TWI759966B - 微粒多束顯微鏡電壓對比成像的方法，電壓對比成像的微粒多束顯微鏡以及微粒多束顯微鏡電壓對比成像的半導體結構 - Google Patents

Abstract

本發明包含一方法、一微粒多束顯微鏡和一半導體結構，以藉由微粒多束顯微鏡的多個微粒束對半導體樣品進行充電，並進行高解析度的電壓對比成像， 無需切換微粒多束顯微鏡或移動半導體樣品。在這種情況下，由各自具有低的微粒電流的所選微粒束的總和所形成的相加總電流在半導體結構中產生電荷並因此產生電壓差。

Description

微粒多束顯微鏡電壓對比成像的方法，電壓對比成像的微粒多束顯微鏡以及微粒多束顯微鏡電壓對比成像的半導體結構

本發明關於用於使用微粒多束顯微鏡以藉由電壓對比成像來偵測特別是在半導體結構中的缺陷的方法。此外，本發明關於特別是在半導體結構上適用於電壓對比成像的微粒多束顯微鏡。此外，本發明關於用於使用微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像的半導體結構。

從現有技術中已知具有多個微粒束的微粒束顯微鏡。US 9673024 B2揭露了一種使用電子作為微粒粒子的這類裝置，其中孔徑遮罩設置在電子束源的下游，並在微粒束格柵配置中產生多個微粒束。多個微粒束穿過包含分束器的微粒束光學單元，且每一微粒束平行地聚焦到樣品上。反射回來或在該處發射的二次電子由微粒束光學單元並行地捕獲，並經由分束器導向至偵測器單元，該偵測器單元可分辨微粒束格柵配置的每一個別束。以常規的笛卡爾或六邊形格柵排列的約10 x 10束的規則微粒束格柵配置為習慣上的配置，其 中個別微粒束彼此之間的距離約為10μm。為了偵測完整的影像場，例如藉由掃描單元，以鋸齒形的運動在樣品上同步地導引微粒束格柵配置中的微粒束，並將偵測器信號的時間順序轉換為用於確定影像段的空間配置。可替代地，已知具有包含個別束的複數個微粒束顯微鏡的平行配置的微粒多束顯微鏡。用於微粒束顯微鏡的微粒粒子可為電子或帶電粒子，例如金屬離子(例如鎵離子)或氣體離子(例如氦氣)。

電壓對比影像通常由一結構產生的，該結構可吸收帶電的電荷，然後藉由使用微粒束顯微鏡來進行觀察。在這種情況下，在待檢查的樣品上掃描或以掃描的方式掃過微粒束，並偵測被反射的微粒粒子或二次發射(例如二次電子或光子)。

所謂的無源電壓對比成像包含偵測結構中的存儲電荷狀態。K.Crosby等人發表的「藉由多束掃描電子顯微鏡和深度學習影像分類實現快速和直接的記憶體讀取(Towards Fast and Direct Memory Read-out by Multi-beam Scanning Electron Microscopy and Deep Learning Image Classification)」(Microscopy and Microanalysis 25.S2(2019),pp 192-193)描述了一種被動電壓對比成像的方法，其使用具有多個微粒束的微粒束顯微鏡(MSEM)。在這種情況下，成像在EEPROM的記憶體胞上進行，其中資料以電荷的形式存儲。因此，可藉由記憶體胞的成像的電壓對比來推導所儲存的資料。在這種情況下，以非常低劑量的微粒束進行成像，以不影響記憶體胞的電荷。

電壓對比成像是用於偵測半導體結構中的缺陷的已知方法。這種缺陷可能是由於積體半導體生產過程中的製程波動所致，也可能是由於製程開發過程中不完全成熟的製程而導致的。因此，電壓對比影像用於生產積體半導體電路的製程開發和製程監視。

在這種情況下，微粒束總是有助於待檢查樣品的充電。然而，因此通常不希望由於充電而導致樣品的成像特性發生變化，因此在成像期間採用了低的微粒電流。但是，高解析度需要低的微粒電流，且高解析度下的充電 效果小。具有高微粒電流的電壓對比成像是可能的，但大幅地限制了成像，特別是限制了利用微粒束顯微鏡的成像解析度。

通常，微粒束顯微鏡的解析度主要由透鏡像差決定。舉例來說，電子束焦點的直徑d_E由電子束源d_source的影像直徑、繞射誤差d_diffraction和電子束光學單元的透鏡像差d_aberrations所組成：

繞射誤差d_diffraction隨著孔徑角α增大而減小。透鏡像差d_aberration由許多個別像差所組成，像是像散、球面像差、彗形像差和色像差，或是由於分散在微粒束的能帶△E上所造成的像差。透鏡像差隨著孔徑角α的增加而大幅地增加，並藉由微粒束光學單元的相應設計和修正將其最小化，直至達最大孔徑角α_max。通常將微粒粒子的成像的孔徑角α_max設定為使得繞射誤差d_diffraction和透鏡像差d_aberration一起變成最小。

為了範圍在幾奈米的所需高解析度，需要微粒束的焦點的小直d_E。為此目的，藉由成像比例M<1，以縮小的方式對微粒束源進行成像，使得可忽略縮小的源影像尺寸d_source。較小的成像比例M導致孔徑角α_max的增加或個別微粒束的孔徑的增加，並且因此導致透鏡像差的增加。因此，高解析度成像僅在微粒束源處具有非常小的孔徑角的情況下才有可能，且低輻射強度可實現高解析度成像。

因此，在現有技術中，為了對用於電壓對比成像的樣品充電，例如，選擇大的放大倍率，其結果為源影像被放大且解析度降低。這導致在電子束源處的孔徑角變大，且更多的電荷被吸收並導入樣品中。另一方面，迄今只有在限的情況下，才有可能使用具有高解析度和同時充電的微粒束顯微鏡進行電壓對比成像。

US 7528614 B2提出了一種用於對樣品進行充電的替代方法。為此，US 7528614 B2提出了對樣品充電的單獨預充電電子束槍(所謂的「讀數電子 槍(flood gun)」)。提到了也可使複數個這樣的預充電電子束槍。在第二步驟中，用高解析度的微粒束顯微鏡進行電壓對比成像。提到了微粒束顯微鏡可為多束顯微鏡。單獨的預充電電子束槍只允許對樣品進行整體的、空間上未解析的充電，且在樣品和高解析度微粒束顯微鏡之間需要有較大的工作距離。原則上，有必要使讀數電子槍能夠到達待充電樣品的區域。對於具有小工作距離的高解析度電子顯微鏡而言，這是困難的，因為讀數電子槍接著必須以非常淺的角度從側面引入輻射。這種配置尤其對於用於微粒束的具有較大直徑的最後透鏡模組的微粒多束顯微鏡是有問題的。

此外，高解析度的微粒束顯微鏡通常以所謂的浸沒模式操作，在樣品和微粒束顯微鏡之間存在電場或磁場。此浸沒場進一步由單獨的預充電電子束槍阻礙了樣品的充電。US 9165742 B1揭露了單獨的預充電電子束槍的其他示例，其另外需要耗時的切換和重新對準微粒束電子顯微鏡的光學單元。

目前，半導體結構的最小橫向結構尺寸(CD)約為5nm，且應期望最小結構尺寸將繼續縮小，並在幾年內將小於3nm、小於2nm甚至更低。只有在低微粒電流的情況下，才可能有這種數量級的解析度。為了引入足夠量的電荷到待量測的半導體結構中，並確保有足夠的解析度，現有技術使用費時的兩階段程序來進行電壓對比成像。在第一階段中，以所謂的預充電模式對待檢查樣品進行充電，以高的微粒電流來操作微粒束顯微鏡。在第二步驟中，接著將微粒束顯微鏡切換到具有低微粒電流的高解析度成像模式，並擷取電壓對比影像。

US 5959459 A提出了具有不同放大率的兩階段過程的電壓對比成像的方法。樣品在較低的第一放大倍率下充電，而懷疑的缺陷在較高的第二放大倍率下定位。這個過程需要樣品的空間移動；特別地，為了切換到特別高的解析度，需要改變樣品與微粒束光學單元之間的距離。因此，此方法非常耗時。因此，此方法不能用於目前在解析度及產出量方面的要求。

US 2017/0287675 A1提出了這種用於電壓對比成像的兩階段程 序，其中對於預充電模式的第一步驟，控制單元修改了微粒束顯微鏡的一或多個組件。

US 7217579 B2提出了用於電壓對比成像的兩階段程序，以監視製造過程，其中在晶圓上施加或引入了特定的測試結構或PCM。這些廣泛的PCM的一個小區域(即所謂的墊片或小板)被帶到SEM的小視野中。在第一步驟中，以預充電模式操作SEM，直到測試結構充分地充電。在第二步驟中，將SEM切換到成像模式，並擷取電壓對比影像。除了已經提到的缺點之外，SEM的小視野進一步限制了廣泛測試結構或PCM的配置和設計。

用於電壓對比成像的兩階段程序具有各種缺點和局限性。首先，切換的可能性需要在微粒束顯微鏡的設計中特別考慮到這一點。其次，電壓對比成像的兩階段程序很耗時。舉例來說，當微粒束顯微鏡從高電流模式切換到低電流模式時，可能需要重新校準和決定微粒束顯微鏡的影像位置。磁性組件中的磁滯效應可能會導致重現性差的對齊設定。此外，作為切換的結果，可能在裝置中引起充電狀態的改變，該改變接著在切換的情況下導致漂移。

此外，在兩階段程序期間，特別是在切換微粒束顯微鏡時，在充電和電壓對比成像之間出現時間間隔，其結果為具有切換的兩階段程序只能在有限的範圍內使用。由於半導體樣品中電荷的自然損耗，例如由於洩漏電流或穿隧電流，電荷隨時間而下降，因此電壓也隨時間下降，使得例如來自小型半導體結構的小電容產生的大電壓快速地減小，且無法再可靠地量測。

WO 2019/115391 A1提出了一種用於確定對準誤差的電壓對比成像的方法。該文件提出在每種情況下以在積體半導體的不同相鄰層中彼此堆疊的方式提供導電測試結構。由於在生產層期間的製程錯誤，在該層中的測試結構可能具有不正確的橫向配置，因此測試結構可能不再與相鄰層中的測試結構重疊。中斷的連接會影響結構的電容，從而影響電子顯微鏡的電壓對比成像。

如果相鄰層中的相應測試結構不再重疊，則會在兩個測試結構之間發生中斷。在此，WO 2019/115391 A1提出了使用大的對準標記來進行光學 對準。因此，所提出的方法僅適用於非常粗略的對準。此外，該申請案沒有解釋藉由高解析度的微粒束顯微鏡的低電流來對對準標記的大電容進行充電的解決方案。

在不同尺寸或具有不同電容的半導體結構上進行電壓對比成像是現有技術中的另一個問題。在藉由「讀數電子槍」或在預充電模式下藉由微粒束顯微鏡進行充電的情況下，在有足夠的電荷量及/或照射時間的情況下，有可能確保即使是具有大電容的非常大結構也能充分充電。使用具有高解析度和低微粒電流的微粒束顯微鏡，只能將非常少量的電荷引入樣品中，因此，在有限的時間內，只能對具有小電容的非常小的半導體結構進行充分充電。相反地，在高解析度模式下，對較大的分支結構進行充電需要非常長的照射時間。

在上述背景下，本發明的一目的為提供一種方法，用以特別是在半導體樣品中藉由高解析度的微粒多束顯微鏡對結構充電並進行電壓對比成像。

本發明的另一個目的為能夠在不切換微粒多束顯微鏡的情況下以預充電進行高解析度電壓對比成像。

本發明的另一目的為提供一種方法，以特別是在半導體樣品中以針對性的方式同時地及局部地對結構充電，並藉由高解析度的微粒多束顯微鏡進行高解析度電壓對比成像。

本發明的另一目的為提供一方法，用以特別是在半導體樣品中以針對性的方式同時地及局部地對具有不同電容的結構進行充電，並藉由高解析度微粒多束顯微鏡對具有不同電容的半導體結構進行高解析度電壓對比成像。

本發明的另一目的為提供用於在特定結構(特別是在半導體結構)上進行電壓對比成像的高解析度微粒多束顯微鏡。

本發明的又一目的為提供半導體結構，其用於藉由以微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像來進行缺陷偵測。

本發明的另一目的為提供測試結構，對於該測試結構，在半導體結構的層構造中的小橫向誤差(例如約1nm)可能導致電壓對比改變並可能藉由微粒束格柵配置來充電，且可用於高解析度電壓對比成像。

本發明的另一目的為提供一方法、一微粒多束顯微鏡、和一半導體結構，用於確定半導體結構中的偏差或缺陷，以用於半導體結構的製造程序的程序開發。

本發明的另一目的為提供一方法、一微粒多束顯微鏡、及一半導體結構，用於確定半導體結構中的偏差或缺陷。

本發明具體實施例的描述

本發明提供了一種方法，以在一樣品(特別是半導體樣品)中對可充電結構(例如半導體結構)進行充電，並藉由高解析度微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像，其中該微粒多束顯微鏡具有微粒束格柵配置的所選個別微粒束的低微粒電流。在此情況下，由各自具有低微粒電流的所選微粒束的總和所形成的相加總電流在可充電結構或半導體結構中產生電荷並因此產生電壓差。根據本發明，用於充電和決定電壓對比的微粒束顯微鏡保持不變，且第一和第二微粒束的個別微粒電流保持基本上相同。

本發明的一具體實施例關於用以使用具有在格柵配置中的多個個別微粒束的微粒多束顯微鏡在樣品上進行電壓對比成像的方法，包含藉由多個個別微粒束以掃描的方式掃過具有至少一個可充電結構的樣品、以微粒多束顯微鏡中的第一數量的第一微粒束來充電樣品、以及以微粒多束顯微鏡中的第二數量的第二微粒束來決定在樣品的至少一可充電結構處的電壓對比。在一具體實施例中，第一數量的第一微粒束中的至少一第一微粒束不包含在第二數量的第二微粒束中。在一具體實施例中，第二數量的第二微粒束中的至少一第二微粒束不包含在第一數量的第一微粒束中。在一具體實施例中，第一數量的第 一微粒束包含至少一第一微粒束。在一具體實施例中，第二數量的第二微粒束包含至少一第二微粒束。在一具體實施例中，第一數量的第一微粒束包含至少兩個第一微粒束，其中至少兩個第一微粒束各自具有第一微粒電流，且由至少兩個第一微粒電流的總和所形成的相加總電流產生累積的電荷，從而在結構中產生電壓差。用於決定樣品處的電壓對比的第二微粒束的微粒電流小於第一數量的第一微粒束的相加總電流，使得由於第二微粒束的微粒電流，可充電結構的累積電荷基本上保持不變。在本發明的一具體實施例中，第一數量的第一微粒束中的一微粒束與第二數量的第二微粒束中的至少一微粒束相同。

本發明的一具體實施例提供了一種方法，以在樣品中對可充電結構進行預充電，接著藉由微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像。在這種情況下，預充電在高解析度微粒多光束顯微鏡中進行。由各自具有低微粒電流的複數個微粒束的總和所形成的相加總電流在可充電結構中產生電荷並因此產生電壓差，這可根據本發明藉由高解析度微粒多束顯微鏡在電壓對比成像的第二步驟中偵測，而無需切換微粒多束顯微鏡或藉由移動裝置來移動樣品。

本發明的另一具體實施例提供了一種方法，用以在樣品中同時地對可充電結構進行充電並藉由微粒多束顯微鏡在沒有預充電模式的情況下進行電壓對比成像。充電和電壓對比的決定因此以時間上重疊的方式進行或在使用微粒多束顯微鏡以掃描方式掃過樣品的程序過程中同時地進行。在這種情況下，在以第一數量的第一微粒束中的至少一第一微粒束對樣品進行充電的過程中，以空間解析的方式針對性地對至少一結構進行充電。在這種情況下，各自具有低微粒電流的複數個所選微粒束在可充電結構中產生相加的總電流、電荷並因此產生電壓差。在此方法中，在電壓對比成像的同時，藉由從微粒束格柵配置中選擇的複數個微粒束來進行充電。在一具體實施例中，本發明實現於電連接結構，例如半導體結構，其在來自微粒束格柵配置的複數個微粒束上延伸。

本發明的另一具體實施例提供了一種方法，用以在樣品中對可充電結構進行充電並藉由微粒多束顯微鏡進行高解析度電壓對比成像，其中在 至少一第一微粒束的至少一第一掃描位置處針對性地對選定結構進行充電，且在至少一第二微粒束的至少一第二掃描位置處針對性地進行電壓對比成像，其中第二掃描位置不同於第一掃描位置。在本發明的一具體實施例中，至少一第一充電微粒束可與至少一第二電壓對比成像微粒束相同。

本發明的一具體實施例關於上述方法，更包含以微粒多束顯微鏡的第三數量的第三微粒束來切換樣品中的可充電結構(特別是半導體結構)的電容，並在決定電壓對比的過程中產生電壓對比的動態變化。

本發明的另一具體實施例提供了一種方法，其中藉由微粒束的第一配置，以第一數量的電荷來充電第一結構，並藉由微粒束的第二配置，以第二數量的電荷來充電第二結構，使得兩結構具有近似相同的電壓，其中第一和第二結構具有不同的電容。在這種情況下，第一和第二結構可適用於格柵配置，或可提供特定的預定義格柵配置用於第一和第二結構的電壓對比成像。

本發明的另一具體實施例提供了針對特定的可充電結構(特別是半導體結構)的用於電壓對比成像的高解析度微粒多束顯微鏡，其中微粒束格柵配置適用於可充電結構(特別是半導體結構)。為此，舉例來說，將預定義孔徑板實施為用以產生在空間上適應的微粒束格柵配置，其中微粒束格柵配置適用於可充電結構，以用於針對性的、同時的充電和電壓對比成像。為此，預定義孔徑板具有用於對結構充電的至少一第一孔徑，以及用於樣品的高解析度電壓對比成像的至少一第二孔徑。

一具體實施例關於用於在樣品(特別是半導體樣品)上進行電壓對比成像的微粒多束顯微鏡，其包含至少一第一預定義孔徑板，用於產生配置成格柵狀的多個微粒束，其中預定義孔徑板組態以產生用於對可充電結構進行累積充電的至少一第一微粒束和用於在可充電結構上進行電壓對比成像的至少一第二微粒束，且至少一第一微粒束在微粒多束顯微鏡的影像平面(於其中配置了樣品)中在至少一特性上不同於至少一第二微粒束，其中該至少一特性包含束電流、束間隔、束焦點或束形狀。為此，微粒多束顯微鏡包含至少一預定義孔 徑板，其透過精細聚焦光學單元及/或預定義聚焦陣列具有不同的開口或不同的聚焦。特別地，至少一預定義孔徑板可適於在樣品上進行充電和電壓對比成像。

在一具體實施例中，孔徑板具有不同開口直徑或開口面積的孔徑，以產生不同微粒束的不同微粒束電流。具有較大的第一直徑的至少一第一孔徑在樣品上產生大的微粒束電流，以對在與至少一第一孔徑共軛的樣品的一位置處的結構進行充電，且具有較小的第二開口面積或直徑的至少一第二孔徑產生小的微粒束電流，以在與至少一第二孔徑共軛的一位置處在樣品上進行高解析度電壓對比成像。

本發明的另一具體實施例提供了一種用於電壓對比成像的高解析度微粒多束顯微鏡，其特別是針對半導體結構，其中高解析度微粒多束顯微鏡係實施為使得微粒束格柵配置中的個別微粒束的場區域在物體平面上重疊，因此樣品在重疊區域中由微粒束多次照射。因此，特別地，可藉由微粒束格柵配置的至少一第一微粒束在至少一位置處對半導體結構充電，且可藉由微粒束格柵配置的至少一第二微粒束在至少相同的位置處以電壓對比對半導體結構進行成像。在具體實施例的一組態中，第一和第二微粒束可以不同的方式形成，例如藉由在孔徑板上分配具有不同的開口面積或直徑的孔徑，以產生微粒束格柵配置。

在一具體實施例中，高解析度微粒多束顯微鏡的預定義孔徑板可實現為可互換的。

本發明的一具體實施例關於一上述方法，其中特定的半導體結構係組態用於使用微粒束顯微鏡的格柵配置進行電壓對比成像。一特定的半導體結構係設計使得藉由來自微粒束格柵配置的複數個微粒束以針對性的方式且同時地實現充電和電壓對比成像。

本發明的另一具體實施例提供了一種半導體結構，用於偵測半導體結構的層構造中的小橫向誤差，其導致電壓對比變化且可藉由微粒束格柵配置來並行地進行充電和進行高解析度電壓對比成像。

1:多束掃描電子顯微鏡

3:電子束

4:格柵配置

5:電子束焦點

9:二次電子束

10:物體單元

11:物體平面

12:物鏡

20:偵測單元

23:影像平面

25:投射透鏡

27:偵測器

29:體積

30:電子多束產生裝置

31:電子束源

33:準直透鏡

37:場鏡

38:電子束

39:電子束

40:分束器

42:束路徑

43:束路徑

45:機械容座

50:表面

51:半導體材料矽

53:半導體結構

54.1-54.22:層

55:導電連接

56:半導體結構

57:導電結構

58:摻雜結構

59:結構

60:半導體樣品

61.0-61.2:相互作用區

62.0-62.3:掃描位置

63.1:掃描位置

64.0-64.2:掃描位置

65:掃描方向

66:閘極

67:半導體結構

68:半導體結構

69:半導體結構

70:半導體結構

72:孔徑開口

72.1:孔徑開口

73:孔徑開口

73.1:孔徑開口

74:入射方向

75:微粒束

76:小開口

77:大開口

78:微粒束

79:微粒束

80:方向

81:焦平面

82:影像段

83:影像段

84:孔徑

85:影像段

86:重疊區域

87:孔徑

88:影像段

91:孔徑板

92:精細聚焦光學單元

93:主聚焦光學單元

95:微粒束

96:微粒束

100:半導體結構

102:層

103:層

104:結構

105:結構

106:第一近表面結構

107:第二近表面結構

108:接觸區

109:介面

110:第一微粒束

111:第二微粒束

112:第一微粒束

113:第二微粒束

114:第一掃描路徑

115:第二掃描路徑

200:半導體樣品

203:電子束波束

205:焦點

209:二次電子束

211:影像平面

212:物鏡

223:偵測器平面

225:投射透鏡

231:電子束源

233:準直透鏡

237:場鏡

238:電子束

239:電子束

240:分束器

250:一次電子的總束流方向

251:二次電子的總束流方向

276:焦點

280:樣品架

281:定位單元

291:孔徑板

292:孔徑開口

294:透鏡陣列

295:光闌平面

320:微透鏡陣列

下文將參照附圖更詳細地解釋本發明。其中：圖1a基於MSEM的示例，顯示了一微粒多束顯微鏡；圖1b基於MSEM的示例，示意性地顯示了微粒多束顯微鏡中的一次電子的光束路徑；圖1c基於MSEM的示例，示意性地顯示了微粒多束顯微鏡中的二次電子的光束路徑；圖2a示意性地顯示了在x-z方向上穿過半導體的簡化截面圖；圖2b示意性地顯示了在x-y方向上穿過半導體的一層的的簡化截面圖；圖3基於典型的半導體結構的示例，顯示了充電和電壓對比成像的第一示例性具體實施例；圖4基於典型的半導體結構的示例，顯示了具有動態電壓對比成像的第二示例性具體實施例；圖5a顯示了一孔徑板，其中孔徑的配置在空間上適應於半導體結構；圖5b以截面圖顯示了具有不同尺寸的孔徑的孔徑板；圖5c顯示了具有用於對半導體樣品進行充電的多個孔徑開口的孔徑板；圖6顯示了具有不同孔徑和個別微粒束的不同空間的孔徑板；圖7顯示了具有不同的孔徑和個別微粒束的不同焦點位置的孔徑板；以及圖8顯示了設計用於以MSEM決定半導體結構的層構造的覆蓋準確度的測試結構。

電壓對比影像由可吸收帶電電荷的結構所產生，接著藉由使用微粒束顯微鏡(其使用帶電粒子)來進行觀察。在這種情況下，在待檢查樣品上掃描或以掃描的方式掃過一次微粒束，並偵測反射的微粒粒子或二次發射，例如二次電子或光子。

可吸收電荷的半導體結構通常為金屬，例如積體電路中的金屬化合物，但也可為矽中的摻雜區域，例如光敏半導體胞或記憶體胞中的摻雜區域。在這種情況下，半導體結構的電容可在數個電子和數十萬個電子之間。取決於引入的電荷Q和電容C的量，在可充電半導體結構和周圍環境之間形成電位或電壓差dV=Q/C，並首先吸引地或排斥地影響微粒束顯微鏡的帶電粒子。其次，電荷Q或電壓差dV也影響二次電子的數量和能量。因此，總的來說，半導體結構的電壓差或電荷會影響微粒束顯微鏡的成像。因此，取決於半導體結構的充電或電壓差dV，獲得了以明亮區域和黑暗區域形式出現的影像對比變化，這就是為什麼這也稱作電壓對比成像。因為材料成分對於半導體結構是已知的，所以可從這種電壓對比影像的影像對比或亮度差異推導出所觀察到的半導體結構的電荷狀態。根據本發明，用於電壓對比成像的一有利方法係藉由微粒多束顯微鏡或具有多個微粒束的微粒束顯微鏡來實現。

目前，半導體結構的最小橫向結構尺寸(CD)約為5nm，且應期望最小結構尺寸將繼續縮小，並在幾年內將小於3nm、小於2nm甚至更低。只有在低微粒電流的情況下，才可能有這種數量級的解析度。

具有以電子作為微粒粒子的多個微粒束的微粒子束顯微鏡的一示例也稱作「多束掃描電子顯微鏡」，縮寫為MSEM。將參考圖1a至1c說明MSEM的功能。圖1a示意性地顯示了MSEM的設置和功能。MSEM 1由具有物鏡12和偏轉單元(圖中未示出)的第一物體單元10所組成，藉由該偏轉單元，在物體平面11中的MSEM 1的電子束可垂直於電子束的傳播方向偏轉，以使用每一電子束掃描物體平面11中的場區域。樣品S的樣品表面可藉由定位單元(未顯示)來配置在物 體平面11中。在這種情況下，多個一次電子束3被物鏡12聚焦，且在物體平面11中的電子多束格柵配置(簡稱作格柵配置4)中產生多個電子束焦點5。接著，藉由分束器40將多個二次電子束9(其由物鏡12吸收並校準)在偵測單元20的方向上引導到束路徑43上。偵測單元20包含投射透鏡或投射透鏡系統25，其從多個二次電子束9在影像平面23中產生多個焦點。在影像平面中，空間解析偵測器27配置在體積29中，且可偵測分別來自每一電子束9的二次電子。

多個一次電子束3由電子多束產生裝置30產生，其中電子多束產生裝置30具有電子束源31、準直透鏡33、下游孔徑板配置APA、和物鏡或場鏡37。選擇性地，在孔徑板配置APA的後面還額外配置了多束光闌(「遮蔽板」)BP。場鏡37和物鏡12一起形成穿過選擇性的多束光闌BP中的開口的多個一次電子束3的影像，並因此一起在影像平面11中形成了電子束焦點或掃描點5，其中電子束焦點5的格柵配置4由孔徑板APA和選擇性的多束光闌(「遮蔽板」)BP的設計來決定。

在一具體實施例中，可更換高解析度微粒多束顯微鏡的預定義孔徑板APA連同選擇性的分配多束光闌BP。舉例來說，可在MSEM中設置機械容座45，其可接收至少一個另外的可更換孔徑板APA2和選擇性的第二BP2。第一孔徑板可例如為下文所解釋的特別適用的孔徑板之一，且另一孔徑板可例如實施用於在影像平面11處小於10μm或12μm的微粒束間距，且可例如設計用於在影像平面11處約5μm的較小微粒束間距，以例如在具有約5μm的畫素尺寸的CMOS感測器上進行電壓對比成像。影像平面11處的典型粒子束間距在5μm至15μm的範圍內，且具有100μm或高達200μm的粒子束間距的具體實施例是可能的。

在場鏡37和物鏡12之間，多個一次電子束3穿過束路徑42上的分束器40。

為了說明的目的，圖1a顯示了電子多束格柵配置4，其在具有間距P1=10μm的正方形規則格柵中具有25個個別的束焦點5。實際上，可能有更 大的數量，例如10 x 10、20 x 20、100 x 100或更多的個別束焦點5，並已知其他的格柵配置4(例如六邊形格柵)，其中影像平面23中的個別束焦點5的間距P1可在1μm至200μm的範圍內。

圖1b示意性地闡明了MSEM(特別是多束產生裝置)中的一次電子的束路徑。一次電子的總束流方向250由箭頭標識。電子束源231產生發散的電子束239，其由準直透鏡233聚焦以形成電子束238。平行電子束238照明孔徑板配置APA。孔徑板配置APA包含至少一孔徑板291，其具有配置在格柵配置中的多個孔徑開口292，其中多個電子束波束203穿過孔徑開口292。在本說明書中，為簡化起見，通過孔徑開口292的每一電子束波束203稱作電子束或微粒束。孔徑板APA進一步包含聚焦多個電子束3中的個別電子束的功能。聚焦可通過例如電極(未示出)來實現，其在孔徑板配置APA的每一孔徑開口後面形成電子光學微透鏡。此外，可在孔徑板配置APA的下游設置包含多個電子光學透鏡或精細聚焦光學單元的聚焦陣列。為此，在孔徑板APA的後面配置另外的電極對。為了簡化，將聚焦和聚焦陣列的微透鏡表示為透鏡陣列294。由此，在設置在孔徑板APA下游的光闌平面295中產生多個電子束焦點276，多束光闌BP(「遮蔽板」)選擇性地配置在該光闌平面中。選擇性的多束光闌BP包含配置在格柵配置中的多個開口，對應至多個電子束203的焦點276並允許多個電子束203通過。僅示意性地顯示了三個孔徑開口292和透鏡陣列294的三個透鏡以及三個電子束203。場鏡237最終將在光闌平面295下游發散的電子束波束203聚集。藉由場鏡237和物鏡212，將多個電子束焦點以例如縮小的方式成像到影像平面211中，並在格柵配置4中形成MSEM的一次電子束203的焦點205。光闌平面295由場鏡237和物鏡212成像到影像平面211中，且焦點276因此與影像平面211中的焦點205共軛。為簡化起見，也指出了孔徑開口292和透鏡陣列294的透鏡是共軛的或分配給個別束的焦點。

容納於樣品架280上樣品(例如為半導體樣品200)配置在影像平面211中。樣品架280(例如為晶圓卡盤)連接到定位單元281，其可具有例如五個、 六個或更多自由度，以進行樣品的對準、定位和移動。

為了在幾奈米範圍內的所需高解析度，需要個別束焦點的小直徑d_E。個別束焦點205的直徑d_E可小於5nm至200nm。直徑d_E由電子束源的影像的直徑d_source、繞射誤差d_diffraction和場鏡237和物鏡212的透鏡像差d_aberrations所組成：

具有繞射誤差

電子束源231通過成像比例M<1以縮小的方式進行成像，使得可忽略縮小的源影像尺寸d_source。透鏡像差d_aberration由以下所組成：例如像散、球面像差、彗差和色差等許多個別的像差，或是由於電子束的能量帶寬△E上的色散而引起的像差。透鏡像差隨著孔徑角α的增加而增加，並藉由電子束光學單元的相應設計和校正而最小化。舉例來說，球面像差隨著孔徑角α增加而以近似三次方增加。孔徑角α由孔徑板APA的孔徑開口292來預定義，並隨著由場鏡237和物鏡212進行的電子成像而增大。為了保持像差較小並確保高解析度，孔徑板APA的孔徑開口292為此目的具有相應小的設計。用於高解析度模式的電子束波束203的孔徑開口292具有例如在10-50μm之間的小孔徑直徑以及在30-250μm之間的間隔，例如20μm的孔徑直徑具有70μm的間距。因此實現了4-10%的透射率，其對應於低束電流。進一步的最佳化可在高解析度模式下實現高達15%或甚至高達20%的透射率。因此，只有具有小於20%的相對較低的透射率以及因此具有相對較低的束電流的相對較小的孔徑適用於高解析度模式。

因此，這導致MSEM的個別高解析度電子束的相對低輻射強度。然而，根據本發明，提供了非常多的電子束，例如25或100或更多的電子束，並獲得了高的相加總電流。

每一電子束(3、203)的一次電子與樣品相互作用，並被反向散射 或產生二次電子。為了簡化，下文將反向散射電子和二次電子統稱為「二次電子」。給定其他恆定的束參數，所產生或反向散射的二次電子的比例取決於樣品的局部組成，例如表面形貌、材料成分或樣品的局部電壓差dV。圖1c示意性地顯示了二次電子束(9、209)的束路徑。從樣品200發出的二次電子的總束流方向251由箭頭251標示。一部分的二次電子由物鏡(12、212)吸收並聚集。因此，從格柵配置4中的多個個別束焦點(5、205)，產生了同一格柵配置4中的多個二次電子束(9、209)，其中多個二次電子束(9、209)的相應輻射強度可得出關於樣品的相應局部組成、材料成分和局部電壓差dV的結論。

從焦點(5、205)開始，二次電子束(9、209)發散地發射，並由電子光學物鏡(12、212)與投射透鏡(25、225)成像至偵測器平面(23、223)。在這種情況下，二次電子由分束器(40、240)在電子光學投射透鏡(25、225)的方向上偏轉。圖1b和圖1c中的圖示在此處被大大地簡化；舉例來說，分束器240可包含複數個磁場，這些磁場例如使一次電子束和二次電子束都向右偏轉，而沒有沿束方向分散，如圖1a所示。在偵測器平面223中配置有偵測單元(圖1c中未示出)。

此外，藉由掃描機構(未示出)，多個一次電子束(3、203)在樣品(S、200)上共同且平行地移動。在這種情況下，焦點(5、205)在對應於P1或稍微大於P1的距離上偏移，以使得被不同電子束掃過的場區域稍微重疊。因此，樣品表面由多個電子束(3、203)進行區域性的掃描且沒有任何間隙。為此目的的掃描機構是眾所周知的。與一次電子束(3、203)的偏轉一起，二次電子束(9、209)也被引導返回。由偵測器27所偵測到的信號的時間序列轉換為物體平面(11、211)中的橫向空間位置。因此，在所示的簡化示例中，產生範圍為50 x 50μm的樣品表面的一部分的區域影像，其由5 x 5個別影像所組成，其各自的範圍約為P1=10μm。

高解析度成像通常被理解為意指個別束焦點(5、205)的直徑d_E小於30nm、小於15nm、別是小於5nm(例如低至3nm或2nm)的成像。二次電子束(9、209)的源點的範圍同樣可包含數奈米的範圍，例如小於30nm。

圖1a作為示例顯示了在格柵配置4中具有25個個別電子束3的MSEM 1。然而，電子束的數量可高得多，例如10×10個電子束、10,000個電子束或更多。使用配置於格柵配置中並在聯合掃描過程中一起掃過半導體樣品的大量個別束，將實現了非常高的產出量，即每單位時間擷取很大面積的影像。對於100個電子束，MSEM 1達成的產出量約為3.5mm²/min。使用更多數量的束，可實現更高的產出量，例如100mm²/min或大於350mm²/min。

在本申請案的下文中，MSEM 1用作微粒多束顯微鏡的代表，且並非旨在限制於MSEM的具體實施例中的電子束顯微鏡鏡。舉例來說，微粒粒子通常可為帶電粒子，例如電子、金屬離子(如鎵離子)、或稀有氣體(如氦或氖)的離子。在下文中將說明半導體樣品的示例性具體實施例。但是，本發明並不限於半導體樣品。

圖2顯示了通過半導體結構的兩個典型橫截面。圖2a顯示了垂直於半導體的表面50的橫截面，其中影像是由微粒束顯微鏡產生的。在影像中，金屬結構看起來比非導電結構更亮。基板或晶圓的表面50界定朝向頂部的片段。多個個別層54.1...54.22平行於表面50配置，其每一層可結構化。在這種情況下，具有許多導電結構54.1、54.3、...的層與僅具有少量導電連接或通孔的絕緣層54.2、54.4交替。以代表性的方式顯示了層54.1中的一導電結構56和層54.3之間的一個這樣的導電連接55。相反地，層54.1中的另一導電結構57沒有與層54.3的連接。

半導體結構的橫向尺寸和層的層厚度隨著深度z的增加而減小。倒數第二層54.21直接鄰接層54.22，其中層54.22包含例如底下的半導體材料矽51的摻雜結構。以示例的方式標示一個這類摻雜結構58。多個導電結構位於它們之間，以示例的方式突出顯示其中的一結構59。

層的數量和選擇僅應被理解為示例；積體半導體可包含不同數量的層以及其他層。

導電結構或可吸收電荷並因此可用於電壓對比成像的結構的程 度差異很大。結構56連接到層54.3，其中在此截面平面中的層54.3完全實施為導電層，並進一步具有與底下導電層54.5的連接。因此，此半導體結構非常廣泛且具有大電容C1，其必須以大量電荷Q1充電以產生電壓差dV。電荷量Q1可例如為大於數萬個電子(例如大於十萬個電子)的倍數。相比之下，摻雜結構58僅具有非常小的範圍並且具有非常小的電容C2，使得一些個別電子的非常少量的電荷Q2足以產生局部電壓差dV。舉例來說，如果太多電子被饋送到摻雜結構58且它們超過了摻雜結構58的電容C2，則過量的電子流走並對相鄰結構(例如結構59)進行充電。因此，不再可能決定是結構59錯誤地連接到結構58，還是只是結構58被電荷載子過度充電。

圖2b以示例的方式顯示了穿過層54.17的X-Y截面。層54.17包含多個導電連接，其程度有所不同且在層54.15和54.19中的結構之間產生連接。

特別是在下層54.19至54.21中的導電結構也可實施為電晶體的電極，例如被實施為閘極。這種閘極的充電可例如藉由空間電荷區將具有電容C4和C5的兩個其他半導體結構彼此導電地連接，並產生具有電容C6的可切換連接的半導體結構。

圖3以示例的方式顯示了在示意性示出的半導體樣品60上的充電和電壓對比成像，其中充電和成像係在半導體樣品60的表面50上進行，即半導體樣品60的表面50配置在MSEM 1的物體平面11中。在由矽組成的基板51的表面50附近，半導體樣品60包含多個層，其中通過示例突出顯示了其中的層54.5。這些層包含導電結構，例如層54.5中的結構57或最底層中的閘極66，以及連接或通孔55。

由在MSEM 1的格柵結構4中的多個間隔開的電子束3在表面50處照射半導體結構，以示例的方式顯示了標示為(n-1)、n和(n+1)的其中三個電子束3。代替一次電子束3的掃描點或焦點5，從樣品表面50發射二次電子束9。發射的電子束9的掃描位置與一次電子束3的焦點在很大程度上一致，但二次電子束9例如具有較高的發散度，其以簡化的方式由較寬的束錐顯示。在每個掃描位 置，例如第一掃描位置62.0，第(n-1)個電子束3產生與基板的相互作用區61.0。第n個電子束相應地產生相互作用區61.1，並在隨後的掃描期間發生偏轉的情況下產生相互作用區61.2。在這種情況下，取決於微粒束的材料和著陸能量，相互作用區61.0、61.1或61.2在垂直於束方向和束方向上可具有數10奈米的範圍。根據相互作用區的範圍，輻照可導致與相互作用區重疊的導電結構的充電。因此，舉例來說，導電結構56在具有相互作用區域61.0、61.1和61.2的掃描位置62.0、62.1和63.1處以及在其他掃描位置處(未顯示)，由第(n-1)個電子束和第n個電子束來進行充電。在示例中，非導電材料(例如矽)位於掃描位置62.1的基板表面50上。僅少量的第n個二次電子9被第n個一次電子束3激發，且非導電結構在影像中顯得暗淡。另一方面，在第n+1個電子束的掃描位置62.2處，有一導電結構，其在被第n+1個電子束照射時發射多個第n+1個二次電子9，且在如圖2所示的影像中顯示為明亮區域。

藉由MSEM 1的掃描單元引導第n個電子束與其他電子束n-1、n+1一起沿掃描方向65跨過基板表面50，並在此過程中經過多次掃描位置或焦點(5)，例如相應第n個電子束的第二掃描位置63.1和第三掃描位置64.1。除了作為示例示出的電子束n-1、n和n+1之外，在MSEM的格柵配置中，多個其他的電子束(未示出)被引導穿過基板表面50。總體而言，在此過程中區域性地掃過很大一部分半導體樣品。此處以虛線顯示第n個電子束的一次和二次電子束波束以及例如個別的二次電子束波束，並以參考符號n’和n”標示。

在一具體實施例中，在半導體樣品60中，在第一步驟中對半導體結構進行預充電，接著在第二步驟中執行電壓對比成像。在這種情況下，在第一掃描程序中在高解析度微粒多束顯微鏡中進行預充電。由複數個微粒束(例如5×5或10×10個電子束，每個電子束具有低的微粒電流)的總和形成的相加總電流在半導體結構中產生電荷並因此產生電壓差。總充電電流對應至高解析度個別束3的小個別電流的累加總和，因此其數量相對於個別電子束為例如25倍或100倍或更多。相較於SEM的個別高解析度電子束，由多個個別高解析度電子束 3對半導體樣品60的累積照射將導致：與藉由單個束在樣品上某個位置以相同的束電流和相同的停留時間來進行充電相比，半導體樣品60總體上至少充電25倍、100倍或更多倍。在第二步驟中，藉由高解析度微粒多束顯微鏡通過第二掃描程序來進行電壓對比成像，而無需切換微粒多束顯微鏡或通過移動裝置來移動樣品。

因此，使用多束配置4的低個別電流，在各個情況下確保高解析度的電壓對比成像，其解析度在數奈米範圍內，例如低於30nm、10nm或5nm，而且可能有3nm或2nm的解析度。

因此，藉由具有微粒束格柵配置4的個別微粒束3的低微粒電流的高解析度微粒多束顯微鏡，在半導體樣品60中，有可能在第一步驟中對半導體結構充電，並在第二步驟中以在數奈米範圍內的橫向解析度進行高解析度電壓對比成像。在用於在半導體樣品上進行電壓對比成像的此方法中，使用具有在格柵配置中的多個個別微粒束的微粒多束顯微鏡，藉由多個個別微粒束以掃描的方式掃過具有至少一半導體結構的半導體樣品。在程序中，以微粒多數顯微鏡的第一數量的第一微粒束對半導體樣品充電，並以微粒多數顯微鏡的第二數量的第二微粒束在半導體樣品的至少一半導體結構處決定電壓對比。在這種情況下，用於對樣品充電的第一數量的第一微粒束中的至少一個第一微粒束可不包含在用於對樣品成像的第二數量的第二微粒束中，或是第二數量的第二微粒束中的至少一個第二微粒束可不包含在第一數量的第一微粒束中。

在另一示例性具體實施例中，藉由具有高空間解析度的多個選擇的個別電子束進行充電。這基於參考圖3的另外兩個示例來進行示意性地說明。特別地，在此示例中，充電的第一步驟和電壓對比成像的第二步驟可以在時間上重疊的方式實現，或甚至可在以掃描方式掃過半導體樣品的程序過程中完全並行地進行。

在此示意性示例中，在第n個電子束的第三掃描位置64.1下方的半導體結構53延伸到MSEM 1的多個電子束3的格柵配置4的另一個相鄰的第n+1 個電子束的第一掃描位置62.2下方。在第n個電子束到達掃描位置64.1之前，在照射點64.1下方的半導體結構53被第n+1個電子束充電。在第n+1個電子束的整個掃描程序過程中，半導體結構53例如在掃描位置62.2或64.2處經歷了針對性的、空間解析的充電，其中甚至其他的電子束(未示出)也可有助於半導體結構53的充電。因此，獲得相對大量的電荷，且半導體結構53可具有電壓差dV，該電壓差dV能夠造成在掃描位置64.1處的成像期間的對比變化。由於累積的電荷，在掃描位置64.1處發射的二次電子可例如低於由於第n+1個電子束首次激發而在掃描位置62.2處發射的二次電子。因此，可在至少一第一掃描位置處以微粒束進行充電，並可在與第一掃描位置不同的至少一第二掃描位置處以微粒束來決定電壓對比。

將基於另一示例來解釋同時的電壓對比成像和充電。在掃描位置62.1和63.1處，第n個一次電子束僅激發絕緣材料矽中的少量二次電子，且由於可能對相鄰的導電結構充電，絕緣結構沒有變化或至多是一小變化。然而，具有分別在掃描位置62.1和63.1下方的相互作用區域61.1或61.2的第n個電子束在各個情況下有助於半導體結構56的空間解析的局部充電。同樣地，在此範例性示例中，相鄰的第(n-1)個電子束有助於結構56的充電。因此，在第(n-1)個電子束到達掃描點64.0之前，連接的半導體結構56經歷累積充電，並因此經歷電壓差dV。在掃描點64.0處，由於半導體結構56處的充電和電壓差dV，第(n-1)個電子束只能激發較少量的二次電子9，並出現較暗的影像點。

由於以來自微粒多束格柵配置4的多個選定的至少一第一微粒束3進行同時的輻照造成例如半導體樣品60中的半導體結構53或56的累積充電，因此可在成像期間針對性地改變個別半導體結構的電壓對比。微粒多束顯微鏡1的至少一第一微粒束3的數量可特別地大於或等於兩個，使得由至少兩個第一微粒束(其每一者具有低的微粒電流)的總和所形成的相加總電流在半導體結構53或56中產生充電並因此產生不同的電壓。因此，用於決定半導體樣品60的電壓對比的第二微粒束的微粒電流低於用於充電半導體樣品60的至少一第一 微粒束的總微粒電流(引入至半導體樣品)。如第(n-1)粒子束的示例所示，用於在以後的掃描位置64.0進行電壓對比成像的第二微粒束可與在第一較早的掃描位置62.0處的第一微粒束相同。在這種情況下，用於決定半導體樣品60處的電壓對比的第二微粒束的微粒電流特別地低於第一數量的第一微粒束的相加總電流，使得由於第二微粒束的微粒電流，半導體結構60的累積電荷基本上保持不變。微粒束顯微鏡可保持不變，特別是用於充電和決定電壓對比，且第一微粒束和第二微粒束的個別微粒電流可以不變，且它們可相同。

在這種情況下，根據圖3的示意性具體實施例顯示了來自微粒束格柵配置4和半導體樣品60的小部份摘錄，且應理解到，半導體結構53和56通常可藉由另外的微粒束(未顯示)來局部地以空間解析的方式充電。舉例來說，位址線或讀出線可在大區域上延伸，例如在半導體樣品60中延伸超過數毫米，且可由各自具有低個別輻射電流的多個個別電子束3(例如5個或10個或更多)來充電。因此，有可能藉由微粒多束顯微鏡，在半導體樣品60中同時對半導體結構進行充電及在沒有預充電模式之下進行電壓對比成像。在這種情況下，在至少一第一掃描位置62.0、62.2處的格柵配置4的至少一第一微粒束、和(選擇性的)在間隔開的至少一第二掃描位置63.1處的格柵配置4的至少第二微粒束產生充電並因此在半導體結構中產生電壓差，其中在與第一掃描位置間隔開的至少一第三掃描位置64.0、64.1處，半導體結構中的電壓差dV係偵測作為在第三掃描點64.0、64.1處的電壓對比度變化。在這種情況下，此電壓對比成像在至少一電連接的半導體結構53、56上進行，該半導體結構53、56在來自微粒束格柵配置4的至少兩個相鄰微粒束3上延伸。在一特定具體實施例中，個別微粒束的掃描區域或場區域可重疊，使得第一微粒束的第一掃描點與第二微粒束的第二掃描點重疊。

多個微粒束使得有可能以不同的電荷對具有不同範圍和不同電容的半導體結構進行充電，使得具有大電容的大而寬泛的半導體結構和具有低電容的小而有限的半導體結構都表現出大致相同的電壓dV。具有較大電容Ck的 大而寬泛的半導體結構由具有較大電荷量的較大數量K的個別微粒束3充電，而具有電容Cl的較小的、更受限制的半導體結構(其僅延伸了一微粒束3的數個或一個場區域)僅由較少數量L的個別微粒束或具有較小電荷量的單一微粒束充電。在這種情況下，如果L/K大致對應於比率Cl/Ck，則在兩個半導體結構中獲得相似的電壓差dV。

以這種方式，藉由個別半導體結構的針對性的累積電荷，可推斷出半導體樣品60的基礎結構，且可例如從所獲得影像與預期影像的偏離來推斷出半導體樣品60的半導體結構中的缺陷。

在這方面，舉例來說，有可能檢查積體半導體中的兩個間隔開的線段為導電連接或穿孔、或是相對彼此為電絕緣。為此目的，舉例來說，在兩個線段中的第一線段處引入電荷，且在半導體結構的另一第二線段處量測電壓對比。因此，一方面，有可能檢查應該導電地連接的半導體結構實際上是否為導電連接且例如沒有被中斷，從而具有比此結構的目標電容低的電容。舉例來說，在這樣的中斷結構處的電壓對比因此而偏離期望的電壓對比且更高。另一方面，有可能檢查例如不應該電性地連接的兩個半導體結構是否由於短路而被錯誤地連接，從而具有比此結構的目標電容更大的電容。舉例來說，在這樣的連接結構處的電壓對比因此而偏離預期的電壓對比且更低。

由於同時充電和電壓對比成像，減少了充電和電壓對比成像之間的時間段。因此，減少了例如由於洩漏或穿隧電流而導致的半導體樣品中電荷的自然損耗，且電荷沒有減少，因此電壓也沒有降低，結果為例如能夠可靠地測量來自小半導體結構的小電容的大電壓。

在另一具體實施例中，舉例來說，電壓對比成像在連接到大電容(例如接地)的半導體結構上進行。接著，在相同的半導體結構上進行充電和成像，其中可根據電壓對比來決定半導體結構是否連接至大電容的事實。在這種情況下，由於與大電容的導電連接，因此電壓為低。在中斷的情況下，引入的電荷不能流走，且電壓較高，且半導體結構的影像對比改變。舉例來說，影像 對比降低。

在另一具體實施例中，進行定量電壓對比成像。這涉及決定與參考電位沒有連接的所謂「浮動」半導體結構的電容。根據「浮動」半導體結構的電容，在以特定電荷進行針對性充電時建立一特定電壓差。該電壓差與多個微粒束同時產生，且藉由高解析度電壓對比成像而從影像對比決定，其中充電以及由此影像對比可隨照射時間連續地變化。以此方式可偵測到與「浮動」半導體結構的期望電容的偏差。

將參考圖4描述動態電壓對比成像的一具體實施例。在基板表面50上掃描多個電子束3期間，具有大電容C的分支半導體結構67可由具有低束電流的多個電子束3來充電。在此示例中，在簡化圖式中，這些為第(n-1)個和第n個電子束。多個個別電子束3的個別低束電流的相加總和產生足夠的電荷，以產生dV的電壓差，該電壓差在半導體結構67的電壓對比成像中產生足夠的對比變化。在這種情況下，低束電流也可實現高解析度成像。在圖4的示例中，導電連接到閘極66的另一個半導體結構68至少在第n個電子束的掃描位置63.1處被充電。由於閘極的充電，在層54.22中的摻雜結構(所謂的鰭片)中產生了空間電荷區。這在位於被電子束(其在半導體結構67上方掃過)掃過的場區域之外的一相鄰區域中的半導體結構67和半導體結構69之間產生連接。通過這種切換操作，在半導體結構67及69中引入的電荷可相互補償，且藉由進一步的切換操作，有可能以其他的半導體結構(例如以更遠的半導體結構70)來進行補償。在電壓對比成像中，例如在第n-1個電子束下對結構67成像的過程中，如果第n個電子束通過位於半導體結構68上方的掃描位置63.1，則電壓對比會突然改變，因此來自半導體結構67的電荷可流向半導體結構69。以這種方式實現個別半導體結構的影像對比突然改變的動態電壓對比成像。在動態電壓對比成像期間，藉由切換過程的針對性局部充電和針對性局部激發(其導致電容在時間上突然變化並因此導致半導體結構的充電)，在個別半導體結構上發生突然的、動態的對比變化。舉例來說，第一電子束在掃過場區域的同時可以成像的方式多次掃描半導體結構，而 另外的第三電子束觸發切換程序並改變(例如加倍)半導體結構的電容，並在此程序中降低(例如減半)電壓。在以第一電子束掃過半導體結構的場區域的過程中，此半導體結構的影像對比接著突然變化一相對較大的絕對值；舉例來說，由於電壓減半，影像對比度增加了一倍。與此相反，在傳統的電壓對比成像期間，由於持續增加的充電，電壓對比緩慢且連續地變化。

在動態電壓對比成像的一示例性具體實施例中，舉例來說，使用MSEM 1的電壓對比成像或動態電壓對比成像也被重複多次。以此方式，有可能隨時間記錄影像系列。由此決定關於電壓對比的時間分佈或時間變化的其他資訊。舉例來說，在隨後影像的後續掃描中，藉由切換程序可再次中斷在使用MSEM的第一次掃描期間實現的連接，使得電壓對比在影像序列的個別影像記錄上以針對性的方式變化。

藉由動態電壓對比成像，可推斷出半導體樣品60的基本結構，且可例如從使用MSEM 1的動態電壓對比成像中推斷出半導體樣品60的半導體結構中的缺陷。舉例來說，這是藉由以下完成的：將參考樣品上使用MSEM的電壓對比成像與待測試的樣品進行比較並根據有關參考影像的差異來決定可能的缺陷、或將使用MSEM的電壓對比成像與對半導體樣品的CAD資料的量測模擬進行比較、或將動態電壓對比成像與傳統的準靜態電壓對比成像進行比較。

以此方式，因此也有可能對半導體樣品中的積體半導體組件進行功能測試。在一具體實施例中，藉由對半導體結構進行連續的、累積的充電，從隨時間變化的電壓對比曲線來確定半導體結構的電容。與相對較大的電容相比，較小的電容可更快地充電，並可更快地獲得更大的電壓差。在另一具體實施例中，半導體結構可為可切換的，且可例如藉由對電晶體的閘極電極進行針對性的充電來實現切換過程，且同時可觀察到在隨後連接或中斷的半導體結構處的電壓差變化。源極隨耦器電晶體的閘極電極的針對性充電與同時進行的電壓對比量測進一步允許近似地決定源極隨耦器電晶體的特性曲線。

舉例來說，利用來自現有技術的單束顯微鏡，掃描方向係設定 使得束掃過一條線內的兩個接觸墊，該接觸墊在半導體結構中導電地連接。因此，與半導體結構定位在不同方向的情況相比，兩個接觸墊的充電程度更大。在現有技術中，這由於半導體樣品的定向或掃描方向而導致電壓對比成像上的差異。使用具有在格柵配置中彼此相鄰配置的多個電子束的MSEM，很大程度上消除了對掃描方向或樣品定向的這種相依性，使得電壓對比成像在很大程度上是等向性的，即與方向無關。

舉例來說，使用來自現有技術的單束顯微鏡，在第一掃描中在約10μm-20μm的第一影像場中以及在第二掃描中在另一影像場中掃過半導體樣品，其中半導體樣品藉由機台在第一次掃描和第二次掃描之間移動。樣品可能在第一次掃描和第二次掃描之間的時間內再次放電，從而導致衰減，並因此導致電壓對比成像的損壞。舉例來說，用於動態電壓對比成像的切換連接可能再次中斷。使用具有在格柵配置中彼此相鄰配置的多個電子束的MSEM，可獲得100μm、...200μm或500μm的更大的影像場，使得不想要的較長時間的放電過程不會對電壓對比成像產生影響。放電程序總是會發生，例如由於熱效應、洩漏或表面電流。

在具有由貫穿接觸連接的許多接觸墊的大型導電半導體結構的情況下，以具有許多電子束的MSEM來實現更強的充電效果。使用高達數百微米的MSEM的較大影像場(例如高達500微米)，在帶電的半導體結構可再次放電之前，可快速地識別出半導體結構中的斷裂接觸。

本發明的另一具體實施例提供了用於可充電結構的電壓對比成像的高解析度微粒多束顯微鏡，其中微粒束格柵配置的至少一第一微粒束和至少一第二微粒束的至少一特性係不同地實現，其中至少一特性可例如為束電流、束間距、束直徑、焦點位置或束形狀。在這種情況下，微粒束的至少一特性被認為表示在影像或物體平面11中的微粒束的特性，其中可配置具有可充電結構的樣品。

預定義孔徑板在影像或物體平面11中產生空間上適用的微粒束 格柵配置，其適於同時充電和電壓對比成像。在一具體實施例中，預定義孔徑板具有不同直徑或開口面積的孔徑，用於產生不同的微粒束電流。圖5a描述了此具體實施例的一示例。在此具體實施例中，微粒多束顯微鏡(例如MSEM 1)的格柵配置4適用於電壓對比成像。在這種情況下，針對不同的個別束電流和間距設計了一預定義孔徑板APA和一選擇性的多束光闌(「遮蔽板」)，其中圖5a顯示了一預定義孔徑板APA的平面圖。

孔徑板APA在外部區域中具有用於第一微粒束的十二個第一大孔徑，該第一微粒束具有用於充電的大束電流(以示例的方式標示了一大孔徑開口73)。孔徑板APA在內部區域中具有用於第二微粒束的十六個第二小孔徑，該第二微粒束具有用於高解析度成像的小束電流(以示例的方式標示了一小孔徑開口72)。在這種情況下，在微粒束格柵配置中，具有較大開口面積的第一孔徑開口和相較於第一孔徑開口具有較小開口面積的第二孔徑開口之間的距離是變化的。在用於微粒多束顯微鏡的孔徑板APA的此具體實施例中，藉由第一多個具有大束電流的第一微粒束對半導體樣品充電，並藉由第二多個第二微粒束產生高解析度的電壓對比影像。因此，提供了用以在半導體樣品上進行電壓對比成像的顯微鏡，其使用具有在格柵配置中的多個個別微粒束的微粒多束顯微鏡，其中顯微鏡係設計用於藉由多個個別微粒束以掃描的方式掃過具有至少一半導體結構的半導體樣品。在這種情況下，使用微粒多束顯微鏡的第二數量的第二微粒束在半導體樣品的至少一半導體結構上決定電壓對比，且使用微粒多束顯微鏡的第一數量的第一微粒束對半導體樣品充電。在一具體實施例中，第一數量的第一微粒束中的至少一第一微粒束不包含在第二數量的第二微粒束中，或第二數量的第二微粒束中的至少一第二微粒束不包含在第一數量的第一微粒束中。微粒束顯微鏡可保持不變以用於充電和決定電壓對比，且第一和第二微粒束的個別微粒電流可保持不變且為不同。

圖5a的下半部分顯示了沿線AB穿過孔徑板配置APA的截面。孔徑板配置在孔徑開口(通過示例73和72)旁邊具有微透鏡陣列320，其中在一示例 性具體實施例中，微透鏡陣列320可僅實施於小孔徑開口72下游的光束方向上。關於微透鏡陣列，參考關於圖1b的解釋。BP(遮蔽板)選擇性地設置在束方向的下游，並允許由微透鏡陣列320聚焦的電子或粒子束的焦點通過。

用於高解析度模式的第二多個第二粒子束的孔徑具有例如在10-50μm之間的小孔徑直徑和30-250μm的間隔。因此，實現了4-10%的透射率，這對應於低束電流。進一步最佳化使得有可能在高解析度模式下實現高達19%的透射率。使用第一多個第一粒子束或高電流束的大孔徑直徑(例如55μm至75μm)，可實現大於25%(例如30%或50%)的透射率。通過不同的孔徑，有可能在不同束之間設定不同的束電流，其中有可能實現在2-10倍範圍內的束電流相對於彼此的不同比率。然而，球面像差隨著孔徑直徑的增加而增大，相對於孔徑直徑約為三次方。僅具有小於20%的較低透射率並因此具有較小束電流的第二孔徑適用於解析度在數奈米或更小範圍內的高解析度模式。

圖5b顯示了穿過預定義孔徑板APA的橫截面。從入射方向74，聚焦的微粒束75(例如，圖1中的電子束38)入射在具有第二小開口76和第一大開口77的孔徑板APA上。用於將通過的第一微粒束79和第二微粒束78聚焦的微透鏡(參見關於圖1b的描述)被另外配置在預定義的孔徑板上，並將微粒束78和79聚焦在焦平面81中。此外，選擇性地配置多束光闌BP於焦平面81。根據圖5a的格柵配置中的多個微粒束在方向80上進一步傳播。接著，藉由在下游的根據圖1的微粒束光學單元將焦平面中的焦點成像到微粒束顯微鏡的物體平面11中。

在孔徑板APA中交替配置大開口和小開口的情況下，如圖5b所示，可針對第一粒子束79和第二粒子束78相同地實現聚焦陣列的微透鏡或其他精細聚焦光學單元，例如具有相同的直徑。然而，也可能針對第一粒子束79和第二微粒束78不同地設計準直光學單元。

如圖5c所示，舉例來說，MSEM的孔徑板配置APA也可具有大量的第一(大)孔徑開口73.1，特別是大於用於高解析度成像的第二(小)孔徑開口72.1的數量。這確保了特別大的附加粒子電流，用於充電樣品以進行電壓對比成像。

孔徑板配置APA的根據本發明的不同的孔徑開口除了具有用於在影像平面或物體平面11中產生空間上匹配的微粒束格柵配置的不同開口面積之外，還可具有孔徑板配置APA的孔徑開口的進一步適配，其考慮了例如微粒束的下游成像系統的透鏡像差。舉例來說，WO2005/024881(特別是圖14、15和18)描述了孔徑板配置APA的孔徑開口的這種進一步適配，該專利在此完全併入本文中。藉由孔徑板配置APA的孔徑開口的該適配可實現的是，在MSEM的影像或物體平面11中具有用於高解析度成像的小束電流的第二微粒束的形成基本上相同，且用於電壓對比成像的每個第一微粒束在電壓對比成像期間獲得例如2nm的大致相同的高解析度，其藉由以下的事實：孔徑板配置APA的合適的孔徑開口考慮了場相關的透鏡像差，例如，對於每一微粒束的下游成像系統的像散或影像場曲率。孔徑板配置APA的孔徑開口的適配可進一步包含孔徑開口的小位移，以補償針對每一微粒束的下游成像系統的失真像差，並確保用於電壓對比成像的影像平面11中的個別微粒束的均勻、等距配置。

圖6顯示了基於具有小孔徑和大孔徑的預定義孔徑板APA的另一格柵配置4，其中所分配的影像場段在各個情況下在物體平面中的掃描期間由每一孔徑所產生的電子束掃過，且由多個微粒束的共同掃描所涵蓋。小孔徑開口72使第二微粒束成形，其中第二影像段82分配給第二微粒束。另一個較大的孔徑開口73使第一微粒束成形，其中第一影像段83分配給第一微粒束。影像段82和83以及分配給微粒束格柵配置的其他微粒束的所有其他影像段至少部分地由微粒束顯微鏡的掃描單元進行空中掃描。

因此，藉由預定義孔徑板APA，有可能使用第二微粒束以高解析度對物體平面中的個別第二影像場段進行成像，並在其他第一影像場段中以具有更高的微粒電流的第一微粒束對半導體樣品充電。為此目的，預定義孔徑板具有至少一第一較大的孔徑用於在至少一第一較大孔徑的共軛第一影像場段處對半導體結構進行充電，以及至少一第二較小孔徑用於在至少一第二較小孔徑的共軛第二影像場段處對半導體樣品進行高解析度電壓對比成像。

在一具體實施例中，以這樣的方式設計微粒束格柵配置，使得不同的個別微粒束的影像場段在掃描期間重疊。由於影像場段的重疊，半導體樣品在重疊位置以微粒束多次照射。重疊區域的一示例在圖6中用參考數字86突出顯示。第二影像段85分配給較小的第二孔徑84，且第一影像段88分配給較大的第一孔徑87，其中兩個孔徑84和87具有較小的間距，該間距尤其小於穿過在物體平面中的孔徑84、87的兩個電子束的掃描區域。因此，分配的影像場段85和88形成大的重疊區域86。在這種情況下，重疊區域特別地大於影像場段的20%，例如大於影像場段的50%。在由第二孔徑84所形成的第二微粒束到達重疊區域86之前，重疊區域86已經由第一孔徑87所形成的第一微粒束進行了預充電。因此，可藉由微粒束格柵配置的至少一第一微粒束在至少一位置處對半導體結構進行充電，且可使用電壓對比在隨後的掃描位置處由微粒束格柵配置的至少一第二微粒束在至少一相同位置處對半導體結構進行成像。

如圖所示，在一個示例中，第一和第二孔徑72、84和73、87除了具有不同的範圍和開口面積之外，還可具有不同的形狀；在這方面，特別地，第二較大的孔徑也可為六邊形(未示出)或矩形，並因此在物體平面中產生粒子或微粒粒子的不同的束橫截面或強度分佈。因此可進一步實現的是，在用於對可充電結構進行充電的微粒多束顯微鏡的影像平面中的第一微粒束的焦點具有比例如在用於高解析度電壓對比成像的微粒多束顯微鏡的影像平面中的第二微粒束的焦點更大的範圍。

圖7顯示了預定義孔徑板APA的另一組態。孔徑板91後接著不同精細聚焦光學單元92的格柵配置以及主聚焦光學單元93(其由許多電子光學透鏡所組成)，其在各個情況下共同聚焦通過孔徑板91的電子束波束78、95和96。在此示例中，在孔徑板APA的下游沒有設置多光束光闌BP，但可提供具有不同光闌開口的多束光闌BP。精細聚焦光學單元92對於每個微粒束具有不同的聚焦效果，使得例如用於高解析度成像的微粒束78藉由主聚焦光學單元93和具有中等聚焦效果的精細聚焦光學單元92的聯合效應而聚焦在焦平面81中。與此相比， 精細聚焦光學單元92對於微粒束96具有更強的聚焦效果，使得用於以大電流和大孔徑進行區域性充電的微粒束96聚焦到焦平面81上游的焦點，並因此導致半導體樣品在MSEM 1的物體平面內的區域性充電，該物體平面與焦平面81共軛。用於使用高電流進行局部充電的另一微粒束95藉由主聚焦光學單元93和精細聚焦光學單元92的聚焦效果(其比針對微粒束78的效果弱)而聚焦到焦點上，該焦點僅在焦平面81的下游隔開一定距離，因此同樣導致在MSEM 1的物體平面中對半導體樣品的區域性充電，該物體平面與焦平面81共軛，其中，然而，相較於由微粒束96進行的充電，由微粒束95進行的充電是在較小的橫向範圍內進行。

如上所述，根據本發明，用於在影像或物體平面11中產生空間適應的微粒束格柵配置的孔徑板配置APA的不同孔徑開口以及精細聚焦光學單元的不同聚焦效果可具有孔徑板配置APA的孔徑開口或精細聚焦光學單元的聚焦效果的進一步適應，其允許例如微粒束的下游成像系統的透鏡像差。舉例來說，可額外地包含精細聚焦光學單元的不同聚焦效果，以允許微粒束的下游成像系統的影像場彎曲。

藉由微粒多束顯微鏡，有可能進行電壓對比成像，而無需提供額外的電子束槍對半導體樣品進行預充電，或無需將微粒束顯微鏡從預充電模式切換到高解析度模式。藉由預定義的孔徑板，使用微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像是可能的，其適用於特定的半導體樣品。藉由交換孔徑板APA，有可能使微粒多光束顯微鏡1適用於不同的半導體樣品60，而不必更換微粒多光束顯微鏡1。為此目的，可設置一更換單元，用於更換微粒多束顯微鏡中的孔徑板APA(見圖1a)。

在本發明的替代具體實施例中，揭露了一種半導體樣品，其包含用於電壓對比成像的特定半導體結構，其適用於具有預定義孔徑板APA的微粒多束顯微鏡。產生電壓對比影像的該特定半導體結構可為功能半導體結構，也可為僅出於半導體的程序監視和代表性的功能監視的目的而引入到積體半導體中的半導體結構。這些半導體結構(也稱為測試結構)在英語中也稱作程序控制 監視器(PCM)。該特定半導體結構係設計使得藉由於來自微粒束格柵配置的複數個微粒束以針對性的方式且同時地實現充電和電壓對比成像。

為此目的，將特定的半導體結構組態成具有適合於預定義的微粒束間距的間距和範圍，或半導體結構係設計使得其在至少一個方向上以分叉的方式延伸，從而由多個至少兩個個別的微粒束來進行充電。此外，可由形成切換元件(例如電晶體)的複數個半導體結構來組態測試結構。

在圖8中闡明了組態用以使用微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像的半導體結構的特定示例性具體實施例。用於使用微粒多束顯微鏡同時進行充電和電壓對比成像的半導體樣品中的半導體結構包含近表面元件，其適用於微粒多束顯微鏡的至少兩個微粒束的束間距。典型的粒子束間距在5μm-12μm的範圍內；具有100μm或高達200μm的粒子束間距的具體實施例是可能的。

圖8顯示了用於偵測半導體結構的層構造中的小橫向誤差的半導體結構。這種橫向誤差也稱作重疊誤差。關於半導體層的重疊精確度或重疊的要求在最小結構尺寸或CD(「臨界尺寸」)的幾分之一的範圍內。對於積體半導體的最底層，目前的最小結構尺寸約為5nm，且在不久的將來可預見的最小結構尺寸為3nm或更小。因此，這樣的層與相鄰層之間的重疊精確度小於2nm，且在不久的將來小於1nm。

因此，為了量測小於2nm的小重疊精確度，特定的測試結構係組態使得小於2nm的小橫向誤差會導致導電接觸的中斷。

圖8顯示了特定的半導體結構100，其可用於使用以微粒多束顯微鏡1進行的電壓對比成像來進行小於2nm的重疊誤差的非破壞性測試。為此，半導體結構100係組態使得它經由第一近表面結構106以第一微粒束進行充電。第一微粒束以簡化的方式顯示於第一掃描位置110和第二掃描位置112處。近表面結構106導電地連接到位於半導體樣品中較深的結構105。在此示例中，較深的結構105位於第(l+1)層103中。為此，第一近表面結構106以較大的方式實現，使得第一掃描路徑114的大部分或第一微粒束的影像場段與結構106重疊。半導 體結構100進一步具有較小的第二近表面結構107。以簡化的方式在第一掃描位置111和第二掃描位置113處顯示了第二微粒束。第二微粒束僅在兩個微粒束的共同掃描結束時，即在第二掃描位置113，才用第二掃描路徑115掃過該較小的第二近表面結構107。小的第二近表面結構107導電地連接至在與第(l+1)層103相鄰的層(在下文中為第l層102)中的較深結構104。在這種情況下，結構104和105係組態使得它們在第l層102和第(l+1)層103之間的介面109中的重疊區域中形成一接觸區域108，其在至少一方向上的範圍Dx小於在此方向上的可允許重疊誤差。這是基於在圖8下半部的平面109中的剖視圖來進行說明。舉例來說，範圍Dx可小於2nm或小於1nm。藉由該接觸區形成導電連接的半導體結構100。藉由並行的掃描程序，結構100在第一掃描路徑114期間由第一微粒束110、112進行充電，使得第二微粒束在第二掃描點113處記錄電壓對比變化，並因此可推導出連接結構100。如果在第l層102和第(l+1)層103之間在x方向上存在大於Dx的重疊誤差，使得例如第l層102在負x方向上位移及/或第(l+1)層103在正x方向上位移，則接觸區被中斷，且第二微粒束無法在第二掃描點113記錄電壓對比變化。可針對在兩層102、103的相反位移方向上的重疊誤差提供第二鏡像的半導體結構。用於y方向上的重疊誤差的半導體結構可以旋轉90°的方式類似地實施，或藉由在y方向上具有重疊區域Dy的接觸區108的具體實施例來實現，如圖8所示。利用這種特定的半導體結構100，可因此藉由以微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像來無損地決定積體半導體中兩層之間的重疊區域。這些測試結構在半導體的兩個層之間具有重疊區域，且可形成接觸區，其範圍Dx及/或Dy的數量級為CD的分數，例如小於2nm或小於1nm。

在本申請案中，MSEM 1或電子束格柵配置的電子束使用作為微粒多束顯微鏡的代表，且在MSEM的具體實施例中，並不旨在限制電子作為微粒粒子或電子束顯微鏡。微粒粒子通常可為帶電粒子，例如電子、金屬離子(如鎵離子)、或稀有氣體的離子(如氦或氖)。

在示例中，針對半導體結構處的影像對比隨著電壓增加而降低 的情況，以簡化的方式說明了電壓對比成像。然而，取決於在二次微粒粒子的所謂「產率曲線」中的位置的選擇，半導體結構處的影像對比有可能隨著電壓的增加而增加。然而，隨著電壓增加而增加的影像對比允許以完全類似的方式根據本發明進行電壓對比成像且由示例性具體實施例所涵蓋。

在特別是在圖1中的示例中，示意性地顯示了MSEM 1，其具有與束光學件相關的個別分束器或透鏡，例如準直透鏡、物鏡、場鏡。對於本技術領域中具有通常知識者來說，毫無疑問地，此圖式是簡化的，且與束光學件相關的分束器或透鏡可由複數個電磁元件所形成。

以微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像結合同時的充電的另一態樣是，與單束顯微鏡相比，微粒多束顯微鏡的產出量增加。微粒束的數量比單束顯微鏡(如SEM)高了多倍，例如高100倍、1000倍或10000倍。使用以格柵配置的方式配置並在聯合掃描過程中一起掃過半導體樣品的大量個別微粒束，可實現非常高的產出量，亦即，每單位時間擷取很大面積的半導體樣品的電壓對比影像。在由多個微粒束進行累積充電的情況下，不必切換微粒多束顯微鏡，且存在高解析度的電壓對比成像，其解析度優於30nm或甚至優於5nm且產出量超過3.5平方毫米/分鐘。特別是使用可更換或可預定義的孔徑板或在預定義的半導體結構上，這允許快速的程序監控，例如決定半導體樣品中的重疊誤差。

半導體結構的圖式是示意性的且更加簡化。然而，基於上述示例的圖式和說明，本技術領域中具有通常知識者可掌握潛在的概念和解釋，並通過慣常動作將其分別應用於真實的半導體和真實的微粒束顯微鏡。

在示例性具體實施例中，基於半導體樣品的示例，解釋了使用微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像。一般來說，使用根據本發明的微粒多束顯微鏡進行電壓對比成像可在含有可充電結構的任何所需樣品上進行。在半導體樣品上實現的示例可應用於任何其他樣品。這樣的樣品可為礦物學樣品、生物學樣品、或例如通過3D列印產生的微觀樣品。

此外，示例性具體實施例不應被理解為孤立的示例性具體實施 例，而是也可由本技術領域中具有通常知識者以方便的方式進行組合；在這方面，舉例來說，可將根據圖8的示例性具體實施例與根據圖1或圖5至圖7的示例性具體實施例組合。

3:電子束

4:格柵配置

9:二次電子束

50:表面

51:半導體材料矽

54.x、54.22:層

60:半導體樣品

62.1-62.3:掃描位置

63.1:掃描位置

64.1-64.2:掃描位置

65:掃描方向

66:閘極

67:半導體結構

68:半導體結構

69:半導體結構

70:半導體結構

Claims (23)

1. 一種在一半導體樣品上電壓對比成像的方法，其使用具有在一格柵配置中的多個個別微粒束的一微粒多束顯微鏡，包含：a.藉由該多個個別微粒束以一掃描方式掃過具有至少一可充電結構的一樣品，該多個個別微粒束包含一第一數量的第一微粒束及一第二數量的第二微粒束，b.以該微粒多束顯微鏡的該第一數量的第一微粒束對該樣品充電，c.以該微粒多束顯微鏡的該第二數量的第二微粒束來決定在該樣品的該至少一可充電結構處的一電壓對比。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一數量的第一微粒束中的至少一第一微粒束不包含於該第二數量的第二微粒束中、或該第二數量的第二微粒束中的至少一第二微粒束不包含於該第一數量的第一微粒束中。
3. 如請求項1-2的任一項所述之方法，其中該第一數量的第一微粒束包含至少一第一微粒束。
4. 如請求項1-2的任一項所述之方法，其中該第二數量的第二微粒束包含至少一第二微粒束。
5. 如請求項1-2的任一項所述之方法，其中在以該第一數量的第一微粒束中的至少一第一微粒束對該樣品充電的過程中，以一空間解析的方式針對性地對該至少一可充電結構進行充電。
6. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，其中該第一數量的第一微粒束包含至少兩個第一微粒束，其中該至少兩個第一微粒束各具有一第一微粒電流，以及由該至少兩個第一微粒電流的總和所形成的一相加總電流產生一累積電荷，從而在該可充電結構中產生一電壓差。
7. 如請求項6所述之方法，其中用於決定在該樣品處的該電壓對比的一第二微粒束的微粒電流小於該第一數量的第一微粒束的該相加總電流，使得該可充電結構的該累積電荷由於該第二微粒束的該微粒電流而基本上保持不變。
8. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，其中步驟b中的充電以及步驟c中的決定該電壓對比係在該微粒多束顯微鏡的一相同設定下進行，且該第一和該第二微粒束的該個別微粒電流在步驟b及步驟c中基本上保持不變。
9. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，其中步驟b中的充電以及步驟c中的決定該電壓對比係以一時間上重疊的方式進行或在步驟(1a)中以一掃描方式在掃過該樣品的過程中同時地進行。
10. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，其中步驟1b中的充電是在至少一第一掃描位置處以一第一微粒束進行，且步驟1c中的決定該電壓對比是在不同於該第一掃描位置的至少一第二掃描位置處以一第二微粒束進行。
11. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，其中該第一數量的第一微粒束中的至少一微粒束與該第二數量的第二微粒束中的至少一微粒束相同。
12. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，更包含： d.以該微粒多束顯微鏡的一第三數量的第三微粒束來切換該樣品的該結構的電容，並在步驟1c中決定該電壓對比的過程中產生該電壓對比中的一動態變化。
13. 如前述請求項1-2的任一項所述之方法，其中該結構係組態為使用該微粒束顯微鏡的該格柵配置進行該電壓對比成像。
14. 如請求項1-2的任一項所述之方法，其中該樣品為一半導體樣品，且該可充電結構為一半導體結構。
15. 一種用於在一半導體樣品上進行電壓對比成像的微粒多束顯微鏡，包含至少一第一預定義孔徑板，用於產生在該微粒多束顯微鏡的一影像平面中配置成一格柵配置的多個微粒束，該多個微粒束包含至少一第一微粒束及至少一第二微粒束，其中該預定義孔徑板係組態用以產生該至少一第一微粒束以對配置在該微粒多束顯微鏡的該影像平面中的一半導體結構進行累積地充電，以及該至少一第二微粒束以對配置在該微粒多束顯微鏡的該影像平面中的該半導體結構進行電壓對比成像，且在該微粒多束顯微鏡的該影像平面中，該至少一第一微粒束在至少一特性上不同於該至少一第二微粒束。
16. 如請求項15所述之微粒多束顯微鏡，其中該至少一特性包含束電流、束間距、束焦點或束形狀。
17. 如請求項15-16的任一項所述之微粒多束顯微鏡，其中該至少一預定義孔徑板藉由精細聚焦光學單元及/或一聚焦陣列而包含不同的孔徑開口或不同的聚焦。
18. 如請求項15-16的任一項所述之微粒多束顯微鏡，其中該至少一預定義孔徑板適用於一半導體樣品上的該電壓對比成像。
19. 如請求項15-16的任一項所述之微粒多束顯微鏡，其中該至少一預定義孔徑板是可更換的。
20. 一種在一半導體樣品中的半導體結構，用於使用一微粒多束顯微鏡同時進行充電和電壓對比成像，其中該半導體結構包含近表面元件，該近表面元件適用於一微粒多束顯微鏡的至少兩個微粒束的束間距。
21. 如請求項20所述之半導體結構，其中該近表面元件的其中至少兩個具有在5μm至12μm之間的一間距。
22. 如請求項20或21所述之半導體結構，其中一第一近表面元件和一第二近表面元件彼此相距一距離配置，該第一近表面元件導電地連接至在一更深的第一層中的一第一導電導體軌道，該第二近表面元件導電地連接至在一更深的第二層中的一第二導電導體軌道，其中該第一層和該第二層為該半導體結構的構造中的連續層，且其中該第一導體軌道和該第二導體軌道具有一重疊，該重疊小於該半導體結構所允許的重疊誤差。
23. 如請求項22所述之半導體結構，其中該重疊小於2nm。

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