TWI620224B - 用於產生電子束之電子槍 - Google Patents

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Abstract

一實施例係關於一種電子束裝置，其包含用於發射一電子束之一雙鏡片電子槍。該電子束係一第一操作模式中之一高束流電子束及一第二操作模式中之一低束流電子束。該裝置進一步包含一柱形孔徑，其在該第一操作模式中攔截該高束流電子束之路徑及在該第二操作模式中以該電子束裝置之一光學軸為中心。另一實施例係關於一種電子槍，其包含一第一槍鏡片、一限束孔徑及一第二槍鏡片。該第一槍鏡片聚焦穿過該限束孔徑之前之電子，而該第二槍鏡片聚焦穿過該限束孔徑之後之電子。本發明亦揭示其他實施例、態樣及特徵。

Description

用於產生電子束之電子槍
本發明係關於用於電子束成像之裝置及方法。
一習知電子束裝置一般包含一發射模組、一束流選擇模組及一解析最佳化模組，以及其他模組。習知發射模組通常使用具有一相對較大源能擴展度之一熱場發射(TFE)發射器或具有一相對較小源能擴展度之一冷場發射(CFE)發射器。習知束流選擇模組通常包含與固定限束孔徑及柱形孔徑組態在一起之一單一聚焦鏡片。解析最佳化模組通常包含聚光器及物鏡電子鏡片。聚光器鏡片之焦點及物鏡鏡片之焦點經共同變動以找到使目標晶圓處之電子束光點尺寸最小化之一最佳收束角。
一實施例係關於一種電子束裝置，其包含用於發射一電子束之一雙鏡片電子槍。該電子束在一第一操作模式中係一高束流電子束及在一第二操作模式中係一低束流電子束。該裝置進一步包含一柱形孔徑，其在該第一操作模式中攔截該高束流電子束之路徑及在該第二操作模式中以該電子束裝置之一光學軸為中心。
另一實施例係關於一種電子槍，其包含一第一槍鏡片、一限束 孔徑及一第二槍鏡片。該第一槍鏡片聚焦穿過該限束孔徑之前之電子，而該第二槍鏡片聚焦穿過該限束孔徑之後之電子。
另一實施例係關於一種使用一電子束柱之一單一電子槍來產生具有不同束流之兩個電子束之方法。在一第一操作模式中，藉由打開該電子槍之一第一鏡片且關閉該電子槍之一第二鏡片而操作該電子槍。在一第二操作模式中，藉由關閉該電子槍之該第一鏡片且打開該電子槍之該第二鏡片而操作該電子槍。
本發明亦揭示其他實施例、態樣及特徵。
100‧‧‧雙鏡片電子槍
102‧‧‧發射器尖端
104‧‧‧提取器
106‧‧‧陽極
108‧‧‧限束孔徑(BLA)
110‧‧‧上磁性鏡片(GL1)/上槍鏡片
112‧‧‧上磁極片
114‧‧‧上線圈
120‧‧‧下磁性鏡片(GL2)/下槍鏡片
122‧‧‧下磁極片
124‧‧‧下線圈
150‧‧‧電子射線圖
152‧‧‧高束流電子射線/高束流電子束
153‧‧‧電子射線
154‧‧‧低束流電子射線/低束流電子束
155‧‧‧電子射線
200‧‧‧裝置
202‧‧‧柱形孔徑(APT)
204‧‧‧聚光器鏡片(CL)
206‧‧‧物鏡鏡片(OL)
208‧‧‧目標基板
210‧‧‧可移動平臺
260‧‧‧掃描偏轉器
270‧‧‧偵測器
280‧‧‧控制及資料處理系統
700‧‧‧雙鏡片電子槍
702‧‧‧接地電極
704‧‧‧聚焦電極
720‧‧‧下槍鏡片(GL2)
800‧‧‧方法
802‧‧‧區塊
804‧‧‧區塊
806‧‧‧區塊
808‧‧‧區塊
圖1提供根據本發明之一實施例之一雙鏡片電子槍之一示意圖及一對應電子射線圖。
圖2係根據本發明之一實施例之包含雙鏡片槍之一電子束成像裝置之一電子射線圖。
圖3係根據本發明之一實施例之一高束流成像模式中之電子束成像裝置之一電子射線圖。
圖4係根據本發明之一實施例之一低束流成像模式中之電子束成像裝置之一電子射線圖。
圖5係展示根據本發明之一實施例而達成之具有一相同束流之改良解析的光點尺寸對束流之一曲線圖。
圖6係根據本發明之一實施例之槍鏡片激發對束流之一曲線圖。
圖7提供根據本發明之一替代實施例之一雙鏡片電子槍之一示意圖及一對應電子射線圖。
圖8係根據本發明之一實施例之使用具有一雙鏡片電子槍之一電子束柱之一實例性方法之一流程圖。
歸因於電子與電子之交互作用，習知電子束裝置實質上難以滿 足對一共用電子束柱中之高束流成像及低束流成像兩者之解析要求。因此，例如，使用單獨電子束柱來習知地執行電子束檢測及審查。例如，可使用經設計以依一高束流(例如20毫微安培至500毫微安培)操作之一束柱來執行具有電壓對比靈敏度之晶圓檢測，同時可使用經設計以依一低束流(例如小於1毫微安培)操作之一束柱來執行缺陷審查。亦可使用經設計以依一低束流(例如1毫微安培至20毫微安培)操作之一單獨束柱來執行具有實體靈敏度之晶圓檢測。
本發明提供一種革新槍鏡片設計，其實質上改良一單一束柱中之低束流應用及高束流應用兩者之電子束成像解析。因此，本發明可將電子束檢測及審查工具(或其他高及低束流應用)組合成一單一束柱裝置，藉此不僅節省成本及空間兩者，且避免會使光學效能降級之束柱間串擾。
圖1提供根據本發明之一實施例之一雙鏡片電子槍100之一示意圖及一對應電子射線圖。如圖1之左側上之橫截面圖所展示，由發射器尖端102、提取器104及陽極106形成電子槍100之一基於場發射之發射器。該發射器可基於熱場發射(TFE)或基於冷場發射(CFE)。根據本發明之一實施例，電子槍100進一步包含一上磁性鏡片(GL1)110、一下磁性鏡片(GL2)120及一限束孔徑(BLA)108。
如圖所展示，上磁性鏡片110可包含一上磁極片112及一上線圈114。如圖進一步所展示，下磁性鏡片120可包含一下磁極片122及一下線圈124。在一實施例中，限束孔徑108可具有一固定尺寸且夾於該上磁性鏡片及該下磁性鏡片之磁極片(112與122)之間。
根據本發明之一實施例，可在兩種不同模式(一高束流模式及一低束流模式)中操作雙鏡片電子槍100。圖1之右側上之電子射線圖150中繪示此等兩種操作模式。電子射線圖150中描繪該高束流模式中之電子射線(e-射線)152及該低束流模式中之電子射線154。
可藉由打開上槍鏡片(GL1)110且關閉下槍鏡片(GL2)120而形成高束流電子射線152。在此高束流模式中，來自發射器之電子射線152在穿過BLA 108之前由GL1 110聚焦，而非由GL2 120聚焦。
可藉由打開下槍鏡片(GL2)120且關閉上槍鏡片(GL1)110而形成低束流電子射線154。在此低束流模式中，並非由GL1 110聚焦來自發射器之電子射線154。相反，電子射線154首先穿過BLA 108，且接著由GL2 120聚焦。
綜上所述，可認為：雙鏡片電子槍100提供兩個鏡片之任一者。BLA 108上方之一第一鏡片GL1 110在高束流模式中生效，及BLA 108下方之一第二鏡片GL2 120在低束流模式中生效。
在一較佳實施方案中，GL1中之磁極片及線圈可經組態以最小化像差以避免磁極片飽和及線圈過熱。GL2中之磁極片及線圈在設計上可相對簡易，此係因為所需激發較低，且槍鏡片像差不應實質上影響低束流應用之解析。
圖2係根據本發明之一實施例之包含雙鏡片槍100之一電子束成像裝置之一電子射線圖。如圖所展示，裝置200可在槍100下方包含一柱形孔徑(APT)202、一聚光器鏡片(CL)204、一物鏡鏡片(OL)206及保持於一可移動平臺210上之一目標基板208。裝置200可進一步包含一掃描偏轉器260、一偵測器270及一控制及資料處理系統280。
如圖進一步所展示，在電子束柱之真空腔室內沿光學軸z形成一電子束。所形成之電子束在高束流模式中可為高束流電子束152或在低束流模式中可為低束流電子束154。
在高束流模式中，柱形孔徑(APT)202攔截高束流電子射線152之路徑。例如，可將柱形孔徑202改變至一更大很多之孔徑尺寸，使得電子射線152不受阻擋。換言之，移走圖2中之APT 202，使得穿過BLA 108之電子射線152不受APT 202阻擋。由CL 204及OL 206將電子 射線152聚焦至目標基板208之表面上。可由偵測器270偵測二次電子，且可藉由使用掃描偏轉器260來使射束掃描目標表面之一區域而獲得影像資料。
圖3中描繪高束流模式(無APT 202)中之束柱。如圖所展示，由CL 204及OL 206將使用GL1 110形成之高束流(高BC)電子射線152聚焦至目標基板208上。如圖進一步所展示，可在此模式中藉由調整GL1 110之磁場強度而調整束流。例如，可藉由增加GL1 110之磁場強度而形成電子射線153。
有利地，在高束流模式中，實質上減少或消除BLA 108下方之殘餘電子，藉此移除歸因於一習知裝置中之殘餘電子之庫倫交互作用之效應。此GL1操作模式對具有電壓對比靈敏度之檢測應用尤其有用，且在某種程度上對具有實體靈敏度之檢測應用亦有用。
在低束流模式中，如圖2中所描繪般定位柱形孔徑(APT)202。由CL 204及OL 206將穿過APT 202之低束流電子射線154聚焦至目標基板208之表面上。接著，可由偵測器270偵測二次電子，且可藉由使射束掃描目標表面之一區域而獲得影像資料。
圖4中描繪低束流模式(無APT 202)中之束柱。如圖所展示，使用GL2 120形成之低束流電子射線154穿過APT 202且由CL 204及OL 206聚焦至目標基板208上。低束流僅為BLA 108下方之總原始電流之一部分(電子射線155)。如圖進一步所展示，可在此模式中藉由調整GL2 120之磁場強度而調整低束流，但總原始電流係固定的。例如，增加GL2 120之強度會減少穿過柱形APT 202之電子之數目且減少至基板208之最終束流。
有利地，在低束流模式中，BLA 108與APT 202之間之束流可處於毫微安培級之一非常低位準。在束流之此非常低位準處，實質上減少殘餘電子之間之庫倫交互作用對成像解析之影響，使得其可被忽 略。此GL2操作模式對具有實體靈敏度之檢測應用或具有亞毫微安培之束流之缺陷審查應用尤其有用。
在一較佳實施例中，一單一電子束柱使用雙鏡片槍100來達成高束流應用及低束流應用兩者中之高解析。因而，該單一電子束柱可代替兩個習知束柱：一第一束柱，其經組態以用於具有一高束流之高解析成像；及一第二束柱，其經設計以用於具有一低束流之高解析成像。
圖5係展示根據本發明之一實施例而達成之具有一相同束流之改良解析的光點尺寸對束流之一曲線圖。由電子束柱之電腦模擬產生圖5中之資料。
該曲線圖展示其中應用GL2且關閉GL1之低束流模式(三角形)及其中應用GL1且關閉GL2之高束流模式(圓形)兩者之光點尺寸對束流。相比而言，該曲線圖展示具有一可變BLA尺寸之一習知電子束柱之光點尺寸對束流。特定言之，圖中展示四個不同BLA尺寸之光點尺寸對束流。一第一BLA尺寸用於一倍(1×)之一參考束流位準。一第二BLA尺寸用於四倍(4×)之一參考束流位準。一第三BLA尺寸用於十倍(10×)之一參考束流位準。一第四BLA尺寸用於二十倍(20×)之一參考束流位準。
如圖所見，使用本發明之雙鏡片槍之高及低束流模式給一給定位準之束流提供最小光點尺寸。更小光點尺寸對應於更高解析。因此，圖中展示提供相較於習知電子束柱而改良之解析之雙鏡片槍。圖5中所展示之解析之改良大多數對低束流有利。
圖6係根據本發明之一實施例之槍鏡片激發對束流之一曲線圖。由具有本文中所揭示之雙鏡片槍之一電子束柱之電腦模擬產生圖6中之資料。
如圖6中所展示，選擇低束流模式(關閉GL1，打開GL2，裝入 APT)中之低束流，在一相對較小範圍內平穩地變動GL2之激發。相比而言，選擇高束流模式(打開GL1，關閉GL2，去除APT)中之高束流，在一相對較大範圍內以一非線性方式劇烈地變動GL1之激發。
圖7提供根據本發明之一替代實施例之一雙鏡片電子槍700之一示意圖及一對應電子射線圖。如圖所展示，在此實施例中，下槍鏡片(GL2)720實施為一靜電鏡片。在所繪示之特定實施例中，使用組態為一單鏡片(Einzel lens)之一聚焦電極704及一接地電極702來實施該靜電鏡片。在此實施例中，聚焦電極704上之電壓經變動以改變GL2 720之激發。
可使用其他替代靜電鏡片來代替一單鏡片(Einzel lens)。例如，可使用一加速靜電鏡片或一減速靜電鏡片來實施GL2。
在其他替代實施例中，GL1亦可實施為可與具有提取器及陽極之發射系統組態在一起之一靜電鏡片。
圖8係根據本發明之一實施例之使用具有一雙鏡片電子槍(100或700)之一電子束柱之一實例性方法800之一流程圖。在此實例中，使用相同電子束柱來執行高速檢測及高解析審查兩者。
根據區塊802，可首先組態電子束柱，使得雙鏡片槍在一高束流模式中。此可藉由打開GL1、關閉GL2且使APT去除而完成。接著，根據區塊804，將電子束柱用於目標基板之更高速檢測。
接著，根據區塊806，可組態電子束柱，使得雙鏡片槍在一低束流模式中。此可藉由關閉GL1、打開GL2且使APT裝入而完成。接著，根據區塊808，將電子束柱用於目標基板之更小部分之更低速審查。
有利地，本文中所揭示之雙鏡片槍提供一具成本效益方法以實質上改良一電子束成像柱之效能。此在無需修改電子發射系統(藉由使用新穎電子發射器)或無需作出其他改變之情況下完成。效能改良 亦無需其他習知方法，諸如提升束能、縮小束柱長度或重新設計物鏡鏡片。
此外，使用本文中所揭示之雙鏡片槍，可使低束流應用(諸如(例如)SEM審查)中之解析保持最佳化，同時與高束流應用(諸如(例如)SEM檢測)共用束柱。此結果無法藉由遵照習知方法來改良效能而達成。再者，就雙鏡片槍而言，因為移除殘餘電子，所以實質上亦改良高束流應用之解析。此在實施一可變BLA之無難度情況下完成。
可在各種應用中使用使用上文所揭示之雙鏡片槍之一電子束裝置。此等應用包含(但不限於)晶圓、遮罩、模板或發光二極體上之電子束檢測、審查及度量。
在以上描述中，給出諸多特定細節以提供對本發明之實施例之一透徹理解。然而，本發明之所繪示實施例之以上描述不意欲具窮舉性或不意欲使本發明受限於所揭示之精確形式。熟悉相關技術者將認識到：可在不無該等特定細節之一或多者之情況下實踐本發明，或藉由其他方法、組件等等而實踐本發明。在其他例項中，未詳細展示及描述熟知結構或操作以避免使本發明之態樣難理解。雖然本文中已為了繪示之目的而描述本發明之特定實施例及實例，但如熟悉相關技術者將認識到，各種等效修改可落於本發明之範疇之內。
可鑒於以上詳細描述而對本發明作出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應被解釋為使本發明受限於本說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。相反，本發明之範疇將取決於將根據既定請求項解譯條款而解釋之以下申請專利範圍。

Claims (8)

  1. 一種用於產生一電子束之電子槍，該電子槍包括：一電子發射系統，其用於發射電子；一第一磁性槍鏡片，其用於聚焦來自該電子發射系統之該等電子以形成一電子束；一限束孔徑，其被由該第一磁性槍鏡片聚焦之該電子束穿過；一第二磁性槍鏡片，其用於在該電子束穿過該限束孔徑之後聚焦該電子束；及一控制器，其用於在其中該第一磁性槍鏡片係打開的且該第二磁性槍鏡片係關閉的之一第一模式及其中該第一磁性槍鏡片係關閉的且該第二磁性槍鏡片係打開的之一第二模式中操作該電子槍，其中該第一模式包括一高束流模式，及該第二模式包括一低束流模式。
  2. 如請求項1之電子槍，其中該電子發射系統包括一發射器尖端、一提取器電極及一陽極。
  3. 如請求項1之電子槍，其中該第一磁性槍鏡片包括一第一磁極片及至少一線圈。
  4. 如請求項1之電子槍，其中該第二磁性槍鏡片包括一第二磁極片及至少一線圈。
  5. 如請求項1之電子槍，其中該第二磁性槍鏡片包括一靜電鏡片。
  6. 如請求項1之電子槍，其中在該第一操作模式中藉由在一第一範圍內非線性地變動該第一磁性槍鏡片之激發而改變該高束流電子束之一束流。
  7. 如請求項6之電子槍，其中在該第二操作模式中藉由在一第二範 圍內線性地變動該第二磁性槍鏡片之激發而改變該低束流電子束之該束流，其中該第二範圍小於該第一範圍。
  8. 如請求項1之電子槍，其中在該第一操作模式中之該限束孔徑下形成一第一光束交叉(cross-over)，及其中在該第二操作模式中之該第二磁性槍鏡片下形成一第二光束交叉。
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