TWI749481B - 自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法、計算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法、及用以攝像樣本的帶電粒子束裝置 - Google Patents

自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法、計算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法、及用以攝像樣本的帶電粒子束裝置 Download PDF

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Abstract

提供一種自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法。方法包含取得對應的複數個聚焦強度值的複數個影像；基於該複數個影像計算複數個銳利度值，該複數個銳利度值基於該複數個影像以銳利度函數計算，銳利度函數是提供為頻率空間中的總和；以及以黃金比率搜尋演算法基於計算得到的該些銳利度值決定該數個聚焦強度值的數個後續的聚焦強度值。

Description

自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法、計 算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法、及用以攝像樣本的帶電粒子束裝置
本揭露有關於在樣品上的帶電粒子束的自動聚焦，例如在樣本上的電子束的自動聚焦。尤其，本揭露有關於掃描帶電粒子束裝置的聚焦帶電粒子束，例如舉例來說掃描電子顯微鏡的聚焦帶電粒子束。再者，本揭露有關於以帶電粒子束裝置檢驗樣本的方法。尤其，是檢驗用於顯示器製造的大面積的基板，其可具有非平坦的表面，或許具有某程度的彈性或可為非完全平行的基板。更尤其，於此所述的實施例有關於用於以聚焦的帶電粒子束檢驗樣本的方法及設備，尤其用以樣本的攝像、再檢測、檢驗缺陷、及計量其中至少一者。又再者，是描述用以檢驗樣本的帶電粒子束裝置。
在許多應用中，是沉積薄層在基板上，例如在玻璃或例如或為非導電基板的基板上。基板是典型地在塗佈設備的真空腔室中被塗佈。對於一些應用，基板是使用氣相沉積技術在真空腔室中被塗佈。在近幾年，電子裝置且尤其光電裝置的價格已顯著降低。再者，顯示器中的像素密度已提高。對於TFT顯示器，高密度TFT整合是有利的。儘管一裝置中的薄膜電晶體(thin-film transistors,TFTs)的數量增加，產量仍將增加且製造成本仍將進一步減少。
一或更多結構或層可沉積在基板上，例如玻璃基板上，以形成電子或光電裝置例如TFT的陣列在基板上。在此具有電子或光電結構形成於其上的基板也稱為「樣本」。在TFT顯示器及其它樣本的製造期間，檢驗沉積在樣本上的一或更多結構以監控樣本的品質可為有利的。
舉例而言，可藉由光學系統執行樣本的檢驗。然而，要鑑定的樣本的一些特徵的維度或缺陷的尺寸可能低於光解析度，使得一些缺陷對於光學系統而言是不可解析的。可利用帶電粒子例如電子來檢驗樣本的表面，相較於光學系統，其可提供更佳的解析度。
對於檢驗及其它攝像應用，尤其在顯示器工業中，且對於半導體工業，工作量是重要的考量。樣本上的收斂的電子束的適當聚焦提高攝像及檢驗的品質。系統提供半自動化的聚焦，其中工具的操作者協助聚焦程序。對於在樣品上 的束的完全自動化的聚焦，一些自動聚焦概念已經被描述。用以自動聚焦帶電粒子束的時間增加至用以攝像樣本上的一區域的總時間，且因此降低工作量。此可尤其相關於以在大面積的基板上的帶電粒子束攝像，用於在半導體晶圓及玻璃基板的多個TFT上的高工作量應用，比方例如多束檢驗工具，其多個小射束是聚焦在樣本上。
因此，是有對於帶電粒子束裝置的改良的聚焦，尤其對於帶電粒子束裝置的改良的自動聚焦的期望。
鑒於以上，是提供一種自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法、一種計算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法、一種用以攝像樣本的帶電粒子束裝置，尤其根據獨立項。進一步的概念、優點及特徵是顯見於附屬項、說明書及伴隨的圖式。
根據一實施例，是提供一種自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法。方法包含取得第一聚焦強度值的第一影像；基於第一影像計算第一銳利度值，第一銳利度值是以銳利度函數計算；以及以黃金比率搜尋演算法基於計算得到的該第一銳利度值決定第二聚焦強度值。
根據一實施例，是提供一種自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法。方法包含取得對應的複數個聚焦強度值的複數個影像；基於該複數個影像計算複數個銳利度值， 該複數個銳利度值是以銳利度函數計算；以及以黃金比率搜尋演算法基於計算得到的該些銳利度值決定該數個聚焦強度值的數個後續的聚焦強度值。
根據一實施例，是提供一種計算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法。該方法包含提供一第一聚焦強度值及一第二聚焦強度值、提供一第一聚焦強度範圍、且提供一聚焦強度精確度，作為一收斂演算法之數個輸入參數；基於一黃金比率或數個費布那西數(Fibonacci numbers)且依據該第一聚焦強度值與該第二聚焦強度值的計算一第三聚焦強度值及一第四聚焦強度值；以該第三聚焦強度值與該第四聚焦強度值攝像一樣本以獲得數個影像；以一銳利度函數自該些影像計算數個銳利度值；藉由疊代地將該第一聚焦強度值或該第二聚焦強度值以一擇自該第三聚焦強度值或該第四聚焦強度值的一鄰近的聚焦強度值取代，及變更該第三聚焦強度值或該第四聚焦強度值，以基於該些銳利度值決定窄於該第一聚焦強度範圍的一第二聚焦強度範圍；以及疊代地攝像該樣本以獲得數個另外的影像，且自該些另外的影像計算數個銳利度值。
根據一實施例，提供一種用以攝像一樣本的一帶電粒子束裝置。該裝置包含一帶電粒子源，配置以射出一帶電粒子束；一物鏡，配置用於以一聚焦強度值聚焦沿該樣本 上的一光軸傳送的該帶電粒子束；以及一控制器，配置以根據本揭露的一實施例中的一方法調變該聚焦強度值。
10:樣本
11:第一表面區
12:第二表面區
20:平台
100:帶電粒子束裝置
101:帶電粒子束
102:掃描電子顯微鏡
103:柱
105:樣本檢驗腔室
110:束源
115:加速器
120:透鏡元件
130:偵測器
140:掃描偏轉器
150:物鏡
151:磁透鏡組件
152:阻滯電場組件
160:處理單元
170:計算單元
180:調變單元
181:平台移動控制器
A:光軸
d,D1,D2:工作距離
501,502,503,601,602,603,604:操作
完整及可實施之揭露係在包括參照所附的圖式之本說明書的剩餘部份中提供給此技術領域中具有通常知識者，其中：第1圖顯示配置以操作根據於此所述的方法的帶電粒子束裝置；第2A圖至第2C圖顯示在不同聚焦狀況中的帶電粒子束裝置，以繪示本揭露的實施例；第3A圖至第3C圖顯示在不同工作距離情況中的電粒子束裝置，以繪示本揭露的實施例；第4A圖為繪示根據本揭露的實施例的收斂演算法的示意圖；第4B圖顯示示例的銳利度函數，其可對應第4A圖的示意圖；第5圖顯示繪示根據本揭露的收斂演算法的實施例的流程圖；以及第6圖顯示繪示根據於此所述的實施例的自動聚焦帶電粒子束的方法的流程圖。
詳細的參照現在將以數個示例的實施例來達成，數個示例的實施例的一或多個例子係繪示於圖式中。各例子係藉由說明的方式提供且不意味為一限制。舉例而言，所說明或敘述而做為一實施例之部份的特徵可用於其他實施例或與其他實施例結合，以取得再其他實施例。此意味本揭露包括此些調整及變化。
在下方圖式之說明中，相同的參考編號係意指相同的元件。僅說明有關於個別實施例之相異處。顯示在圖式中的結構不需描繪至真實比例，而是更好的理解實施例。
第1圖顯示一帶電粒子束裝置100，配置以根據於此所述的方法操作。帶電粒子束裝置100可包含具有束源110的掃描電子顯微鏡102，束源110配置以產生帶電粒子束101，尤其是電子束。帶電粒子束101可沿著穿過掃描電子顯微鏡102的柱103的光軸A定向。柱103的內部容積可被抽空。掃描電子顯微鏡102可包含數個束影響元件例如一或更多個束偏轉器、掃描偏轉器(scan deflectors)140、加速器115、減速器、透鏡元件120、或其它聚焦或散焦元件、束校正器、束分離器、偵測器、及/或提供以影響沿光軸A傳送的帶電粒子束101的另外元件。
帶電粒子束裝置100包含平台20用以設置待檢驗的樣本10於其上，及物鏡150配置以聚焦帶電粒子束於設置在平台20上的樣本10上。
平台20可設置在樣本檢驗腔室105中，一些實施例中樣本檢驗腔室105可被抽空。一些實施例中，平台20可為可移動的平台。尤其，平台20可移動在垂直於帶電粒子束裝置100的光軸A的平面(於此可稱作為X-Y平面)中。藉由移動平台20在X-Y平面中，樣本10的一特定的表面區移動至掃描電子顯微鏡102下方的一區域中，從而此特定的表面區可藉由於其上的聚焦帶電粒子束101檢驗。舉例而言，在第1圖中，樣本10的第一表面區11係與掃描電子顯微鏡102的光軸A相交，從而能檢驗第一表面區11。如下將要更詳細的說明，平台20也可移動在Z方向中，亦即在光軸A的方向中。
根據於此所述的實施例，樣本10的一或更多個表面區是以帶電粒子束裝置100檢驗。於此使用的用語「樣本」可相關於具有一或更多個層或特徵形成於其上的基板。樣本可被檢驗於一或更多個的(i)攝像樣本的表面，(ii)量測樣本的一或更多個特徵例如在橫方向，亦即在X-Y平面上的維度，(iii)實施臨界維度量測及/或計量，(iv)偵測缺陷，及/或(v)偵查樣本的品質。
第1圖更顯示樣本在相較於第一表面區的不同高度處的表面區。從而，相較於第一表面區，物鏡與待攝像的表面區之間的工作距離(working distance,WD)對於第二表面區是不相同。類似的作用可發生在平台20未精確垂直於光軸A的事件中。尤其對於幾平方公尺表面面積的大面積的基板， 本來小偏差可能造成待攝像的表面在不同樣本位置處的不同高度。在顯示器工業中，平台與玻璃的公差導致的高度差異可能造成待檢驗的表面區在高度上可能自預定的工作距離差異達至幾百微米。因此廣範圍的聚焦可考量於自動聚焦。再者，可更常使用自動聚焦程序。
本揭露的實施例提供一種聚焦帶電粒子束的方法，例如聚焦一樣本的一表面區上的電子束的方法。由於揭露的自動聚焦的提升的速率，可減少用於聚焦的時間，例如在某些情況中減少用於聚焦的時間50%至70%。因此，可顯著提高自動掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)的工作量，例如雙倍工作量。此外或選擇性地，可提高自動聚焦的成功率。可提供具有提升的可靠度舉例而言也具有雜訊影像的掃描電子顯微鏡的操作。
本揭露的實施例提供一種自動聚焦，其中是量測數個聚焦狀況下的影像。從一量測的影像計算一銳利度參數。銳利度參數是利用收斂演算法最佳化。銳利度參數包含取得的影像的轉換與濾波。黃金比率收斂演算法，舉例而言，費布那西收斂演算法(Fibonacci convergence algorithm)是被應用。
對於掃描電子顯微鏡的自動聚焦，鑒於用以提供快速收斂的選項，在過去已經討論過黃金比率收斂演算法(golden ratio convergence algorithms)。然而，在缺乏適當的銳 利度函數的情況下，收斂演算法可能相當頻繁的失敗，亦即自動聚焦的成功率是低的。在先進的製造技術中，尤其對於半導體及顯示器製造，掃描電子顯微鏡有利地自主進行聚焦操作以支持檢驗系統，例如電子束檢驗(Electron Beam Inspection,EBI)工具、計量系統或再檢測系統，舉例而言，對於電子束再檢測(Electron Beam Review,EBR)在1天24小時、1周7天具有高成效且另一方面為快速率。用以聚焦束的時間是用以提升上述系統的工作量的參數。因此，提供具有好的成功率且具有短的聚焦時間的自動聚焦是有利的。本揭露的實施例提供銳利度函數與收斂演算法的組合，且可因此提供兩者優點。
如第1圖中示意描繪，樣本10可包含提供在第一位準處的第一表面區11，及提供在第二位準處的第二表面區12，第二表面區12橫向間隔自第一表面區11。換句話說，相對於物鏡150的平面，第一表面區11的高度是不同於第二表面區12的高度。一些實施例中，樣本(其可具有平坦的或非平坦的樣本表面)可設置在平台20上，其中平台20具有公差或非平坦的平台表面。因此，當樣本10設置在平台上時，樣本也可具有設置在不同位準處的第一表面區11及第二表面區12。設置在平台上的樣本的表面區的「位準」可指表面區在光軸A的方向上的高度，亦即相對於物鏡150的平面的高度。
為了以帶電粒子束101攝像樣本，帶電粒子束是典型地以物鏡150聚焦在樣本表面上。當帶電粒子束101衝擊在樣本表面上時產生二次電子或背向散射電子(皆可稱為「訊號電子」)。訊號電子提供尤其樣本表面的特徵的空間特性及維度的資訊，且以偵測器130偵測。藉由例如以掃描偏轉器140在樣本表面上方掃描帶電粒子束101，並偵測訊號電子如同訊號電子的產生位置的函數，能攝像樣本表面或其一部分。一些實施例中，可提供一或更多個掃描偏轉器140以掃描帶電粒子束101在例如X方向及/或Y方向上的樣本的表面上。
樣本表面上的聚焦的帶電粒子束的光點尺寸的縮減提高可得到的影像解析度。因此，在有利的面向上，樣本表面在檢驗期間是設置在物鏡的聚焦平面中。物鏡150的下游端與樣本表面所要被設置的帶電粒子束的聚焦平面之間的距離是典型地稱為帶電粒子束裝置100的「工作距離」。
根據本揭露的實施例，帶電粒子束裝置在樣本上的聚焦是被調變。根據於此所述的實施例，物鏡可包含具有一或更多個線圈的磁透鏡組件151。聚焦強度能藉由改變一或更多個線圈中的聚焦電流被適用。此外或選擇性地，物鏡可包含靜電透鏡組件。因此，聚焦強度能另外地藉由改變柱中的相對電位被適用。舉例而言，可施加偏壓靜電透鏡組件的電極以改變電位以改變聚焦作用，且/或可施加偏壓樣本以改變電位以改變聚焦強度。再者，柱中的束能量能例如藉由施 加偏壓於源及/或電極以改變電位而適用。束能量也可影響樣本上的物鏡的聚焦強度。再者，此外或選擇性地，平台能被移動以變換至物鏡的距離。因此，待攝像的表面區能在高度(Z方向)上改變以為對焦(in focus)或失焦(out of focus)。然而，如以下更詳細的解釋，工作距離也影響其它攝像特性，使得能於此所述的其它實施例組合的本揭露的實施例有利地調變聚焦強度及工作距離(working distance,WD)。
第2A圖顯示在工作距離d處的物鏡150與樣本10，其中帶電粒子束是過焦的(overfocused)。物鏡的聚焦強度可依據待攝像的表面區的本地高度(local height)適用。舉例而言，可藉由降低供應至一或更多個線圈的聚焦電流FC(提高聚焦距離)降低物鏡的聚焦強度。第2C圖顯示在工作距離d處的物鏡150與樣本10，其中帶電粒子束是欠焦的(underfocused)。可藉由提高供應至磁透鏡組件151的一或更多個線圈的聚焦電流(降低聚焦距離)提高物鏡的聚焦強度。除了或替代聚焦電流，可改變其它上述參數中的一或更多個以調變聚焦強度。第2B圖示意顯示具有於工作距離d的最佳聚焦的物鏡與樣本。
第3A圖顯具有工作距離D1的情況，其中束是過焦的，亦即樣本的表面區是過低的。第3C圖顯示具有工作距離D2的情況，其中束是欠焦的，亦即表面區是過高的。第3B圖顯示具有工作距離D3的情況，其中示意顯示最佳聚焦。
帶電粒子束裝置100的啟動或保養期間期間進行的校準只對特定範圍的聚焦強度有效。由於未在適當的距離處的樣本表面造成物鏡的聚焦強度的強烈變化，因此負面影響量測精確度。校準是典型地在預定的聚焦平面中進行。供應掃描偏轉器140的給定的掃描電流以攝像具有已知的維度的校準物體。使用與位於在預定的工作距離處的此已知的校準物體的尺寸的關係允許計算對應於影像的給定的尺寸的掃描電流，也被稱為「視角(field of view,FOV)」。因此，能決定對於任何給定的FOV適當的掃描電流。當樣本的高度由已知的值變換，且選擇FOV以攝像樣本時，誤差發生。尤其，使用的掃描電流造成一FOV，其並不是未放置在進行校準所在的預定的聚焦平面中的樣本的一區的真實FOV。
在此文章中，要注意對於在樣本上具有高著陸能量的帶電粒子束，上述量測誤差可相當低。然而，當使用具有低的著陸能量的帶電粒子束，例如在具有1keV或更低的著陸能量的電子束的情況中時，量測誤差可變得顯著。因此，在包含低電壓掃描電子顯微鏡(LV-SEM)的帶電粒子束裝置的情況中，量測誤差可變得顯著。
低能量電子束是有利於玻璃樣本或其它非導電樣本的檢驗。然而，低能量電子束對樣本表面的高度變化更為敏感。
因此，控制帶電粒子束裝置的聚焦的點，使得待偵查的樣本表面緊跟先前進行的校準量測所在的預定的聚焦平面是有利的。因此帶電粒子束裝置能以高的精確度與降低的量測誤差操作。
於此所述的攝像樣本10的方法(見例如第1圖)包含設置樣本10在平台20上。樣本10包含第一表面區11，其待以帶電粒子束裝置100檢驗。第一表面區11設置在自物鏡150的(初始已知的)第一距離處。由於從物鏡150至第一表面區11的第一距離並非初始已知的，第一表面區11可能未放置在物鏡的聚焦平面中。此外，第一表面區11可能未放置在自物鏡150的預定的工作距離處。物鏡的第一聚焦強度是被決定，其中適用第一聚焦強度以聚焦帶電粒子束101在樣本的第一表面區11上。藉由以第一聚焦強度聚焦帶電粒子束101在第一表面區11上，第一表面區11的銳利影像為可得的。然而，第一表面區11可能未設置在先前進行的校準量測所在的預定的工作距離處。第一距離與預定的工作距離之間的差異能基於決定的第一聚焦強度計算。然後第一表面區11與物鏡150之間的距離能藉由計算的差異調變。在調變距離之後，第一表面區11是實質上設置在先前進行的校準量測所在的自物鏡150的預定的工作距離WD處。因此，能施行樣本表面的維度的精確量測。第1圖示意顯示調變單元180其接收計算的差異，且例 如藉由在光軸A的方向上移動平台20以調變第一表面區11與物鏡150之間的距離。
根據本揭露的實施例，樣本10可包含不可撓的基板，例如，玻璃基板、玻璃板、或半導體晶圓，或可撓的基板，例如可撓的玻璃、或織物、或箔。樣本可為塗佈基板，其中一或更多薄材料層或其它特徵例如藉由物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)製程或化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程沉積在基板上。尤其，樣本可為具有複數個電子光電裝置形成於其上的用於顯示器製造的基板。用於顯示器製造的大面積的基板，由於大面積的基板的更大的放置公差，可受利於在此所述的實施例的自動聚焦。形成在基板上的電子或光電裝置典型地為包含薄層的堆疊的薄膜裝置。舉例而言，樣本可為具有薄膜電晶體(thin film transistors,TFTs)的陣列形成於其上的基板，例如薄膜電晶體基的基板。再者，樣本可為半導體晶圓。舉例而言，對於檢驗應用，高的工作量是有利的且，舉例而言，尤其多束應用也可受利於於此所述的實施例的自動聚焦。
根據一些實施例，樣本可包含具有至少1平方公尺的尺寸的大面積基板。此尺寸可以從約1.375平方公尺(1100毫米×1250毫米-第5代(GEN 5))至約9平方公尺，更具體地從約2平方公尺至約9平方公尺或甚至高達12平方公尺。舉例而言，基板可以是第7.5代(GEN 7.5)，其對應於約4.39平方公尺 (1.95公尺×2.25公尺)的基板面積；第8.5代(GEN 8.5)，其對應於至約5.7平方公尺(2.2公尺×2.5公尺)的基板面積；或者甚至第10代(GEN10)，其對應於約9平方公尺(2.88公尺×3130公尺)的基板面積。甚至更高階代，如第11代(GEN 11)和第12代(GEN 12)可以被實施。
根據本揭露的實施例，對於帶電粒子束裝置，物鏡的聚焦強度尤其控制樣本的表面上的帶電粒子束的收斂。對於在此所述的實施例，帶電粒子束可以是電子束，例如掃描電子顯微鏡的電子束。聚焦狀況是由帶電粒子束裝置的聚焦強度與工作距離定義。舉例而言，工作距離與聚焦強度皆可以調變。尤其，第一聚焦強度可以對於第一工作距離調變。第二聚焦強度與第二工作距離可以從第一聚焦強度決定。根據一些實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，第二工作距離是帶電粒子束裝置的先前的校準所使用的工作距離。
本揭露的實施例提供一種自動聚焦方法，其是完全自動化的對於給定的工作距離決定帶電粒子束裝置的聚焦強度，亦即無論操作者的位準。聚焦強度可由物鏡激發或上述的其它參數調變，並提供改良的攝像，例如樣本的表面區上的最佳聚焦。
適用於帶電粒子束裝置的聚焦強度的方法包含以第一聚焦強度取得第一影像。根據本揭露的一些實施例， 其可以與於此所述的其它實施例組合，影像可包含一或更多個在樣本的表面區處的框。以銳利度函數從第一影像計算第一銳利度值。以第二聚焦強度取得第二影像。以銳利度函數從第二影像計算第二銳利度值。可以進一步的聚焦強度可疊代地取得另外的影像。取得造成至少第三銳利度值的至少第三影像。進一步的聚焦強度是計算自先前的銳利度值，尤其是最後一個銳利度值或最後二個銳利度值，其中是利用收斂演算法。
根據本揭露的實施例，收斂演算法可以是黃金比率搜尋函數。決定單峰函數的最大值，亦即如聚焦強度的函數的銳利度值。黃金比率搜尋決定其中最大值位於第一聚焦強度值與第二聚焦強度值之間的範圍，且選擇後續的聚焦強度值，亦即第三聚焦強度值，從而三個一組(triplet)的聚焦強度值具有黃金比率的差異(1.61803)。提供黃金比率，伴隨著第四聚焦強度值，以再次探測三個一組的聚焦強度值。依據第四銳利度值，可以決定聚焦強度值的範圍的哪個部分可以被放棄，亦即聚焦強度值的範圍以決定最大值是窄的。
此可範例式地見於第4A與4B圖中。第4A圖顯示較低的聚焦強度值F1與較高的聚焦強度值F2。第三聚焦強度值F3是在F1與F2之間，其中黃金比率是提供於F1與F3的差異及F2與F3的差異。聚焦強度值各具有對應的銳利度值S1至S3。第四聚焦強度值F4提供黃金比率於F3與F4之間的差異及 F4與F2之間的差異。在探測聚焦強度值F4會造成第4A圖中所示的銳利度值S4a的事件中，很清楚的是，單峰函數的最大值會在F3與F2之間。在探測聚焦強度值F4會造成第4A圖中所示的銳利度值S4b的事件中，很清楚的是，單峰函數的最大值會在F1與F4之間。因此，在兩種情況中，搜尋間距會被縮窄，且收斂演算法能以再次提供黃金比率，伴隨著進一步的聚焦強度值而繼續。示例的銳利度函數是顯示於第4B圖中。藉由評估連續取得的影像的銳利度，演算法朝趨向收斂的方向前進。
根據又其它實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，可以提供類似的搜尋，如費布那西搜尋(Fibonacci search)，其中間距的長度，例如F1-F2或F2-F3，是藉由基於數個費布那西數的計算提供。
此收斂演算法可以提供快的收斂。然而，對於大多數的銳利度函數，當在於一個探測步驟錯誤地放棄正確的間距，亦即包含最大值的間距被放棄的事件中，將沒有演算法的正確的收斂銳利度值時，成功率是低的。本揭露的實施例利用黃金比率搜尋或黃金區段搜尋，例如費布那西搜尋，於帶電粒子束裝置的自動化的聚焦。例如相較於光線光學系統，帶電粒子束裝置的訊號對雜訊的比率是較低的。因此，相較於光線光學系統，帶電粒子束裝置的成功率可顯著為低的。
本揭露的實施例提供黃金比率搜尋與銳利度函數的組合，其中銳利度函數是適用以提供良好的成功率與快速的收斂兩者。根據一些實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，銳利度函數是不對稱的。在顯示於第4A圖中的例子中，間距的銳利度值，亦即S1與S2，其中之一個是高於其它的銳利度值。銳利度函數的不對稱，尤其起始聚焦值的不對稱提高成功率。根據又其它實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，只有在銳利度函數的最大值附近的窄範圍中，銳利度函數的斜率是高的且是接近零。
自動聚焦的收斂的速率取決於銳利度函數與收斂演算法兩者。實施例提供敏捷的自動聚焦，其中是組合具有上述特性的黃金比率搜尋與銳利度函數。自動聚焦機械是提供於帶電粒子束系統。此可為帶電粒子束系統例如低電壓掃描電子顯微鏡。
根據一些實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，銳利度函數可以為影像微分銳利度函數。複數個影像可以為灰階影像f i,j 。銳利度S可計算自：
Figure 109107896-A0305-02-0021-1
對於銳利度函數S，p與q為
Figure 109107896-A0305-02-0021-23
1的有理數。k與l為間距[0,1]內的有理數。v與u為影像f i,j 中的水平及垂直位移。
根據又其它實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，銳利度函數可以基於索伯運算子邊緣偵測(Sobel operator edge detection)。舉例而言，影像中的邊緣可以偵測且銳利度函數S可計算自：
Figure 109107896-A0305-02-0022-2
其中S1與S2為以下的索伯運算子：
Figure 109107896-A0305-02-0022-9
且
Figure 109107896-A0305-02-0022-10
且“*”表示離散卷積(discrete convolution)。
根據又其它實施例，銳利度函數可基於傅立葉轉換(Fourier transform)。傅立葉轉換銳利度函數可利用具有良好的聚焦的影像中的特定頻率的大小係高於具有不太好的聚焦的影像中的特定頻率的大小。
舉例而言，銳利度值可基於傅立葉轉換，傅立葉轉換評估轉換至頻率空間中的影像的頻率。根據一些實施例，銳利度函數可定義為影像的濾波後的傅立葉轉換的函數的總和，尤其是影像的帶通濾波後的離散傅立葉轉換G(k,l)的函數的總和。
Figure 109107896-A0305-02-0023-5
根據一些實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，總和所應用的函數可以為濾波的傅立葉轉換的絕對值的總和、濾波傅立葉轉換的平方值的總和、或濾波轉換值的其它函數，例如自頻率空間的原點的距離函數。作為其它例子，可使用濾波的傅立葉轉換的模數的平均總和，亦即可應用於濾波函數的值的計數函數。
一些實施例中，基於傅立葉轉換的銳利度函數可以藉由使用有限的範圍離散傅立葉轉換運算。舉例而言，可省略帶通濾波器，其中傅立葉轉換G(k,l)是在分別沿傅立葉空間的二軸起始在k1與l1處跨越△k與△l的預定範圍中運算。
Figure 109107896-A0305-02-0023-6
根據又其它實施例，銳利度函數可基於夏爾運算子邊緣偵測(Scharr operator edge detection)。夏爾運算子邊緣偵測器的銳利度可以為：
Figure 109107896-A0305-02-0023-7
其中Sch1與Sch2為如下的夏爾運算子：
Figure 109107896-A0305-02-0023-8
且
Figure 109107896-A0305-02-0024-11
且“*”表示離散卷積。
上述的銳利度函數與黃金比率搜尋演算法組合容許具有高成功率的快速自動聚焦。根據一些實施例，是提供一種自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法。方法包含取得對應複數個聚焦強度值的複數個影像；基於該複數個影像計算複數個銳利度值，該複數個銳利度值是以銳利度函數計算；以及以黃金比率搜尋演算法基於計算得到的該些銳利度值決定該數個聚焦強度值的數個後續的聚焦強度值。銳利度函數可以擇自由以下所構成的群組：基於根據複數個影像的影像微分銳利度的銳利度函數、基於舉例如有限的範圍離散傅立葉轉換頻率空間中的總和的銳利度函數、基於索伯運算子邊緣偵測器的銳利度函數、及基於夏爾運算子邊緣偵測器的銳利度函數。
第5圖顯示流程圖，其繪示計算銳利度函數尤其是上述的銳利度函數的收斂演算法的方法的。聚焦強度的下限a、聚焦強度的上限b及聚焦強度的精確度水準ACC是提供於此演算法。舉例而言，聚焦強度可以為物鏡激發(objective lens excitation)。這些輸入參數a、b及ACC可以基於操作帶電粒子束裝置的應用例如掃描電子顯微鏡的情況提供。
由於收斂演算法是黃金比率搜尋，例如費布那西搜尋的事實，疊代步驟的數量是被預定。黃金比率決定疊代步驟的數量以達到給定的起始間距[a,b]的ACC。舉例而言，疊代步驟的數量係基於小於2(b-a)/ACC的最小費布那西數的等級。在操作501，基於黃金比率，例如基於費布那西數，在a與b之間計算二個聚焦強度值f1與f2。在操作502，從具有聚焦強度值f1與f2的影像計算銳利度值S2與S2。如第5圖中所示在操作503提供窄化聚焦強度值之間的範圍的疊代，並如參照第4A圖的概念說明。在聚焦強度值的範圍，亦即二個聚焦強度值之間的間距，已經被窄化低於聚焦強度值的預定的精確度ACC之後，提供更高值的銳利度函數的聚焦強度值是被報告。
在使用費布那西的實施例中，如第5圖中所示黃金比率的數量m可以為在疊代步驟的費布那西數的最高等級，使得m會是在3與(S-1)之間，其中(S-1)是疊代步驟的數量。
根據本揭露的一實施例，是提供一種計算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法。該方法包含提供一第一聚焦強度值及一第二聚焦強度值、提供一第一聚焦強度範圍、且提供一聚焦強度精確度，作為一收斂演算法之數個輸入參數。該方法更包含基於一黃金比率或數個費布那西數(Fibonacci numbers)，且依據自該第一聚焦強度值與該第二聚焦強度值，計算一第三聚焦強度值及一第四聚焦強度值，且以該第三聚焦強度值與該第四聚焦強度值攝像一樣本 以獲得數個影像。以一銳利度函數自該些影像計算數個銳利度值，該銳利度函數提供為頻率空間中的一總和。藉由疊代地將該第一聚焦強度值或該第二聚焦強度值以一擇自該第三聚焦強度值或該第四聚焦強度值的一鄰近的聚焦強度值取代，及變更該第三聚焦強度值或該第四聚焦強度值，以基於該些銳利度值決定窄於該第一聚焦強度範圍的一第二聚焦強度範圍。該方法更包含疊代地攝像該樣本以獲得數個另外的影像，且自該些另外的影像計算數個銳利度值。舉例而言，在一預定數量的數個疊代之後，可基於該數個銳利度值，提供該第一聚焦強度值或該第二聚焦強度值作為輸出。
第6圖顯示流程圖，其繪示自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法的實施例。在操作601，取得對應複數個聚焦強度值的複數個影像。在操作602基於該複數個影像計算複數個銳利度值，複數個銳利度值是以提供如例如頻率空間中的總和的銳利度函數計算。在操作603，以黃金比率搜尋演算法基於計算得到的銳利度值決定該數個聚焦強度值的數個後續的聚焦強度值。在操作604，例如處理單元160的掃描啟動單元及/或控制單元決定並啟動掃描以在預定的時間取得下個影像。
如上所述，根據一些實施例，銳利度函數可基於影像的傅立葉轉換計算銳利度值。舉例而言，銳利度值可基 於影像的離散傅立葉轉換。再者，傅立葉轉換可尤其於頻率空間中以濾波器(例如帶通濾波器)進行濾波。
如上所述，黃金比率搜尋演算法與銳利度函數的組合可提供增進的成功率與增進的速率，尤其其中除了靠近銳利度函數的最大值，銳利度函數的斜率是高的。根據一些實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，收斂演算法可包含數個疊代的數量，其是藉由聚焦強度值的起始範圍與聚焦強度精確度預定。再者，於此所述的實施例的額外或取代式的更改包含數個聚焦強度值，其是藉由一帶電粒子束裝置的一或更多個參數來提供，例如磁透鏡組件的激發電流、靜電透鏡組件的電位、帶電粒子束源的發射體尖端的電位、樣本的電位、帶電粒子束柱的其它部分的電位、其它透鏡例如聚光透鏡的激發、及/或工作距離。
鑒於以上，可以提供敏捷的自動聚焦於電子顯微鏡。舉例而言，一些實施例提供基於使用黃金比率的收斂的帶通濾波的離散傅立葉轉換。實施例一般可提供於電子顯微鏡，尤其掃描電子顯微鏡。自動聚焦束的時間是顯著減少，例如減少50%。因此，例如顯示器及半導體製造中所使用的自動化掃描電子顯微鏡為基礎的檢驗工具、掃描電子顯微鏡為基礎的再檢測工具、或掃描電子顯微鏡為基礎的計量工具的工作量可以提高且產距時間可以減少。
再者，如上參照第3A圖至第3C圖所述，工作距離與聚焦可以適用於適當的攝像情況。可以基於適當的測試位置及設定特定的工作點，例如利用具有設置在已知位準上的複數個區的校準物體來改變步驟中的聚焦距離，以事先決定聚焦強度與聚焦距離之間的關係。可建立表格或函數，其分派複數個聚焦強度對於對應的聚焦距離。藉由內插，可以獲得如聚焦電流的單調函數在特定的工作點的聚焦距離(或其它聚焦強度值)。調變工作距離對低能量掃描電子顯微鏡，亦即具有低的電子的著陸能量的掃描電子顯微鏡尤其有幫助。
一些實施例中，其可與於此所述的其它實施例組合，帶電粒子束101以5keV或更少的著陸能量，尤其為1keV或更少的著陸能量，衝擊在樣本上。舉例而言，物鏡150可包含阻滯電場組件152，配置以減速帶電粒子束101至5keV或更少的著陸能量。阻滯電場組件可包含阻滯電極。尤其，帶電粒子束裝置100可包含低電壓掃描電子顯微鏡(LV-SEM)。
低能量帶電粒子束，尤其低能量的電子束，不深穿透至樣本中，且因此可提供關於在樣本表面上的特徵的優異高品質的資訊。尤其，具有5keV或更低的著陸能量，尤其2keV或更低的著陸能量的優點為，跟高能量電子束相比，撞擊至樣本上的電子束產生更強的訊號。由於沉積在基板上的層，例如低溫多晶矽(low temperature polycrystalline silicon,LTPS)層，是薄的，且由於高能量電子更深穿透至樣本中，亦 即在層的底下，只有少許高能量電子可產生含有與表面層相關的資訊的偵測器訊號。相對的，低能量電子，例如具有2keV或1keV或更低的著陸能量的電子，只穿透至樣本的淺區，且因此提供更多有關表面層的資訊。因此，即使當沒有執行基板的表面蝕刻時，例如晶界的改良的影像可被提供，如於此所述的實施例所提供。
根據實施例，其可與於此所述的其它實施例組合，可接續攝像樣本10的複數個表面區。舉例而言，首先檢驗第1圖的樣本10的第一表面區11，且然後檢驗樣本10具有更高位準的第二表面區12。樣本10的表面輪廓可為非事先已知的，從而，為了獲得高精確度的量測，該複數個表面區各個的檢驗之前，在部分或全自動化的量測程序期間平台位置及/或聚焦強度值可能需要即時調變。於此所述的自動聚焦(autofocus)(自動化的聚焦(automated focus))的實施例，其中尤其該方法無操作者操作，可減少聚焦的時間，且因此可尤其在高的成功率提高工作量。
第1圖以示意圖顯示根據於此所述的實施例用以檢驗樣本的帶電粒子束裝置100。帶電粒子束裝置包含用以設置待檢驗的樣本的平台20，及配置以聚焦帶電粒子束101沿光軸A傳送在樣本10上的物鏡150。帶電粒子束裝置100更包含處理單元160、計算單元170、及調變單元180。
處理單元160及/或控制單元是配置以決定舉例來說例如物鏡150的聚焦強度值，物鏡150適用以聚焦帶電粒子束101在樣本10的第一表面區11上。在一些實施例中，處理單元160可包含影像擷取及分析單元。處理單元160可連接至帶電粒子束裝置100的物鏡150、偵測器130、及掃描偏轉器140。因此，例如物鏡的聚焦電流FC可被控制。處理單元160可藉由在適當的預定的時間使用掃描偏轉器140啟動掃描，並改變帶電粒子束裝置例如物鏡150的聚焦強度值來獲得第一表面區11的影像，且可分析獲得的影像。掃描之間的等待時間或掃描的啟動時間可增進自動聚焦速率及品質，並可適用藉由例如操作者來改善自動聚焦。
計算單元170可配置以計算根據本揭露的實施例的收斂演算法。計算單元也可包含在處理單元內。
調變單元180可配置以調變樣本的表面區與物鏡之間的距離。一些實施例中，調變單元180包含平台移動控制器181配置以在光軸A的方向上，亦即在Z方向上移動平台20。一些實施例中，平台20更可移動在X-Y平面上，亦即垂直於光軸A。
平台20可配置以支撐用於顯示器製造的大面積基板，尤其具有1平方公尺或更大的尺寸。尤其，平台20可具有平台表面用以支撐具有1平方公尺或更大的表面面積的樣本。大的平台表面典型地為非完全平坦的。舉例而言，平台 表面可具有自完全平坦的表面在幾十微米的範圍內的局部偏離。當大面積樣本放置在平台表面上時，基板支持表面的非平坦性可能影響樣本表面的高度結構。舉例而言，樣本的非平坦可藉由放置樣本在平台提升。根據於此所述的方法，可對平坦的或非平坦的樣本施行精確的維度的量測，即使是放置在平台20的非完全平坦的平台表面上。
具有1平方公尺或以上，尤其2平方公尺或以上的表面面積的大面積樣本可以於此所述的帶電粒子束裝置100檢驗。
可檢驗樣本的表面區，例如以進行樣本的特徵的缺陷再檢測(defect review)、計量及檢驗的其中一或更多者，及/或量測，例如臨界維度量測。
常規的製程控制可有利於生產平板、顯示器、OLED裝置例如OLED螢幕，TFT基的基板及包含複數個電子或光電裝置形成於其上的其它樣本，包含但不限於LTPS再檢測。製程控制可包含常規的監控、攝像及/或特定臨界維度的檢驗與缺陷檢測。
根據於此所述的實施例，是提供用以檢驗樣本的帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包含帶電粒子源配置以射出帶電粒子束，及物鏡配置用於以一聚焦強度值聚焦沿樣本上的光軸傳送的帶電粒子束。是提供控制器配置以操作帶電粒子束裝置。舉例而言，控制器可以根據請求項1至12其中任 一項的方法調變聚焦強度值。控制器可包含處理單元、計算單元及/或調變單元。這些單元中的一或更多單元可彼此整合。
控制器可包含中央處理單元(CPU)、記憶體及例如支援電路。為利於帶電粒子束裝置的控制，CPU可為任何形式的通用電腦處理器之一種，所述通用電腦處理器可用於工業設定(industrial setting)中，以控制多種組件及次處理器。記憶體耦接至CPU。記憶體或電腦可讀取媒體可為一或多種易於使用的記憶體裝置，如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、硬碟，或本地或遠端的任何其它形式的數位儲存器。支援電路可耦接至CPU，以用習知的方式支援處理器。這些電路包括快取(cache)、電源、時脈電路、輸入/輸出電路及次系統等。檢驗程序指令及/或用以在提供在基板上的電子裝置中產生凹槽的指令一般如軟體程序儲存在記憶體中，所述軟體程序典型地被稱為配方。軟體程序也可藉由第二CPU儲存及/或執行，第二CPU位於藉由CPU控制的硬體之遠端。當軟體程序藉由CPU執行時，軟體程序轉換通用電腦為特定目的電腦(控制器)，所述特定目的電腦控制帶電粒子束裝置可以操作根據任一本揭露的實施例的聚焦電子束(帶電粒子束，一般而言)的自動化的聚焦程序。雖然本揭露的方法及/或程序是被論述為作為軟體程序被實施，但在此揭露的一些方法操作可在硬體中並藉由軟體控制器進行。如此，實施例可實施在電腦系統上所執行的軟體，及如應用特定的整合電路的硬體或其它種類 的硬體實施，或軟體及硬體的組合中。舉例來說，對於顯示器製造，控制器可根據本揭露的實施例及/或計算帶電粒子束裝置的影像的銳利度值的收斂集合的方法，執行或進行自動聚焦帶電粒子束於樣本的表面區上的方法。
根據於此所述的實施例，本揭露的方法可以藉由使用電腦程序、軟體、電腦軟體產品及相關的控制器實施，所述控制器可以具有與設備的對應組件連通的CPU、記憶體、使用者介面、及輸入與輸出裝置。
本揭露的實施例允許掃描電子顯微鏡中自動聚焦的改良，其中是對於自動聚焦提供高的成功率及減少的時間。
根據實施例，其可以與於此所述的其它實施例組合，樣本是提供在大面積的基板上，尤其是對於顯示器製造期間樣本的表面部分的電子束再檢測而言。
儘管前述是指向一些實施例，但在不脫離其基本範圍的情況下，當可衍生其他與更多的實施例，且其範圍由後附之申請專利範圍所界定。
10:樣本
11:第一表面區
12:第二表面區
20:平台
100:帶電粒子束裝置
101:帶電粒子束
102:掃描電子顯微鏡
103:柱
105:樣本檢驗腔室
110:束源
115:加速器
120:透鏡元件
130:偵測器
140:掃描偏轉器
150:物鏡
151:磁透鏡組件
152:阻滯電場組件
160:處理單元
170:計算單元
180:調變單元
181:平台移動控制器
A:光軸

Claims (18)

  1. 一種自動聚焦一帶電粒子束於一樣本的一表面區上的方法，包括：取得一第一聚焦強度值的一第一影像；基於該第一影像計算一第一銳利度值，該第一銳利度值是以一銳利度函數計算，其中該銳利度函數係基於一影像的一傅立葉轉換計算一銳利度值；以及以一黃金比率搜尋演算法基於計算得到的該第一銳利度值決定一第二聚焦強度值。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該第一影像是複數個影像的影像，該第一聚焦強度值與該第二聚焦強度值是複數個聚焦強度值的聚焦強度值，且該第一銳利度值是複數個銳利度值的銳利度值，且其中該複數個聚焦強度值的一後續的聚焦強度值是基於該複數個銳利度值的四個先前的銳利度值。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該影像的該傅立葉轉換是該影像的一離散傅立葉轉換。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該傅立葉轉換係藉由頻率空間(Frequency space)之一濾波器進行濾波。
  5. 如請求項4所述的方法，其中該濾波器係一帶通濾波器。
  6. 如請求項1至5其中任一項所述的方法，其中該銳利度函數包含頻率空間中的一總和。
  7. 如請求項1至5其中任一項所述的方法，其中該銳利度函數係基於一有限範圍的離散傅立葉轉換。
  8. 如請求項1至5其中任一項所述的方法，其中疊代的數量是藉由複數個聚焦強度值的一起始範圍與一聚焦強度精確度來預定。
  9. 如請求項1至5其中任一項所述的方法，其中該第一聚焦強度值和該第二聚焦強度值是藉由一帶電粒子束裝置的一或更多個參數來提供。
  10. 如請求項1至5其中任一項所述的方法，更包括：在決定該第二聚焦強度值之後且取得該第二聚焦強度值的一第二影像之前的一預定的起始時間，控制複數個掃描偏轉器的啟動。
  11. 如請求項10所述的方法，其中該預定的起始時間係改變以取得至少一另外的影像。
  12. 一種計算一帶電粒子束裝置的複數個影像的複數個銳利度值的一收斂集合(converging set)的方法，包括：提供一第一聚焦強度值及一第二聚焦強度值、提供一第一聚焦強度範圍、且提供一聚焦強度精確度，作為一收斂演算法之複數個輸入參數；基於一黃金比率或複數個費布那西數(Fibonacci numbers)，且依據自該第一聚焦強度值與該第二聚焦強度值，計算一第三聚焦強度值及一第四聚焦強度值； 以該第三聚焦強度值與該第四聚焦強度值攝像一樣本，以獲得複數個影像；以一銳利度函數自該些影像計算複數個銳利度值，該銳利度函數提供為頻率空間中的一總和；藉由疊代地將該第一聚焦強度值或該第二聚焦強度值以擇自該第三聚焦強度值或該第四聚焦強度值的一鄰近的聚焦強度值取代，及變更(switching)該第三聚焦強度值或該第四聚焦強度值，以基於該複數個銳利度值決定窄於該第一聚焦強度範圍的一第二聚焦強度範圍；以及疊代地攝像該樣本以獲得複數個另外的影像，且自該些另外的影像計算複數個銳利度值。
  13. 如請求項12所述的方法，包括在一預定數量的複數個疊代之後，基於該複數個銳利度值提供該第一聚焦強度值或該第二聚焦強度值作為輸出。
  14. 一種用以攝像一樣本的一帶電粒子束裝置，包括：一帶電粒子源，配置以射出一帶電粒子束；一物鏡，配置以一第一聚焦強度值聚焦沿該樣本上的一光軸傳送的該帶電粒子束；以及一控制器，配置以根據請求項1至5其中任一項所述的方法調變該第一聚焦強度值。
  15. 如請求項14所述的帶電粒子束裝置，其中該樣本是提供在一大面積的基板上。
  16. 如請求項14所述的帶電粒子束裝置，其中該樣本是用於半導體製造的一晶圓。
  17. 如請求項14所述的帶電粒子束裝置，其中該帶電粒子束裝置是具有二或更多個帶電粒子束的一電子束檢驗(Electron Beam Inspection,EBI)工具。
  18. 如請求項14所述的帶電粒子束裝置，其中該帶電粒子束裝置係用來檢驗一表面區域，其中該表面區域在高度上與一預定的工作距離差異達至幾百微米。
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