TWI691997B - 用於以初級帶電粒子小束陣列檢查樣本的帶電粒子束裝置及以帶電粒子小束陣列成像或照射樣本的方法 - Google Patents

用於以初級帶電粒子小束陣列檢查樣本的帶電粒子束裝置及以帶電粒子小束陣列成像或照射樣本的方法 Download PDF

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Abstract

描述一種用於用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查的帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括：帶電粒子束源，用於產生初級帶電粒子束；多孔徑板，具有至少兩個開口以產生帶電粒子小束陣列，帶電粒子小束陣列至少具有在取樣上具有第一解析度的第一小束和在取樣上具有第二解析度的第二小束；像差校正元件，用於校正旋轉對稱帶電粒子透鏡的球差和色差中的至少一個；和物鏡組件，用於將初級帶電粒子小束陣列的每個初級帶電粒子小束聚焦到取樣上的單獨位置上。

Description

用於以初級帶電粒子小束陣列檢查樣本的帶電粒子束裝置及 以帶電粒子小束陣列成像或照射樣本的方法
本發明涉及例如用於檢查系統應用、測試系統應用、缺陷檢查或臨界尺寸標注應用等等的帶電粒子束裝置，還涉及了帶電粒子束裝置操作方法。更具體地，涉及用於一般目的(諸如成像生物辨識結構)及/或用於高輸送量EBI(電子束檢查)的多束系統的帶電粒子束裝置。特別地，涉及掃瞄帶電粒子束裝置和用掃瞄帶電粒子束裝置來進行電子束檢查的方法。
現代半導體技術高度依賴在積體電路的生產期間使用的各種製程的準確控制。因此，晶片被反覆地檢查以儘可能早地定位問題。此外，在晶片處理期間的實際使用之前還要檢查遮罩或標線片，以確保遮罩準確地限定相應的圖案。檢查晶片或遮罩的缺陷包括檢查整個晶片或 遮罩區域。特別地，在製造期間對晶片的檢查包括在如此短的時間內檢查整個晶片區域，使得生產產量不受檢查製程限制。
已經使用掃瞄電子顯微鏡(SEM)檢查晶片。晶片表面使用例如單個精細地聚焦的電子束進行掃瞄。當電子束撞擊晶片時，就產生並測量二次電子及/或後向散射電子，即，信號電子。通過將二次電子的強度信號與例如對應於在圖案上的某個位置的參考信號進行比較來偵測晶片上的相同位置處的圖案缺陷。然而，由於越來越為需求更高的解析度，掃瞄晶片的整個表面需要很長時間。因此，使用一般(單束)掃瞄電子顯微鏡(SEM)檢查晶片是困難的，因為這一方法不提供相應的產量。
半導體技術中的晶片和遮罩缺陷檢查需要覆蓋整個晶片/遮罩應用或熱點檢查的高解析度且快速的檢查工具。由於無法應對收縮缺陷大小的光光學工具的有限的解析度，電子束檢查的重要性日益增加。特別地，從20nm節點和更大的節點，基於電子束的成像工具的高解析度潛力是偵測所有感興趣的缺陷需求的。
當前多粒子束系統可以包括孔徑透鏡陣列。孔徑透鏡的焦距與孔徑前後的電場分量(沿著平均軸線)的差值成反比。通過沿著孔徑透鏡陣列對場分佈進行整形，單獨孔徑的焦距可以變化，使得可以控制(或校正)小束的場曲率。在這種構型中，仍然存在其他離軸像差(場散光、離軸彗形像差和畸變)。為了減輕這些剩餘像差，中間的 小束焦點通常是源的強烈放大的圖像。源的圖像用下游物鏡來強烈縮小。這種在縮小與剩餘離軸像差之間的折衷限制此類裝置的效能。經常採用的另一方式是限制來自源的總發射角(即，總小束數)，使得離軸像差可被減小。
鑒於上述，提供一種帶電粒子束裝置和一種用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行成像的方法，其克服了本領域的至少一些問題。
鑒於上述，提供一種用於用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查的帶電粒子束裝置和一種用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行成像或照明的方法。
根據一個實施方式，提供一種用於用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查的帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括：帶電粒子束源，用於產生初級帶電粒子束；多孔徑板，具有至少兩個開口以產生帶電粒子小束陣列，帶電粒子小束陣列至少具有在取樣上具有第一解析度的第一小束和在取樣上具有第二解析度的第二小束；像差校正元件，用於校正旋轉對稱帶電粒子透鏡的球差和色差中的至少一個；和物鏡組件，用於將初級帶電粒子小束陣列的每個初級帶電粒子小束聚焦到取樣上的單獨位置上。
根據一個實施方式，提供一種用於用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查的帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括帶電粒子束源，用於產生初級帶電粒子束； 多孔徑板，具有至少兩個開口以產生帶電粒子小束陣列，帶電粒子小束陣列至少具有在取樣上具有第一解析度的第一小束和在取樣上具有第二解析度的第二小束；像差校正元件，提供在帶電粒子束源與多孔徑板之間以校正在取樣上的第一解析度相較在取樣上的第二解析度的差值，像差校正元件包括具有6個或更多個極的至少兩個多極元件；和物鏡組件，用於將初級帶電粒子小束陣列的每個初級帶電粒子小束聚焦到取樣上的單獨位置上。
根據另一實施方式，提供一種用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行成像或照明的方法。方法包括：通過用初級帶電粒子束照明多孔徑板來產生具有至少第一小束和第二小束的帶電粒子小束陣列；用物鏡組件將帶電粒子小束陣列聚焦在取樣上；和用像差校正元件來校正第一小束與第二小束之間的像差差值。
現將詳細參考各種實施方式，這些實施方式的一或多個示例在附圖中示出。在以下對附圖的描述內，相同元件符號是指相同部件。僅描述了相對於單獨的實施方式的差值。每個示例以解釋的方式提供，並且不意味著進行限制。另外，被示出或描述為一個實施方式的一部分的特徵可以用於其他實施方式或與其他實施方式結合而產生又一實施方式。描述旨在包括修改和變形。
在不限制本案的保護範圍的情況下，在下文中，帶電粒子束裝置或其部件將被示例性地稱為帶電粒子束裝置，包括對次級或後向散射粒子(諸如電子)的偵測。實施方式仍然可應用於偵測微粒(諸如呈電子或離子、光子、X射線或其他信號的形式的次級及/或後向散射帶電粒子)的設備和部件，以便獲得取樣圖像。當提及微粒時，微粒應理解為：光信號，其中微粒是光子；和粒子，其中微粒是離子、原子、電子或其他粒子。如本文所述，關於初級帶電粒子束和初級帶電粒子小束的討論和描述相對於掃瞄電子顯微鏡中的電子來進行示例性的描述。其他類型的帶電粒子(例如，正離子)可以用作初級帶電粒子束或初級帶電粒子小束。
根據可與其他實施方式組合的本文實施方式，信號(帶電粒子)束或信號(帶電粒子)小束被稱為次級粒子束，即，次級及/或後向散射粒子。典型地，信號束或輔助束是通過初級束或初級小束入射在取樣上或通過從取樣上後向散射初級束而產生。初級帶電粒子束或初級帶電粒子小束是由粒子束源產生並且被引導並偏轉在要檢查或成像的取樣上。
如本文提及的「取樣」或「樣品」包括但不限於半導體晶片、半導體工件、光刻遮罩和其他工件，諸如儲存盤等等。實施方式可應用於其上沉積材料或被結構化的任何工件。取樣包括要結構化或其上沉積層的表面、邊緣、和典型地斜面。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，該設備和方法經構造以用於或被應用於電子束偵測、關鍵尺寸標注應用和缺陷審查應用。
圖1中示意性地示出帶電粒子束裝置100。帶電粒子束裝置100包括帶電粒子束源110，帶電粒子束源包括發射初級帶電粒子束14的粒子束發射器111。根據本文所述的實施方式，帶電粒子束源110適於產生初級帶電粒子小束15陣列。帶電粒子束源110可以包括帶電粒子束發射器111和具有至少兩個開口的多孔徑板113。初級帶電粒子束14可以通過供應到加速電極199的加速電壓加速。帶電粒子束裝置可以包括電極112-1和112-2。
帶電粒子束裝置的電極112可以被適配並驅動來在多孔徑板的表面上產生電場。多孔徑板113的表面可以是多孔徑板的面向電極112-2的表面。
包括束發射器、多孔徑板和電極112的帶電粒子束源110可以被指示為帶電粒子束裝置的上部部分。帶電粒子束裝置100示例性地進一步包括透鏡120、物鏡130和取樣台141，取樣140可以放置在取樣台上。透鏡120、物鏡130和取樣台141可以被描述為帶電粒子束裝置的下部部分的一部分。帶電粒子裝置的發射器尖端的縮小是由物鏡陣列的源位置和焦距提供。
具有z分量的電場是由電極112-2與多孔徑板113之間的電壓差值產生。電場可以具有在帶電粒子束裝置的z方向上(即，沿著光軸4)延伸的z分量。由電極112提供的電場的在z方向上的分量可以跨多孔徑板的表面的平面變化。
例如，多孔徑板的表面上的電場的旋轉對稱z分量可以用於由電極進行的場曲率(或像場曲率)校正。另外，例如，電場的z分量的非旋轉對稱的配置可以通過電 極112中的至少一個的分段佈置來實現，以便校正像場傾斜。
第一電極在帶電粒子束裝置中的多孔徑板的表面上的變化場可以用於校正帶電粒子束裝置的場曲率，特別是由帶電粒子束裝置的成像透鏡引入的場曲率。多於一個電極可以用於補償或校正場曲率。
分段電極可以用於在多孔徑件的表面上產生非旋轉對稱的場構型，非旋轉對稱的場構型可以用於校正可能源自非旋轉對稱的光學元件或來自傾斜取樣的像場傾斜。
帶電粒子束裝置可以包括電極112-1和112-2(示例性地示出兩個電極)。根據一些實施方式，第一電極可以用於提供電場以產生孔徑透鏡，並且第二電極可以用作場曲率校正電極。另外，帶電粒子束裝置100可以包括掃瞄偏轉器150。掃瞄偏轉器150可以提供在透鏡120與取樣台141之間。特別地，掃瞄偏轉器可以被物鏡130的極片元件包圍及/或在靜電透鏡的電極的位置處。
在多孔徑板上的場可以變化，使得小束的像場曲率或像場傾斜可以被控制(或校正)。然而，仍然存在其他離軸像差(例如，場散光、離軸彗形像差和畸變)。
根據本文所述的實施方式，提供用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查。多孔徑板被提供來以從初級帶電粒子束產生初級帶電粒子小束陣列。多孔徑板可以具有兩個或更多個開口。多孔徑板可以將初級帶電粒子束的大束劃分成單獨小束，即，初級帶電粒子小束陣列。像差校正元件被提供來特別地校正初級帶電粒子小束陣列的不同小束之間的像差差值。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，像差校正元件可以校正Cs (即，球差)，或Cc和Cs二者(即，色差和球差)。
圖2圖示例如用於用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查的的帶電粒子束裝置200。帶電粒子束源110包括發射初級帶電粒子束14的粒子束發射器111。
准直器裝置(諸如聚光器透鏡元件220)可以提供在帶電粒子束裝置(例如，多粒子束系統)中。帶電粒子束裝置可以用於粒子束檢查或粒子小束光刻應用。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，聚光器透鏡元件可以包括一或多個圓形透鏡，例如，靜電透鏡、靜磁透鏡或作用在由帶電粒子束源110發射的初級帶電粒子束上的經組合的磁性靜電透鏡。由准直裝置(諸如聚光器透鏡元件220)可以包括一或多個靜電或靜磁透鏡，一或多個靜電或靜磁透鏡用於產生束發散為小於幾毫拉德的平行(或幾乎平行)的粒子束。
由於這種准直裝置的球差和色差(即，Cs和Cc)，與標稱能量略有不同的粒子的大角度軌跡和軌跡不平行於系統軸線，即使具有標稱能量的近軸軌跡如此。這是因二階、三階和更高階路徑偏差造成的，根據Scherzer定理，二階、三階和更高階路徑偏差是一般圓形透鏡系統無法避免的。
圓形透鏡系統的二階路徑偏差和三階路徑偏差，即，二階像差和三階像差，具有尤其隨單獨小束的中心軌跡的半形Q以及一個小束內的離軸軌跡的角度β增大的色差和球差。這些像差可以以半形Q和角度α線性地或二次地增大。此外，色差可以隨與源的能量寬度有關的色度參數k而增大。所得像差對應於徑向色彩畸變和色差、徑向幾何畸變、徑向場散光、場曲率、徑向離軸彗形像差和球差。所有上述那些像差(除了色差和球差)取決於小束角Q並由此而導致從小束到小束的不均勻性，並且因此導致在取樣上的不均勻解析度。
根據本文所述的實施方式，提供像差校正元件210。像差校正元件用於校正准直器透鏡的球差及/或色差係數Cs和Cc，並任選地作為對物鏡的補充。初級帶電粒子束的以上提到的二階像差和三階像差可以被認為是初級帶電粒子小束之間的場曲率像差的原因。因此，可以通過控制初級帶電粒子束(即，小束的組合物)的對應的色差和球差來校正小束陣列的場曲率。例如，像差校正元件可以產生電-磁四極場。圖2圖示第一磁性四極212、第一電磁四極214、第二電磁四極216和第二磁性四極218。所得校正由Y-Z平面中的束路徑14’和X-Z平面中的束路徑14”示出。如可看出，具有不同能量(參見不同的線)的束軌跡與光軸平行地或基本上平行地離開像差校正元件210，由此校正色差。另外，可以使用疊置的八極場來校正球差。對應八極例如在圖2中示出。第一八極215可 以與第一電磁四極214疊置。第三八極219可以與第二電磁四極216疊置。第二八極217可以提供在第一八極和第三八極之間，例如，在兩個八極的中間。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，如果像差校正元件210是對稱的，即，四極和八極相對於垂直於光軸的對稱平面對稱，那麼這將是有益的。
根據另外實施方式，上述像差校正元件210可以通過具有四個或更多個八極來修改。例如，四個八極可以與由元件符號212、214、216和218表示的四極中的相應一者疊置。
根據另外實施方式，像差校正元件210的另外修改可以包括四極212和218，四極212和218也可以是靜電的或經組合的磁性靜電的。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，像差校正元件210可以校正或補償Cc、Cs或Cc和Cs二者。
根據另外實施方式，在源的能量寬度足夠小的情況下，可以使用更簡單的Cs校正器(例如，六極場和傳遞雙峰)，只要可以忽略色彩效應即可。因此，像差校正元件210可以可選地包括第一電或磁性六極和第二電或磁性六極。可以提供由至少一個透鏡構成的傳遞透鏡系統以提供穿過場佈置的對稱射線路徑。對稱佈置允許校正球差，同時防止引入二階幾何像差，例如，三倍散光。通過利用根據本文所述的實施方式的像差校正元件，單獨小束的平行度可以僅因四階或更高階路徑偏差以及像差校正元件缺陷而受限制。
根據本文所述的實施方式，像差校正元件可以是非旋轉對稱的多極校正器。例如，可以提供用於Cs和Cc的同時校正的四極-八極校正器或用於Cs校正的雙六極校正器。實施方式包括具有6個或更多個極的至少兩個多極元件，例如，六極元件、八極元件或甚至更高階的多極元件。根據可與本文所述的其他實施方式組合的又一實施方式，像差校正元件經構造以在任何時間上及/或針對各種操作模式以固定激勵來操作。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的又一實施方式，像差校正元件可以經構造以校正旋轉對稱帶電粒子透鏡的球差和色差中的至少一個。例如，像差校正元件經構造以校正取樣上的第一解析度與取樣上的第二解析度之間的差值，並且包括至少兩個多極元件，每個多極元件由6個或更多個極組成。根據可與本文所述的其他實施方式組合的又一示例或修改，像差校正元件可以選自由以下組成的群組：箔透鏡、膜校正器(其中初級電子侵入變化厚度的膜)、空間電荷透鏡、高頻透鏡和鏡校正器。
由於對高輸送量粒子束檢查裝置的需求越來越多，已提出了具有初級帶電粒子小束陣列的帶電粒子束裝置，即，多束系統。至少兩個束跨相同的柱或裝置內的取樣進行掃瞄。帶電粒子束裝置可以包括如關於圖1之掃瞄偏轉器150。初級帶電粒子小束陣列通過產生相當大的准直粒子束來提供，相當大的准直粒子束然後被多孔陣列113劃分成多個平行小束，如例如圖2所示。初級帶電粒子小束15是由物鏡組件230聚焦在取樣140上。如圖2所示，物鏡組件可以是物鏡陣列。物鏡陣列可以包括用於將小束聚焦到取樣上(例如，聚焦到取樣上的單獨位置上)的多個單獨透鏡。取樣可以支撐在取樣台141上。
徑向幾何和色彩畸變(外部小束不平行於中心小束)、徑向場散光(外部小束是散光)、場曲率(外部小束相較內部小束來說在本身內或多或少會聚或發散)和徑向離軸彗形像差(外部小束呈現彗形像差)可能造成在取樣上的變化的解析度，這取決於小束的離軸距離。因此，本文所述的實施方式提供像差校正元件210以校正小束的變化的解析度。小束在進入物鏡組件之前可能消失Cc和Cs。使用這種裝置能夠產生彼此平行並在它們本身內的(高達三階)小束。根據本文所述的實施方式的多束系統可以因此提高在取樣上的解析度均勻性。
圖3圖示具有初級帶電粒子小束陣列的帶電粒子束裝置200的另一實施方式。初級帶電粒子束由帶電粒子束源110產生。提供像差校正元件210，其中態樣、細節和任選的修改可以如關於圖2所述那樣使用。相當寬的初級帶電粒子束(例如，可以是平行的)照明多孔徑板113。產生初級帶電粒子小束15陣列。透鏡陣列320產生單獨的跨接部315。例如，產生中間跨接部的透鏡陣列可以例如包括Einzel透鏡或孔徑透鏡。共用物鏡130將小束聚焦在取樣140上的不同或單獨位置上。
在圖3中，示意性地示出物鏡130。物鏡130可以被提供來用於本文描述的實施方式，如圖1中更詳細地示出的。物鏡可以包括線圈以及上部極片和下部極片，其中提供用於初級帶電粒子小束陣列的磁性透鏡部件。此外，上部電極和下部電極可以提供物鏡130的靜電透鏡元件。帶電粒子裝置的發射器尖端的縮小是由物鏡陣列的源位置和焦距提供。
根據產生又一實施方式的一些任選修改，可以通過聚光器透鏡陣列與像差校正元件之間的適當距離來調整可能存在的五階球差係數C5。
特別地，物鏡可以是經組合的磁性靜電透鏡。根據一些實施方式，靜電透鏡部件可以提供減速透鏡，其中相較柱內小束能量來說，小束的在取樣上的著陸能量可以減小。例如，著陸能量可以在約100eV與8keV之間，更典型地是2keV或更低，例如，1keV或更低，諸如500eV或甚至100eV。柱內小束的束能量可以是5keV或更高，例如20keV或更高，或甚至50keV或更高。
在可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式中，物鏡130可以是場複合透鏡。例如，物鏡可以是磁性透鏡部件和靜電透鏡部件的組合。因此，物鏡可以是複合磁性-靜電透鏡。典型地，複合磁性靜電透鏡的靜電部分是靜電阻滯場透鏡。在掃瞄電子顯微鏡(SEM)的情況下，使用複合磁性-靜電透鏡在低著陸能量下產生優異的解析度，諸如幾百電子伏特。低著陸能量是有益的(尤其是在現代半導體工業中)，以避免輻射敏感取樣的帶電及/或損壞。
另外，帶電粒子束裝置200可以包括掃瞄偏轉器150。掃瞄偏轉器150可以提供在透鏡與取樣台141之間。特別地，掃瞄偏轉器可以被物鏡130的極片元件包圍及/或在靜電透鏡部件的電極的位置處。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，也有可能將校正元件(即，具有兩個或更多個多極元件的Cc-Cs校正器)作為透鏡來操作。像差校正元件可以聚焦初級帶電粒子束以減小第一小束和第二小束之間的發散，例如，以產生平行小束。因此，在入射在多孔徑板上之前使初級帶電粒子束准直的聚光器透鏡或聚光器透鏡元件對於一些配置是任選的。
另外，對於利用共用物鏡的實施方式(參見例如圖3和圖4)，像差校正元件(即，Cc-Cs校正器)可操作來不完全地校正透鏡陣列的像差，並且任選地存在聚光器透鏡組件。與透鏡陣列320結合的像差校正元件210可以提供具有與共用物鏡相反的離軸像差(場曲率、場散光、徑向色彩畸變等)的中間小束跨接部陣列。對於具有共用物鏡和聚光器透鏡元件的實施方式，像差校正元件可操作以不完全地校正聚光器透鏡的像差。該操作將可以產生具有與共用物鏡相反的離軸像差(場曲率、場散光、徑向色彩畸變等)的中間小束跨接部陣列。因此，根據一些實施方式，准直器內的Cc-Cs校正器可以用於產生限定的場曲率、場散光和徑向色差，這消除了共用物鏡的固有的離軸像差。
在圖3中，小束通過物鏡而不經過共用跨接部。准直器內的Cc-Cs校正器可以經調整以使得物鏡的離軸彗形像差被校正。由於避免共用跨接部，因此可以減少可能導致取樣上的解析度的降低的庫侖或電子-電子相互作用。
另外，帶電粒子束裝置200可以包括掃瞄偏轉器150。掃瞄偏轉器150可以提供在物鏡內或提供在透鏡和取樣台141之間。特別地，掃瞄偏轉器可以被物鏡的極片元件包圍及/或在靜電透鏡部件的電極的位置處。
圖4圖示帶電粒子束裝置200的另一實施方式。可以使用具有偏轉器454和任選地還有靠近中間跨接平面的另一透鏡452的附加的偏轉元件450來調整小束的離軸彗形像差。小束可以在「無彗形像差」路徑上偏轉。或者，引導小束通過物鏡的無彗形像差點的偏轉元件450可以包括另一透鏡452，而具有偏轉器454的偏轉器陣列可以是任選的。因此，偏轉元件450可以包括另外透鏡452、具有偏轉器454的偏轉器陣列或二者。
根據一些實施方式，偏轉器陣列可以佈置在另外透鏡內或附近。根據一些實施方式，偏轉器陣列被佈置為「在另一透鏡中或附近」或「在另一透鏡內」可以被理 解為偏轉器陣列放置在另外透鏡的焦距內。例如，另外透鏡可以包括三個電極，並且偏轉器陣列可以放置在三個電極內。根據一些實施方式，偏轉器陣列可以大致放置在另外透鏡的三個電極的中間電極的高度處。
根據一些實施方式，另外透鏡可以用於實現引導初級帶電粒子小束的主要效果，例如用於將初級帶電粒子小束引導到物鏡的無彗形像差點。在一些實施方式中，可以使用偏轉器陣列來精細地調整單獨初級帶電粒子小束，尤其是精細地調整要被引導進入或穿過物鏡的無彗形像差點的初級帶電粒子小束。
如本案內容的全文所使用，術語「無彗形像差平面」或「無彗形像差點」是指在初級帶電粒子小束通過無彗形像差點或無彗形像差平面時在初級帶電粒子小束中引入最小或甚至無彗形像差的物鏡(或由其提供)的平面或點。物鏡的無彗形像差點或無彗形像差平面是滿足Fraunhofer條件(彗形像差為零的條件)的物鏡的點或平面。物鏡的無彗形像差點或無彗形像差平面位於帶電粒子束裝置的光學系統的z軸上，其中z軸沿著物鏡的光軸4(參見圖1)延伸。無彗形像差點或無彗形像差平面可以定位在物鏡內。例如，無彗形像差點或無彗形像差平面可以被物鏡包圍。
根據本文所述的實施方式，用於用本文所述的初級帶電粒子小束陣列對取樣進行檢查的帶電粒子束裝置和方法允許校正離軸像差以補償初級帶電粒子小束陣列的不同小束之間的解析度的差值。本文所述的實施方式因此允許一種系統，其中離軸像差將僅或主要由例如聚光器-校正器系統的4階或更高階像差引起。
如圖2、圖3、圖4和圖6示例性地所示的帶電粒子束裝置200的實施方式可以包括另一任選修改以產生另外實施方式。帶電粒子束源110的帶電粒子束發射器111可以是冷場發射器(CFE)、肖特基發射器、TFE或另一高電流高亮度帶電粒子束源(諸如電子束源)。高電流被認為在100毫拉德或以上是5μA，例如高達5mA，例如，在100毫拉德時的30 mA至在100毫拉德時的1mA，諸如在100毫拉德時為約300μA。根據一些實現方式，電流基本上均勻地分佈，例如，偏差為±10%，特別是在線性或矩形陣列的情況下。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的另外實施方式，TFE或另一高亮度降低的源(例如，能夠提供大束電流的電子束源)是在發射角增大以提供最大10μA至100μA(例如30μA)時亮度不會下降超過最大值的20%的源。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，物鏡陣列可以包括單獨靜電透鏡(特別是延遲場透鏡)。在一些實施方式中，物鏡陣列可用於本文所述的實施方式中，包括特別是具有共用勵磁線圈的單獨磁性透鏡鏡片。根據一些實施方式，根據本文所述的實施方式的用於帶電粒子束裝置的物鏡陣列可以包括單獨靜電透鏡和單獨磁性透鏡的組合。或者，可以如關於圖3和圖4所述那樣使用共用物鏡。
在關於圖2、圖3、圖4和圖6所示的實施方式中，初級帶電粒子束14可以在離開帶電粒子束發射器111(即，發射器尖端)之後穿過多孔徑板113。初級帶電粒子束14穿過具有多個孔徑開口的多孔徑板113。孔徑開口可以位於多孔徑板113上的任何陣列構型中，諸如線、矩形、方形、環或任何合適的一維或二維陣列。根據本文所述的實施方式，如本文所述的帶電粒子束裝置允許以任何構型來排列多孔徑板的孔徑開口，而不存在因場曲率或像差引起的缺陷。例如，已知系統將不同小束佈置成環狀形狀，以便為像拋物線那樣通過透鏡的每一個束提供相同條件。當將小束佈置成環狀形狀時，相應透鏡的像差影響可以被最小化。然而，環形佈置對高輸送量提供了限制。用根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置，可以以任何佈置(例如，適合於快速檢查的佈置、適合於待檢查的取樣結構的佈置、允許大量束的佈置、適於束強度的佈置等等)來完成對小束陣列的佈置。例如，射束陣列可以被佈置成線、矩形、六邊形或方形。
在一些實施方式中，初級帶電粒子小束陣列可以以一維(線)陣列或二維陣列(例如4×4、3×3、5×5)或不對稱陣列(例如，2×5)佈置。本文所述的實施方式並不限於陣列示例，並且可以包括初級帶電粒子小束的任何合適的陣列構型。
通過用初級帶電粒子束14對多孔徑板113進行照明，產生若干初級帶電粒子小束15。在初級帶電粒子小束15的聚焦平面中，可以佈置透鏡120。
在附圖中，在透鏡之後圖示初級帶電粒子小束陣列中的一些初級帶電粒子小束，而為了更好地概述，附圖中省略了其他初級帶電粒子小束。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，像差校正元件可以是靜電校正器，即，像差校正元件中包括靜電多極。靜電校正器可以是例如純靜電的，即，不包括磁性多極。這對於排列如以下關於圖6之多個柱可以是有益的。例如，像差校正元件可以包括用於色差校正的靜電透鏡場和靜電四極場。另外，靜電八極磁場可以被疊置來用於進行球差校正。靜電透鏡場可以與四極場疊置。在圖5A中，所得校正由Y-Z平面中的束路徑14’和X-Z平面中的束路徑14’’示出。當具有兩個柱或更多個柱的陣列時，靜電校正器對於實現減小的空間可以是有益的，其中每個柱可以提供多束帶電粒子裝置。另外益處可以是避免滯後，並且場精確度主要受機加工公差的限制。這例如在Christoph WeiBbacker, Harald Rose在J Electron Microsc (Tokyo)(2001)50(5): 383-390中的「Electrostatic correction of the chromatic and of the spherical aberration of charged-particle lenses」中進行描述。
經組合的磁性靜電像差校正元件可受益於解耦聚焦特性和Cc校正、適度高階像差、對準誤差的適度的靈敏度和將磁性電路中的雜訊阻尼到低kHz範圍。
圖5B中圖示靜電像差校正元件210的示例性實施方式。校正器包括多個靜電多極和透鏡，多個靜電多極和透鏡例如有益地對稱地佈置。也就是說，存在像差校正元件與光軸正交的對稱平面。例如，元件512可以是靜電四極，元件514可以是靜電透鏡與靜電四極疊置的組合。元件512和514可以校正Cc。元件513和515可以是用於校正Cs的靜電八極。像差校正元件210可以包括用於校正Cc、Cs或Cc和Cs二者的元件。
如前述，根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置允許提供初級帶電粒子小束陣列。根據一些實施方式，初級帶電粒子小束陣列典型地可以包括每個柱有三個或更多個初級帶電粒子小束，更典型地包括十個或更多個初級帶電粒子小束。根據本文所述的一些實施方式，根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置和用於用帶電粒子束裝置對取樣進行檢查的方法可以在帶電粒子束裝置的一個柱內提供在取樣表面處彼此之間的距離很小的初級帶電粒子小束陣列。例如，一個柱內的兩個初級帶電粒子小束之間的距離典型地可以小於150μm，更典型地小於100μm，或甚至小於50μm。
在一些實施方式中，如圖6示例性所示，根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置允許排列在多柱式顯微鏡(MCM)中。各自具有用於檢查取樣的初級帶電粒子小束陣列的多個柱增加了處理速度和輸送量。
圖6圖示多柱式顯微鏡構型600。多柱式顯微鏡構型600示例性地被示出為具有三個帶電粒子束裝置200。根據本文所述的實施方式，帶電粒子束裝置的數量可以與多柱式顯微鏡構型中示出的示例有所偏差。例如，根據本文所述的實施方式的多柱式顯微鏡構型可以具有兩個或更多個帶電粒子束裝置，例如兩個、三個、四個、五個或甚至多於五個帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置可以佈置成1維或2維陣列。多柱式顯微鏡構型的帶電粒子束裝置之每一者可以是具有如本文所述的實施方式中的任一者所述的初級帶電粒子小束陣列的帶電粒子束裝置。
在圖6的示例性視圖中，多柱式顯微鏡包括如圖2所示和所述的帶電粒子束裝置。多柱式顯微鏡構型600包括取樣台141，要檢查的取樣140放置在取樣台上。在一些實施方式中，多柱式顯微鏡構型600的帶電粒子束裝置可以檢查一個取樣。或者，多於一個取樣140可以放置在取樣台141上。
如圖6所示，每個帶電粒子束裝置200包括具有例如一或多個聚光器透鏡的聚光器透鏡元件、像差校正元件210、多孔徑板113和透鏡陣列(例如，物鏡組件230)。根據本文所述的一些實施方式，多柱式顯微鏡構型600的帶電粒子束裝置200可以具有共用物鏡組件。
另外，控制電極(例如，接近電極，用於提取信號粒子，諸如二次電子(SE)或後向散射電子)可以被提供來用於本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置及/或多柱式顯微鏡構型600。控制電極可以是用於多於一個柱的共用電極或可以是用於一個柱的控制電極。例如，用如本案內容的實施方式所述的物鏡，可以提供非常低的著陸能量(例如，100eV)和低提取場，而不損害帶電粒子束成像系統的整體效能。
根據一些實施方式，多柱式顯微鏡構型的帶電粒子束裝置200彼此可以具有典型地在約10mm至約60mm之間、更典型地在約10mm至約50mm之間的距離。在一些實施方式中，可以將多柱式顯微鏡構型的單個帶電粒子束裝置之間的距離測量為帶電粒子束裝置的對應的光軸之間的距離。
通過在多柱式顯微鏡構型中使用多個帶電粒子束裝置，如圖6示例性地所示，可以以足夠的解析度提供足夠數量的初級帶電粒子小束並且在信號小束之間具有足夠小的串擾。
圖7圖示用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行成像的方法700的流程圖。在方塊701中，通過用初級帶電粒子束照明多孔徑板來產生帶電粒子小束陣列。帶電粒子小束區域可以具有至少第一小束和第二小束。可以用包括束發射器的帶電粒子束源來產生初級帶電粒子束。束發射器可以例如是CFE、肖特基發射器、TFE或另一高電流-高亮度帶電粒子束源(諸如，電子束源)，如例如上文提到的。根據一些實施方式，束發射器可以發射一個初級帶電粒子束，初級帶電粒子束可以經處理(例如，通過由多孔徑板分割)以使得產生多個初級帶電粒子小束。例如，多孔徑板中的孔徑開口可以被佈置成1維小束陣列或2維小束陣列，諸如像六邊形、矩形或二次小束陣列。
如方塊702指示，例如用物鏡組件將帶電粒子小束陣列聚焦在取樣上。物鏡組件可以是物鏡陣列或共用物鏡組件。例如，物鏡陣列可以包括兩個或更多個靜電透鏡及/或兩個或更多個磁性透鏡。共用物鏡組件可以包括磁性透鏡部件和靜電透鏡部件，特別是以減速模式操作的靜電透鏡部件。
如方塊703指示，可以用像差校正元件來校正初級帶電粒子小束陣列內的像差差值，例如第一小束與第二小束之間的像差及/或解析度的差值。像差校正元件可以校正Cs (即，球差)，或Cc和Cs二者(即，色差和球差)。根據本文所述的實施方式，像差校正元件可以是非旋轉對稱的多極校正器。例如，可以提供用於Cs和Cc的同時校正的四極-八極校正器或用於Cs校正的雙六極校正器。
根據一些實施方式，像差校正元件可以作用在初級帶電粒子束上或可以作用在初級帶電粒子小束上。另外，附加地或可選地，對於共用物鏡組件，像差校正元件可以校正物鏡組件的離軸像差。對於物鏡陣列，小束可以沿著光軸進入物鏡陣列的透鏡。因此，可以由像差校正元件來提供對聚光器透鏡元件(和任選地另外透鏡)的校正。根據可與本文所述的其他實施方式組合的又一實施方式，像差校正元件可以充當准直透鏡，其中聚光器透鏡元件可以省略。
根據本文所述的一些實施方式，帶電粒子束裝置可以包括另外的束光學元件，諸如聚光器透鏡、(掃瞄)偏轉器、束彎曲器、校正器等等。在一些實施方式中，聚光器透鏡可以放置在多孔徑板前(即，當沿初級帶電粒子小束傳播方向看時，在初級帶電粒子束的上游)。根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置可以包括束消隱器，諸如用於每個小束的單獨束消隱器或共用束消隱器。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的另外實施方式，聚光器透鏡元件可以包括一或多個聚光器透鏡。聚光器透鏡之每一者可以是靜電的、磁性的或經組合的磁性靜電的。根據一些實施方式，多孔徑板(即，孔徑開口陣列)可以用不同的多孔徑板來代替，例如，用於改變孔徑開口的直徑。這使得能夠在不同的小束電流之間切換。特別地，為了更換多孔徑板，聚光器透鏡元件可以包括用於調整焦距的兩個或更多個聚光器透鏡。調整焦距可有利於調整源的總放大倍率。如前述，如本文所述的帶電粒子束裝置可以用於粒子束檢查或粒子束光刻應用。另外，用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行成像的方法可以類似地應用於用初級帶電粒子小束陣列對取樣進行照明的方法，例如以便用於粒子小束光刻應用。
儘管前述內容針對特定實施方式，但是也可在不脫離本發明的基本範圍的情況下設想其他和進一步實施方式，並且本發明的範圍由隨附申請專利範圍決定。
4‧‧‧光軸14‧‧‧初級帶電粒子束15‧‧‧初級帶電粒子小束100‧‧‧帶電粒子束裝置110‧‧‧粒子束源111‧‧‧粒子束發射器112、112-1、112-2‧‧‧電極113‧‧‧多孔徑板120‧‧‧透鏡130‧‧‧物鏡14’、14’’‧‧‧束路徑140‧‧‧取樣141‧‧‧取樣台150‧‧‧掃瞄偏轉器199‧‧‧加速電極200‧‧‧帶電粒子束裝置210‧‧‧像差校正元件212、218‧‧‧四極214、216‧‧‧電磁四極215、217、219‧‧‧八極220‧‧‧聚光器透鏡組件230‧‧‧物鏡組件315‧‧‧單獨的跨接部320‧‧‧透鏡陣列450‧‧‧偏轉元件452‧‧‧透鏡454‧‧‧偏轉器512、513、514、515‧‧‧元件600‧‧‧多柱式顯微鏡構型700‧‧‧方法701、702、703‧‧‧方塊
為了能夠詳細地理解本文所述的實施方式的上述特徵所用方式，可以參考實施方式進行在上文簡要概述的更特定的描述。附圖涉及實施方式，並且描述如下：圖1圖示用於取樣檢查的多束裝置的示意圖；圖2圖示根據本文所述的實施方式的用於取樣檢查且具有物鏡陣列的多束裝置的示意圖；圖3圖示根據本文所述的實施方式的用於取樣檢查且具有透鏡陣列和共用物鏡的多束裝置的示意圖； 圖4圖示根據本文所述的實施方式的用於取樣檢查且具有透鏡陣列、偏轉器陣列和共用物鏡的多束裝置的示意圖；圖5A圖示根據本文所述的實施方式的像差校正元件中的束的示意性的射線路徑的部分；圖5B圖示根據本文所述的實施方式的像差校正元件中的束的示意圖；圖6圖示根據本文所述的實施方式的多束裝置柱的柱陣列的示意圖；和圖7圖示根據本文所述的實施方式的用帶電粒子束裝置對取樣進行檢查的方法的流程圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
14‧‧‧初級帶電粒子束
15‧‧‧初級帶電粒子小束
110‧‧‧粒子束源
111‧‧‧粒子束發射器
113‧‧‧多孔徑板
140‧‧‧取樣
141‧‧‧取樣台
200‧‧‧帶電粒子束裝置
210‧‧‧像差校正元件
212、218‧‧‧四極
214、216‧‧‧電磁四極
215、217、219‧‧‧八極
220‧‧‧聚光器透鏡組件
230‧‧‧物鏡組件
14’、14”‧‧‧束路徑

Claims (20)

  1. 一種用於用一初級帶電粒子小束陣列對一取樣進行檢查的帶電粒子束裝置，包括：一帶電粒子束源，用於產生一初級帶電粒子束；一多孔徑板，具有至少兩個開口以產生一初級帶電粒子小束陣列，該初級帶電粒子小束陣列至少具有在該取樣上具有一第一解析度的一第一小束和在該取樣上具有一第二解析度的一第二小束；一像差校正元件，該像差校正元件提供在該帶電粒子束源與該多孔徑板之間，用於校正旋轉對稱帶電粒子透鏡的球差和色差中的至少一個，以及用於校正該取樣上的該第一解析度與該取樣上的該第二解析度之間的差值，該像差校正元件包括兩個電或磁性四極元件、以及至少兩個多極元件，該至少兩個多極元件包括兩個經組合的電磁四極元件；和一物鏡組件，用於將該初級帶電粒子小束陣列的每個初級帶電粒子小束聚焦到該取樣上的一單獨位置上。
  2. 根據請求項1之帶電粒子束裝置，其中該像差校正元件進一步包括至少三個電或磁性八極元件。
  3. 根據請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該至少兩個多極元件產生至少兩個六極場。
  4. 根據請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該至少兩個多極元件是兩個靜電四極元件，並且該像差校正元件進一步包括兩個靜電透鏡。
  5. 根據請求項4所述的帶電粒子束裝置，其中該像差校正元件進一步包括至少三個電八極元件。
  6. 根據請求項1之帶電粒子束裝置，其中該像差校正元件聚焦該初級帶電粒子束以減小該第一小束與該第二小束之間的一發散。
  7. 根據請求項1所述的帶電粒子束裝置，進一步包括：一聚光器透鏡組件，提供在該帶電粒子束源與該多孔徑板之間。
  8. 根據請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該物鏡組件包括一物鏡陣列以個別地聚焦該初級帶電粒子小束陣列的每個小束。
  9. 根據請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該物鏡組件包括作用在該初級帶電粒子小束陣列上的一磁性透鏡部件。
  10. 根據請求項9之帶電粒子束裝置，進一步包括：一透鏡陣列，提供在該多孔徑板與該物鏡組件之間。
  11. 根據請求項10之帶電粒子束裝置，進一步 包括：一透鏡或一偏轉器陣列中的至少一個，其中該透鏡和該偏轉器陣列引導該初級帶電粒子小束陣列通過該物鏡組件的一無彗形像差點。
  12. 根據請求項1之帶電粒子束裝置，其中該多孔徑板的該至少兩個開口從該初級帶電粒子束產生該初級帶電粒子小束陣列。
  13. 一種用一初級帶電粒子小束陣列對一取樣進行成像或照明的方法，包括以下步驟：通過用一初級帶電粒子束照明一多孔徑板來產生具有至少一第一小束和一第二小束的一初級帶電粒子小束陣列；用一物鏡組件將該初級帶電粒子小束陣列聚焦在該取樣上；和用根據請求項1之像差校正元件來校正該第一小束與該第二小束之間的像差差值。
  14. 根據請求項13之方法，其中校正該像差差值由作用在該初級帶電粒子束上的該像差校正元件提供。
  15. 根據請求項13之方法，其中校正該像差差值之步驟包括以下步驟：校正該物鏡組件的離軸像差。
  16. 根據請求項13所述的方法，其中該像差校 正元件准直該初級帶電粒子束。
  17. 根據請求項13之方法，進一步包括以下步驟：用一聚光器透鏡組件來准直該初級帶電粒子束。
  18. 一種用於用一初級帶電粒子小束陣列對一取樣進行檢查的帶電粒子束裝置，包括：一帶電粒子束源，用於產生一初級帶電粒子束；一多孔徑板，具有至少兩個開口以產生一帶電粒子小束陣列，該帶電粒子小束陣列至少具有在該取樣上具有一第一解析度的一第一小束和在該取樣上具有一第二解析度的一第二小束；一像差校正元件，該像差校正元件提供在該帶電粒子束源與該多孔徑板之間，用於校正旋轉對稱帶電粒子透鏡的球差和色差中的至少一個，以及用於校正該取樣上的該第一解析度與該取樣上的該第二解析度之間的差值，其中該像差校正元件包括兩個靜電四極元件及兩個靜電透鏡；和一物鏡組件，用於將該初級帶電粒子小束陣列的每個初級帶電粒子小束聚焦到該取樣上的一單獨位置上。
  19. 根據請求項18所述的帶電粒子束裝置，其中該像差校正元件進一步包括至少三個電八極元件。
  20. 根據請求項18之帶電粒子束裝置，其中該多孔徑板的該至少兩個開口從該初級帶電粒子束產生該初級帶電粒子小束陣列。
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