請求項4所述之裝置（1000），其中該調整元件包含以下之至少一者：一偏轉單元（1603），其用於偏轉該反向散射電子束（9）；一聚焦透鏡（1605），其用於聚焦該反向散射電子束（9）；一可調整能量過濾器（1607）、或一可調整色散單元（1611）。
  6. 如請求項3至5中任一項所述之裝置（1000），其中該控制單元（800）係配置成選擇該角譜之一單偏軸部分，並採用該角譜之該單偏軸部分進行該檢查任務。
  7. 如請求項3至5中任一項所述之裝置（1000），其中該控制單元（800）係依序在一第一成像模式下調整該檢測單元（1600）以收集該第一信號I1，並在一第二成像模式下調整該檢測單元（1600）以在跨越該樣本（7）之該表面（25）的一後續第二影像掃描中收集該第二信號I2。
  8. 如請求項3所述之裝置（1000），其中該檢測單元（1600）係包含一第二局限檢測器部分（1802），以產生對應於跨越該樣本（7）之該表面（25）的一單一影像掃描中的該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二選定部分的該第二檢測信號I2。
  9. 如請求項8所述之裝置（1000），其中該檢測單元（1600）更包含至少一調整元件，其中該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以選擇性檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之該至少第一與第二選定部分。
  10. 如請求項1至7或9中任一項所述之裝置（1000），其中該控制單元（800）基於關於該樣本（7）之該表面（25）上的一結構的預定資訊，以選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之該至少第一及/或第二選定部分。
  11. 如請求項1至10中任一項所述之裝置（1000），其中該射束形成單元（1400）和該一次射束聚焦單元（1100）係配置成將該經校正一次電子束（3）聚焦在該樣本（7）之該表面（25）上，其中該等一次電子之低動能小於400 eV、較佳為小於300 eV、甚至更佳為小於200 eV、或甚至更佳為小於150 eV。
  12. 如請求項1至11中任一項所述之裝置（1000），其中該一次射束聚焦單元（1100）係在與該樣本（7）之該表面（25）之該法線超過0.7 rad、較佳為多達1.3 rad的大角度下收集反向散射電子。
  13. 如請求項1至12中任一項所述之裝置（1000），其中該反向散射電子束（9）之該角譜之該至少第一選定部分係被選擇，以產生對該表面（25）之該部分之拓樸具一降低敏感度的一第一檢測信號I1。
  14. 如請求項13所述之裝置（1000），其中該反向散射電子束（9）之該角譜之該第二選定部分係被選擇，以產生對該表面（25）之該部分之該拓樸具提高敏感度的一第二檢測信號I2。
  15. 如請求項1至14中任一項所述之裝置（1000），其更包含複數個氣體噴嘴（152），其用於向該樣本（7）之該表面（25）提供複數個製程氣體；且其中該控制單元（800）係進行一電子束輔助沉積或電子束輔助蝕刻操作中的至少一者。
  16. 如請求項1至15中任一項所述之裝置（1000），其中該控制單元（800）係進一步基於該至少一第一檢測信號I1及/或第二檢測信號I2，啟動或終止一電子束輔助修復或修補製程。
  17. 一種對光罩或晶圓進行檢查、修復、或電路修補方法，其包含下列步驟： a）對一低能量電子顯微鏡（1）之一影像平面（101）中的一光罩或晶圓（7）之檢查位點進行對準； b）選擇適用於對拓樸效應進行檢測和提取，並適用於將該拓樸效應與該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之一材料對比分離的至少一第一成像模式和一第二成像模式； c）在該第一成像模式下採用一一次電子束（3）之低衝擊能量進行一第一影像掃描，以獲取一第一影像信號； d）在該第二成像模式下採用該一次電子束（3）之低衝擊能量進行一第二影像掃描，以獲取一第二影像信號； e）分析該等第一與第二影像信號，以推導出該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之一拓樸資訊和一材料組成。
  18. 如請求項17所述之方法，其中步驟c）係更包含： 產生一第一信號以驅動一檢測單元（1600）之一調整元件； 對反向散射電子束（9）進行偏轉及/或聚焦，以在該第一成像模式下檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之一第一選定部分。
  19. 如請求項17或18所述之方法，其中步驟d）係更包含： 產生一第二信號以驅動一檢測單元（1600）之調整元件； 對該反向散射電子束（9）進行偏轉及/或聚焦，以在該第二成像模式下檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二選定部分。
  20. 如請求項17至19中任一項所述之方法，其更包含對層邊緣處的一最小強度（927）、一最大強度（929）、一遮蔽區域之寬度或延伸dx、一最小強度定位Mx、及/或一影像信號之傾斜（935）中的至少一者；或以上在該等第一與第二影像信號之間的該等值中的至少一者之差值進行測定。
  21. 如請求項17至20中任一項所述之方法，其更包含以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度對一層邊緣之邊緣位置、一特徵件尺寸、一邊緣平整度、一邊緣傾斜、或一微缺陷中的至少一者進行測定。
  22. 如請求項21所述之方法，其更包含採用對應於該層邊緣之邊緣位置、該特徵件尺寸、該邊緣平整度、該邊緣傾斜、或該微缺陷中的至少一者的一組訓練或參考資料，施加一機器學習演算法。
  23. 如請求項17至22中任一項所述之方法，其更包含該接收步驟，以接收關於該光罩或晶圓（7）之該檢查位點的預定資訊；且其中對該第一成像模式和該第二成像模式的選擇係根據該預定資訊進行。
  24. 如請求項17至23中任一項所述之方法，其更包含該測定與儲存步驟，以測定與儲存適用於對該拓樸效應進行檢測和提取，並適用於將該拓樸效應與該檢查位點處的該光罩或晶圓（7）之該表面部分之該材料對比分離的該第一成像模式和該第二成像模式。
  25. 如請求項24所述之方法，其中測定該第一成像模式和該第二成像模式之步驟包含下列步驟： 以一一次電子束（3）之低衝擊能量，進行一系列至少兩影像掃描，每一影像掃描在該檢查位點處具有該反向散射電子束（9）之該角譜之不同選定部分；及 從該系列影像掃描測定該第一成像模式和該第二成像模式； 儲存該第一成像模式和該第二成像模式，用於一後續類似檢查位點。
  26. 如請求項24或項25項所述之方法，其中對適用於對該第一成像模式和該第二成像模式進行測定的步驟，係根據使用複數個訓練或參考影像信號的一機器學習演算法進行。
  27. 如請求項17至26中任一項所述之方法，其更包含啟動或終止步驟，以啟動或終止一電子束輔助修復或修補製程。
  28. 一種用於採用低衝擊能量LE下的經校正一次電子束調查樣本（7）之表面（25）的低能量電子顯微鏡（1），其包含： 一射束形成單元（1400），其產生該經校正一次帶電粒子束（3）； 一一次射束聚焦單元（1100），其將該經校正一次帶電粒子束（3）聚焦到該樣本（7）之該表面（25）上，並收集包含從該樣本（7）之該表面（25）呈大角度所散射的電子的一反向散射電子束（9）； 一檢測單元（1600），其具用於檢測該反向散射電子束（9）之角譜之至少一第一部分，並用於產生至少一第一檢測信號I1的至少一第一局限檢測器部分（1801）； 一射束分束單元（1500），其用於在將該經校正一次帶電粒子束（3）從該射束形成單元（1400）引導到該一次射束聚焦單元（1100），並用於將與該經校正一次帶電粒子束（3）平行並在相反方向上傳遞的該反向散射電子束（9）之該角譜之一軸向部分從該一次射束聚焦單元（1100）引導到該檢測單元（1600）； 一控制單元（800），其連接到該檢測單元（1600）； 其中該檢測單元（1600）更包含一調整元件，且 其中該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以在一第一成像模式下選擇該反向散射電子束（9）之該角譜之該第一選定部分。
  29. 如請求項28所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該調整元件包含以下之至少一者：一偏轉單元（1603），其用於偏轉該反向散射電子束（9）；一聚焦透鏡（1605），其用於聚焦該反向散射電子束（9）；一可調整能量過濾器（1607）、或一可調整色散單元（1611）。
  30. 如請求項28或29所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該控制單元（800）係配置成控制該調整元件，以選擇對應於從該樣本（7）之該表面（25）呈大角度所散射的該反向散射電子（9）的該角譜之一偏軸部分。
  31. 如請求項28至30中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該控制單元（800）係進一步配置成控制該調整元件，以在一第二成像模式下選擇與該第一選定部分不同的該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二選定部分。
  32. 如請求項31所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該控制單元（800）係進一步依序在該第一成像模式下對該樣本（7）之該表面（25）之一部分進行一第一影像掃描，並在該第二成像模式下在該表面（25）之相同部分處進行一第二影像掃描。
  33. 如請求項28至32中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該檢測單元（1600）係包含一第二局限檢測器部分（1802），以產生對應於該反向散射電子束（9）之該角譜之一第二選定部分的一第二檢測信號I2。
  34. 如請求項28至33中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該射束形成單元（1400）和該一次射束聚焦單元（1100）係將該經校正一次電子束（3）聚焦在該樣本（7）之該表面（25）上，並在到達該樣本表面（25）之前將該一次電子束（3）減速至動能小於400 eV、較佳為小於300 eV、甚至更佳為小於200 eV、或甚至更佳為小於150 eV。
  35. 如請求項28至34中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該一次射束聚焦單元（1100）係在與該樣本（7）之該表面（25）之該法線超過0.7 rad、較佳為多達1.3 rad的大角度下收集反向散射電子。
  36. 如請求項28至35中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該控制單元（800）係進一步配置成測定適用於對拓樸效應進行檢測和提取，並適用於將該拓樸效應與該光罩或晶圓（7）之該表面（25）之該部分之一材料對比分離的該等至少第一與第二成像模式。
  37. 如請求項28至36中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該控制單元（800）係進一步配置成以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度對一層邊緣之邊緣位置、一特徵件尺寸、一邊緣平整度、一邊緣傾斜、或一微缺陷中的至少一者進行測定。
  38. 如請求項28至37中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其更包含一靜電式反射鏡校正器（1415）。
  39. 一種用於採用低衝擊能量LE下的經校正一次電子束調查樣本（7）之表面（25）的低能量電子顯微鏡（1），其包含： 一射束形成單元（1400），其產生該經校正一次帶電粒子束（3）； 一一次射束聚焦單元（1100），其將該經校正一次帶電粒子束（3）聚焦到該樣本（7）之該表面（25）上，並收集包含從該樣本（7）之該表面（25）呈大角度所散射的電子的一反向散射電子束（9）； 一檢測單元（1600），其具用於檢測該反向散射電子束（9）之角譜之一第一部分，並用於產生一第一檢測信號I1的一第一局限檢測器部分（1801）； 一射束分束單元（1500），其用於在將該經校正一次帶電粒子束（3）從該射束形成單元（1400）引導到該一次射束聚焦單元（1100），並用於將與該經校正一次帶電粒子束（3）平行並在相反方向上傳遞到的該反向散射電子束（9）之該角譜之一軸向部分從該一次射束聚焦單元（1100）引導到該檢測單元（1600）； 其中該檢測單元（1600）更包含至少一第二局限檢測器部分（1801），其用於檢測該反向散射電子束（9）之該角譜之至少一第二部分，並用於產生與該第一信號I1不同的至少一第二檢測信號I2。
  40. 如請求項39所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該檢測單元（1600）係包含一第三局限檢測器部分（1802），以產生對應於該反向散射電子束（9）之該角譜之一第三選定部分的一第三檢測信號I3。
  41. 如請求項39或40所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該射束形成單元（1400）和該一次射束聚焦單元（1100）係將該經校正一次電子束（3）聚焦在該樣本（7）之該表面（25）上，並在到達該樣本表面（25）之前將該一次電子束（3）減速至動能小於400 eV、較佳為小於300 eV、甚至更佳為小於200 eV、或甚至更佳為小於150 eV。
  42. 如請求項39至41中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該一次射束聚焦單元（1100）係在與該樣本（7）之該表面（25）之該法線超過0.7 rad、較佳為多達1.3 rad的大角度下收集反向散射電子。
  43. 如請求項39至42中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其中該控制單元（800）係進一步配置成從該至少第一與第二檢測信號I1和I2，並以小於2 nm、較佳為小於1 nm、甚至更佳為小於0.5 nm的準確度，對一層邊緣之邊緣位置、一特徵件尺寸、一邊緣平整度、一邊緣傾斜、或一微缺陷中的至少一者進行測定。
  44. 如請求項39至43中任一項所述之低能量電子顯微鏡（1），其更包含一靜電式反射鏡校正器（1415）。
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