TWI389232B - 提高晶圓之電壓對比的設備與方法 - Google Patents

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Description

提高晶圓之電壓對比的設備與方法
本發明係關於在電路製造期間檢查和測試半導體晶圓的設備和方法，尤其係在電壓對比模式中測試晶圓。
積體電路是包括多層的非常複雜元件。每一層可包括導電材料、絕緣材料和/或半導體材料。通常根據積體電路的預期功能性，將這些不同材料排列成圖案。該圖案也反映積體電路的製備處理。
導電層通常包括由導電材料製成的一些導體，這些導體由諸如各種氧化物的絕緣材料所分隔。以交錯方式將介電層佈置在各導電層之間。可由位於介電層內的導電材料(稱為互連或導通孔)將不同導電層的導體彼此連接和/或連接到基材。基材可包括半導體材料並且至少將基材的一部分連接到實際接地。
已經開發了在製造階段期間、在連續製備階段之間檢查積體電路的多種檢查和失效分析技術，這些技術與製備處理相結合(也稱為「在線」檢查技術)或不相結合(也稱為「離線」檢查技術)。在現有技術中已知多種光學及帶電粒子束檢查工具和復查工具，諸如加利福尼亞州Santa Clara的應用材料(Applied Materials)股份有限公司的ComplussTM、SEMVisionTM和InsiteTM。
製備失效會影響積體電路的電性特徵。某些這種失效來自於積體電路的不同元件間之有害斷開。欠蝕刻導通孔或導體可以是浮動的，而不是連接到導電的次表面結構。
由於缺陷結構和無缺陷結構之間的充電差異，可以檢測這種失效。為了便於電壓對比分析，在缺陷結構和其周圍之間必須存在充電差異。
通常將次表面結構電連接到晶圓的基材，或者連接到外部電壓源或接地。因此，可以相對容易地控制周圍結構的充電。
為了執行有效電壓對比測量，必須在缺陷結構和無缺陷結構的電勢之間形成明顯的差異。明確地說，為了能夠通過能量過濾實現信號分離，必須在電勢中形成大於包含缺陷和無缺陷結構之材料的二次電子之標稱能量寬度的差異。
已知用於執行電壓對比測量的多種技術。第一種技術包括使用浸沒電子槍(flooding gun)。可以朝向浸沒電子槍移動樣品，浸沒電子槍向預定區域引導相對大量的電子，由此給該區域充電。為了提供該區域的圖像，由掃描束掃描該區域。另一種技術涉及為樣品提供偏置電壓。這些技術的組合也是已知的。McCord等人的名為「Apparatus and methods of controlling surface charge and focus」的美國專利No.6,828,571中描述了這兩種技術的組合的示例。McCord還描述了涉及用傾斜檢測束照 明樣品的自動聚焦方法。
某些檢查裝置和方法通過聚焦到諸如獲得預期解析度所必需的小束斑尺寸的電子束掃描樣品。通常需要束斑的直徑小於預期解析度的兩倍。對於當今最高級的半導體晶圓，通常需要束斑尺寸小於500 nm。
通常，在沿橫切軸機械移動樣品的同時，沿掃描軸掃描電子束。因此，相對避免了相同區域的重復曝光。
已知多種類型的掃描電子顯微鏡，這些掃描電子顯微鏡通常包括電子槍、接收從目標發射支電子的檢測器及相關放大器和監視器，該電子槍通過包含聚光透鏡、掃描線圈和物鏡的真空柱體將電子束引導到該目標。
根據Wikipedia，「八極(octupole)」通常是指「具有相反符號的電荷分佈且以小距離彼此分隔的兩個電性或磁性四極」和/或「用於控制電子束或其他帶電粒子束的任何裝置，由排列在圓形圖案中具有交替極性的八個電極或磁極構成；一般用於校正四極系統的像差」。
SemVision/G2是使用其中包括「δ(delta)充電」技術的各種充電技術的商業可用系統。
在這裏將說明書中提到的全部申請和專利文獻及其中直接或間接引用的申請及專利文獻的公開作為參考文獻。
本發明的實施例試圖提供電性測試半導體晶圓的方法，該方法包括用離焦帶電粒子束掃描樣品的第一區域以便影響第一區域的充電；並用聚焦帶電粒子束掃描該第一區域的至少一部分，同時檢測從至少一部分散射之電子；其中在由離焦帶電粒子束引起的充電仍然影響第一區域的同時，掃描該至少一部分。替代地或另外，提供電性測試半導體晶圓的系統，該系統包括至少一帶電粒子束聚焦作用部件、適於收集從晶圓散射之帶電粒子的至少一檢測器；其中該系統適於：(i)用離焦帶電粒子束掃描樣品的第一區域以便影響第一區域的充電，(ii)用聚焦帶電粒子束掃描第一區域的至少一部分並檢測從該至少一部分散射的電子；其中系統在利用離焦帶電粒子束仍然影響第一區域的同時，掃描該至少一部分。
根據本發明的某些實施例，將該掃描的飛返/折返部分用於在晶圓表面上執行動態預充電處理，通常包括對該束進行離焦，以便增加充電水平和所獲得的充電均勻性。
因此，根據本發明的某些實施例，提供電性測試半導體晶圓的方法，該方法包括：(a)在維持構成第一掃描區域的基本聚焦束的同時，沿至少一條掃描線掃描帶電粒子束；(b)在維持基本離焦束以便控制包括第一掃描區域之至少一區域的充電的同時，沿至少一條掃描線掃描帶電粒子束；以及(c)重復掃描步驟，直到掃描了晶圓的預定部分。該次序並不需要如上所述的準確，例如可交換步驟(a)和(b)，以便離焦充電控制步驟可以先於聚焦步驟。
根據本發明的某些實施例，還提供電性測試半導體晶圓的系統，該系統包括(a)帶電粒子束源；(b)可以改變的聚焦元件，包括但不限制於透鏡元件、束能量或圓柱電極；(c)適於收集從晶圓散射之帶電粒子的至少一檢測器；以及(d)控制系統，該控制系統適於：(i)在維持基本聚焦束的同時，使帶電粒子束沿至少一條掃描線掃描的方式控制帶電粒子束，並允許檢測器收集從第一掃描部分散射的帶電粒子；(ii)在維持基本離焦束的同時，使帶電粒子束沿至少另一條掃描線掃描的方式控制帶電粒子束，以便控制包括第一掃描部分之至少一區域的充電；以及(iii)確定重復(i)和(ii)直到掃描了晶圓的預定部分；可以交換(i)和(ii)的時間次序。
根據本發明的某些實施例，還提供電性測試半導體晶圓的方法，該方法包括用離焦帶電粒子束掃描樣品的第一區域以便影響第一區域的充電，以及在使用掃描圖案、用聚焦帶電粒子束掃描該第一區域的至少一部分，同時檢測從至少一部分散射的電子，其中掃描圖案包括一組至少一條掃描線並且在由離焦帶電粒子束引起的充電仍然影響掃描線的同時，用聚焦帶電粒子束掃描該組中的每條掃描線。
另外，根據本發明的某些實施例，由離焦帶電粒子束形成的束斑尺寸實質大於由聚焦帶電粒子束形成的束斑尺寸。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿離焦掃描線掃描而聚焦帶電粒子束沿聚焦掃描線掃描，其中離焦掃描線與聚焦掃描線平行。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿離焦掃描線掃描而聚焦帶電粒子束沿聚焦掃描線掃描，其中離焦掃描線橫切於聚焦掃描線。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿在第一方向上的離焦掃描線掃描而聚焦帶電粒子束沿基本與第一方向相反之第二方向上的聚焦掃描線掃描。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿多條離焦掃描線掃描而聚焦帶電粒子束沿多條聚焦掃描線掃描，其中將多條聚焦掃描線佈置在多條離焦掃描線的相鄰線之間。
另外，根據本發明的某些實施例，第一掃描包括在晶圓附近引入離焦靜電場。
另外，根據本發明的某些實施例，第一掃描包括在遠離晶圓的位置引入離焦靜電場。
另外，根據本發明的某些實施例，第一掃描包括在持續時間上小於幾條掃描線的離焦周期期間離焦帶電粒子束。
另外，根據本發明的某些實施例，第二掃描包括在持續時間上小於幾條掃描線的聚焦周期期間聚焦帶電粒子束。
根據本發明的某些實施例，還提供電性測試半導體晶圓的系統，該系統包括可操作用於產生至少一條聚焦帶電粒子束和至少一條離焦帶電粒子束的至少一帶電粒子束聚焦作用部件；以及適於收集從晶圓散射之帶電粒子的至少一檢測器，其中該系統適於：(i)使用離焦帶電粒子束掃描樣品的第一區域，以便影響該第一區域的充電；(ii)使用掃描圖案和聚焦帶電粒子束掃描該第一區域的至少一部分，並檢測從該至少一部分散射的電子；其中掃描圖案包括一組至少一條掃描線並且其中在由離焦帶電粒子束引起的充電仍然影響掃描線的同時，用聚焦帶電粒子束掃描該組中的每條掃描線。
另外，根據本發明的某些實施例，由離焦帶電粒子束形成的束斑尺寸實質大於由聚焦帶電粒子束形成的束斑尺寸。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿離焦掃描線掃描，而聚焦帶電粒子束沿聚焦掃描線掃描，其中離焦掃描線與聚焦掃描線平行。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿離焦掃描線掃描，而聚焦帶電粒子束沿聚焦掃描線掃描，其中離焦掃描線橫切於聚焦掃描線。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿在第一方向上的離焦掃描線掃描，而聚焦帶電粒子束沿基本與第一方向相反之第二方向上的聚焦掃描線掃描。
另外，根據本發明的某些實施例，離焦帶電粒子束沿多條離焦掃描線掃描，而聚焦帶電粒子束沿多條聚焦掃描線掃描，其中將多條聚焦掃描線佈置在多條離焦掃描線的相鄰線之間。
另外，根據本發明的某些實施例，至少一帶電粒子束聚焦作用部件適於通過在晶圓的附近引入離焦靜電場而離焦帶電粒子束。
另外，根據本發明的某些實施例，至少一帶電粒子束聚焦作用部件適於通過引入遠離晶圓的離焦靜電場來離焦帶電粒子束。
根據本發明的某些實施例，還提供電性測試半導體晶圓的方法，該方法包括使用相對聚焦帶電粒子束逐條掃描線地掃描晶圓，由此確定掃描線的時間序列；以及在用粒子束掃描時間序列中的每一條掃描線之前，和在用粒子束掃描時間序列中就在該條掃描線之前的掃描線之後，使用相對離焦帶電粒子束預充電包括該條掃描線的區域。
另外，根據本發明的某些實施例，由掃描電子顯微鏡(SEM)執行該掃描步驟。
另外，根據本發明的某些實施例，掃描線中的每一條具有均勻寬度，其中該束具有確定掃描線之均勻寬度的寬度。
另外，根據本發明的某些實施例，晶圓上掃描線的排列確定掃描線的物理序列，並且其中掃描線的時間序列與掃描線的物理序列相異。另外，根據本發明的某些實施例，預充電包括使聚焦帶電粒子離焦，由此提供離焦帶電粒子束。
另外，根據本發明的某些實施例，將該組中的掃描線分開，以便基本防止先前掃描的掃描線實質改變由後續掃描的掃描線中之離焦帶電粒子束引入的充電。
根據本發明的某些實施例，還提供電性測試半導體晶圓的方法，該方法包括用離焦帶電粒子束掃描樣品的第一區域以便影響該第一區域的充電；以及用聚焦帶電粒子束掃描該第一區域之至少一部分，同時檢測從該至少一部分散射的電子，其中在由離焦帶電粒子束引起的充電仍然影響該第一區域的同時，掃描該至少一部分。
本發明的某些實施例的獨特優點包括下述：與常規系統相比，電荷一般不會隨著預充電步驟和實際聚焦掃描步驟之間時間的流逝而消散，和/或每次只執行掃描步驟一遍，以便完全地或非常明顯地消除掃描步驟的相鄰遍數之間的干擾。
根據本發明訓導的某些或全部，可將任何適當處理器、顯示器和輸入工具用於處理、顯示、存儲和接收資訊，包括電腦程式，諸如但不限於，常規個人電腦處理器、工作站或用於處理的通用或專門構建的其他可編程裝置或電腦或電子計算裝置；用於顯示的顯示幕和/或印表機和/或揚聲器；諸如光碟、CDROM、磁光碟或其他磁片的機器可讀記憶體；用於存儲的RAM、ROM、EPROM、EEPROM、磁或光或其他卡，及用於接收的鍵盤或滑鼠。如上所用的術語「處理」包括作為可在例如電腦的寄存器和/或記憶體中發生或存在的例如電子的物理現象表現的資料之任何類型的計算或操作或轉換。
根據本發明的某些實施例，本發明的設備可包括包含或存儲指令程式的機器可讀記憶體，當由機器執行時指令程式實現這裏示出的和描述的本發明的設備、方法、特徵和功能性的某些或全部。替代地或另外，根據本發明的某些實施例，本發明的設備可包括如上所述的以任何常規編程語言編寫的程式，以及可選地，用於執行該程式的機器，諸如但不限於可以可選地根據本發明的訓導設置或啟動的通用電腦。
在本文中或附圖中出現的任何商標是其擁有者的所用，並且在這裏出現僅用於解釋或說明如何可實現本發明的實施例的一個示例。
下面的描述係關於帶電粒子顯微鏡，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)，特別是步進重復(step and repeat)類型SEM，在帶電粒子顯微鏡中，通常通過掃描晶圓的一個區域(由該SEM的視場確定的區域)和在晶圓與SEM之間以機械方式引入相對運動來推進對於另一個區域的掃描的重復步驟來對晶圓進行掃描。例如可通過由諸如透鏡、偏轉器等的不同靜電和/或磁元件引入的靜電場和/或磁場實現該相對移動。需要指出的是，可將其他帶電粒子甚至光子用於檢測電壓對比。還需要指出的是，也可通過在SEM和晶圓之間引入基本恒定的移動實現本發明。該相對移動可以是線性的或甚至是旋轉的，和/或兩者的任何組合。
根據本發明的一個實施例，通過改變束限制縫隙實現離焦，束限制縫隙還改變束電流。
第1圖示出根據本發明的一個實施例能夠進行電壓對比分析的掃描電子顯微鏡(SEM)。第1圖的SEM包括電子槍22、陽極24和可操作用於產生主電子束40的高壓電源26。
根據本發明的一個實施例，在電壓對比分析期間重復聚焦和離焦帶電粒子束40。離焦涉及改變帶電粒子束40的能量。另外，雖然磁場的特徵是其改變速率比靜電元件引起的慢，但是也可以改變磁場。
根據本發明的一個實施例，第1圖的SEM包括至少一帶電粒子束焦距改變部件，例如下面參考第8A-9c圖詳細描述的。該部件可以用相對快的方式改變帶電粒子束的焦距。可以將這種部件放置在電子槍22與晶圓100之間。
通常，可以相對快速地改變靜電場，因此快速離焦(和聚焦)效果可以包括改變施加到不同電極的電壓，諸如電極30、陽極24和甚至電子槍22，諸如，如下面參考第8A-9c圖詳細描述的。將電極30放置在晶圓100附近，並且當遠離晶圓100放置其他電極時電極30可以影 響晶圓100附近的靜電場。
第1圖的SEM通常還包括具有主電子束40可以穿過其中之縫隙13的檢測器14，能夠將主電子束聚焦到晶圓100上的物鏡12，控制器60及載物台150。物鏡12通常包括引入從物鏡12泄漏的靜電場和磁場的靜電透鏡和磁透鏡。
第1圖的SEM可以包括附加部件，諸如偏轉主電子束以便掃描晶圓的偏轉部件，及為了簡化解釋在第1圖中未示出之附加控制和電壓電源部件。
在第1圖的SEM中，引導主電子束40穿過檢測器14中的縫隙13，以便由物鏡12將其聚焦到所檢查的晶圓100。主電子束與晶圓100交互作用，其結果是，反射或散射多種類型的電子，諸如二次電子、背散射電子、俄歇(Auger)電子和/或X射線量子。可以容易地收集二次電子。大多數SEM主要通過如圖所示的檢測器14檢測這些二次電子。將檢測器14連接到控制器60，控制器60能夠，例如常規地，產生對應所收集二次電子的幅值和主電子束40相對晶圓100的位置之所掃描晶圓的圖像。
通常還將控制器60連接到載物台150，載物台150用於控制引入到晶圓100和第1圖的SEM的其他部分(諸如電極)的機械移動。控制器60通常控制第1圖的SEM的不同部件，包括高壓電源26、電極電壓電源部件32、偏轉部件(未示出)等等。通常由X掃描信號和Y掃描 信號控制偏轉部件。需要指出的是，控制器60可包括多個軟體和硬體部件，並且可包含單個裝置或多個裝置。
通常，當沿X軸偏轉電子束時載物台150沿Y軸移動晶圓100。這不是必須的，並且可以應用其他組合，包括沿第一軸引入機械移動並沿不與第一軸正交的第二軸偏轉電子束。而且，後續掃描的方向可以是相同的或彼此相反的。第1圖的SEM可以包括附加檢測器、能量濾鏡等，為了簡化未示出。
雖然第1圖示出了用於控制充電的單一電極30，這不是必須的，並且為了控制晶圓100的充電可以應用多個電極及劃分為多個部分的單一電極。
第2圖示出根據本發明之另一個實施例能夠進行電壓對比分析的掃描電子顯微鏡(SEM)。應該認識到，第2圖及別處示出的本發明之實施例的某些部件是可選的。第2圖的設備包括照明光學儀器和檢查光學儀器。照明光學儀器產生並朝向樣品引導帶電粒子束。可以由照明光學的不同元件改變帶電粒子束的焦點。
術語「光學儀器」包括諸如物鏡、磁線圈、極片、靜電透鏡、縫隙、掃描器等的部件。這些部件影響帶電粒子束的不同特徵。光學儀器還可以包括諸如電源、電流源的部件，控制這些部件的部件等。照明路徑包括帶電粒子束源111。源111可以是常規的，並且通常包括彼此操作相關的電子槍、燈絲、抑制器、牽引器和陽極。
操作上，如圖所示，帶電粒子束源111與上八極112、 縫隙對準線圈113、束確定縫隙114、消隱裝置115、差動真空縫隙(differential vacuum aperture)116、上線圈組117、消隱縫隙119、可被用於這裏所述的離焦的下線圈組120、可被用於這裏所述的離焦的下八極121和磁物鏡122相關聯。還可以將帶電粒子束轉向法拉第杯118。
檢查路徑通常包括磁物鏡122、下八極121、下線圈組120、束彎曲電極124、靜電四極126、靜電聚焦透鏡128、接地縫隙130、靜電濾鏡132和檢測器114。不同部件從如常規的高電壓模組接收高電壓。不同部件，特別是磁部件，從供電模組接收電流。
可以由照明路徑的不同元件(諸如上和下線圈組117和120，通常與上和下八極112和121相結合)聚焦和離焦帶電粒子束。通常通過八極獲得小的焦點變化。
通常，檢查系統還包括載物台、圖像處理器、真空腔、光學部件、人工機械介面等。帶電粒子束通過真空傳播。
第3圖示出根據本發明之一個實施例的第一掃描圖案，其可以由諸如第1-2圖之SEM的SEM提供。當可沿X軸偏轉主電子束40時，可沿Y軸傳送晶圓100。第3圖還示出由聚焦束形成的小束斑201和由離焦束形成的大束斑202。這些束斑中的每一個與其分別照明的晶圓的一部分交互作用。
通過沿離焦掃描線212，例如從左到右，掃描離焦帶電粒子束，開始掃描圖案200。由於晶圓100的Y軸216(比方說)傳送，使離焦掃描線212的取向相對X軸214具有小的負角。在該階段期間，給包括全部大束斑202之組合區域的第一區域充電。
一旦離焦束結束其掃描，在短聚焦周期期間聚焦束40。在該聚焦周期期間，束40可以掃描晶圓，例如從右向左，但是也可以將其消隱。為了簡化解釋，未示出在聚焦周期期間的束路徑。
在聚焦周期末期，聚焦束沿聚焦掃描線211掃描。第3圖示出與離焦掃描線212平行的聚焦掃描線211，但這並不是必須的。
現在描述根據本發明之不同實施例可以由諸如第1-2圖之SEM的SEM提供的其他掃描圖案。
在第4圖的掃描圖案中，聚焦掃描線211與離焦掃描線平行，但朝向相反方向；如果聚焦掃描線指向(比方說)右方，離焦掃描線指向左方。
在第5圖的掃描圖案中，將五條聚焦掃描線211配置在相鄰離焦掃描線212之間。
在第6圖的掃描圖案中，聚焦掃描線211橫切於離焦掃描線212。可以在多種方式中獲得該取向，包括沿Y軸的電掃描、改變掃描速率、改變Y軸機械移動等。
通常，如果必須，為了提供對於掃描和圖像線的均勻充電控制，可以旋轉或移動充電控制掃描線。根據本發明的一個實施例，作為控制充電的方法，可以改變工作週期(充電控制周期與圖像獲取周期之間的比值)。
該變化可以回應，例如，在電壓對比分析期間獲取的圖像、先前獲取的圖像、掃描區域的充電特徵等等。根據本發明的一個實施例，作為控制充電的方法，可以控制離焦量。
根據本發明的不同實施例，可以將離焦用於執行負預充電或正預充電。
根據本發明的另一個實施例，如第8A-9c圖所示，可以調整施加到電極30的電壓，以便在束40的聚焦中引起快速變化，以及用於充電(或放電)晶圓100。
根據本發明的另一個實施例，通過使用與電極30不同的部件並執行束40的離焦以及獨立控制施加到電極30的電壓以便充電或放電晶圓100，實現聚焦和離焦。
根據本發明的另一個實施例，束40的聚焦改變可以在第一周期期間進行而施加到電極30的電勢改變在另一個周期中進行。例如，使束40離焦以便產生增加的充電，隨後電極30可以接收使先前引入的充電放電的電源電壓。
第7A-7C圖是用於例如使用第1或2圖的設備電測試半導體晶圓的方法的簡化流程圖，全部根據本發明的某些實施例。
在第7A圖的方法中，離焦帶電粒子束。通常，步驟310包括在晶圓附近引入離焦靜電場。根據本發明的另一個實施例，步驟310包括在遠離晶圓的位置引入離焦靜電場。通常步驟310在短的離焦周期期間進行。
步驟310之後是步驟320，其包括用離焦帶電粒子束掃描樣品的第一區域以便影響第一區域的充電，例如使用第3-6圖的掃描圖案中的任何一個。步驟320之後是聚焦帶電粒子束的步驟330。通常步驟330包括在晶圓附近引入聚焦靜電場。根據本發明的另一個實施例，步驟330包括在遠離晶圓的位置引入聚焦靜電場。通常步驟330在短的聚焦周期期間進行。
步驟330之後是步驟340，其包括用聚焦帶電粒子束掃描該第一區域的至少一部分，同時檢測從至少一部分散射的電子。在由離焦帶電粒子束引入的充電仍然影響第一區域的同時，執行步驟340。通常，完成步驟320之後不久執行步驟340。在步驟340之後執行步驟310，直到達到預定標準。如果掃描了預定區域，如果檢測到缺陷等等，可以達到該標準。
通常由離焦帶電粒子束形成的束斑尺寸實質大於由聚焦帶電粒子束形成的束斑尺寸。束斑尺寸之間的比值可以回應所需充電量、充電周期長度和該系統內的離焦及聚焦速度和精確度。
通常，離焦帶電粒子束沿離焦掃描線掃描而聚焦帶電粒子束沿聚焦掃描線掃描。根據本發明的一個實施例，如第3-5圖中所示，離焦掃描線與聚焦掃描線平行。根據本發明的另一個實施例，如第6圖中所示，離焦掃描線橫切聚焦掃描線。根據本發明的另一個實施例，離焦掃描線基本與聚焦掃描線相反。
通常，將多條聚焦掃描線佈置在相鄰離焦掃描線之間。
應該認識到，實現如圖所示和這裏描述的本發明通常涉及使聚焦束快速離焦，或使離焦束快速聚焦。預計聚焦中的變化應該僅需要微秒級別而且優選甚至小於一微秒。這裏參考第8A-9C圖描述實現該目的的優選方法。
第8A-8D圖一起形成在使用柱體中的聚焦電極實現快速聚焦和離焦電子束中使用的信號圖。第8A圖示出如將要施加到第1圖的掃描線圈16的或第2圖的下八極121的可被用來對束40進行掃描和折返的掃描斜波信號。第8B圖示出可被施加到第1圖的電極30用於在聚焦中引起變化的電壓變化。第8C圖示出施加到第2圖的消隱裝置115用於在轉換期間防止晶圓曝光的選擇性消隱信號。第8D圖示出由控制器60傳送到第1圖的電極電源32的控制信號。在折返T3到T6(離焦周期530)期間，轉換電極控制信號以便離焦該束。
第9A-9C圖一起形成在使用諸如四極或八極的靜電掃描偏轉器實現快速聚焦和離焦電子束中使用的信號圖。第9A圖示出由第2圖的掃描控制器158施加到八極121的特定極片以便掃描和回掃該束的標稱電壓。第9B圖示出用於改變該束的聚焦和/或像散狀態以便提供所需離焦水平的疊加電壓。第9C圖示出由掃描控制器158施加到八極121的極片上以提供聚焦掃描和離焦折返的靜電壓。
一般地，可用顯微鏡中的任何元件對聚焦進行振動， 只要其能夠以與掃描線速率相當的速率改變聚焦。由於磁滯後或自感應現象使得不能快速改變磁元件，這通常將選擇限制在靜電元件。這裏，分別參考第8A-8D圖和第9A-9C圖描述用於離焦該束的兩種非限制性方法。
在第一種方法中，使用第1圖的電極30。該電極的正常用途是控制晶圓(即第1圖的元件100)附近電場的幅值和極性。該電極有時是指電荷控制板、接近電極、或聚焦極(wehnelt)。為了改變聚焦，在兩個電壓狀態之間轉換電極電源32，第一個狀態是聚焦該束的狀態，而第二個提供離焦狀態。1000V的轉換範圍通常是足夠的，但是取決於電極的特定幾何，因此特定需要電壓範圍將取決於將要使用的電子光學系統的特性。例如，如果電極的孔尺寸大約為3 mm而且電極與晶圓之間的距離大約為1 mm，電壓範圍可以是在100到500伏的範圍內。
一般地，希望將束斑離焦到至少一微米的空間尺度。將控制器60用於時間控制線掃描和電壓轉換兩者，以便進行如第8A-8D圖所示的序列。
一般地，第8A-8D圖示出用於第4圖所示的示範掃描類型的控制信號和電壓的適當時間序列。用於在本發明的範圍內的諸如第3、5和6圖的掃描類型的其他掃描類型的適當時間序列可以是相似的，但已作必要的修正。示出的時間線包含空閒周期510、掃描及圖像周期520、離焦周期530、和空閒周期540，通常離焦周期530的長度剛剛滿足進行離焦。通常，分別在周期520與530之 間以及周期530與540之間存在短暫的第一和第二消隱周期550和560。
第8C圖示出使用柱體的束消隱元件，如果其是可用的，防止正在轉換電極電壓(第8B圖)時束斑照明晶圓100。該方法允許離焦束斑，並且同時允許改變晶圓表面的電場，使其更正或更負，取決於轉換電源的極性。
在第二種方法中，同樣適於第4圖所示的示範掃描類型，將第2圖的靜電八極121用於振動聚焦。將八極121設計成允許束斑的掃描、聚焦和像散調整。替代地或另外，可使用四極、十二極或其他極片配置。在該實施例中，不改變晶圓表面的電場。
在該實施例中，將確定八極的每個極片的獨立電壓的電子學設計成允許將掃描、聚焦和像散狀態施加到八極的整體。就是說，可以獨立控制每個極片電壓。改變聚焦狀態包括在8個極片的每一個的掃描斜波信號上疊加相等電壓。第9A-9C圖繪出可被施加到八極的極片中的一個上的電壓。為了離焦束斑，可以改變八極整體的聚焦或像散狀態。第9A圖示出為了掃描束斑而施加到極片的時間電壓。第9B圖示出疊加的離焦電壓。第9C圖示出兩個電壓的總和，其是可被施加到極片的實際時間電壓。對於第2圖的SEM，用於改變聚焦的疊加電壓可在20-50伏的級別。
對於具有100條掃描線(聚焦束斑直徑的100倍)的直徑的離焦束斑，可隨後執行以下順序的操作：
(a)離焦掃描覆蓋N條聚焦線的區域(在當前示例中，N為100)。
(b)包含在離焦區域中的聚焦掃描線處於下述序列中：1、n+1、2n+1、…<N，其中n是線an+1的充電不會不利影響線(a+1)n+1的充電的整數。
(c)從步驟a的離焦掃描線以一條聚焦線增加覆蓋N條線的區域的離焦掃描，例如，如果在步驟(a)中的離焦模式中掃描線1-100，那麽可在步驟(c)中的離焦模式中對線2-101進行掃描。
(d)如在步驟(b)中的聚焦掃描線具有如下序列：2、n+3、2n+2、…<N+1。
例如，在某些應用中，n可以是10而a可以是1和10之間的任何整數。載物台可在每一序列中將晶圓向後移動1條掃描線的高度，由此相對晶圓以1條掃描線的高度向前移動掃描序列的位置。離焦束覆蓋大於100條線的區域。可執行下述操作：
重復1：掃描線具有在位置1的離焦束。在離焦掃描區域內掃描聚焦線的下述序列：1、11、21、…91。
重復2：掃描線具有在位置2的離焦束，位置2是從位置1向前的1條聚焦線的增加。掃描聚焦線的下述序列：2、12、22、…92。
連續重復3、4、…，直到已經掃描了整片(通常至少是幾十萬條線)。在後續標準中，可再次掃描各條線。例如，在第11重復中，可對線11、21、31、…101進行掃 描，在第一重復中掃描了除了第101條線之外的全部。但轉換到最終圖像時，例如在圖像控制器中，可在超過一次收集的掃描線本身之間取平均，以便獲得在最終圖像中使用的單一值。
可以改變聚焦線獲取次序，並且也可以改變序列的本質。例如，在步驟b中，該序列可以是上述序列的替換，諸如：1、3 n+1、2n+1、4 n+1、…，因此，如果n=10，步驟b中的序列是1、31、21、41等等。
可以通過使用常規工具、方法和元件實現本發明。因此，這裏沒有闡述描述這種工具、元件和方法的細節。在先前描述中，為了提供本發明的徹底理解，闡述了多種特定細節，諸如測試結構的形狀和光電活性材料。然而，應該承認，不需要求助特定闡述的細節就可以實現本發明。
在本公開中僅示出和描述了本發明的示範實施例及其多功能性的少數示例。應該理解的是，本發明能夠在多種其他組合和環境中使用，並且能夠在如這裏表達的發明原理範圍內進行改變或修改。
應該認識到，如果需要，可在包括CD-ROM、EPROM和EEPROM的ROM(唯讀記憶體)形式中實現本發明的包括程式和資料的軟體元件，或者將它們存儲在任何其他適當電腦可讀介質中，諸如但不限於，不同類型的磁片、不同類型的卡和RAM。替代地，如果需要，可使用常規技術全部或部分地在硬體中實現這裏描述的如軟體 的元件。
也可在單一實施例的組合中提供在單獨實施例中描述的本發明的特徵。相反，可單獨地或在任何適當子組合中提供出於簡化在單一實施例中描述的本發明的特徵。
12‧‧‧物鏡
14、114‧‧‧檢測器
16‧‧‧掃描線圈
22‧‧‧電子槍
24‧‧‧陽極
26‧‧‧高壓電源
30‧‧‧電極
32‧‧‧電極電源
40‧‧‧主電子束
60、160‧‧‧控制器
100‧‧‧晶圓
111‧‧‧帶電粒子束源
112‧‧‧上八極
113‧‧‧縫隙對準線圈
114‧‧‧束確定縫隙
115‧‧‧消隱裝置
116‧‧‧差動真空縫隙
117‧‧‧上線圈組
118‧‧‧法拉第杯
119‧‧‧消隱縫隙
120‧‧‧下線圈組
121‧‧‧下八極
122‧‧‧磁物鏡
124‧‧‧束彎曲電極
126‧‧‧靜電四極
128‧‧‧靜電聚焦透鏡
130‧‧‧接地縫隙
132‧‧‧靜電濾鏡
150‧‧‧載物台
158‧‧‧掃描控制器
200‧‧‧掃描圖案
201‧‧‧小束斑
202‧‧‧大束斑
211‧‧‧聚焦掃描線
212‧‧‧離焦掃描線
214‧‧‧X軸
216‧‧‧Y軸
310、320、330、340、350、355、360、365、370、375．．．步驟
510、540．．．空閒周期
520．．．掃描及圖像周期
530．．．離焦周期
550．．．第一消隱
560．．．第二消隱
為了理解本發明和領會在實踐中如何實現本發明，現在將參考附圖描述僅作為非限制示例的某些實施例，在附圖中：第1圖是根據本發明的一個實施例的電壓對比測量系統的簡化橫截面圖；第2圖是根據本發明的另一個實施例的電壓對比測量系統的簡化橫截面圖；第3圖示出根據本發明的一個實施例的掃描圖案；第4圖示出根據本發明的另一個實施例的掃描圖案；第5圖示出根據本發明的另一個實施例的掃描圖案；第6圖示出根據本發明的另一個實施例的掃描圖案；第7A-7C圖是根據本發明的某些實施例的第1圖-2的系統的操作方法的簡化流程圖；第8A-8D圖一起形成在使用柱體中的聚焦電極實現快速聚焦和離焦電子束中使用的信號圖；以及第9A-9C圖一起形成在使用諸如四極或八極的靜電掃描偏轉器實現快速聚焦和離焦電子束中使用的信號圖。
12‧‧‧物鏡
13‧‧‧縫隙
14‧‧‧檢測器
16‧‧‧掃描線圈
22‧‧‧電子槍
24‧‧‧陽極
26‧‧‧高壓電源
30‧‧‧電極
32‧‧‧電極電源
40‧‧‧主電子束
150‧‧‧載物台
60‧‧‧控制器
100‧‧‧晶圓

Claims (15)

  1. 一種電性測試一半導體晶圓的方法，該方法包括以下步驟：藉由一離焦帶電粒子束沿著一第一離焦掃描線掃描一晶圓的一第一離焦掃描區域，以便影響該第一離焦掃描區域的一充電，該離焦掃描區域包含一第一複數N條聚焦掃描線；藉由一聚焦帶電粒子束掃描該離焦掃描區域中一第一數量的該等複數條聚焦掃描線，同時檢測從該晶圓散射的電子，該第一數量的聚焦掃描線之該掃描按照1、n+1、2n+1、…<N之次序，其中n為一整數，從而線an+1之該充電對一線(a+1)n+1之該充電沒有不良影響；其中由該離焦帶電粒子束掃描該第一離焦掃描區域所引起的充電仍然影響該第一數量的聚焦掃描線的同時，會發生沿著該第一數量之聚焦掃描線掃描該聚焦帶電粒子束之步驟；藉由該離焦帶電粒子束沿著一第二離焦掃描線掃描該晶圓的一第二離焦掃描區域，以便影響該第二離焦掃描區域的一充電，該第二離焦掃描區域包含一第二複數N條聚焦掃描線，該等第二複數N條聚焦掃描線藉由來自該等第一複數N條聚焦掃描線的一條聚焦掃描線而增加； 藉由該聚焦帶電粒子束掃描該第二離焦掃描區域中一第二數量的該等第二複數條聚焦掃描線，同時檢測從該晶圓散射的電子，該第二數量的聚焦掃描線之該掃描按照一次序，該次序不同於該第一數量的聚焦掃描線使用之次序；及持續迭代地使用該離焦帶電粒子束與該聚焦帶電粒子束掃描該晶圓直到該晶圓之指定部分已藉由該聚焦帶電粒子束掃描。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中由該離焦帶電粒子束所形成的一束斑尺寸實質大於由該聚焦帶電粒子束所形成的一束斑尺寸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等離焦掃描線與該等聚焦掃描線平行。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等離焦掃描線橫切該等聚焦掃描線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該離焦帶電粒子束沿在一第一方向上的該等離焦掃描線掃描，而該聚焦帶電粒子束沿在一第二方向上的該等聚焦掃描線掃描，該第二方向實質上與該第一方向相反。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由一離焦帶電粒子束掃描該第一離焦掃描區域之該步驟包括在該晶圓的附近引入一離焦靜電場之步驟。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由一離焦帶電粒子束掃描該第一離焦掃描區域之該步驟包括在遠離該晶圓的一位置引入一離焦靜電場之步驟。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由一離焦帶電粒子束掃描該第一離焦掃描區域之該步驟包含在一離焦周期期間離焦該聚焦帶電粒子束之步驟，該離焦周期小於幾條離焦掃描線之持續時間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由一聚焦帶電粒子束沿著該第一數量之聚焦掃描線掃描之該步驟包含在一聚焦周期期間聚焦該離焦帶電粒子束之步驟，該聚焦周期小於幾條聚焦掃描線之持續時間。
  10. 一種電性測試一半導體晶圓的系統，該系統包括：至少一帶電粒子束聚焦作用部件，係操作來產生至少一條聚焦帶電粒子束和至少一條離焦帶電粒子束；及至少一檢測器，適於收集從該晶圓散射的帶電粒子；其中該系統適於：(i)使用該離焦帶電粒子束沿著一第一離焦掃描線掃描一晶圓的一第一離焦掃描區域，以 便影響該第一離焦掃描區域的一充電，該離焦掃描區域包含一第一複數N條聚焦掃描線，(ii)使用該聚焦帶電粒子束掃描該離焦掃描區域中一第一數量的該等複數條聚焦掃描線，並檢測從該晶圓散射的電子，該第一數量的聚焦掃描線之該掃描按照一次序1、n+1、2n+1、…<N，其中n為一整數，從而線an+1之該充電對一線(a+1)n+1之該充電沒有不良影響；其中由該離焦帶電粒子束掃描該第一離焦掃描區域所引起的充電仍然影響該第一數量的聚焦掃描線的同時，會發生沿著該第一數量之聚焦掃描線掃描該聚焦帶電粒子束之步驟，(iii)藉由該離焦帶電粒子束沿著一第二離焦掃描線掃描該晶圓的一第二離焦掃描區域，以便影響該第二離焦掃描區域的一充電，該第二離焦掃描區域包含一第二複數N條聚焦掃描線，該等第二複數N條聚焦掃描線藉由來自該等第一複數N條聚焦掃描線的一條聚焦掃描線而增加，(iv)藉由該聚焦帶電粒子束掃描該第二離焦掃描區域中一第二數量的該等第二複數條聚焦掃描線，同時檢測從該晶圓散射的電子，該第二數量的聚焦掃描線之該掃描按照一次序，該次序不同於該第一數量的聚焦掃描線使用之次序，及(v)持續迭代地使用該離焦帶電粒子束與該聚焦帶電粒子束掃描該晶圓直到該晶圓之指定部分已由該聚焦帶電粒子束掃描。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中由該離焦 帶電粒子束所形成的一束斑尺寸實質大於由該聚焦帶電粒子束所形成的一束斑尺寸。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中該等離焦掃描線與該等聚焦掃描線平行。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中該等離焦掃描線橫切該等聚焦掃描線。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中該離焦帶電粒子束沿在一第一方向上的該等離焦掃描線掃描，而該聚焦帶電粒子束沿在一第二方向上的該等聚焦掃描線掃描，該第二方向實質上與該第一方向相反。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中該至少一帶電粒子束聚焦作用部件適於藉由在該晶圓的附近引入一離焦靜電場來離焦該聚焦帶電粒子束。
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