TWI337362B - Electron-beam size measuring apparatus and size measuring method with electron beams - Google Patents

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1337362 九、發明說明： I：發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明有關一電子束尺寸量測裝置及一利用電子束之 5 尺寸量測方法以藉由將一電子束輻照在一樣本上來檢驗該 樣本。 I：先前技術3 發明背景 在製造一半導體元件的處理期間，以一諸如電子顯微 10 鏡等電子束裝置來進行一樣本的一檢驗、一圖案線寬的一 量測及類似作用。在一樣本的一檢驗或量測中，一受檢驗 部分係在被一電子束輻照之時受到掃描，且藉由將次級電 子數量或類似物轉換成亮度以在一顯示器元件上顯示為一 影像。 15 當一樣本利用此方式被檢驗或量測時，該樣本以一電 子束被輻照。利用電子束的此輻照係引發使樣本的一表面 變成帶電之現象。更確切言之，藉由進入樣本的帶電粒子 及從樣本發射的帶電粒子之間的電荷量差異使得經輻照表 面變成正性或負性帶電。當樣本的表面被充電時，經發射 20 次級電子係加速或收回至樣本，且因此次級電子發射的效 率產生改變。這因此將造成樣本表面的影像品質變得不穩 定之問題。此外，當樣本表面的帶電繼續進行時，初級電 子束可能被偏向，部分案例中，因此造成一影像的扭曲。 為了解決此等問題，已經提出防止一樣本表面被充電 5 之不同方法。 其一相關技術中’曰本先行公開專利申請案號 2003-142019揭露一利用一產生大於1的次級電子產出率 (secondary electron yield)之加速電壓及一產生小於！的次級 電子產出率之加速電壓來控制一樣本表面的帶電之方法。 並且’日本先行公開專利申請案號2006-54094揭露一種利 用來自正配置於一樣本上方的一電極之一電壓推回從樣本 表面所發射的次級電子之方式來防止樣本表面的電位變成 正性之方法。 如上述，發生一種利用一電子束裝置在一樣本的一檢 驗期間使該樣本變成帶電之現象。然而，譬如，在一可使 一如晶圓等樣本被電性連接之案例中，因為可藉由將該電 性連接的晶圓上之一導體加以接地來防止該樣本的帶電現 象，故沒有特殊問題。 然而’一樣本的帶電現象係發生於一其中樣本身為非 傳導性、或其十即使樣本由一傳導材料製成但該樣本為電 性漂浮而無接地之案例中。 譬如，在一量測一用來作為曝光半導體的母片之光罩 的一維度之案例中，帶電係發生於下列兩狀態中。第一狀 態中’一諸如鉻等導體係在製作一配線的處理期間配置於 一玻璃基材的一整體表面上方，且覆蓋有一阻劑配線以將 鉻蝕刻來形成配線。第二狀態中，諸如鉻等導體製成之配 線係在製作配線的處理完成之後配置於玻璃基材上。 特定言之’由諸如鉻等導體所製造之層係緊接在鉻被 餘刻之前配置於玻璃基材的聱體表面上方。基於此理由 當—特定部分由於一電子束輻照而變成帶電時，基材的整 體表面上方之傳導層被充電。這因此影響另一部分的/檢 驗或維度量測。此外，即使當一部分具有小的帶電時，終 將藉由電子束輻照數百至數千部分而使帶電變大，故無法 得出第一量測維度與最後量測維度之間的一維度關係。 相對於量測維度的此變化，本發明人的一實驗係顯現 出，譬如，在一電子束具有1500(eV)的輻照能量之案例中， 10(V)之樣本表面電位的一變化係造成2(叩!)的一維度改變 6(nm)。 相較於此，一電子束量測裝置在量測2(^m)的一維度時 係需要應具有位於不大於Unm)的一誤差範圍内之維度精 確度。為此，在1500(eV)輻照能之案例中，樣本表面電位 的一變化之一可容許範圍係位於1.7(V)的級數。 此外，在一形成配線的處理期間所使用的一阻劑材料 之维度量測之案例中，為了避免損害阻劑材料，一電子束 的賴照能一般係降低至近似500(eV)。在此例中，樣本表面 電位的變化必須設定成等於或小於近似〇·6(ν)藉以滿足維 度精確度的要求。 並且，因為部分類型的阻劑材料對於一電子束具有高 損害敏感度，輻照能必須降低到近似4〇〇(eV)至3〇〇(eV)，且 希望使樣本表面電位的一變化盡可能接近於〇(v)。 請注意難以藉由-利用次級電子來控制一樣本表面的 帶電之方法以不大於1(V)精確度使樣本表面電位維持固 1337362 定。 . 【發明内容】 發明概要 已經考慮到習知技術的問題作出本發明。本發明之一 5目的係提供一電子束尺寸量測裝置及一利用電子束之尺寸 量測方法，據其可以高精確度來量測一樣本同時使樣本表 面電位保持固定在不大於l(v)的一範圍内。 可藉由一電子束尺寸量測裝置來解決上述問題，其包 括電子束輻射部件，偵測部件，距離量測部件，一階台及 10 控制部件σ確切言之，電子束輻射部件將一電子束輻照在 一樣本的一表面上。偵測部件係偵測從樣本發射之電子。 距離量測部件係量測樣本與偵測部件的一次級電子控制電 極之間的距離。階台上，安裝有樣本。然後，控制部件係 調整階台高度故使距離量測部件所量測的距離將等於一經 15 預定固定距離，將一經預定控制電壓施加至偵測部件的次 級電子控制電極，且造成電子束藉由施加一經預定加速電 壓而被輻照。此處，控制電壓被預先決定藉以使樣本定位 在固定距離來容許樣本表面電位變成恆定。 上述電子束尺寸量測裝置中，控制電壓可為利用一與 20 樣本相同材料製成的校準樣本所預先決定之一電壓。更精 確來說，假設藉由量測校準樣本之表面未帶電之一維度來 獲得第一經量測數值，且第二經量測數值係為處於當校準 樣本的經量測數值不再變異、而校準樣本則以電子束輻照 及或者從一其中使校準樣本的表面在開始帶電之狀態來量

8 1337362 測維度的時之一數值。基於牝假設，該數值被決定為處於 當第一經量測數值及第二經量測數值變成等於彼此的一時 間之一數值。 此外，電子束尺寸量測裝置中，控制部件可造成電子 5 束輻照部件將電子束輻照在樣本的整體表面上及/或可供 樣本上的一導體所曝露之一區域上。 並且，可採用一利用電子束之尺寸量測方法來解決前 述問題，該方法包括下列步驟：得出當一樣本與次級電子 控制電極之間的距離保持固定時、及亦當將被輻照在樣本 10 上之電子束的一加速電壓設定為一經預定數值時將被施加 至一次級電子控制電極以調整樣本的電荷電位變成恆定之 一控制電壓；調整樣本與次級電子控制電極之間的距離成 為經預定距離；藉由將控制電壓施加至次級電子控制電極 以處於加速電壓的一電子束來輻照樣本；及在輻照電子束 15 之後量測樣本的一維度。 根據本發明，藉由在使受量測樣本的表面與次級電子 控制電極之間的距離設定為經預定固定數值之條件下將一 經預定電壓施加至次級電子控制電極來輻照電子束。施加 至次級電子控制電極的電壓係為一受調整藉以當樣本的表 20 面與次級電子控制電極之間的距離設定為固定數值時容許 樣本表面電位變成恆定之電壓。藉由調整一樣本的表面與 次級電子控制電極之間的距離成為固定，固定的力係作用 在從樣本的表面發射之電子上，且從樣本的表面發射之電 子係以一固定比率收回至其表面。這使一樣本表面上的電 9 位保持恆定且藉此容許一電子束的一軌跡及該電子束的一 幸畜照面積為固定。 圖式簡單說明 第1圖為使用於本實施例的一實施例中之—電子束尺 寸量測裝置的組態圖； 第2圖為顯示第1圖中的電子束尺寸量測裝置之一距離 量測元件的圖式； 第3圖為顯示初級電子的能量與次級電子的一發射比 率之間的一關係之圖式； 第4A及4B圖為各顯示次級電子的一發射比率與一樣 本的表面之間的一關係之圖式； 第5A及5BU》說明一樣本的表面之帶電依據一樣本 與次級電子控制電極之間的距離而定之圖式； 第6圖為顯示經量測數值的一時間變化之圖式； 第7圖為譬如利用施加至次級電子控制電極的一控制 電壓作為一參數來顯示維度量測數值的時間變化之圖式； 第8圖為用以決定對於次級電子控制電極的控制電壓 之處理的流程圖； 第9圖為顯示一利用電子束之尺寸量測方法的流程圖； 第1〇A圖顯示處於當樣本與次級電子控制電極之間的 距離保持固定時之—維度量測結果； 第10B圖顯示處於當樣本與次級電子控制電極之間的 距離不保持固定時之_維度量測結果。 【實施方式】 1337362

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較佳實施例的描述 下文中’將參照圖式抬述本發明的—實施例。 第-’將描述-電子束尺寸量測裝置之一組態。第二 將描述-用以將-樣本表面的電位調整至伍定之製程复 係為本發明的一特徵。第三，將描述-採用一電子束尺； 量測裝置之湘—電子束之尺寸量測方法。最後，將描^ 本發明之-顧制㈣子束的尺寸量财絲量測維度 之範例。 (電子束尺寸量測裝置之組態） 第1圖為本實施例的—電子束尺寸量測裝置之組態圖。 此電子束尺寸量測敦置1〇〇係粗略地分成一電子掃描 單㈣’―顯示器單㈣，—距離量 測單元5〇及-用以控制電子㈣單㈣信號處理單元 30、顯示器單元40及距離量測單㈣各者之控制單元2〇。 其中’電子射^由1子光學柱單元15及-樣本室 16所構成。 電子光學柱單元15包括—電子绘（電子束韻部件， -凝聚器透鏡2, -偏向線圈3及—物透鏡4。樣本室16包括 - XYZ階台5及-由-絕緣材料所構成之樣本支撑單元6。 樣本室16係連接至一用以移動χγζ階台5之馬達（未圖 示）及一用以使樣本室16内側維持在—經預定降壓大氣中 之排空器（未圖示）兩者。 一位於ΧΥΖ階台5上方之樣本7將經由凝聚器透鏡2、偏 向線圈3及物透鏡4被電子鎗1輻照之一電子束9所輻照。 11 當樣本7以電子束9輻照時，從樣本7發射的經反射電子 或次級電子量係被一由一次級電子控制電極8&、一閃爍器 等等構成之電子偵測器8所偵測。信號處理單元3〇中，一AD 轉換器將經偵測量轉換至一數位量，然後轉換至亮度信 號。因此，樣本的一影像顯示在顯示器單元4〇上。控制單 元係控制藉由偏向線圈3之電子偏向量及顯示器單元4〇 之影像掃描量。 控制單元20由一微電腦構成，並具有一用以執行其中 儲存的維度量測之程式。此外，控制單元2〇決定對於電子 束9之一加速電壓，且將加速電壓施加至與控制單元2〇電性 連接之電子鎗1。 第2圖為顯示包括一距離量測室5丨之電子束尺寸量測 裝置100之圖式。距離量測室51中，量測位於χγΖ階台$上 方之樣本7的高度。利用一未接觸於樣本7之非接觸型量測 元件52來進行此量測。本貫施例中，除了樣本室16外提供 距離量測室51，且在XYZ階台5移至距離量測室51之後量測 樣本7的高度。譬如使用一 C C D攝影機作為非接觸型量測元 件52，且藉由偵測一其中利用一自動聚焦機構使cCD攝影 機對焦於樣本7上之焦位置來量測樣本7的高度。 附帶說明，一用以量測一樣本7高度之裝置並不限於一 使用一 CCD攝影機之裝置，且可對其使用任何量測裝置只 要。亥裝置即使在一樣本電位影響下亦不會造成焦位置偵測 之錯誤即可。 以樣本支撐單元6放置在XYZ階台5上方之樣本7在具 1337362 有上述組態的電子束尺寸量測裝置100中檢驗或量測維度 之則，利用與樣本7相同材料所製造之一校準樣本來決定對 於中性化的一電子淋浴之條件（下λ中，該條件及淋浴將分 別簡稱為中性化淋浴條件及中性化淋浴）。中性化淋浴條件 5係為一用以調整樣本7表面上的電位以抵達一恆定位準（譬 如’ 0(V))之中性化淋浴（電子束輻照）所需要者，並包括對 於一電子束的一加速電壓，樣本7表面與次級電子控制電極 之間的距離（參考距離），及一施加至次級電子控制電極的電 壓位準（參考電壓位準）。決定這些條件之後，樣本7的表面 10與次級電子控制電極之間的距離被設定為參考距離，且藉 由將參考電麼施加至次級電子控制電極使得樣本7受到一 中性化淋浴。 (用以將樣本表面電位調整至恆定之製程） 樣本7的一檢驗或維度量測之前所進行之中性化淋浴 15係可將樣本7表面上的電位調整至恆定。下文將描述其原 理0 第3圖示意地顯示初級電子的能量與次級電子的一發 射比率之間的一關係。如第3圖所示，隨著初級電子的能量 從低能量位準增加，次級電子的發射比率亦增加且隨後當 20 初級電子能量為E1時抵達卜當初級電子的能量進一步增加 及抵達Em時，次級電子的發射比率變成最大值。然後，當 初級電子的能量超過E2時，次級電子的發射比率再度變成 小於1 ^此處，El、Em及E2的數值係依據一樣本的一材料 而變，而Em的數值則在大部份案例中位於5〇〇(ev)至 13 1000(eV)的一範圍内。 第4A及4B圖各示意地顯示次級電子的發射比率與— 絕緣膜的表面上之一帶電狀態之間的一關係。第4A圖顯示 一其中使次級電子的發射比率大於丨之案例。當次級電子的 發射比率大於1時，因為從一樣本7發射的次級電子42數超 過進入樣本7之初級電子“數，樣本7的表面變成帶正電。 另-方面’第4B圖顯示一其中使次級電子的發射比率小於】 之案例’或案例等同於一其中使第3圖所示的初級電子能量 低於E1或咼於E2之案例。當次級電子的發射比率小於丨時， 許多電子仍留在樣本7表面上，且因此樣本7的表面變成帶 負電。 當初級電子的能量充分夠大時、及當次級電子的發射 比率小於1時’因為樣本7表面變成帶負電初級電子在樣 本7周圍慢下來。此帶電係進展直到初級電子慢下來到對應 於E2能量的位準為止’及制缺電子的發射比率變成接 近於1為止。在此時，帶電電壓係與初級電子能量之間 的差異，且樣本7的表面㈣可充電至具有—大的負值（譬 如，一小於-1〇〇(V)的數值）。當發生此帶電時，—次級電子 影像被大幅地扭曲到使得維度量測的一誤差增大。 另一方面，當次級電子的發射比率大於㈣，樣本7的 表面變成帶正電。’然而’當表面變成帶電時，-相對較大 數量之具有數電子伏魏量的錢電子43㈣被收回至樣 本7表面。收回至表面之次級電子及初級電子所攜載的一入 射電流、及經發射次級電子所攜載的-發射電流達到均 1337362 衡，且因此帶電不再進展。棊於此理由，採用一其中使次 級電子的發射比率大於1之範圍來檢驗一樣本7及類似物。 為了獲得此均衡，習知以一藉由改變所輻照電子束的 能量令樣本表面電位變成帶正或負電之方式來抑制一樣本 5 表面的電位變化。在此時，設定加速電壓藉以使次級電子 的發射比率成為1，且藉此防止樣本表面變成帶電。然而， 因為令次級電子42的產生效率成為1之加速電壓係依據一 樣本7材料而不同且因此需要在調整加速電壓之同時找出 令次級電子1的產生效率成為1之加速電壓，故難以設定加 10 速電壓。此外，利用此方法，難以不大於1(V)的精確度來 控制帶電。 本實施例係重視一樣本7表面與一電極（本實施例中之 電子偵測器8的次級電子控制電極8 a)之間的距離。 以一輻照在表面上的電子束從樣本7表面發射之次級 15 電子量係依據所輻照電子束的能量及作用在次級電子上的 力量而定。此力係依據一施加至次級電子控制電極8a的電 壓所產生之一電場而定。然後，根據樣本7表面與次級電子 控制電極8a之間的該距離（下文亦簡稱為“樣本-電極距 離”）、及一施加至次級電子控制電極8a的控制電壓來決定電 20 場。 為此，藉由使控制電壓及樣本-電極距離保持固定，可 使作用在次級電子上之力成為恆定。 第5A及5B圖顯示一其中使樣本7表面與次級電子控制 電極8a之間的距離不固定之案例中所發生之一問題。 15 假設當樣本-電極距離為W卜一樣本73的表面的電位為 〇(V)如第5A圖所示。在此時，因為樣本73的表面未帶電， 可以高精碓度來量測樣本7a。 隨後’量測安裝在XYZ階台5上方之另一樣本7b的一維 度如第5B圖所示。第5B圖中，因為樣本7b的一玻璃基材與 第5A圖的一玻璃基材具有不同厚度，樣本_電極距離改變為 W2。 作用在從樣本7b表面發射之電子上的力F係為電子的 電荷以及樣本7b表面與次級電子控制電極之間的一電場 之乘積。為此，在一 W2(>W1)之案例中，作用在電子上的 力變得很弱使得許多電子被收回至樣本7b。這造成樣本7b 表面變成帶負電。 另一方面’當樣本-電極距離及控制電極保持固定時， 作用在電子上之力變成恆定。結果，收回至樣本7之電子量 變成恆定，且因此樣本7表面的電位變成0(V)。 當一樣本的表面與次級電子控制電極8a之間的距離如 上述保持SI定時’可藉由控制施加至次級電子控制電才她 的控制電壓及㈣電子束的加速Μ之數值使得樣本表面 電位成為值定。 (使樣本表面電位成為恆定之方法） 如上述，樣本7與次級電子控制電極8a之間的電場係決 疋k樣本7表面所發射的次級電子是否抵達次級電子控制 電極8a或被收回至樣本7的表面。$此，& 了使二欠級電子均 勻地表現，藉由使施加至次級電子控制電極8a之電壓及樣 1337362 本7表面與次級電子控制電極8a之間的距離維持固定以將 電場調整成為恆定。 第6圖顯示處於當樣本表面電位並不恆定時之一樣本 之量測數值之一時間變化。 5 假設在一時間tO所量測的一維度為α。樣本維度被量測 時，樣本係以電子束輻照。結果，樣本表面變成帶電，且 電子束的一軌跡產生移位。如第6圖所示，這造成一種藉由 隨著時間經過來量測維度而獲得較大數值之現象。 基於此理由，在一時間tl，進行一中性化淋浴藉以將 10 樣本表面電位調整為恆定。進行此中性化淋浴直到現今經 量測數值變成等於時間to所量測數值為止。第6圖中，藉由 進行中性化淋浴直到時間12為止使樣本表面電位返回至時 間tO之狀態。其後，對於樣本重覆地進行維度量測及中性 化淋浴。 15 第7圖顯示利用施加至次級電子控制電極8a的控制電 壓作為一參數之維度量測數值的時間變化。 此處，假設各維度量測數值在一時間to為β。此時間tO 在第6圖中對應於時間tl。 一經預定電壓係自此時間點施加至次級電子控制電極 20 8a，且因此獲得穩定的量測數值。第7圖中的彎曲線L2指示 出樣本表面變成處於0(V)，且因此量測數值變成α。此外， 彎曲線L1及L3在第7圖中各指示出樣本表面變成帶正或負 電，且因此量測數值未變成α。 經量測數值的穩定化係導因於一種由於進入樣本的入 17 1337362 射電流與來自樣本的發射電流之間的均衡而不使帶電繼續 進展之現象。基於此理由，雖然樣本表面上的帶電未繼續 進展，樣本表面未總是抵達〇(v)，且經量測數值未總是變 成α如第7圖的彎曲線L1及L3。 5 為此，藉由改變次級電子控制電極8a的控制電壓來改 變作用在次級電子上的力量藉以找出一造成樣本表面電位 抵達0(V)之控制電壓。利用此控制電壓，對於電子束之加 速電壓及樣本7與次級電子控制電極8a之間的距離係可容 許樣本表面電位抵達0(V)同時防止樣本表面上的帶電繼續 10 進展。 下文中，將利用第8圖中的一流程圖來描述一用以決定 中性化淋浴條件之方法。 提前決定對於電子束的加速電壓、及樣本表面與次級 電子控制電極8a之間的距離，作為決定中性化淋浴條件之 15 先決條件。譬如，決定出加速電壓為500(eV)，且樣本表面 與次級電子控制電極8a之間的距離為3(mm)。 首先，步驟S11中，利用一校準樣本來量測一參考維 度。此校準樣本藉由與一待量測樣本7相同的材料製造。 校準樣本的一基材係整體由一導體構成，且已知其一 20 維度。藉由將校準樣本接地使樣本表面電位設定為0(V)。 然後，在樣本表面電位改變之前量測其維度，且設定為參 考維度。此維度量測中，樣本以一電子束受到輻照及掃描， 獲得樣本的一影像，且隨後量測所獲得影像中的維度。 請注意，校準樣本並不限於具有整體由一導體構成之 ：S) 18 時接地之機::可為具有一可在被安裝於階台上方時被暫 時接地之=使P可麵奸於階台上方時被暫

作為參考之維度。 〜、Τΐ貝J 下個步驟S12中，移除了校準樣本的接地連接。一旦接 i連接被移除，校準樣本的表面被正性或負性充電。 、下個步驟S13中，施加至次級電子控制電極之電壓設定 為一經預定數值，譬如_5〇(ν)β 下個ν ^S14中，藉由將經預定電壓施加至次級電子控 制電極使得樣本以_電子純照定時間，譬如ι〇秒。 下個步驟S15中，獲得樣本的電子顯微鏡影像，然後量 測校準樣本的維度。校準樣本的維度量測㈣施加至次級 電子控制電極之-電壓係不同於步驟S13中所調整及步驟 S18中所決定之數值，且設定為—適合具有電子束之充分夠 高解析度的維度量測及達成高次級電子擷取效率之電壓數 值。 下個步驟S16中，作出校準樣本的經量測數值是否變成 穩定之一判斷。步驟S14中樣本從時間t=〇以電子束輻照一 經預定時間η之後，在步驟S15中量測校準樣本的維度。結 果’量測時間為t=n，2η，3η，...。譬如，當時間2η及時間3η 的經量測數值之間的差異譬如變成小於譬如〇 1 (nm)的一經 量測數值時，經量測數值被判斷為穩定。 當經量測數值被判斷為穩定時，此經量測數值係被決 定為步驟S13中所設定的控制電壓下之經量測數值，且隨後 -1337362 該處理移至步驟S17。當經量測數值被判斷為不穩定時，該 處理移回到步驟S14,且藉由將一電子束進一步輻照在樣本 上來繼續維度量測。 下個步驟S17中，步驟S11中所獲得之經量測數值及參 5 考數值彼此作比較。得出經量測數值與參考數值之間的差 異（稱為D)，且作出對於D是否小於一經量測數值譬如 0.2(nm)之一判斷。當D被判斷為小於經預定數值時，處理 移至步驟S18。另一方面，當D被判斷為大於經預定數值時， 處理移至步驟S13。然後，一不同於先前處理之電壓施加至 10 次級電子控制電極，且因此繼續該處理。 下個步驟S18中，將被施加至次級電子控制電極之步驟 S18中所設定的電壓係被決定為參考電壓，然後完成該處 理。 請注意，雖然利用一中性化淋浴之一樣本的一輻照區 15 域基本上包括一被量測區域，可利用一CAD、一經反射電 子影像及類似物只在被偵測身為一供樣本上的一導體所曝 露位置之一特定部分上進行中性化淋浴。 此外，一校準樣本的材料理想上係為一受量測樣本的 相同材料，但甚至可使用一不同材料，只要該材料在相同 20 中性化淋浴條件下具有相同維度關係即可。本發明人發 現，Si及Cr在相同中性化淋浴條件下具有相同維度關係。 (利用電子束之尺寸量測方法） 下文中，參照第9圖，將描述一利用本發明的電子束尺 寸量測裝置100來量測一樣本7的一維度且其中使樣本7表 ：§) 20 1337362 面電位保持恆定之方法。 首先，步驟S21中，決定中性化淋浴條件。利用第8圖 所描述的方法來決定這些條件。 下個步驟S22中，用於一電子束之加速電壓及施加至次 5 級電子控制電極之電壓係設定為步驟S21所決定的中性化 淋浴條件之數值。 下個步驟S23中，樣本7在樣本室16中安裝於XYZ階台5 上方。 下個步驟S24中，XYZ階台5移動至距離量測室31，然 10 後量測安裝在XYZ階台5上方之樣本7的高度。藉由往上或 往下移動XYZ階台5(在一 Z方向中）使得樣本7與次級電子 控制電極8a之間的距離將等於經預定特定距離藉以調整該 高度。其後，XYZ階台5從距離量測室51移至樣本室16。 下個步驟S25中，進行一中性化淋浴。進行中性化淋浴 15 時的時程係為直到已經決定中性化淋浴條件時經量測數值 變成穩定為止之一時間期間。並且，就以中性化淋浴所輻 照的區域而言，一電子束可輻照在樣本的整體表面上，或 可輻照在供樣本上的導體所曝露之一部份上。譬如，利用 CAD資料來偵測供樣本上的導體所曝露之部份。 20 下個步驟S26中，進行中性化淋浴之後以樣本表面未帶 電來量測樣本的維度。樣本維度的量測期間，施加至次級 電子控制電極之電壓係不同於步驟S21中所決定的電壓，並 被設定為一適合具有充份夠高電子束解析度的維度量測且 達成高的次級電子擷取效率之電壓數值。 21 B37362 藉由重覆步驟S24至S26來量測樣本中的所有維度量測 點。 附帶說明，當樣本的整體表面之高度只小程度改變 時，可只重覆步驟S25及S26以作量測。 5 下個步驟S27中，樣本7在維度量測之後從樣本室16取 出。 下個步驟S28中，作出所有樣本的維度量測是否完成之 一判斷。若未完成，處理移回到步驟S23,且繼續維度量測。 如上述，在使用本實施例的電子束尺寸量測裝置之量 10 測方法中，在樣本的維度量測之前令一樣本上的電位成為 恆定。為了使電位恆定，找出處於當樣本表面與次級電子 控制電極之間的距離保持固定時之對於一電子束的加速電 壓及施加至次級電子控制電極的控制電壓。藉由在這些中 性化淋浴條件下於樣本上進行一中性化淋浴，樣本表面上 15 的電位變成恆定於0(V)。為此，被一電子束所輻照的一區 域並未改變，不同於一其中使電子束受到樣本上的一不同 電位位準所影響之案例。結果，可進行一穩定的量測。 請注意，雖然本實施例中每次量測樣本即進行將樣本 表面電位調整至恆定之處理，本實施例的量測方法不在此 20 限，且可只當樣本表面電位需調整至恆定時才進行此製 程。譬如，可每當5次維度量測即進行一中性化淋浴。 此外，可藉由設定一被輻照以將電位調整至恆定之電 子束來增加一束輻照量，以具有一高電流。雖然藉由當找 出中性化淋浴條件時輻照經預定加速電壓的一電子束來找 22 出經量測數值變成絲a 圖中以加速電所需要之時間期間，可藉由第3 輕昭量來缩短直Γ 等同於Em的數值以增加束的-η __為域要之時間。 丨。。:樣文:7上用本實施例的電 第_顯示處結果。 距離保持固定時之本與切電子控制電極之間的 本與次級電子” 果。第1晒顯示處於當樣 ίο 量測結果。 °之間_離未減固定的時之維度 此範例中，針對— ,,..^ 樣本材料為鉻之案例，量測中性化 淋冷條件（一樣本 ^ 表面與·人級電子控制電極之間的距 電子束之加速電壓，及-施加至次級電子控制 電極之電壓）且分別找出3(mm)、5GG(V)>^_5()(V)的數值。 15 帛QA圖中的時間點11及12各指示出當-具有待量測 維度的樣本改變至另—者時之_時間點。如第iga圖所示， 當在中性化淋浴條件下進行中性化淋浴之同時樣本作維度 量測時，維度量測數值(α，)未改變，且即使當樣本的高度彼 此不同時仍同時調整樣本的表面與次級電子控制電極之問 20的距離。利用此方式，可利用本實施例的電子束尺寸量測 裝置以高精確度進行一维度量測。 另—方面，為了比較使用尺寸量測方法之案例與本實 施例的電子束，第1〇Β圖以下列方式顯示維度量測之結果。 確切言之，對於電子束之加速電壓及施加至次級電子控制 23 1337362 電極之電壓係設定至與本實施例的案例者相同之數值。然 而，樣本係在進行中性化淋浴之同時量測維度而不將樣本 表面與次級電子控制電極之間的距離調整至恆定。 可如從第10B圖所瞭解，由於處於當樣本改變時的時間 5 (時間點“及U)之樣本之間的高度差異而使得量測結果改 變。此結果顯示，樣本的表面與次級電子控制電極之間的 距離變化係造成維度量測之誤差。 請注意在此範例中，實驗中觀察到，在一樣本的高度 改變300(μηι)之一案例中係於一 2(μΓΠ)維度的量測中量測出 10 —近似l(nm)的誤差。

【圖式簡单說明】 第1圖為使用於本實施例的一實施例中之一電子束尺 寸量測裝置的組態圖； 第2圖為顯示第1圖中的電子束尺寸量測裝置之一距離 J5 量測元件的圖式： 第3圖為顯示初級電子的能量與次級電子的

奴巧'J 20 率之間的一關係之圖式； 第4A及4B圖為各顯示次級電子的一發射比率與_ 本的表面之間的一關係之圖式； 第A及5B圓為忒明一樣本的表面之帶電依據一枯 與次級電子控制電極之_距離而定之圖式； 第6圖為顯示經量測數值的一時間變化之圖式； 第7圖為譬如利用施加至次級電子控制電極的-控 電壓作為一參數夾^ 數來如維度里測數值㈣

24 13.37362 第8圖為用以決定對於禾級電子控制電極的控制電壓 之處理的流程圖； 第9圖為顯示一利用電子束之尺寸量測方法的流程圖； 第10A圖顯示處於當樣本與次級電子控制電極之間的 5 距離保持固定時之一維度量測結果； 第10B圖顯示處於當樣本與次級電子控制電極之間的 距離不保持固定時之一維度量測結果。 【主要元件符號說明】 1…電子餘(電子束輻照部件） 30…信號處理單元 2…凝聚器透鏡 3…偏向線圈 4".物透鏡 5…XYZ階台 6…樣本支撐單元 7,7ajb…樣本 8···電子偵測器 8a…次級電子控制電極 40…顯示器單元 41…進入樣本7之初級電子 42…從樣本7發射的次級電子 50···距離量測單元 51…距離量測室 52…非接觸型量測元件 100···電子束尺寸量測裝置 D…經量測數值與參考數值之間 的差異 9…電子束 10…電子掃描單元 15…電子光學柱單元 16…樣本室 20···控制單元

El,E2,Em…初級電子能量 L1，L2,L3…彎曲線 tO，tL· · ·時間 W1，W2…樣本-電極距離 25 1337362 α…時間tO所量測的維度 β…維度量測數值 SU···量測校準樣本的維度且將 經量測數值設定為參考數值 S12” *移除校準樣本的接地連接 S13···調整次級電子控制電極之 電壓 S14···將電子束輻射一經預定 時間 S15···量測校準樣本的維度 S16·· ·經量測數值是否穩定？ S17···丨參考數值-經量測數值j <γ? S18.. ·將施加至次級電子控制電 極之經調整電壓決定作為中 性化淋浴條件 S21···決定中性化淋浴條件 S22…將施加至次級電子控制電 極之電壓等項設定為中性 化淋浴條件 S23···安裝受量測樣本 S24…調整受量測樣本與次級電 子控制電極之間的距離 S25···進行中性化淋浴 S26…量測受量測樣本的維度 S27···取出受量測樣本 S28·’’所有樣本的量測是否完成？ 26

Claims (1)

1337362 第96121129號專利申請案申請專利範圍替換本 2010年10月 十、申請專利範圍： 1. 一種電子束尺寸量測裝置，包含： 電子束輻射部件，其將一電子束輻照在一樣本的一 表面上； 5 偵測部件，其偵測從前述樣本發射之電子； 距離量測部件，其量測前述樣本與前述偵測部件的 一次級電子控制電極之間的距離； 一階台，安裝有前述樣本；及 控制部件，係調整前述階台的高度使前述距離量測 10 部件所量測的距離等於一經預定固定距離，並將一控制 電壓施加至前述偵測部件的次級電子控制電極者，該控 制電壓係預先決定而於該樣本被定位在該固定距離時 使前述樣本表面電位變成恆定位準，而前述控制部件藉 由施加一經預定加速電壓輻照該電子束。 15 2.如申請專利範圍第1項之電子束尺寸量測裝置，其中該 控制電壓係當一第一量測數值及一第二量測數值等於 彼此時之一電壓，前述第一量測數值係藉由量測表面未 帶電之一校準樣本的一維度所獲得者，前述校準樣本由 與前述樣本相同的材料製造，而前述第二量測數值係在 20 前述校準樣本之表面一開始就充電之狀態下，對前述校 準樣本交替進行輻照電子束及量測維度，且該量測數值 不再改變時之一數值。 3.如申請專利範圍第1或2項之電子束尺寸量測裝置，其中 前述階台包括不使前述樣本與其電性連接之固持部 27 1337362 件，及將前述樣本往上及彳主下移動之移動部件。 4.如申請專利範圍第1或2項中任一項之電子束尺寸量測 裝置，其中前述控制部件使前述電子束輻射部件以前述 電子束來輻照前述樣本的整體表面。 5 5.如申請專利範圍第1或2項中任一項之電子束尺寸量測 裝置，其中前述控制部件使前述電子束輻射部件以前述 電子束來輻照前述樣本上的一導體所曝露之區域。 6. 如申請專利範圍第1或2項中任一項之電子束尺寸量測 裝置，其中前述控制部件使前述電子束輻射部件將前述 ® 10 電子束的一電子輻照量調整至大於量測一維度時之一 電子輻照量。 7. 如申請專利範圍第1或2項中任一項之電子束尺寸量測 ·、 裝置，其中前述控制部件係在前述樣本的表面電位調整 至一固定位準之後量測前述樣本的一維度。 15 8. —種利用電子束之尺寸量測方法，包含下列步驟： 得出一控制電壓，該控制電壓係當一樣本與一次級 | 電子控制電極之間的距離保持固定，且輻照在前述樣本 上之前述電子束的一加速電壓設定為一預定數值時，施 加至一次級電子控制電極用以將前述樣本的電荷電位 20 調整成恆定； 調整前述樣本與前述次級電子控制電極之間的距 離成為前述預定距離； 藉由將前述控制電壓施加至前述次級電子控制電 極以處於該加速電壓的一電子束來輻照前述樣本；及 28 1337362 在輻照前述電子束之後量測前述樣本的一維度。 9.如申請專利範圍第8項之利用電子束之尺寸量測方法， 其中前述控制電壓係當一第一量測數值與一第二量測 數值等於彼此時之一電壓，前述第一量測數值係藉由量 5 測表面未帶電之一校準樣本的一維度所獲得者，前述校 準樣本由與前述樣本相同之材料製成，而前述第二量測 數值係在前述校準樣本之表面一開始就帶電之狀態 下，對前述校準樣本交替進行輻照電子束及量測維度， 且該量測數值不再改變時之一數值。 10 10.如申請專利範圍第8或9項之利用電子束之尺寸量測方 法，其中前述電子束輻照在前述樣本的整體表面上。 11.如申請專利範圍第8或9項之利用電子束之尺寸量測方 法，其中前述電子束係輻照在前述樣本上的一導體所曝 露之區域。 15 12.如申請專利範圍第8或9項中任一項之利用電子束之尺 寸量測方法，其中前述電子束的一電子輻照量係大於量 測一維度的一時間之一電子輻照量。 29 1337362 第96121129號專利申請案圖式修正頁2010年10月

1337362 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第’（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 1···電子鎗(電子束輻照部件) 2···凝聚器透鏡 3···偏向線圈 4…物透鏡 5···ΧΥΖ 階台 6···樣本支撐單元 7…樣本 9…電子束 10…電子掃描單元 15…電子光學柱單元 16…樣本室 20…控制單元 30…信號處理單元 40…顯示器單元 50…距離量測單元 100.·.電子束尺寸量測裝置 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：