TWI415161B - 帶電粒子束成像系統與於連續移動平台上陣列掃描一試片以進行該試片帶電粒子束成像的方法 - Google Patents

Description

帶電粒子束成像系統與於連續移動平台上陣列掃描一試 片以進行該試片帶電粒子束成像的方法

本發明是有關於一種擷取圖案化基板影像的裝置與方法，特別是有關於一種於連續移動平台上以一帶電粒子束陣列掃描(raster scan)一圖案化基板的裝置與方法。

傳統帶電粒子束成像系統例如掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)利用一主帶電粒子束(primary charged-particle beam)例如一電子束(e-beam)陣列掃描(raster scan)置於一靜止平台上的試片。參考本發明圖示，第一圖顯示一傳統的帶電粒子束顯微鏡100。一帶電粒子束源110例如一電子槍(electron beam gun)產生一主帶電粒子束。一主帶電粒子束透過聚光鏡模組(Condenser lens module)120聚光並由一物鏡模組(objective lens module)130聚焦以形成一帶電粒子束探針(charged-particle beam probe)140。一偏向單元(deflection unit)150線性掃描帶電粒子束探針140橫過置於一位於試片 平台190上一試片195的表面。藉由移動粒子束中心或將試片平台190朝垂直線性掃描方向移動可將一維線性掃描轉換為二維陣列掃描。在帶電粒子束探針140撞擊試片195之後，試片195將發出二次帶電粒子160例如二次電子以及背向散射電子，並由一帶電粒子偵測器170收集。由於二次電子數量對應於掃描區域電壓或表面起伏形態(surface topography)，因此可以獲得表面起伏形態對比或電壓對比的二維影像。試片195可以是圖案化基板例如一晶圓、一微影光罩或一半導體元件，以及晶圓、微影光罩或半導體元件的組合等。

第二(a)圖顯示一應用傳統技術的陣列掃描。如圖所示，陣列掃描係沿垂直於線性掃描的方向重複線性掃描N次進行。第二(b)圖顯示經傳統技術陣列掃描之基板的成像。二次電子以及/或背向散射電子由一偵測器或多個偵測器收集。在線性掃描進行時，於均等的時間區間內對偵測器的輸出訊號進行取樣，以產生M像素之一線矩陣201。將所有線性掃描的線像素矩陣結合可形成一二維像素矩陣202，稱為一畫面，其中一畫面呈現經基板陣列掃描區域的影像。影像的尺寸稱為可視範圍或視野範圍(Field of View,FOV)。

在一實際陣列掃描中，當進行到一掃描線的最後像素時，一主電子束移至下一掃描線的起始點。花在此一主電子束馳返回(fly-back)所需額外的時間稱為線額外負擔(line overhead)時間。為了易於解釋，線掃描僅由以下所有的圖示中的有效線掃描表示，但線掃描時間或線掃描重複週期實際上是在一畫面中量測開始進行一線掃描至開始進行下一線掃描之間的時間，因而基本上就會包含馳返回所需時間或是線額外負擔時間。畫面更換時同樣需要馳返回時間。畫面時間或 陣列掃描重複週期是從開始顯示一畫面至顯示下一線畫面之間量測的時間，包含返馳回或是額外負擔移動所需時間。

為了要提高畫面的品質，經常使用線平均與畫面平均二種影像平均法。

線平均法係於進行下一線掃描之前於同一位置重複進行線掃描多次，因此每一影像線獲得像素P矩陣。逐一平均每一像素之線矩陣，產生一平均線矩陣。將所有平均線矩陣結合形成二維像素陣列的一線平均影像。

畫面平均法係重複進行相同的陣列掃描達到指定的次數S，其中承載試片的平台維持在靜止的狀態。此過程產生S組二維像素矩陣。逐一平均每一像素之矩陣可形成二維像素矩陣之單一影像，即為一畫面平均影像。畫面平均法可應用於線平均畫面。

一帶電粒子束檢查系統是以掃描式電子顯微鏡(EB Inspector)為基礎，通常以重複步進(Step-and-Repeat)模式與連續掃描模式這二種影像獲得模式中任一種模式獲取檢查影像。

在進行檢查時，使用者選定基板(例如晶圓或光罩)上圖案的特定區域進行掃描成像。這些區域稱為待檢查區域(Areas of Interest,AOI)。帶電粒子束檢查系統或電子束檢查裝置(EB Inspector)獲取涵蓋待檢查區域的電子束影像並處理這些影像以辨識圖案中異常部分或圖案上的外來異物。

在重複步進模式中，一連串的影像係透過連續(sequential)方式獲得。第三圖顯示涵蓋一基板的待檢查區域的傳統重 複步進模式成像過程。承載基板的平台沿平台步進方向移動使影像301成像於基板上，使圖案成像區域的中心移至電子光軸(electron optical axis)的中央(小誤差通常可容忍並由系統控制)。檢查區域的成像動作依所需步進動作進行，舉例來說，如箭頭步進動作302所示。當移動完成，舉例來說，平台係處於靜止位置，帶電粒子束則對成像區域進行陣列掃描。因此可獲得代表掃描區域影像的二維陣列像素資料。平台接著步進至下一靜止位置。此種過程重複至涵蓋所需之待檢查區域303為止。線平均與畫面平均二種影像平均法經常用來提高影像的品質以達成所需的檢查靈敏度。

系統以重複步進模式操作的檢查產能大大受限於影像可視範圍以及平台步進時間。影像可視範圍決定涵蓋待檢查區域所需平台步進總次數，而平台步進時間主要取決於步進距離與可容忍位置誤差。平台步進時間純粹是額外負擔時間(overhead time)且範圍在0.1至0.5秒之間。減少步進次數與平台步進時間係非常重要。

最新式以重複步進模式作為預設影像獲得模式的電子束檢查裝置，係引入電子光學設計達成大可視區域(Large Field of View,LFOV)以解決上述產能受限的問題。第四(a)圖顯示傳統技術中使用大可視區域以提高產能的一重複步進模式。若大可視區域L倍大於一般正常可視區域，涵蓋待檢查區域所需平台步進次數將以一係數L²減少。如圖所示，保持與第三圖所示相同其他設定，影像401的獲得係以相較於影像301的可視區域三倍大的可視區域。若影像301的尺寸為單一可視區域，則影像401的尺寸為三個可視區域。成像動作再次依所需步進動作 進行，如箭頭步進動作402所示。如第四(a)圖所示，若使用大可視區域影像401僅需要三個平台步進動作以涵蓋相同的待檢查區域303。與第三圖所示使用可視區域影像301所需較多步進動作相比，第四(a)圖所示實施例的產能明顯有所提高。

實際上大可視區域區分為多個次可視區域(sub-FOV fields)以獲得低雜訊與利於進行高速陣列掃描。當每一個次可視區域以傳統陣列掃描方式成像時，一相對低頻率且與次可視區域畫面更新率同步的步進訊號，重疊至陣列掃描訊號以依序定位或連結每一次可視區域。

第四(b)圖顯示傳統使用區分多個次可視區域的大可視區域重複步進模式陣列掃描成像的操作。如圖所示，一個平台步進動作擷取的大可視區域影像403包含四個次可視區域404。成像動作再次如箭頭步進動作402所示。每一次可視區域陣列掃描之間帶電粒子束例如電子束的馳返回時間係可忽略。次可視區域的數目並不會改變平台步進的次數。平台步進的次數主要取決於大可視區域的尺寸。當所應用大可視區域12倍大於一般正常可視區域，理想情況下所需平台步進次數將以一係數144減少。儘管如此，當對電子束檢查裝置更高產能的無止盡需求驅使推升更高的像素率、越來越短的影像陣列時間，平台步進時間仍然是重複步進模式成像最主要的產能限制因素。

第四(b)圖中顯示次可視區域404的寬度遠小於其高度。線掃描須以高速(高頻寬)電子電路驅動，維持雜訊符合需求的規格則限制掃描線延伸的長度。粒子束掃描光學架構須以較簡單方式建構，掃描範圍須受限以使粒子束的模糊維持在可容忍的程度。移動線掃描至下一 掃描線需要較慢的電子電路，可允許設計者設計較大的動態範圍但維持雜訊在可容忍的程度。較慢的操作亦可允許設計者選擇一更複雜粒子束偏向架構，當線掃描逐漸自次可視區域頂端移動一大段距離至底端時，允許虛擬(nominal)粒子束路徑相對於粒子束性質而言受到最小衝擊。

第五圖顯示傳統連續掃描模式成像技術。不像重複步進模式依賴陣列掃描以達成線掃描與掃描線至掃描線步進動作以涵蓋完整影像畫面，如圖所示，連續掃描模式中平台以固定速度移動。平台以固定速度沿一平台移動方向502移動，而電子束沿一線掃描方向501自一與光軸間有固定偏移的位置進行重複線掃描，線掃描方向501通常與平台移動方向502垂直。平台連續移動使成像動作連續進行，如箭頭平台連續移動503所示，直到獲得所需的影像量(長度)為止。如此可以形成相對長影像/畫面。連續掃描模式中試片係以平台速度乘以線掃描週期所得的相等間距進行掃描。

第六(a)圖顯示傳統以連續掃描模式進行之待檢查區域的成像。如圖所示，一大面積待檢查區域601可由連續掃描模式陣列掃描形成的複數長影像所涵蓋。相鄰影像之間的平台移動方向係交替變換，如曲線箭頭交替變換平台移動方向602所示，是為蜿蜒平台掃描(serpentine stage scan)，以於每一影像掃描之間縮小平台移動時間。交替平台移動的時間稱為平台轉向時間。

對於大面積待檢查區域而言連續掃描模式提供遠高於重複步進模式的產能，因為重複步進模式所需的平台步進時間在連續掃描模式中將大幅減少。平台轉向的次數只是線掃描寬度劃分之待檢查區域高 度的函數，因此平台掃描方向一般選擇與長方形待檢查區域的長邊平行。

線掃描寬度，即連續掃描模式中檢查影像的高度，受限於二因素：(1)電子光學設計的影像可視區域；(2)高速掃描需求及可容忍掃描/偵測雜訊。對於檢查寬度相對窄的小面積待檢查區域而言，舉例來說沿著平台移動方向，檢查裝置必須累積許多檢查影像以涵蓋待檢查區域的高度，累積平台轉向動作，而由於小面積待檢查區域有限寬度導致每一影像的實際成像時間短。平台轉向時間通常以大約0.7至2.0的係數大於平台步進時間。

第六(b)圖顯示傳統利用大可視區域以連續掃描模式與重複步進模式進行之小面積待檢查區域的成像。如圖所示，假設待檢查區域603具有高度24K，如果連續掃描模式影像的高度為2K像素，將需要8平台轉向動作以涵蓋待檢查區域603。另一方面利用大可視區域及12K像素的尺寸，重複步進模式只須3平台步進動作。因此利用大可視區域與重複步進模式利於小面積待檢查區域的成像，平台步進次數少於連續掃描模式平台轉向次數。

對於分散的小面積待檢查區域或一晶方(die)中小面積待檢查區域陣列而言，連續掃描模式中平台於非待檢查區域以固定成像速度移動會浪費更多時間，或平台頻繁以高速跳過非待檢查區域，但在平台進入待檢查區域前需花費額外時間以使平台回到以固定成像速度移動，此時連續掃描模式亦將浪費更多時間。此時原先連續掃描模式相較重複步進模式的產能優勢將快速消失，甚至劣於重複步進模式。

第七(a)圖與第七(b)圖分別顯示傳統利用大可視區域以連 續掃描模式與重複步進模式進行之分散小面積待檢查區域701的成像。如圖所示，利用大可視區域，重複步進模式有利於小面積待檢查區域701的成像，平台步進的次數(3x3=9)可少於連續掃描模式中平台轉向的次數(6+6+3=15)。

因此需要提出一種系統與方法以克服以上問題，本發明可滿足此需求。

本發明提出電子束檢查裝置及獲得像素陣列影像的方法，獲得像素陣列影像的方法係藉由定速移動晶圓平台並以電子束陣列掃描(二維掃描)進行。

本發明提出的方法取消傳統重複步進模式中陣列掃描中所需影像畫面更替之間的平台步進額外負擔時間(overhead time)。此外，由於使用放大的可視區域因此減少平台轉向的次數。

在本發明的一些實施例中，本發明提出的方法亦提供獲得沿平台移動方向平均或隨機分佈之小面積待檢查區域(沿平台移動方向相對寬度較窄)影像有效率的彈性作法，而傳統連續掃描模式成像卻造成產能損失。

在本發明其他實施例中，本發明提出的方法允許線掃描沿平台移動方向，而傳統連續掃描模式成像不可能做到。

100‧‧‧帶電粒子束顯微鏡

110‧‧‧帶電粒子束源

120‧‧‧聚光鏡模組

130‧‧‧物鏡模組

140‧‧‧帶電粒子束探針

150‧‧‧偏向單元

160‧‧‧二次帶電粒子

170‧‧‧帶電粒子偵測器

190‧‧‧試片平台

195‧‧‧試片

201‧‧‧線矩陣

202‧‧‧二維像素矩陣

301‧‧‧影像

302‧‧‧步進動作

303‧‧‧待檢查區域

401‧‧‧影像

402‧‧‧步進動作

403‧‧‧大可視區域影像

404‧‧‧次可視區域

501‧‧‧線掃描方向

502‧‧‧平台移動方向

503‧‧‧平台連續移動

601‧‧‧大面積待檢查區域

602‧‧‧交替變換平台移動方向

603‧‧‧待檢查區域

701‧‧‧小面積待檢查區域

801‧‧‧影像

802‧‧‧線掃描方向

803‧‧‧試片移動方向

804‧‧‧影像

805‧‧‧影像

806‧‧‧影像

901‧‧‧線掃描方向

902‧‧‧線偏移方向

910‧‧‧影像

920‧‧‧二重線平均影像

930‧‧‧三重線平均影像

1001‧‧‧右側平均影像

1002‧‧‧平均化影像

1100‧‧‧試片移動方向

1101‧‧‧平台移動方向

1110‧‧‧部分重疊畫面影像

1120‧‧‧彼此連接的畫面影像

1130‧‧‧彼此等距的畫面影像

1201‧‧‧以試片(移動)座標角度觀看的影像

1301‧‧‧以試片(移動)座標角度觀看的影像

1310‧‧‧待檢查區域

1401‧‧‧線掃描方向

1402‧‧‧平台移動方向

1403‧‧‧線掃描動作

1404‧‧‧陣列掃描動作

1405‧‧‧以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像

1406‧‧‧以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像

1411‧‧‧第一形成掃描線與最後形成掃描線之間的距離

1415‧‧‧第一形成掃描線

1416‧‧‧最後形成掃描線

1501‧‧‧待檢查區域

1502‧‧‧待檢查或空白區域

1511‧‧‧以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像

1512‧‧‧以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像

1601‧‧‧線掃描方向

1602‧‧‧平台移動方向

1700‧‧‧帶電粒子束成像系統

1710‧‧‧控制器

第一圖顯示一傳統的帶電粒子束顯微鏡100。

第二(a)圖顯示一應用傳統技術的陣列掃描。

第二(b)圖顯示經傳統技術陣列掃描之基板的成像。

第三圖顯示涵蓋一基板的待檢查區域的傳統重複步進模式成像過程。

第四(a)圖顯示傳統技術中使用大可視區域的一重複步進模式。

第四(b)圖顯示傳統使用區分多個次可視區域的大可視區域重複步進模式陣列掃描成像的操作。

第五圖顯示傳統連續掃描模式成像技術。

第六(a)圖顯示傳統以連續掃描模式進行之待檢查區域的成像。

第六(b)圖顯示傳統利用大可視區域以連續掃描模式與重複步進模式進行之小面積待檢查區域的成像。

第七(a)圖顯示傳統利用大可視區域以連續掃描模式進行之分散小面積待檢查區域的成像。

第七(b)圖顯示傳統利用大可視區域以重複步進模式進行之分散小面積待檢查區域的成像。

第八圖顯示本發明一實施例中陣列掃描方法的操作。

第九圖顯示本發明一實施例中執行線平均的方法。

第十圖顯示本發明一實施例中執行畫面平均的方法。

第十一圖顯示本發明一實施例中不同模式之影像獲得方法。

第十二圖顯示根據本發明一實施例獲得之連結影像。

第十三圖顯示根據本發明一實施例獲得之彼此等距影像。

第十四圖顯示本發明之一實施例中針對一位於一以定速移動之平台 上的試片之陣列掃描，其平台移動方向垂直於線掃描方向。

第十五圖顯示本發明實施例中彼此相隔一距離的窄待檢查區域的陣列掃描。

第十六圖顯示本發明實施例中線掃描方向與平台移動方向維持一偏離角的一移動試片的陣列掃描。

第十七圖顯示本發明一實施例之帶電粒子束成像系統。

本發明係關於一獲得試片影像的裝置與方法。試片可為一圖案化基板例如一晶圓或微影製程光罩，但未了簡化起見僅稱試片。以下的敘述以實施例為範例以使本領域具有一般技術者能製作及使用本發明並記載於專利申請書及相關所需文件中。較佳實施例的各種替換、修改與等效實施例以及敘述中的上位原理與特徵對於本領域具有一般技術者為顯而易見。因此本發明的範圍並不限於所舉的實施例。本發明的最寬範圍涵蓋符合本發明之原理與特徵的實施例。

一傳統陣列掃描訊號一般是為了構成正方形區域畫面的成像，亦即線掃描寬度等於畫面高度。所有實施例與相關圖示並非本發明的限制，而可以延伸至，舉例來說，其他長方形或一邊比相鄰另一邊長或短的平行四邊形。

如先前所述，本發明揭露固定於一連續移動平台上之試片的陣列掃描裝置與方法。平台可以固定速度移動，亦即固定速度與方向，或僅沿固定方向。陣列掃描於試片表面形成掃描線。陣列掃描產生 的相鄰掃描線形成一可用為形成畫面(試片的影像資料)的二維線陣列。為了方便解釋，此線陣列的形成被視為一陣列掃描的完成。

在本發明一實施例中，揭露沿線掃描方向針對位於一連續移動平台上之試片的陣列掃描方法。第八圖顯示本發明一實施例中陣列掃描方法的操作。

於第八(a)圖中，帶電粒子束透過陣列掃描通過一位於靜止位置的試片。一方形或長方形影像資料經掃描成像，且一影像801透過後稱為系統座標的靜止座標系統獲得。系統座標永為靜止座標。另一方面，一本說明書經常使用的對應移動座標為當平台移動時的試片座標。當平台移動時取樣的座標為移動座標，當平台停止時則為靜止(系統)座標。

於第八(b)圖中，平台上的試片沿一指向左與線掃描方向802相反的試片移動方向803移動。如圖所示，粒子束掃過一試片之偏斜平行四邊形(長方形)區域，當以移動試片座標來看將獲得一影像804。影像801與804的第一掃描線的位置係相同。因此為了方便解釋以下範例，第一掃描線的起點設定作為靜止座標系統的原點。

於第八(c)圖中，為了校正因移動平台所造成的偏斜掃描區域，將使用補償偏移。第八(c)圖對應於系統(靜止)座標下具有補償偏移的陣列掃描操作。如圖所示，每當線掃描移向下一條線時，掃描粒子束(因此下一條線的起點形成)則偏移一累積固定距離d=平台速度(Stage Speed)×線掃描週期(Line Scan Period)

距離d大致等於一線掃描時的平台移動，如第八(b)圖所示。換句話說，為了補償平台動作形成影像畫面的偏斜角度，陣列掃描 可以藉由每一線掃描起始點偏移以追隨平台移動之偏斜方式進行，如第八(c)圖所示。

線掃描週期相當於物理掃描線的形成時間週期。此掃描線的寬度視為線掃描的寬度。物理掃描線不必然為影像訊號收集以形成影像的有效掃描線。有效掃描線寬度可較物理掃描線寬度短。

經以上描述後本領域具有一般技術者能了解影像畫面可由有效掃描線寬度而非物理掃描線形成。因此所形成畫面的長度或稱為畫面長度可較物理掃描線寬度長或短。此外，在本實施例中，線掃描的方向平行於平台移動的方向，掃描線寬度、有效掃描線寬度與畫面長度均沿平台移動方向量測。

於第八(d)圖中，顯示一以移動試片座標觀看的校正影像。如圖所示，若偏移距離精確配合平台移動，可獲得具有校正垂直邊緣的一影像805。

由於進行線掃描時平台係連續移動，當平台朝線掃描相反方向時試片上有效線掃描寬度會擴展一距離dL，當平台朝線掃描相同方向時試片上有效線掃描寬度會縮短距離dL。

dL=平台速度(Stage Speed)×有效線掃描時間(Effective Line Scan Time)

有效線掃描時間為有效掃描線形成的時間周期。有效線掃描時間為整個線掃描重複週期的一特定部分。線掃描寬度取決於線掃描訊號強度。因此，線掃描寬度，亦即線掃描訊號強度係調整至補償dL以使試片上掃描寬度符合預定線掃描寬度，如第八(e)圖與第八(f)圖所示。 因此可得到具有校正掃描區域寬度的影像806。

在一實施例中，揭露於一陣列掃描操作中執行線平均的方法。第九圖顯示本發明一實施例中執行線平均的方法。線平均的執行可使用累積偏移量d，如第八(b)圖與第八(c)圖所示，於每一單一線掃描依序並於陣列掃描線至線偏移方向902中一固定位置進行。偏移量d可使用累積，舉例來說，目前影像之第一線掃描的起點，無論目前影像是否經畫面平均。換句話說，當即將形成的影像中第一線掃描起點通過目前線掃描起點時，累積偏移量為可被看見的平台移動的距離。同時畫面平均亦可應用於上述影像，相關內容則伴隨第十圖將進行更進一步的敘述。線至線偏移方向902垂直線掃描方向901。為了方便解釋，本發明所有實施例中此特徵均為真。舉例來說，取x為線掃描方向與y為線至線偏移方向，線平均可藉由沿x方向於固定y位置重複線掃描執行。接著，自重複線掃描而獲得之線矩陣則被平均，像素接著像素，如前述先前技術的相同方式。一經平均化的線像素矩陣因此獲得。於第九(a)圖中，顯示一未經線平均的影像910。於第九(b)圖與第九(c)圖中，顯示分別經二重與三重線平均的影像920與930。第九圖中實線與箭頭表示先形成的原始掃描線，而灰斷線與箭頭表示後續形成的重複掃描線以表現線平均的效應。第九圖中左手側部份係由系統(靜態)座標觀之，而第九圖中右手側部份係由試片(移動)座標觀之。

於一實施例中，揭露於一陣列掃描操作中執行畫面平均的方法。第十圖顯示本發明一實施例中執行畫面平均的方法。如圖所示，藉由於移動試片之相同位置上重複相同陣列掃描及加入累積偏移量d F至連續陣列掃描可執行畫面平均。偏移量d F可為累積經畫面平均的影像之 第一陣列掃描之第一線掃描起點。因此偏移量d F可表示為：d F=平台速度(Stage Speed)×陣列掃描重複週期(Raster Scan Repetition Period)

如先前所述，累積偏移量為當經畫面平均的影像之第一陣列掃描之第一線掃描起點通過現有陣列掃描之現有線掃描起點時平台移動的距離。然後，獲得之畫面影像被像素接著像素平均化，以形成經平均化的畫面像素。如前述先前技術的相同方式。經平均化的畫面像素。於第十(a)圖中，試片是處於靜止狀態。對於畫面1(實線與箭頭)與畫面2(灰斷線與箭頭)而言陣列掃描僅為於試片上相同位置簡單重複進行，對應的像素則被平均化以表示右側平均影像1001的像素。於第十(b)圖中，試片以定速沿一試片移動方向1100移動以指向左方。畫面2(灰斷線與箭頭)的陣列掃描緊隨畫面1(實線與箭頭)的陣列掃描之後，同時具有累積偏移量d F以補償平台移動。畫面1與畫面2之間對應線掃描重疊於試片(移動)座標。對應的像素被平均化以表示右側被平均化影像1002的像素。

於一實施例中，揭露一於移動試片上獲得多個連續畫面的方法。重複具有累積線掃描偏移的陣列掃描產生一連串等距試片表面長方形影像。線掃描偏移係於影像的畫面之間重設。每當一畫面影像完成，帶電粒子束指向下一個畫面影像的第一線掃描起始位置，下一個畫面影像之線掃描自第一線掃描起始位置再開始累積線掃描偏移。

第十一圖顯示本發明一實施例中不同模式之影像獲得方法。在進入第十一圖的細節之前，須先定義影像寬度此一物理量。當對 一試片進行陣列掃描，具有平行四邊形形狀的畫面影像係由複數彼此相鄰掃描線組成的二維線陣列形式形成。此包含最常見正方形與長方形的平行四邊形具有二對平行邊。二對平行邊中至少一對的平行邊或其延伸線會與平台移動軸相交。本發明一實施例中影像寬度為沿平台移動軸平行邊(或其延伸線)二相交點之間的距離。此定義適用本發明所有實施例，無論形成的畫面影像形狀為何。以影像寬度為選擇性因素，可以不同方法獲得一系列的影像。如圖所示，取決於平台速度所獲得的一系列的影像為：(a)若平台速度<影像寬度/陣列掃描重複週期為部分重疊，(b)若平台速度=影像寬度/陣列掃描重複週期為連結，(c)若平台速度>影像寬度/陣列掃描重複週期為以一空隙隔開。

於本實施例中影像寬度約等於第十一圖中所示之有效掃描線的長度。

本實施例亦可提供於一大面積待檢查區域內影像區域平均取樣片段(區域平均取樣影像片段)。舉例來說，若一畫面影像寬度均分為二部份，可應用50%取樣比率。

於第十一(a)圖中，獲得一系列沿平台移動方向1101的部分重疊畫面影像1110。平台速度設定為小於影像寬度/陣列掃描重複週期。實際上當擷取一系列畫面影像以補償可能的位置誤差或為了獲得更多稍後影像處理例如影像對準時犧牲之邊緣區域時一定程度的部份重疊是屬必要。

若重疊比率不小於½且可被表示為(2N-1)/2N,(N=1,2,3,…)，將產生N個畫面平均的連續影像。舉如例來說，重疊比率 ½對應於二個畫面平均；重疊比率¾對應於四個獲得的畫面平均。在一連續畫面獲得過程中第一與最後畫面間有一片段並未以相同畫面大小完全重疊且應被犧牲。在此畫面平均的實施例與第十圖所示者不同，如第十圖所示影像由一具有完整尺寸影像的畫面平均，而第十一圖的影像係由一僅有片段影像的畫面平均。

於第十一(b)圖中，顯示獲得一系列沿平台移動方向彼此連接的畫面影像1120。第十二圖中進一步顯示更多細節。平台速度設定為大致等於影像寬度/陣列掃描重複週期。第十二圖顯示根據本發明一實施例獲得之連結影像，其中以系統(靜止)座標角度觀看的獲得影像1120顯示於左側，而以試片(移動)座標角度觀看的相同影像1201顯示於右側。如第十二圖所示，類似於第四圖所示之傳統重複步進模式，但不同的是本發明之實施例沿平台移動方向的成像不須平台步進額外負擔(overhead)時間，因此提升產能。

另一方面，當與第五圖所示之傳統連續掃描模式成像相比，第十二圖中顯示之實施例的優點為其彈性畫面長度控制，首先，畫面影像的高度可大於傳統連續掃描模式畫面影像的高度，而大致等於線掃描寬度。本實施例可使待檢查區域成像高度大於線掃描寬度，使涵蓋待檢查區域所需的平台轉向次數較少。此外畫面影像的高度亦可以短於傳統連續掃描模式線掃描寬度。本實施例可使待檢查區域成像高度小於線掃描寬度，使畫面影像之線掃描次數減少且平台可以更快速度移動。

於第十一(c)圖中，顯示獲得一系列沿平台移動方向1101彼此等距的畫面影像1130。第十三圖中進一步顯示更多細節。平 台速度設定為大於影像寬度/陣列掃描重複週期。第十三圖顯示根據本發明一實施例獲得之彼此等距影像，其中以系統(靜止)座標角度觀看的獲得影像1130顯示於左側，而以試片(移動)座標角度觀看的相同影像1301顯示於右側。本實施例影像1301的每一畫面為彼此等距。本實施例的一個特別應用為彼此等距狹窄待檢查區域1310陣列的成像。待檢查區域1310的狹窄一側可由一線掃描涵蓋且相鄰待檢查區域1310之間空間小於影像1301的最大長度。每一影像1301的長度及二連續畫面影像1301之間空間係由平台速度、每一畫面的線掃描次數及線掃描步進尺寸控制。

於第十三圖中，檢查區域陣列中單一待檢查區域1310不須彼此等距，若基於掃描式電子顯微鏡(電子束檢查裝置)帶電粒子束檢查系統是基於以下設定(1)陣列畫面可被觸發(2)陣列畫面觸發時機由定序器程式化，將平台位置設定於定序器(3)每一序列中之陣列掃描接受掃描偏移並由定序器程式化。

到目前為止本發明之實施例揭露的是線掃描方向平行於平台移動方向的陣列掃描方法。於其他實施例中，線掃描方向與平台移動方向的不同關係亦為可能。第十四圖顯示本發明之一實施例中，針對一位於一以定速移動之平台上的試片之陣列掃描，其平台移動方向垂直於線掃描方向。

於第十四圖中，平台移動方向為水平並由指向左方箭頭平台移動方向1402顯示，而線掃描方向為垂直並由指向上方箭頭線掃描方向1401顯示。第十四圖的上方部分顯示傳統連續掃描模式。左側箭頭線掃描動作1403表示重複線掃描動作。右側箭頭影像1405表示以試片(移 動)座標角度觀看的獲得影像。如圖所示，傳統連續掃描成像模式中線掃描係以相等間距重複，間距等於平台速度乘以線掃描週期。第十四圖的下方部分顯示目前實施例的陣列掃描操作。左側箭頭陣列表示陣列掃描動作1404。右手側圖形顯示以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像1406。

第十四圖的實施例中陣列掃描之線掃描方向1401保持與平台移動方向1402垂直，而線至線推進為平台機械移動與陣列掃描內電偏移的結合效應。當進行陣列掃描時線掃描保持在一固定位置時，本實施例與第五圖所示之傳統連續掃描成像相同。

根據此實施例，取決於平台速度，陣列掃描方法所得系列的影像可為：

(a)若平台速度<影像寬度/陣列掃描重複週期為部分重疊，其中若重疊比率可被表示為(2N-1)/2N,(N=1,2,3,…)，將產生N個畫面平均的連續影像。舉如例來說，重疊比率½對應於二個畫面平均；重疊比率¾對應於四個獲得的畫面平均。

(b)若平台速度=影像寬度/陣列掃描重複週期為連結，

(c)若平台速度>影像寬度/陣列掃描重複週期為以一空隙隔開。

於此實施例中，當掃描線垂直於平台移動方向，一長方形影像形成自一陣列掃描而其邊中之二邊與平台移動之軸以直角相交。影像寬度因此為陣列掃描所形成一線陣列中第一形成掃描線1415與最後形成掃描線1416之間的距離1411，如第十四圖的下方部分所示。

本實施例亦可為於一大面積待檢查區域內影像區域平均取 樣片段(區域平均取樣影像片段)的方式。舉例來說，若一畫面影像寬度均分為二部份對應於50%取樣比率。

第十四圖的實施例中之一特別應用為窄待檢查區域的陣列掃描。第十五圖顯示本發明實施例中彼此相隔一距離的窄待檢查區域的陣列掃描。如第十五圖所示，再如第十四圖所示，陣列掃描1404之線掃描方向1401設定為與平台移動方向1402垂直。

第十五圖底部區域(第十五(b)圖)圖形顯示傳統連續掃描模式，其中左側箭頭線掃描動作1403表示重複線掃描動作。圖形上方右手部分說明以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像1512，以用於涵蓋由非待檢查或空白區域(無圖案形成)1502隔開的窄待檢查區域1501。如圖所示，傳統連續掃描成像模式中線掃描係以相等間距重複，間距等於平台速度乘以線掃描週期。待檢查區域1501與非待檢查或空白區域1502均被掃描與成像。此時部份工具時間浪費在掃描待檢查或空白區域1502。第十五(a)圖顯示此實施例的陣列掃描操作。左側陣列掃描或箭頭陣列代表陣列掃描動作1404。右手側圖形1511顯示以試片(移動)座標角度觀看的獲得影像，以用於涵蓋彼此隔開的窄待檢查區域1501。

如圖所示，此實施例的一個優點為試片上畫面的寬度(沿平台移動方向線掃描次數)可小到符合窄待檢查區域1501。類似於第十三圖顯示陣列掃描時線掃描寬度保持固定的情況，導致一些工具時間浪費在窄待檢查區域1501外的每一線掃描。於第十五圖實施例中，其線掃描方向沿窄待檢查區域1501較長邊，一線掃描的主要部分用來涵蓋窄待檢查區域1501，導致更有效率地運用每一線掃描動作。因此第十五圖的 實施例適合一窄待檢查區域之陣列，例如沿平台移動方向1402分佈或排列且以相對較短間距彼此相隔的窄待檢查區域1501。因此檢查的產能可被提高。

由於待檢查區域1501沿平台移動方向1402的相對較窄尺寸，針對待檢查區域1501成像之陣列掃描可能容易因為即時平台位置誤差、晶圓充電效應等因素錯過目標。不過目標位置的飄移預期將為緩慢。因此系統可設定監控待檢查區域1501位置位於最近影像畫面1511之內，並即時應用掃描偏移以保持待檢查區域1501位於接下來的影像畫面1511之內。

於此實施例中，待檢查區域1501不須彼此等距或狹窄隔開，若電子束檢查裝置是基於以下設定(1)陣列畫面可被觸發(2)陣列畫面觸發時機由定序器程式化，將平台位置設定於定序器(3)每一序列中之陣列掃描接受掃描偏移並由定序器程式化。

於另一實施例中，線掃描方向設計為與平台移動方向成一角度。換句話說，線掃描與平台移動主要方向維持一偏離角。第十六圖顯示本發明實施例中線掃描方向與平台移動方向維持一偏離角的一移動試片的陣列掃描。第十六圖左手側部分顯示於系統(靜止)座標執行之陣列掃描。第十六圖右手側部分顯示於試片(移動)座標執行之陣列掃描。平台移動方向為水平並且指向左側，如箭頭1602所示，線掃描方向如箭頭1601所示。如圖所示，線掃描方向1601沿一與平台移動方向1602相交介於0至180度的一角度的方向延伸，但偏移主要系統方向，即x與y方向。換句話說，平台移動方向1602與線掃描方向1601之間的角 度並非0、90或180度，亦即所形成的掃描線自平台移動軸視點傾斜。

於此實施例中，取決於平台速度，陣列掃描方法所得系列的影像可為：(a)若平台速度<影像寬度/陣列掃描重複週期為部分重疊，(b)若平台速度=影像寬度/陣列掃描重複週期為連結，(c)若平台速度>影像寬度/陣列掃描重複週期為以一空隙隔開。

根據第十六圖針對此實施例的描繪，陣列掃描形成之畫面或線陣列為一傾斜之平行四邊形，其二垂直邊(或延伸線)與平台移動軸相交。此實施例之較佳影像寬度因此為沿平台移動軸二垂直邊與平台移動軸相交點之間的距離。

對於本技術領域中具有一般技術者而言，雖然所獲得之一系列畫面為彼此連結，但選擇平台移動速度亦可獲得部分重疊、或以一空隙隔開的連續影像畫面。

以上伴隨相關圖示敘述的陣列掃描方法可以多種方式實施以完成試片的帶電粒子束成像。舉例來說，可藉由一控制器控制例如第一圖所示之傳統可執行連續掃描模式的帶電粒子束顯微鏡100以實施陣列掃描方法。第十七圖顯示一帶電粒子束成像系統1700，此帶電粒子束成像系統1700包含連接至傳統帶電粒子束顯微鏡100(參見第一圖)之控制器1710。為了簡化敘述，帶電粒子束顯微鏡被視為一帶電粒子束提供者而可包含帶電粒子束源110、聚光鏡模組120、物鏡模組130以提供聚焦帶電粒子束探針140、一相當於偏向單元150的偏向模組以使帶電粒子束探針140掃描通過試片195表面，及一相當於平台190之移動平台，其中試片195固定於平台190以進行成像。平台190可朝固定方向移動。

控制器1710可利用一單純硬體電路實施，例如一獨立的積體電路，或是一韌體或一單純電腦程式。舉例來說，控制器1710包含存有電腦程式的電腦可讀取媒體，其中此程式可下達指令並協調帶電粒子束成像系統之部件以執行上述實施例中敘述的方法。

儘管本發明已根據上述之實施例做了說明，熟悉本技術領域之人士將能輕易了解到上述之實施例的等效改變，而這些等效改變仍包含在本發明所揭示精神及所揭露的範圍內。即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明之申請專利範圍內。

100‧‧‧帶電粒子束顯微鏡

110‧‧‧帶電粒子束源

120‧‧‧聚光鏡模組

130‧‧‧物鏡模組

140‧‧‧帶電粒子束探針

150‧‧‧偏向單元

160‧‧‧二次帶電粒子

170‧‧‧帶電粒子偵測器

190‧‧‧試片平台

195‧‧‧試片

1700‧‧‧帶電粒子束成像系統

1710‧‧‧控制器

Claims (11)

1. 一種於一連續移動平台上陣列掃描一試片以進行該試片帶電粒子束成像的方法，該方法包含：以一帶電粒子束重複線掃描過該試片一表面以形成至少一具有複數相鄰掃描線之二維線陣列於該表面上，每一線陣列為一平行四邊形，該平行四邊形之二對平行邊(或其延伸線)中一對平行邊與平台移動軸相交，沿平台移動軸平行邊二相交點之間的距離為影像寬度；其中執行每一該線掃描係藉由該帶電粒子束沿平台移動方向偏移一額外預定距離，該額外預定距離至少等於一第一線陣列之第一線掃描起始至現有陣列掃描之現有線掃描之起始之間的一時間中該平台之一移動距離；及其中該至少一線陣列形成該試片表面之一影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含當該影像形成後，將該帶電粒子束指向下一個影像的第一線掃描起始位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中與平台移動軸相交之該對平行邊之線(或其延伸線)之一入射角大於該平行四邊形之其他平行邊與該平台移動軸相交之角度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該線掃描方向與該平台移動方向平行或垂直。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該線掃描方向與該平台移動方向夾一角度，該角度範圍在0至180度之間，但排除0、90度、180度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含以該帶電粒子束重複線掃描通過該試片上同一位置至少二次，其中執行每一該至少二線掃描係藉由該帶電粒子束沿平台移動方向偏移一額外預定距離，該額外預定距離至少等於該第一線陣列之第一線掃描起始至現有陣列掃描之現有線掃描之起始之間的一時間中該平台之一移動距離。
7. 一帶電粒子束成像系統，包含：一帶電粒子束提供者以提供一聚焦帶電粒子束；一偏向模組以使該帶電粒子束掃描通過一試片表面；一移動平台，其中該試片固定於該平台以進行成像；一控制模組電性連接該平台與該偏向模組以協調控制該平台與該帶電粒子束之動作，使得該帶電粒子束重複線掃描過該試片一表面以形成至少一具有複數相鄰掃描線之二維線陣列於該表面上，每一線陣列為一平行四邊形，該平行四邊形之二對平行邊或其延伸線中一對平行邊之線與平台移動軸相交，一寬度定義為沿平台移動軸平行邊二相交點之間的距離；其中執行每一該線掃描係藉由該帶電粒子束沿平台移動方向偏移一額外預定距離，該額外預定距離至少等於一第一線陣列之第一線掃描起始至現有陣列掃描之現有線掃描之起始之間的一時間中該平台之一移動距離；及其中該至少一線陣列形成該試片表面之一影像。
8. 如申請專利範圍第7項所述之帶電粒子束成像系統，其中當該影像形成後，該系統將該帶電粒子束指向下一個將形成於該試片表 面之影像的第一線掃描起始位置。
9. 如申請專利範圍第7項所述之帶電粒子束成像系統，其中該與平台移動軸相交之該對平行邊之線(或其延伸線)之一入射角大於該平行四邊形之其他平行邊與該平台移動軸相交之角度。
10. 如申請專利範圍第7項所述之帶電粒子束成像系統，其中該線掃描方向與該平台移動方向夾一角度，該角度範圍在0至180度之間，但不等於0、90度、180度。
11. 如申請專利範圍第8項所述之帶電粒子束成像系統，更包含該系統以該帶電粒子束重複線掃描通過該試片上同一位置至少二次，其中該系統執行每一該至少二線掃描係藉由該帶電粒子束沿平台移動方向偏移一額外預定距離，該額外預定距離大約等於該第一線陣列之第一線掃描起始至現有陣列掃描之現有線掃描之起始之間的一時間中該平台之一移動距離。