TW202338342A - 帶電粒子評估工具及檢測方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種帶電粒子評估工具,其包含:一聚光器透鏡陣列、一準直器、複數個物鏡及一電源。該聚光器透鏡陣列經組態以將帶電粒子之一光束劃分成複數個子光束且將該等子光束中之每一者聚焦至一各別中間焦點。該準直器在每一中間焦點處且經組態以使一各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上。該複數個物鏡各自經組態以將該複數個帶電粒子束中之一者投射至一樣本上。每一物鏡包含:一第一電極;及一第二電極,其在該第一電極與該樣本之間。該電源經組態以分別將第一電位及第二電位施加至該第一電極及該第二電極以使得該各別帶電粒子束經減速以在一所要導降能量下入射於該樣本上。
Description
本文中所提供的實施例大體上係關於帶電粒子評估工具及檢測方法,且特定而言,係關於使用帶電粒子之多個子光束之帶電粒子評估工具及檢測方法。
在製造半導體積體電路(IC)晶片時,由於例如光學效應及偶然粒子所導致的非所要圖案缺陷在製造程序期間不可避免地出現在基板(亦即,晶圓)或遮罩上,從而降低良率。因此,監測非所要圖案缺陷之程度為製造IC晶片之重要程序。更一般而言,基板或另一物件/材料之表面的檢測及/或量測為在其製造期間及/或之後的重要程序。
運用帶電粒子束之圖案檢測工具已用於檢測物件,例如偵測圖案缺陷。此等工具通常使用電子顯微技術,諸如掃描電子顯微鏡(SEM)。在SEM中,運用最終減速步驟定向相對高能量下之電子的初級電子束以便以相對低的導降能量導降於樣本上。電子束經聚焦作為樣本上之探測光點。探測光點處之材料結構與來自電子束之導降電子之間的相互作用使得自表面發射電子,諸如次級電子、反向散射電子或歐傑(Auger)電子。可自樣本之材料結構發射所產生之次級電子。藉由在樣本表面上方掃描呈探測光點形式之初級電子束,可跨樣本之表面發射次級電子。藉由收集來自樣本表面之此等發射之次級電子,圖案檢測工具可獲得表示樣本之表面之材料結構的特性之影像。
通常需要改良帶電粒子檢測設備之產出量及其他特性。
本文中提供之實施例揭示一種帶電粒子束檢測設備。
根據本發明之第一態樣,提供一種帶電粒子評估工具,其包含:
聚光器透鏡陣列,其經組態以將帶電粒子之光束劃分成複數個子光束且將子光束中之每一者聚焦至各別中間焦點;
準直器,其在每一中間焦點處,準直器經組態以使各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上;
複數個物鏡,其各自經組態以將複數個帶電粒子束中之一者投射至樣本上,其中:
每一物鏡包含:
第一電極;及
第二電極,其在第一電極與樣本之間;及
電源,其經組態以分別將第一電位及第二電位施加至第一電極及第二電極以使得各別帶電粒子束經減速以在所要導降能量下入射於樣本上。
根據本發明之第二態樣,提供一種檢測方法,其包含:
將帶電粒子之光束劃分成複數個子光束;
將子光束中之每一者聚焦至各別中間焦點。
使用每一中間焦點處之準直器來使各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上;及
使用複數個物鏡來將複數個帶電粒子束投射至樣本上,每一物鏡包含第一電極及在第一電極與樣本之間的第二電極;及
控制施加至每一物鏡之第一電極及第二電極之電位以使得各別帶電粒子束經減速以在所要導降能量下入射於樣本上。
根據本發明之第三態樣,提供一種多波束帶電粒子光學系統,其包含:
聚光器透鏡陣列,其經組態以將帶電粒子之光束劃分成複數個子光束且將子光束中之每一者聚焦至各別中間焦點。
準直器,其在每一中間焦點處,準直器經組態以使各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上;
複數個物鏡,其各自經組態以將複數個帶電粒子束中之一者投射至樣本上,其中:
每一物鏡包含:
第一電極;及
第二電極,其在第一電極與樣本之間;及
電源,其經組態以分別將第一電位及第二電位施加至第一電極及第二電極以使得各別帶電粒子束經減速以在所要導降能量下入射於樣本上。
根據本發明之第四態樣,提供一種用於經組態以將複數個帶電粒子束投射至樣本上之多光束投影系統的最後一個帶電粒子光學元件,該最後一個帶電粒子光學元件包含:
複數個物鏡,其各自經組態以將複數個帶電粒子束中之一者投射至樣本上,其中:
每一物鏡包含:
第一電極;及
第二電極,其在第一電極與樣本之間;及
電源,其經組態以分別將第一電位及第二電位施加至第一電極及第二電極以使得各別帶電粒子束經減速以在所要導降能量下入射於樣本上。
現將詳細參考例示性實施例,其實例在隨附圖式中加以說明。以下描述參考隨附圖式,其中除非另外表示,否則不同圖式中之相同編號表示相同或類似元件。在例示性實施例之以下描述中闡述的實施方案並不表示符合本發明之所有實施方案。實情為,其僅為符合所附申請專利範圍中所列舉之與本發明相關之態樣的設備及方法之實例。
可藉由顯著增加IC晶片上之電路組件(諸如電晶體、電容器、二極體等)之封裝密度來實現電子裝置之增強之計算能力,此減小裝置之實體大小。此已藉由提高之解析度來實現,從而使得能夠製作更小的結構。舉例而言,智慧型電話之IC晶片(其為拇指甲大小且在2019年或比2019年稍早可得到)可包括超過20億個電晶體,每一電晶體之大小小於人類毛髮之1/1000。因此,半導體IC製造係具有數百個個別步驟之複雜且耗時程序並不出人意料。甚至一個步驟中之誤差亦有可能顯著影響最終產品之功能。僅一個「致命缺陷」可造成裝置故障。製造程序之目標為改良程序之總良率。舉例而言,為獲得50步驟程序(其中步驟可指示形成於晶圓上之層的數目)之75%良率,每一個別步驟必須具有大於99.4%之良率。若每一個別步驟具有95%之良率,則總程序良率將低達7%。
儘管高程序良率在IC晶片製造設施中係合乎需要的,但維持高基板(亦即,晶圓)產出量(經定義為每小時處理之基板的數目)亦為必不可少的。高程序良率及高基板產出量可受到缺陷之存在影響。若需要操作員干預來檢查缺陷,則尤其如此。因此,藉由檢測工具(諸如掃描電子顯微鏡(『SEM』))進行之微米及奈米級缺陷之高產出量偵測及識別對於維持高良率及低成本係至關重要的。
SEM包含掃描裝置及偵測器設備。掃描裝置包含:照明設備,其包含用於產生初級電子之電子源;及投影設備,其用於運用一或多個聚焦的初級電子束來掃描樣本,諸如基板。至少照明設備或照明系統及投影設備或投影系統可統稱為電子光學系統或設備。初級電子與樣本相互作用並產生次級電子。偵測設備在掃描樣本時捕捉來自樣本之次級電子,使得SEM可產生樣本之經掃描區域的影像。對於高產出量檢測,一些檢測設備使用初級電子之多個聚焦光束,亦即,多光束。多光束之組成光束可稱作子光束或細光束。多光束可同時掃描樣本之不同部分。多光束檢測設備因此可以比單光束檢查設備高得多的速度檢測樣本。
下文描述已知多光束檢測設備之實施。
圖式係示意性的。因此出於清楚起見,誇示圖式中之組件的相對尺寸。在圖式之以下描述內,相同或類似參考編號係指相同或類似組件或實體,且僅描述關於個別實施例之差異。雖然描述及圖式係針對電子光學設備,但應瞭解,實施例不用於將本發明限制為特定帶電粒子。因此,更一般而言,可認為貫穿本發明文獻對電子之參考為對帶電粒子之參考,其中帶電粒子未必為電子。
現參考
圖 1,其為說明例示性帶電粒子束檢測設備100之示意圖。圖1之帶電粒子束檢測設備100包含主腔室10、裝載鎖定腔室20、電子束工具40、設備前端模組(EFEM) 30及控制器50。電子束工具40定位於主腔室10內。
EFEM 30包含第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包含額外裝載埠。第一裝載埠30a及第二裝載埠30b可例如收納含有待檢測之基板(例如,半導體基板或由其他材料製成之基板)或樣本的基板前開式單元匣(FOUP) (基板、晶圓及樣本下文統稱為「樣本」)。EFEM 30中之一或多個機器人臂(未展示)將樣本輸送至裝載鎖定腔室20。
裝載鎖定腔室20用以移除樣本周圍之氣體。此產生真空,亦即局部氣體壓力低於周圍環境中之壓力。可將裝載鎖定腔室20連接至裝載鎖定真空泵系統(未展示),該裝載鎖定真空泵系統移除裝載鎖定腔室20中之氣體粒子。裝載鎖定真空泵系統之操作使得裝載鎖定腔室能夠達到低於大氣壓力之第一壓力。在達到第一壓力之後,一或多個機器人臂(未展示)將樣本自裝載鎖定腔室20輸送至主腔室10。將主腔室10連接至主腔室真空泵系統(未展示)。主腔室真空泵系統移除主腔室10中之氣體粒子,使得樣本周圍之壓力達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後,將樣本輸送至藉由其可檢測樣本之電子束工具。電子束工具40可包含多光束電子光學設備。
將控制器50以電子方式連接至電子束工具40。控制器50可為經組態以控制帶電粒子束檢測設備100之處理器(諸如電腦)。控制器50亦可包括經組態以執行各種信號及影像處理功能之處理電路。雖然控制器50在
圖 1中經展示為在包括主腔室10、裝載鎖定腔室20及EFEM 30之結構外部,但應瞭解,控制器50可為結構之部分。控制器50可定位於帶電粒子束檢測設備之組成元件中之一者中或其可分佈於組成元件中之至少兩者上方。雖然本發明提供收容電子束檢測工具之主腔室10的實例,但應注意,本發明之態樣在其最廣泛意義上而言不限於收容電子束檢測工具之腔室。實情為,應理解,亦可將前述原理應用於在第二壓力下操作之設備的其他工具及其他配置。
現參考
圖 2,其為說明例示性電子束工具40之示意圖,該例示性電子束工具40包括作為
圖 1之例示性帶電粒子束檢測設備100的部分之多光束檢測工具。多光束電子束工具40 (在本文中亦稱為設備40)包含電子源201、投影設備230、機動載物台209及樣本固持器207。電子源201及投影設備230可共同地稱為照明設備。樣本固持器207由機動載物台209支撐,以便固持用於檢測之樣本208 (例如,基板或遮罩)。多光束電子束工具40進一步包含電子偵測裝置240。
電子源201可包含陰極(未展示)及提取器或陽極(未展示)。在操作期間,電子源201經組態以自陰極發射電子作為初級電子。藉由提取器及/或陽極提取或加速初級電子以形成初級電子束202。
投影設備230經組態以將初級電子束202轉換成複數個子光束211、212、213且將每一子光束引導至樣本208上。儘管為簡單起見說明三個子光束,但可能存在數十、數百或數千個子光束。子光束可稱為細光束。
控制器50可連接至
圖 1之帶電粒子束檢測設備100之各種部分,諸如電子源201、電子偵測裝置240、投影設備230及機動載物台209。控制器50可執行各種影像及信號處理功能。控制器50亦可產生各種控制信號以管控帶電粒子束檢測設備(包括帶電粒子多光束設備)之操作。
投影設備230可經組態以將子光束211、212及213聚焦至用於檢測之樣本208上且可在樣本208之表面上形成三個探測光點221、222及223。投影設備230可經組態以使初級子光束211、212及213偏轉以跨樣本208之表面之區段中的個別掃描區域來掃描探測光點221、222及223。回應於初級子光束211、212及213入射於樣本208上之探測光點221、222及223上,由樣本208產生電子,該等電子包括次級電子及反向散射電子。次級電子通常具有≤ 50 eV之電子能量且反向散射電子通常具有50 eV與初級子光束211、212及213之導降能量之間的電子能量。
電子偵測裝置240經組態以偵測次級電子及/或反向散射電子且產生對應信號,將該等對應信號發送至控制器50或信號處理系統(未展示),例如以建構樣本208之對應掃描區域的影像。電子偵測裝置可併入於投影設備中或可與該投影設備分離,其中次級光學柱經提供以將次級電子及/或反向散射電子引導至電子偵測裝置。
控制器50可包含影像處理系統,該影像處理系統包括影像獲取器(未展示)及儲存裝置(未展示)。舉例而言,控制器可包含處理器、電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦、任何種類之行動計算裝置及其類似者,或其組合。影像獲取器可包含控制器之處理功能的至少部分。因此,影像獲取器可包含至少一或多個處理器。影像獲取器可通信耦接至准許信號通信之設備40的電子偵測裝置240,諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電以及其他,或其組合。影像獲取器可自電子偵測裝置240接收信號,可處理信號中所包含之資料且可根據該資料建構影像。影像獲取器可因此獲取樣本208之影像。影像獲取器亦可執行各種後處理功能,諸如在所獲取影像上產生輪廓、疊加指示符,及其類似者。影像獲取器可經組態以執行對所獲取影像之亮度及對比度等的調整。儲存器可為諸如以下各者之儲存媒體:硬碟、快閃驅動器、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似者。儲存器可與影像獲取器耦接,且可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像及後處理影像。
影像獲取器可基於自電子偵測裝置240接收之成像信號而獲取樣本之一或多個影像。成像信號可對應於用於進行帶電粒子成像之掃描操作。所獲取影像可為包含複數個成像區域之單個影像。可將單個影像儲存於儲存器中。單個影像可為可劃分成複數個區之原始影像。該等區中之每一者可包含含有樣本208之特徵的一個成像區域。所獲取影像可包含在時間段內經取樣多次的樣本208之單個成像區域的多個影像。該等多個影像可儲存於儲存器中。控制器50可經組態以運用樣本208之相同位置之多個影像來執行影像處理步驟。
控制器50可包括量測電路(例如,類比/數位轉換器)以獲得偵測到之次級電子的分佈。在偵測時間窗期間收集到的電子分佈資料可與入射於樣本表面上之初級子光束211、212及213中之每一者的對應掃描路徑資料組合使用來重建構受檢測之樣本結構的影像。經重建構影像可用以顯露樣本208之內部或外部結構的各種特徵。經重建構影像可由此用於顯露可存在於樣本中之任何缺陷。
控制器50可控制機動載物台209以在樣本208之檢測期間移動樣本208。控制器50可使得機動載物台209能夠至少在樣本檢測期間例如以恆定速度在某一方向上(較佳地連續地)移動樣本208。控制器50可控制機動載物台209之移動,使得其視各種參數而定改變樣本208之移動速度。舉例而言,控制器可視掃描程序之檢測步驟之特性而定控制載物台速度(包括其方向)。
圖3為評估工具之示意圖。電子源201朝向形成投影系統230之部分的聚光器透鏡231之陣列引導電極。電子源理想地為具有亮度與總放射電流之間的良好折衷的高亮度熱場發射器。可能存在數十、數百或數千個聚光器透鏡231。聚光器透鏡231可包含多電極透鏡且具有基於EP1602121A1之構造,其文獻特此以引用之方式併入,特定而言係關於用以將電子束分裂成複數個子光束之透鏡陣列的揭示內容,其中陣列針對每一子光束提供透鏡。透鏡陣列可採取至少兩個板的形式。透鏡陣列可包含可為至少兩個板中之一者的光束限制孔徑陣列。至少兩個板充當電極,其中每一板中之孔徑彼此對準且對應於子光束之位置。在不同電位下之操作期間維持板中之至少兩者以達成所要透鏡效應。
在配置中,聚光器透鏡陣列由三個板陣列形成,在該三個板陣列中,帶電粒子在其進入及離開每一透鏡時具有相同能量,該聚焦透鏡陣列的配置可稱為單透鏡(Einzel lens)。因此,分散僅出現在單透鏡自身內(透鏡之進入電極與離開電極之間),由此限制離軸色像差。當聚光器透鏡之厚度低,例如數毫米時,此類像差具有小或可忽略的影響。
陣列中之每一聚光器透鏡將電子引導至各別子光束211、212、213中,該各別子光束聚焦於各別中間焦點233處。子光束相對於彼此發散。中間焦點233之向下光束為複數個物鏡234,該等物鏡234中之每一者將各別子光束211、212、213引導至樣本208上。物鏡234可為單透鏡。藉由聚光器透鏡及對應向下光束物鏡在光束中產生的至少色像差可相互抵消。
電子偵測裝置240經設置於物鏡234與樣本208之間以偵測自樣本208發射之次級及/或反向散射電子。下文描述電子偵測系統之例示性構造。
在圖3之系統中,細光束211、212、213沿著自聚光器透鏡231至樣本208之筆直路徑傳播。細光束路徑使聚光器透鏡231之光束向下發散。變型系統展示於圖4中,除了偏轉器235設置於中間焦點233處外,該變型系統與圖3之系統相同。偏轉器235定位於細光束路徑中,該等細光束路徑在對應中間焦點233或焦點(亦即,聚焦點)的位置處或至少包圍該位置。偏轉器定位於相關聯細光束之中間影像平面處(亦即其聚焦或焦點處)的細光束路徑中。偏轉器235經組態以對各別細光束211、212、213進行操作。偏轉器235經組態以使各別細光束211、212、213彎曲一有效量以確保主要射線(其亦可稱作光束軸線)實質上垂直入射於樣本208上(亦即,與樣本之標稱表面處於實質上90°)。偏轉器235亦可稱為準直器或準直器偏轉器。偏轉器235實際上使細光束之路徑準直,使得在偏轉器之前,細光束路徑相對於彼此為發散的。在細光束路徑中的偏轉器之向下光束相對於彼此實質上平行,亦即實質上經準直。因此,每一細光束路徑可為聚光器透鏡231之陣列與準直器(例如偏轉器235之陣列)之間的直線。每一細光束路徑可為偏轉器235之陣列與物鏡陣列234且視情況樣本208之間的直線。合適準直器為在2020年2月7日申請之歐洲申請案第20156253.5的偏轉器,該歐洲專利申請案關於多光束陣列之偏轉器的申請案特此以引用之方式併入。
圖4之系統可經組態以控制樣本上之電子的導降能量。導降能量可經選擇以視經評估樣本之性質而定來增加次級電子之發射及偵測。經設置以控制物鏡234之控制器可經組態以將導降能量控制為預定範圍內之任何所要值或複數個預定值中之所要值。在一實施例中,導降能量可經控制為1000 eV至5000 eV之範圍內之所要值。電子之導降能量在圖4之系統中可受控制,此係因為細光束路徑中產生之任何離軸像差在聚光器透鏡231或至少主要在聚光器透鏡231中產生。展示於圖4中之系統之物鏡234不必為單透鏡。此係因為,若光束經準直,則離軸像差將不在物鏡中產生。離軸像差相較於在物鏡234中可在聚光器透鏡中更易於控制。藉由使聚光器透鏡231實質上更薄,聚光器透鏡對離軸像差(具體而言色度離軸像差)的貢獻可最小化。聚光器透鏡231之厚度可變化以調諧色度離軸貢獻,從而使各別細光束路徑中之色像差的其他貢獻平衡。因此,物鏡234可具有兩個或更多個電極。進入物鏡的光束能量可不同於其離開物鏡之能量。
圖6為物鏡陣列之一個物鏡300之放大示意圖。物鏡300可經組態以使電子束縮小大於10 (宜在50至100或更大之範圍內)的因數。物鏡包含中間或第一電極301、下部或第二電極302及上部或第三電極303。電壓源V1、V2、V3經組態以分別將電位施加至第一電極、第二電極及第三電極。另一電壓源V4連接至樣本以施加可為接地的第四電位。電位可相對於樣本208界定。第一、第二及第三電極各自具備孔徑,各別子光束傳播通過該孔徑。第二電位可類似於樣本之電位,例如在約50 V至200 V或更正(more positive)之範圍內。替代地,第二電位可在約+500 V至約+1,500V之範圍內。若偵測器在光學柱中高於最低電極,則較高電位為有用的。第一及/或第二電位可按孔徑或孔徑之群發生變化以實現聚焦校正。
合乎需要地,在一實施例中,省略第三電極。具有僅兩個電極之物鏡可具有比具有更多電極之物鏡更低之像差。三電極物鏡可具有電極之間的更大電位差且因此實現更強透鏡。額外電極(亦即,超過兩個電極)提供用於控制電子軌跡之額外自由度,例如以聚焦次級電極以及入射光束。
為了向物鏡300提供減速功能,使得導降能量可予以判定,所要的為改變最低電極及樣本的電位。為了使電子減速,相較於中心電極,使得下部(第二)電極具有更負電位。當選擇最低導降能量時,最高靜電場強度產生。第二電極與中間電極之間的距離、第二電極與中間電極之間的最低導降能量及最大電位差經選擇,使得所得場強度為可接受的。對於較高導降能量,靜電場變得更低(在相同長度上減速較少)。
因為電子源與光束限制孔徑之間的電子光學組態(僅在聚光器透鏡上方)保持相同,所以光束電流在導降能量改變之情況下保持不變。改變導降能量可影響解析度以改良解析度或減小解析度。圖5為展示兩個情況下之導降能量與光點大小之曲線圖。具有實心圓之虛線指示改變僅導降能量之效應,亦即聚光器透鏡電壓保持相同。具有空心圓之實線指示導降能量改變且聚光器透鏡電壓(放大率與開度角最佳化)經重新最佳化之情況下的效應。
若聚光器透鏡電壓經改變,則準直器針對所有導降能量將並非處於精準中間影像平面中。因此,所要的為校正藉由準直器誘發之像散。
在一些實施例中,帶電粒子評估工具進一步包含減少子光束中之一或多個像差的一或多個像差校正器。在一實施例中,至少像差校正器之子集中之每一者經定位於中間焦點中之各別者中或直接鄰近於中間焦點中之各別者(例如,在中間影像平面中或鄰近於中間影像平面)。子光束在諸如中間平面之焦平面中或附近具有最小截面積。與其他地方(亦即,中間平面之向上光束或向下光束)中可用之空間相比(或與將在不具有中間影像平面之替代配置中可用的空間相比),此針對像差校正器提供更多的空間。
在一實施例中,定位於中間焦點(或中間影像平面或焦點)中或直接鄰近於中間焦點(或中間影像平面或焦點)定位之像差校正器包含偏轉器以校正出現在不同光束之不同位置處之源201。校正器可用於校正由源引起之宏觀像差,該等宏觀像差阻止每一子光束與對應物鏡之間的良好對準。
像差校正器可校正阻止正確柱對準之像差。此類像差亦可致使子光束與校正器之間的未對準。因此,另外或替代地,可能需要將像差校正器定位於聚光器透鏡231處或附近(例如,其中每一此類像差校正器與聚光器透鏡231中之一或多者整合或直接鄰近於聚光器透鏡231中之一或多者)。此為合乎需要的,此係因為在聚光器透鏡231處或附近,像差將由於聚光器透鏡231豎直地接近光束孔徑或與光束孔徑一致而尚未導致對應子光束之移位。然而,將校正器定位於聚光器透鏡231處或附近之挑戰為子光束相對於進一步下游之位置而在此位置處各自具有相對大的截面區域及相對小的間距。
在一些實施例中,至少像差校正器之子集中之每一者與物鏡234中之一或多者整合或直接鄰近於物鏡234中之一或多者。在一實施例中,此等像差校正器減少以下各者中之一或多者:場彎曲;聚焦誤差;及像散。另外或替代地,一或多個掃描偏轉器(未展示)可與物鏡234中之一或多者整合或直接鄰近於物鏡234中之一或多者,以便在樣本208上方掃描子光束211、212、213。在一實施例中,可使用描述於US 2010/0276606中之掃描偏轉器,其文獻特此以全文引用之方式併入。
像差校正器可為如EP2702595A1中所揭示之基於CMOS之個別可程式化偏轉器或如EP2715768A2中所揭示之多極偏轉器陣列,兩個文獻中的細光束操控器之描述特此以引用之方式併入。
在一實施例中,先前實施例中所提及之物鏡為陣列物鏡。陣列中之每一元件為操作多光束中之不同光束或光束群之微透鏡。靜電陣列物鏡具有至少兩個板,該兩個板各自具有複數個孔或孔徑。每一孔在板中之位置對應於對應孔在另一板中之位置。對應孔在使用時操作於多光束中之相同光束或光束群上。用於陣列中之每一元件的透鏡類型之適合實例為雙電極減速透鏡。物鏡之底部電極為偵測器,例如CMOS晶片。偵測器可整合至諸如物鏡之多光束操控器陣列中。偵測器陣列至物鏡中的整合替換次級柱。偵測器陣列(例如CMOS晶片)較佳地經定向以面向樣本(此係由於電子光學系統之晶圓與底部之間的小距離(例如,100 μm))。在一實施例中,用以捕捉次級電子信號之電極形成於CMOS裝置之頂部金屬層中。電極可形成於其他層中。可藉由矽穿孔將CMOS之功率及控制信號連接至CMOS。為了穩健性,較佳地,底部電極由兩個元件組成:CMOS晶片及具有孔之被動Si板。板遮蔽CMOS以免受高電子場之影響。
為最大化偵檢效率,需要使電極表面儘可能大,使得陣列物鏡之實質上所有的區域(除孔徑之外)經電極佔據且每一電極具有實質上等於陣列間距之直徑。在一實施例中,電極之外部形狀為圓形,但可將此形狀製成正方形以最大化偵測區域。亦可最小化基板穿孔之直徑。電子束之典型大小為大約5至15微米。
在一實施例中,單個電極包圍每一孔徑。在另一實施例中,複數個電極元件經設置於每一孔徑周圍。藉由包圍一個孔徑之電極元件捕捉的電子可經組合成單個信號或用於產生非依賴性信號。電極元件可經徑向劃分(亦即,以形成複數個同心環)、經成角度地劃分(亦即,以形成複數個區段狀塊)、經徑向地及成角度地劃分或以任何其他適宜方式經劃分。
然而,較大電極表面導致較大寄生電容,因此導致較低頻寬。因此,可能需要限制電極之外徑。尤其在較大電極僅提供略微較大之偵檢效率,但明顯較大的電容之情況下。環形(環狀)電極可提供收集效率與寄生電容之間的良好折衷。
電極之較大外徑亦可導致較大串擾(對相鄰孔之信號的靈敏度)。此亦可為使電極外徑較小之原因。尤其在較大電極僅提供略微較大偵檢效率,但明顯較大的串擾之情況下。
藉由電極收集之反向散射及/或次級電子電流藉由反阻抗放大器放大。
整合至物鏡陣列中之偵測器之例示性實施例展示於在示意性橫截面中說明多光束物鏡401之圖7中。在物鏡401之輸出側(面向樣本403之側)上設置偵測器模組402。圖8為偵測器模組402之底視圖,該偵測器模組402包含其上設置複數個捕捉電極405之基板404,該複數個捕捉電極405各自包圍光束孔徑406。光束孔徑406可藉由蝕刻穿過基板404來形成。在圖8中所展示之配置中,光束孔徑406以矩形陣列形式展示。光束孔徑406亦可以不同方式配置,例如以如圖9中所描繪之六邊形封閉封裝陣列形式配置。
圖10以橫截面形式以較大比例描繪偵測器模組402之一部分。捕捉電極405形成偵測器模組402之最底部(亦即,最接近樣本的)表面。在捕捉電極405與矽基板404之主體之間設置邏輯層407。邏輯層407可包含放大器(例如跨阻放大器)、類比/數位轉換器及讀出邏輯。在一實施例中,每一捕捉電極405存在一個放大器及一個類比/數位轉換器。可使用CMOS程序製造邏輯層407及捕捉電極405,其中捕捉電極405形成最終金屬化層。
配線層408經設置於基板404之背側上且藉由矽穿孔409連接至邏輯層407。矽穿孔409的數目無需與光束孔徑406的數目相同。特定而言,若電極信號在邏輯層407中經數字化,則可僅需要少數矽穿孔來提供資料匯流排。配線層408可包括控制線、資料線及功率線。應注意,不管光束孔徑406,存在用於所有必要連接之充分空間。亦可使用雙極或其他製造技術來製造偵測模組402。印刷電路板及/或其他半導體晶片可經設置於偵測器模組402之背側上。
上文所描述之整合式偵測器陣列特定言之在與具有可調諧導降能量的工具一起使用時為有利的,此係由於次級電子捕捉可針對導降能量之範圍而最佳化。偵測器陣列亦可整合至其他電極陣列中,而不僅整合至最低電極陣列中。
根據本發明之實施例的評估工具可為進行樣本之定性評估(例如,通過/失敗)之工具、進行樣本之定量量測(例如,特徵之大小)之工具或產生樣本之映射影像的工具。評估工具之實例為檢測工具(例如用於識別缺陷)、檢查工具(例如用於分類缺陷)及度量衡工具。
術語「子光束」及「細光束」在本文中可互換使用且均理解為涵蓋藉由劃分或分裂母輻射光束而來源於母輻射光束之任何輻射光束。術語「操控器」用於涵蓋影響子光束或細光束之路徑之任何元件,諸如透鏡或偏轉器。本文中所描述之實施例可採用沿著光束或多光束路徑配置成陣列的一系列孔徑陣列或電子光學元件的形式。此類電子光學元件可為靜電的。在一實施例中,例如在樣本之前在子光束路徑中自光束限制孔徑陣列至最後一個電子光學元件的所有電子光學元件可為靜電的,及/或可呈孔徑陣列或板陣列的形式。在配置中,電子光學元件中之一或多者可製造為微機電系統(MEMS)。
術語『鄰近』可包括含義『抵靠』。
藉由以下條項提供本發明之實施例:
條項1:一種帶電粒子評估工具,其包含:聚光器透鏡陣列,其經組態以將帶電粒子之光束劃分成複數個子光束且將子光束中之每一者聚焦至各別中間焦點;準直器,其在每一中間焦點處,準直器經組態以使各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上;複數個物鏡,其各自經組態以將複數個帶電粒子束中之一者投射至樣本上,其中:每一物鏡包含:第一電極;及第二電極,其在第一電極與樣本之間;及電源,其經組態以分別將第一電位及第二電位施加至第一電極及第二電極以使得各別帶電粒子束經減速以在所要導降能量下入射於樣本上。
條項2:如條項1之工具,其中第一電位比第二電位更正。
條項3:如條項1或2之工具,其中第二電位相對於樣本為正,宜相對於樣本在+50 V至+200 V之範圍內。
條項4:如條項1或2之工具,其中第二電位相對於樣本為正,宜相對於樣本在+500至+1,500 V之範圍內。
條項5:如條項1、2、3或4之工具,其中每一物鏡進一步包含第三電極,第三電極在第一電極與帶電粒子束源之間;且電源經組態以將第三電位施加至第三電極,較佳地電源經組態以將不同電位施加至第一電極及第二電極中之至少一些。
條項6:如前述條項中任一項之工具,其進一步包含經組態以偵測自樣本發射之帶電粒子之偵測器,偵測器在複數個物鏡與樣本之間。
條項7:如前述條項中任一項之工具,其中電源經組態以將相同的第一電位施加至所有第一電極且將相同的第二電位施加至所有第二電極。
條項8:如前述條項中任一項之工具,其進一步包含經組態以減少子光束中之一或多個像差之一或多個像差校正器,較佳地像差校正器之至少一子集中之每一者定位於中間焦點中之各別者中或直接鄰近於中間焦點中之各別者。
條項9:如前述條項中任一項之工具,其進一步包含用於在樣本上方掃描子光束之一或多個掃描偏轉器。
條項10:如條項11之工具,其中一或多個掃描偏轉器與物鏡中之一或多者整合或直接鄰近於物鏡中之一或多者。
條項11:如前述條項中任一項之工具,其中準直器為一或多個準直器偏轉器。
條項12:如條項13之工具,其中一或多個準直器偏轉器經組態以使各別細光束彎曲一量,以有效地確保子光束之主要射線實質上垂直入射於樣本上。
條項13:如前述條項中任一項之工具,每一中間焦點處之準直器包含實質上在子光束路徑之對應聚焦點之位置處定位於子光束之發散路徑中的準直器。
條項14:如前述條項中任一項之工具,其中準直器經組態以在各別發散子光束上操作以使得準直器之向下波束使子光束相對於彼此準直。
條項15:一種檢測方法,其包含:將帶電粒子之光束劃分成複數個子光束;將子光束中之每一者聚焦至各別中間焦點。使用每一中間焦點處之準直器來使各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上;及使用複數個物鏡來將複數個帶電粒子束投射至樣本上,每一物鏡包含第一電極及在第一電極與樣本之間的第二電極;及控制施加至每一物鏡之第一電極及第二電極之電位以使得各別帶電粒子束經減速以在所要導降能量下入射於樣本上。
雖然已經結合各種實施例描述本發明,但自本說明書之考量及本文中揭示之本發明之實踐,本發明之其他實施例對於熟習此項技術者將顯而易見。意欲將本說明書及實例視為僅例示性的,其中本發明之真實範疇及精神由以下申請專利範圍指示。
10:主腔室
20:裝載鎖定腔室
30:設備前端模組
30a:第一裝載埠
30b:第二裝載埠
40:電子束工具
50:控制器
100:帶電粒子束檢測設備
201:電子源
202:初級電子束
207:樣本固持器
208:樣本
209:機動載物台
211:子光束
212:子光束
213:子光束
221:探測光點
222:探測光點
223:探測光點
230:投影設備
231:聚光器透鏡
233:中間焦點
234:物鏡
235:偏轉器
240:電子偵測裝置
300:物鏡
301:第一電極
302:第二電極
303:第三電極
401:多光束物鏡
402:偵測器模組
404:基板
405:捕捉電極
406:光束孔徑
407:邏輯層
408:配線層
409:矽穿孔
V1:電壓源
V2:電壓源
V3:電壓源
V4:電壓源
本發明之上述及其他態樣自與隨附圖式結合獲取之例示性實施例之描述將變得更顯而易見。
圖 1為說明例示性帶電粒子束檢測設備之示意圖。
圖 2為說明作為
圖 1之例示性帶電粒子束檢測設備的部分之例示性多光束設備的示意圖。
圖 3為根據實施例之例示性多光束設備的示意圖。
圖 4為根據實施例之另一例示性多光束設備之示意圖。
圖 5為導降能量與光點大小的曲線圖。
圖 6為本發明之實施例的物鏡之放大圖。
圖 7為根據實施例之檢測設備之物鏡的示意性橫截面圖。
圖 8為
圖 7之物鏡的底視圖。
圖 9為
圖 7之物鏡之修改的底視圖。
圖 10為併入於
圖 7之物鏡中的偵測器之放大示意性橫截面圖。
201:電子源
208:樣本
211:子光束
212:子光束
213:子光束
231:聚光器透鏡
235:偏轉器
240:電子偵測裝置
Claims (15)
- 一種帶電粒子評估工具,其包含: 一聚光器透鏡陣列,其經組態以將帶電粒子之一光束劃分成複數個子光束且將該等子光束中之每一者聚焦至一各別中間焦點,其中該複數個子光束相對於彼此發散; 一準直器(collimator),其在每一中間焦點處且定位於該等子光束之發散路徑中,該等準直器經組態以使一各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上; 複數個物鏡,其各自經組態以將該複數個帶電粒子束中之一者投射至一樣本上,其中: 每一物鏡包含: 一第一電極;及 一第二電極,其在該第一電極與該樣本之間;及 一或多個像差校正器,其經組態以減少該等子光束中之一或多個像差,該等像差校正器之至少一子集中之每一者定位於或直接鄰近於該等中間焦點中之一各別者中,及/或定位於或直接鄰近於該等物鏡中之一或多者。
- 如請求項1之工具,其中一電源經組態以分別將第一電位及第二電位施加至該第一電極及該第二電極,使得該各別帶電粒子束經減速(decelerated)以在一所要導降能量(desired landing energy)下入射於該樣本上,且該工具進一步包含一控制器,該控制器經組態以控制該等物鏡以控制該導降能量。
- 如請求項2之工具,其中該第一電位比該第二電位更正(more positive)。
- 如請求項2或3之工具,其中該第二電位相對於該樣本為正,宜相對於該樣本在+50 V至+200 V之範圍內或相對於該樣本在+500至+1,500 V之範圍內。
- 如請求項2或3之工具,其中每一物鏡進一步包含一第三電極,該第三電極在該第一電極與該帶電粒子束源之間;且該電源經組態以將一第三電位施加至該第三電極,較佳地該電源經組態以將不同電位施加至該第一電極及該第二電極中之至少一些。
- 如請求項1或2之工具,其進一步包含經組態以偵測自該樣本發射之帶電粒子之一偵測器,該偵測器在該複數個物鏡與該樣本之間。
- 如請求項2或3之工具,其中該電源經組態以將相同的該第一電位施加至所有該等第一電極且將相同的該第二電位施加至所有該等第二電極。
- 如請求項1或2之工具,其進一步包含用於在該樣本上方掃描該等子光束之一或多個掃描偏轉器。
- 如請求項8之工具,其中該一或多個掃描偏轉器與該等物鏡中之一或多者整合或直接鄰近於該等物鏡中之一或多者。
- 如請求項1或2之工具,其進一步包含經組態以沿著一發散路徑發射一帶電粒子束之一源,其中該聚光器透鏡陣列經組態以將帶電粒子之該光束劃分成沿著發散路徑之該複數個子光束。
- 如請求項1或2之工具,其中該準直器為一或多個準直器偏轉器。
- 如請求項11之工具,其中該一或多個準直器偏轉器經組態以使一各別細光束彎曲一量,以有效地確保該子光束之主要射線實質上垂直入射於該樣本上。
- 如請求項1或2之工具,每一中間焦點處之該準直器包含實質上在子光束路徑之對應焦點之位置處定位於該等子光束之發散路徑中的該等準直器。
- 如請求項1或2之工具,其中該準直器經組態以在各別發散子光束上操作以使得該準直器之向下光束使該等子光束相對於彼此準直。
- 一種檢測方法,其包含: 將帶電粒子之一光束劃分成複數個子光束,其中該複數個子光束相對於彼此發散; 將該等子光束中之每一者聚焦至一各別中間焦點; 使用每一中間焦點處且定位於該等子光束之發散路徑中之一準直器來使一各別子光束偏轉以使得其實質上垂直入射於樣本上; 使用複數個物鏡來將複數個帶電粒子束投射至該樣本上,每一物鏡包含一第一電極及在該第一電極與該樣本之間的一第二電極;及 藉由使用一或多個像差校正器來對該等子光束施加校正,以減少該等子光束中之一或多個像差,該一或多個像差校正器定位於或直接鄰近於該等中間焦點中之一各別者中,及/或定位於或直接鄰近於該等物鏡中之一或多者。
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