TW202410110A - 帶電粒子束裝置及相關的非暫時性電腦可讀媒體 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示使用一帶電粒子束裝置在電壓對比模式中觀測一樣本之系統及方法。該帶電粒子束裝置包含：一帶電粒子源；一光源；一帶電粒子偵測器，其經組態以偵測帶電粒子；及一控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統：施加一第一信號以使該光源產生光學脈衝；將一第二信號施加至該帶電粒子偵測器以偵測第二複數個帶電粒子；及調整該第一信號與該第二信號之間的一時間延遲。在一些實施例中，具有電路系統之該控制器可經進一步組態以：獲取一結構之複數個影像；基於該結構之該複數個影像的灰階變化速率而判定該結構之一電特性；及使用一模型基於所判定電特性而模擬該結構之一物理特性。

Description

帶電粒子束裝置及相關的非暫時性電腦可讀媒體
本文中所提供之實施例揭示一種帶電粒子束裝置，且更特定而言，揭示用於藉由增強電子顯微鏡中之電壓對比信號來改善缺陷偵測能力及電路效能測試的系統及方法。
在積體電路(IC)之製造程序中，檢測未完成或已完成的電路組件以確保其係根據設計製造且無缺陷。可使用檢測系統，該等檢測系統利用光學顯微鏡或帶電粒子(例如，電子)束顯微鏡，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)。隨著IC組件之實體大小不斷縮小且其結構不斷變得更複雜，缺陷偵測及檢測之準確度及產出量變得更加重要。電路或電路組件中之瞬態電缺陷可能會導致所儲存電荷之有限改變率、電荷流動阻力、電荷洩漏等。儘管現有的電壓對比缺陷偵測技術可偵測時間常數在毫秒至微秒之範圍內的瞬態缺陷，但可能無法偵測到時間常數在奈秒至皮秒之範圍內的高電阻缺陷，從而使得缺陷檢測程序及檢測工具不足以達到其所要目的。
此外，測試此類未完成或已完成的電路組件以確保其諸如速度或操作頻率之效能係根據預期設計或應用。儘管現有測試技術可在組件完成後提供所需資訊，但當電路組件尚未完成時，吾人可能無法在較早階段搜集類似測試資料。
在現有的電壓對比檢測方法中，可比較結構之灰階與參考灰階值範圍以偵測缺陷。展示在參考範圍外之絕對灰階值的結構可識別為缺陷。儘管可用作用於判定器件中之完全開路及洩漏的定性特性化技術，但此方法可能無法提供對器件結構中諸如部分開路或空隙之缺陷的定量分析。
本公開之一個態樣係有關於一種帶電粒子束裝置，其包含：帶電粒子源，其經組態以沿著主光軸產生初級帶電粒子束；光源，其經組態以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子；帶電粒子偵測器，其經組態以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及控制器，其具有經組態以施加第一信號以使光源產生脈衝光束且施加第二信號以起始第二複數個帶電粒子之偵測的電路系統。
在一些實施例中，該脈衝光束可包含複數個激發脈衝。包括電路系統之控制器可經進一步組態以將第一信號施加至光源，從而產生具有第一頻率之複數個激發脈衝，且將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號具有大體上類似於第一頻率之第二頻率。在一些實施例中，包括電路系統之控制器可經進一步組態以將第三信號施加至帶電粒子源，從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝帶電粒子束。
本公開之另一態樣係有關於一種帶電粒子束裝置，其包含：帶電粒子源，其經組態以沿著主光軸產生初級帶電粒子束；光源，其經組態以產生脈衝光束，該脈衝光束包含：第一激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分；及第二激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分；帶電粒子偵測器，其經組態以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分的相互作用來修改；及控制器，其具有經組態以調整脈衝光束之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲且調整脈衝光束之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲的電路系統，其中該第二時間延遲不同於該第一時間延遲。在一些實施例中，該第二時間延遲可長於或短於該第一時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種帶電粒子束裝置，其包含：帶電粒子源，其經組態以沿著主光軸產生初級帶電粒子束；光源，其經組態以產生輻照樣本之區的光學脈衝，其中該輻照自樣本之區產生第一複數個帶電粒子；帶電粒子偵測器，其經組態以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及控制器，其具有經組態以施加第一信號以使光源產生脈衝光束，將第二信號施加至帶電粒子偵測器以偵測第二複數個帶電粒子且調整第一信號與第二信號之間的時間延遲的電路系統。該控制器可包括經進一步組態以施加第二信號之第一部分以起始第二複數個帶電粒子之偵測且施加第二信號之第二部分以終止第二複數個帶電粒子之偵測的電路系統，其中相對於參考信號，該第一部分包含第二信號之上升邊緣且該第二部分包含第二信號之下降邊緣。該控制器可包括經進一步組態以基於由帶電粒子偵測器產生之輸出信號而判定與樣本之探測光點相關聯之資訊的電路系統，且其中輸出信號係基於在第二信號之第一部分與第二部分之間經過的偵測時間中偵測到的第二複數個帶電粒子。該控制器可包括經進一步組態以基於與樣本之探測光點相關聯的所判定資訊而偵測缺陷的電路系統。
本公開之另一態樣係有關於帶電粒子束裝置之控制器。該控制器可包含經組態以進行以下操作的電路系統：施加第一信號以使光源經組態以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子；及將第二信號施加至經組態以偵測自樣本上之探測光點產生之第二複數個帶電粒子的帶電粒子偵測器，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改。
本公開之另一態樣係有關於帶電粒子束裝置之控制器。該控制器可包含經組態以進行以下操作的電路系統：調整脈衝光束之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲；及調整脈衝光束之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲，其中該第二時間延遲不同於該第一時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種用於使用帶電粒子束裝置形成樣本之影像的方法，該帶電粒子束裝置包含帶電粒子源、光源、帶電粒子偵測器及控制器。該方法可包含：啟動帶電粒子源以沿著主光軸產生初級帶電粒子束；啟動光源以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子；使用控制器將信號施加至帶電粒子偵測器以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。
本公開之另一態樣係有關於一種用於使用帶電粒子束裝置形成樣本之影像的方法，該帶電粒子束裝置包含帶電粒子源、光源、帶電粒子偵測器及控制器。該方法可包含：啟動帶電粒子源以沿著主光軸產生初級帶電粒子束；啟動光源以產生脈衝光束，該脈衝光束包含在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分的第一激發脈衝及在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分的第二激發脈衝；使用帶電粒子偵測器偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；使用控制器調整複數個激發脈衝中之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲及複數個激發脈衝中之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲，其中該第二時間延遲不同於該第一時間延遲。該方法可進一步包含基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。
本公開之另一態樣係有關於一種電子束檢測裝置。該電子束檢測裝置可包含經組態以產生輻照樣本之區之初級電子束的電子源，該區包含結構。該裝置可進一步包括：電子偵測器，其經組態以偵測自所輻照區產生之複數個信號電子；及控制器，其具有經組態以獲取結構之複數個影像且基於節點之複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的電路系統。該結構可包含電節點。在一些實施例中，該結構可與電節點相關聯。
本公開之另一態樣係有關於一種用於判定樣本上之結構之特性的方法。該方法可包含啟動電子源以產生輻照樣本之區的初級電子束，該區包含結構。該方法可進一步包括使用電子偵測器偵測自所輻照區產生之複數個信號電子；獲取結構之複數個影像；及基於節點之複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使該帶電粒子束裝置執行觀測樣本之方法。該方法可包含：啟動帶電粒子源以產生初級帶電粒子束；啟動光源以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子；將信號施加至帶電粒子偵測器以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使該帶電粒子束裝置執行觀測樣本之方法。該方法可包含：啟動帶電粒子源以產生初級帶電粒子束；啟動光源以產生脈衝光束，該脈衝光束包含在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分的第一激發脈衝及在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分的第二激發脈衝；偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；調整複數個激發脈衝中之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲；調整複數個激發脈衝中之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲，其中該第二間延遲不同於該第一時間延遲；及基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由電子束裝置之一或多個處理器執行，以使該電子束裝置執行判定樣本上之結構之特性的方法。該方法可包含：啟動電子源以產生輻照樣本之區的初級電子束，該區包含結構；基於由樣本之區之輻照產生且使用電子偵測器偵測到的信號電子而獲取結構之複數個影像；及基於節點之複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性。
本公開之另一態樣係有關於一種帶電粒子束裝置，其包含：帶電粒子源，其經組態以產生沿著主光軸且入射於樣本之第一區上的初級帶電粒子；光源，其經組態以產生與樣本之第二區相互作用的光束，光束與樣本之第二區之間的相互作用可涉及基於光束之特性而在樣本中產生電荷載流子；及帶電粒子偵測器，其經組態以偵測由初級帶電粒子與樣本之第一區相互作用產生的次級帶電粒子，其中光束之特性的調整可導致所產生之次級帶電粒子的特性之變化。
本公開之另一態樣係有關於一種用於識別樣本中之缺陷的方法。該方法包含：啟動帶電粒子源以產生沿著主光軸且入射於樣本之第一區上的初級帶電粒子；啟動光源以產生具有特性且與樣本之第二區相互作用的光束；偵測由初級帶電粒子與樣本之第一區之相互作用產生的次級帶電粒子，其中調整光束之特性可導致所產生之次級帶電粒子的特性之變化；獲取樣本之第一區的複數個影像；及基於與所產生之次級帶電粒子的特性之變化相關聯的樣本之第一區的複數個影像之灰階的變化而識別缺陷。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使該帶電粒子束裝置執行識別樣本中之缺陷的方法。該方法包含：啟動帶電粒子源以產生沿著主光軸且入射於樣本之第一區上的初級帶電粒子；啟動光源以產生具有特性且與樣本之第二區相互作用的光束；偵測由初級帶電粒子與樣本之第一區相互作用產生的次級帶電粒子，其中調整光束之特性導致所產生之次級帶電粒子的特性之變化；獲取樣本之第一區的複數個影像；及基於與所產生之次級帶電粒子的特性之變化相關聯的樣本之第一區的複數個影像之灰階的變化而識別缺陷。
本公開之另一態樣係有關於一種系統，其包含：第一粒子源，其經組態以產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束；帶電粒子束裝置，其包含：第二粒子源，其經組態以產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；帶電粒子偵測器，其經組態以偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子；及控制器。該控制器可包括經組態以將第一信號施加至第一粒子源之電路系統，其中該第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊。該控制器可經進一步組態以將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號經組態以基於第一信號而操作帶電粒子偵測器。
本公開之另一態樣係有關於一種方法，其包含：使用第一粒子源產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束；使用第二粒子源產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；及偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子；將第一信號施加至第一粒子源，其中該第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊；及將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號經組態以基於第一信號而操作帶電粒子偵測器。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由裝置之一或多個處理器執行以使該裝置執行方法。該方法包含：使第一粒子源產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束；使第二粒子源產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子；至第一粒子源施加第一信號，其中該第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊；及將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號經組態以基於第一信號而操作帶電粒子偵測器。
本公開之另一態樣係有關於一種系統，其包含：第一粒子源，其經組態以產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束；帶電粒子束裝置，其包含經組態以產生入射於樣本之區上之脈衝初級帶電粒子束的第二粒子源；及控制器。該控制器可包括經組態以進行以下操作的電路系統：施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束；施加第二信號以使第二粒子源產生脈衝初級帶電粒子束；及調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種方法，其包含：將第一信號施加至第一粒子源以使第一粒子源產生脈衝粒子束；所產生之脈衝束經組態以將能量供應至安置於樣本之區上的電結構；將第二信號施加至第二粒子源以使第二粒子源產生入射於樣本之區上的脈衝初級帶電粒子束；及調整第一信號及第二信號之施加時序使得所施加之第一信號與第二信號之間存在時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由裝置之一或多個處理器執行以使該裝置執行方法。該方法可包含：施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束，從而將能量供應至安置於樣本之區上的電結構；施加第二信號以使第二粒子源產生入射於樣本之區上的脈衝初級帶電粒子束；及調整第一信號及第二信號之施加時序使得所施加之第一信號與第二信號之間存在時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種系統，其包含第一粒子源，該第一粒子源經組態以產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束。該系統可進一步包含：帶電粒子束裝置，其包含：第二粒子源，其經組態以產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；及帶電粒子偵測器，其經組態以偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子，其中該帶電粒子偵測器經進一步組態以在偵測之前修改次級帶電粒子之特性；及控制器，其具有經組態以進行以下操作的電路系統：施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束；施加第二信號以使第二粒子源產連續初級帶電粒子束；及調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種方法，其包含：施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束；施加第二信號以使第二粒子源產生連續初級帶電粒子束；及調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲；及使用帶電粒子偵測器偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子，其中該帶電粒子偵測器經組態以在偵測之前修改次級帶電粒子之特性。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使該帶電粒子束裝置執行方法。該方法可包含：產生經組態以將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束；產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子，其中帶電粒子偵測器經進一步組態以在偵測之前修改次級帶電粒子之特性；施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束；施加第二信號以使第二粒子源產生連續初級帶電粒子束；及調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲。
本公開之另一態樣係有關於一種系統，其包含第一粒子源，該第一粒子源經組態以產生將能量供應至包含複數個電晶體之電結構的脈衝粒子束。回應於自脈衝粒子束接收到能量，該電結構可經組態以切換複數個電晶體中之一或多個電晶體的操作狀態，從而實現瞬態電荷流，其中該瞬態電荷流導致複數個電磁脈衝之發射。該系統可進一步包括經組態以偵測複數個電磁脈衝之偵測器。
本公開之另一態樣係有關於一種方法，其包含：產生經組態以將能量供應至包含複數個電晶體之電結構的脈衝粒子束；回應於自脈衝粒子束接收到所供應能量而切換複數個電晶體中之一或多個電晶體的操作狀態；實現瞬態電荷流，其中該瞬態電荷流導致複數個電磁脈衝以發射頻率發射；及偵測複數個電磁脈衝以基於複數個電磁脈衝之發射頻率而判定電結構之振盪頻率。
本公開之另一態樣係有關於一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由裝置之一或多個處理器執行以使該裝置執行方法。該方法可包含：產生經組態以將能量供應至包含複數個電晶體之電結構的脈衝粒子束；回應於自脈衝粒子束接收到能量而切換複數個電晶體中之一或多個電晶體的操作狀態；實現瞬態電荷流，其中該瞬態電荷流導致複數個電磁脈衝以發射頻率發射；及偵測複數個電磁脈衝以基於發射頻率而判定電結構之振盪頻率。
本公開之實施例的其他優點將自結合隨附圖式進行之以下描述變得顯而易見，在隨附圖式中作為說明及實例闡述本發明之某些實施例。
現將詳細參考例示性實施例，其實例說明於隨附圖式中。以下描述參看隨附圖式，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。例示性實施例之以下描述中所闡述的實施並不表示所有實施。實情為，其僅為符合與如在隨附申請專利範圍中所敍述之所揭示實施例相關之態樣的裝置及方法之實例。舉例而言，儘管一些實施例係在利用電子束之內容背景下進行描述，但本公開不限於此。可類似地施加其他類型之帶電粒子束。此外，可使用其他成像系統，諸如光學成像、光偵測、x射線偵測等。
電子器件由形成於被稱為基板之矽片上的電路建構。許多電路可一起形成於同一矽片上且被稱為積體電路或IC。此等電路之大小已顯著減小，使得更多電路可安裝於基板上。舉例而言，智慧型手機中之IC晶片可與縮略圖一樣小且仍可包括超過20億個電晶體，各電晶體之大小小於人類毛髮之大小的1/1000。
製作此等極小IC為常常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。甚至一個步驟中之誤差會潛在地引起成品IC中之缺陷，藉此使成品IC無用。因此，製造程序之一個目標為避免此類缺陷以最大化在程序中製作之功能性IC的數目，亦即，改善程序之總良率。
改善良率之一個組成部分為監測晶片製作程序，以確保其正生產足夠數目個功能性積體電路。監測程序之一種方式為在晶片電路結構形成之各個階段檢測該等結構。可使用掃描電子顯微鏡(SEM)進行檢測。SEM可用以對此等極小結構進行成像，實際上，拍攝該等結構之「圖像」。影像可用以判定結構是否適當地形成，且亦判定該結構是否形成於適當位置中。若結構為有缺陷的，則程序可經調整，使得缺陷不大可能再發生。可能需要缺陷偵測及檢測程序具有較高產出量以滿足IC製造商之要求。
偵測諸如3D NAND快閃記憶體器件之豎直高密度結構中的內埋缺陷可具有挑戰性。偵測此類器件中之內埋或表面上電缺陷的若干方式中之一者為藉由在SEM中使用電壓對比方法。在此方法中，樣本之材料、結構或區中之電導率差異導致其SEM影像中的對比度差異。在缺陷偵測之內容背景下，樣本表面下方之電缺陷可能會在樣本表面上產生充電變化，因此電缺陷可藉由樣本表面之SEM影像中的對比度來偵測。為了增強電壓對比，可使用被稱為預充電或泛射之程序，其中在使用小射束電流但高成像解析度進行檢測之前，樣本之所關注區可曝露於大射束電流。對於檢測，泛射之優點中的一些可包括減少晶圓充電以最小化由於充電引起之影像失真，且在一些狀況下，增加晶圓之充電以增強影像中之缺陷特徵與周圍無缺陷特徵之差異等等。
在SEM中藉由電壓對比技術進行之缺陷檢測可包括使用泛射射束對樣本預充電；偵測來自樣本之信號電子；及基於由電子偵測器偵測到之信號電子的數目及類型而形成所關注區之影像；等等。在當前現有的檢測系統中，對樣本預充電與基於偵測到之信號獲取影像之間的時段為約毫秒至幾微秒。在諸如高電阻缺陷之偵測的一些狀況下，使用線掃描平均值及點對點比較縮短預充電與偵測之間的時段可有益於偵測具有快速衰減率之瞬態缺陷。儘管預充電與偵測之間的較短時段可導致改善檢測靈敏度，然而，此情形可不利地影響檢測產出量。
諸如特殊應用積體電路(ASIC)晶片之IC晶片可包含電路系統組件，包括電晶體、電容器、二極體、SRAM及/或DRAM記憶體胞元、振盪器等。電阻器-電容器(R-C)電路之時間常數被稱作經由電阻器將電容器自初始電荷電壓0充電至所施加電壓之63.2%所需的時間或將電容器放電至其初始電荷電壓之大約36.8%所需的時間。在ASIC晶片中，基於應用，RC電路之時間常數可為幾飛秒(fs)。即使RC電路中存在高電阻缺陷，導致電容器放電變慢且將時間常數增加至幾皮秒，現有技術亦可能無法偵測缺陷。此外，若缺陷僅導致表面充電效應之瞬態改變，則因為低信雜比，可能無法偵測次級電子信號之改變。因此，對於電壓對比缺陷偵測，可能需要在與偵測存在於器件中之瞬態缺陷相關的時間範圍中增強電壓對比信號，以改善缺陷靈敏度，同時維持檢測產出量。
在半導體器件中，諸如空隙或粒子之內埋缺陷可能會導致完全開路及洩漏(短路)，或在一些狀況下，導致部分開路或部分洩漏。儘管可用於偵測導致完全開路或短路之缺陷，但現有的電壓對比(VC)檢測技術可能無法偵測器件中導致部分開路或部分洩漏之空隙。通常，涉及表面上之電子之泛射曝露的電壓對比檢測方法依賴於表面上之結構的表面電位量測之差異。表示具有高表面電位之表面區的像素之灰階高於(在SEM影像中顯得更亮)表示較低表面電位區之像素之灰階。將結構之灰階與參考灰階進行比較以偵測缺陷。除了主要為定性特性化技術以外，現有的電壓對比檢測技術亦可能不足以偵測導致部分開路及短路之缺陷，該等部分開路及短路不會產生強灰階對比。此外，隨著半導體節點變得愈來愈小且器件幾何形狀變得愈來愈複雜，除了定性缺陷偵測以外，亦可能需要定量分析。
在半導體FAB中，可能需要在整個製造程序中監測程序完整性及工具可用狀況以偵測不規則性或缺陷，且在一些情況下，可有助於預測缺陷之發生。在製造半導體器件期間監測程序及工具可用狀況之若干方式中之一者可包括提取器件之電特性或物理特性，諸如接觸電阻、介電電容、膜厚度、化學計量、組成、臨界尺寸、表面能等。提取此等特性之現有技術中之一些可包括：電方法，諸如形成可在一或多個程序步驟處探測之電測試結構；光學方法，諸如光學反射光譜分析或散射量測；或光電技術，諸如臨界尺寸掃描電子顯微法(CDSEM)度量衡，以判定臨界尺寸、線寬及空間。然而，此等現有技術具有限制，使得其不足、無效或不準確。舉例而言，電測試結構並不總是表示產品電路系統，且量測可在形成探測襯墊之後進行。光學反射光譜分析或散射量測可提供大的區上之平均量測且其參數範圍可受限制。儘管CDSEM度量衡可提供準確的臨界尺寸量測，但其為耗時的且可因此不利地影響檢測產出量。自CD量測導出之諸如電阻的電參數可能不準確，此係因為CDSEM度量衡未考慮底層之效應及其與所關注結構之相互作用。因此，可能需要動態的電壓對比量衡技術來定量地特性化缺陷且提取電以及實體晶圓參數以監測程序、工具及晶圓可用狀況，同時維持檢測產出量。
在VC檢測方法中對樣本(例如，晶圓)預充電可涉及用電子或光子泛射樣本。在任一狀況下，檢測方法依賴於結構之表面電位量測的差異，此導致外觀之對比度差異。通常，無缺陷正常金屬接點顯得比諸如高電阻或開路之有缺陷接點更亮。然而，在經反向偏壓之阻斷p-n接面中，正常接點與有缺陷接點之間的對比度可能不足夠高，此部分地係因為缺乏中和電荷。克服此挑戰之若干方式中之一者可包括使用諸如雷射之光源來泛射樣本以產生大量電子-電洞對，藉此提供中和電荷且使表面電位變化使得可獲得高對比度。儘管雷射可提供電荷以中和在電子束檢測期間產生之正電荷，但所產生之電荷載流子可能過多且可能會出現若干問題。作為實例，(1)洩漏器件，諸如具有用於累積電荷之洩漏路徑的器件，可顯得與正常器件一樣亮，從而使檢測技術不足或甚至產生誤導，及(2)在檢測期間，取決於視場中之灰階值的集合，高電阻接點可解譯及分類為開路。因此，可能需要動態電荷控制技術以在製造器件期間準確地識別半導體器件中之電缺陷。
IC晶片之電特性等可影響晶片之成本及良率。包括最大操作頻率、電路速度及由IC晶片所消耗之總功率等的電性質可判定IC晶片之金錢價值。電性質可基於晶片在晶圓上之位置而變化。作為實例，相較於朝向晶圓之中心定位的晶粒，邊緣晶粒可能易受更多缺陷、不規則性等影響，藉此不利地影響總良率及產出量。儘管在製造程序中之每個金屬化步驟之後執行電測試，然而，此等測試僅提供關於位於晶粒中且遠離切割道之實際電路的有限資訊。另外，因為探測卡可實體上連接至金屬接點，所以此等測試可損壞接點，從而產生更多缺陷。因此，可能需要在晶片製造期間諸如藉由量測測試結構之振盪頻率來判定電路之電效能，同時維持總良率及產出量。
本公開之一些實施例係有關於帶電粒子束裝置及形成樣本之影像的方法。該裝置可包括帶電粒子源、光源、帶電粒子偵測器及具有電路系統之控制器。該帶電粒子源可包含經組態以產生初級電子束之電子源，該初級電子束在與樣本相互作用時產生次級電子或反向散射電子。該光源可經組態以產生包含亞皮秒脈衝持續時間之激發脈衝的脈衝雷射光束。在與樣本相互作用時，激發脈衝產生光電子，從而使得樣本表面充滿電荷，藉此增強由帶電粒子偵測器偵測到之次級電子或背向散射電子信號中的電壓對比信號。該控制器可包含同步數位電路，該同步數位電路經組態以調整激發脈衝與偵測信號之間的時間延遲，從而調整帶電粒子偵測器偵測缺陷之靈敏度。光束之超短脈衝寬度可使得能夠以大約幾飛秒之快速衰減率進行缺陷偵測，或特性化器件中之諸如速度或頻率的電路回應。
本公開之一些實施例係有關於電子束檢測裝置及方法以判定半導體晶圓上之結構的特性。該裝置可包括電子源、電子偵測器、具有電路系統之控制器及影像處理系統。在電子束檢測裝置之電壓對比檢測操作模式中，可啟動電子源以產生初級電子束，該初級電子束在與樣本相互作用時產生信號電子，諸如次級電子或反向散射電子。可藉由電子偵測器來偵測信號電子。該控制器包括經組態以基於偵測到之信號電子而獲取包含節點之樣本的區之複數個影像的電路系統。該影像處理器可判定複數個影像中之節點或與節點相關聯之結構的灰階值及灰階值之梯度。基於結構之灰階值的梯度，模型可預測結構之電特性及物理特性。
出於清楚起見，可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。如本文中所使用，除非另外特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。舉例而言，若陳述組件可包括A或B，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件可包括A、B或C，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或C，或A及B，或A及C，或B及C，或A及B及C。
現參看圖1，其說明符合本公開之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統100。如圖1中所展示，帶電粒子束檢測系統100包括主腔室10、裝載鎖定腔室20、電子束工具40及設備前端模組(EFEM) 30。電子束工具40位於主腔室10內。雖然描述及圖式係針對電子束，但應瞭解，實施例並不用以將本公開限於特定帶電粒子。
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收納含有待檢測之晶圓(例如，半導體晶圓或由其他材料製成之晶圓)或樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP) (晶圓及樣本在下文統稱為「晶圓」)。EFEM 30中之一或多個機器人臂(未圖示)將晶圓輸送至裝載鎖定腔室20。
裝載鎖定腔室20連接至裝載/鎖定真空泵系統(未圖示)，該裝載/鎖定真空泵系統移除裝載鎖定腔室20中之氣體分子以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(未圖示)將晶圓自裝載鎖定腔室20輸送至主腔室10。主腔室10連接至主腔室真空泵系統(未圖示)，該主腔室真空泵系統移除主腔室10中之氣體分子以達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，晶圓經受電子束工具40之檢測。在一些實施例中，電子束工具40可包含單束檢測工具。
控制器50可以電子方式連接至電子束工具40，且亦可以電子方式連接至其他組件。控制器50可為經組態以執行帶電粒子束檢測系統100之各種控制的電腦。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系統。雖然控制器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之結構外部，但應瞭解，控制器50可為該結構之部分。
雖然本公開提供容納電子束檢測系統之主腔室10的實例，但應注意，本公開之態樣在其最廣泛意義上不限於容納電子束檢測系統之腔室。確切而言，應瞭解，前述原理亦可應用於其他腔室。
現參看圖2，其說明示意圖，該示意圖說明符合本公開之實施例的可為圖1之例示性帶電粒子束檢測系統100之一部分的電子束工具40之例示性組態。在一些實施例中，帶電粒子可包含電子，且帶電粒子源可包含電子源。電子束工具40 (在本文中亦被稱作裝置40)可包含電子發射器，該電子發射器可包含陰極203、提取器電極205、槍孔徑220及陽極222。電子束工具40可進一步包括庫侖孔徑陣列224、聚光透鏡226、光束限制孔徑陣列235、物鏡總成232及電子偵測器244。電子束工具40可進一步包括藉由電動載物台234支撐之樣本固持器236以固持待檢測之樣本250。應瞭解，視需要可添加或省略其他相關組件。
在一些實施例中，電子發射器可包括陰極203、陽極222，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成初級電子束204，該初級電子束形成初級束交越點202。初級電子束204可視覺化為自初級束交越點202發射。
在一些實施例中，電子發射器、聚光透鏡226、物鏡總成232、光束限制孔徑陣列235及電子偵測器244可與裝置40之主光軸201對準。在一些實施例中，電子偵測器244可沿著副光軸(未圖示)遠離主光軸201置放。
在一些實施例中，物鏡總成232可包含經修改之擺動物鏡減速浸入透鏡(SORIL)，其包括極片232a、控制電極232b、包含偏轉器240a、240b、240d及240e之光束操縱器總成，以及激磁線圈232d。在一般成像程序中，自陰極203之尖端發出的初級電子束204藉由施加至陽極222之加速電壓加速。初級電子束204之一部分穿過槍孔徑220及庫侖孔徑陣列224之孔徑，且由聚光透鏡226聚焦以便完全或部分穿過光束限制孔徑陣列235之孔徑。穿過光束限制孔徑陣列235之孔徑的電子可藉由經修改SORIL透鏡聚焦以在樣本250之表面上形成探測光點，且藉由光束操縱器總成之一或多個偏轉器偏轉以掃描樣本250之表面。自樣本表面發出之次級電子可藉由電子偵測器244收集以形成所關注掃描區域之影像。
在物鏡總成232中，激磁線圈232d及極片232a可產生磁場。正由初級電子束204掃描之樣本250之一部分可浸入磁場中，且可帶電，此又產生電場。電場可減小初級電子束204在樣本250之表面附近及上的撞擊能量。與極片232a電隔離之控制電極232b可控制例如在樣本250上方及上之電場，以減少物鏡總成232之像差且控制信號電子束之聚焦情形以實現高偵測效率，或避免電弧作用來保護樣本。光束操縱器總成之一或多個偏轉器可使初級電子束204偏轉以促進對樣本250之射束掃描。舉例而言，在掃描程序中，可控制偏轉器240a、240b、240d及240e以在不同時間點使初級電子束204偏轉至樣本250之頂表面的不同位置上，以提供用於樣本250之不同部分的影像重建構之資料。應注意，240a至240e之次序在不同實施例中可能不同。
在接收到初級電子束204後，可自樣本250之部分發射反向散射電子(BSE)及次級電子(SE)。射束分離器240c可將包含反向散射電子及次級電子之次級電子束或散射電子束導引至電子偵測器244之感測器表面。偵測到之次級電子束可在電子偵測器244之感測器表面上形成對應光束點。電子偵測器244可產生表示所接收之次級電子束光點之強度的信號(例如，電壓、電流)，且將信號提供至處理系統，諸如控制器50。次級或反向散射電子束及所得次級電子束光點之強度可根據樣本250之外部或內部結構而變化。此外，如上文所論述，可使初級電子束204偏轉至樣本250之頂表面的不同位置上，以產生不同強度之次級或散射電子束(及所得光束點)。因此，藉由將次級電子束光點之強度與樣本250之位置映射，處理系統可重建構反映晶圓樣本250之內部或外部結構的影像。
在一些實施例中，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(未圖示)及儲存器(未圖示)。該影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，該影像獲取器可包含電腦、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器件及其類似者，或其組合。該影像獲取器可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電等或其組合之媒體通信耦接至裝置40之電子偵測器244。在一些實施例中，影像獲取器可自電子偵測器244接收信號，且可建構影像。該影像獲取器可因此獲取樣本250之區的影像。該影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓、將指示符疊加於所獲取影像上，及其類似者。該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。在一些實施例中，儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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，且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。
在一些實施例中，控制器50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及反向散射電子的分佈。在偵測時間窗期間收集到之電子分佈資料結合入射於樣本(例如，晶圓)表面上之初級束204的對應掃描路徑資料可用以重建構受檢測之晶圓結構的影像。經重建構影像可用以顯露樣本250之內部或外部結構的各種特徵，且藉此可用以顯露可能存在於晶圓中之任何缺陷。
在一些實施例中，控制器50可控制電動載物台234以在檢測期間移動樣本250。在一些實施例中，控制器50可使得電動載物台234能夠在一個方向上以恆定速度連續地移動樣本250。在其他實施例中，控制器50可使得電動載物台234能夠取決於掃描程序之步驟而隨時間改變樣本250之移動速度。
如此項技術中通常已知的，帶電粒子(諸如，初級電子束之電子)與樣本(例如，稍後論述的圖3之樣本315)之相互作用可產生含有關於樣本之所探測區之組成及構形資訊的信號電子。次級電子(SE)可識別為具有低發射能量之信號電子，且反向散射電子(BSE)可識別為具有高發射能量之信號電子。因為SE之低發射能量，物鏡總成可沿著電子路徑導引SE且將SE聚焦於置放在SEM柱內部之高速透鏡內電子偵測器(例如，稍後論述之圖3之電子偵測器306A)的偵測表面上。沿著電子路徑行進之BSE可藉由電子偵測器306A或另一透鏡內反向散射電子偵測器(例如，稍後論述之圖3之偵測器306B)來偵測。
偵測諸如3D NAND快閃記憶體器件之豎直高密度結構的具有物理或電本質之內埋缺陷可能具有挑戰性。偵測此類器件中之內埋或表面上電缺陷的若干方式中之一者為藉由在SEM中使用電壓對比方法。在此方法中，樣本之材料、結構或區中之電導率差異導致其SEM影像中的對比度差異。在缺陷偵測之內容背景下，樣本表面下方之電缺陷可能會在樣本表面上產生充電變化，因此電缺陷可藉由樣本表面之SEM影像中的對比度來偵測。為了增強電壓對比，可使用被稱為預充電或泛射之程序，其中在使用小射束電流但高成像解析度進行檢測之前，樣本之所關注區可曝露於大射束電流。對於檢測，泛射之一些優點可包括減少晶圓之充電以最小化由於充電引起之影像失真，且在一些狀況下，增加晶圓之充電以增強影像中之有缺陷特徵與周圍無缺陷特徵之差異，等等。
現參看圖3，其說明符合本公開之實施例的例示性帶電粒子束裝置300 (亦被稱作裝置300)之示意圖。裝置300可包含帶電粒子源總成340 (亦被稱作電子源總成)，該帶電粒子源總成經組態以自陰極301發射初級電子且使用提取器電極302提取所發射電子以沿著主光軸300-1形成初級電子束300B1。裝置300可進一步包含陽極303、聚光透鏡304、光束限制孔徑陣列305、信號電子偵測器306A、306B及313、物鏡總成307、包含初級電子束偏轉器308、309、310及311之掃描偏轉單元、射束分離器312以及控制電極314。初級電子束300B1可與置放於載物台316上之樣本315之一部分相互作用，該載物台經組態以緊固於樣本固持器317上。裝置300可進一步包含光源320，該光源經組態以用光束之複數個激發脈衝321輻照樣本315之表面。信號電子偵測器306A及306B中之一者或兩者可為位於SEM之電光柱內部的透鏡內電子偵測器，且可圍繞主光軸300-1旋轉對稱地配置或以任何其他合適的配置進行配置。裝置300可進一步包含與光源320以及信號電子偵測器306A及306B電通信之控制器350。在一些實施例中，除了執行與圖2之控制器50大體上類似的功能以外，控制器350亦可執行其他功能，包括但不限於啟動/撤銷啟動光源320，或將電信號施加至信號電子偵測器306A、306B及313且調整該等信號，以及其他功能。應瞭解，可在適當時添加、省略或重排序相關組件。
電子源總成340可包括：熱離子源，其經組態以在被供應熱能時發射電子以克服該源之功函數；或場發射源，其經組態以在曝露於大的靜電場時發射電子；或光電陰極，其經組態以在曝露於光子(光量子)時發射電子；或其他合適的電子源。在場發射源之狀況下，電子源總成340可電連接至經組態以施加電壓信號且基於所要著陸能量、樣本分析、源特性等而調整電壓信號的控制器，諸如圖2之控制器50。提取器電極302可經組態以提取或加速自場發射槍發射的電子，例如以沿著主光軸300-1形成初級電子束300B1，該初級電子束形成虛擬或真實初級束交越點(未說明)。初級電子束300B1可視覺化為自初級束交越點發射。在一些實施例中，控制器350可經組態以將電壓信號施加至提取器電極302且調整該電壓信號以提取或加速自電子源總成340產生之電子。施加至提取器電極302之電壓信號的振幅可不同於施加至陰極301之電壓信號的振幅。
裝置300可包含聚光透鏡304，該聚光透鏡經組態以接收初級電子束300B1之一部分或相當大部分且將初級電子束300B1聚焦於光束限制孔徑陣列305上。聚光透鏡304可大體上類似於圖2之聚光透鏡226，且可執行大體上類似的功能。儘管展示為圖3中之磁透鏡，但聚光透鏡304可為靜電、磁性、電磁或複合電磁透鏡等。聚光透鏡304可與控制器50電耦接，如圖2中所說明。在一些實施例中，控制器350可將電激勵信號施加至聚光透鏡304以基於包括但不限於操作模式、應用、所要分析、被檢測的樣本材料等之因素而調整聚光透鏡304之聚焦倍率。
裝置300可進一步包含光束限制孔徑陣列305，該光束限制孔徑陣列經組態以限制穿過光束限制孔徑陣列305之複數個光束限制孔徑中之一者的初級電子束300B1之射束電流。儘管在圖3中僅說明一個光束限制孔徑，但光束限制孔徑陣列305可包括具有均一或非均一孔徑大小、橫截面或間距之任何數目個孔徑。在一些實施例中，光束限制孔徑陣列305可安置在聚光透鏡304下游或緊接在聚光透鏡304下游且大體上垂直於主光軸300-1。在一些實施例中，光束限制孔徑陣列305可經組態為包含複數個光束限制孔徑之導電結構。光束限制孔徑陣列305可經由連接器(未說明)與控制器350電連接，該控制器可經組態以指示電壓被供應至光束限制孔徑陣列305。所供應電壓可為參考電壓，諸如接地電位。控制器350亦可經組態以維持或調整所供應電壓。控制器350可經組態以調整光束限制孔徑陣列305之位置。
裝置300可包含一或多個信號電子偵測器306A、306B或313。信號電子偵測器306A、306B或313可經組態以基於反向散射電子之發射能量、發射極角、發射方位角等而偵測次級電子及反向散射電子。在一些實施例中，信號電子偵測器306A、306B或313可經組態以偵測次級電子、反向散射電子或歐傑電子。信號電子偵測器313可安置於信號電子偵測器306下游。自樣本315發射的具有低發射能量(通常≤50 eV)或小發射極角之信號電子可包含次級電子束300B4，且具有高發射能量(通常＞50 eV)及中等發射極角之信號電子可包含反向散射電子束。電子偵測器306B可為經組態以基於包括但不限於信號電子之發射能量或發射角的特性而偵測次級及反向散射電子之一部分的透鏡內偵測器。在一些實施例中，300B4可包含次級電子、低能量反向散射電子或具有小發射極角之高能量反向散射電子。應瞭解，儘管未說明，但反向散射電子之一部分可由電子偵測器306A偵測，且次級電子之一部分可由電子偵測器306B偵測。在疊對度量衡及檢測應用中，電子偵測器306A可適用於偵測自表面層產生的次級電子及自底層較深層(諸如，深溝槽或高縱橫比孔)產生的反向散射電子。
裝置300可進一步包括經組態以將初級電子束300B1聚焦於樣本315之表面上的物鏡總成307。控制器350可將電激勵信號施加至物鏡總成307之線圈307C，以基於包括但不限於初級束能量、應用需要、所要分析、被檢測樣本材料等之因素而調整物鏡總成307之聚焦倍率。物鏡總成307可經進一步組態以將信號電子(諸如，具有低發射能量之次級電子，或具有高發射能量之反向散射電子)聚焦於電子偵測器306A或306B之偵測表面上。在一些實施例中，物鏡總成307可大體上類似於圖2之物鏡總成232或執行大體上類似於該物鏡總成的功能。在一些實施例中，物鏡總成307可為複合物鏡，該複合物鏡包含磁透鏡307M以及由控制電極314及樣本315形成之靜電透鏡(未說明)。
裝置300可進一步包括包含初級電子束偏轉器308、309、310及311之掃描偏轉單元，該掃描偏轉單元經組態以使初級電子束300B1動態地偏轉於樣本315之表面上。在一些實施例中，包含初級電子束偏轉器308、309、310及311之掃描偏轉單元可被稱作光束操縱器或光束操縱器總成。初級電子束300B1之動態偏轉可使得例如以光柵掃描圖案掃描樣本315之所要區域或所關注區，以產生用於樣本檢測之SE及BSE。一或多個初級電子束偏轉器308、309、310及311可經組態以使初級電子束300B1在X軸或Y軸或X軸與Y軸之組合上偏轉。如本文中所使用，X軸及Y軸形成笛卡爾座標，且初級電子束300B1沿著Z軸或主光軸300-1傳播。
電子為帶負電荷粒子且穿過電光柱，且可以高能量及高速度行進。使電子偏轉之一種方式為使該等電子穿過例如藉由保持於兩個不同電位下之一對板或使電流通過偏轉線圈以及其他技術而產生的電場或磁場。跨越偏轉器(例如，圖3之初級電子束偏轉器308、309、310及311)之電場或磁場變化可基於包括但不限於電子能、所施加電場之量值、偏轉器之尺寸等之因素而使初級電子束300B1中之電子的偏轉角變化。
裝置300可進一步包括經組態以產生光束322之光源320。在一些實施例中，光束322可為包含一或多個激發脈衝321之脈衝光束。如本文中所使用，激發脈衝係指由光源(例如，圖3之光源320)產生且經組態以在相互作用時將能量賦予或「激發」樣本(例如，圖3之樣本315)之一部分的光學能量脈衝(閃光)。在本公開之上下文中，激發係指光電離—電磁輻射與物質之物理相互作用，導致彼物質解離成帶電粒子。激發脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率以及其他特性之脈衝波形表示。
在一些實施例中，光源320可包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。在一些實施例中，光源320可包含飛秒雷射源，該飛秒雷射源經組態以產生具有少於1皮秒(＜10 -12秒)之脈衝寬度的超短光學脈衝，該脈衝寬度在本文中亦被稱作脈衝持續時間。飛秒(fs)雷射可產生具有在1至1000 fs (1 fs=10 -15秒)之範圍內的脈衝持續時間的亞皮秒光學脈衝。在一些實施例中，所產生之激發脈衝可具有＜500 fs，較佳＜400 fs的脈衝持續時間。在一些實施例中，可基於但不限於待研究之瞬態效應的時間常數等而調整或選擇脈衝持續時間。舉例而言，偵測具有超快放電時間之IC晶片的電子電路之電阻或電容的改變。
在一些實施例中，諸如圖3中所說明之實施例，控制器350可經組態以啟動/撤銷啟動光源320。光源320之啟動可包括施加電信號323以使光源320產生脈衝光束322。另外或替代地，控制器350可經組態以調整由光源320產生之脈衝光束322的特性。舉例而言，在廣譜雷射中，控制器350可藉由啟動適當的光學濾光片來調整自光源320發射之光的波長，或在單色雷射源中，控制器350可藉由調整電信號323之特性來微調所發射光束322之頻寬。
如此項技術中通常已知的，光電離為涉及電磁輻射(例如，光束)與表面之相互作用以產生諸如電子之帶電粒子的機率現象。由光束與目標表面之原子的相互作用產生的電子被稱作光電子。電離之機率可取決於包括但不限於以下各者的因素：射束波長、射束能量、在特定時間間隔內存在之光子數及樣本體積內之位置等。作為實例，紫外線(UV)波長域(~345 nm)中之光束的光子能為大約3.59 eV，該能量不足以自具有功函數＞4.5 eV之金屬噴射電子。然而，光束之兩個光子可同時被樣本之原子或分子吸收，使得所賦予之組合能量大於自金屬原子噴射電子所需之臨限能量，藉此產生光電子。在另一實例中，若光束具有在紅外線(IR)域(~1035 nm)中之波長，則光束之光子能為大約1.2 eV。在此狀況下，多個光子可同時被金屬原子吸收以引起金屬之光電離，從而產生光電子。應瞭解，光電子可藉由雙光子吸收、多光子吸收或其組合基於包括但不限於目標材料、所使用光束波長、吸收係數等之因素而產生。
控制器350可包含同步數位電路。數位電路可包括時脈產生器電路、工作循環時脈、分頻器電路、時脈乘法器電路以及經組態以執行與使控制器350之操作同步相關聯之功能的其他合適組件。同步數位電路可包含經組態以產生一串脈衝之電子振盪器，該等脈衝亦被稱作「時脈信號」。時脈信號可為對稱或不對稱的方波、正弦波、三角形波或適合於使系統中之電路之不同部分或不同電路同步的任何其他波類型。作為實例，控制器350之同步數位電路可產生電信號323及324且將該等信號分別施加至光源320及信號電子偵測器306A。在一些實施例中，電信號323及324可具有相同頻率，但具有不同相位以使得相關聯於信號電子偵測器(例如，信號電子偵測器306A)之偵測脈衝(稍後描述)與相關聯於光源320之激發脈衝之間存在時間延遲。在一些實施例中，控制器350可為非同步數位電路、主時脈，或經組態以使使用激發脈衝之樣本充電與使用電子偵測器之信號電子偵測同步的其他合適的驅動器電路。
在一些實施例中，控制器350可藉由調整至光源320之電信號323來調整激發脈衝特性。調整激發脈衝特性可包括調整脈衝持續時間、脈衝能量、脈衝重複率等。在一些實施例中，控制器350可基於使用使用者介面接收到之使用者輸入而產生電信號323。使用者輸入可包含與激發脈衝321之所要特性集合相關聯的資訊。作為實例，使用者可能需要具有400 fs之脈衝持續時間、1微焦耳(μJ)之脈衝能量、50 MHz之脈衝重複率及1.25 W之平均功率的脈衝光束。在此狀況下，控制器350可產生待施加至光源320之輸出信號，使得由光源320產生之激發脈衝321的特性符合所要值。
控制器350可經進一步組態以將被稱作偵測脈衝324之電信號施加至信號電子偵測器306A、306B或313中之一或多者。在一些實施例中，控制器350之同步數位電路可經組態以產生偵測脈衝324且將偵測脈衝施加至信號電子偵測器306A、306B或313中之一或多者。偵測脈衝324可包含對稱或不對稱的方波、三角形波、矩形波或其任何組合。
在一些實施例中，控制器350可經進一步組態以將控制信號325 (亦被稱作控制信號)施加至帶電粒子源總成340，該帶電粒子源總成包含陰極301、提取器電極302及陽極303等。控制信號325可經由有線連接直接施加或使用無線通信協定在遠端施加。可調整控制信號325以產生包含複數個帶電粒子脈衝之初級帶電粒子的連續束或脈衝束。在本公開之上下文中且在SEM中，初級帶電粒子可包含電子，且因此初級帶電粒子束可包含電子束。在一些實施例中，可調整控制信號325之特性以使自帶電粒子源總成340產生之帶電粒子束的諸如時序、頻率、能量、加速度等之特性變化。在一些實施例中，控制器350可經組態以藉由同時調整電信號323及控制信號325來使初級電子束300B1與光束322同步。在一些實施例中，初級電子束300B1與光束322之同步可包括調整激發脈衝321或脈衝電子束之相位、頻率、脈衝寬度、重複率等。
現參看圖4A，其說明符合本公開之實施例的帶電粒子束裝置中之控制器450、光源420及信號電子偵測系統406的例示性組態之示意圖。控制器450及光源420可分別大體上類似於控制器350及光源320且可執行大體上類似於該控制器及該光源之功能。信號電子偵測系統406可包含一或多個信號電子偵測器，諸如圖3之信號電子偵測器306A、306B或313。應瞭解，與控制器450通信之信號電子偵測系統406可包含一或多個信號電子偵測器。在使用多個信號電子偵測器之狀況下，信號電子偵測器可並聯連接使得每一信號電子偵測器同時接收由控制器450施加之信號。
光源420可經組態以產生激發脈衝421，該激發脈衝類似於圖3之激發脈衝321。複數個激發脈衝421可形成脈衝光束，諸如圖3之脈衝光束322。激發脈衝421可以一定頻率脈送，且每一激發脈衝可具有脈衝持續時間。在本公開之上下文中，激發脈衝波形之脈衝寬度被稱作脈衝持續時間。脈衝光束可包含具有在100 fs至1 ps之範圍內之脈衝持續時間的激發脈衝421。在一些較佳實施例中，激發脈衝421之脈衝持續時間＜500 fs。在超大型積體(VLSI)電路中，電子電路及組件之時間常數為約亞皮秒至微秒。可能需要使用具有諸如＜500 fs之超短脈衝持續時間的脈衝雷射源來偵測VLSI電路及組件中之瞬態缺陷。亦被稱作脈衝重複率之脈衝頻率為每秒發射之脈衝之數目。在一些實施例中，脈衝重複率可在1 MHz至1 GHz之範圍內，且脈衝持續時間可在0.05 ps至1奈秒(ns)之範圍內。
類似於圖3之控制器350的控制器450可經組態以將在本文中被稱作偵測脈衝424之電信號施加至信號電子偵測器406。如圖4B中所說明，偵測脈衝424可具有矩形或方形波形，其表示雙位準電壓輸出信號。電壓位準V1可表示高壓或接通電壓，且電壓位準V2可表示波形之低壓或斷開電壓。維持電壓位準V1之持續時間被稱作脈衝持續時間或脈衝寬度。在本公開之上下文中，偵測脈衝424之脈衝持續時間可為「偵測窗」，其被稱作期間可啟動信號電子偵測系統406以獲取及偵測自樣本產生之信號電子的時間。電子偵測系統406可包含經組態以讀取藉由信號電子偵測器中之一或多者在偵測窗時間範圍內收集之電荷的電子電路，諸如讀出電路。在一些實施例中，環形振盪器(未說明)可經組態以產生複數個偵測脈衝424。
返回參看圖4A，控制器450可經組態以將偵測脈衝424施加至信號電子偵測系統406。在一些實施例中，雖然偵測脈衝424之頻率可類似於或大體上類似於激發脈衝421之頻率，但控制器450可調整偵測脈衝424使得激發脈衝421與偵測脈衝424彼此異相。在本公開之上下文中，若兩個信號波形之間存在相位差，則兩個信號可「異相」。如本文中所使用，相位指定在重複波形之波循環內的點之位置。移動經過固定位置之具有相同頻率的兩個波形或波信號之間的相位差為兩個波之波循環內的相同位置之間的時間差，其表示為一個波循環之一部分。舉例而言，若具有相同頻率之兩個波中之一者相對於另一者移位一半循環，則該等波據稱為「異相」。一般而言，兩個波之間的相位差為其起點之差異。
相對於激發脈衝421調整偵測脈衝424之相位可允許設定樣本(例如，圖3之樣本315)之激發或充電與偵測窗之間的時間延遲。如圖4A中所說明，Δt指示激發脈衝421與偵測脈衝424之間的時間延遲。控制器450可經組態以調整時間延遲以使樣本充電與信號偵測同步。可調整對樣本充電以產生自由帶電粒子(例如，光電子)以及偵測信號電子之時序，以偵測具有在亞皮秒或幾飛秒之範圍內的時間常數的瞬態缺陷。圖4A亦說明展示以符合本公開之實施例的方式探測振盪器電路之時間回應的曲線圖。控制器450可經組態以基於包括但不限於回應信號之振幅、斜率或衰減率等的因素而調整樣本充電與電子偵測之間的時間延遲Δt。可調整時間延遲Δt以調整偵測缺陷之靈敏度。
現參看圖5，其說明符合本公開之實施例的帶電粒子束裝置500之側視圖。如所展示，裝置500包括：電子束工具510，其大體上類似於圖1之電子束工具40且執行類似於該電子束工具之功能；光源520；待檢測之樣本515。樣本515可安置於載物台或樣本固持器上，其兩者皆未說明。電子束工具510可經組態以將初級電子束500B1發射至樣本515上之所關注區域上，且收集自樣本表面發出之次級電子以形成樣本515上之所關注區域的影像。光源520可包含脈衝雷射源，該脈衝雷射源以小角度θ定位且經組態以將光束522 (例如，雷射光束)發射至樣本515上之區上且在樣本表面上形成光束522之光束點540。當初級電子束500B1輻照樣本515上之所關注區域時，電荷可能由於大的電子束電流而累積，該所關注區域部分地或大體上與光束點540重合。自光源520發射的光束522可經組態以調節由於光電導性或光電效應或光電導性與光電效應之組合等而累積的電荷。在一些實施例中，光束點540可包含用光束522之一部分照明的樣本表面之矩形、圓形、橢圓形、三角形或多邊形部分。在一些實施例中，光束點540之大小及橫截面可基於光束522相對於樣本表面之入射角而變化。
光源520可相對於樣本515之入射表面平面以入射角θ定位。入射角θ可小於30°，較佳小於15°，以便將光束522投影至樣本515之一部分上而不會著落於電子束工具510之柱組件上或被該等組件擋住。在一些實施例中，可基於樣本與物鏡之間的距離而判定入射角θ，使得光束522可輻照樣本而不會被物鏡擋住。在一些實施例中，入射角θ為可組態的，且可取決於帶電粒子束裝置500中之組件的組態而小於10°，或小於9°，或小於8°，或小於7°，或小於5°。在一些實施例中，入射角θ可為光源520之定位角度且可調整以例如調整光束點540之大小及橫截面。
光源520可大體上類似於圖3之光源320或可執行大體上類似於該光源之功能。作為實例，光源520可包含發射在UV域中、具有345 nm之波長及~3.59 eV之對應光子能之光子的雷射源。可基於包括但不限於以下各者之因素而近似由輻照樣本之光束522之脈衝產生的光電子之數目：光子之波長、脈衝持續時間、脈衝能量、光子吸收係數、入射角、數值孔徑、雷射功率、樣本厚度、樣本類型以及其他因素。舉例而言，假定樣本上之區的25%包含金屬或高度導電材料，輻照該區的具有400 fs之脈衝持續時間、~1 μJ之脈衝能量、~25 W之雷射功率、雙光子吸收係數~10-9 cm/W的345 nm波長光子脈衝可產生多於1000萬自由電子。然而，實務上，可能需要將平均雷射功率調整為小於1 W，以最小化對樣本515之電或實體損壞。在此狀況下，由光束522與樣本之相互作用產生的自由電子之數目可與100 nA泛射電子束在10 ns持續時間內產生之電子之數目相當。在一些實施例中，可基於所要相互作用程度、樣本類型、偵測靈敏度、缺陷類型等而將平均雷射功率調整為在0.1至25 W之範圍內。應瞭解，在一些狀況下，基於應用、所要資訊、樣本材料等，雷射功率可大於25 W。
電缺陷可特性化為導致諸如電容或電阻等之可量測電特性之有限改變的缺陷。在一些狀況下，實體缺陷，諸如接觸金屬上之內埋介電膜之未蝕刻層，可表現為電缺陷，此係因為其可使接觸金屬之電阻增加。因為層被內埋，所以使用習知電子束掃描來偵測缺陷可具有挑戰性。偵測此類器件中之內埋或表面上電缺陷的若干方式中之一者為藉由在SEM中使用電壓對比方法。在此方法中，樣本之材料、結構或區中之電導率差異導致其SEM影像中的對比度差異。在缺陷偵測之內容背景下，樣本表面下方之電缺陷可能會在樣本表面上產生充電變化，因此電缺陷可藉由樣本表面之SEM影像中的對比度來偵測。為了增強電壓對比，可使用預充電或泛射，其中在使用小射束電流執行檢測之前，樣本之所關注區可曝露於大射束電流。
在SEM中藉由電壓對比技術進行之缺陷檢測可包括使用泛射射束對樣本預充電；偵測來自樣本之信號電子；及基於由電子偵測器偵測到之信號電子的數目及類型而形成所關注區之影像；等等。在當前現有的檢測系統中，對樣本預充電與基於偵測到之信號獲取影像之間的時段為約毫秒至幾微秒。在一些狀況下，縮短使用線掃描平均值及點對點比較之預充電與偵測之間的時段可有益於偵測具有快速衰減率之瞬態缺陷。儘管預充電與偵測之間的較短時段可使得能夠偵測與電路電阻或電容之小改變相關聯的缺陷，但如此操作可不利地影響偵測信雜比。
諸如特殊應用積體電路(ASIC)晶片之IC晶片可包含電路系統組件，包括電晶體、電容器、二極體、SRAM及/或DRAM記憶體胞元、振盪器等。電阻器-電容器(R-C)電路之時間常數被稱作經由電阻器將電容器自初始電荷電壓0充電至所施加電壓之63.2%所需的時間或將電容器放電至其初始電荷電壓之大約36.8%所需的時間。在ASIC晶片中，基於應用，RC電路之時間常數可為幾飛秒。即使RC電路中存在高電阻缺陷，導致電容器放電變慢且將時間常數增加至幾皮秒，現有技術亦可能無法偵測缺陷。此外，若缺陷僅導致表面充電效應之瞬態改變，則因為低信雜比，可能無法偵測次級電子信號之改變。因此，對於電壓對比缺陷偵測，可能需要在與偵測存在於器件中之瞬態缺陷相關的時間範圍中增強電壓對比信號，以改善缺陷靈敏度，同時維持檢測產出量。
現參看圖6，其說明例示性6T靜態隨機存取記憶體(SRAM)胞元600之示意圖。如圖6中所說明，SRAM胞元600可包含六個場效電晶體(6T)。在典型的SRAM胞元中，每一位元儲存於形成兩個交叉耦接之反相器的四個電晶體(M1至M4)上，且兩個額外存取電晶體M5及M6用以在讀取及寫入操作期間控制對儲存胞元之存取。在執行寫入操作時，位元線充當輸入。藉助於位元線提供待寫入至記憶體胞元中之值。然而，位元線在讀取操作期間充當輸出。資訊儲存於SRAM記憶體胞元中直至供應電力。為了起始讀取操作，啟動字線且對位元線預充電。在讀取模式中，提取SRAM胞元中之所儲存值0或1。啟動字線，從而起動存取電晶體M5及M6。藉由感測放大器感測BL中之電壓降。在寫入模式中，藉由在Q處施加0或1來將新值儲存於SRAM胞元中。在待用模式中，停用字線WL，此又撤銷啟動存取電晶體M5及M6，藉此存留儲存於SRAM胞元中之值。如所說明，VSS源極接點可連接至接地電壓或參考電壓，且VDD汲極接點可經組態以將正電壓施加至電晶體M2及M4。應瞭解，基於例如應用或最終用途，SRAM器件可包含四個、六個、八個或十個或任何數目個電晶體。
現參看圖7，其說明符合本公開之實施例的在帶電粒子束裝置中使用增強電壓對比信號的缺陷偵測方法。如所說明，類似於圖3之激發脈衝321的激發脈衝721可入射於樣本上，使得激發脈衝321與用激發脈衝721之光子輻照的樣本表面之相互作用可產生帶電粒子，諸如光電子。所產生之帶電粒子的數目可取決於包括但不限於以下各者之因素：入射光子能、入射光子吸收係數、入射光子波長、相互作用體積、樣本類型、樣本組成等。類似於偵測脈衝324之偵測脈衝724可包含施加至信號電子偵測系統之電信號，該信號電子偵測系統經組態以偵測自樣本產生且在與光電子相互作用之後產生的次級電子。儘管說明了四個偵測脈衝724_1、724_2、724_3及724_4，然而應瞭解，實務上，可存在任何數目個偵測脈衝。
如早先參看圖4所描述，Δt可為激發脈衝721與偵測脈衝724之間的時間延遲。控制器，諸如圖4之控制器450，可經組態以調整時間延遲Δt以調整缺陷偵測之靈敏度。如所展示，Δt1可為激發脈衝721與偵測脈衝724_1之間的時間延遲，Δt2可為激發脈衝721與偵測脈衝724_2之間的時間延遲，Δt3可為激發脈衝721與偵測脈衝724_3之間的時間延遲，且Δt4可為激發脈衝721與偵測脈衝724_4之間的時間延遲。儘管僅展示四個偵測脈衝，但應瞭解，可存在任何數目個脈衝。
如圖7中所展示，影像730為SRAM胞元(例如，圖6之SRAM胞元600)之一部分的高解析度影像，該胞元包含至包括電晶體等之胞元組件的接點740。在一些實施例中，電接點740可包含由包括但不限於金屬、合金、半導體或任何合適導電材料之材料製成的導電接觸襯墊或端子。影像730表示在與光束522相互作用之前的SRAM胞元之一部分的SEM影像，其中亮圓形襯墊指示金屬接點。電接點750可包含連接至接地或參考電壓之接點，在本文中亦被稱作VSS接點。
作為實例，影像730_1為藉由控制器(例如，圖2之控制器50)之影像獲取系統基於信號電子而形成的影像，該等信號電子係藉由信號電子偵測系統(例如，圖4之信號電子偵測系統406)在偵測窗內以時間延遲Δt1偵測。影像730_2、730_3及730_4可表示藉由影像獲取系統基於信號電子而形成的影像，該等信號電子係藉由信號電子偵測系統分別以時間延遲Δt2、Δt3及Δt4偵測。在一些實施例中，影像730_1至730_4可為高解析度光學影像、高解析度反向散射電子影像、高解析度SEM影像或用於缺陷偵測之任何合適影像。應瞭解，儘管影像730_1中之接點740及750展示為具有大體上類似的對比度(黑圈)，然而，實務上，可將不同電壓施加至不同電接點740，從而導致對比度之較大變化。
影像730_1說明緊接在與激發脈衝721相互作用之後的SRAM胞元之一部分的高解析度SEM影像。相較於影像730，在影像730_1中，電接點740_1及VSS接點750_1顯得具有更暗對比度。此係因為藉由諸如脈衝雷射之脈衝光束的激發導致自樣本之表面上的金屬原子射出電子。自樣本射出電子會產生相對於樣本主體之正表面電位。正表面電位減少來自入射於樣本上之初級電子束(例如，圖3之初級電子束300B1)的初級電子之數目，從而產生較少的待偵測信號電子，且藉此相較於電接點740顯得更暗。在一些實施例中，可基於金屬之功函數、入射光子波長、入射光子能或光束322之功率等而自樣本(例如，圖3之樣本315)之金屬原子射出電子。
如早先所描述，VSS接點750可連接至接地使得在對表面充電之後，表面電位可在放電時間常數(R-C時間常數或R-L-C時間常數)內恢復。對於典型的SRAM胞元，VSS接點之RC時間常數可為約200 fs至500 fs。然而，若存在高電阻缺陷以阻礙電荷自源極(接地)流動至接點，則電荷耗散所花費的時間可能長於時間常數，從而導致可由信號電子偵測系統偵測到之次級電子的數目減少。高電阻缺陷可具有在幾皮秒之範圍內的瞬態缺陷時間常數Δtc。本公開之一些實施例提供藉由使用超短脈衝雷射激發在相關時間刻度上增強電壓對比信號來偵測高電阻缺陷的系統及方法。
影像730_2對應於藉由影像獲取系統以時間延遲Δt2形成的影像。相較於影像730_1，有缺陷VSS接點750_2 (類似於VSS接點750_1)之表面電位例如在特性時間常數內並未完全恢復。由於電阻增加，電荷自接地至VSS接點之流動受到阻礙。可在展示相較於諸如740_2之無缺陷電接點具有更暗對比度之VSS接點750_2的影像730_2中觀測到表面電位之延遲恢復。影像730_3對應於藉由影像獲取系統以時間延遲Δt3形成的影像。相較於影像730_1及730_2，電接點750_3 (類似於VSS接點750_1)之表面電位完全恢復或大體上恢復，且對比度大體上類似於無缺陷電接點之對比度。在此狀況下，可基於影像730_1至730_4之比較或基於激發脈衝721與偵測脈衝724_3之間的時間延遲Δt3而判定瞬態缺陷時間常數Δtc。
現參看圖8，其說明符合本公開之實施例的用以在帶電粒子束裝置中使用增強在電壓對比信號來特性化電路組件之特性的方法。在一些實施例中，電路組件之特性可包括但不限於頻率回應、電荷洩漏、充電及放電時間、RC時間常數等。
在一些實施例中，可將包含激發脈衝821之超短脈衝雷射光束導引至IC晶片上之特定位置以特性化電路或電路組件。特定位置可包含諸如環形振盪器之電路或諸如電晶體、二極體、電容器、電感器等之電路組件。在一些實施例中，可重複自諸如電路或電路組件之特定位置偵測到的信號之電量測，同時調整激發脈衝821與偵測脈衝824之間的時間延遲Δt。調整時間延遲Δt可包括增加或減少激發脈衝821與後續偵測脈衝824之間的時間延遲，同時自相同或大體上相同的位置重複地偵測信號電子。在一些實施例中，激發脈衝821之脈衝頻率或脈衝重複率可不同於偵測脈衝824之脈衝頻率。在一些實施例中，激發脈衝821之脈衝頻率可大於偵測脈衝824之脈衝頻率。
如圖8中所展示，該方法可用以特性化電路之完全時間回應，諸如環形振盪器之頻率回應。如所說明，資料曲線805表示環形振盪器之例示性時間回應，其展示依據時間在X軸中展示之時間而變化的Y軸中之所量測量。資料曲線805上之區805_T1表示在時間805_T1偵測到之信號，且可對應於在第一激發脈衝821與第一偵測脈衝824之間的時間延遲Δt1之後且在第一偵測脈衝824之偵測窗內量測到的信號。為了獲得時間回應，可在時間延遲Δt2及Δt3之後對樣本上之同一位置進行後續量測。在時間805_T2及805_T3偵測到之信號可對應於在時間延遲Δt2及Δt3之後量測的信號。儘管在圖8中僅說明具有增加之時間延遲的三次重複，但應瞭解，任何數目次重複可用以特性化電路或電路組件之完全時間回應。在一些實施例中，時間延遲Δt1、Δt2及Δt3可能不同，使得Δt3＞Δt2＞Δt1或Δt3＜Δt2＜Δt1，或其他組合。在一些實施例中，兩個或多於兩個時間延遲之絕對值可能不同。
在一些實施例中，特性化電路或電路組件之回應的方法可包括以相較於偵測脈衝速率偏移之脈衝重複率操作脈衝光束(例如，圖5之光束522)。如此操作可自脈衝至脈衝在激發與偵測窗之間產生可變延遲。在一些實施例中，此方法可用以在激發脈衝重複率與偵測脈衝重複率之間具有偏移的情況下探測樣本(例如，圖5之樣本515)上的大器件陣列。電路之時間回應可映射至器件陣列之空間掃描中，以允許特性化電路陣列之速度。
在一些實施例中，與用於對樣本充電之超短脈衝光束相關聯的雜訊可藉由使用包括但不限於以下各者之技術自信號濾除雜訊來減少：同差、外差、鎖定放大技術，或其組合。濾除與諸如脈衝光束之激發源相關聯的雜訊可改善信雜比，藉此提高使用電壓對比偵測技術偵測到之缺陷的靈敏度及擷取率。
現參看圖9，其說明表示符合本公開之實施例的使用諸如裝置500之帶電粒子束裝置觀測樣本之例示性方法900的程序流程圖。方法900之一些功能可由控制器(例如，如圖1中所展示之EBI系統100的控制器50，或圖3之控制器350，或圖4之控制器450)執行。控制器可經程式化以執行方法900之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動帶電粒子源，啟動光源且進行其他功能。
在步驟910中，可啟動帶電粒子源總成(例如，圖3之帶電粒子源總成340)以產生帶電粒子束(例如，圖2之初級電子束204)。在一些實施例中，帶電粒子可包含電子，且帶電粒子源總成可包含電子源。該電子源可藉由控制器啟動。舉例而言，可控制電子源以發射初級電子，從而沿著主光軸(例如，圖2之主光軸201)形成電子束。可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集以供控制器之處理器經由控制電路系統對電子源供電來在遠端啟動電子源。可導引初級電子束穿過電子束工具以入射於樣本(例如，圖3之樣本315)之表面上，從而形成探測光點。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子等。
在步驟920中，可啟動光源(例如，圖3之光源320)以產生光束(例如，圖3之光束322)。光源可經組態以產生包含複數個激發脈衝(例如，圖3之激發脈衝321)之光束。在一些實施例中，該光束可為包含複數個激發脈衝之脈衝光束。激發脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率之脈衝波形表示。該光源可包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。在一些實施例中，光源可包含飛秒雷射源，該飛秒雷射源經組態以產生具有小於1皮秒(＜10 -12秒)之脈衝寬度的超短光學脈衝。飛秒(fs)雷射可產生具有在1至1000 fs (1 fs=10 -15秒)之範圍內的脈衝寬度或脈衝持續時間的亞皮秒光學脈衝。在一些實施例中，所產生之激發脈衝可具有＜500 fs，較佳＜400 fs的脈衝持續時間。
在與樣本相互作用時，激發脈衝可將能量賦予或「激發」樣本之一部分(例如，圖5之光束點540)。光束點可為用光束照明之樣本表面的矩形、圓形、橢圓形、三角形或多邊形部分。在一些實施例中，光束點之大小及橫截面可基於光束相對於樣本表面之入射角。在一些實施例中，相較於藉由初級電子束形成之探測光點，光束點之大小可更大。舉例而言，光束點可為100 μm×200 μm之矩形區域，而探測光點可小於1 μm。在一些實施例中，光束點之一部分可與探測光點大體上重疊。
樣本之激發係指光電離—電磁輻射與物質之物理相互作用，從而導致彼物質解離成帶電粒子，諸如電子。由光束與目標表面之原子的相互作用產生的電子被稱作光電子。電離之機率可取決於包括但不限於以下各者的因素：射束波長、射束能量、在特定時間間隔內存在之光子數及樣本體積內之位置等。由光束與樣本之相互作用產生的光電子可增加樣本表面上之帶電粒子的總數目，藉此對樣本「預充電」或「泛射」以增強用於缺陷偵測之電壓對比。
在步驟930中，控制器可經組態以將偵測信號施加至帶電粒子偵測器(例如，圖4之信號電子偵測系統406)。偵測信號可包含複數個偵測脈衝(例如，圖4之偵測脈衝424)。舉例而言，偵測脈衝可具有表示雙位準電壓輸出信號之矩形或正方形波形。電壓位準V1可表示高壓或接通電壓，且電壓位準V2可表示波形之低壓或斷開電壓。維持電壓位準V1之持續時間被稱作偵測脈衝之脈衝持續時間或脈衝寬度。偵測脈衝之脈衝持續時間可為「偵測窗」，其被稱作期間可啟動信號電子偵測系統以獲取及偵測自樣本產生之信號電子的時間。
在一些實施例中，雖然偵測脈衝之頻率可類似於或大體上類似於激發脈衝之頻率，但控制器可調整偵測脈衝使得激發脈衝與偵測脈衝彼此異相。相對於激發脈衝調整偵測脈衝之相位可允許設定樣本之激發或充電與偵測窗之間的時間延遲。如早先所描述，Δt指示激發脈衝與偵測脈衝之間的時間延遲。控制器可經組態以調整時間延遲以使樣本充電與信號偵測同步。可調整對樣本充電以產生自由帶電粒子(例如，光電子)以及偵測信號電子之時序，以偵測具有在亞皮秒或幾飛秒之範圍內的時間常數的瞬態缺陷。控制器可經組態以基於包括但不限於回應信號之振幅、斜率或衰減率等的因素而調整樣本充電與電子偵測之間的時間延遲Δt。可調整時間延遲Δt以調整偵測缺陷之靈敏度。
在步驟940中，帶電粒子偵測器可經組態以偵測信號電子，該等信號電子包含自樣本產生且藉由與光電子相互作用而修改的次級電子。帶電粒子偵測器可包含一或多個信號電子偵測器，諸如圖3之信號電子偵測器306A、306B或313。在使用多個信號電子偵測器之狀況下，信號電子偵測器可並聯連接使得每一信號電子偵測器同時接收由控制器施加之信號。
在步驟950中，可基於由帶電粒子偵測器偵測到之信號而形成影像。控制器可包含影像處理系統，該影像處理系統包括影像獲取器及儲存器。該影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，該影像獲取器可包含電腦、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器件及其類似者，或其組合。該影像獲取器可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電等或其組合之媒體通信耦接至信號電子偵測器。該影像獲取器可自信號電子偵測器接收信號，且可建構影像。該影像獲取器可因此獲取樣本之區的影像。該影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓、將指示符疊加於所獲取影像上，及其類似者。該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。在一些實施例中，儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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，且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。
現參看圖10，其說明表示符合本公開之實施例的使用諸如裝置500之帶電粒子束裝置觀測樣本的例示性方法1000之程序流程圖。方法1000之一些功能可由控制器(例如，如圖1中所展示之EBI系統100的控制器50，或圖3之控制器350，或圖4之控制器450)執行。控制器可經程式化以執行方法1000之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動帶電粒子源，啟動光源且進行其他功能。
在步驟1010中，可啟動帶電粒子源以產生帶電粒子束(例如，圖2之初級電子束204)。在一些實施例中，帶電粒子可包含電子，且帶電粒子源可包含電子源。電子源可由控制器啟動。舉例而言，可控制電子源以發射初級電子，從而沿著主光軸(例如，圖2之主光軸201)形成電子束。可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集以供控制器之處理器經由控制電路系統對電子源供電來在遠端啟動電子源。可導引初級電子束穿過電子束工具以入射於樣本(例如，圖3之樣本315)之表面上，從而形成探測光點。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子等。
在步驟1020中，可啟動光源(例如，圖3之光源320)以產生光束(例如，圖3之光束322)。光源可經組態以產生包含複數個激發脈衝(例如，圖3之激發脈衝321)之光束。在一些實施例中，該光束可為包含複數個激發脈衝之脈衝光束。激發脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率之脈衝波形表示。該光源可包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。在一些實施例中，光源可包含飛秒雷射源，該飛秒雷射源經組態以產生具有小於1皮秒(＜10 -12秒)之脈衝寬度的超短光學脈衝。飛秒(fs)雷射可產生具有在1至1000 fs (1 fs=10 -15秒)之範圍內的脈衝寬度或脈衝持續時間的亞皮秒光學脈衝。在一些實施例中，所產生之激發脈衝可具有＜500 fs，較佳＜400 fs的脈衝持續時間。
在步驟1030中，控制器可經組態以將偵測信號施加至帶電粒子偵測器(例如，圖4之信號電子偵測系統406)。偵測信號可包含複數個偵測脈衝(例如，圖4之偵測脈衝424)。舉例而言，偵測脈衝可具有表示雙位準電壓輸出信號之矩形或正方形波形。電壓位準V1可表示高壓或接通電壓，且電壓位準V2可表示波形之低壓或斷開電壓。維持電壓位準V1之持續時間被稱作偵測脈衝之脈衝持續時間或脈衝寬度。偵測脈衝之脈衝持續時間可為「偵測窗」，其被稱作期間可啟動信號電子偵測系統以獲取及偵測自樣本產生之信號電子的時間。
在步驟1040中，控制器可經組態以調整激發脈衝與後續偵測脈衝之間的時間延遲。可重複來自諸如電路或電路組件之特定位置的偵測到之信號的電量測，同時調整激發脈衝與偵測脈衝之間的時間延遲Δt。調整時間延遲Δt可包括增加激發脈衝與後續偵測脈衝之間的時間延遲，同時自相同或大體上相同的位置重複地偵測信號電子。在一些實施例中，激發脈衝之脈衝頻率或脈衝重複率可不同於偵測脈衝之脈衝頻率。在一些實施例中，激發脈衝之脈衝頻率可大於偵測脈衝之脈衝頻率。在一些實施例中，此方法可用以特性化電路之完全時間回應，諸如環形振盪器之頻率回應。
在步驟1050中，可基於由帶電粒子偵測器偵測到之信號而形成影像。控制器可包含影像處理系統，該影像處理系統包括影像獲取器及儲存器。該影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，該影像獲取器可包含電腦、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器件及其類似者，或其組合。該影像獲取器可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電等或其組合之媒體通信耦接至信號電子偵測器。該影像獲取器可自信號電子偵測器接收信號，且可建構影像。該影像獲取器可因此獲取樣本之區的影像。該影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓、將指示符疊加於所獲取影像上，及其類似者。該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。在一些實施例中，儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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，且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。
現參看圖11，其說明符合本公開之實施例的例示性節點1100。如本文中所揭示，節點(例如，節點1100)為電節點，其包含電連接在一起之一組結構，諸如但不限於金屬線、接觸襯墊、通孔、閘極、源極、汲極、互連件或基板。作為實例，節點1100可包括金屬線1102、1104及1106；通孔1103、1105及1107；將金屬線1106連接至電晶體1125之源極1110的接觸襯墊1109；半導體基板1120；或互連件1160。通孔(例如，通孔1103、1105或1107)可用以連接位於同一節點內之不同深度(Z軸)處的結構或位於同一節點內之不同位置(X-Y軸)處的結構。舉例而言，通孔1105可連接金屬線1104與1106，且通孔1107可將金屬線1106連接至互連件1160。應瞭解，諸如汲極1130、閘極1140及組件1150之結構在正操作模式中未電連接，且因此並非節點1100之一部分。組件1150可為與相鄰或鄰近節點相關聯之結構，該相鄰或鄰近節點與節點1100電隔離。
在一些實施例中，節點1100可包括基於操作模式或電荷流組態之電連接結構。舉例而言，如圖11中所說明，在電子束檢測之正模式或提取模式中，源極(例如，源極1110)至基板(例如，半導體基板1120)接面(P+/N型井接面)經正向偏壓，從而允許源極1110與基板1120之間的電子傳導。在此組態中，包括但不限於金屬線1102、1104及1106、通孔1103、1105及1107、接觸襯墊1109、源極1110、N型井1120及互連件1160以及其他結構的結構可形成電節點。
在一些實施例中，一或多個結構可與節點(例如，節點1100)相關聯。結構可作為整體構成節點使得該結構為節點。作為實例，如俯視圖中所見，對應於金屬線1102之結構1102T可被稱作節點。在此狀況下，結構1102T可表示節點，且與節點相關聯之結構可包括底層及電連接結構，如圖11之橫截面圖中所見。應瞭解，諸如但不限於源極(例如，源極1110)、金屬線(例如，金屬線1102、1104或1106)、通孔(例如，通孔1103、1105或1107)之其他結構亦可形成整個節點。
在一些實施例中，與節點1100相關聯之結構可包含節點1100之組件。作為實例，可調變節點1100之瞬態行為的通孔1103可為相關聯結構。在本公開之上下文中且在電器件之內容背景下，瞬態行為係指系統之電行為，該電行為在時間上不恆定，亦不以受控及所要方式週期性地發生。瞬態回應可包括系統對自平衡或穩態改變之回應，諸如阻尼振盪信號、在充電及放電期間的電容器電壓或其類似者。
在一些實施例中，與節點1100相關聯之結構的特性可包括但不限於幾何及實體尺寸、諸如電阻或電容之電特性、材料、組成、原子排列、缺陷等。結構之特性中之一或多者可影響節點1100之瞬態行為。作為實例，通孔之幾何及物理特性可包括錐角、高度、長度、寬度或在通孔與金屬線之間的接面處的通孔之臨界尺寸(例如，在通孔1103與金屬線1104之間的接面處的通孔1103之寬度)。作為另一實例，結構之電特性可包括但不限於接觸電阻、介電電容、寄生電容。舉例而言，諸如界面層或空隙之非所要缺陷的存在可影響電特性。作為另一實例，結構中之材料、組成、化學計量組態或材料結晶度可影響節點之瞬態行為。作為另一實例，介電層之厚度、介電層之材料的介電強度或節點或相鄰節點之結構之間的介電材料可影響節點之瞬態行為。
在一些實施例中，缺陷1112可為空隙或間隙缺陷。在本公開之上下文中，空隙被稱作結構、層或薄膜內之缺失材料的體積。在器件之結構中存在空隙可更改物理、機械或電性質以及其他性質，且在一些情形下，可導致器件失效。因此，可能需要在器件製造期間頻繁地偵測缺陷以最小化器件失效且改善產出量。然而，在具有複雜3維(3D)架構之一些半導體器件中，使用諸如光學成像或電子束檢測之物理或光學偵測技術偵測諸如接觸襯墊1109之高縱橫比結構中之空隙(例如，缺陷1112)可具有挑戰性。
在一些實施例中，缺陷1112可為諸如空隙或污染粒子之實體缺陷，該等缺陷可例如藉由量測包含缺陷1112之接觸襯墊1109的電特性或包含接觸襯墊1109之節點1100的電特性之改變來偵測。量測高縱橫比結構之電特性且偵測此等結構中之缺陷的若干方式中之一者為藉由在SEM中使用電壓對比(VC)方法。在此方法中，在與電子束相互作用時，樣本之材料、結構或區的電導率差異導致其SEM影像中之對比度差異。在缺陷偵測之內容背景下，樣本表面下方之電缺陷可能會在樣本表面上產生充電變化，因此電缺陷可藉由樣本表面之SEM影像中的對比度來偵測。為了增強電壓對比，可使用預充電或泛射，其中在使用小射束電流執行檢測之前，樣本之所關注區可曝露於大射束電流。然而，隨著半導體技術節點變得愈來愈小，器件幾何形狀變得愈來愈複雜且多維，從而使得使用現有電壓對比方法偵測缺陷變得不足。作為實例，包括內埋於接觸襯墊中之空隙的缺陷類型中之一些可能會導致器件中之部分開路或部分短路。正常接觸襯墊與含空隙有缺陷接觸襯墊之間的對比度差異可能不足以識別缺陷。此外，當前現有的電壓對比缺陷偵測方法無法提供樣本之臨界尺寸(CD)量測及組成或化學計算量量測。
現參看圖12，其說明符合本公開之實施例的例示性電子束檢測裝置1200。亦被稱作裝置1200之電子束檢測裝置1200可大體上類似於EBI裝置100。裝置1200可包括電子束工具1240、控制器1250、包含影像獲取機構1270、影像處理器1280及儲存機構1290之影像處理系統1260。
控制器1250可以電子方式連接至電子束工具1240，且亦可以電子方式連接至其他組件。控制器1250可包含經組態以執行電子束檢測裝置1200之各種控制的電腦。控制器1250亦可包括處理電路系統，該處理電路系統經組態以執行各種信號及影像處理功能，或啟動電子源，或啟動電子偵測器以偵測自樣本產生之次級電子，以及其他功能。雖然控制器1250在圖12中展示為處於包括電子束工具1240及影像處理系統1260之結構外部，但應瞭解，控制器1250亦可為結構之部分。另外，雖然影像處理系統1260經展示為與電子束工具1240及控制器1250外部連接之獨立單元，但應瞭解，影像處理系統1260可為控制器1250之部分。
在一些實施例中，影像處理系統1260可包括影像獲取機構1270，該影像獲取機構經組態以基於由電子偵測器偵測到之諸如次級電子、反向散射電子、歐傑電子或其類似者的信號電子而擷取樣本之一或多個影像。在一些實施例中，影像獲取機構1270可自電子偵測器(例如，圖2之電子偵測器244)接收信號且可建構一或複數個影像。影像獲取機構1270可基於應用及所要用途而獲取樣本(例如，圖2之樣本250)上之所關注區的影像。影像獲取機構1270可例如經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網絡、無線電等或其組合之通信媒體而通信耦接至裝置40之電子偵測器244。在一些實施例中，影像獲取機構1270可經組態以依序獲取複數個影像且調整連續獲取影像之間的時間延遲。
影像處理系統1260可進一步包含影像處理器1280。舉例而言，影像處理器1280可為電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦或任何種類之行動計算器件或其類似者，其經組態以執行各種後處理功能，諸如產生輪廓，將指示符疊加於所獲取影像上，提取及判定結構之灰階，比較影像特徵與經訓練影像特徵，識別特徵或其類似者。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以自機器學習網路(未圖示)接收與經訓練影像或經訓練影像相關聯之資料。可訓練機器學習網路以基於灰階識別影像之特徵。舉例而言，在SRAM胞元之光學或SEM影像中，不同結構可基於其電性質而具有不同灰階。可例如藉由深度學習、人工智慧、神經處理以及其他技術來訓練機器學習網路，以識別SRAM胞元之結構。應瞭解，灰階、灰度位準、灰度值或灰度或灰度強度可在本文中互換地使用。
在一些實施例中，自所獲取影像識別結構可基於所獲取圖像與包含具有參考灰階之結構的參考影像之間的比較。參考影像可包含SEM影像或使用機器學習網路形成之經訓練影像。在最佳化之獲取條件下獲取的SEM參考影像中，結構可具有基於包括但不限於程序、材料、工具、設施、結構尺寸等之因素的參考灰階。舉例而言，使用電漿沈積製程製造之50:1縱橫比鎢(W)接觸襯墊的參考影像中之結構的灰階可不同於在同一腔室中使用電漿沈積製程製造之50:1縱橫比鈷(Co)接觸襯墊的參考影像之灰階。
在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以提取所獲取影像之特徵的灰階。在8位元灰度影像中，可存在256個離散的灰度位準，且每一像素可被指派在「0」與「255」之間的灰度值，其中灰階0指示黑色像素且灰階255指示白色像素。影像處理器1280可使用諸如Matlab、Simulink或其類似者之軟體或可執行應用程式來執行提取演算法，以判定表示特徵之像素或像素群組的灰度位準。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以執行影像處理功能，包括但不限於影像濾波或影像變形。
在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以識別特徵或結構，諸如所獲取影像中之接觸插塞(Vdd)。影像處理器1280可經進一步組態以識別所獲取圖像中具有灰度值或灰度值範圍之特徵的所有出現。作為實例，若所獲取影像中之接觸插塞的像素值為220，則影像處理器1280可將具有值220之大體上所有像素識別為接觸插塞。在一些情況下，可能需要進一步影像濾波或影像處理以增強準確度且最小化識別誤差。
在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以判定使用影像獲取機構1270擷取之影像中的特徵之灰階變化或特徵之灰階變化速率。作為實例，影像處理器1280可判定關於影像之數目或影像獲取之持續時間的灰階變化梯度。可基於特徵之兩個或多於兩個影像之間的特徵之灰階差異而判定亦被稱作灰階變化程度之灰階變化速率。灰階變化速率可展現線性趨勢或非線性趨勢，諸如多項式衰減或指數衰變。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以基於樣本之區內的多個特徵之灰階變化梯度而判定該區中之灰階變化的平均梯度。
影像處理系統1260可進一步包含儲存機構1290。在一些實施例中，儲存機構1290可包含資料儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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。儲存機構1290可與影像獲取機構1270耦接且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。在一些實施例中，儲存機構1290可經組態以臨時或永久地儲存自機器學習網路接收到之經訓練影像。儘管儲存機構1290經展示為影像處理系統1260之部分，但應瞭解，儲存機構1290可為與影像處理系統1260或控制器1250通信之遠端儲存機構。
現參看圖13，其說明符合本公開之實施例的用於使用電子束檢測裝置1200判定晶圓上之結構之特性的例示性方法1300之程序流程圖。方法1300之一些功能可由控制器(例如，圖12之控制器1250)執行。控制器可經程式化以執行方法1300之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動電子源，或使用電子偵測器起始次級電子之偵測，且進行其他功能。一些功能可由與控制器通信之處理器執行。處理器可為控制器之一部分，或與控制器通信之獨立處理器件。應瞭解，電子束檢測裝置1200可在電壓對比檢測模式中操作以執行方法1300之一或多個功能。在VC檢測操作模式中，可使用預充電或泛射，其中在使用小射束電流執行檢測之前，樣本之所關注區可曝露於大射束電流。
在步驟1310中，可調整用於獲取所要區之一或複數個影像的條件或參數。調整影像獲取之條件可包括調整初級電子束(例如，圖3之初級電子束300B1)之射束電流、初級電子束之入射電子的著陸能量或與樣本相關聯之電場等。在一些實施例中，控制器1250可包含經組態以控制初級束特性或電子束工具參數之電路系統。
在一些實施例中，調整影像獲取條件可包括調整用於電壓對比檢測之特徵的充電參數，包括但不限於沈積於特徵上之電荷的量、特徵之充電速率、充電頻率以及其他參數。沈積於特徵上之電荷的量及充電速率可取決於入射初級電子束之射束電流等。舉例而言，若射束電流為高，則可在短時段內沈積大量電荷。儘管由於產生了更多次級電子，高射束電流可導致更佳圖像品質，然而，其亦可過快地對半導體節點充電或對結構造成損壞。可能需要調整初級電子束之射束電流以獲得高品質影像，同時維持低充電速率以及較少損壞。
在一些實施例中，調整影像獲取條件可進一步包括調整入射電子之著陸能量。在低著陸能量(小於1 keV)下，入射電子與樣本之間的相互作用體積可較小，從而探測樣本之頂表面或近頂表面層。由此產生之次級電子可提供高解析度之表面資訊，但可能缺乏組成資訊。在較高著陸能量下，相互作用體積較大，因此提供較多組成資訊及較少構形資訊。因此，可調整入射電子之著陸能量以獲得高解析度或高品質影像。
在一些實施例中，調整影像獲取條件可包括調整接近樣本或與樣本相關聯之電場。基於影響樣本之電場的量值及方向，在初級電子與樣本表面相互作用時產生的次級電子可加速或減速離開樣本。作為實例，相對於樣本帶正電的電極可為次級電子提供加速電場，而接近樣本之帶負電電極可為所產生之次級電子提供減速電場。可調整電極電位以修改影響次級電子之能量及速度的電場，藉此調整所獲取影像之解析度及品質。
在一些實施例中，可基於包括但不限於亮度、對比度、視場、放大率或其類似者之所獲取影像的所要特性而調整影像獲取條件。在一些實施例中，可基於由影像處理器1280用以識別特徵之所獲取影像的特性而判定影像之所要特性。舉例而言，若影像處理器1280經組態以識別影像中具有亮度及對比度位準或亮度及對比度位準範圍的特徵，則可相應地調整所獲取影像之所要亮度及對比度位準。
在步驟1320中，可使用在步驟1310中判定之影像獲取條件來獲取所關注區之多個影像。如本文中所使用，所關注區係指包含半導體節點或半導體節點之結構的樣本之區。在一些實施例中，可在連續影像之間具有時間延遲的情況下依序擷取多個影像。如本文中所使用，時間延遲係指兩個連續影像之獲取之間的時間間隔或時間差。舉例而言，若在時間t1獲取第一影像且在時間t2獲取第二影像，則時間延遲或時間間隔為(t2−t1)秒。在一些實施例中，可在1毫秒(ms)至1奈秒(ns)之範圍內調整時間延遲。
在一些實施例中，影像獲取機構1270可經組態以依序擷取8個影像1320_1至1320_8，如圖13中所說明，且可經進一步組態以引起連續影像之獲取之間的時間延遲。儘管圖13說明獲取8個影像，但應瞭解，可基於應用、分析、材料等而獲取任何數目個影像。可基於結構之充電或放電速率等而判定例如影像1320_1及1320_2之連續影像之間的時間延遲。在一些實施例中，連續影像之間的時間延遲可為均一的。舉例而言，第一影像1320_1與第二影像1320_2之間的時間延遲可為2 ns，且第二影像1320_2與第三影像1320_3之間的時間延遲可為2 ns。在一些實施例中，連續影像之間的時間延遲為可組態的且可為非均一的。舉例而言，第一影像1320_1與第二影像1320_2之間的時間延遲可為2 ns，且第二影像1320_2與第三影像1320_3之間的時間延遲可為4 ns。由於兩個影像之間的時間間隔較短，因此相較於1 ms之時間延遲，兩個影像之間的1 ns之時間延遲可導致高充電速率或電荷累積。在一些實施例中，可基於所要應用或目標分析而調整影像之間的時間延遲。
在步驟1330中，可自包含半導體節點之所獲取影像識別圖案、結構或半導體節點。圖13展示SRAM之區的例示性所獲取影像1335。所獲取影像1335可包含基於所要影像特性、結構之充電速率、初級電子束之射束電流或其類似者使用影像獲取條件而獲取的高解析度SEM影像、光學影像或低解析度SEM影像。
影像處理器1280可經組態以接收與所獲取影像1335相關聯之資訊且重建構影像。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以基於描繪結構之像素的灰階而識別結構，例如接觸插塞Vdd。影像1335可包含具有代表性像素灰階值之半導體節點的多個Vdd結構、Vss結構或其他結構。在一些實施例中，影像處理器1280可藉由在X及Y方向上使用諸如Prewitt核心、Sobel核心或其類似者之3×3核心進一步執行影像濾波或特徵提取演算法來識別結構。應瞭解，亦可使用其他影像濾波或特徵提取演算法。
在一些實施例中，可訓練機器學習網路以識別影像之結構或特徵，或基於經訓練影像自所獲取影像提取特徵資訊。舉例而言，經訓練影像可包含藉由影像獲取機構1270或其他機構在大體上類似於所獲取影像1335之獲取條件下獲取的特徵之參考影像。使用機器學習網路獲取經訓練影像及提取經訓練特徵可離線執行，使得此等步驟不會不利地影響總檢測產出量。
機器學習網路可包括例如人工智慧系統、神經網路，或深度學習技術、軟體實施演算法，或其類似者。機器學習網路之特徵提取架構可包含例如卷積神經網路。在一些實施例中，可採用深度學習架構之線性分類器網路作為起點來訓練及建置機器學習網路之特徵提取架構。
在一些實施例中，機器學習網路可包括多個層。舉例而言，卷積神經網路之架構可包含輸入層、第一卷積層、第一池化層、第二卷積層、第二池化層、一或多個隱藏層、啟動層及輸出層。基於特徵之本質及複雜度，架構之每一層可產生不同數目個子樣本。在第一卷積運算之後，可在第一池中產生少於10個子樣本。而在第二卷積運算之後，第二層可具有產生於第二池中之多於10個子樣本。在一些實施例中，可藉由佈局中之幾何特徵之複雜度引入層之間的變化。具有較多幾何資訊之特徵可具有較高機率來產生較多子樣本。舉例而言，複雜特徵可展現可分解且經分析為個別屬性之各種子形狀。
在一些實施例中，諸如深度學習、神經網路處理或其類似者之機器學習技術可用以基於自所獲取SEM影像獲得之資訊而提取及分析與節點1100或相關聯於節點1100之結構之電阻及電容參數相關的資訊。作為實例，可基於來自結構之所獲取影像之資料庫的資訊而訓練機器學習網路以形成結構之參考影像。可進一步訓練機器學習網路以比較所獲取影像與對應參考影像，且基於結構之灰階強度比較而識別所獲取影像中之結構。在一些實施例中，可進一步訓練機器學習網路以判定多個影像之間的所識別結構之灰階變化，判定結構之灰階變化的趨勢且基於所判定趨勢而計算結構之灰階變化的梯度。在一些實施例中，可進一步訓練機器學習網路以自資料庫獲得與結構之幾何形狀、尺寸或內嵌程序及量測資料相關聯的資訊，且提取與基於模擬模型而預測的結構之電阻或電容相關聯的資訊。
在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以在識別結構時定位影像1335中之複數個相同結構。作為實例，影像處理器1280可經組態以基於表示插塞之像素的灰階強度而識別及定位影像1335中之大體上所有接觸插塞Vdd。作為實例，影像1335包含以矩形12×5矩陣配置之60個接觸插塞Vdd。接觸插塞之數目可基於視場、放大率、所關注區等而變化。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以基於像素灰階強度而識別及定位影像1335中之複數個不同結構，諸如接觸插塞Vss、閘極接觸柱塞、位元線、字線以及其他結構。
在步驟1340中，判定樣本之區中的結構之灰階值的梯度。在SEM中，「充電」係指在樣本由初級電子輻照時在樣本之表面處或附近的正或負電位之累積。儘管充電可導致數個不良後果，但其可有利地用於例如電壓對比檢測模式及絕緣或樣本中之電子束感應電導率(EBIC)中。在SEM影像中，帶電表面顯得較亮，且當電荷由於洩露、導電或其他機制而耗散時，表面顯得較暗。亮度之改變表現為SEM影像中之像素的灰階強度之變化。灰階強度或像素強度係指像素之強度或亮度。在0至255之亮度刻度上，較小數字(較接近0)表示黑色，且較大數字(較接近255)表示白色像素。0與255之間的數字表示灰度。
在一些實施例中，在識別諸如一或多個影像1320_1至1320_8中之接觸插塞Vdd的結構後，影像處理器1280可儲存經識別接觸插塞之位置資訊及灰階強度。接觸插塞之位置資訊及其對應灰階強度資訊可儲存於儲存機構1290中。在一些實施例中，可記錄及儲存8個影像(1320_1至1320_8)中之每一者的位置資訊及對應灰階強度資訊。在其他實施例中，可記錄及儲存兩個或多於兩個影像之位置資訊及對應灰階強度資訊。儲存機構1290可包含儲存媒體，諸如硬碟、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、資料庫、網路、電腦、伺服器或其他類型之電腦可讀記憶體。
影像處理器1280可經進一步組態以判定經識別接觸插塞相對於時間或影像圖框編號(例如，影像1320_1、1320_2、1320_3、1320_4、1320_5、1320_6、1320_7及1320_8)之灰階變化。參考依序成像或依序影像擷取，影像圖框編號可表示複數個影像中之影像的編號及影像擷取次序。舉例而言，影像圖框編號1320_3表示複數個影像中之所擷取之第三影像且在第二圖框1320_2之後及在第四圖框1320_4之前擷取。應瞭解，可使用用於圖框編號之任何識別或標示方法。如圖13中所說明，影像1345展示描繪八個圖框(例如，1320_1至1320_8)中之60個接觸插塞之灰階的曲線圖，該八個圖框標記為圖框編號0至7。
在一些實施例中，影像處理器1280可經進一步組態以基於關於影像圖框編號之灰階強度資訊而判定每一接觸插塞之灰階變化的梯度。在一些實施例中，可基於與影像擷取時間及連續影像之間的時間延遲相關聯的資訊而將與影像圖框編號相關聯之資訊轉譯成時間。舉例而言，若第一圖框(圖框#0)之擷取時間t0為參考時間t0=0且連續影像之間的時間延遲為2 ns，則影像擷取時間t1=2 ns，t2=4 ns，t3=6 ns，t4=8 ns，t5=10 ns，t6=12 ns且t7=14 ns。在一些實施例中，影像處理器1280可經進一步組態以判定樣本之區的結構(例如，接觸插塞Vdd)之灰階變化的平均梯度。影像處理器1280可經進一步組態以判定結構之灰階變化的平均梯度之絕對值。
在一些實施例中，可使用諸如線性擬合、多項式擬合、曲線擬合或其類似者之資料擬合技術來判定灰階變化之梯度或斜率。影像處理器1280可經組態以基於結構之灰階變化而執行資料擬合以提取參數，包括但不限於梯度、衰減常數或其他參數。
在一些實施例中，灰階變化或灰階變化速率(梯度)可用以判定諸如電節點之電阻或電容的電特性或諸如臨界尺寸、疊對等之幾何特性。如本文中所使用，「臨界尺寸」係指影響器件之電性質的電節點之特徵或結構的大小。場效電晶體之組件中之每一者的尺寸為臨界尺寸。此等尺寸可能皆會影響器件之電效能，此係因為其可能會產生寄生電容及電阻。舉例而言，場效電晶體之通道具有長度及寬度，電極具有特定幾何形狀，閘極可具有不同於通道之尺寸且可能不會橫跨通道之整個寬度。
在步驟1350中，影像處理器1280可經進一步組態以基於樣本之區的灰階變化之平均梯度的所判定絕對值及對應區之位置資訊而產生圖案，該圖案包含跨越樣本之多個區的結構之灰階變化的平均梯度。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以判定在樣本上之預定位置處的預定數目個區之灰階變化的平均梯度。舉例而言，影像處理器1280可經組態以判定在五個位置處之結構的灰階變化之平均梯度，該等位置包括晶圓之中心晶粒、左方晶粒、右方晶粒、頂部晶粒及底部晶粒。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以基於預定五個位置之平均梯度而內插樣本之灰階變化的平均梯度，如圖13之影像1355中所說明。在一些實施例中，對於每一電節點或半導體節點，影像處理器1280可經進一步組態以基於灰階變化資料而判定灰階信號衰減時間常數、初始灰階及最終灰階。
在步驟1360中，可藉由模擬基於與在1350步驟中判定之灰階變化之平均梯度相關聯的資訊而預測半導體節點之電特性。模型1365 (稍後參看圖14所論述)可用以模擬半導體節點或與半導體節點相關聯之結構的電特性，包括但不限於電阻、介電電容或RC時間常數。在一些實施例中，模型1365可藉由影像處理器1280、控制器1250、影像處理系統1260或經組態以執行軟體實施演算法之任何處理器執行。
在步驟1370中，可基於電特性而預測半導體節點或與節點相關聯之結構的物理特性。物理特性可包含臨界尺寸、底部臨界尺寸、疊對或其類似者。在一些實施例中，可基於節點之電特性而預測組成資訊或化學計量資訊。
現參看圖14，其說明符合本公開之實施例的用以基於樣本之灰階變化而模擬樣本之電特性的模型之例示性組態1400。類似於圖13之模型1365的模型1465可經組態以基於灰階變化資訊而模擬與電節點相關聯之結構的電阻、電容、RC時間常數或其他電特性。組態1400包括經組態以接收輸入資料1410之模型1465。可使用模型1465來執行模擬程序以預測樣本上之結構的電特性，且產生包含與所預測電特性相關聯之資訊的輸出資料1480。輸出資料1480可進一步用以預測樣本之物理特性或可儲存於儲存機構(例如，圖12之儲存機構1290)中。在一些實施例中，模型1465可包含電路模型，該電路模型包含與節點相關聯之一或多個結構。電路模型或模型1465可包括如配置於樣本或所關注區中之與節點相關聯的結構，諸如電阻器、電容器、電感器、接觸插塞、電晶體、金屬互連件、電源或其類似者。
在電壓對比檢測期間曝露於電子束之結構的充電及放電行為可基於結構之特性而變化，該等特性包括但不限於幾何形狀、組成、器件內之位置、電阻、電容或處理歷史等。因此，可能需要分析充電及放電行為以提取與影響充電及放電行為之特性中之一或多者相關聯的資訊。作為實例，在圖14中，插塞1及2之灰階變化可基於其大小、電阻或組成而變化。對於給定組成，具有底層特徵之插塞1及插塞2的接觸電阻之差異可與大小或幾何形狀之差異相關，包括臨界尺寸、底部CD、諸如空隙或界面層之缺陷的存在，或化學計量及原子排列。因此，灰階變化與電阻或臨界尺寸之改變之間的關聯對於缺陷檢測等可為需要的。
輸入資料1410可包含與以下各者相關聯之資訊：結構之灰階變化、結構之幾何形狀、結構之組成、結構之處理歷史或其類似者。在一些實施例中，模型1465可基於FAB中之結構的處理歷史而在程序步驟處模擬接觸插塞之電特性。舉例而言，可在鎢化學機械拋光(WCMP)程序步驟處執行電壓對比檢測以判定接觸插塞中之缺陷等。在此類狀況下，模型1465可利用與沈積製程、蝕刻製程、厚度量測、工具歷史、樣本歷史等相關聯之資訊，以基於灰階變化而模擬結構之電特性。
輸出資料1480可包含與結構之諸如電阻或電容之電特性及結構之諸如底部CD、疊對或其類似者之物理特性相關聯的資訊。可執行使用模型1465之模擬程序以基於輸入資料1410模擬樣本之電及物理特性。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以使用模型1465以及結構之位置資訊基於所預測電特性而產生結構之模擬電或物理特性的圖案。在一些實施例中，影像處理器1280可經組態以使包含結構(例如，圖13之影像1355)之灰階變化之平均梯度的圖案與結構之模擬電或物理特性的圖案相關。在一些實施例中，在訓練後，模型1465可經組態以基於包含結構之灰階變化之平均梯度的圖案而預測結構之電或物理特性。
現參看圖15，其說明表示符合本公開之實施例的判定結構之特性的例示性方法1500之程序流程圖。方法1500之一些功能可由控制器(例如，EBI裝置1200之控制器1250，如圖12中所展示)執行。控制器可經程式化以執行方法1500之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動電子源或進行其他功能。
在步驟1510中，可啟動電子源以產生初級電子束(例如，圖2之初級電子束204)。電子源可由控制器啟動。舉例而言，可控制電子源以發射初級電子，從而沿著主光軸形成電子束。可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集以供控制器之處理器經由控制電路系統對電子源供電來在遠端啟動電子源。可導引初級電子束穿過電子束工具(例如，圖12之電子束工具1240)以入射於樣本(例如，圖3之樣本315)之表面上，從而形成探測光點。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子等。
EBI裝置(例如，圖12之電子束檢測裝置1200)可提供用以支援多個操作模式之機制。舉例而言，電子束工具可經組態以在藉由用帶電粒子(例如，電子)泛射樣本之表面來突出電壓對比缺陷的泛射模式中操作，且在使用高解析度成像方法來分析在泛射模式期間突出之缺陷的檢測模式中操作。電子束工具可經組態以在操作模式之間切換。舉例而言，電壓對比缺陷偵測及分析之完全掃描可包括對樣本之表面泛射預定持續時間，隨後對由泛射識別之任何缺陷進行高解析度檢測。
在步驟1520中，電子偵測器(例如，圖3之帶電粒子偵測器306A及306B)可經組態以偵測包含自樣本產生之次級電子的信號電子。電子偵測器可包含一或多個偵測器。可基於由電子偵測器偵測到之信號而形成影像。EBI裝置可包含影像處理系統(例如，圖12之影像處理系統1260)，該影像處理系統包含影像獲取機構(例如，圖12之影像獲取機構1270)、影像處理器(例如，圖12之影像處理器1280)及儲存機構(例如，圖12之儲存機構1290)。該影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，該影像獲取器可包含電腦、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器件及其類似者，或其組合。該影像獲取器可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電等或其組合之媒體通信耦接至信號電子偵測器。該影像獲取器可自信號電子偵測器接收信號，且可建構影像。該影像獲取器可因此獲取樣本之區的影像。該影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如影像濾波、判定灰度位準、產生輪廓、將指示符疊加於所獲取影像上，及其類似者。該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。在一些實施例中，儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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，且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。
在步驟1530中，可使用最佳化之影像獲取條件獲取諸如結構、半導體節點或電節點之所關注區的多個影像。可在連續影像之間具有時間延遲的情況下依序擷取多個影像。舉例而言，若在時間t1獲取第一影像且在時間t2獲取第二影像，則時間延遲或時間間隔為(t2−t1)秒。在一些實施例中，可在1毫秒(ms)至1奈秒(ns)之範圍內調整時間延遲。
在一些實施例中，該影像獲取器可經組態以依序擷取8個影像(例如，圖13之影像1320_1至1320_8)，且可經進一步組態以引起連續影像之獲取之間的時間延遲。可基於結構之充電或放電速率等而調整連續影像之間的時間延遲。在一些實施例中，連續影像之間的時間延遲可為均一的。舉例而言，第一影像1320_1與第二影像1320_2之間的時間延遲可為2 ns，且第二影像1320_2與第三影像1320_3之間的時間延遲可為2 ns。在一些實施例中，連續影像之間的時間延遲可為非均一的。舉例而言，第一影像1320_1與第二影像1320_2之間的時間延遲可為2 ns，且第二影像1320_2與第三影像1320_3之間的時間延遲可為4 ns。
在步驟1540中，可基於節點之複數個影像的灰階變化速率而判定與節點相關聯之結構的特性。灰階變化或灰階變化速率(梯度)可用以判定諸如電節點之電阻或電容的電特性或諸如臨界尺寸、疊對等之物理特性。判定結構或半導體節點之電或物理特性可包括但不限於：調整影像獲取條件；獲取所關注區之複數個影像；基於表示結構之像素的灰階而自所獲取影像識別結構；基於自代表性像素之灰階的識別而定位影像中之所有結構；判定複數個影像中之結構的灰階變化；判定複數個影像中之每一影像中的複數個結構之灰階變化；判定關於影像圖框編號或時間之灰階變化速率；判定初始及最終灰階值；基於所判定之灰階變化梯度使用模型來預測結構之電特性；及基於所預測之電特性而預測樣本之物理特性。
可提供一種儲存指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令用於控制器(例如，圖1之控制器50)之處理器以進行影像檢測；影像獲取；用以判定多個影像之間的灰階及灰步階度的影像處理；啟動帶電粒子源；啟動光源；將信號施加至帶電粒子偵測器；調整由控制器施加之激發及偵測信號；載物台運動控制；射束分離器激發；將掃描偏轉電壓施加至射束偏轉器；接收及處理與來自電子偵測器之信號資訊相關聯的資料；組態靜電元件；偵測信號電子；調整控制電極電位；調整施加至電子源、提取器電極及樣本之電壓；等等。控制器亦可執行功能，包括將信號施加至諸如雷射之光學粒子源；掃掠雷射功率密度；判定特徵之影像的灰階；將信號施加至帶電粒子偵測器；儲存施加至粒子源及偵測器之信號的時間資訊；將信號施加至電子源以產生脈衝電子束；調整泵浦信號與探測信號之間的時間延遲；儲存由光學偵測器接收到之信號的時間資訊；等等。非暫時性媒體之常見形式包括例如軟碟、可撓性磁碟、硬碟、固態磁碟機、磁帶或任何其他磁性資料儲存媒體、緊密光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、任何其他光學資料儲存媒體、具有孔圖案之任何實體媒體、隨機存取記憶體(RAM)、可程式化唯讀記憶體(PROM)及可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他快閃記憶體、非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)、快取記憶體、暫存器、任何其他記憶體晶片或卡匣，及其網路化版本。
現參看圖16A，其說明符合本公開之實施例的N型金屬氧化物半導體(NMOS)器件1612及P型金屬氧化物半導體(PMOS)器件1614中的例示性金屬接點。在電子束檢測後，包括p+/n井接面之PMOS器件1614可經正向偏壓，以允許電子自p型摻雜半導體區流動至金屬接點1620中。包括n+/p井接面之NMOS器件1612可經反向偏壓，以阻止電子自n型摻雜半導體區流動至金屬接點1620中。NMOS器件1612及PMOS器件1614之掃描電子顯微鏡影像1616及1618分別說明金屬接點1620之影像中的電壓對比度比較。舉例而言，在PMOS器件1614中，與經摻雜半導體區完全接觸之金屬接點1620顯得比具有諸如但不限於介電層之缺陷1622的高電阻金屬接點更亮，該缺陷與半導體界接。「開路」金屬接點顯得最暗，此係因為完全阻止電子進入金屬接點會導致正電荷之累積，藉此減少可偵測到之次級電子信號。
作為實例，在圖16B中所說明之NMOS器件1612中，缺陷1622可阻礙或大體上阻止電荷在金屬接點1620與經摻雜半導體區之間流動。應瞭解，在諸如NMOS器件1612之經反向偏壓NMOS器件中，具有或不具有缺陷之金屬接點1620的SEM影像中之電壓對比度不高。如早先所提及，克服此問題之若干方式中之一者可包括產生諸如但不限於電子-電洞對之大量電荷載流子，以中和在電子束檢測期間產生之電荷。可例如藉由用具有高於半導體之能隙之光子能的光照明半導體樣本來產生電子-電洞對。如圖16B中所展示，可藉由用具有高於半導體之能隙之光子能的雷射源照明n+/p井接面來產生光電流1640。應瞭解，亦可使用其他光源及使用替代光源之其他方法產生電子-電洞對。
儘管諸如但不限於雷射之光源可用以在電子束檢測期間改善NMOS器件1612中之正常接點(例如，圖16A之金屬接點1620)與有缺陷接點(例如，圖16B之具有缺陷1622的金屬接點1620)之間的對比度差異，但區分正常接點與洩漏接點可具有挑戰性，此係因為其兩者均顯得較亮，對比度差異較小。另外，區分具有在100 MΩ至1000 MΩ之範圍內之電阻的高電阻接點與開路接點可具有挑戰性，此係因為該等接點可均顯得較暗，其中對應SEM影像中之對比度差異較小。應瞭解，儘管圖16A及圖16B說明在電子束著陸能量使得對金屬接點1620進行正充電時阻止電流流動之經反向偏壓NMOS器件1612，但可藉由調整電子束著陸能量使得金屬接點可帶負電來在PMOS器件1614中偵測諸如洩漏之電缺陷。
現參看圖17，其說明符合本公開之實施例的表示依據雷射功率密度而繪製的金屬接點之灰階值的數值資料的資料曲線圖1700。如先前所描述，在8位元灰度影像中，可存在256個離散的灰度位準且每一像素可經指派介於「0」與「255」之間的灰度值，其中灰階0指示黑色像素且灰階255指示白色像素。如本文中所使用，雷射功率密度係指穿過橫截面積(cm 2或m 2)之輻照度或總功率(以瓦特W或千瓦kW為單位)之比率。在圖17中繪製之灰階值表示半導體器件中對應於雷射功率密度範圍之金屬接點的表面電位之單調函數。在SEM射束電流為20奈安(nA)、晶圓偏轉器上無偏壓、次級電子產率為1.2且反向散射電子產率為0.3之著陸能量的情況下獲得在資料曲線圖1700中所說明之數值資料。應瞭解，此等參數及條件為例示性的且可基於包括但不限於以下各者之數個因素而變化：器件類型、材料、設備狀態、設備類型、SEM之操作模式、檢測參數、缺陷以及其他參數。
如圖17中所展示，資料集1710表示依據以kW/m 2表示之雷射功率密度而變化的例示性缺陷 (例如，開路)之灰階值(例如，在0至255之刻度上)的改變。如本文中所使用，「開路」係指可導致電路中之電荷流動中斷的電缺陷，常常導致器件失效。開路提供之電荷流動電阻可能極大，通常以GΩ (109 Ω)或更大為單位，且具有開路之器件的飽和電流可極小，通常以微微安(1 pA=10 -12A)為單位。
資料集1720表示依據以kW/m 2表示之雷射功率密度而變化的具有電阻為高(通常為100 MΩ或大於100 MΩ)之缺陷的接點之灰階值的改變，資料集1730表示依據雷射功率密度而變化的實質上不含缺陷之正常接點的灰階值之改變，且資料集1740表示依據雷射功率密度而變化的洩漏接點之灰階值的改變。如本文中所使用且在電路之內容背景下，「洩漏」接點係指具有用於電荷之不良洩漏途徑的接點。在大體上類似的電壓梯度下，流經洩漏接點之電荷的量可能比正常的無缺陷接點大幾個數量級。
在用於電路之電測試的當前現有的雷射輔助式電壓對比SEM (VC-SEM)技術中，緩解相關聯於正常接點與有缺陷接點之間的不良對比相關聯之挑戰的若干方式中之一者可包括用通常為100 kW/m 2之較高雷射功率密度照明樣本。儘管適用於有限應用中，但使用高雷射功率密度可能不足以將洩漏缺陷與正常接點隔離或將極高電阻缺陷與開路接點隔離，且甚至會產生誤導。此可能係因為在高雷射功率密度(例如，75 kW/m 2或高於75 kW/m 2)下，洩漏接點之灰階值可類似於或大體上類似於正常接點。舉例而言，如圖17中所說明，在90 kW/m 2或高於90 kW/m 2之雷射功率密度下不可區分分別表示正常接點及洩漏接點之資料集1730與資料集1740。換言之，在高雷射功率密度下，洩漏接點及正常接點可顯得具有類似亮度(例如，250或高於250之灰階值)而無可解析的對比度差異，因此使技術不足。作為另一實例，在高雷射功率密度(例如，90 kW/m 2或大於90 kW/m 2)下，由於高電阻接點之電阻接近開路接點之電阻(通常以GΩ為單位)，因此灰階值減小為較接近由開路接點展現之灰階值。因此，可能需要雷射輔助式VC-SEM缺陷偵測技術來解析及識別半導體器件中之電缺陷。
在一些實施例中，帶電粒子束裝置(例如，圖3之帶電粒子束裝置300)可包含經組態以產生光束(例如，圖3之光束322)之光源(例如，圖3之光源320)。所產生之光束可為連續光束，或包含一或多個激發脈衝(例如，圖3之激發脈衝321)之脈衝光束。如先前參看圖3所描述，光源可包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。在一些實施例中，所產生之光束可為具有特性光子波長(nm)、光子頻率(Hz)、功率(W)、功率密度(kW/m 2之W/cm 2)、能量密度(J/cm 2)等。在一些實施例中，光源可為獨立可控制的獨立光源。舉例而言，光源可能並非裝置300之一部分且可獨立地操作以產生光束。
在一些實施例中，在初級帶電粒子與樣本之區相互作用時產生的次級帶電粒子之偵測可基於樣本之區的表面電位。如本文中所使用，樣本之區可指電路、電路組件、晶粒之一部分、晶粒、切割道、器件、接觸襯墊或製造或安置於樣本上之任何特徵。區之表面電位可基於區中之中和電荷的可用性、缺陷之存在、接點之品質、器件處理條件等以及其他因素。舉例而言，在用來自SEM之電子源的電子輻照經反向偏壓NMOS器件(例如，圖16A之NMOS器件1612)中包含p-n接面之樣本的表面時，可阻礙電子流經p-n接面，藉此導致正電荷累積。正電荷之累積可減小表面電位且可限制次級電子自表面逸出。此可導致由次級電子偵測器偵測到之信號不良，且因此導致偵測到之信號中的不良對比度。為了克服此挑戰，諸如雷射之光源可用以照明或泛射樣本之區，使得可在區中產生諸如電子-電洞對之大量電荷載流子。所產生之帶電載流子可中和區中之所累積電荷，藉此增加表面電位且因此增強影像中之對比度。
在一些實施例中，可調整光束(例如，圖3之光束322)之特性以引起所產生之次級帶電粒子的特性之變化。光束之特性可包括但不限於能量密度、功率密度、頻率、波長、總功率或總能量。在一些實施例中，調整光束之特性可包括在適當時以0至400 kW/m 2或0至300 kW/m 2或0至250 kW/m 2或0至200 kW/m 2或0至150 kW/m 2或0至100 kW/m 2或0至75 kW/m 2或0至50 kW/m 2或0至40 kW/m 2或其他合適範圍之雷射功率密度進行掃掠。在較佳實施例中，可以0至100 kW/m 2之雷射功率密度進行掃掠，包括0 kW/m 2作為掃掠掃描之下限且包括100 kW/m 2作為掃掠掃描之上限。
在一些實施例中，調整光束之特性可包括遞增地調整雷射功率密度。雷射功率密度之遞增調整可包括以規則間隔步階函數、不規則間隔步階函數、連續函數以及以雷射功率密度掃掠之其他函數分佈來增加入射光束之功率密度。在一些實施例中，可在一個方向上以雷射功率密度遞增地掃掠。舉例而言，在步階函數中，雷射功率密度可高於所施加雷射功率密度之任何先前值。在一些實施例中，所產生之次級帶電粒子的特性可包括但不限於次級帶電粒子之軌跡、能量、強度或數目。樣本之表面上存在累積電荷可影響次級帶電粒子之一或多個特性，藉此影響由偵測器偵測到之信號帶電粒子。
作為實例，圖17說明在以0 kW/m 2至＞200 kW/m 2之光束功率密度進行掃掠時半導體器件之金屬接點襯墊的SEM影像之灰階值之改變的資料曲線圖。如所展示，樣本上之半導體器件的特徵(例如，圖16A之金屬接點襯墊1620)之所判定灰階值在雷射功率密度之範圍1750 (由陰影帶表示，僅用於視覺輔助)內為可區分且可解析的。舉例而言，在雷射功率密度之範圍1750內，由資料集1710表示之具有以GΩ為單位之極高電阻的開路接點在灰階值低於150之情況下可顯得較暗。在灰階值介於200至205之間的情況下，由資料集1720表示之具有以MΩ為單位之電阻的高電阻接點相比開路接點可顯得更亮。另外，在灰階值介於210至230之間的情況下，由資料集1730表示之具有以Ω為單位之電阻的實質上不含缺陷之正常接點相比高電阻接點(由資料集1720表示)可顯得更亮，且在最高灰階值255之情況下，由資料集1740表示之具有洩漏缺陷的洩漏接點可顯得最亮。因此，可基於包含缺陷且藉由帶電粒子束裝置在電壓對比模式中檢驗的特徵之所判定灰階值而識別及偵測電缺陷。
現參看圖18，其說明表示符合本公開之實施例的識別樣本中之缺陷的例示性方法1800之程序流程圖。方法1800之一些功能可由控制器(例如，EBI裝置1200之控制器1250，如圖12中所展示)執行。控制器可經程式化以執行方法1800之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動電子源，或啟動光源以產生光束，或進行其他功能。
在步驟1810中，可啟動電子源以產生初級電子束(例如，圖2之初級電子束204)。電子源可由控制器啟動。舉例而言，可控制電子源以發射初級電子，從而沿著主光軸形成電子束。可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集以供控制器之處理器經由控制電路系統對電子源供電來在遠端啟動電子源。可導引初級電子束穿過電子束工具(例如，圖12之電子束工具1240)以入射於樣本(例如，圖3之樣本315)之表面上，從而形成探測光點。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子以及其他帶電粒子。
EBI裝置(例如，圖12之電子束檢測裝置1200)可提供用以支援多個操作模式之機制。舉例而言，電子束工具可經組態以在藉由用電子或光子泛射樣本之表面來突出電壓對比缺陷的泛射模式中操作，且在使用高解析度成像方法來分析在泛射模式期間突出之缺陷的檢測模式中操作。電子束工具可經組態以在操作模式之間切換。舉例而言，電壓對比缺陷偵測及分析之完全掃描可包括對樣本之表面泛射預定持續時間，隨後對由泛射識別之任何缺陷進行高解析度檢測。
在步驟1820中，可啟動光源(例如，圖3之光源320)以產生光束(例如，圖3之光束322)。光源可經組態以產生包含複數個激發脈衝(例如，圖3之激發脈衝321)之光束。在一些實施例中，該光束可為包含複數個激發脈衝之脈衝光束或連續光束。激發脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率之脈衝波形表示。該光源可包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。在一些實施例中，光源可包含飛秒雷射源，該飛秒雷射源經組態以產生具有小於1皮秒(＜10 -12秒)之脈衝寬度的超短光學脈衝。飛秒(fs)雷射可產生具有在1至1000 fs (1 fs=10 -15秒)之範圍內的脈衝寬度或脈衝持續時間的亞皮秒光學脈衝。在一些實施例中，所產生之激發脈衝可具有＜500 fs，較佳＜400 fs的脈衝持續時間。
光束可照明樣本之第二區，該第二區不同於樣本之第一區。在一些實施例中，由光束照明之樣本的第二區可包括由初級電子束輻照之樣本的第一區之一部分或第一區之全部。在一些實施例中，樣本之第一區可包括樣本之一部分，其包含半導體器件；半導體器件之特徵；包含諸如電晶體、二極體、電容器、電阻器等之多個半導體器件的電路系統。在一些實施例中，樣本之第二區可包括鄰近第一區、圍繞第一區、與第一區部分重疊或與第一區相距一定距離的樣本之一部分。
由光源產生之光束可經組態以基於光束之特性而產生電荷載流子，諸如樣本之第二區中的電子-電洞對。舉例而言，若光束之功率密度為高的，則相較於具有較低功率密度之光束，可產生較大數目個電子-電洞對。
在步驟1830中，電子偵測器(例如，圖3之帶電粒子偵測器306A及306B)可經組態以偵測包含自樣本產生之次級電子的信號電子。電子偵測器可包含一或多個偵測器。可基於由電子偵測器偵測到之信號而形成影像。EBI裝置可包含影像處理系統(例如，圖12之影像處理系統1260)，該影像處理系統包含影像獲取機構(例如，圖12之影像獲取機構1270)、影像處理器(例如，圖12之影像處理器1280)及儲存機構(例如，圖12之儲存機構1290)。該影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，該影像獲取器可包含電腦、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器件及其類似者，或其組合。該影像獲取器可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電等或其組合之媒體通信耦接至信號電子偵測器。該影像獲取器可自信號電子偵測器接收信號，且可建構影像。該影像獲取器可因此獲取樣本之區的影像。該影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如影像濾波、判定灰階值、產生輪廓、將指示符疊加於所獲取影像上，及其類似者。該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。在一些實施例中，儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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，且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。
調整光束之功率密度可導致自樣本之第一區產生的次級帶電粒子之特性的變化，包括其軌跡、能量或強度之改變。
在步驟1840中，可使用影像獲取系統獲取諸如結構、半導體器件之特徵、半導體器件、電路或電路組件之所關注區之多個影像。可在連續影像之間具有或不具有時間延遲的情況下依序擷取多個影像。舉例而言，若在時間t1獲取第一影像且在時間t2獲取第二影像，則時間延遲或時間間隔為(t2−t1)秒。在一些實施例中，可在1毫秒(ms)至1奈秒(ns)之範圍內調整時間延遲。
在步驟1850中，可基於樣本之第一區的複數個影像或第一區中之特徵的複數個影像之灰階變化而判定結構之特性。灰階值及其變化可用以判定諸如電阻或電容之電特性或判定及識別樣本中之缺陷。該缺陷可為導致電特性改變之實體缺陷，或電缺陷。
現參看圖19，其為符合本公開之實施例的用於使用電壓對比(VC)技術進行缺陷偵測的例示性裝置1900之示意性說明。裝置1900可包括經組態以產生粒子束1912之粒子源1910、與測試結構1930相關聯之電源1920、帶電粒子束裝置1940及控制器1950。儘管未說明，但在適當時，裝置1900可包括更少或更多組件。
在一些實施例中，粒子源1910可包含光源、帶電粒子源或不帶電粒子源。在一些實施例中，粒子源1910可為大體上類似於圖3之光源320且可執行大體上類似功能的光源(例如，雷射)。在一些實施例中，粒子源1910可為經組態以產生包含複數個脈衝之脈衝光束的光源，複數個脈衝中之每一脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率以及其他特性之脈衝波形表示。光束之光子可具有特性波長、特性頻率或特性能量。在一些實施例中，光源可為飛秒雷射源，該飛秒雷射源經組態以產生具有小於1皮秒之脈衝寬度的超短光學脈衝。應瞭解，光源亦可經組態以產生連續光束。
在一些實施例中，粒子源1910可包含大體上類似於圖2之電子源且可執行大體上類似功能的帶電粒子源(例如，電子源)。電子源可經組態以產生脈衝電子束或連續電子束。脈衝電子束可包含藉由用飛秒雷射脈衝照明光電陰極或藉由使用諸如微波諧振腔之快速消隱器以及孔徑截斷連續電子束而產生的複數個超短電子脈衝(~脈衝持續時間100飛秒)。在一些實施例中，粒子源1910可包含與帶電粒子束裝置1940之初級電子源分離的電子源。
裝置1900可包括與測試結構1930相關聯且經組態以自粒子源1910接收能量之電源1920。在一些實施例中，電源1920可包含電容器，在自粒子源1910接收能量後，該電容器可儲存電荷且視需要將電力提供至測試結構1930。
在一些實施例中，測試結構1930可包含環形振盪器或封閉迴路環形振盪器，該環形振盪器具有串聯連接以形成具有正反饋之封閉迴路的複數個反相器1932。測試結構1930可包含奇數個反相器1932，且最後反相器之輸出可被反饋至第一反相器中以形成封閉迴路。應瞭解，環形振盪器電路為例示性測試結構，且亦可使用其他電測試結構。如圖19中所說明，測試結構1930包括以輸入至輸出之方式連接的複數個反相器1932。舉例而言，反相器1932包含連接至正電力Vdd線1936之P型金屬氧化物半導體場效電晶體(PMOSFET)及連接至接地Vss線1938之N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOSFET)。PMOSFET及NMOSFET以閘極至閘極及汲極至汲極之方式彼此連接。汲極至汲極連接為反相器之輸出端，且閘極至閘極連接為反相器之輸入端。應瞭解，儘管測試結構1930包含經組態以基於振盪頻率而偵測缺陷的環形振盪器，但其他測試結構可包含用以量測例如使用電容器之記憶體器件之放電時間、金屬互連件之延遲、用以偵測電缺陷之瞬態電壓對比等的其他電路系統或電器件。
在一些實施例中，可經由電源1920之電容器將電力供應至Vdd線1936。電容器輸出端可連接至測試結構1930之反相器1932的輸入端。在一些實施例中，可將電力直接自粒子源1910 (例如，雷射源或電子源)供應至Vdd線1936，以激發電子且啟動環形振盪器。圖19說明無故障之環形振盪器，因此當將高壓信號(1)施加至第一反相器之閘極時，第一反相器輸出低壓信號(0)。電路中之下一反相器輸出高壓信號(1)，且每一後續反相器輸出交替的電壓信號位準(例如，0、1、0、1……)。封閉迴路環形振盪器包含奇數個反相器，使得在兩個連續循環中，至第一反相器之輸入信號不同。舉例而言，在3-反相器環形振盪器中，若至第一反相器之輸入信號在第一循環中為高壓信號(1)，則第三反相器之輸出為低壓信號(0)，該信號作為輸入信號被反饋至第一反相器中。因此，第三反相器之輸出在每個循環中改變，從而導致振盪。振盪發生之頻率可判定環形振盪器或與晶粒中之電路系統相關聯的測試結構之總效能。
在一些實施例中，若環形振盪器中之反相器中之一者有故障，則輸出電壓信號可能不會自0改變至1 (或在替代狀況下，自1改變至0)。舉例而言，若3-反相器環形振盪器中之第二反相器有故障且若低壓信號(0)係直接自粒子源1910或經由電源1920之電容器被施加至第一反相器，則第一反相器可輸出高壓信號(1)且第二反相器亦可輸出高壓信號(1)。由於第一反相器及第二反相器之輸出相同，因此故障可藉由偵測在影像中緊鄰之兩個亮點來容易地偵測及隔離，該影像係由諸如在電壓對比模式中操作之SEM的帶電粒子束裝置產生。
裝置1900可進一步包括經組態以可在電壓對比設定下操作之帶電粒子束裝置1940。在一些實施例中，帶電粒子束裝置1940可包含大體上類似於圖2之電子束工具40且可執行大體上類似功能的電子束檢測工具。帶電粒子束裝置1940可經組態以產生連續電子束，以探測包含測試結構1930之樣本(例如，圖2之樣本250)的區或用於缺陷偵測之所關注區。在一些實施例中，儘管未在圖19中說，但帶電粒子束裝置1940可經組態以產生脈衝電子束。
在一些實施例中，帶電粒子束裝置1940之帶電粒子偵測器可包含大體上類似於圖2之電子偵測器244或圖3之電子偵測器306A且可執行大體上類似功能的次級電子偵測器。在一些實施例中，帶電粒子束裝置1940之次級電子偵測器可具有1 GHz或小於1 GHz，或900 MHz或小於900 MHz，或800 MHz或小於800 MHz的讀出頻率。在一些實施例中，次級電子偵測器之讀出頻率可大體上等於或高於測試結構1930 (例如，環形振盪器)之振盪頻率。在800 MHz (8×108個圖框/秒)之讀出頻率下，次級電子影像之像素停留時間為1.25奈秒(ns)，且因此可擷取多個圖框以增強信雜比。
裝置1940可進一步包括經組態以至少與粒子源1910及帶電粒子束裝置1940之次級電子偵測器通信的控制器1950。在一些實施例中，控制器1950可為帶電粒子束裝置1940之整體部分。在一些實施例中，控制器1950可大體上類似於圖2之控制器50，且除了執行與粒子源1910及帶電粒子束裝置1940之次級電子偵測器的通信以外，亦可執行大體上類似的功能。
用以量測半導體晶圓上之晶粒之電效能特性的當前現有技術可能不準確，此部分地係因為其可能未經設計以測試晶粒之代表性部分。舉例而言，切割道中之測試結構位於遠離晶粒上之器件結構處。晶圓製造中之若干挑戰中之一者為整個晶圓之程序條件的非均一性，此可導致不一致的器件特性。因此，器件之效能特性可基於晶圓上之器件的位置或晶粒內之器件的位置而變化。另外，在現有技術中，測試亦可能極不頻繁地執行，或測試可在生產即將結束時執行，或與器件襯墊實體地接觸之探測襯墊可損壞接觸襯墊之表面，以及其他問題。因此，可能需要使用無接觸探測基於晶粒內之測試結構而量測電器件特性且更頻繁地執行此等測試，同時維持良率及總產出量。除了其他以外，所提議之方法及系統亦可使得能夠在第一金屬化步驟之前對電測試結構進行無接觸探測，以在製造程序的早期判定器件特性。
如圖19中所說明，例示性晶粒內測試結構可包含環形振盪器，該環形振盪器具有與以輸出至輸入之方式串聯連接的奇數個反相器。可使用由粒子源1910產生之脈衝粒子束1912驅動或啟動環形振盪器。脈衝粒子束1912可包含脈衝光束(例如，圖3之光束322)或脈衝電子束。在一些實施例中，脈衝光束可為包含輻照樣本之區之複數個脈衝的脈衝雷射光束。
在一些實施例中，入射於樣本或製造於樣本上之環形振盪器上的脈衝光束可產生光電子，且藉此產生用於電啟動環形振盪器使得其以振盪頻率振盪之驅動電壓。帶電粒子束裝置1940之帶電粒子源(例如，電子源)可經組態以產生具有低探測電流之連續初級電子束。初級電子束可入射於包含測試結構1930之樣本之區上以自其產生次級電子。諸如但不限於次級電子之數目、次級電子之軌跡、方向或能量的所產生次級電子之一或多個特性可基於振盪閘極電壓而變化。初級電子束之探測電流可為低的，使得環形振盪器之反相器中的電晶體之閘極電壓大體上不受影響。
控制器1950可經組態以將信號施加至粒子源1910，以使粒子源1910產生具有脈衝頻率、脈衝持續時間、脈衝寬度及脈衝強度之脈衝束。在一些實施例中，控制器1950可經進一步組態以調整粒子束之脈衝的時序且調整粒子束之連續脈衝之間的延遲。控制器1950可經進一步組態以儲存與施加至粒子源1910之信號、脈衝之時序及粒子束之脈衝之間的延遲相關聯的資訊。在一些實施例中，控制器1950可經組態以儲存與施加至粒子源1910之信號及環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。
在一些實施例中，控制器1950可經組態以將信號施加至帶電粒子束裝置1940之帶電粒子偵測器，以使帶電粒子偵測器偵測由初級電子束與樣本相互作用產生之次級電子。施加至帶電粒子偵測器之信號可基於與施加至粒子源1910之信號及環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。
如先前所描述，因為短的像素停留時間，可擷取及平均化多個圖框以增強VC-SEM影像之信雜比。在一些實施例中，控制器1950可將信號施加至帶電粒子偵測器，使得帶電粒子偵測器之操作與粒子束之脈衝之時序同步。舉例而言，在測試無故障環形振盪器之第一循環(C1)中，若在時間(t1)將輸入電壓信號(V1)施加至第一反相器(I1)之閘極，則在時間(t3)施加至第三反相器(I3)之輸入信號(V3)可類似於輸入電壓信號(V1)，在時間(t5)施加至第五反相器之輸入信號(V5)可類似於輸入電壓信號(V1)，等等。在包含奇數個反相器之環形振盪器中，用於反相器I(2n+1)之輸入電壓可類似(皆為高或皆為低)，且用於反相器I2n之輸入電壓可為類似且交替的電壓位準(皆為低或皆為高)。為了避免平均化與來自多個反相器之高及低輸入或輸出信號相關聯的灰階值，可能需要基於I(2n+1)及I(2n)反相器之時間資訊而判定該等反相器之灰階值。時間資訊可至少包含與時序、持續時間、脈衝之間的延遲等相關聯的資訊。
在一些實施例中，控制器1950可經組態以基於與施加至粒子源1910之信號相關聯的時間資訊而調整施加至次級電子偵測器之信號，使得偵測器可與環形振盪器之振盪頻率同步地觸發。在一些實施例中，調整施加至帶電粒子束裝置1940之次級電子偵測器的信號可包含調整次級電子偵測器對次級電子之偵測時序或偵測起始，以與粒子束1912之脈衝時序或環形振盪器之振盪或其兩者同步。
在一些實施例中，控制器1950可經進一步組態以使帶電粒子束裝置1940基於與測試結構1930 (例如，封閉迴路環形振盪器)之振盪相關聯的時間資訊而獲取樣本之區的複數個影像，且判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。帶電粒子束裝置1940之影像獲取系統可經組態以擷取測試結構或測試結構之組件(諸如，電晶體之接觸襯墊)的影像。在一些實施例中，次級電子偵測器之讀出頻率可判定圖框之數目以達成用於缺陷識別之所要信雜比(SNR)。舉例而言，若次級電子偵測器之讀出頻率為500 MHz，則像素停留時間可為2 ns，相較於具有較高讀出頻率與較少停留時間之次級電子偵測器，累積高SNR之圖框之數目可能更少。然而，在一些應用中，可能需要具有較高讀出頻率之次級電子偵測器以量測複雜半導體器件之高頻振盪及高電路速度。
現參看圖20，其為符合本公開之實施例的用於使用電壓對比(VC)技術進行缺陷偵測的例示性裝置2000之示意性說明。裝置2000可包括經組態以產生粒子束2012之粒子源2010、與測試結構2030相關聯之電源2020、經組態以產生初級帶電粒子束2042之帶電粒子束裝置2040，及控制器2050。
在一些實施例中，測試結構(例如，測試結構2030)之振盪頻率可高於次級電子偵測器之讀出頻率。在此情境下，次級電子偵測器之讀出頻率或最大操作頻率可限制自樣本產生之次級電子的可偵測性。克服此問題之若干方式中之一者可包括使用VC-SEM之泵浦探測技術。泵浦探測技術可包括使用諸如脈衝雷射光束之脈衝粒子束經由電源2020或直接地將能量「泵浦」至測試結構2030中，因此啟動測試結構(例如，封閉迴路環形振盪器)且使用脈衝初級帶電粒子束2042「探測」結構，使得脈衝帶電粒子束2042 (例如，脈衝電子束)之脈衝的脈衝寬度短於次級電子偵測器之最大操作頻率。
在一些實施例中，泵浦探測技術可進一步包括使用脈衝電子束以時間間隔t1以及脈衝雷射光束之時序與脈衝電子束之時序之間的時間延遲td1來擷取環形振盪器之電壓狀態。在一些實施例中，擷取環形振盪器之電壓狀態可包括獲取正被檢測之樣本區中的環形振盪器之反相器的一或多個影像及基於所擷取影像之灰階而判定環形振盪器之電壓狀態。在無故障環形振盪器中，因為反相器之電壓狀態經設計以在連續循環中在高位準與低位準之間振盪，所以與脈衝雷射光束相關聯之時間資訊可用以判定脈衝電子束之脈衝的時序。舉例而言，在第一循環C1中，可在時間t1將高輸入電壓信號(1)施加至第一反相器，且在第二循環C2中，可在時間t2將交替的低輸入電壓信號(0)施加至第一反相器，其中在t1與t2之間具有時間延遲td1 (td1 = t2-t1)，且在第三循環C3中，可在時間t3再次將高輸入電壓信號(1)施加至第一反相器。在一些實施例中，控制器2050可經組態以調整至帶電粒子源之信號，使得當反相器處於相同電壓狀態時，脈衝電子束之時序與時序t1及t3同步。在可藉由擷取多個影像獲得適當信號以識別反相器之電壓狀態之後，可調整脈衝雷射光束與脈衝電子束之間的時間延遲以擷取鄰近或下一反相器之電壓狀態。基於與脈衝雷射光束及脈衝電子束相關聯之時間資訊的此同步性可使得能夠量測高於次級電子偵測器之最大操作頻率的振盪頻率。
在一些實施例中，泵浦探測技術可進一步使得能夠使用「慢速」偵測器(最大操作頻率為~800 MHz)以量測測試結構(例如，測試結構2030)之高振盪頻率。此情形可實現，此係因為可基於與用以啟動測試結構之脈衝光束相關聯的時間資訊而調整探測光束，通常為SEM中之電子束，同時次級電子偵測器維持於啟動(準備好偵測)或偵測狀態以在檢測期間對次級電子信號進行連續積分。
在一些實施例中，為了量測極快振盪頻率及高電路速度，泵浦探測技術可包括脈衝泵浦束及連續探測光束，如圖21中所說明，該圖為符合本公開之實施例的用於使用電壓對比(VC)技術進行缺陷偵測的例示性裝置2000之示意性說明。裝置2100可包括經組態以產生粒子束2112之粒子源2110、與測試結構2130相關聯之電源2120、包含偏轉器2145之帶電粒子束裝置2140，及控制器2150。脈衝泵浦束可包括脈衝光束(例如，脈衝雷射光束)或脈衝電子束，且連續探測光束可包含連續初級電子束(例如，SEM之初級電子束)。
在一些實施例中，帶電粒子束裝置2140可包括偏轉器2145，該偏轉器經組態以在由次級電子偵測器偵測之前修改次級電子之特性，該等次級電子係藉由連續初級電子束與包含測試結構2130之一部分的樣本之區相互作用而產生。在一些實施例中，修改特性可包括產生次級電子束之複數個脈衝。在一些實施例中，控制器2150可經組態以使偏轉器2145與脈衝光束(例如，脈衝粒子束2112)同步。偏轉器2145可經進一步組態以使入射次級電子束在孔徑2147上方條紋化，使得產生次級電子之多個脈衝。在一些實施例中，偏轉器2145可包含具有3 GHz之諧振頻率的微波諧振腔。應瞭解，在適當時，亦可使用其他偏轉器結構。
在一些實施例中，次級電子偵測器可經組態以偵測次級電子之多個脈衝中之一或多者。在一些實施例中，基於與測試結構2150 (例如，封閉迴路環形振盪器)之脈衝光束或振盪相關聯的時間資訊，控制器2150可調整偏轉器2145之偏轉時序及速度。在一些實施例中，次級電子偵測器可包含像素化偵測器。在一些實施例中，偵測解析度可基於孔徑2147與次級電子偵測器之間的距離、孔徑之大小等而變化。在一些實施例中，孔徑2147可包含大小不同之複數個孔徑。孔徑2147可安置於偏轉器2145與次級電子偵測器之間。在一些實施例中，偏轉器2145、孔徑2147及次級電子偵測器可沿著副光軸對準。
在一些實施例中，測試結構(例如，分別為圖19、圖20及圖21之測試結構1930、2030或2130)中之缺陷或測試結構之錯誤行為可藉由調整施加至測試結構之電壓信號來識別。舉例而言，調整施加至測試結構之電力線Vdd (例如，圖19之電力Vdd線1936)的電壓信號可造成電晶體切換速度之不平衡，從而導致環形振盪器電路失效。在一些實施例中，施加至測試結構之電壓信號可藉由例如調整經組態以對電源(例如，圖19之電源1920)之電容器(例如，圖19之電容器1922)進行充電的粒子源(例如，光源或電子源)來調整。在一些實施例中，施加至測試結構之可變電壓信號可結合圖19、圖20及圖21中所說明且參看該等圖所描述之頻率量測方案中之一或多者而使用，以基於測試結構之所量測頻率及次級電子影像中之相關聯灰階而識別缺陷。
現參看圖22，其說明表示符合本公開之實施例的識別樣本中之缺陷的例示性方法2200之程序流程圖。方法2200之一些功能可由控制器(例如，裝置1900之控制器1950，如圖19中所展示)執行。控制器可經程式化以執行方法2200之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動粒子源、帶電粒子偵測器或進行其他功能。
在步驟2210中，粒子源(例如，圖19之粒子源1910)可產生包含複數個脈衝之粒子束(例如，圖19之粒子束1912)，複數個脈衝中之每一脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率以及其他特性的脈衝波形表示。在一些實施例中，粒子源可為大體上類似於圖3之光源320且可執行大體上類似功能的光源(例如，雷射)。光束之光子可具有特性波長、特性頻率或特性能量。在一些實施例中，光源可為飛秒雷射源，該飛秒雷射源產生具有小於1皮秒之脈衝寬度的超短光學脈衝。脈衝粒子束可經組態以經由電源(例如，圖19之電源1920)將能量供應至測試結構(例如，圖19之測試結構1930)。電源可包含電容器，在自粒子源接收能量後，該電容器可儲存電荷且視需要將電力提供至測試結構。
在步驟2220中，可啟動諸如電子源之帶電粒子源以產生連續初級電子束(例如，圖2之初級電子束204)。舉例而言，可控制電子源以發射初級電子，從而沿著主光軸形成電子束。可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集以供控制器之處理器經由控制電路系統對電子源供電來在遠端啟動電子源。可導引初級電子束穿過電子束工具(例如，圖12之電子束工具1240)以入射於樣本(例如，圖3之樣本315)之表面上，從而形成探測光點。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子以及其他帶電粒子。初級電子束可入射於包含測試結構之樣本的區上。
在步驟2230中，電子偵測器(例如，圖3之帶電粒子偵測器306A及306B)可偵測包含自樣本產生之次級電子的信號電子。電子偵測器可包含一或多個偵測器。可基於由電子偵測器偵測到之信號而形成影像。EBI裝置可包含影像處理系統(例如，圖12之影像處理系統1260)，該影像處理系統包含影像獲取機構(例如，圖12之影像獲取機構1270)、影像處理器(例如，圖12之影像處理器1280)及儲存機構(例如，圖12之儲存機構1290)。該影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如影像濾波、判定灰階值、產生輪廓、將指示符疊加於所獲取影像上，及其類似者。該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。在一些實施例中，儲存器可為儲存媒體，諸如硬碟、隨身碟、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，且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像以及保存後處理影像。
在步驟2240中，具有電路系統之控制器(例如，圖19之控制器1950)可將信號施加至粒子源以產生脈衝束。該信號可包括與複數個脈衝之時序、脈衝寬度、脈衝之間的延遲及其他時間資訊相關聯的資訊。在一些實施例中，控制器可調整粒子束之脈衝的時序且調整粒子束之連續脈衝之間的延遲，儲存與施加至粒子源之信號相關聯的資訊，諸如但不限於脈衝之時序及粒子束之脈衝之間的延遲。在一些實施例中，控制器可儲存與施加至粒子源之信號相關聯的時間資訊。
在步驟2250中，控制器可基於與施加至粒子源之信號相關聯的時間資訊而將信號施加至次級電子偵測器。因為在800 MHz下操作之次級電子偵測器中的短像素停留時間，可擷取及平均化多個圖框以增強VC-SEM影像之信雜比。為了避免平均化與來自多個反相器之高及低輸入或輸出信號相關聯的灰階值，可能需要基於環形振盪器中的奇數位置中之反相器I(2n+1) (其中n=0、1、2、3……)及偶數位置中之反相器I(2n) (其中n=0、1、2、3……)的時間資訊而判定該等反相器之灰階值。時間資訊可至少包含與時序、持續時間、脈衝之間的延遲等相關聯的資訊。在一些實施例中，控制器可將信號施加至帶電粒子偵測器，使得帶電粒子偵測器之操作與粒子束之脈衝的時序同步。在缺陷檢測之內容背景下，使用具有電壓對比設定之電子束，0可在影像中具有淺影，且1可在影像中具有暗影。基於灰階值之位置以及時間資訊，可隔離缺陷。在一些實施例中，亦可偵測弱缺陷或內埋缺陷。
現參看圖23，其說明表示符合本公開之實施例的識別樣本中之缺陷的例示性方法2300之程序流程圖。方法2300之一些功能可由控制器(例如，裝置2000之控制器2050，如圖20中所展示)執行。控制器可經程式化以執行方法2300之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動粒子源、帶電粒子偵測器或進行其他功能。
在步驟2310中，粒子源(例如，圖20之粒子源2010)可產生包含複數個脈衝之粒子束(例如，圖20之粒子束2012)，複數個脈衝中之每一脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率以及其他特性的脈衝波形表示。在一些實施例中，粒子源可為大體上類似於圖3之光源320且可執行大體上類似功能的光源(例如，雷射)。脈衝粒子束可經組態以經由電源(例如，圖20之電源2020)將能量供應至測試結構(例如，圖20之測試結構2030)。電源可包含電容器，在自粒子源接收能量後，該電容器可儲存電荷且視需要將電力提供至測試結構。
在步驟2320中，可啟動諸如電子源之帶電粒子源以產生脈衝初級電子束。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子以及其他帶電粒子。初級電子束可入射於包含測試結構之樣本的區上。所產生之電子束可為脈衝低探測電流電子束。
在步驟2330中，控制器(例如，圖20之控制器2050)可調整將信號施加至脈衝粒子束源及脈衝電子束源之時序，使得兩個信號之間存在時間延遲。若測試結構(例如，圖20之測試結構2030)之振盪頻率高於次級電子偵測器之讀出頻率，則可能需要用於缺陷偵測之泵浦探測技術。泵浦探測技術包括使用諸如脈衝雷射光束之脈衝粒子束經由電源(例如，圖20之電源2020)或直接地將能量「泵浦」至測試結構中，因此啟動測試結構(例如，封閉迴路環形振盪器)且使用脈衝初級電子束(例如，圖20之脈衝初級帶電粒子束2042)「探測」結構，使得脈衝電子束之脈衝的脈衝寬度短於次級電子偵測器之最大操作頻率。
現參看圖24，其說明表示符合本公開之實施例的識別樣本中之缺陷的例示性方法2400之程序流程圖。方法2400之一些功能可由控制器(例如，裝置2100之控制器2150，如圖21中所展示)執行。控制器可經程式化以執行方法2400之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動粒子源、帶電粒子偵測器或進行其他功能。
在步驟2410中，控制器可將信號施加至粒子源(例如，圖21之粒子源2110)以產生包含複數個脈衝之粒子束(例如，圖21之粒子束2112)，複數個脈衝中之每一脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率以及其他特性的脈衝波形表示。在一些實施例中，粒子源可為大體上類似於圖3之光源320且可執行大體上類似功能的光源(例如，雷射)。脈衝粒子束可經組態以經由電源(例如，圖21之電源2120)將能量供應至包括環形振盪器之測試結構(例如，圖21之測試結構2130)。電源可包含電容器，在自粒子源接收能量後，該電容器可儲存電荷且視需要將電力提供至測試結構。
在步驟2420中，控制器可將信號施加至諸如電子源之帶電粒子源以產生連續的低探測電流初級電子束。在與樣本相互作用時，初級電子束可產生複數個信號電子，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子以及其他帶電粒子。初級電子束可入射於包含測試結構之樣本的區上。所產生之電子束可為脈衝低探測電流電子束。
在步驟2430中，控制器可調整將信號施加至脈衝粒子束源及脈衝電子束源之時序，使得兩個信號之間存在時間延遲。若測試結構之振盪頻率高於次級電子偵測器之讀出頻率，則可能需要用於缺陷偵測之泵浦探測技術。泵浦探測技術可包括使用脈衝電子束以時間間隔t1以及脈衝雷射光束之時序與脈衝電子束之時序之間的時間延遲td1來擷取環形振盪器之電壓狀態。在一些實施例中，擷取環形振盪器之電壓狀態可包括獲取正被檢測之樣本區中的環形振盪器之反相器的一或多個影像及基於所擷取影像之灰階而判定環形振盪器之電壓狀態。在無故障環形振盪器中，因為反相器之電壓狀態經設計以在連續循環中在高位準與低位準之間振盪，所以與脈衝雷射光束相關聯之時間資訊可用以判定脈衝電子束之脈衝的時序。舉例而言，在第一循環C1中，可在時間t1將高輸入電壓信號(1)施加至第一反相器，且在第二循環C2中，可在時間t2將交替的低輸入電壓信號(0)施加至第一反相器，其中在t1與t2之間具有時間延遲td1 (td1 = t2-t1)，且在第三循環C3中，可在時間t3再次將高輸入電壓信號(1)施加至第一反相器。在一些實施例中，控制器2050可經組態以調整至帶電粒子源之信號，使得當反相器處於相同電壓狀態時，脈衝電子束之時序與時序t1及t3同步。在藉由擷取多個影像獲得適當SNR以識別反相器之電壓狀態之後，可調整脈衝雷射光束與脈衝電子束之間的時間延遲以擷取鄰近或下一反相器之電壓狀態。基於與脈衝雷射光束及脈衝電子束相關聯之時間資訊的此同步性可使得能夠量測高於次級電子偵測器之最大操作頻率的振盪頻率。
在步驟2440中，次級電子偵測器可偵測由初級電子束之脈衝與安置於樣本上之測試結構相互作用而產生的次級電子。次級電子偵測器可包含偏轉器(例如，圖21之偏轉器2145)以在由次級電子偵測器偵測之前修改次級電子之特性。在一些實施例中，修改特性可包括產生次級電子束之複數個脈衝。控制器可使偏轉器之啟動與脈衝光束同步。偏轉器可進一步使入射次級電子束在孔徑(例如，圖21之孔徑2147)上方條紋化，使得產生次級電子之多個脈衝。在一些實施例中，偏轉器可包含具有3 GHz之諧振頻率的微波諧振腔。應瞭解，在適當時，亦可使用其他偏轉器結構。
隨著IC晶片之密度及複雜度增加以滿足效能預期，使用習知成像及電測試來測試互補金屬氧化物半導體(CMOS)電路可能不足及/或效率低下。特定而言，在可用情況下，測試場效電晶體(FET)可涉及在切割道上或在製造程序早期測試測試結構，或可對用作接觸襯墊之器件的特徵造成潛在破壞的探針卡測試。因此，可能需要更頻繁地、在製造程序早期且非侵入性地檢測測試結構，較佳為無接觸探測。此外，可能需要同時測試多個內嵌測試結構以維持產出量且最小化相關聯成本。
在半導體及半導體器件之內容背景下，「熱」電子係指具有高於均衡值之動能的電子。可藉由多種手段對電子加熱，包括藉由電場、光激發或經由異質接面注入。電子之動能可藉由使其在電場中加速或藉由簡單地對半導體加熱來增加。在CMOS電路中之電晶體切換期間的瞬態電流中所涉及之熱電子通常發射短光子脈衝。可使用具有空間及時間解析度之光學偵測器偵測此等光子以量測高速CMOS電路中之閘極動態，觀測環形振盪器中之閘極延遲或觀測電路中之邏輯切換，等等。
現參看圖25，其為符合本公開之實施例的用於使用熱電子發光之光學偵測進行缺陷偵測的例示性裝置2500之示意性說明。裝置2500可包括經組態以產生粒子束2512之粒子源2510、與測試結構2530相關聯之電源2520、經組態以量測熱電子發光(光子)之短脈衝的光學偵測器2540，及控制器2550。儘管未說明，但在適當時，裝置2500可包括更少或更多組件。在一些實施例中，裝置2500可包含電磁能偵測器，該電磁能偵測器包含經組態以偵測以測試結構之振盪頻率發射的天線輻射或電磁脈衝的天線。
在一些實施例中，光學偵測器2540可包含矽光電二極體、電荷耦合器件(CCD)或近紅外線光電倍增器及成像器。光學偵測器2540可經組態以偵測自熱電子發射之光子。在使用電測試結構(例如，測試結構2530)之非侵入性缺陷檢測的內容背景下，熱電子發光可用於判定諸如環形振盪器之測試結構的振盪頻率。當反相器中之CMOS電晶體的閘極切換其操作狀態時，瞬態電流可流動，且電晶體對短暫飽和。瞬態電流可包含對閘極電容充電或放電之電荷之一部分，及自電力線Vdd流動至接地線之寄生部分。開關瞬態之持續時間可為約100皮秒(ps)，其符合自熱電子之光子發射的脈衝持續時間。
在一些實施例中，光學偵測器可包含具有高空間及時間解析度之光電倍增器，以解析100 ps或大於100 ps之光子時序。反相器中之閘極開關事件可發射光子之亞奈秒脈衝，且光子可由光學偵測器2540偵測。可用到達時間或偵測時戳標記偵測到之光子，且可記錄與環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。判定振盪頻率可進一步包括在一段時間內對偵測到之信號進行積分。時間資訊可進一步用以基於偵測到之光子的存在或不存在而使用時間解析顯微法檢測個別閘極。
在一些實施例中，可例如藉由使用多道分析器判定包括光子發射之x-y座標的空間資訊。在一些實施例中，可對信號進行積分，且積分時間可基於但不限於電晶體之大小、電晶體之類型、供電電壓、環形振盪器電路之電阻或電容而變化。
現參看圖26，其為表示符合本公開之實施例的識別樣本中之缺陷的例示性方法2600之程序流程圖。方法2600之一些功能可由控制器(例如，裝置2500之控制器2550，如圖25中所展示)執行。控制器可經程式化以執行方法2600之一或多個步驟。舉例而言，控制器可施加電信號以啟動粒子源、光學偵測器或進行其他功能。
在步驟2610中，粒子源(例如，圖25之粒子源2510)可產生包含複數個脈衝之粒子束(例如，圖25之粒子束2512)，複數個脈衝中之每一脈衝可由具有脈衝寬度、脈衝頻率、脈衝能量及脈衝重複率以及其他特性的脈衝波形表示。在一些實施例中，粒子源可為大體上類似於圖3之光源320且可執行大體上類似功能的光源(例如，雷射)。光束之光子可具有特性波長、特性頻率或特性能量。在一些實施例中，光源可為飛秒雷射源，該飛秒雷射源產生具有小於1皮秒之脈衝寬度的超短光學脈衝。在一些實施例中，脈衝粒子束可為脈衝電子束。脈衝粒子束可經組態以經由電源(例如，圖25之電源2520)將能量供應至測試結構(例如，圖25之測試結構2530)。電源可包含電容器，在自粒子源接收能量後，該電容器可儲存電荷且視需要將電力提供至測試結構。
在步驟2620中，電源可自脈衝雷射光束或脈衝電子束接收能量，且將接收到之能量供應至測試結構以啟動測試結構。啟動測試結構可包括供應電壓信號以切換測試結構之複數個電晶體中的一或多個電晶體之操作狀態。舉例而言，開關環形振盪器中之反相器的一或多個電晶體之閘極。在一些實施例中，開關電晶體之閘極可使得瞬態電荷能夠流動。瞬態電流脈衝可包含熱電子，該等熱電子可發射通常為光子之電磁能。光子發射可由半導體中之熱電子的帶內躍遷(在導電帶內)產生。光子可以發射頻率發射且可具有特性光子波長及脈衝持續時間。開關瞬態之持續時間可為約100皮秒(ps)，其符合自熱電子之光子發射的脈衝持續時間。
在步驟2630中，電磁偵測器可偵測由瞬態電流產生之電磁脈衝。電磁偵測器可為光學偵測器，諸如具有高空間及時間解析度之光電倍增器，以解析100 ps之光子時序、光電陰極、矽光電二極體、電荷耦合器件(CCD)或近紅外線光電倍增器及成像器。在一些實施例中，電磁偵測器可包含經組態以偵測以測試結構之振盪頻率發射之天線輻射的天線。
作為實例，反相器中之閘極開關事件可發射光子之亞奈秒脈衝，且光子可由光學偵測器偵測。可用到達時間或偵測時戳標記偵測到之光子，且可記錄與環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。判定振盪頻率可進一步包括在一段時間內對偵測到之信號進行積分。時間資訊可進一步用以基於偵測到之光子的存在或不存在而使用時間解析顯微法檢測個別閘極。在一些實施例中，可例如藉由使用多道分析器判定包括光子發射之x-y座標的空間資訊。在一些實施例中，可對信號進行積分，且積分時間可基於但不限於電晶體之大小、電晶體之類型、供電電壓、環形振盪器電路之電阻或電容而變化。可基於來自環形振盪器中之電晶體之閘極開關的光子之發射頻率而判定測試結構(例如，環形振盪器)之振盪頻率。
可使用以下條項進一步描述實施例： 1.      一種帶電粒子束裝置，其包含： 帶電粒子源，其經組態以沿著主光軸產生初級帶電粒子束； 光源，其經組態以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子； 帶電粒子偵測器，其經組態以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及 控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使光源產生脈衝光束；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器以起始第二複數個帶電粒子之偵測。 2.      如條項1之裝置，其中第一複數個帶電粒子包含光電子，且第二複數個帶電粒子包含次級電子、反向散射電子或歐傑電子。 3.      如條項1及2中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以調整第一信號從而引起脈衝光束之激發脈衝的特性之調整的電路系統。 4.      如條項3之裝置，其中激發脈衝之特性包含激發脈衝之強度、寬度、重複率或相位。 5.      如條項4之裝置，其中激發脈衝之寬度可調整且在0.05皮秒(ps)至1奈秒(ns)之範圍內。 6.      如條項4及5中任一項之裝置，其中激發脈衝之重複率可調整且在100 kHz至1 GHz之範圍內。 7.      如條項3至6中任一項之裝置，其中控制器包括經組態以基於激發脈衝之特性而調整第二信號的電路系統，且其中第二信號包含使得能夠偵測第二複數個帶電粒子之偵測信號。 8.      如條項7之裝置，其中第二信號之調整包含偵測信號之重複率、寬度或相位的調整。 9.      如條項7及8中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以調整激發脈衝與偵測信號之間的時間延遲從而調整由帶電粒子偵測器偵測到之第二複數個帶電粒子之靈敏度的電路系統。 10.    如條項9之裝置，其中時間延遲之調整包含偵測信號之相位的調整。 11.    如條項10之裝置，其中偵測信號之相位的調整使得偵測信號與激發脈衝彼此異相。 12.    如條項1至11中任一項之裝置，其中光源包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。 13.    如條項1至12中任一項之裝置，其中脈衝光束包含具有在150 nm至2 μm之範圍內之光子波長的脈衝雷射光束。 14.    如條項1至13中任一項之裝置，其中使用包含同差檢測、外差檢測、鎖定放大或其組合之技術減少與脈衝光束相關聯之雜訊。 15.    如條項1至14中任一項之裝置，其中控制器包含同步數位電路、主時脈或同步驅動器電路。 16.    如條項1至15中任一項之裝置，其中脈衝光束包含複數個激發脈衝。 17.    如條項16之裝置，其中控制器包括經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使光源產生具有第一頻率之複數個激發脈衝；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號具有大體上類似於第一頻率之第二頻率。 18.    如條項1至17之裝置，其中包括電路系統之控制器經進一步組態以將第三信號施加至帶電粒子源，從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝帶電粒子束。 19.    一種帶電粒子束裝置，其包含： 帶電粒子源，其經組態以沿著主光軸產生初級帶電粒子束； 光源，其經組態以產生脈衝光束，該脈衝光束包含： 第一激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分；及 第二激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分； 帶電粒子偵測器，其經組態以偵測自樣本表面上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之第一部分及第二部分相互作用來修改；及 控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 調整脈衝光束之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲；及 調整脈衝光束之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲， 其中第二時間延遲不同於第一時間延遲。 20.    如條項19之裝置，其中控制器包括經組態以進行以下操作之電路系統： 施加激勵信號以使光源產生具有第一頻率之第一激發脈衝及第二激發脈衝；及 將偵測信號施加至帶電粒子偵測器，該偵測信號包含具有不同於第一頻率之第二頻率的對應第一偵測脈衝及對應第二偵測脈衝。 21.    如條項20之裝置，其中第一頻率高於第二頻率。 22.    如條項20及21中任一項之裝置，其中控制器包括經組態以調整激勵信號從而調整脈衝光束之激發脈衝之特性的電路系統。 23.    如條項22之裝置，其中激發脈衝之特性包含激發脈衝之強度、寬度、重複率或相位。 24.    如條項23之裝置，其中激發脈衝之寬度可調整且在0.05皮秒(ps)至1奈秒(ns)之範圍內。 25.    如條項23及24中任一項之裝置，其中激發脈衝之重複率可調整且在100 kHz至1 GHz之範圍內。 26.    如條項20至25中任一項之裝置，其中控制器包括經組態以基於激勵信號而調整偵測信號的電路系統。 27.    如條項26之裝置，其中偵測信號之調整包含偵測信號之重複率、寬度或相位中之至少一者的調整。 28.    如條項19至27中任一項之裝置，其中第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝異相，且第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝異相。 29.    如條項19至28中任一項之裝置，其中控制器包括經組態以進行以下操作之電路系統： 調整第一偵測脈衝之第一重複率與第一激發脈衝之第一重複率之間的第一偏移；及 調整第二偵測脈衝之第二重複率與第二激發脈衝之第二重複率之間的第二偏移， 其中第一偏移及第二偏移之絕對值不同。 30.    如條項19至29中任一項之裝置，其中光源包含固態雷射、半導體雷射、氣體雷射、染料雷射、化學雷射、二極體泵浦光纖雷射、增益開關雷射或與光纖放大器耦接之增益開關雷射二極體。 31.    如條項19至30中任一項之裝置，其中脈衝光束包含具有在150 nm至2 μm之範圍內之光子波長的脈衝雷射光束。 32.    如條項19至31中任一項之裝置，其中使用包含同差檢測、外差檢測、鎖定放大或其組合之技術減少與脈衝光束相關聯之雜訊。 33.    如條項19至32中任一項之裝置，其中第一時間延遲及第二時間延遲之調整使得能夠判定電路組件之特性，該電路組件之特性包含電路組件之頻率回應、電荷衰減率、電阻或電容。 34.    如條項19至33中任一項之裝置，其中第一複數個帶電粒子包含光電子，且第二複數個帶電粒子包含次級電子、反向散射電子或歐傑電子。 35.    如條項19至34中任一項之裝置，其中控制器包含同步數位電路、主時脈或同步驅動器電路。 36.    如條項19至35中任一項之裝置，其中第二時間延遲長於第一時間延遲。 37.    如條項19至35中任一項之裝置，其中第二時間延遲短於第一時間延遲。 38.    如條項19至37之裝置，其中包括電路系統之控制器經進一步組態以將控制信號施加至帶電粒子源，從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝帶電粒子束。 39.    一種帶電粒子束裝置之控制器，該控制器包含： 經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使光源經組態以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該帶電粒子偵測器經組態以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改。 40.    如條項39之控制器，其進一步包含經組態以調整第一信號從而調整脈衝光束之激發脈衝之特性的電路系統，該激發脈衝之特性包含激發脈衝之強度、寬度、重複率或相位。 41.    如條項40之控制器，其進一步包含經組態以基於激發脈衝之特性中之至少一者而調整第二信號的電路系統，該第二信號包含偵測信號。 42.    如條項41之控制器，其進一步包含經組態以調整激發脈衝與偵測信號之間的時間延遲從而調整由帶電粒子偵測器偵測到之第二複數個帶電粒子之靈敏度的電路系統。 43.    如條項39至42中任一項之控制器，其中電路系統包含同步數位電路、主時脈或同步驅動器電路。 44.    如條項39至43中任一項之控制器，其進一步包含經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使光源產生具有第一頻率之複數個激發脈衝；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號具有大體上類似於第一頻率之第二頻率。 45.    如條項39至43中任一項之控制器，其進一步包含經組態以將第三信號施加至帶電粒子源從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝帶電粒子束的電路系統。 46.    一種帶電粒子束裝置之控制器，該控制器包含： 經組態以進行以下操作之電路系統： 調整脈衝光束之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲；及 調整脈衝光束之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲， 其中第二時間延遲不同於第一時間延遲。 47.    如條項46之控制器，其進一步包含經組態以進行以下操作之電路系統： 施加激勵信號以使光源產生脈衝光束，該脈衝光束包含： 第一激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分；及 第二激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分，第一激發脈衝及第二激發脈衝具有第一頻率；及 將偵測信號施加至帶電粒子偵測器，該帶電粒子偵測器經組態以偵測自樣本表面上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之第一部分及第二部分相互作用來修改， 其中偵測信號包含具有不同於第一頻率之第二頻率的對應第一偵測脈衝及對應第二偵測脈衝。 48.    如條項47之控制器，其進一步包含經組態以調整激勵信號從而調整脈衝光束之激發脈衝之特性的電路系統。 49.    如條項47及48中任一項之控制器，其進一步包含經組態以基於激勵信號而調整偵測信號的電路系統，其中偵測信號之調整包含偵測信號之重複率、寬度或相位中之至少一者的調整。 50.    如條項46至49中任一項之控制器，其進一步包含經組態以進行以下操作之電路系統： 調整第一偵測脈衝之第一重複率與第一激發脈衝之第一重複率之間的第一偏移；及 調整第二偵測脈衝之第二重複率與第二激發脈衝之第二重複率之間的第二偏移， 其中第一偏移及第二偏移之絕對值不同。 51.    如條項46至50中任一項之控制器，其中電路系統包含同步數位電路、主時脈或同步驅動器電路。 52.    如條項46至51中任一項之控制器，其包含經進一步組態以將控制信號施加至帶電粒子源從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝帶電粒子束的電路系統。 53.    一種用於使用帶電粒子束裝置形成樣本之影像的方法，該帶電粒子束裝置包含帶電粒子源、光源、帶電粒子偵測器及控制器，該方法包含： 啟動帶電粒子源以沿著主光軸產生初級帶電粒子束； 啟動光源以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子； 使用控制器將信號施加至帶電粒子偵測器，以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及 基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。 54.    如條項53之方法，其進一步包含使用控制器將電信號施加至光源以產生脈衝光束。 55.    如條項54之方法，其進一步包含藉由調整電信號來調整脈衝光束之激發脈衝的特性，該特性包含激發脈衝之強度、寬度、重複率或相位。 56.    如條項55之方法，其進一步包含在0.05皮秒(ps)至1奈秒(ns)之間調整激發脈衝之寬度。 57.    如條項55及56中任一項之方法，其進一步包含在100 kHz至1 GHz之間調整激發脈衝之重複率。 58.    如條項55至57中任一項之方法，其進一步包含基於激發脈衝之特性中之至少一者而調整至帶電粒子偵測器之信號，至帶電粒子偵測器之信號包含偵測信號。 59.    如條項58之方法，其中調整偵測信號包含調整偵測信號之重複率、寬度或相位中之至少一者。 60.    如條項58及59中任一項之方法，其進一步包含使用控制器調整激發脈衝與偵測信號之間的時間延遲，以調整由帶電粒子偵測器偵測到之第二複數個帶電粒子的靈敏度。 61.    如條項60之方法，其中調整時間延遲包含調整偵測信號之相位使得偵測信號與激發脈衝彼此異相。 62.    如條項53至61中任一項之方法，其進一步包含使用包含同差檢測、外差檢測、鎖定放大或其組合之技術減少與脈衝光束相關聯之雜訊。 63.    如條項58至62中任一項之方法，其進一步包含： 啟動光源以產生具有第一頻率之複數個激發脈衝；及 使用控制器施加偵測信號，該偵測信號具有大體上類似於第一頻率之第二頻率。 64.    如條項53至63中任一項之方法，其進一步包含使用控制器將控制信號施加至帶電粒子源以產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝初級帶電粒子束。 65.    一種用於使用帶電粒子束裝置形成樣本之影像的方法，該帶電粒子束裝置包含帶電粒子源、光源、帶電粒子偵測器及控制器，該方法包含： 啟動帶電粒子源以沿著主光軸產生初級帶電粒子束； 啟動光源以產生脈衝光束，該脈衝光束包含： 第一激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分；及 第二激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分； 使用帶電粒子偵測器偵測自樣本表面上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之第一部分及第二部分相互作用來修改； 使用控制器調整： 脈衝光束之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲；及 脈衝光束之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲，第二時間延遲不同於第一時間延遲；及 基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。 66.    如條項65之方法，其進一步包含使用控制器以： 施加激勵信號以啟動光源，從而產生具有第一頻率之第一激發脈衝及第二激發脈衝；及 將偵測信號施加至帶電粒子偵測器，該偵測信號包含具有不同於第一頻率之第二頻率的對應第一偵測脈衝及對應第二偵測脈衝。 67.    如條項65及66中任一項之方法，其進一步包含使用控制器施加電信號以啟動光源，從而產生脈衝光束。 68.    如條項67之方法，其進一步包含藉由調整電信號來調整複數個激發脈衝中之激發脈衝的特性，該特性包含激發脈衝之強度、寬度、重複率或相位。 69.    如條項68之方法，其進一步包含在0.05皮秒(ps)至1奈秒(ns)之間調整激發脈衝之寬度。 70.    如條項68及69中任一項之方法，其進一步包含在100 kHz至1 GHz之間調整激發脈衝之重複率。 71.    如條項68至70中任一項之方法，其進一步包含基於激發脈衝之特性中之至少一者而調整偵測信號。 72.    如條項71之方法，其中調整偵測信號包含調整對應第一偵測脈衝及對應第二偵測脈衝之重複率、寬度或相位中之至少一者。 73.    如條項72之方法，其中調整第一時間延遲包含調整對應第一偵測脈衝之相位，使得第一偵測脈衝與第一激發脈衝彼此異相。 74.    如條項72至73中任一項之方法，其中調整第二時間延遲包含調整對應第二偵測脈衝之相位，使得第二偵測脈衝與第二激發脈衝彼此異相。 75.    如條項65至74中任一項之方法，其中調整第一時間延遲及第二時間延遲調整由帶電粒子偵測器偵測到之第二複數個帶電粒子的靈敏度。 76.    如條項65至75中任一項之方法，其進一步包含： 調整第一偵測脈衝之第一重複率與第一激發脈衝之第一重複率之間的第一偏移；及 調整第二偵測脈衝之第二重複率與第二激發脈衝之第二重複率之間的第二偏移， 其中第一偏移及第二偏移之絕對值不同。 77.    如條項65至76中任一項之方法，其進一步包含使用包含同差檢測、外差檢測、鎖定放大或其組合之技術減少與脈衝光束相關聯之雜訊。 78.    如條項65至77中任一項之方法，其中第二時間延遲長於第一時間延遲。 79.    如條項65至77中任一項之方法，其中第二時間延遲短於第一時間延遲。 80.    如條項65至79中任一項之方法，其進一步包含使用控制器將控制信號施加至帶電粒子源，從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之脈衝帶電粒子束。 81.    一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使帶電粒子束裝置執行觀測樣本之方法，該方法包含： 啟動帶電粒子源以產生初級帶電粒子束； 啟動光源以產生與樣本相互作用之脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子； 將信號施加至帶電粒子偵測器以偵測 自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及 基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。 82.    一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使帶電粒子束裝置執行觀測樣本之方法，該方法包含： 啟動帶電粒子源以產生初級帶電粒子束； 啟動光源以產生脈衝光束，該脈衝光束包含： 第一激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第一部分；及 第二激發脈衝，其在與樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之第二部分； 偵測自樣本表面上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改； 調整複數個激發脈衝中之第一激發脈衝與對應第一偵測脈衝之間的第一時間延遲； 調整複數個激發脈衝中之第二激發脈衝與對應第二偵測脈衝之間的第二時間延遲，其中第二時間延遲不同於第一時間延遲；及 基於偵測到之第二複數個帶電粒子而形成樣本之影像。 83.    如條項82之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使帶電粒子束裝置進一步執行： 調整第一偵測脈衝之第一重複率與第一激發脈衝之第一重複率之間的第一偏移；及 調整第二偵測脈衝之第二重複率與第二激發脈衝之第二重複率之間的第二偏移， 其中第一偏移及第二偏移之絕對值不同。 84.    如條項82及83中任一項之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使帶電粒子束裝置進一步執行使用包含同差檢測、外差檢測、鎖定放大或其組合之技術減少與脈衝光束相關聯之雜訊。 85.    一種帶電粒子束裝置，其包含： 帶電粒子源，其經組態以沿著主光軸產生初級帶電粒子束； 光源，其經組態以產生輻照樣本之區的光學脈衝，其中該輻照自樣本之區產生第一複數個帶電粒子； 帶電粒子偵測器，其經組態以偵測自樣本上之探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由初級帶電粒子束形成且藉由與第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改；及 控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使光源產生光學脈衝； 將第二信號施加至帶電粒子偵測器以偵測第二複數個帶電粒子；及 調整第一信號與第二信號之間的時間延遲。 86.    如條項85之裝置，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 施加第二信號之第一部分以起始第二複數個帶電粒子之偵測；及 施加第二信號之第二部分以終止第二複數個帶電粒子之偵測， 其中相對於參考信號，第一部分包含第二信號之上升邊緣且第二部分包含第二信號之下降邊緣。 87.    如條項86之裝置，其中控制器包括經進一步組態以基於由帶電粒子偵測器產生之輸出信號而判定與樣本之探測光點相關聯之資訊的電路系統，且其中輸出信號係基於在第二信號之第一部分與第二部分之間經過的偵測時間中偵測到的第二複數個帶電粒子。 88.    如條項87之裝置，其中控制器包括經進一步組態以基於與樣本之探測光點相關聯的所判定資訊而偵測缺陷的電路系統。 89.    一種電子束檢測裝置，其包含： 電子源，其經組態以產生輻照樣本之區的初級電子束，該區包含結構； 電子偵測器，其經組態以偵測自所輻照區產生之複數個信號電子；及 控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 獲取結構之複數個影像；及 基於結構之複數個影像的灰階變化之速率而判定結構之特性。 90.    如條項89之裝置，其中結構包含電節點。 91.    如條項90之裝置，其中結構與電節點相關聯。 92.    如條項89至91中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以基於與結構之所要充電速率或複數個影像之所要特性相關聯的資訊而調整複數個影像之獲取參數的電路系統。 93.    如條項92之裝置，其中獲取參數包含初級電子束之射束電流、初級電子束之著陸能量或與樣本相關聯之電場。 94.    如條項92及93中任一項之裝置，其中控制器具有經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 獲取包含結構之複數個影像中的第一影像；及 獲取包含結構之複數個影像中的第二影像，其中基於結構之所要充電速率而調整第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲。 95.    如條項94之裝置，其中第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲為大體上均一的。 96.    如條項94之裝置，其中第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲為非均一的。 97.    如條項94之裝置，其中基於所要應用而調整第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲。 98.    如條項94至97中任一項之裝置，其中時間延遲可在1奈秒(ns)至1毫秒(ms)之範圍內調整。 99.    如條項94至98中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 基於結構之灰階而自第一影像識別結構； 自第一影像判定結構之第一灰階及自第二影像判定結構之第二灰階； 基於結構之第一灰階與第二灰階之間的差而判定結構之灰階變化速率；及 基於結構之灰階變化速率而判定結構之特性。 100.  如條項99之裝置，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 自結構之第三影像判定結構之第三灰階； 基於結構之第一灰階、第二灰階及第三灰階之間的差而判定結構之灰階變化速率；及 基於結構之灰階變化速率而判定結構之特性。 101.  如條項100之裝置，其中灰階變化速率為線性的。 102.  如條項100之裝置，其中灰階變化速率為非線性的。 103.  如條項102之裝置，其中結構之灰階變化的非線性速率包含結構之灰階的多項式或指數衰減。 104.  如條項99至103中任一項之裝置，其中結構自第一影像之識別係基於第一影像與包含具有參考灰階之結構的參考影像之間的比較。 105.  如條項104之裝置，其中參考影像包含使用機器學習網路形成之經訓練影像。 106.  如條項104之裝置，其中參考影像包含結構之次級電子顯微鏡影像。 107.  如條項89至106中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以基於樣本之區的複數個結構之灰階變化速率而判定該區之灰階變化之平均速率的電路系統。 108.  如條項89至107中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 判定樣本之複數個區的灰階變化之平均速率；及 基於複數個區之灰階變化的所判定平均速率而產生樣本之灰階變化的圖案，其中該圖案包含結構之灰階變化的空間圖徵。 109.  如條項89至108中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以使用模型基於結構之所判定特性而模擬結構之物理特性。 110.  如條項109之裝置，其中模型包含結構之電路模型。 111.  如條項109及110中任一項之裝置，其中結構之物理特性包含結構之臨界尺寸、底部臨界尺寸、疊對、材料、化學計量或組成。 112.  如條項89至111中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 基於結構之第一複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的第一值； 基於結構之第二複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的第二值；及 提供用於基於結構之特性的第一值及第二值之比較而偵測缺陷的資訊。 113.  如條項112之裝置，其中控制器包括經進一步組態以基於結構之特性的第一值及第二值之比較而監測程序條件或工具條件的電路系統。 114.  如條項112及113中任一項之裝置，其中第一複數個影像及第二複數個影像分別包含在第一程序層級及第二程序層級處之結構的影像。 115.  如條項112至114中任一項之裝置，其中缺陷包含電阻缺陷或電容缺陷。 116.  如條項112至115中任一項之裝置，其中用於偵測缺陷之資訊包含展示開路、短路、部分開路、洩漏、空隙、疊對誤差、臨界尺寸誤差或與結構之電阻或電容相關聯之缺陷之偵測的資訊。 117.  如條項89至116中任一項之裝置，其中結構之特性包含結構之薄層電阻、接觸電阻、電容或電感。 118.  如條項89至117中任一項之裝置，其中控制器包括經進一步組態以使裝置基於裝置之選定操作模式而使用初級電子束泛射樣本之表面的電路系統，其中選定操作模式包含電壓對比模式。 119.  一種用於判定樣本上之結構之特性的方法，該方法包含： 啟動電子源以產生輻照樣本之區的初級電子束，該區包含結構； 使用電子偵測器偵測自所輻照區產生之複數個信號電子； 獲取結構之複數個影像；及 基於結構之複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性。 120.  如條項119之方法，其中結構包含電節點。 121.  如條項120之方法，其中結構與電節點相關聯。 122.  如條項119至121中任一項之方法，其進一步包含基於與結構之所要充電速率或複數個影像之所要特性相關聯的資訊而調整複數個影像之獲取參數。 123.  如條項122之方法，其中獲取參數包含初級電子束之射束電流、初級電子束之著陸能量或與樣本相關聯之電場。 124.  如條項122及123中任一項之方法，其進一步包含： 獲取包含結構之複數個影像中的第一影像； 獲取包含結構之複數個影像中的第二影像，其中基於結構之所要充電速率而調整第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲。 125.  如條項124之方法，其中第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲為大體上均一的。 126.  如條項124之方法，其中第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲為非均一的。 127.  如條項124之方法，其中基於所要應用而調整第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲。 128.  如條項124至127中任一項之方法，其中時間延遲可在1奈秒(ns)至1毫秒(ms)之範圍內調整。 129.  如條項124至128中任一項之方法，其進一步包含： 基於結構之灰階而自第一影像識別結構； 自第一影像判定結構之第一灰階及自第二影像判定結構之第二灰階； 基於結構之第一灰階與第二灰階之間的差而判定結構之灰階變化速率；及 基於結構之灰階變化速率而判定結構之特性。 130.  如條項129之方法，其進一步包含： 自結構之第三影像判定結構之第三灰階； 基於結構之第一灰階、第二灰階及第三灰階之間的差而判定結構之灰階變化速率；及 基於結構之灰階變化速率而判定結構之特性。 131.  如條項130之方法，其中灰階變化速率為線性的。 132.  如條項130之方法，其中灰階變化速率為非線性的。 133.  如條項132之方法，其中結構之灰階變化的非線性速率包含結構之灰階的多項式或指數衰減。 134.  如條項129至133中任一項之方法，其進一步包含基於第一影像與包含具有參考灰階之結構的參考影像之間的比較而自第一影像識別結構。 135.  如條項134之方法，其中參考影像包含使用機器學習網路形成之經訓練影像。 136.  如條項134之方法，其中參考影像包含結構之次級電子顯微鏡影像。 137.  如條項119至136中任一項之方法，其進一步包含基於樣本之區的複數個結構之灰階變化速率而判定區之灰階變化的平均速率。 138.  如條項119至137中任一項之方法，其進一步包含： 判定樣本之複數個區的灰階變化之平均速率；及 基於複數個區之灰階變化的所判定平均速率而產生結構之灰階變化的圖案，其中該圖案包含結構之灰階變化的空間圖徵。 139.  如條項119至138中任一項之方法，其進一步包含基於結構之所判定特性使用模型來模擬結構之物理特性，其中該模型包含結構之電路模型。 140.  如條項139之方法，其中結構之物理特性包含結構之臨界尺寸、底部臨界尺寸、疊對、材料、化學計量或組成。 141.  如條項119至140中任一項之方法，其進一步包含： 基於結構之第一複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的第一值； 基於結構之第二複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的第二值；及 提供用於基於結構之特性的第一值及第二值之比較而偵測缺陷的資訊。 142.  如條項141之方法，其進一步包含基於結構之特性的第一值及第二值之比較而監測程序條件或工具條件。 143.  如條項141及142中任一項之方法，其中第一複數個影像及第二複數個影像分別包含在第一程序層級及第二程序層級處之結構的影像。 144.  如條項141至143中任一項之方法，其中缺陷包含電阻缺陷或電容缺陷。 145.  如條項141至144中任一項之方法，其中提供用於偵測缺陷之資訊包含展示用於偵測開路、短路、部分開路、洩漏、空隙、疊對誤差、臨界尺寸誤差或與結構之電阻或電容相關聯之缺陷的資訊。 146.  如條項119至145中任一項之方法，其中結構之特性包含結構之薄層電阻、接觸電阻、電容或電感。 147.  如條項119至146中任一項之方法，其進一步包含基於裝置之選定操作模式而使用初級電子束泛射樣本之表面，其中選定操作模式包含電壓對比模式。 148.  一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由電子束裝置之一或多個處理器執行，以使電子束裝置執行判定樣本上之結構之特性的方法，該方法包含： 啟動電子源以產生輻照樣本之區的初級電子束，該區包含結構； 基於由樣本之區之輻照產生且使用電子偵測器偵測的信號電子而獲取節點之複數個影像；及 基於結構之複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性。 149.  如條項148之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由電子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使電子束裝置進一步執行以下操作： 獲取包含結構之複數個影像中的第一影像； 獲取包含結構之複數個影像中的第二影像，其中基於結構之所要充電速率而調整第一影像及第二影像之獲取之間的時間延遲。 150.  如條項149之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由電子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使電子束裝置進一步執行以下操作： 基於結構之灰階而自第一影像識別結構； 自第一影像判定結構之第一灰階； 自第二影像判定結構之第二灰階； 自第三影像判定結構之第三灰階； 基於結構之第一灰階、第二灰階及第三灰階之間的差而判定結構之灰階變化速率；及 基於結構之灰階變化速率而判定結構之特性，其中灰階變化速率為非線性的。 151.  如條項148至150中任一項之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由電子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使電子束裝置進一步執行以下操作： 判定樣本之複數個區的灰階變化之平均速率；及 基於複數個區之灰階變化的所判定平均速率而產生結構之灰階變化的圖案，其中該圖案包含結構之灰階變化的空間圖徵。 152.  如條項148至151中任一項之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由電子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使電子束裝置進一步執行基於結構之所判定特性使用模型來模擬結構之物理特性，其中該模型包含結構之電路模型。 153.  如條項148至152中任一項之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由電子束裝置之一或多個處理器執行的指令集使電子束裝置進一步執行以下操作： 基於結構之第一複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的第一值； 基於結構之第二複數個影像的灰階變化速率而判定結構之特性的第二值；及 提供用於基於結構之特性的第一值及第二值之比較而偵測缺陷的資訊。 154.  一種帶電粒子束裝置，其包含： 帶電粒子源，其經組態以產生沿著主光軸且入射於樣本之第一區上的初級帶電粒子； 光源，其經組態以產生與樣本之第二區相互作用的光束，光束與樣本之第二區之間的相互作用涉及基於光束之特性而在樣本中產生電荷載流子；及 帶電粒子偵測器，其經組態以偵測由初級帶電粒子與樣本之第一區之相互作用產生的次級帶電粒子，其中光束之特性的調整引起所產生之次級帶電粒子的特性之變化。 155.  如條項154之裝置，其進一步包含控制器，該控制器具有組態以進行以下操作之電路系統： 使裝置獲取樣本之第一區的複數個影像；及 判定與所產生之次級帶電粒子的特性之變化相關聯的樣本之第一區的複數個影像之灰階的變化。 156.  如條項155之裝置，其中控制器包括經進一步組態以基於樣本之第一區的複數個影像之灰階的所判定變化而識別樣本中之缺陷的電路系統。 157.  如條項156之裝置，其中缺陷包含電缺陷，該電缺陷包括開路、高電阻缺陷、短路或接面洩漏。 158.  如條項157之裝置，其中電缺陷包含經反向偏壓之金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)器件中的p-n接面洩漏。 159.  如條項154至158中任一項之裝置，其中光束之特性包含光束之功率密度。 160.  如條項159之裝置，其中光束之特性的調整包含在0至300 kW/m 2之範圍內的功率密度之遞增調整。 161.  如條項159之裝置，其中光束之特性的調整包含在0至100 kW/m 2之範圍內的功率密度之遞增調整。 162.  如條項159之裝置，其中光束之特性的調整包含在0至50 kW/m 2之範圍內的功率密度之遞增調整。 163.  如條項154至162中任一項之裝置，其中所產生之次級帶電粒子的特性包含次級帶電粒子之軌跡、能量或強度。 164.  一種用於識別樣本中之缺陷的方法，該方法包含： 啟動帶電粒子源以產生沿著主光軸且入射於樣本之第一區上的初級帶電粒子； 啟動光源以產生具有特性且與樣本之第二區相互作用的光束； 偵測由初級帶電粒子與樣本之第一區之相互作用產生的次級帶電粒子，其中調整光束之特性引起所產生之次級帶電粒子的特性之變化； 獲取樣本之第一區的複數個影像；及 基於與所產生之次級帶電粒子的特性之變化相關聯的樣本之第一區的複數個影像之灰階的變化而識別缺陷。 165.  如條項164之方法，其中光束與樣本之第二區之間的相互作用基於光束之特性而在樣本中產生電荷載流子。 166.  如條項165之方法，其進一步包含藉由使樣本中之所產生電荷載流子之量變化而調整樣本之第一區的表面電位。 167.  如條項164至166中任一項之方法，其中調整光束之特性包含調整入射於樣本之第二區上的光束之功率密度。 168.  如條項167之方法，其進一步包含在0至300 kW/m 2之範圍內遞增地調整光束之功率密度。 169.  如條項167之方法，其進一步包含在0至100 kW/m 2之範圍內遞增地調整光束之功率密度。 170.  如條項167之方法，其進一步包含在0至50 kW/m 2之範圍內遞增地調整光束之功率密度。 171.  如條項164至170中任一項之方法，其中缺陷包含電缺陷，該電缺陷包括開路、高電阻缺陷、短路或接面洩漏。 172.  如條項171之方法，其中電缺陷包含經反向偏壓之金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)中的p-n接面洩漏。 173.  如條項164至172中任一項之方法，其中所產生之次級帶電粒子的特性包含次級帶電粒子之軌跡、能量或強度。 174.  一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使帶電粒子束裝置執行識別樣本中之缺陷的方法，該方法包含： 啟動帶電粒子源以產生沿著主光軸且入射於樣本之第一區上的初級帶電粒子； 啟動光源以產生具有特性且與樣本之第二區相互作用的光束； 偵測由初級帶電粒子與樣本之第一區之相互作用產生的次級帶電粒子，其中調整光束之特性引起所產生之次級帶電粒子的特性之變化； 獲取樣本之第一區的複數個影像；及 基於與所產生之次級帶電粒子的特性之變化相關聯的樣本之第一區的複數個影像之灰階的變化而識別缺陷。 175.  一種系統，其包含： 第一粒子源，其經組態以產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束； 帶電粒子束裝置，其包含： 第二粒子源，其經組態以產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束； 帶電粒子偵測器，其經組態以偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子；及 控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 將第一信號施加至第一粒子源，其中第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號經組態以基於第一信號而操作帶電粒子偵測器。 176.  如條項175之系統，其進一步包含與電結構電耦接之電容器。 177.  如條項175至176中任一項之系統，其中電結構包含封閉迴路環形振盪器。 178.  如條項177之系統，其中回應於自第一粒子源接收到電力，封閉迴路環形振盪器經組態為以振盪頻率振盪。 179.  如條項178之系統，其中封閉迴路環形振盪器之振盪頻率等於或低於帶電粒子偵測器之讀出頻率。 180.  如條項178至179中任一項之系統，其中帶電粒子偵測器經進一步組態以接收偵測信號，該偵測信號包含與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。 181.  如條項180之系統，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 使帶電粒子束裝置基於與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊而獲取樣本之區的複數個影像；及 判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。 182.  如條項175至181中任一項之系統，其中施加至帶電粒子偵測器之第二信號與脈衝粒子束之複數個脈衝的時序同步。 183.  如條項175至182中任一項之系統，其中帶電粒子束裝置經組態以在電壓對比模式中操作。 184.  如條項175至183中任一項之系統，其中第一粒子源包含脈衝光源或脈衝電子源，且其中第二粒子源包含連續電子源。 185.  一種方法，其包含： 使用第一粒子源產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束； 使用第二粒子源產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；及 偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子； 將第一信號施加至第一粒子源，其中該第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器，該第二信號經組態以基於第一信號而操作帶電粒子偵測器。 186.  如條項185之方法，其中電結構包含封閉迴路環形振盪器。 187.  如條項186之方法，其中回應於自第一粒子源接收到電力，封閉迴路環形振盪器以振盪頻率振盪。 188.  如條項187之方法，其中封閉迴路環形振盪器之振盪頻率等於或低於帶電粒子偵測器之讀出頻率。 189.  如條項187至188中任一項之方法，其進一步包含藉由帶電粒子偵測器接收偵測信號，該偵測信號包含與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。 190.  如條項189之方法，其進一步包含： 基於與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊而獲取樣本之區的複數個影像；及 判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。 191.  如條項185至190中任一項之方法，其進一步包含使至帶電粒子偵測器之輸出信號與脈衝粒子束之複數個脈衝的時序同步。 192.  如條項185至191中任一項之方法，其中帶電粒子束裝置經組態以在電壓對比模式中操作。 193.  如條項185至192中任一項之方法，其中第一粒子源包含脈衝光源或脈衝電子源，且其中第二粒子源包含連續電子源。 194.  一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由裝置之一或多個處理器執行以使裝置執行方法，該方法包含： 使第一粒子源產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束； 使第二粒子源產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束； 偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子； 施加第一信號至第一粒子源，其中第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊；及 將第二信號施加至帶電粒子偵測器，第二信號經組態以基於第一信號而操作帶電粒子偵測器。 195.  一種系統，其包含： 第一粒子源，其經組態以產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束； 帶電粒子束裝置，其包含第二粒子源，該第二粒子源經組態以產生入射於樣本之區上的脈衝初級帶電粒子束；及 控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束； 施加第二信號以使第二粒子源產生脈衝初級帶電粒子束；及 調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲。 196.  如條項195之系統，其進一步包含與電結構電耦接之電容器。 197.  如條項195至196中任一項之系統，其中電結構包含封閉迴路環形振盪器。 198.  如條項197之系統，其中回應於自第一粒子源接收到電力，封閉迴路環形振盪器經組態為以振盪頻率振盪。 199.  如條項198之系統，其中帶電粒子偵測器經進一步組態以接收偵測信號，該偵測信號包含與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。 200.  如條項195至199中任一項之系統，其中控制器包括經進一步組態以調整第一信號與第二信號之間的時間延遲的電路系統。 201.  如條項199至200中任一項之系統，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 使帶電粒子束裝置基於與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊而獲取樣本之區的複數個影像；及 判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。 202.  如條項195至201中任一項之系統，其中第一信號包含與脈衝粒子束之複數個脈衝之時序相關聯的資訊。 203.  如條項195至202中任一項之系統，其中帶電粒子束裝置經組態以在電壓對比模式中操作。 204.  如條項195至203中任一項之系統，其中第一粒子源包含脈衝光源，且其中第二粒子源包含脈衝電子源。 205.  如條項195至203中任一項之系統，其中第一粒子源及第二粒子源包含脈衝電子源。 206.  一種方法，其包含： 將第一信號施加至第一粒子源以使第一粒子源產生脈衝粒子束，所產生之脈衝束經組態以將能量供應至安置於樣本之區上的電結構； 將第二信號施加至第二粒子源以使第二粒子源產生入射於樣本之區上的脈衝初級帶電粒子束；及 調整第一信號及第二信號之施加時序使得所施加之第一信號與第二信號之間存在時間延遲。 207.  如條項206之方法，其進一步包含調整所施加之第一信號與第二信號之間的時間延遲。 208.  如條項206及207中任一項之方法，其中電結構包含封閉迴路環形振盪器，且其中回應於自第一粒子源接收到電力，封閉迴路環形振盪器以振盪頻率振盪。 209.  如條項208之方法，其進一步包含藉由帶電粒子偵測器接收偵測信號，該偵測信號包含與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。 210.  如條項209之方法，其進一步包含： 基於與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊而獲取樣本之區的複數個影像；及 判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。 211.  一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由裝置之一或多個處理器執行以使裝置執行方法，該方法包含： 施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束，從而將能量供應至安置於樣本之區上的電結構； 施加第二信號以使第二粒子源產生入射於樣本之區上的脈衝初級帶電粒子束；及 調整第一信號及第二信號之施加時序使得所施加之第一信號與第二信號之間存在時間延遲。 212.  一種系統，其包含： 第一粒子源，其經組態以產生將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束； 帶電粒子束裝置，其包含： 第二粒子源，其經組態以產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束；及 帶電粒子偵測器，其經組態以偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子，其中該帶電粒子偵測器經進一步組態以在偵測之前修改次級帶電粒子之特性；及 一控制器，其具有經組態以進行以下操作之電路系統： 施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束； 施加第二信號以使第二粒子源產生連續初級帶電粒子束；及 調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲。 213.  如條項212之系統，其進一步包含與電結構電耦接之電容器。 214.  如條項212至213中任一項之系統，其中電結構包含封閉迴路環形振盪器。 215.  如條項214之系統，其中回應於自第一粒子源接收到電力，封閉迴路環形振盪器經組態為以振盪頻率振盪。 216.  如條項215之系統，其中帶電粒子偵測器包含像素化帶電粒子偵測器，該像素化帶電粒子偵測器經組態以接收偵測信號，該偵測信號包含與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。 217.  如條項212至216中任一項之系統，其中次級帶電粒子之特性的修改包含產生脈衝次級帶電粒子束，該脈衝次級帶電粒子束包含次級帶電粒子之複數個脈衝。 218.  如條項217之系統，其中次級帶電粒子之複數個脈衝中的一脈衝之脈衝持續時間在100飛秒(fs)至1000 fs之範圍內。 219.  如條項212至218中任一項之系統，其中控制器包括經進一步組態以調整第一信號與第二信號之間的時間延遲的電路系統。 220.  如條項212至219中任一項之系統，其中控制器包括經進一步組態以進行以下操作之電路系統： 使帶電粒子束裝置獲取樣本之區的複數個影像；及 判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。 221.  如條項212至220中任一項之系統，其中控制器包括經進一步組態以使帶電粒子偵測器之偏轉器之操作與自第一粒子源產生之脈衝粒子束同步。 222.  如條項212至221中任一項之系統，其中帶電粒子束裝置經組態以在電壓對比模式中操作。 223.  如條項212至222中任一項之系統，其中第一粒子源包含脈衝光源或脈衝電子源，且其中第二粒子源包含連續電子源。 224.  一種方法，其包含： 施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束； 施加第二信號以使第二粒子源產生連續初級帶電粒子束；及 調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲；及 使用帶電粒子偵測器偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子，其中該帶電粒子偵測器經組態以在偵測之前修改次級帶電粒子之特性。 225.  如條項224之方法，其進一步包含調整所施加之第一信號與第二信號之間的時間延遲。 226.  如條項224及225中任一項之方法，其中電結構包含封閉迴路環形振盪器，且其中回應於自第一粒子源接收到電力，封閉迴路環形振盪器以振盪頻率振盪。 227.  如條項226之方法，其進一步包含藉由帶電粒子偵測器接收偵測信號，該偵測信號包含與封閉迴路環形振盪器之振盪相關聯的時間資訊。 228.  如條項227之方法，其進一步包含： 基於偵測信號之時間資訊而獲取樣本之區的複數個影像；及 判定樣本之區的複數個影像之平均灰階。 229.  如條項224至228中任一項之方法，其中帶電粒子偵測器包含像素化帶電粒子偵測器。 230.  如條項224至229中任一項之系統，其中修改次級帶電粒子之特性包含產生脈衝次級帶電粒子束，該脈衝次級帶電粒子束包含次級帶電粒子之複數個脈衝。 231.  如條項230之方法，其中次級帶電粒子之複數個脈衝中的一脈衝之脈衝持續時間在100飛秒(fs)至1000 fs之範圍內。 232.  如條項224至231中任一項之方法，其進一步包含使帶電粒子偵測器之偏轉器的操作與自第一粒子源產生之脈衝粒子束同步。 233.  如條項224至232中任一項之方法，其中第一粒子源包含脈衝光源或脈衝電子源，且其中第二粒子源包含連續電子源。 234.  一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行，以使該帶電粒子束裝置執行方法，該方法包含： 產生經組態以將能量供應至安置於樣本之區上之電結構的脈衝粒子束； 產生入射於樣本之區上的連續初級帶電粒子束； 偵測由初級帶電粒子與樣本之區之間的相互作用產生的次級帶電粒子，其中帶電粒子偵測器經組態以在偵測之前修改次級帶電粒子之特性； 施加第一信號以使第一粒子源產生脈衝粒子束； 施加第二信號以使第二粒子源產生連續初級帶電粒子束；及 調整第一信號及第二信號之施加時序使得第一信號與第二信號之間存在時間延遲。 235.  一種系統，其包含： 第一粒子源，其經組態以產生將能量供應至包含複數個電晶體之電結構的脈衝粒子束； 回應於自脈衝粒子束接收到能量，該電結構經組態以切換複數個電晶體中之一或多個電晶體的操作狀態，從而實現瞬態電荷流，其中該瞬態電荷流導致複數個電磁脈衝之發射；及 偵測器，其經組態以偵測複數個電磁脈衝。 236.  如條項235之系統，其中該電結構包含封閉迴路環形振盪器。 237.  如條項236之系統，其進一步包含與封閉迴路環形振盪器電耦接之電容器。 238.  如條項235至237中任一項之系統，其中複數個電磁脈衝係以對應於封閉迴路環形振盪器之振盪頻率的發射頻率發射。 239.  如條項235至238中任一項之系統，其中複數個電磁脈衝包含複數個光學脈衝。 240.  如條項235至239之系統，其中偵測器包含光電二極體、電荷耦合器件、光電倍增器、光電晶體、近紅外線光電倍增器或成像器。 241.  如條項235至240中任一項之系統，其中瞬態電荷包含熱電子，且其中瞬態電荷流引起熱電致發光。 242.  如條項235至241中任一項之系統，其中第一粒子源包含脈衝光源或脈衝電子源。 243.  如條項235之系統，其中偵測器包含經組態以偵測複數個電磁脈衝之天線。 244.  一種方法，其包含： 產生經組態以將能量供應至包含複數個電晶體之電結構的脈衝粒子束； 回應於自脈衝粒子束接收到所供應能量，切換複數個電晶體中之一或多個電晶體的操作狀態，從而實現瞬態電荷流，其中該瞬態電荷流導致複數個電磁脈衝以發射頻率發射；及 偵測複數個電磁脈衝以基於複數個電磁脈衝之發射頻率而判定電結構之振盪頻率。 245.  如條項244之方法，其中該電結構包含封閉迴路環形振盪器。 246.  如條項244及245中任一項之方法，其中該複數個電磁脈衝包含複數個光學脈衝。 247.  如條項246之方法，其進一步包含使用光學偵測器偵測複數個光學脈衝，該光學偵測器包含光電二極體、電荷耦合器件、光電倍增器、光電晶體、近紅外線光電倍增器或成像器。 248.  如條項244至247中任一項之系統，其中瞬態電荷包含熱電子，且其中瞬態電荷流引起熱電致發光。 249.  如條項244至248中任一項之方法，其中第一粒子源包含脈衝光源或脈衝電子源。 250.  如條項244之方法，其中偵測器包含經組態以偵測複數個電磁脈衝之天線。 251.  一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由裝置之一或多個處理器執行以使裝置執行方法，該方法包含： 產生經組態以將能量供應至包含複數個電晶體之電結構的脈衝粒子束； 回應於自脈衝粒子束接收到能量，切換複數個電晶體中之一或多個電晶體的操作狀態，從而實現瞬態電荷流，其中該瞬態電荷流導致複數個電磁脈衝以發射頻率發射；及 偵測複數個電磁脈衝以基於發射頻率判定電結構之振盪頻率。
應瞭解，本公開之實施例不限於上文已描述且在附圖中說明之確切建構，且可在不背離本公開之範圍的情況下作出各種修改及改變。本公開已結合各種實施例進行了描述，藉由考慮本文中所揭示之本發明之規格及實踐，本發明之其他實施例對於熟習此項技術者將為顯而易見的。意欲將本說明書及實例僅視為例示性的，其中本發明之真實範圍及精神由以下申請專利範圍及前述條項指示。
以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離申請專利範圍及前述條項之範圍的情況下如所描述進行修改。
10:主腔室 20:裝載鎖定腔室 30:設備前端模組(EFEM) 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 40:電子束工具 50:控制器 100:電子束檢測(EBI)系統/EBI裝置 201:主光軸 202:初級射束交越點 203:陰極 204:初級電子束 205:提取器電極 220:槍孔徑 222:陽極 224:庫侖孔徑陣列 226:聚光透鏡 232:物鏡總成 232a:極片 232b:控制電極 232d:激磁線圈 234:電動載物台 235:光束限制孔徑陣列 236:樣本固持器 240a:偏轉器 240b:偏轉器 240c:射束分離器 240d:偏轉器 240e:偏轉器 244:電子偵測器 250:樣本 300:帶電粒子束裝置 300-1:主光軸 300B1:初級電子束 300B4:次級電子束 301:陰極 302:提取器電極 303:陽極 304:聚光透鏡 305:光束限制孔徑陣列 306A:信號電子偵測器 306B:信號電子偵測器 307:物鏡總成 307C:線圈 307M:磁透鏡 308:初級電子束偏轉器 309:初級電子束偏轉器 310:初級電子束偏轉器 311:初級電子束偏轉器 312:射束分離器 313:信號電子偵測器 314:控制電極 315:樣本 316:載物台 317:樣本固持器 320:光源 321:激發脈衝 322:脈衝光束 323:電信號 324:電信號/偵測脈衝 325:控制信號 340:帶電粒子源總成/電子源總成 350:控制器 406:信號電子偵測系統 420:光源 421:激發脈衝 424:偵測脈衝 450:控制器 500:帶電粒子束裝置 500B1:初級電子束 510:電子束工具 515:樣本 520:光源 522:光束 540:光束點 600:6T靜態隨機存取記憶體(SRAM)胞元 721:激發脈衝 724:偵測脈衝 724_1:偵測脈衝 724_2:偵測脈衝 724_3:偵測脈衝 724_4:偵測脈衝 730:影像 730_1:影像 730_2:影像 730_3:影像 730_4:影像 740:電接點 740_1:電接點 740_2:無缺陷電接點 750:電接點/VSS接點 750_1:VSS接點 750_2:有缺陷VSS接點 750_3:電接點 805:資料曲線 805_T1:區/時間 805_T2:時間 805_T3:時間 821:第一激發脈衝 824:第一偵測脈衝 900:方法 910:步驟 920:步驟 930:步驟 940:步驟 950:步驟 1000:方法 1010:步驟 1020:步驟 1030:步驟 1040:步驟 1050:步驟 1100:節點 1102:金屬線 1102T:結構 1103:通孔 1104:金屬線 1105:通孔 1106:金屬線 1107:通孔 1109:接觸襯墊 1110:源極 1112:缺陷 1120:半導體基板/N型井 1125:電晶體 1130:汲極 1140:閘極 1150:組件 1160:互連件 1200:電子束檢測裝置 1240:電子束工具 1250:控制器 1260:影像處理系統 1270:影像獲取機構 1280:影像處理器 1290:儲存機構 1300:方法 1310:步驟 1320:步驟 1320_1:第一影像/圖框 1320_2:第二影像/第二圖框 1320_3:第三影像 1320_4:影像/第四圖框 1320_5:影像 1320_6:影像 1320_7:影像 1320_8:影像 1330:步驟 1335:所獲取影像 1340:步驟 1345:影像 1350:步驟 1355:影像 1360:步驟 1365:模型 1370:步驟 1400:組態 1410:輸入資料 1465:模型 1480:輸出資料 1500:方法 1510:步驟 1520:步驟 1530:步驟 1540:步驟 1612:N型金屬氧化物半導體(NMOS)器件 1614:P型金屬氧化物半導體(PMOS)器件 1616:掃描電子顯微鏡影像 1618:掃描電子顯微鏡影像 1620:金屬接點襯墊/金屬接點 1622:缺陷 1640:光電流 1700:資料曲線圖 1710:資料集 1720:資料集 1730:資料集 1740:資料集 1750:範圍 1800:方法 1810:步驟 1820:步驟 1830:步驟 1840:步驟 1850:步驟 1900:裝置 1910:粒子源 1912:脈衝粒子束 1920:電源 1922:電容器 1930:測試結構 1932:反相器 1936:正電力Vdd線 1938:接地Vss線 1940:帶電粒子束裝置 1950:控制器 2000:裝置 2010:粒子源 2012:粒子束 2020:電源 2030:測試結構 2040:帶電粒子束裝置 2042:初級帶電粒子束 2050:控制器 2100:裝置 2110:粒子源 2112:脈衝粒子束 2120:電源 2140:帶電粒子束裝置 2145:偏轉器 2147:孔徑 2150:控制器 2200:方法 2210:步驟 2220:步驟 2230:步驟 2240:步驟 2250:步驟 2300:方法 2310:步驟 2320:步驟 2330:步驟 2400:方法 2410:步驟 2420:步驟 2430:步驟 2440:步驟 2500:裝置 2510:粒子源 2512:粒子束 2520:電源 2530:測試結構 2540:光學偵測器 2550:控制器 2600:方法 2610:步驟 2620:步驟 2630:步驟 M1:電晶體 M2:電晶體 M3:電晶體 M4:電晶體 M5:存取電晶體 M6:存取電晶體 V1:輸入電壓位準 V2:電壓位準 VDD:汲極接點 Vdd:接觸插塞/電力線 VSS:源極接點 WL:字線 Δt:時間延遲 Δt1:時間延遲 Δt2:時間延遲 Δt3:時間延遲 Δt4:時間延遲 Δtc:瞬態缺陷時間常數 θ:入射角
圖1為說明符合本公開之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統之示意圖。
圖2為說明符合本公開之實施例的可為圖1之例示性電子束檢測系統之一部分的例示性電子束工具的示意圖。
圖3為符合本公開之實施例的包含光子源及控制器之例示性帶電粒子束裝置的示意圖。
圖4A為符合本公開之實施例的圖3之帶電粒子束裝置中的光子源及控制器之例示性組態的示意圖。
圖4B說明符合本公開之實施例的施加至圖3之信號電子偵測器的偵測信號之例示性脈衝波形。
圖5為符合本公開之實施例的圖3之帶電粒子束裝置中的光子源之例示性組態的示意圖。
圖6為積體晶片之例示性6T RAM胞元的示意圖。
圖7為符合本公開之實施例的使用增強之電壓對比信號偵測缺陷的例示性方法之示意性說明。
圖8為符合本公開之實施例的使用增強之電壓對比信號偵測缺陷的例示性方法之示意性說明。
圖9為表示符合本公開之實施例的使用圖3之帶電粒子束裝置觀測樣本的例示性方法之程序流程圖。
圖10為表示符合本公開之實施例的使用圖3之帶電粒子束裝置觀測樣本的例示性方法之程序流程圖。
圖11為符合本公開之實施例的例示性電節點之示意性說明。
圖12為符合本公開之實施例的包括影像處理系統、影像獲取系統及控制器之例示性電子束檢測裝置的示意性說明。
圖13為符合本公開之實施例的判定樣本上之結構或半導體節點之特性的例示性方法之程序流程圖。
圖14為符合本公開之實施例的基於樣本之灰階變化而模擬樣本之電特性的模型之例示性組態的示意性說明。
圖15為表示符合本公開之實施例的判定結構之特性的例示性方法之程序流程圖。
圖16A為符合本公開之實施例的至NMOS及PMOS器件結構之例示性正常及開路金屬接點的示意性說明。
圖16B為符合本公開之實施例的至半導體器件中之N+/P接面的例示性有缺陷接點之示意性說明。
圖17說明表示符合本公開之實施例的依據圖16之半導體器件中之雷射功率密度而繪製的金屬接點之灰階值之數值資料的資料曲線圖。
圖18為符合本公開之實施例的藉由半導體器件中之電荷控制偵測缺陷的例示性方法之程序流程圖。
圖19為符合本公開之實施例的用於使用電壓對比(VC)技術進行缺陷偵測的例示性裝置之示意性說明。
圖20為符合本公開之實施例的使用電壓對比(VC)技術進行缺陷偵測的例示性裝置之示意性說明。
圖21為符合本公開之實施例的使用電壓對比(VC)技術進行缺陷偵測的例示性裝置之示意性說明。
圖22為符合本公開之實施例的在圖19之帶電粒子束裝置中使用VC模式偵測缺陷的例示性方法之程序流程圖。
圖23為符合本公開之實施例的在圖20之帶電粒子束裝置中使用VC模式偵測缺陷的例示性方法之程序流程圖。
圖24為符合本公開之實施例的在圖21之帶電粒子束裝置中使用VC模式偵測缺陷的例示性方法之程序流程圖。
圖25為符合本公開之實施例的用於使用帶電粒子束裝置測試電路功能性之例示性裝置的示意性說明。
圖26為符合本公開之實施例的使用圖25之裝置識別樣本中之缺陷的例示性方法之程序流程圖。
1612:N型金屬氧化物半導體(NMOS)器件
1614:P型金屬氧化物半導體(PMOS)器件
1616:掃描電子顯微鏡影像
1618:掃描電子顯微鏡影像
1620:金屬接點襯墊/金屬接點
1622:缺陷

Claims (10)

  1. 一種帶電粒子束裝置之控制器，該控制器包含： 經組態以進行以下操作之電路系統： 施加一第一信號以使一光源經組態以產生與一樣本相互作用之一脈衝光束，該相互作用產生第一複數個帶電粒子；及 將一第二信號施加至一帶電粒子偵測器，該帶電粒子偵測器經組態以偵測自該樣本上之一探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由一初級帶電粒子束形成且藉由與該第一複數個帶電粒子之一部分相互作用來修改(modified)。
  2. 如請求項1之控制器，其進一步包含經組態以調整該第一信號從而調整該脈衝光束之一激發脈衝之一特性的電路系統，該激發脈衝之該特性包含該激發脈衝之一強度、一寬度、一重複率或一相位。
  3. 如請求項2之控制器，其進一步包含經組態以基於該激發脈衝之該等特性中之至少一者而調整該第二信號的電路系統，該第二信號包含一偵測信號。
  4. 如請求項3之控制器，其進一步包含經組態以調整該激發脈衝與該偵測信號之間的一時間延遲(time delay)從而調整由該帶電粒子偵測器偵測到之該第二複數個帶電粒子之一靈敏度的電路系統。
  5. 如請求項1至4中任一項之控制器，其中該電路系統包含一同步數位電路(synchronous digital circuit)、一主時脈(master clock)或一同步驅動器電路(synchronous driver circuit)。
  6. 如請求項1至4中任一項之控制器，其進一步包含經組態以進行以下操作之電路系統： 施加該第一信號以使該光源產生具有一第一頻率之複數個激發脈衝；及 將該第二信號施加至該帶電粒子偵測器，該第二信號具有大體上類似於該第一頻率之一第二頻率。
  7. 如請求項1至4中任一項之控制器，其進一步包含經組態以將一第三信號施加至一帶電粒子源從而產生包含複數個帶電粒子脈衝之一脈衝帶電粒子束的電路系統。
  8. 一種帶電粒子束裝置之控制器，該控制器包含： 經組態以進行以下操作之電路系統： 調整一脈衝光束之一第一激發脈衝與一對應第一偵測脈衝之間的一第一時間延遲；及 調整該脈衝光束之一第二激發脈衝與一對應第二偵測脈衝之間的一第二時間延遲， 其中該第二時間延遲不同於該第一時間延遲。
  9. 如請求項8之控制器，其進一步包含經組態以進行以下操作之電路系統： 施加一激發信號以使一光源產生一脈衝光束，該脈衝光束包含： 一第一激發脈衝，其在與一樣本表面相互作用時產生第一複數個帶電粒子之一第一部分；及 一第二激發脈衝，其在與該樣本表面相互作用時產生該第一複數個帶電粒子之一第二部分，該第一激發脈衝及該第二激發脈衝具有一第一頻率；及 將一偵測信號施加至一帶電粒子偵測器，該帶電粒子偵測器經組態以偵測自該樣本表面上之一探測光點產生的第二複數個帶電粒子，該探測光點係藉由一初級帶電粒子束形成且藉由與該第一複數個帶電粒子之該第一部分及該第二部分相互作用來修改， 其中該偵測信號包含具有不同於該第一頻率之一第二頻率的該對應第一偵測脈衝及該對應第二偵測脈衝。
  10. 如請求項8或9之控制器，其進一步包含經組態以進行以下操作之電路系統： 調整該第一偵測脈衝之一第一重複率與該第一激發脈衝之一第一重複率之間的一第一偏移；及 調整該第二偵測脈衝之一第二重複率與該第二激發脈衝之一第二重複率之間的一第二偏移， 其中該第一偏移及該第二偏移之絕對值不同。
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