TW202342974A - 資料處理裝置及方法以及帶電粒子評估系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於偵測由一帶電粒子評估系統生成之樣本影像中之缺陷的資料處理裝置，該裝置包含：一輸入模組、一濾波器模組、一參考影像模組及一比較器。該輸入模組經組態以自該帶電粒子評估系統接收一樣本影像。該濾波器模組經組態以將一濾波器應用於該樣本影像以生成一經濾波樣本影像。該參考影像模組經組態以基於一或多個源影像提供一參考影像。該比較器經組態以將該經濾波樣本影像與該參考影像進行比較以便偵測該樣本影像中之缺陷。

Description

資料處理裝置及方法以及帶電粒子評估系統及方法
本文所提供之實施例大體上係關於資料處理裝置及方法，尤其用於帶電粒子評估系統或在帶電粒子評估系統中使用之資料處理裝置及方法以及操作帶電粒子評估系統之方法。
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引起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，監視非所要圖案缺陷之範圍為IC晶片之製造中之重要程序。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。
具有帶電粒子束之圖案檢測設備已用於檢測物件，該等物件可被稱作樣本，例如以偵測圖案缺陷。此等設備通常使用電子顯微技術，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)。在SEM中，運用最終減速步驟以在相對較高之能量下之電子的初級電子束為目標，以便以相對較低的著陸能量著陸於樣本上。電子束聚焦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著陸電子之間的相互作用使得待自表面發射信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子(Auger electron)。可自樣本之材料結構發射信號電子。藉由使初級電子束作為探測光點遍及樣本表面進行掃描，可橫越樣本之表面發射信號電子。藉由收集自樣本表面之此等發射之信號電子，圖案檢測設備可獲得表示樣本之表面之材料結構的特性之影像。
當使用圖案檢測設備以在高產出量下偵測樣本上之缺陷時，生成極大量之影像資料且必須處理該等影像資料以偵測缺陷。特定言之，需要減少來自影像資料之雜訊。US 8,712,184 B1及U 9,436,985 B1描述自掃描電子顯微鏡獲得之影像中減小雜訊或改良信雜比之方法。在一些情況下，資料生成速率可能過高而不允許在無過高處理功率量之情況下即時處理，且先前技術方法不容易經最佳化以用於高速處理。與其他類型之影像一起使用的雜訊降低技術可不適合與由掃描電子顯微鏡或其他類型之帶電粒子評估設備獲得之影像一起使用。
本發明之一目標為提供降低處理由帶電粒子評估設備生成之影像以偵測缺陷之計算成本的實施例。
根據本發明之第一態樣，提供一種電腦可讀指令之電腦可實施方法，該等電腦可讀指令在由一電腦讀取時使得該電腦執行偵測由一帶電粒子束系統生成之樣本影像中之缺陷的方法，該方法包含：自該帶電粒子束系統接收一樣本影像；將一濾波器應用於該樣本影像以生成一經濾波樣本影像，應用該濾波器包含執行該樣本影像與一核心之間的一卷積；基於至少一個源影像提供一參考影像；及將該經濾波樣本影像與該參考影像進行比較以便偵測該樣本影像中之缺陷。
根據本發明之第二態樣，提供一種用於偵測由一帶電粒子評估系統生成之樣本影像中之缺陷的資料處理裝置，該裝置包含：一輸入模組，其經組態以自該帶電粒子評估系統接收一樣本影像；一濾波器模組，其經組態以將一濾波器應用於該樣本影像以執行該樣本影像與一核心之間的一卷積且生成一經濾波樣本影像；一參考影像模組，其經組態以基於一或多個源影像提供一參考影像；及一比較器，其經組態以將該經濾波樣本影像與該參考影像進行比較以便偵測該樣本影像中之缺陷。
現在將詳細參考例示性實施例，在隨附圖式中說明該等例示性實施例之實例。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數字表示相同或類似元件。闡述於例示性實施例之以下描述中之實施並不表示符合本發明的所有實施。實情為，其僅為符合關於所附申請專利範圍中所列舉的本發明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)之填集密度來實現電子裝置之增強之計算能力，其減小該裝置之實體大小。此已藉由增加之解析度來實現，從而使得能夠製得更小的結構。舉例而言，智慧型手機之IC晶片(其為拇指甲大小且在2019年或早於2019年可用)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製造為具有數百個個別步驟之複雜且耗時程序並不出人意料。即使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晶片製造設施中為合乎需要的，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缺陷之存在影響。若需要操作員干預來審查缺陷，則此尤其成立。因此，由檢測裝置(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：照射設備，其包含用於生成初級電子之電子源；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。至少照射設備或照射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，且產生次級電子。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被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測設備高得多的速度檢測樣本。
下文描述一種已知多光束檢測設備之實施。
儘管描述及圖式係針對電子光學系統，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，貫穿本發明文獻之對電子之參考可被認為係對帶電粒子之參考，其中帶電粒子未必為電子。
現在參考 圖 1，其為說明例示性帶電粒子束檢測系統100之示意圖，該帶電粒子束檢測系統亦可被稱作帶電粒子束評估系統或簡單地稱作評估系統。 圖 1之帶電粒子束檢測系統100包括主腔室10、裝載鎖定腔室20、電子束系統40、裝備前端模組(EFEM) 30及控制器50。電子束系統40位於主腔室10內。
EFEM 30包括第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包括額外裝載埠。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、晶圓及樣本在下文統稱為「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用於移除樣本周圍之氣體。此產生局部氣體壓力低於周圍環境中之壓力的真空。裝載鎖定腔室20可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)可將樣本自裝載鎖定腔室20輸送至主腔室10。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，將樣本輸送至可檢測樣本之電子束系統。電子束系統40可包含多光束電子光學設備。
控制器50以電子方式連接至電子束系統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亦可包括經組態以進行各種信號及影像處理功能之處理電路。儘管控制器50在 圖 1中展示為在包括主腔室10、裝載鎖定腔室20及EFEM 30之結構之外部，但應瞭解，控制器50可為該結構之部分。控制器50可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系統之主腔室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系統之腔室。實情為，應瞭解，亦可將前述原理應用於在第二壓力下操作之設備的其他裝置及其他配置。
現參考 圖 2，其為說明包括作為 圖 1之例示性帶電粒子束檢測系統100的一部分之多光束電子光學系統41的例示性電子束系統40之示意圖。電子束系統40包含電子源201及投影設備230。電子束系統40進一步包含機動載物台209及樣本固持器207。電子源201及投影設備230可一起被稱作電子光學系統41或被稱作電子光學柱。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)。多光束電子光學系統41進一步包含偵測器240 (例如，電子偵測裝置)。
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，但可存在數十、數百、數千、數萬或成千上萬子光束。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的各種部分，諸如電子源201、偵測器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亦可生成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偏轉以橫越樣本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，自樣本208生成電子，該等電子包括可被稱作信號粒子之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。實際次級電子可具有小於5 eV之能量，但低於50 eV之任何物大體上視為次級電子。反向散射電子通常具有介於0 eV與初級子光束211、212及213之著陸能量之間的電子能量。由於偵測到之能量小於50 eV之電子大體上視為次級電子，因此一部分實際反向散射電子將視為次級電子。
偵測器240經組態以偵測諸如次級電子及/或反向散射電子之信號粒子且生成發送至信號處理系統280之對應信號，例如以建構樣本208之對應經掃描區域的影像。偵測器240可併入至投影設備230中。
信號處理系統280可包含經組態以處理來自偵測器240之信號以便形成影像的電路(未展示)。信號處理系統280可另外稱作影像處理系統。信號處理系統可併入至電子束系統40之組件中，諸如偵測器240 (如 圖 2中所示)。然而，信號處理系統280可併入至檢測設備100或電子束系統40之任何組件中，諸如作為投影設備230或控制器50之部分。信號處理系統280可包括影像獲取器(未展示)及儲存裝置(未展示)。舉例而言，信號處理系統可包含處理器、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類似者或其組合。影像獲取器可包含控制器之處理功能之至少部分。因此，影像獲取器可包含至少一或多個處理器。影像獲取器可以通信方式耦接至允許信號通信之偵測器240，諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙(Bluetooth)、網際網路、無線網路、無線電以及其他或其組合。影像獲取器可自偵測器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、疊加指示符及類似者。影像獲取器可經組態以執行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初始影像，及後處理影像。
信號處理系統280可包括量測電路系統(例如，類比至數位轉換器)以獲得偵測到之次級電子的分佈。在偵測時間窗期間收集之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中之每一者之對應掃描路徑資料結合，以重建構受檢測樣本結構之影像。經重建構影像可用於顯露樣本208之內部或外部結構的各種特徵。經重建構影像可藉此用於顯露可能存在於樣本中之任何缺陷。作為方便起見，信號處理系統280之上述功能可在控制器50中進行或在信號處理系統280與控制器50之間共用。
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，使得該機動載物台取決於各種參數而改變樣本208之移動速度。舉例而言，控制器50可取決於掃描程序之檢測步驟及/或掃描程序之掃描之特性而控制載物台速度(包括其方向)，例如2021年5月3日申請之EPA 21171877.0中所揭示，該21171877.0就載物台之至少經組合步進及掃描策略而言特此併入。
已知多光束系統(諸如上文所描述之電子束系統40及帶電粒子束檢測設備100)揭示於以引用之方式併入本文中的US2020118784、US20200203116、US 2019/0259570及US2019/0259564中。
電子束系統40可包含投影總成以藉由照明樣本208調節樣本上之累積電荷。
圖 3為用於評估系統之例示性電子光學柱41之示意圖。為了易於說明，本文中藉由橢圓形狀陣列示意性地描繪透鏡陣列。每一橢圓形狀表示透鏡陣列中之透鏡中之一者。按照慣例，橢圓形狀用以表示透鏡，類似於光學透鏡中經常採用之雙凸面形式。然而，在諸如本文中所論述之彼等帶電粒子配置的帶電粒子配置之上下文中，應理解，透鏡陣列將通常以靜電方式操作且因此可能不需要採用雙凸面形狀之任何實體元件。如下文所描述，替代地，透鏡陣列可包含具有孔徑之多個板。具有孔徑之每一板可被稱作電極。電極可沿著多光束之子光束之子光束路徑串聯地提供。
電子源201朝向聚光透鏡231之一陣列(另外被稱作聚光透鏡陣列)引導電子。電子源201合乎需要地為具有亮度與總發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、數百或數千個聚光透鏡231。聚光透鏡231可包含多電極透鏡且具有基於EP1602121A1之構造，其文件特此以引用之方式尤其併入至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，其中該陣列針對每一子光束提供一透鏡。聚光透鏡231之陣列可呈至少兩個板(較佳為三個板)之形式，其充當電極，其中每一板中之孔徑彼此對準且對應於子光束之位置。在操作期間將該等板中之至少兩者維持處於不同電位以達成所要透鏡化效應。在聚光透鏡陣列之板之間為例如由諸如陶瓷或玻璃之絕緣材料製成之電絕緣板，其具有用於子光束之一或多個孔徑。板中之一或多者的替代配置可以孔徑為特徵，每一孔徑具有其自有電極，每一孔徑在其周邊周圍具有電極陣列或以具有共同電極之孔徑之群組配置。
在一配置中，聚光透鏡231之陣列由三個板陣列形成，在該等三個板陣列中，帶電粒子在其進入及離開每一透鏡時具有相同能量，此配置可稱作單透鏡(Einzel lens)。因此，色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。準直器或準直器陣列可經定位以對各別中間焦點233進行操作。準直器可採取提供於中間焦點233處之偏轉器235之形式。偏轉器235經組態以使各別細光束211、212、213彎曲達一量，以有效確保主射線(其亦可被稱作光束軸線)實質上法向入射於樣本208上(亦即，對於樣本之法向表面呈實質上90°)。
偏轉器235下方(亦即，順流方向或更遠離源201)存在控制透鏡陣列250，該控制透鏡陣列包含用於每一子光束211、212、213之控制透鏡251。控制透鏡陣列250可包含連接至各別電位源之兩個或更多個(較佳至少三個)板狀電極陣列，較佳其中絕緣板例如在該等電極之間與該等電極接觸。板狀電極陣列中之每一者可被稱作控制電極。控制透鏡陣列250之功能為相對於光束之縮小率最佳化光束張角及/或控制遞送至物鏡234之光束能量，該等物鏡中之每一者將各別子光束211、212、213引導至樣本208上。
視情況，將掃描偏轉器260之陣列提供於控制透鏡陣列250與物鏡234之陣列(物鏡陣列)之間。掃描偏轉器260之陣列包含用於每一子光束211、212、213之掃描偏轉器261。每一掃描偏轉器經組態以使各別子光束211、212、213在一個或兩個方向上偏轉，以便在一個或兩個方向上橫越樣本208掃描子光束。
偵測器之偵測器模組240提供於物鏡234及樣本208內或之間以偵測自樣本208發射之信號電子/粒子。下文描述此偵測器模組240之例示性構造。應注意，偵測器另外或替代地可具有在沿著物鏡陣列或甚至控制透鏡陣列之初級光束路徑之逆流方向的偵測器元件。
圖 4為具有替代性電子光學柱41'之例示性電子束系統的示意圖。電子光學柱41'包含物鏡陣列241。物鏡陣列241包含複數個物鏡。物鏡陣列241可為可交換模組。為了簡明起見，此處可不重複上文已描述之電子束系統之特徵。
如 圖 4中所示，電子光學柱41'包含源201。源201提供帶電粒子束(例如，電子)。聚焦於樣本208上之多光束自由源201提供之光束導出。子光束可自光束導出，例如使用界定光束限制孔徑陣列之光束限制器。光束可在會合控制透鏡陣列250時分成子光束。子光束在進入控制透鏡陣列250時實質上平行。在所示實例中，準直器經提供於物鏡陣列總成之逆流方向。
準直器可包含巨型準直器270。巨型準直器270在來自源201之光束已分裂成多光束之前作用於該光束。巨型準直器270使光束之各別部分彎曲一定量，以有效地確保自該光束導出之子光束中之每一者的光束軸線實質上法向地入射於樣本208上(亦即，與樣本208之標稱表面實質上成90°)。巨集準直器270包含磁透鏡及/或靜電透鏡。在另一配置(未展示)中，巨型準直器可部分或全部由準直器元件陣列替換，該準直器元件陣列設置於上部光束限制器之順流方向。
在 圖 4之電子光學柱41'中，提供巨型掃描偏轉器265以使子光束在樣本208上方進行掃描。巨型掃描偏轉器265使光束之各別部分偏轉以使子光束在樣本208上方進行掃描。在實施例中，巨型掃描偏轉器265包含巨型多極偏轉器，例如具有八極或更多極。偏轉係為了使自光束導出之子光束待在一個方向(例如，平行於單個軸，諸如X軸)上或在兩個方向(例如，相對於兩個非平行軸，諸如X軸及Y軸)上橫越樣本208進行掃描。巨型掃描偏轉器265肉眼上作用於所有光束，而非包含各自經組態以作用於光束之不同個別部分之偏轉器元件的陣列。在所展示實施例中，巨型掃描偏轉器265設置於巨型準直器270與控制透鏡陣列250之間。在另一配置(未展示)中，巨型掃描偏轉器265可部分或完全由例如作為用於每一子光束之掃描偏轉器的掃描偏轉器陣列替換。在其他實施例中，提供巨型掃描偏轉器265及掃描偏轉器陣列兩者，且其可同步地操作。
在一些實施例中，電子光學系統41進一步包含上部光束限制器252。上部光束限制器252界定光束限制孔徑陣列。上部光束限制器252可被稱作上部光束限制孔徑陣列或逆流方向光束限制孔徑陣列。上部光束限制器252可包含具有複數個孔徑之板(其可為板狀體)。上部光束限制器252自由源201發射之帶電粒子束形成子光束。可藉由上部光束限制器252阻擋(例如，吸收)光束中除促成形成子光束之部分之外的部分，以免干擾順流方向的子光束。上部光束限制器252可被稱作子光束界定孔徑陣列。
在一些實施例中，如 圖 4中所例示，物鏡陣列總成(其為包含物鏡陣列241之單元)進一步包含光束塑形限制器262。光束塑形限制器262界定一光束限制孔徑陣列。光束塑形限制器262可被稱作下部光束限制器、下部光束限制孔徑陣列或最終光束限制孔徑陣列。光束塑形限制器262可包含具有複數個孔徑之一板(其可為板狀體)。光束塑形限制器262可在控制透鏡陣列250之至少一個電極(視情況所有電極)的順流方向。在一些實施例中，光束塑形限制器262在物鏡陣列241之至少一個電極(視情況所有電極)的順流方向。在一配置中，光束塑形限制器262在結構上與物鏡陣列241之一電極整合。合乎需要地，光束塑形限制器262定位於具有低靜電場強度之一區中。光束限制孔徑與物鏡陣列之對準使得來自對應物鏡之子光束的一部分可傳遞通過光束限制孔徑且照射至樣本208上，使得入射至光束塑形限制器262上之子光束的僅選定部分傳遞通過光束限制孔徑。
本文中所描述之物鏡陣列總成中之任一者可進一步包含一偵測器240。該偵測器偵測自樣本208發射之電子。所偵測之電子可包括由SEM偵測到之電子中之任一者，包括自樣本208發射之次級及/或反向散射電子。下文參考 圖 6及 圖 7更詳細地描述偵測器240之例示性構造。
圖 5示意性地描繪根據一實施例之包括一電子光學柱41''之一電子束系統40。與上文所描述之特徵相同的特徵被給定相同附圖標號。為了簡明起見，參考 圖 5不詳細地描述此類特徵。舉例而言，源201、聚光透鏡231、巨型準直器270、物鏡陣列241及樣本208可如上文所描述。
如上文所描述，在一實施例中，偵測器240介於物鏡陣列241與樣本208之間。偵測器240可面向樣本208。替代地，如 圖 5中所展示，在一實施例中，包含複數個物鏡之物鏡陣列241介於偵測器240與樣本208之間。
在一實施例中，一偏轉器陣列95介於偵測器240與物鏡陣列241之間。在一實施例中，偏轉器陣列95包含一韋恩濾波器(Wien filter)陣列，使得偏轉器陣列可稱為光束分離器。偏轉器陣列95經組態以提供一磁場，以將投影至樣本208之帶電粒子與來自樣本208朝向偵測器240之次級電子分離開。
在一實施例中，偵測器240經組態以參考帶電粒子之能量(亦即，依賴於帶隙)偵測信號粒子。此偵測器240可稱作一間接電流偵測器。自樣本208發射之次級電子自電極之間的場獲得能量。次級電極在其到達偵測器240後具有足夠能量。在不同配置中，偵測器240可為例如在光束之間的螢光條帶之閃爍體陣列，且其相對於韋恩濾波器沿著初級光束路徑逆流方向定位。穿過(正交於初級光束路徑之磁性及靜電條帶之)韋恩濾波器陣列之初級光束具有實質上平行的韋恩濾波器陣列之逆流方向及順流方向的路徑；而將來自樣本之信號電子朝向閃爍體陣列引導至韋恩濾波器陣列。所生成之光子經由光子輸送單元(例如，光纖陣列)引導至遠端光學偵測器，該遠端光學偵測器在偵測光子時生成偵測信號。
任何實施例之物鏡陣列241可包含孔徑陣列經界定於其中之至少兩個電極。換言之，物鏡陣列包含具有複數個孔或孔徑之至少兩個電極。 圖 6展示為具有各別孔徑陣列245、246之例示性物鏡陣列241之部分的電極242、243。電極中之每一孔徑的位置對應於另一電極中之對應孔徑的位置。對應孔徑在使用中操作於多光束中之同一光束、子光束或光束群組上。換言之，至少兩個電極中之對應孔徑與子光束路徑(亦即，子光束路徑220中之一者)對準且沿著該子光束路徑配置。因此，電極各自具備各別子光束211、212、213傳播通過的孔徑。
物鏡陣列241可包含兩個電極(如 圖 6中所展示)或三個電極，或可具有更多電極(未展示)。具有僅兩個電極之物鏡陣列241可具有比具有更多電極之物鏡陣列241更低的像差。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，多於兩個電極)提供用於控制電子軌跡之額外自由度，例如以聚焦次級電子以及入射光束。兩個電極透鏡優於單透鏡之益處為入射光束之能量未必與出射光束相同。有益地，此兩個電極透鏡陣列上之電位差使得其能夠充當加速或減速透鏡陣列。
物鏡陣列241之鄰近電極沿著子光束路徑彼此間隔開。鄰近電極(其中絕緣結構可如下文所描述而定位)之間的距離大於物鏡。
較佳地，提供於物鏡陣列241中之電極中之每一者為一板。電極可另外描述為平坦薄片。較佳地，電極中之每一者為平面的。換言之，電極中之每一者將較佳地經提供為呈平面形式之薄平板。當然，電極不需要為平坦的。舉例而言，電極可歸因於由高靜電場引起之力而弓曲。較佳提供平面電極，此係由於此使得因可使用已知製造方法而更容易製造電極。平面電極亦可為較佳的，此係由於其可提供不同電極之間的孔徑之更準確對準。
物鏡陣列241可經組態以使帶電粒子束縮小達大於10之因數，合乎需要地介於50至100或更大之範圍內。
提供偵測器240以偵測自樣本208發射之信號粒子，亦即次級及/或反向散射帶電粒子。偵測器240定位於物鏡234與樣本208之間。在信號粒子之方向上，偵測器生成偵測信號。偵測器240可另外稱作偵測器陣列或感測器陣列，且術語「偵測器」及「感測器」可貫穿本申請案互換使用。
可提供用於電子光學系統41之電子光學裝置。電子光學裝置經組態以朝向樣本208投影電子束。電子光學裝置可包含物鏡陣列241。電子光學裝置可包含偵測器240。物鏡陣列(亦即，物鏡陣列241)可對應於偵測器陣列(亦即，偵測器240)及/或光束(亦即，子光束)中之任一者。
在下文描述例示性偵測器240。然而，對偵測器240之任何參考可按需要為單一偵測器(亦即，至少一個偵測器)或多個偵測器。偵測器240可包含偵測器元件405 (例如，諸如捕捉電極之感測器元件)。偵測器240可包含任何適當類型之偵測器。舉例而言，可使用捕捉電極例如以直接偵測電子電荷、閃爍體或PIN元件。偵測器240可為直流電偵測器或間接電流偵測器。偵測器240可為如下文關於 圖 7所描述之偵測器。
偵測器240可定位於物鏡陣列241與樣本208之間。偵測器240經組態以接近於樣本208。偵測器240可極接近於樣本208。替代地，自偵測器240至樣本208可存在較大間隙。偵測器240可定位於裝置中以便面向樣本208。替代地，偵測器240可定位於電子光學系統41中之其他處，使得並非偵測器之電子光學裝置之部分面向樣本208。
圖 7為偵測器240之底視圖，該偵測器包含基板404，在該基板上提供各自包圍光束孔徑406之複數個偵測器元件405。光束孔徑406可藉由蝕刻穿過基板404來形成。在 圖 7中所展示之配置中，光束孔徑406呈六邊形緊密堆積陣列形式。光束孔徑406亦可以不同方式配置於例如矩形或菱形陣列中。 圖 7中之六邊形配置之光束配置可比正方形光束配置更密集地堆積。偵測器元件405可以矩形陣列或六邊形陣列配置。
捕捉電極405形成偵測器模組240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。邏輯層可包括放大器(例如，轉阻抗放大器)、類比至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至數位轉換器。以此等元件為特徵之電路可包含於被稱作與孔徑相關聯之胞元的單位區域中。偵測器模型240可具有各自與孔徑相關聯之數個胞元。在基板內或上為連接至邏輯層且例如經由電力、控制及資料線外部連接每一胞元之邏輯層的配線層。以上所描述之整合式偵測器模組240在與具有可調諧著陸能量之系統一起使用時係特別有利的，此係由於可針對著陸能量範圍來最佳化次級電子捕捉。呈陣列形式之偵測器模組亦可整合至其他電極陣列中，而不僅可整合至最低電極陣列中。此偵測器模組之特徵可在於偵測器，其為閃爍體或PIN偵測器，例如在物鏡之順流方向大部分表面上方。此類偵測器模組之特徵可在於與包含電流偵測器之偵測器模組類似的電路架構。整合至物鏡中之偵測器模組的另外細節及替代配置可見於EP申請案第20184160.8及20217152.6號中，該文件在此至少就偵測器模組之細節而言以引用之方式併入。
偵測器可具備多個部分，且更具體言之，具備多個偵測部分。包含多個部分之偵測器可與子光束211、212、213中之一者相關聯。因此，一個偵測器240之多個部分可經組態以偵測關於初級光束(其可另外被稱作子光束211、212、213)中之一者的自樣本208發射的信號粒子。換言之，包含多個部分之偵測器可與物鏡總成之電極中之至少一者中的孔徑中之一者相關聯。更特定言之，包含多個部分之偵測器405可經配置於單孔徑406周圍，此提供此偵測器之實例。如所提及，來自偵測器模組之偵測信號用於生成影像。藉由多個偵測部分，偵測信號包含來自不同偵測信號之分量，該等分量可作為資料集或在偵測影像中處理。
在一實施例中，物鏡陣列241為可交換模組，其為獨自的或與諸如控制透鏡陣列及/或偵測器陣列之其他元件組合。該可交換模組可為可場替換的，亦即，可由場工程師用新模組調換該模組。在一實施例中，多個可交換模組含於系統內且可在可操作位置與不可操作位置之間調換而不打開電子束系統。
在一些實施例中，提供減小子光束中之一或多個像差的一或多個像差校正器。定位於中間焦點(或中間影像平面)中或直接鄰近於中間焦點之像差校正器可包含偏轉器以校正針對不同光束出現在不同位置處之源201。校正器可用於校正由源引起之巨型像差，該等巨型像差阻止每一子光束與對應物鏡之間的良好對準。像差校正器可校正防止恰當柱對準之像差。像差校正器可為經EP2702595A1中所揭示之基於CMOS之個別可程式化偏轉器或經EP2715768A2中所揭示之多極偏轉器陣列，此等兩個文獻中之細光束操控器之描述特此以引用之方式併入。像差校正器可減小以下各者中之一或多者：場曲率；聚焦誤差；及散光。
本發明可應用於各種不同系統架構。舉例而言，電子束系統可為單光束系統，或可包含複數個單光束柱或可包含複數個多光束柱。柱可包含在以上實施例或態樣中之任一者中描述的電子光學系統41。作為複數個柱(或多柱系統)，裝置可配置成陣列，該陣列之數目可為二至一百個柱或更多個柱。電子束系統可採用如關於 圖 3所描述及在 圖 3中描繪或如關於 圖 4所描述及在 圖 4中描繪的實施例之形式，但較佳地具有靜電掃描偏轉器陣列及靜電準直器陣列。
圖 8為根據一實施例之例示性單光束電子束系統41'''的示意圖。如 圖 8中所展示，在一實施例中，電子束系統包含由機動載物台209支撐以固持待檢測之樣本208的樣本固持器207。電子束系統包含電子源201。電子束系統進一步包含槍孔徑122、光束限制孔徑125、聚光透鏡126、柱孔徑135、物鏡總成132及電子偵測器144。在一個實施例中，物鏡總成132可為經修改擺動物鏡延遲浸沒透鏡(SORIL)，其包括極片132a、控制電極132b、偏轉器132c及激磁線圈132d。控制電極132b具有形成於其中以供電子束通過之孔徑。控制電極132b形成對向表面72，下文更詳細地描述。
在成像程序中，自源201發出之電子束可傳遞通過槍孔徑122、光束限制孔徑125、聚光透鏡126，並由經修改之SORIL透鏡聚焦成探測光點且接著照射至樣本208之表面上。可由偏轉器132c或SORIL透鏡中之其他偏轉器使探測光點橫越樣本208之表面進行掃描。自樣本表面發出之次極電子可由電子偵測器144收集以形成樣本208上所關注區域之影像。
電子光學系統41之聚光器及照射光學器件可包含電磁四極電子透鏡或由電磁四極電子透鏡補充。舉例而言，如 圖 8中所展示，電子光學系統41可包含第一四極透鏡148及第二四極透鏡158。在一實施例中，四極透鏡用於控制電子束。舉例而言，可控制第一四極透鏡148以調整光束電流，且可控制第二四極透鏡158以調整光束點大小及光束形狀。
自帶電粒子評估裝置(例如，電子束系統40)輸出之影像需要經自動處理以偵測所評估樣本中之缺陷。 圖 9描繪用於偵測由帶電粒子評估裝置生成之影像中之缺陷的資料處理裝置500。資料處理裝置500可為控制器50之部分、晶圓廠中之另一電腦之部分，或整合於帶電粒子評估裝置中之其他處。應注意，如參看 圖 9所展示及描述之資料處理裝置500之組件的配置為例示性的且經提供以輔助解釋對由帶電粒子評估裝置生成之影像操作的資料處理器之功能。可使用能夠達成如本文中所描述之資料處理裝置500之功能的熟習資料處理器技術者可設想到的任何可行配置。
帶電粒子評估裝置可具有高產出量、大視場及高解析度，此意謂可以高速率輸出大影像。舉例而言，影像可具有來自數千、甚至數萬偵測器部分之資料。需要以等於或至少類似於自帶電粒子評估系統40輸出之速率的速率處理輸出影像。若可在卸載已完成樣本及裝載新樣本所花費的時間期間趕上，則處理影像之速率可稍微慢於影像生成之速率，但自長遠來看，不希望影像處理慢與影像生成。當應用於多光束或多柱帶電粒子評估裝置時，用於檢測缺陷之已知影像處理途徑需要過高處理功率量以跟上影像生成之速率。
缺陷之偵測可藉由將樣本之一部分之影像(在本文中被稱作樣本影像)與參考影像進行比較來進行。與參考影像之對應像素不同的任何像素可被視為缺陷，其中與參考影像不同的鄰近像素被視為單一缺陷。然而，將像素標記為缺陷之過度嚴格的途徑可導致誤報，亦即，當實際上無顯著缺陷存在時，標記被標記為具有缺陷。誤報可能在樣本影像或參考影像中之任一者或兩者具有雜訊的狀況下出現。因此，需要將雜訊降低應用於參考影像及樣本影像中之任一者或兩者。雜訊降低增加偵測缺陷所需之處理量。
在已測試各種替代方案之情況下，本發明人已判定偵測缺陷之高效且有效的途徑為藉由應用均勻濾波器(與均勻核心之卷積)來降低樣本影像中之雜訊。為了降低參考影像中之雜訊，將多個源影像平均化。在一些狀況下，例如在藉由自設計資料(常常呈GDSII格式)進行模擬而獲得參考影像的情況下，可省略關於參考影像之雜訊降低。
可藉由合適選擇均勻濾波器之大小來最佳化樣本影像中之雜訊降低的效率及有效性。濾波器之最佳大小可取決於諸如樣本影像之解析度及正被檢測之樣本上的特徵之大小的因素。用於實施均勻濾波器之均勻核心之大小可等於非整數數目個像素。均勻核心為正方形的，因此合乎需要地其大小為其寬度。本發明人已判定，均勻核心之介於1.1至5個像素範圍內(合乎需要地介於1.4至3.8個像素範圍內)的寬度適合於多種使用案例。下文進一步論述均勻核心之形式。藉由使用均勻濾波器來降低雜訊有利於其自身實施於諸如FPGA或ASIC之專用硬體上，從而實現高效且快速的處理。
對源影像執行以獲得參考影像之平均化可取決於源影像之性質而變化。在自過去掃描庫導出源影像之情況下，可平均化大數目個(例如大於20個、大於30個或約35個)影像以獲得參考影像，此係由於可離線執行平均化。源影像可在平均化之前對準。亦即，源影像係自樣本導出，諸如對樣本或樣本之至少一部分(諸如晶粒或晶粒之一部分)的掃描。源影像可以自自樣本獲得之影像或在與參考影像比較之樣本影像之前的不同樣本導出。
替代地，樣本影像可與自同一樣本之不同部分獲得的「實況」源影像導出的參考影像進行比較。亦即，源影像係自樣本導出，諸如對樣本或樣本之至少一部分(諸如晶粒或晶粒之一部分)的掃描。源影像可自大約在與參考影像進行比較之樣本影像之時間內(例如在前不久或之後不久)獲得的樣本之影像導出。在此狀況下，可平均化較少(例如，兩個)源影像以獲得參考影像。可自樣本之不同晶粒的對應區獲得兩個源影像。替代地，若待檢測之圖案具有重複元素，則可自同一晶粒獲得源影像。在一些狀況下，源影像可為樣本影像之經移位部分。在樣本影像與自實況源影像導出之參考影像進行比較的狀況下，不同影像之角色可旋轉。舉例而言，若三個影像A、B及C藉由帶電粒子評估裝置輸出：A及B可經平均化以提供與C進行比較之參考影像；A及C可經平均化以提供與B進行比較之參考影像；而B及C經平均化以提供與A進行比較之參考影像。
樣本影像與參考影像之比較的結果可為表示樣本與參考影像之間的差或對應性(亦即，匹配)之簡單二進位值。更合乎需要地，比較之結果為表示樣本影像與參考影像之間的差之量值的差值。合乎需要地，比較之結果為每一像素(或可被稱作「像素區」之鄰近像素之每一群組)之差值，使得可更精度地判定源影像內之缺陷的位置。同一參考影像(例如，自自樣本獲得之一或多個影像導出的參考影像)可用於與多個樣本影像進行比較。
為了判定源影像與參考影像之間的像素或像素區之差是否表示正被檢測之圖案中之缺陷，可將臨限值應用於對應於像素或像素區之差值。替代地，可選擇具有最高差值之預定數目個位置作為候選缺陷以供進一步檢測。具有高於臨限值之差值之鄰近像素可被視為單一缺陷或候選缺陷。單一缺陷之所有像素可賦予相同差值。此類鄰近像素及單一缺陷之所有像素可被稱作像素區。
識別具有最高差值之預定數目個位置的高效途徑為依序處理像素且將像素資訊及差值寫入至緩衝器。像素資訊可包括圍繞被識別為潛在缺陷之像素或像素群組的像素資料區。此像素資料區可被稱為片段(clip)。若緩衝器充滿且新處理的像素具有比具有最小差值之緩衝器中之像素高的差值，則重寫與具有最小差值之像素相關的像素資訊。在一個可能實施中，直至緩衝器充滿為止，用於選擇像素之臨限值經設定在預定位準。當緩衝器充滿時，臨限值經更新至儲存於緩衝器中之像素的最小差值，且每當重寫緩衝器中之像素時更新。以此方式，僅需要執行一個比較。可替代地，臨限值可維持恆定且最初可單獨地測試選定像素以查看其是否具有高於緩衝器中之像素的差。由於選定像素之數目比像素之總數目低得多，因此選定像素之進一步處理可與初始處理非同步地(例如，藉由不同處理器)執行而不降低產出量。
當選擇像素以供進一步處理為候選或實際缺陷時，需要選擇像素周圍的區或像素區，其已被識別為不同於參考影像。該區可被稱作片段，且合乎需要地具有足夠大小以允許進一步自動化或手動檢測以判定是否存在顯著缺陷。
上述資料處理方法可與單柱或多柱評估系統一起使用。若柱間距等於正檢測之樣本上的晶粒之大小，則特定優點可在使用多柱系統時達成。在此狀況下，兩個或更多個柱可提供實況源影像以生成參考影像，由另一柱生成之樣本影像與該參考影像進行比較。可直接使用該等柱之輸出，而無需緩衝及對準處理(或減少對緩衝及對準處理之需要)。
對於多柱系統，需要提供多個資料處理裝置，例如每柱一個，以並行地處理各別柱之輸出樣本影像。在此配置中，資料處理裝置可接收待用作源影像之影像，以自其接收樣本影像之其他柱生成參考影像。若資料處理裝置足夠快，則具有緩衝及/或多執行緒處理之資料處理裝置可比柱少。
更詳細地， 圖 9中描繪之資料處理設備500包含：濾波器模組501，其接收來自帶電粒子評估系統40之樣本影像且對該樣本影像進行濾波；參考影像產生器503，其基於源影像生成參考影像；比較器502，其將經濾波樣本影像與參考影像進行比較；及輸出模組504，其處理及輸出比較之結果。
濾波器模組501將合乎需要地具有預定大小之濾波器(例如，均勻濾波器)應用於樣本影像。應用均勻濾波器包含將樣本影像與均勻核心卷積。均勻核心之大小係例如由使用者基於例如樣本上之特徵的大小、待偵測之缺陷的大小、帶電粒子評估裝置之解析度、影像中之雜訊的量及靈敏度與選擇性之間的所要折衷而判定以用於檢測給定樣本。均勻核心之大小並非必須為整數數目個像素。舉例而言，對於介於5 nm至14 nm範圍內之像素大小及大約20 nm之缺陷，具有介於1.1至5個像素範圍內(合乎需要地介於1.4至3.8個像素範圍內)之寬度的均勻核心藉由提供高選擇性及高靈敏度而為有利的。
具有非整數大小(寬度)之正方形均勻核心505描繪於 圖 10中。此均勻核心包含具有n ×n 值(值皆為1)之中心區505a，及由頂部列、底部列、左側行及右側行構成之周邊區505b。除為f 2之拐角值外，周邊區之所有值為f，其中f ＜ 1。均勻核心之有效大小等於n + 2f像素。視情況，均勻核心可經正規化(亦即，所有值除以常數使得所有值之總和為1)。替代地或另外，經濾波樣本影像可經正規化或按比例調整。
在一些狀況下，例如上文所描述之均勻核心，二維核心可在正交方向上分解成依序應用的兩個一維卷積。此可為有利的，因為用以執行n × n二維卷積之操作的數目隨著n之平方按比例縮放，而用以執行兩個n一維卷積之操作的數目隨著n線性地縮放。
核心無需為正方形且可例如為矩形或任何其他方便的形狀。由核心實施之濾波函數無需與核心相同的形狀及大小；大於濾波函數之核心將包括零值。合乎需要地，過濾器為對稱的但此並非必需的。由發明人執行之模擬表明，實施均勻的核心提供良好結果，但可容許與數學上均勻的濾波器有一些偏差。舉例而言，拐角濾波器可具有值f，從而可略微超重彼等像素但不顯著。可方便地藉由與合適核心進行卷積來實施例如高斯濾波器(Gaussian filter)之非均勻濾波器。
尤其當經組態以應用預定大小之均勻濾波器時，濾波器模組501方便地藉由例如FPGA或ASIC之專用硬體來實施。此類專用硬體可比諸如標準或常見類型之CPU架構的經程式化通用計算裝置更高效且經濟。處理器相較於CPU功率較小，但可具有適合於處理用於處理偵測信號資料(亦即，影像)之軟體的架構，且因此相較於CPU能夠在相同或較少時間內處理影像。儘管具有低於大部分同時的CPU之處理能力，但此偵測到之處理架構在處理資料時可同樣快，因為專用處理架構之更高效的資料架構。
藉助於實例， 圖 11為由帶電粒子評估裝置生成之樣本的影像或甚至影像之部分且因此為片段。將看到，所檢測之樣本具有特徵之重複圖案，其中單位胞元之大小由尺寸移位X及移位Y指示。
參考影像產生器503可以一或多個模式操作，每一模式表示生成參考影像之不同途徑。
在庫模式中，參考影像產生器503平均化自標稱地與當前經評估之圖案相同的圖案之先前掃描獲得的大量源影像。此類影像可在同一批次之樣本中較早生成或自先前批次中之樣本生成。可自測試樣本或生產樣本導出庫影像。在平均化之前，合乎需要地將影像彼此對準。對源影像平均化以生成參考影像具有降低雜訊之效應。以此方式平均化源影像亦平均化掉可能在源影像中可見之任何缺陷。
在所檢測圖案為重複圖案之狀況下，如例如 圖 11中所展示，有可能藉由平均化源影像之複數個經移位版本來生成參考影像。源影像之每一版本移位整數倍數之移位X及/或移位Y。若單位胞元之任一或兩個尺寸不等於整數數目個像素，則可將移位量捨入至最接近像素或分數像素移位可由線性插值實現。另一可能應為使重複圖案之節距的倍數偏移，使得倍為整數數目個像素。實際上，自源影像提取單位胞元之多個例項且對其進行平均化。此途徑可稱作陣列模式之實例.同一參考影像可用於與樣本影像之不同例項進行比較，諸如在陣列模式下。
在晶粒對晶粒模式中，說明於 圖 12中，多柱帶電粒子評估裝置之三個柱506、507、508用於生成樣本影像AI及兩個參考影像RI-1、RI-2。提供影像對準器509以在將影像按需要供應至參考影像產生器503及濾波器模組501之前對準影像。此配置在柱506、507、508之間的間距等於正被檢測之樣本之晶粒大小的情況下特別高效，此係由於柱506、507、508接著將同時自動掃描對應圖案特徵。在柱間距與晶粒大小之間存在差異之狀況下，可採用緩衝器以校正輸入至資料處理裝置之影像的時序。
圖 13描繪陣列模式之替代版本，其中例如單柱系統之單柱507提供樣本影像AI，該樣本影像對照自自身的兩個經移位版本AI'及AI''導出之參考影像作為源影像進行比較。緩衝器可用於提供經移位影像。除此處明確提及之特徵之外，若不同於在 圖 12中所描繪且參考 圖 12所描述之配置，則共同參考 圖 12之該等特徵為類似的。
應注意，亦有可能將均勻濾光器應用於源影像及/或參考影像，尤其在參考影像係自與源影像同時獲得之小數目個源影像導出的情況下。
再次參考 圖 9，比較器502可為能夠比較兩個值之任何邏輯電路，例如XOR閘極或減法器。比較器502亦適合於藉由例如FPGA或ASIC之專用硬體實施。此類專用硬體可比例如CPU之經程式化通用計算裝置更高效且經濟。合乎需要地，比較器502實施於與濾波器模組501相同的專用硬體上。
在一些狀況下，參考影像產生器503亦可以專用硬體實施，尤其其中參考影像產生器僅在自小數目(例如，兩個)源影像生成參考影像之模式中操作。在彼狀況下，需要以與比較器及/或濾波器模組相同的專用硬體來實施參考影像產生器。對源影像之像素平均化且與樣本影像之像素進行比較的數學運算可在合適狀況下組合為單一邏輯電路。
輸出模組504接收由比較器502輸出之結果且準備輸出至使用者或其他晶圓廠系統。輸出可呈數個不同形式中之任一者。在最簡單的選項中，輸出可僅為樣本具有或不具有缺陷之指示。然而，由於幾乎所有樣本將具有至少一個潛在缺陷，因此需要更詳細資訊。因此，輸出可包含例如缺陷位置映射、差異影像及/或關於由樣本影像與參考影像之間的差之量值表示的可能缺陷之嚴重度的資訊。輸出模組504亦可例如藉由僅輸出缺陷位置而對潛在缺陷進行濾波，在該等缺陷位置中樣本影像與參考之間的差之量值大於一臨限值或展示差之像素密度高於一臨限值。另一可能性為僅輸出由差之量值指示之預定數目個最嚴重的缺陷位點。此可藉由將缺陷位點儲存於一緩衝器510中來實現，且當緩衝器充滿時，若偵測到較高量值缺陷，則重寫最低量值缺陷。
可使用用於輸出缺陷資訊之任何合適格式，例如，一清單或映圖。合乎需要地，輸出模組504可輸出片段，亦即，已偵測到潛在缺陷所在的樣本之區之影像。此允許進一步檢查潛在缺陷以判定缺陷是否真實且嚴重到足以影響形成於樣本上或存在於樣本中之裝置的操作。可捨棄源影像之其餘部分(亦即，未作為片段保存之彼等部分)以節省資料儲存及傳送要求。
在 圖 14中描繪併有一單柱電子光學系統及一資料處理系統之一帶電粒子檢測系統的實例。電子光學系統41定位於主腔室10內，且可為上文所描述之電子光學系統41至41'''中之任一者。光學收發器511位於電子光學系統41之偵測器模組240附近且經組態以將由偵測器模組240輸出之電信號轉換成光信號以供沿著光纖512傳輸。光纖512可能能夠同時傳輸多個通道(例如，使用不同波長)且來自偵測器模組之每一個別電極之偵測信號經轉換成適當數目個資料串流。可使用單個通道或多通道之多個光纖512。光纖512藉由真空饋通件513穿過主腔室10(其內部在使用中處於真空中)之壁。適合的真空饋通件描述於US 2018/0182514 A1中，該文獻至少在其係關於饋通件裝置之情況下以引用之方式併入本文中。光纖512連接至資料處理裝置500，該資料處理裝置因此可位於真空外部以易於存取且避免需要增加真空腔室之大小以容納資料處理裝置。然而，由於資料處理裝置可影響諸如FGPA之簡化專用處理器之效能，故資料處理裝置500之元件或組件可在藉由光學收發器進行光學轉換之前位於該柱內。資料處理裝置之組件可分佈於偵測器模組240與資料處理裝置500之位置之間，如 圖 14中所描繪。資料路徑內之此資料處理架構使得能夠更接近資料源(諸如偵測器)實施簡單操作。此有益於實施降低資料速率之操作。實施此等操作接近資料源及/或在資料串流中有助於降低資料路徑中之資料速率，且例如亦有助於降低資料路徑上之裝載。對於需要較少複雜處理器之較簡單操作，實施可更容易。降低資料速率之此簡單操作為平均化操作，諸如「分級」或「量化」或「重新量化」。
圖 15描繪併有多柱電子光學系統及資料處理系統之帶電粒子檢測系統的實例。電子光學系統41a、41b位於主腔室10內。電子光學系統41a、41b中之每一者可為上文所描述的電子光學系統41至41'''中之任一者。描繪兩個柱，但可存在許多，如上文所論述。每一柱具有各別光學收發器511a、511b、光纖512a、512b及資料處理裝置500a、500b。單一真空饋通件513可用於使多個光纖通過真空，但在一些情況下，例如為了簡化光纖之路由，可採用多個真空饋通件513。如參考 圖 14之資料處理裝置500所描述，資料處理裝置500a、500b可為在藉由各別光學收發器511a、511b轉換為光信號之前具有資料信號路徑中之至少一個組件的分佈式資料處理配置。
在單柱及多柱系統兩者中，若方便，則可使用每柱多個光學收發器及多個光纖。
在多柱系統中，需要最小化必須自偵測器傳送至資料處理單元之資料的量，此係由於資料量極高。 圖 16展示針對資料處理途徑最佳化之資料架構，其中將樣本影像與自兩個源影像導出之參考影像進行比較。如所描繪，每一資料處理裝置500a至500d連接至電子光學系統41a至41k之群組，例如電子光學系統41a至41k中之三者，該群組可以所要組合供應待用作樣本影像之三個影像及兩個源影像。如所描繪，連接至一個資料處理裝置之三個電子光學系統為鄰近的，且因此對樣本208上之鄰近晶粒成像，然而，亦有可能使每一資料處理裝置連接至在空間上分離之電子光學柱。此在降低相同系統性誤差以稍微更複雜的纖維路由為代價影響針對源影像成像之晶粒及針對樣本影像成像之晶粒的機率方面可為有利的。當然，若多於兩個源影像用於生成參考影像，則每一資料處理裝置將連接至多於三個電子光學柱。以與上文參考 圖 14所描述之相同方式，資料處理裝置可經分佈使得處理裝置之至少一個組件可在偵測信號至光信號之轉換之前在該柱中。若資料處理裝置500a至500d之任何組件在電子系統群組中之一柱中，則群組之所有柱具有處理裝置之類似組件。
對上部及下部、向上及向下、上方及下方等之參考應被理解為係指平行於照射於樣本208上之電子束或多光束之(通常但未必總是豎直的)逆流方向及順流方向的方向。因此，對逆流方向及順流方向之參考意欲係指獨立於任何當前重力場相對於光束路徑之方向。
本文中所描述之實施例可採用沿著光束或多光束路徑以陣列形式配置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，例如在樣本之前的子光束路徑中自光束限制孔徑陣列至最後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之形式。在一些配置中，將電子光學元件中之一或多者製造為微機電系統(MEMS) (亦即，使用MEMS製造技術)。電子光學元件可具有磁性元件及靜電元件。舉例而言，複合陣列透鏡之特徵可在於涵蓋多光束路徑之巨型磁透鏡，其具有在磁透鏡內且沿著多光束路徑配置之上部極板及下部極板。在該等極板中可為用於多光束之光束路徑的孔徑陣列。電極可存在於極板上方、下方或之間以控制及最佳化複合透鏡陣列之電磁場。
根據本發明之評估工具或評估系統可包含進行樣本之定性評估(例如，通過/失敗)之設備、進行樣本之定量量測(例如，特徵之大小)之設備或生成樣本之映圖之影像的設備。評估工具或系統之實例為檢測工具(例如，用於識別缺陷)、檢閱工具(例如，用於分類缺陷)及度量衡工具，或能夠執行與檢測工具、檢閱工具或度量衡工具(例如，度量衡檢測工具)相關聯之評估功能性之任何組合的工具。
對組件或組件或元件之系統的參考為可控制的而以某種方式操縱帶電粒子束包括：組態控制器或控制系統或控制單元以控制組件以按所描述方式操縱帶電粒子束，並且視情況使用其他控制器或裝置(例如，電壓供應件)以控制組件從而以此方式操縱帶電粒子束。舉例而言，電壓供應件可電連接至一或多個組件，以在控制器或控制系統或控制單元之控制下將電位施加至該等組件，諸如施加至控制透鏡陣列250及物鏡陣列241之電極。諸如載物台之可致動組件可為可控制的，以使用用以控制該組件之致動之一或多個控制器、控制系統或控制單元來致動諸如光束路徑之另外組件且因此相對於該等另外組件移動。
由控制器或控制系統或控制單元提供之功能性可經電腦實施。元件之任何合適組合可用於提供所需功能性，包括例如CPU、RAM、SSD、主機板、網路連接、韌體、軟體及/或此項技術中已知的允許執行所需計算操作之其他元件。所需的計算操作可由一或多個電腦程式界定。一或多個電腦程式可提供於儲存電腦可讀指令之媒體、視情況非暫時性媒體的形成中。當電腦可讀指令由電腦讀取時，電腦執行所需之方法步驟。電腦可由自含式單元或具有經由網路彼此連接之複數個不同電腦的分佈式計算系統組成。
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自母輻射光束導出之任何輻射光束。術語「操縱器」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。對沿著光束路徑或子光束路徑對準之元件的參考應理解為意謂各別元件沿著光束路徑或子光束路徑定位。對光學器件之參考應理解為意謂電子光學器件。
本發明之方法可藉由包含一或多個電腦之電腦系統執行。用以實施本發明之電腦可包含一或多個處理器，包括通用CPU、圖形處理單元(GPU)、場可程式化閘陣列(FPGA)、特殊應用積體電路(ASIC)或其他專用處理器。如上文所論述，在一些狀況下，特定類型之處理器可在降低之成本及/或提高之處理速度方面提供優勢，且本發明之方法可適用於特定處理器類型之使用。本發明之方法之某些步驟涉及適合實施於能夠平行計算之處理器(例如，GPU)上的平行計算。
本文中所使用之術語「影像」意欲指代任何值之陣列，其中每一值係關於位置之樣本且該陣列中之值之配置對應於經取樣位置之空間配置。影像可包含單層或多層。在多層影像之狀況下，亦可被稱作通道之每一層表示位置之不同樣本。術語「像素」意欲指代陣列之單一值，或在多層影像之狀況下，指代對應於單一位置的值之群組。
用於實施本發明之電腦可為實體或虛擬的。用於實施本發明之電腦可為伺服器、用戶端或工作站。用於實施本發明之多個電腦可經由區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)分佈及互連。本發明之方法的結果可顯示給使用者或儲存於任何適合之儲存媒體中。本發明可體現於儲存指令之非暫時性電腦可讀儲存媒體中以進行本發明之方法。本發明可體現於電腦系統中，該電腦系統包含一或多個處理器及儲存指令以進行本發明之方法的記憶體或儲存器。
在以下經編號條項中闡明本發明之態樣。
條項1：一種用於偵測由一帶電粒子評估系統生成之樣本影像中之缺陷的資料處理裝置，該裝置包含： 一輸入模組，其經組態以自該帶電粒子評估系統接收一樣本影像； 一濾波器模組，其經組態以將一濾波器應用於該樣本影像以生成一經濾波樣本影像； 一參考影像模組，其經組態以基於合乎需要地來自一樣本之一或多個源影像提供一參考影像；及一比較器，其經組態以將該經濾波樣本影像與該參考影像進行比較以便偵測該樣本影像中之缺陷。
條項2：如條項1之裝置，其中該濾波器模組經組態以執行該樣本影像與一核心之間的一卷積。
條項3：如條項2之裝置，其中該核心為一均勻核心。
條項4：如條項2或3之裝置，其中該核心為正方形。
條項5：如條項2、3或4之裝置，其中該均勻核心具有非整數數目個像素，例如介於1.1至5個像素範圍內，合乎需要地介於1.4至3.8個像素範圍內的一尺寸。
條項6：如條項1、2、3、4或5之裝置，其中該參考影像經組態以藉由平均化複數個源影像而生成一參考影像。
條項7：如條款6之裝置，其中該等源影像包括選自以下各者中之一或多者的影像：先前檢測樣本之一影像庫；該樣本上之不同晶粒的影像；及該樣本影像之經移位版本。
條項8：如條項1、2、3、4或5之裝置，其中該參考影像為自描述該樣本上之一結構之設計資料生成的一合成影像。
條項9：如前述條項中任一項之裝置，其中該濾波器模組及該比較器中之至少一者包含場可程式化閘陣列或特殊應用積體電路。
條項10：如前述條項中任一項之裝置，其中該比較器輸出每一像素之一差值，該差值表示彼像素與該參考影像之對應像素之間的差之量值；且進一步包含一選擇模組，其經組態以選擇選定像素，該等選定像素為符合一準則之該等像素之一子集以供進一步處理。
條項11：如條項10之裝置，其中該選擇模組經組態以選擇圍繞每一選定像素之一像素區。
條項12：如條項10或11之裝置，其中該準則為選定像素具有大於一臨限值之一差值。
條項13：如條項10或11之裝置，其中選擇像素之該準則為選擇具有最高差值之一預定數目個像素。
條項14：如條項10或11之裝置，其中該選擇模組包含一緩衝器，且該選擇模組經組態以依序處理該源影像之像素，將具有大於一臨限值之一差值的像素儲存於一緩衝器中，且在該緩衝器充滿時，若一新處理的像素具有大於該緩衝器中具有最小差值之該像素的一差值，則用該新處理的像素重寫該緩衝器中具有該最小差值之該像素；且當由該選擇模組選擇圍繞該選定像素之一像素區時，藉由重寫與由該新處理的像素重寫之該像素相關聯的該像素區而將與該新處理的像素相關聯之該像素區儲存於該緩衝器中。
條項15：一種帶電粒子評估系統，其包含一帶電粒子束系統及如前述條項中任一項之資料處理裝置。
條項16：如條項15之帶電粒子評估系統，其中該帶電光束系統為一單柱光束系統。
條項17：如條項15之帶電粒子評估系統，其中該帶電粒子束系統為多柱光束系統。
條項18：如條項17之帶電粒子評估系統，其中該多柱光束系統中之一第一柱經組態以將該樣本影像提供至該輸入模組，且該多柱光束系統中之複數個第二柱經組態以將源影像提供至該參考影像模組。
條項19：如條項17之帶電粒子評估系統，其中存在複數個資料處理裝置，且每一資料處理裝置與該多柱光束系統中之該等柱中的一各別者相關聯，使得每一資料處理裝置經組態以自該等柱中之該各別者接收一樣本影像，且自該多柱工具之其他柱接收源影像。
條項20：一種帶電粒子評估系統，其包含一帶電粒子束系統及用於偵測由該帶電粒子束系統生成之樣本影像中的缺陷之複數個資料處理裝置，其中該帶電粒子束系統包含多個柱，且每一資料處理裝置與該等多個柱中之該等柱中之一各別者相關聯，使得每一資料處理裝置經組態以自該等柱中之該各別者接收一樣本影像，且自一或多個其他柱接收源影像。
條項21：一種偵測由一帶電粒子束系統生成之樣本影像中之缺陷的方法，該方法包含：自該帶電粒子束系統接收一樣本影像；將一濾波器應用於該樣本影像以生成一經濾波樣本影像； 基於合乎需要地來自一樣本之至少一個源影像提供一參考影像；及將該經濾波影像與該參考影像進行比較以便檢測該樣本影像中之缺陷。
條項22：如條項21之方法，其中該樣本於其上形成以一節距間隔開之複數個重複圖案；且該方法進一步包含：使用一多柱光束系統中之一第一柱以獲得該樣本之該樣本影像，該多柱光束系統具有以該節距間隔開之複數個柱；使用該多柱光束系統中之複數個其他柱以獲得複數個源影像；及平均化該源影像以獲得該參考影像。
條項23：如條項21或22之方法，其中應用一濾波器包含執行該樣本影像與一核心之間的一卷積。
條項24：如條項22之方法，其中該核心為一均勻核心。
條項25：如任一前述請求項中之方法，其中該核心為正方形。
條項26：如條項23、24或25之方法，其中該均勻核心具有一非整數數目個像素，例如介於1.1至5個像素範圍內，合乎需要地介於1.4至3.8個像素範圍內的一尺寸。
條項27：如條項21至26中任一項之方法，其中提供一參考影像包含平均化複數個源影像。
條款28：如條款27之方法，其中該等源影像包括選自以下各者中之一或多者的影像：先前檢測樣本之一影像庫；該樣本上之不同晶粒的影像；及該樣本影像之經移位版本。
條項29：如條項21至26中任一項之方法，其中該參考影像為自描述該樣本上之一結構之設計資料生成的一合成影像。
條項30：如條項21至29中任一項之方法，其中使用一場可程式化閘陣列或一特殊應用積體電路來執行該應用一濾波器及該比較中之至少一者。
條項31：如條項21至30中任一項之方法，其中該比較包含判定每一像素之一差值，該差值表示彼像素與該參考影像之對應像素之間的差之量值，且進一步包含選擇選定像素，該等選定像素為符合一準則之該等像素之一子集以供進一步處理。
條項32：如條項31之方法，其中該選擇包含選擇圍繞符合該準則之每一像素之一像素區。
條項33：如條項31或32之方法，其中該準則為選定像素具有大於一臨限值之一差值。
條項34：如條項31或32之方法，其中選擇像素之該準則為選擇具有最高差值之一預定數目個像素。
條項35：如條項31或32之方法，其中該選擇包含依序處理(亦即，處理)該源影像之像素及合乎需要地將具有大於一臨限值之一差值的像素儲存於一緩衝器中，且合乎需要地在該緩衝器充滿時，若一新處理的像素具有大於該緩衝器中具有最小差值之該像素的一差值，則合乎需要地用該新處理的像素重寫該緩衝器中具有該最小差值之該像素；合乎需要地且當選擇圍繞該選定像素之一像素區時，藉由重寫與由該新處理的像素重寫之該像素相關聯的該像素區而將與該新處理的像素相關聯之該像素區儲存於該緩衝器中。
條項36：一種電腦程式，其包含經組態以控制一處理器執行如條項21至35中任一項之方法的指令；或一電腦可讀指令之電腦可實施方法，該等電腦可讀指令在由一電腦讀取時使得該電腦執行該方法。
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:主腔室 30:裝備前端模組 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 40:電子束系統 41:多光束電子光學系統 41':電子光學系統/電子光學柱 41'':電子光學柱 41''':單光束電子束系統 41a:電子光學系統 41b:電子光學系統 41c:電子光學系統 41d:電子光學系統 41e:電子光學系統 41f:電子光學系統 41g:電子光學系統 41h:電子光學系統 41i:電子光學系統 41j:電子光學系統 41k:電子光學系統 41l:電子光學系統 50:控制器 72:對向表面 95:偏轉器陣列 100:帶電粒子束檢測系統 122:槍孔徑 125:光束限制孔徑 126:聚光透鏡 132a:極片 132b:控制電極 132c:偏轉器 132d:激磁線圈 135:柱孔徑 144:電子偵測器 148:第一四極透鏡 158:第二四極透鏡 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 220:子光束路徑 221:探測光點 222:探測光點 223:探測光點 230:投影設備 231:聚光透鏡 234:物鏡 235:偏轉器 240:偵測器/偵測器模組 241:物鏡陣列 242:電極 243:電極 245:孔徑陣列 246:孔徑陣列 250:控制透鏡陣列 252:上部光束限制器 260:掃描偏轉器 262:光束塑形限制器 265:巨型掃描偏轉器 270:巨型準直器 280:信號處理系統 404:基板 405:偵測器元件/捕捉電極 406:光束孔徑 500:資料處理裝置 500a:資料處理裝置 500b:資料處理裝置 500c:資料處理裝置 500d:資料處理裝置 501:濾波器模組 502:比較器 503:參考影像產生器 504:輸出模組 505:均勻核心 505a:中心區 505b:周邊區 506:柱 507:柱 508:柱 509:影像對準器 510:緩衝器 511:光學收發器 511a:光學收發器 511b:光學收發器 512:光纖 512a:光纖 512b:光纖 513:饋通件 AI:樣本影像 AI':樣本影像 AI'':樣本影像 RI-1:參考影像 RI-2:參考影像
本發明之上述及其他態樣將自與隨附圖式結合獲取之例示性實施例之描述變得更顯而易見。
圖 1為說明例示性帶電粒子束檢測系統之示意圖。
圖 2為說明為 圖 1之例示性帶電粒子束檢測系統之一部分的例示性多光束帶電粒子評估設備之示意圖。
圖 3為包含聚光透鏡陣列之例示性電子光學柱的示意圖。
圖 4為包含巨型準直器及巨型掃描偏轉器之例示性電子光學柱的示意圖。
圖 5為包含光束分離器之例示性電子光學柱的示意圖。
圖 6為根據一實施例之帶電粒子評估系統的物鏡陣列之示意性橫截面圖。
圖 7為 圖 7之物鏡陣列之修改的底視圖。
圖 8為例示性單光束電子光學柱之示意圖。
圖 9為根據一實施例之資料路徑的示意圖。
圖 10為一實施例均勻核心之圖。
圖 11為可對其執行本發明之方法之SEM影像的實例。
圖 12為解釋根據一實施例之晶粒對晶粒間模式的示意圖。
圖 13為解釋根據一實施例之晶粒內模式的示意圖。
圖 14為根據一實施例之包括單柱SEM之系統的示意圖。
圖 15為根據一實施例之包括多柱SEM之系統的示意圖。
圖 16為根據一實施例之包括多柱SEM之另一系統的示意圖。
示意圖及視圖展示下文所描述之組件。然而，圖式中所描繪之組件未按比例繪製。
208:樣本
501:濾波器模組
502:比較器
503:參考影像產生器
504:輸出模組
506:柱
507:柱
508:柱
509:影像對準器
510:緩衝器
AI:樣本影像
RI-1:參考影像
RI-2:參考影像

Claims (15)

  1. 一種電腦可讀指令之電腦可實施方法，該等電腦可讀指令在由一電腦讀取時使得該電腦執行偵測由一帶電粒子束系統生成之樣本影像中之缺陷的該方法，該方法包含： 自該帶電粒子束系統接收一樣本影像； 將一濾波器應用於該樣本影像以生成一經濾波樣本影像，應用該濾波器包含執行該樣本影像與一核心(kernel)之間的一卷積； 基於至少一個源影像提供一參考影像；及 將該經濾波樣本影像與該參考影像進行比較以便偵測該樣本影像中之缺陷， 其中提供該參考影像包含平均化複數個源影像，及 其中該等源影像係該樣本影像之經移位版本。
  2. 如請求項1之電腦可實施方法，其中該樣本於其上形成以一節距間隔開之複數個重複圖案；且該方法進一步包含： 使用一多柱光束系統中之一第一柱以獲得該樣本之該樣本影像，該多柱光束系統具有以該節距間隔開之複數個柱； 使用該多柱光束系統中之複數個其他柱以獲得該複數個源影像；及 平均化該等源影像以獲得該參考影像。
  3. 如請求項1或2之電腦可實施方法，其中該核心為一均勻核心。
  4. 如請求項1或2之電腦可實施方法，其中該核心為正方形。
  5. 如請求項3之電腦可實施方法，其中該均勻核心具有一非整數數目個像素，例如介於1.1至5個像素範圍內，合乎需要地介於1.4至3.8個像素範圍內的一尺寸。
  6. 如請求項1或2之電腦可實施方法，其中該參考影像為自描述該樣本上之一結構之設計資料生成的一合成影像。
  7. 如請求項1或2之電腦可實施方法，其中使用一場可程式化閘陣列或一特殊應用積體電路來執行該應用一濾波器及該比較中之至少一者。
  8. 如請求項1或2之電腦可實施方法，其中該比較包含判定每一像素之一差值，該差值表示彼像素與該參考影像之對應像素之間的差之量值，且進一步包含選擇選定像素，該等選定像素為符合一準則之該等像素之一子集以供進一步處理。
  9. 如請求項8之電腦可實施方法，其中該選擇包含選擇圍繞符合該準則之每一像素之一像素區。
  10. 如請求項8之電腦可實施方法，其中該準則為選定像素具有大於一臨限值之一差值。
  11. 如請求項8之電腦可實施方法，其中選擇像素之該準則為選擇具有最高差值之一預定數目個像素。
  12. 如請求項8之電腦可實施方法，其中該選擇包含依序處理該源影像之像素及將具有大於一臨限值之一差值的像素儲存於一緩衝器中，且在該緩衝器充滿時，若一新處理的像素具有大於該緩衝器中具有最小差值之該像素的一差值，則用該新處理的像素重寫該緩衝器中具有該最小差值之該像素；且合乎需要地，當選擇圍繞該選定像素之一像素區時，藉由重寫與由該新處理的像素重寫之該像素相關聯的該像素區而將與該新處理的像素相關聯之該像素區儲存於該緩衝器中。
  13. 一種用於偵測由一帶電粒子評估系統生成之樣本影像中之缺陷的資料處理裝置，該裝置包含： 一輸入模組，其經組態以自該帶電粒子評估系統接收一樣本影像； 一濾波器模組，其經組態以將一濾波器應用於該樣本影像以執行該樣本影像與一核心之間的一卷積且生成一經濾波樣本影像； 一參考影像模組，其經組態以基於一或多個源影像提供一參考影像；及 一比較器，其經組態以將該經濾波樣本影像與該參考影像進行比較以便偵測該樣本影像中之缺陷， 其中該參考影像模組進一步經組態以平均化複數個源影像以提供該參考影像，及 其中該等源影像係該樣本影像之經移位版本。
  14. 如請求項13之資料處理裝置，其中該核心為一均勻核心。
  15. 如請求項14之資料處理裝置，其中該均勻核心具有一非整數數目個像素的一尺寸。
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