TWI696846B - 多射束暗場成像 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示具有暗場成像能力之多射束掃描電子顯微鏡(SEM)檢驗系統。一SEM檢驗系統可包含一電子源及至少一個光學裝置。該至少一個光學裝置可經組態以利用由該電子源提供之電子而產生複數個初級子射束且遞送該複數個初級子射束朝向一目標。設備亦可包含一偵測器陣列，該偵測器陣列經組態以接收由該目標回應於該複數個初級子射束而發射之複數個影像子射束且產生該目標之至少一個暗場影像。

Description

多射束暗場成像
本發明一般而言係關於檢驗系統之領域，且特定而言係關於電子射束檢驗系統。
諸如矽晶圓等薄的經拋光板係現代技術之一極重要部分。舉例而言，一晶圓可係指在積體電路及其他裝置之製作中所使用之一半導體材料薄切片。晶圓經受缺陷檢驗，且掃描電子顯微鏡(SEM)檢驗被視為最敏感之晶圓缺陷檢驗形式中之一者。 一掃描電子顯微鏡(SEM)係一種類型之電子顯微鏡，其藉由使用一電子聚焦射束掃描一目標(例如，一晶圓)而產生該目標之影像。在目標中，電子與原子相互作用，從而產生含有關於該目標之表面形貌及組合物之資訊之各種信號。應注意，可藉由增加電子聚焦射束之數目而增加一SEM之處理量(從而提供一種被稱為一多射束SEM之SEM)。然而，亦應注意，當前可購得之多射束SEM不支援多射束暗場成像。
本發明係關於一種設備。該設備可包含一電子源及至少一個光學裝置。該至少一個光學裝置可經組態以利用由電子源提供之電子而產生複數個初級子射束且遞送該複數個初級子射束朝向一目標。該設備亦可包含一偵測器陣列，該偵測器陣列經組態以接收由該目標回應於該複數個初級子射束而發射之複數個影像子射束且產生該目標之至少一個暗場影像。 本發明之又一實施例係關於一種設備。該設備可包含一電子源及至少一個光學裝置。該至少一個光學裝置可經組態以利用由電子源提供之電子而產生複數個初級子射束且遞送該複數個初級子射束朝向一目標。該設備亦可包含一多通道偵測器陣列，該多通道偵測器陣列經組態以接收由該目標回應於該複數個初級子射束而發射之複數個影像子射束且產生該目標之至少一個暗場影像。 本發明之一額外實施例係關於一種設備。該設備可包含一電子源及至少一個光學裝置。該至少一個光學裝置可經組態以利用由電子源提供之電子而產生複數個初級子射束且遞送該複數個初級子射束朝向一目標。該設備亦可包含一高密度偵測器陣列，該高密度偵測器陣列經組態以接收由該目標回應於該複數個初級子射束而發射之複數個影像子射束且產生該目標之至少一個暗場影像。 應理解，前述一般說明及以下詳細說明兩者皆僅為例示性及解釋性的，且未必限制本發明。併入本說明書中且構成本說明書之一部分之附圖圖解說明本發明之標的物。說明連同圖式一起用於闡釋本發明之原理。
相關申請案之交互引用 本申請案依據35 U.S.C. § 119(e)主張於2015年9月21日提出申請之序列號為62/221,593之美國臨時申請案之權益。序列號為62/221,593之該美國臨時申請案特此以全文引用方式併入。 本申請案係關於同在申請中且同時提出申請之美國專利申請案(編號待指派)，該美國專利申請案具有KLA Tencor公司之檔案號P4770，標題為「Backscattered Electrons (BSE) Imaging Using Multi-beam Tools」且列示Mark McCord等人作為發明人，該美國專利申請案之全部內容以引用方式併入本文中。 現在將詳細參考附圖中所圖解說明之所揭示標的物。 根據本發明之實施例係關於具有暗場成像能力之多射束掃描電子顯微鏡(SEM)檢驗系統。暗場成像通常將非散射射束排除於所再現影像(稱為暗場影像)之外，此可幫助識別在明場影像中可能不可見之特徵(例如，太過平滑而不投影之凸起特徵可能不出現在明場影像中，而反射離開特徵之各側之光將在暗場影像中係可見的)。因此，預期為多射束SEM檢驗系統提供暗場成像能力可係極有效的，且非常適於涉及檢驗諸如晶圓等目標樣本之用途。 總體上參考圖1，其展示繪示一經簡化多射束SEM檢驗系統100之一圖解。多射束SEM檢驗系統100可包含經組態以遞送電子之一電子源102朝向一或多個光學裝置104。光學裝置104可經組態以利用由電子源102提供之電子而產生複數個初級子射束108。光學裝置104可包含例如界定複數個孔隙106之一多射束孔隙陣列。由複數個孔隙106產生之複數個初級子射束108可被遞送朝向一目標(例如，一晶圓) 110以在目標110中激發出原子，目標110又可發射複數個影像子射束112 (包含背向散射以及次級電子子射束)，可使用一或多個光學裝置114對影像子射束112進行加速及/或過濾。 在某些實施例中，偏轉光學器件使初級子射束108以一光柵圖案進行掃描以使得每一子射束光柵圖案之周界與毗鄰子射束光柵圖案稍微重疊，以便可產生彙總所有子射束影像之一全域影像。可在光學裝置104與目標110之間提供為初級子射束108及影像子射束112兩者所共用之光學器件(例如，一分束器140)，以幫助分離初級子射束108與影像子射束。亦可在靠近目標110處提供為初級子射束108及影像子射束112兩者所共用之一物鏡(例如，一組合式靜電與磁性物鏡) 142。 在某些實施例中，可需要使用影像路徑偏轉板146校正來自初級光柵偏轉光學器件144之影像子射束112，以消除由初級掃描偏轉光學器件144賦予之任何殘餘橫向速度分量。影像子射束112可最終到達一偵測器陣列116。偵測器陣列116可包含經指定(例如，以一種一一對應方式)以接收影像子射束112之複數個偵測器118。複數個偵測器118可用於至少部分地基於在偵測器118處所接收之影像子射束112而再現目標110之影像。在某些實施例中，由複數個偵測器118所再現之目標110之影像可包含暗場影像。 更具體而言，能夠再現暗場影像之複數個偵測器118可經組態以為每一影像子射束112提供多個偵測器通道。圖2係繪示根據本發明組態之一多通道偵測器118之一圖解，且圖3係繪示利用此等多通道偵測器118之一偵測器陣列116之一圖解。 如圖2中所展示，在一給定多通道偵測器118中界定有五(5)個不同偵測器通道120及122。在多通道偵測器118中界定之該等通道中之一者係位於中心且可因此稱為中心通道120。中心通道120之位置可對應於多通道偵測器118經指定以接收之特定影像子射束112。在中心通道120處所接收之電子子射束可包含一次級電子子射束，該次級電子子射束可用於幫助以與習用多射束SEM檢驗系統中所利用之方式類似之方式來再現目標110之一明場影像。 多通道偵測器118亦包含位於中心通道120周圍之多個偵測器通道122。此等偵測器通道122可稱為外通道122，該等外通道122可(連同中心通道120)形成足夠大以覆蓋預期在多通道偵測器118處接收之影像子射束112之一組合偵測區域。舉例而言，若多通道偵測器118係一圓形偵測器，則多通道偵測器118之直徑可至少係影像子射束112之直徑。然而，應理解，一圓形偵測器係僅出於說明性目的而呈現。預期多通道偵測器118可經組態以形成各種其他形狀及大小，此並不背離本發明之精神及範疇。 應注意，多通道偵測器118之外通道122係以圖2中所展示之方式來界定，以幫助偵測可用於再現暗場影像之陰影資訊。預期，儘管圖2中繪示了五(5)個外通道122，但此一繪示僅係例示性的且並非意在係限制性的。預期在於一給定多通道偵測器中僅界定有兩個外通道之情況下，亦可達成暗場成像。亦預期，可在一給定多通道偵測器(例如，如圖4及圖5中所展示)中界定五(5)個以上外通道122，以幫助收集更加完整之極角及方位角資訊，此並不背離本發明之精神及範疇。 應理解，儘管外通道122可用於幫助再現暗場影像，但其亦可用於幫助再現明場影像，此並不背離本發明之精神及範疇。舉例而言，可藉由對所有通道(包含中心通道及外通道)進行求和來形成明場影像。亦可藉由將相對之象限進行相減來增強暗場影像。預期可混合各種通道。舉例而言，可藉由將相對之外通道相減並加上小百分比之中心通道來形成一影像。 亦預期，可利用以此種方式提供之各種通道來量化偵測器陣列116中每一經分段偵測器上之影像射束分佈(例如，藉由取得中心通道對外通道總和之比率)並分析度量係如何跨越偵測器陣列116中之所有偵測器而改變以獲得關於表面帶電之資訊(例如，多影像射束陣列中之周界射束可由於晶圓帶電而經歷最高橫向場，因此，結果是展現較多影像射束不對稱性)。預期可利用此資訊來應用對比及亮度校正。亦可利用此資訊(例如，在一回饋控制迴路中)來對初級或影像射束光學器件應用校正(若需要)。 進一步預期，未要求在各別偵測器118內完全界定上文所闡述之內部及外通道。圖6係繪示偵測器陣列116之一替代實施方案之一圖解，該替代實施方案可用於提供與先前所闡述相同之暗場成像能力。更具體而言，如圖6中所展示，偵測器陣列116可被實施為具有大量偵測器128之一高密度偵測器陣列。每一個別偵測器128之大小可係一個別影像子射束112預期覆蓋之區域130之幾分之一，從而有效地允許偵測器陣列116在每一個別區域130內定位一組偵測器128。然後，可以與上文所闡述之方式類似之方式將定位於每一個別區域130內之該組偵測器128邏輯分割/分組成複數個通道。舉例而言，偵測器128之一子組可經邏輯分組以形成與先前所闡述之中心通道120以相同方式起作用之一中心分割區120’。類似地，偵測器128之一或多個子組可經邏輯分組以形成與先前所闡述之外通道122以相同方式起作用之外分割區122’。 應理解，圖6中所繪示之邏輯分割區僅係例示性的且並非意在係限制性的。預期可在不背離本發明之精神及範疇之情況下形成其他分割區。然而，不管偵測器陣列116之特定實施方案如何，預期根據本發明組態之偵測器陣列116可為多射束SEM檢驗系統100提供再現一暗場影像陣列以形成目標110之一大連續暗場影像之能力，此暗場影像可用於檢驗、再檢測及計量目的。應注意，暗場影像亦可用於偵測原本難以偵測之缺陷之目的。利用根據本發明組態之一偵測器陣列116所收集之極角及方位角資訊亦可用於幫助再現目標110之三維(3D)拓撲及/或用於確定至目標110之垂直距離。預期根據本發明組態之偵測器陣列可提供上文未具體提及之其他益處。 亦預期，根據本發明組態之偵測器陣列(及一般而言多射束SEM檢驗系統)可用作相關美國專利及美國專利申請案中所闡述之各種類型之檢驗/偵測系統/裝置之一部分或可連同該等檢驗/偵測系統/裝置一起使用，該等美國專利及美國專利申請案包含但不限於：美國專利申請案第14/115,326號，標題為「Multi-spot Collection Optics」；美國專利第7,504,622號，標題為「High Throughput Multi Beam Detection System and Method」；美國專利第7,141,791號，標題為「Apparatus and Method for E-Beam Dark Field Imaging」；美國專利第7,171,038號，標題為「Method and Apparatus for Inspecting a Substrate」；美國專利第7,560,703號，標題為「Integrated Segmented Scintillation Detector」；美國專利第7,705,301號，標題為「Electron Beam Apparatus to Collect Side-View and/or Plane-View Image with In-Lens Sectional Detector」；美國專利第7,714,287號，標題為「Apparatus and Method for Obtaining Topographical Dark-Field Images in a Scanning Electron Microscope」；美國專利第7,755,043號，標題為「Bright-Field/Dark-Field Detector with Integrated Electron Energy Spectrometer」；美國專利第7,838,833號，標題為「Apparatus and Method for E-Beam Dark Imaging with Perspective Control」；及美國專利第8,624,186號，標題為「Movable Detector for Charged Particle Beam Inspection or Review」，此等專利特此以其全文引用之方式併入。 進一步預期，根據本發明組態之偵測器陣列可連同一透鏡陣列一起使用。舉例而言，如圖7中所展示，可將一透鏡陣列150定位於偵測器陣列116前方以幫助控制偵測器陣列116中每一多通道偵測器上之影像射束分佈。透鏡陣列150允許在不影響影像子射束112相對於彼此之發散或會聚速率之情況下操縱每一影像子射束112中之電子。舉例而言，透鏡陣列150可經組態以在不影響子射束間距之情況下藉由增加透鏡之聚焦度而將更多次級電子引導至每一偵測器之中心通道。以此方式，透鏡陣列150連同偵測器陣列116可用作一能量過濾器，以使得具有較低能量之次級電子可優先地聚焦至中心偵測器，從而有效地最小化外通道中具有較低能量之次級電子之數目。應理解，此一特徵對於最小化暗場影像中之帶電假影係有用的(僅使用外通道)，此乃因具有最低能量之次級電子受晶圓表面帶電之影響係最大的。亦應理解，在不背離本發明之精神及範疇之情況下，透鏡陣列150可受到全域控制(適用於透鏡陣列150中之所有透鏡之控制)及/或離散控制(適用於透鏡陣列150中之每一透鏡之控制)。 應理解，儘管上述實例將一晶圓稱為檢驗之受驗者，但根據本發明組態之檢驗系統並不限於檢驗晶圓。根據本發明組態之檢驗系統亦適用於其他類型之受驗者，此並不背離本發明之精神及範疇。在本發明中使用之術語晶圓可包含在積體電路及其他裝置之製作中所使用之一半導體材料薄切片，以及其他薄的經拋光板(諸如磁碟基板、塊規及諸如此類)。 據信，將藉由前述說明來理解本發明之系統及設備及其附帶優點中之諸多優點，且將明瞭，可在不背離所揭示之標的物或不犧牲所有其實質優點之情況下在組件之形式、構造及配置方面做出各種改變。所描述之形式僅係解釋性的。
100‧‧‧多射束掃描電子顯微鏡檢驗系統 102‧‧‧電子源 104‧‧‧光學裝置 106‧‧‧孔隙 108‧‧‧初級子射束 110‧‧‧目標/晶圓 112‧‧‧影像子射束 114‧‧‧光學裝置 116‧‧‧偵測器陣列 118‧‧‧偵測器/多通道偵測器 120‧‧‧偵測器通道/中心通道 120’‧‧‧中心分割區 122‧‧‧偵測器通道/外通道 122’‧‧‧外分割區 128‧‧‧偵測器 130‧‧‧區域 140‧‧‧分束器 142‧‧‧物鏡 144‧‧‧初級掃描偏轉光學器件/初級光柵偏轉光學器件 146‧‧‧影像路徑偏轉板 150‧‧‧透鏡陣列
熟習此項技術者可藉由參考附圖而較佳地理解本發明之眾多優點，在附圖中： 圖1係繪示一經簡化多射束SEM檢驗系統之一圖解； 圖2係繪示根據本發明組態之一多通道偵測器之一圖解； 圖3係繪示根據本發明之一實施例組態之利用多通道偵測器之一偵測器陣列之一圖解； 圖4係繪示根據本發明組態之另一多通道偵測器之一圖解； 圖5係繪示根據本發明組態之另一多通道偵測器之一圖解； 圖6係繪示根據本發明之一實施例組態之一偵測器陣列之一圖解；及 圖7係繪示另一經簡化多射束SEM檢驗系統之一圖解。
100‧‧‧多射束掃描電子顯微鏡檢驗系統
102‧‧‧電子源
104‧‧‧光學裝置
106‧‧‧孔隙
108‧‧‧初級子射束
110‧‧‧目標/晶圆
112‧‧‧影像子射束
114‧‧‧光學裝置
116‧‧‧偵測器陣列
140‧‧‧分束器
142‧‧‧物鏡
144‧‧‧初級掃描偏轉光學器件/初級光柵偏轉光學器件
146‧‧‧影像路徑偏轉板

Claims (21)

  1. 一種檢驗設備，其包括：一電子源；至少一個光學裝置，其經組態以利用由該電子源提供之電子而產生複數個初級子射束，該至少一個光學裝置進一步經組態以遞送該複數個初級子射束朝向一目標；及多通道偵測器之一陣列，其經組態以接收由該目標回應於該複數個初級子射束而發射之複數個影像子射束，該多通道偵測器之陣列進一步經組態以再現一暗場影像陣列來形成一個連續暗場影像，其中該等多通道偵測器之該陣列之每一多通道偵測器包括一組偵測器元件。
  2. 如請求項1之檢驗設備，其中由一指定多通道偵測器接收該複數個影像子射束中之每一影像子射束。
  3. 如請求項1之檢驗設備，其中該等多通道偵測器之至少一些包括一中心通道及圍繞該中心通道之複數個外通道。
  4. 如請求項3之檢驗設備，其中該等外通道進一步經組態以收集極角及方位角資訊以促進該目標之一個三維拓撲之再現或促進至該目標之一垂直距離之量測。
  5. 如請求項1之檢驗設備，其中該等多通道偵測器之該陣列係一高密度偵測器陣列。
  6. 如請求項5之檢驗設備，其中由該高密度偵測器陣列內之一組偵測器接收該複數個影像子射束中之每一影像子射束。
  7. 如請求項6之檢驗設備，其中該組多通道偵測器之至少一個子組經分組以形成一中心分割區，且該組多通道偵測器之至少兩個子組經分組以形成至少兩個外分割區。
  8. 如請求項7之檢驗設備，其中該中心分割區及該等外分割區經組態以促進該目標之一明場影像及該目標之一暗場影像之再現。
  9. 如請求項7之檢驗設備，其中該等外分割區進一步經組態以收集極角及方位角資訊以促進該目標之一個三維拓撲之再現或促進至該目標之一垂直距離之量測。
  10. 一種檢驗設備，其包括：一電子源；至少一個光學裝置，其經組態以利用由該電子源提供之電子而產生複數個初級子射束，該至少一個光學裝置進一步經組態以遞送該複數個初級子射束朝向一目標；及多通道偵測器之一陣列，其經組態以接收由該目標回應於該複數 個初級子射束而發射之複數個影像子射束，該多通道偵測器之陣列進一步經組態以形成一個連續暗場影像，其中該等多通道偵測器之該陣列之每一多通道偵測器包括一組偵測器元件。
  11. 如請求項10之檢驗設備，其中由一指定多通道偵測器接收該複數個影像子射束中之每一影像子射束。
  12. 如請求項11之檢驗設備，其中該等多通道偵測器之至少一些包括一中心通道及圍繞該中心通道之複數個外通道。
  13. 如請求項12之檢驗設備，其中該多通道偵測器經組態以促進該目標之一明場影像及該目標之一暗場影像之再現。
  14. 如請求項12之檢驗設備，其中該多通道偵測器經組態以量化該多通道偵測器上之影像射束分佈以判定一或多個適用之校正。
  15. 如請求項12之檢驗設備，其中該等外通道進一步經組態以收集極角及方位角資訊以促進該目標之一個三維拓撲之再現或促進至該目標之一垂直距離之量測。
  16. 如請求項10之檢驗設備，其進一步包括：一透鏡陣列，其定位於該等多通道偵測器之該陣列前方，該透鏡陣列經組態以促進對可由該等多通道偵測器之該陣列接收之該複數 個影像子射束之控制。
  17. 一種檢驗設備，其包括：一電子源；至少一個光學裝置，其經組態以利用由該電子源提供之電子而產生複數個初級子射束，該至少一個光學裝置進一步經組態以遞送該複數個初級子射束朝向一目標；及一高密度偵測器陣列，其經組態以接收由該目標回應於該複數個初級子射束而發射之複數個影像子射束，該高密度偵測器陣列進一步經組態以再現暗場影像之一陣列來形成一個連續暗場影像。
  18. 如請求項17之檢驗設備，其中由該高密度偵測器陣列內之一組偵測器接收該複數個影像子射束之每一影像子射束。
  19. 如請求項18之檢驗設備，其中該組偵測器之至少一個子組經分組以形成一中心分割區，且該組偵測器之至少兩個子組經分組以形成至少兩個外分割區。
  20. 如請求項19之檢驗設備，其中該中心分割區及該等外分割區經組態以促進該目標之一明場影像及該目標之一暗場影像之再現。
  21. 如請求項19之檢驗設備，其中該等外分割區進一步經組態以收集極角及方位角資訊以促進該目標之一個三維拓撲之再現或促進至該目標之一垂直距離之量測。
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