TWI776085B - 用於監測束輪廓及功率的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於監測一檢測系統中之一束的系統及方法。該系統包括：一影像感測器，其經組態以收集形成於一表面上的一束之一束點的一影像序列，該影像序列中之每一影像已在該影像感測器之一不同曝光時間收集；及一控制器，其經組態以組合該影像序列以獲得該束之一束輪廓。

Description

用於監測束輪廓及功率的方法及設備
本發明大體而言係關於帶電粒子束系統之領域，且更明確而言係關於用於監測在帶電粒子束系統中使用的雷射束之束輪廓及束功率的方法及設備。
在積體電路(IC)之製造程序中，未完成或已完成電路組件經檢測以確保其係根據設計而製造且無缺陷。利用光學顯微鏡之檢測系統通常具有降至幾百奈米之解析度；且該解析度受光之波長限制。隨著IC組件之實體大小繼續減小至低於100或甚至低於10奈米，需要比利用光學顯微鏡之檢測系統具有更高解析度的檢測系統。
具有降至小於一奈米解析度之帶電粒子(例如電子)束顯微鏡，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)或穿透電子顯微鏡(TEM)充當用於檢測具有低於100奈米之特徵大小之IC組件之可行工具。在SEM之情況下，單個初級電子束之電子或複數個初級電子束之電子可聚焦於受檢測晶圓之所關注部位處。初級電子與晶圓相互作用且可反向散射或可使得晶圓發射二次電子。包含反向散射電子及二次電子之電子束之強度可基於晶圓的內部及外部結構之屬性變化，且藉此可指示該晶圓是否具有缺陷。
符合本發明的實施例包括用於監測檢測系統中之束的系統、方法及非暫時性電腦可讀媒體。系統包括收集形成於表面上的束之光束點之一影像序列的影像感測器。該影像序列中之每一影像已在影像感測器之不同曝光時間處收集。系統亦包含經組態以組合該影像序列以獲得該束之束輪廓的控制器。
符合本發明的實施例包括用於監測檢測系統中之束的系統、方法及非暫時性電腦可讀媒體。系統包括：一影像感測器，其經組態以收集形成於一表面上的一束之一束點的一影像；及一控制器，其經組態以基於該束及該影像感測器相對於該束點之位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數變換該影像之座標。
符合本發明的實施例包括用於監測檢測系統中之束的系統、方法及非暫時性電腦可讀媒體。系統包括：一影像感測器，其經組態以收集形成於表面上之不同部位處的束之束點的複數個影像；及一控制器，其經組態以基於該複數個影像產生平均影像。
符合本發明的實施例包括用於監測檢測系統中之束的系統、方法及非暫時性電腦可讀媒體。系統包括：一影像感測器，其經組態以收集形成於表面上的束之束點的一影像；及一控制器，其經組態以基於該影像獲得束之一束輪廓，基於該束輪廓獲得束點之總灰階，及基於總灰階與功率之間的預定關係來判定束之功率。
在以下描述中將部分闡述所揭示實施例的額外目標及優點，且該等額外目標及優點將部分自該描述顯而易見，或可藉由對該等實施例的實踐習得。所揭示實施例之該等目標及優點可藉由在申請專利範圍中所闡述之要素及組合來實現及獲得。
應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者皆僅為例示性及解釋性的，且並不限定如所主張之所揭示實施例。
現將詳細參考例示性實施例，在隨附圖式中說明該等例示性實施例之實例。以下描述參考隨附圖式，其中除非另外表示，否則不同圖式中之相同編號表示相同或類似元件。闡述於例示性實施例之以下描述中之實施並不表示符合本發明的所有實施。實情為，其僅為符合關於所附申請專利範圍中所列舉的本發明之態樣的設備及方法之實例。
可藉由顯著增加IC晶片上之電路組件(諸如電晶體、電容器、二極體等)之填集密度來實現電子裝置之增強之計算能力，同時減小裝置之實體大小。舉例而言，在智慧型電話中，IC晶片(其可為拇指甲大小)可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小小於人類毛髮之1/1000。並不出人意料，半導體IC製造為具有數百個個別步驟之複雜程序。甚至一個步驟中之錯誤有可能顯著影響最終產品之功能。甚至一個「致命缺陷」會造成裝置故障。製造程序之目標為改良程序之總良率。舉例而言，對於得到75%良率之50步驟程序，每一個別步驟必須具有大於99.4%之良率，且若個別步驟良率為95%，則總程序良率下降至7%。
缺陷可在半導體處理之各個階段期間產生。出於上述原因，儘可能早準確及高效地發現缺陷係重要的。帶電粒子(例如電子)束顯微鏡(諸如掃描電子顯微鏡(SEM))為用於檢測半導體晶圓表面以偵測缺陷的適用工具。在操作期間，帶電粒子束顯微鏡使初級帶電粒子束(諸如電子束(e-beam))遍及固持於載物台上的半導體晶圓進行掃描，並藉由偵測自晶圓表面反射的二次帶電粒子束產生晶圓表面之影像。當帶電粒子束掃描晶圓時，電荷可歸因於較大束電流而累積於晶圓上，此可不利地影響影像之品質。為調節晶圓上之累積電荷，進階充電控制器(ACC)模組用於將光束(諸如雷射束)照明於晶圓上，以便控制歸因於光電導性及/或光電效應的累積電荷。因此重要的是監測光束之功率及品質，以便有效地控制累積電荷。
常規地，光束之功率及品質係藉由功率計及束輪廓儀來監測。然而，在帶電粒子束顯微鏡之操作期間，顯微鏡、照明光束之ACC模組及固持半導體晶圓之載物台安置於真空腔室中。歸因於真空腔室內部之有限空間，功率計及束輪廓儀無法安置於真空腔室中。結果，功率計及束輪廓儀在帶電粒子束顯微鏡之操作期間無法用以監測光束之功率及品質。
為監測真空腔室中之有限空間中的光束，所揭示系統使用一影像感測器來監測自ACC模組發射的光束之功率及輪廓，該影像感測器出於其他目的(例如觀測晶圓表面等)已經包括於帶電粒子束顯微鏡中。
歸因於光束(例如雷射束)之高強度，影像感測器可不具有充分大的動態範圍來俘獲光束之完整束輪廓。為了解決此問題，所揭示系統可組態影像感測器以在不同曝光時間期間收集形成於半導體晶圓上的束點之一影像序列，從而產生俘獲完整束輪廓的影像集合。結果，即使影像感測器具有大小不足以俘獲光束之完整束輪廓的動態範圍，控制器仍可基於自該影像序列獲得的部分束檔案獲得完整束輪廓。
歸因於顯微鏡之真空腔室內部的有限空間，影像感測器可不能夠收集來自半導體晶圓之頂部側的影像。因此，藉由影像感測器拍攝的影像中之束點的形狀可並非為晶圓上之真實束投影。為解決此問題，所揭示系統可基於光及影像感測器相對於束點之位置及配置於影像感測器與晶圓表面之間的光學系統之放大因數來變換影像之座標。結果，可獲得光束在表面上的投影，且可準確評估光束與表面之間的相互作用。
在一些情況下，ACC模組、束點及影像感測器可不在同一平面中。因此，光束無法直接反射至影像感測器中。為了解決此問題，所揭示系統可發射光束至相對粗糙表面(諸如晶圓載物台之拐角)上，其影像感測器可經組態以收集自此粗糙表面散射或繞射的光。在此情況下，歸因於粗糙表面，自所俘獲影像獲得的束輪廓亦係粗糙的。為了解決此問題，所揭示系統可組態影像感測器以俘獲形成於表面上的不同部位處的束點之複數個影像。使用此等複數個圖像，所揭示系統可基於該複數個影像產生平均影像，並使用該平均影像作為至少一個曝光時間之所收集影像。結果，即使上面形成束點的表面相對粗糙，基於該平均影像而獲得的束輪廓仍可係平滑的。
在一些情況下，所揭示系統可發射光束至相對平滑及鏡面狀表面上，且光束可直接反射至影像感測器中。在此情況下，由影像感測器俘獲之單個束點影像可用以獲得束輪廓，且不必基於形成於表面上之不同部位處的束點之複數個影像產生平均影像。
此外，所揭示系統可獲得束點之總灰階，並基於總灰階與功率之間的預定關係來判定光束之功率。所揭示系統可基於光束之經判定功率控制ACC模組之功率，以便獲得光束之所要功率。
圖1說明符合本發明之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統100。雖然此及其他實例指代電子束系統，但應理解，本文所揭示之技術適用於不同於電子束系統的系統，諸如橢偏儀、速度儀、CO2雷射(例如用於機械加工)、其中雷射需要被監測但空間有限的非電子束系統，以及其他。如圖1中所示，EBI系統100包括主腔室101、裝載/鎖定腔室102、電子束工具104及裝備前端模組(EFEM) 106。電子束工具104位於主腔室101內。EFEM 106包括第一裝載埠106a及第二裝載埠106b。EFEM 106可包括額外裝載埠。第一裝載埠106a及第二裝載埠106b收納含有待檢測之晶圓(例如，半導體晶圓或由其他材料製成之晶圓)或樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP)(晶圓及樣本本文中可統稱為「晶圓」)。
EFEM 106中之一或多個機械臂(圖中未示)可將晶圓輸送至裝載/鎖定腔室102。裝載/鎖定腔室102連接至裝載/鎖定真空泵系統(圖中未示)，其移除裝載/鎖定腔室102中之氣體分子以達至低於大氣壓之第一壓力。在達至第一壓力之後，一或多個機械臂(圖中未示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室102輸送至主腔室101。主腔室101連接至主腔室真空泵系統(圖中未示)，其移除主腔室101中之氣體分子以達至低於第一壓力之第二壓力。在達至第二壓力之後，藉由電子束工具104對晶圓進行檢測。電子束工具104可為單束系統或多束系統。控制器109電子地連接至電子束工具104。控制器109可為經組態以實行對EBI系統100之各種控制的電腦。雖然控制器109在圖1中被展示為在包括主腔室101、裝載/鎖定腔室102及EFEM 106之結構之外，但應瞭解，控制器109可為該結構之部分。
圖2A說明其中檢測系統可包含可經組態以產生二次束之單個初級束的帶電粒子束設備。偵測器可沿著一光軸105置放，如在圖2A中所示之實施例中。在一些實施例中，偵測器可離軸地配置。
如圖2A中所展示，電子束工具104可包括藉由機動載物台134支撐之晶圓固持器136以固持待檢測的晶圓150。電子束工具104包括一電子發射器，該電子發射器可包含陰極103、陽極120及槍孔隙122。電子束工具104進一步包括束限制孔隙125、聚光透鏡126、柱孔隙135、物鏡總成132及電子偵測器144。在一個實施例中，物鏡總成132可為一經修改擺動物鏡延遲浸沒透鏡(SORIL)，其包括極片132a、控制電極132b、偏轉器132c及激勵線圈132d。在成像程序中，自陰極103之尖端發出之電子束161可由陽極120電壓加速，穿過槍孔隙122、束限制孔隙125、聚光透鏡126，並由經修改之SORIL透鏡聚焦成探測光點且照射至晶圓150之表面上。可由偏轉器(諸如偏轉器132c或SORIL透鏡中之其他偏轉器)使探測光點遍及晶圓150之表面進行掃描。自晶圓表面發出之二次電子可由偵測器144收集以形成晶圓150上所關注區域之影像。
亦可提供一影像處理系統199，該影像處理系統包括影像獲取器200、儲存器130及控制器109。影像獲取器200可包含一或多個處理器。舉例而言，影像獲取器200可包含電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦、任何種類之行動計算裝置及其類似者，或其一組合。影像獲取器200可經由媒體(諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍芽、網際網路、無線網路、無線電或其組合)與電子束工具104之偵測器144連接。影像獲取器200可自偵測器144接收信號，且可建構一影像。影像獲取器200可因此獲取晶圓150之影像。影像獲取器200亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓、疊加指示符於所獲取影像上，及類似者。影像獲取器200可經組態以執行對所獲取影像之亮度及對比度等的調整。儲存器130可為諸如硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、雲端儲存器、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似者的儲存媒體。儲存器130可與影像獲取器200耦接，且可用於保存經掃描初級影像資料作為初級影像，及後處理影像。影像獲取器200及儲存器130可連接至控制器109。在一些實施例中，影像獲取器200、儲存器130及控制器109可一起整合為一個控制單元。
在一些實施例中，影像獲取器200可基於自偵測器144接收到之成像信號而獲取樣本之一或多個影像。成像信號可對應於用於進行帶電粒子成像之掃描操作。所獲取影像可為單個影像，其包含可含有晶圓150之各種特徵的複數個成像區域。單個影像可儲存於儲存器130中。可基於成像圖框而執行成像。
電子束工具之聚光器及照明光學件可包含電磁四極電子透鏡或由電磁四極電子透鏡補充。舉例而言，如圖2A中所展示，電子束工具104可包含第一四極透鏡148及第二四極透鏡158。在一些實施例中，四極透鏡用於控制電子束。舉例而言，可控制第一四極透鏡148以調整束電流且可控制第二四極透鏡158以調整束點大小及束形狀。
儘管圖2A將電子束工具104展示為一次可使用僅一個初級電子束來掃描晶圓150之一個部位的單束檢測工具，但本發明之實施例不限於此。舉例而言，電子束工具104亦可為使用多個初級電子小射束來同時掃描晶圓150上之多個部位的多束檢測工具。
舉例而言，現在參看圖2B，其說明電子束工具104之另一實施例。電子束工具104 (在本文中亦被稱作設備104)可包含電子源202、槍孔隙204、聚光透鏡206、自電子源202發射之初級電子束210、源轉換單元212、初級電子束210之複數個小射束214、216及218、初級投影光學系統220、晶圓載物台(圖2B中未展示)、多個二次電子束236、238及240、二次光學系統242及電子偵測裝置244。控制器、影像處理系統及其類似者可耦接至電子偵測裝置244。初級投影光學系統220可包含束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228。電子偵測裝置244可包含偵測子區246、248及250。
電子源202、槍孔隙204、聚光透鏡206、源轉換單元212、束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228可與設備104之主光軸260對準。二次光學系統242及電子偵測裝置244可與設備104之副光軸252對準。
電子源202可包含陰極、提取器或陽極，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成具有交越(虛擬或真實) 208之初級電子束210。初級電子束210可視覺化為自交越208發射。槍孔隙204可封堵初級電子束210之周邊電子以降低探測光點270、272及274之大小。
源轉換單元212可包含影像形成元件陣列(圖2B中未展示)及束限制孔隙陣列(圖2B中未展示)。可在皆以全文引用的方式併入本文中的美國專利第9,691,586號；美國公開案第2017/0025243號；及國際申請案第PCT/EP2017/084429號中發現源轉換單元212之實例。影像形成元件陣列可包含微偏轉器或微透鏡陣列。影像形成元件陣列可藉由初級電子束210之複數個小射束214、216及218形成交越208之複數個平行影像(虛擬或真實)。束限制孔隙陣列可限制複數個小射束214、216及218。
聚光透鏡206可聚焦初級電子束210。在源轉換單元212下游的小光束214、216及218之電流可藉由調整聚光透鏡206之聚焦倍率或藉由改變束限制孔隙之陣列內的對應束限制孔徑之徑向大小而變化。聚光透鏡206可為可經組態以使得其第一主平面之位置可移動的可移動聚光透鏡。可移動聚光透鏡可經組態以具磁性，此可使得離軸小射束216及218以旋轉角著陸於小射束限制孔隙上。旋轉角隨著可移動聚光透鏡之聚焦倍率及第一主平面的位置而改變。在一些實施例中，可移動聚光透鏡可係可移動反旋轉聚光透鏡，其涉及具有可移動第一主平面之反旋轉透鏡。可移動聚光透鏡進一步描述於以全文引用的方式併入本文中的美國公開案第2017/0025241號中。
物鏡228可將小射束214、216及218聚焦至晶圓230上以供檢測且可在晶圓230之表面上形成複數個探測光點270、272及274。
束分離器222可係產生靜電偶極子場及磁偶極子場之韋恩濾光器類型(Wien filter type)的光束分離器。在一些實施例中，若施加靜電偶極子場及磁偶極子場，則當束之電子以特定速度行進時，藉由靜電偶極子場施加於小射束214、216及218之電子上的力可與藉由磁偶極子場施加於電子上的力在量值上相等且在方向上相反。小射束214、216及218可因此以零偏轉角直接穿過束分離器222。然而，諸如當束之電子以不同於特定速度之速度行進時，藉由束分離器222產生的小射束214、216及218之總分散度亦可係非零。束分離器222可將二次電子束236、238及240與小射束214、216及218分離，且朝向二次光學系統242導引二次電子束236、238及240。
偏轉掃描單元226可使小射束214、216及218偏轉以使探測光點270、272及274遍及晶圓230之表面區域進行掃描。回應於小射束214、216及218入射於探測光點270、272及274處，可自晶圓230發射二次電子束236、238及240。二次電子束236、238及240可包含具有能量分佈之電子，包括二次電子及經反向散射電子。二次光學系統242可將二次電子束236、238及240聚焦至電子偵測裝置244之偵測子區246、248及250上。偵測子區246、248及250可經組態以偵測對應的二次電子束236、238及240且產生用以重建構晶圓230之表面區域的影像之對應信號。
圖3A為符合本發明之實施例的檢測系統300之側視圖。如圖3A中所展示，檢測系統300包括電子束工具310、進階充電控制器(ACC)模組320、上面安置待檢測樣本(例如晶圓340)的載物台330，及束監測系統350。電子束工具310可發射初級電子束312至晶圓340上之所關注區域上，並收集自晶圓表面發出的二次電子以形成晶圓340上之所關注區域的影像。ACC模組320可包括發射光束322 (例如雷射束)至晶圓340上並在晶圓表面上形成光束322之束點的ACC發射器。當初級電子束312照射晶圓340上之所關注區域時，電荷可歸因於大束電流而累積。自ACC模組320發射的光束322可經組態以調節歸因於光電導性或光電效應或光電導性與光電效應之組合的所累積電荷。重要的是監測自ACC模組320發射的光束322之功率及品質以藉由光束322有效地調節所累積電荷。
常規地，光束之功率及品質係藉由功率計及束輪廓儀來監測。然而，檢測系統300可並不具備功率計或束輪廓儀。結果，光束之功率及品質可不會就地(亦即在檢測系統300之操作期間)被監測。
根據本發明之實施例，束監測系統350可包括於檢測系統300中以監測自ACC模組320發射的光束322之功率及輪廓。束監測系統350可包括影像感測器360、安置於晶圓340與影像感測器360之間的光學系統370，及控制器380。光學系統370可包括經組態以將二次束324聚焦至影像感測器360上的一或多個光學透鏡。二次束324可包括自晶圓表面散射之光束，或自晶圓表面繞射之光束，或自晶圓表面散射之光束與自晶圓表面繞射之光束的組合。影像感測器360可為電荷耦合裝置(CCD)攝影機或互補金氧半導體(CMOS)感測器，其偵測二次束324以形成二次束324之影像。控制器380可為經組態以接收來自影像感測器360的二次束324之影像並基於二次束324之影像獲得自ACC模組320發射的光束322之束輪廓及束功率的電腦。另外，控制器380可經組態以基於光束322之束輪廓及束功率控制ACC模組320。舉例而言，基於光束322之束功率，控制器380可自動地調整包括於ACC模組320中的ACC發射器之工作電流以使ACC發射器之輸出功率保持在目標功率處或保持穩定。同時，基於光束322之束輪廓，控制器380可調整包括於ACC模組320中之束整形器以獲得束輪廓之所要形狀或所要功率分佈。此外，基於光束322之束功率，控制器380可經組態以監測藉由光束322形成於晶圓表面上的束點之部位。在未對準之情況下，控制器380可經組態以再對準束點與電子束工具310之視場。亦即，控制器380可控制ACC發射器以發射光束322至晶圓340上之由初級電子束312照射的位置。
圖3B為符合本發明之實施例的在束監測系統350之操作期間的檢測系統300之俯視圖。為簡化說明，電子束工具310及控制器380自圖3B中省略。如圖3B中所展示，在檢測系統300中，來自ACC模組320之光束322可與電子束工具310之視場對準。同時，影像感測器360之視場亦可與電子束工具310之視場對準。在束監測程序開始時，電子束工具310之視場可移動至載物台330之上面未安置晶圓340的拐角部分。載物台330之拐角部分可具有相對粗糙表面，且二次束324可自此粗糙表面散射或繞射。以此方式，影像感測器360可俘獲形成於載物台330之拐角部分上的束點之影像。在一些替代實施例中，特殊設計之樣本表面可用以收集自ACC模組320發射之光束信號。又可替代地，晶圓表面或平滑表面亦可用以收集自ACC模組320發射之光束信號。
在一些實施例(諸如圖3A中所說明的實施例)中，ACC模組320及影像感測器360安置於真空腔室390外部，電子束工具310及晶圓340安置於該真空腔室中。在檢測系統300之操作期間，光束322及二次束324可穿過形成於真空腔室390中的一或多個窗。在一些替代實施例中，ACC模組320及影像感測器360中之至少一者可安置於真空腔室390內部。
在一些實施例(諸如圖3A及圖3B中所說明之實施例)中，影像感測器360並不直接安置於藉由自ACC模組320發射的光束322形成的束點之頂部，且因此影像感測器360可不會自束點之頂部側俘獲束點之影像。結果，由影像感測器360俘獲的影像中之束點的形狀可與光束322在表面上的投影不相同。然而，光束322在樣本表面上的投影(「俯視圖」)使得能夠評估光束322與樣本(例如晶圓340)之間的相互作用。因此，根據本發明之實施例，控制器380可經組態以變換藉由影像感測器360拍攝的束點之影像(下文中被稱作「束點影像」)，以獲得光束322在樣本表面上的投影。藉由控制器380執行的方法被稱作座標變換方法。
圖4為符合本發明之實施例的用於藉由使用座標變換方法變換束點影像之程序400的例示性流程圖。程序400可藉由控制器(諸如圖3A中所說明的控制器380)執行。
如圖4中所展示，在步驟410處，控制器可獲得形成於樣本表面上並由影像感測器(例如圖3A之影像感測器360)俘獲的束點影像。圖5A為由安置於圖3B中所說明之位置處之影像感測器360俘獲的例示性束點影像。如圖5A中所展示，在影像中心處的束點之形狀失真。
在步驟420處，控制器可變換束點影像之座標以獲得形成於樣本表面上的束點之俯視圖。座標變換可基於光學系統370、ACC模組320及影像感測器360之位置及佈局來執行。舉例而言，控制器380可基於以下方程式變換束點影像中之至少一個像素的座標：
Figure 02_image001
其中x'及y'係關於晶圓之笛卡爾座標，x及y係由影像感測器360俘獲的束點影像中之座標，m為光學系統370之放大率，且θ為影像感測器360相對於樣本表面之角度，如圖3A中所說明。圖5B為形成於樣本表面上的束點之俯視圖，其可藉由使用座標變換方法而獲得。如圖5B中所展示，在座標變換之後，束點之形狀變得不大失真。
如先前所描述，在一些實施例中，在相對粗糙表面(諸如圖3B中所說明的載物台330之表面)上拍攝影像。來自光束322之光可歸因於粗糙表面而散射或繞射至影像感測器360中。然而，散射率跨越束點並不均勻，籍此引起藉由控制器380基於由影像感測器360俘獲的束點影像獲得的束輪廓之失真。圖6為基於形成於相對粗糙樣本表面上之束點影像而獲得的例示性3D束輪廓之圖式。在圖6之圖式中，橫軸表示樣本表面上之位置，其豎軸表示在不同位置處的束點之光強度(例如灰階)。如圖6中所展示，形成於相對粗糙樣本表面上的束點之強度並不平滑地分佈。
為最小化或去除粗糙表面對束輪廓的影響，根據本發明之實施例，影像感測器360可經組態以俘獲在樣本表面上之不同部位處的複數個束點影像，且控制器380可基於該複數個影像獲得平均影像。此方法被稱作部位平均方法。
圖7為符合本發明之實施例的用於獲得平均束點影像之程序700的例示性流程圖。程序700可藉由控制器(諸如圖3A中所說明的控制器380)執行。
如圖7中所展示，在步驟710處，控制器可獲得形成於樣本表面上之不同部位處的束點之複數個影像。經選擇用於執行部位平均方法的部位可為(但不限於)4×4或5×5矩陣。圖8A為部位1至16之4×4矩陣的實例，其中束點影像可在部位平均方法中被俘獲。舉例而言，在圖8A中所說明的4×4矩陣中，控制器可首先移動載物台(例如圖3A之載物台330)至部位1，使得來自ACC模組(例如圖3A之ACC模組320)的光束(例如圖3A之光束322)在部位1處形成束點，且影像感測器(例如圖3A之影像感測器360)可俘獲形成於部位1處的束點之影像。接著，控制器可移動載物台至部位2同時保持ACC模組及影像感測器之位置不變，使得來自ACC模組之光束在部位2處形成束點，且影像感測器可俘獲形成於部位2處的束點之影像。程序對於部位3至部位16繼續直至影像感測器俘獲形成於部位16處的束點之影像為止。結果，控制器可獲得分別形成於部位1至16處的十六(16)個束點影像。
返回參看圖7，在步驟720處，控制器可基於複數個影像產生平均影像。在圖8A中所說明的4×4矩陣之實例中，控制器可基於在部位1至部位16處拍攝的十六(16)個束點影像產生平均影像。在一些實施例中，束點影像可為各自包括複數個像素之灰階影像，且每一像素具有灰階。控制器可對於至少一個像素基於該複數個影像中之所有對應像素的灰階計算平均灰階。舉例而言，在圖8A中所說明的4×4矩陣之實例中，對於在位置(x、y)處的像素，控制器可對所有十六(16)個影像中之位置(x、y)處的所有像素之灰階求和，且將所獲得灰階除以16以獲得像素之平均灰階。圖8B為基於一平均影像而獲得的例示性3D束輪廓之圖式，該平均影像係基於在部位1至部位16處俘獲之十六(16)個束點影像而產生。如圖8B中所展示，平均影像中之束點之強度經平滑地分佈。
通常，影像感測器具有8位元、10位元或16位元之動態範圍。因為光束(例如雷射束)可具有高強度，或束強度可自中心至光束邊緣發生顯著改變，因此影像感測器歸因於影像感測器之有限動態範圍可難以獲得光束之整體束輪廓(亦即，整體強度分佈)。根據本發明之一些實施例，為克服影像感測器之有限動態範圍及為避免使用過度曝光像素資訊，可藉由使用在不同曝光時間拍攝的束點之影像來恢復完整束輪廓。如本文所使用，曝光時間表示影像感測器中之膠片或數位感測器曝光時的時間長度。此方法可被稱作動態範圍擴展方法。
圖9為符合本發明之實施例的用於使用動態範圍擴展方法獲得束輪廓的程序900之流程圖。程序900可藉由控制器(諸如圖3A中所說明的控制器380)執行。
如圖9中所展示，在步驟910處，控制器可首先獲得在影像感測器(諸如圖3A之影像感測器360)之不同曝光時間俘獲的束點之一影像序列。亦即，該影像序列中之每一影像已由影像感測器在影像感測器之不同曝光時間俘獲。曝光時間可介於可供用於影像感測器的較短曝光時間至長得足以俘獲束點之邊緣的曝光時間範圍。不同曝光時間可經選擇以確保自該影像序列獲得的部分束輪廓彼此重疊。圖10A至圖10C為在曝光時間t1、t2及t3俘獲的束點之影像之實例。圖10D至圖10F分別為自圖10A至圖10C之影像獲得的部分束輪廓之實例。曝光時間t1為t1、t2及t3之間最短的時間。曝光時間t1可得到在高位準之第一部分束輪廓，如圖10D中所展示。接著，藉由增加曝光時間至t2，可獲得如圖10E中所展示的在中間位準之第二部分束輪廓。接下來，曝光時間增加至t3，此可得到在低位準之第三部分束輪廓，如圖10F中所展示。在圖10D至圖10F處的部分束輪廓彼此部分地重疊。
在步驟920處，控制器可藉由使用灰階放大因數用於至少一個束點影像而調整至少一個束點影像。在本文中，為了克服影像感測器之有限動態範圍，控制器可首先藉由自影像中之所有像素中選擇在動態範圍內或不具有動態範圍的像素(亦稱作「含有適用資訊之像素」)來分類適用像素資訊。不具有適用資訊之像素(亦稱作「不適用像素」)可藉由控制器丟棄或忽略。換言之，在一些實施例中，僅僅具有適用資訊之像素用於處理。控制器可藉由例如將束點影像中含有適用資訊的每一像素之灰階乘以影像之灰階放大因數而調整束點影像。
在一些實施例中，控制器可基於俘獲束點影像所藉以的曝光時間判定用於束點影像之灰階放大因數。灰階放大因數可與曝光時間反向相關。曝光時間愈長，灰階放大因數愈低；且反之亦然。舉例而言，用於第一所選擇束點影像的灰階放大因數可藉由將俘獲第一所選擇束點影像所藉以之第一曝光時間除以俘獲第二所選擇束點影像所藉以之第二曝光時間而計算。
在一些其他實施例中，控制器可基於在不同曝光時間同一像素之灰階來判定灰階放大因數。舉例而言，控制器可藉由比較束點影像中之像素的灰階與其他束點影像中之像素的灰階而判定與束點影像相關聯的灰階放大因數。圖11A至圖11G說明根據此等實施例之判定灰階放大因數的例示性方法。
特定言之，圖11A為在曝光時間t1收集的第一例示性束點影像。圖11B為在曝光時間t2收集的第二例示性束點影像。圖11C為當沿著其中形成束點的樣本表面上之x軸觀看時，圖11A及圖11B之第一及第二束點影像中之像素(亦即，適用像素)的灰階之圖式。在圖11C之圖式中，水平軸上的值表示沿著x軸之位置，其豎軸上之值表示灰階。圖11D為圖11A及圖11B之第一及第二束點影像中之適用像素的灰階之俯視圖。在圖11D之圖式中，水平軸上之值表示沿著x軸的位置，其豎軸上之值表示沿著垂直於x軸之y軸的位置。控制器380可比較第一及第二束點影像之灰階以獲得複數個重疊像素對。每一重疊像素對中之像素具有對應束點影像中之相同位置。圖11E為當沿著其中形成束點的樣本表面上之x軸觀看時，複數個重疊像素對之灰階的圖式。圖11F為該複數個重疊像素對之灰階的俯視圖。控制器可基於重疊像素對之灰階藉由使用如下描述的兩個例示性方法中之至少一者來判定與第一光束點影像相關聯的灰階放大因數。
在第一例示性方法中，控制器可基於該對重疊像素的灰階之比率判定每一重疊像素對之個別灰階放大因數。舉例而言，對於由來自第一光束點影像之第一像素及來自第二光束點影像之第二像素組成的重疊像素對，控制器可藉由例如將第二像素之灰階除以第一像素之灰階來判定個別灰階放大因數。控制器接著可藉由例如對所有複數個重疊像素對之個別灰階放大因數求平均值來判定與第一光束點影像相關聯的灰階放大因數。
在第二例示性方法中，假設該複數個重疊像素對由來自第一光束點影像之第一像素集及來自第二光束點影像之第二像素集組成，控制器可藉由對第一像素集之灰階求和獲得第一總灰階，並藉由對第二像素集之灰階求和獲得第二總灰階。控制器接著可藉由將第一總灰階除以第二總灰階來判定與第一光束點影像相關聯的灰階放大因數。
在判定與第一光束點影像相關聯之灰階放大因數之後，控制器可藉由例如將第一光束點影像中之含有適用資訊的每一像素之灰階乘以灰階放大因數而調整第一光束點影像。控制器接著可組合經調整第一光束點影像中之灰階與第二光束點影像中之灰階以獲得束輪廓。圖11G為藉由控制器380獲得的束輪廓中之灰階的圖式。
返回參看圖9，在步驟930處，控制器可組合該影像序列以獲得束輪廓。舉例而言，控制器可藉由對準圖10D至圖10F中之自束點影像獲得的部分束輪廓而組合圖10A至圖10C中之束點影像，並獲得圖10G中所展示的完整束輪廓。完整束輪廓可用以監測束品質。
在圖10A至圖10G中所說明之實例中，三(3)個束點影像用於獲得完整束輪廓。本發明不限於此，且在不同曝光時間拍攝的較少或較多影像可用於獲得完整束輪廓。通常，可使用5至13個束點影像。在影像感測器之動態範圍足夠大的一些情況下，單個束點影像可足以產生完整束輪廓。
根據本發明之一些實施例，光束之功率(「束功率」)亦可基於由影像感測器俘獲的束點影像而判定。此方法被稱作功率校準方法。圖12為符合此等實施例之使用功率校準方法判定束功率的程序1200之流程圖。程序1200可藉由控制器(諸如圖3A中的控制器380)執行。
如圖12中所展示，在步驟1210處，控制器可獲得由影像感測器(諸如圖3A中的影像感測器360)俘獲的光束之束點影像。在步驟1220處，控制器可基於束點影像獲得光束之束輪廓。舉例而言，控制器可使用關於圖9描述之方法獲得束輪廓。在步驟1230處，控制器可藉由例如對束輪廓中之所有像素的灰階求和而獲得束點之總灰階。在步驟1240處，控制器可基於束功率與總灰階之間的關係來判定光束之功率。
總灰階GL可寫為： GL=功率*β*η 其中功率為來自繞射表面之束點的功率，其可藉由功率計來量測，β為至影像感測器上的能量繞射效率，η為功率與灰階轉換比率。β*η表示功率與總灰階GL之間的關係。β*η可在檢測系統(例如檢測系統100)操作之前被校準且可儲存於記憶體中。
舉例而言，為校準β*η，控制器可首先獲得由影像感測器(諸如圖3A之影像感測器360)俘獲之樣本光束的樣本束點之影像(下文中被稱作「樣本束點影像」)。束點影像可在真空腔室內部或外部被俘獲。控制器可基於束點影像獲得樣本光束之束輪廓。圖13A為可藉由控制器獲得的3D束輪廓之實例。在獲得樣本光束之束輪廓之後，控制器可藉由例如對樣本光束之束輪廓中之像素的灰階求和而獲得樣本束點之總灰階。控制器接著可獲得藉由功率計量測的樣本光束之功率。圖13B示意性說明符合本發明之一些實施例的藉由功率計量測束功率的方法。如圖13B中所展示，ACC模組1300可經組態以發射直接進入功率計1320之光束1310，其功率計1320可量測光束1310之束功率。在控制器獲得樣本光束之束功率之後，控制器可判定β*η，其表示樣本束點之總灰階與樣本光束之功率之間的關係。圖13C為樣本光束的束功率與總灰階之間的例示性關係之圖式。在圖13C之圖式中，水平軸表示束功率，且豎軸表示束點之總灰階。藉由進行此，束點之總灰階可與束功率相關。接著，ACC模組之束功率可就地運用由影像感測器俘獲的束點影像之總灰階計數來監測。
根據上文所揭示實施例，用於監測自檢測系統中之ACC模組發射之光束的束監測系統可包括：一影像感測器，其經組態以收集藉由光束在影像感測器之不同曝光時間形成的束點之一影像序列；及一控制器，其經組態以組合該影像序列以獲得光束之束輪廓。結果，即使影像感測器具有大小不足以俘獲光束之完整束輪廓的動態範圍，控制器仍可基於自該影像序列獲得的部分束檔案獲得完整束輪廓。
另外，控制器可經組態以對於該影像序列中之至少一者，基於光及影像感測器相對於束點的位置及配置於影像感測器與表面之間的光學系統之放大因數來變換影像之座標。結果，可獲得光束在表面上的投影，且可準確評估光束與表面之間的相互作用。
此外，影像感測器可經組態以在至少一個曝光時間收集形成於表面上之不同部位處的束點之複數個影像，且控制器可經組態以基於該複數個影像產生一平均影像並使用該平均影像作為該至少一個曝光時間之所收集影像。結果，即使上面形成束點的表面相對粗糙，基於該平均影像而獲得的束輪廓仍可係平滑的。
此外，控制器可經組態以藉由對束輪廓中之所有像素的灰階求和而獲得束點之總灰階，並基於總灰階與功率之間的預定關係來判定光束之功率。結果，可在檢測系統操作時不使用功率計就地獲得束功率。
可以使用以下條項進一步描述實施例： 1.     一種用於監測一檢測系統中之一束的系統，其包含： 一影像感測器，其包括用以收集形成於一表面上的一束之一束點之一影像序列的電路，該影像序列中之每一影像已在該影像感測器之一不同曝光時間被收集；及 一控制器，其具有一或多個處理器及一記憶體，該控制器經組態以組合該影像序列以獲得該束之一束輪廓。 2.     如條項1之系統，其中該控制器經進一步組態以藉由使用與該影像序列中之一影像相關聯之一灰階放大因數來調整該影像。 3.     如條項2之系統，其中該控制器經進一步組態以藉由將該影像中含有適用資訊的每一像素之一灰階乘以與該影像相關聯之該灰階放大因數來調整該影像。 4.     如條項2及3中任一項之系統，其中該控制器經組態以基於收集該影像所藉以的一曝光時間判定與該影像相關聯之該灰階放大因數。 5.     如條項2及3中任一項之系統，其中該控制器經組態以基於該影像序列中之像素的灰階之一比較判定與該影像相關聯的該灰階放大因數。 6.     如條項5之系統，其中該影像為該影像序列中之一第一所選擇影像，且該控制器經組態以基於以下各者判定與該第一所選擇影像相關聯之該灰階放大因數： 比較該第一所選擇影像與該複數個影像中之一第二所選擇影像以獲得複數個重疊像素對；及 基於該複數個重疊像素對中之像素的灰階來判定與該第一所選擇影像相關聯之該灰階放大因數。 7.     如條項1至6中任一項之系統，其中該控制器經進一步組態以對於該影像序列中之一特定影像，基於該束及該影像感測器相對於該束點的位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數而變換該特定影像之座標。 8.     如條項1至7中任一項之系統，其中 該影像感測器包括用以在一曝光時間收集形成於該表面上之不同部位處的該束點之複數個影像的電路，且 該控制器經組態以： 基於該複數個影像產生一平均影像；及 使用該平均影像作為該曝光時間之該所收集影像。 9.     如條項8之系統，其中該控制器經組態以藉由下述來產生該平均影像： 對於一像素，基於該複數個影像中之像素的該等灰階來判定一平均灰階。 10.   如條項1至9中任一項之系統，其中該控制器經進一步組態以： 藉由對該束輪廓中之所有像素的該等灰階求和來獲得該束點之一總灰階；及 基於該總灰階與該功率之間的一關係來判定該束之一功率。 11.   如條項10之系統，其中該控制器經組態以藉由以下各者判定該總灰階與該功率之間的該關係： 獲得藉由一功率計量測的一樣本束之一功率； 獲得藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像； 基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓； 藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階； 判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及 基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。 12.   如條項10及11中任一項之系統，其中 該檢測系統進一步包括包括用以發射該束之電路的一發射器，且 該控制器經進一步組態以基於該束之該經判定功率來調整該發射器之一輸出功率。 13.   如條項1至12中任一項之系統，其中 該檢測系統進一步包括包括用以發射該束之電路的一發射器，且該發射器包括一束整形器，且 該控制器經進一步組態以基於該束之該束輪廓控制該束整形器。 14.   如條項1至13中任一項之系統，其中該檢測系統進一步包括一帶電粒子束工具，其包括用以發射一帶電粒子束至該表面上的電路。 15.   如條項14之系統，其中該控制器經進一步組態以對準該束之該束點與該帶電粒子束工具之一視場。 16.   如條項14之系統，其中該檢測系統進一步包括一進階充電控制模組，其包括用以發射該束之電路。 17.   如條項16之系統，其中該帶電粒子束工具、該進階充電控制模組及該影像偵測器經安置於一真空腔室外部。 18.   一種監測一檢測系統中之一束的方法，其包含： 獲得形成於一表面上的一束之一束點的一影像序列，該影像序列中之每一影像已藉由一影像感測器在該影像感測器之一不同曝光時間收集；及 組合該影像序列以獲得該束之一束輪廓。 19.   如條項18之方法，其進一步包含藉由使用與該影像序列中之一影像相關聯之一灰階放大因數調整該影像。 20.   如條項19之方法，其中調整該影像序列中之該影像包含： 將該影像中含有適用資訊之每一像素之一灰階乘以與該影像相關聯的該灰階放大因數。 21.   如條項19及20中任一項之方法，其進一步包含基於收集該影像所藉以之一曝光時間判定與該影像相關聯的該灰階放大因數。 22.   如條項19及20中任一項之方法，其進一步包含基於該影像序列中之像素的灰階的一比較來判定與該影像相關聯之該灰階放大因數。 23.   如條項22之方法，其中該影像為該影像序列中之一第一所選擇影像，且該方法進一步包含： 比較該第一所選擇影像與該複數個影像中之一第二所選擇影像以獲得複數個重疊像素對；及 基於該複數個重疊像素對中之像素的灰階來判定與該第一所選擇影像相關聯的該灰階放大因數。 24.   如條項18至23中任一項之方法，其進一步包含，對於該影像序列中之一特定影像，基於該束及該影像感測器相對於該束點之位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數來變換該特定影像之座標。 25.   如條項18至24中任一項之方法，其進一步包含： 獲得形成於該表面上之不同部位處的該束點之複數個影像；及 基於該複數個影像產生一平均影像。 26.   如條項25之方法，其中該產生該平均影像包含： 對於一像素，基於該複數個影像中之該等像素的該等灰階來判定一平均灰階。 27.   如條項18至26中任一項之方法，其進一步包含： 藉由對該束輪廓中之所有該等像素的該等灰階求和而獲得該束點之一總灰階；及 基於該總灰階與該功率之間的一預定關係來判定該束之一功率。 28.   如條項27之方法，其進一步包含藉由以下各者判定該總灰階與該功率之間的該關係： 獲得藉由一功率計量測的一樣本束之一功率； 獲得藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像； 基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓； 藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階； 判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及 基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。 29.   如條項27及28中任一項之方法，其中 該檢測系統進一步包括發射該束之一發射器，且 該方法進一步包含基於該束之該經判定功率來調整該發射器之一輸出功率。 30.   如條項18至29中任一項之方法，其中 該檢測系統進一步包括發射該束之一發射器，且該發射器包括一束整形器，且 該方法進一步包含基於該束之該束輪廓控制該束整形器。 31.   如條項18至30中任一項之方法，其中 該檢測系統進一步包括發射該束之一發射器，及發射一帶電粒子束至該表面上的一帶電粒子束工具， 該方法進一步包含對準該束之該束點與該帶電粒子束工具之一視場。 32.   一種儲存一指令集的非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由用於監測一檢測系統中之一束的一系統之一處理器執行以促使該系統執行一方法，該方法包含： 獲得形成於一表面上的一束之一束點的一影像序列，該影像序列中之每一影像已藉由一影像感測器在該影像感測器之一不同曝光時間收集；及 組合該影像序列以獲得該束之一束輪廓。 33.   如條項32之媒體，其中可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行： 藉由使用與該影像序列中之一影像相關聯之一灰階放大因數來調整該影像。 34.   如條項33之媒體，其中調整該影像序列中之該影像包含： 將該影像中含有適用資訊之每一像素之一灰階乘以與該影像相關聯的該灰階放大因數。 35.   如條項33及34中任一項之媒體，其中可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行： 基於收集該影像所藉以之一曝光時間判定與該影像相關聯之該灰階放大因數。 36.   如條項33及34中任一項之媒體，其中可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行： 基於該影像序列中之像素之灰階的一比較來判定與該影像相關聯的該灰階放大因數。 37.   如條項36之媒體，其中該影像為該影像序列之一第一所選擇影像，且可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行： 比較該第一所選擇影像與該複數個影像中之一第二所選擇影像以獲得複數個重疊像素對；及 基於該複數個重疊像素對中之像素的灰階來判定與該第一所選擇影像相關聯的該灰階放大因數。 38.   如條項18至23中任一項之媒體，其中可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行： 對於該影像序列中之一特定影像，基於該束及該影像感測器相對於該束點的位置及配置於與該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數變換該特定影像之座標。 39.   如條項32至38中任一項之媒體，其中該指令集可由該系統之該處理器執行進一步促使該系統執行： 獲得形成於該表面上之不同部位處的該束點之複數個影像；及 基於該複數個影像產生一平均影像 40.   如條項39之媒體，其中產生該平均影像包含： 對於一像素，基於該複數個影像中之該等像素的該等灰階來判定一平均灰階。 41.   如條項32至40中任一項之媒體，其中可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行： 藉由對該束輪廓中之所有該等像素的該等灰階求和而獲得該束點之一總灰階；及 基於該總灰階與該功率之間的一預定關係來判定該束之一功率。 42.   如條項41之媒體，其中該組指令可由該系統之該等處理器執行以進一步致使該系統執行： 藉由以下操作判定該總灰階與該功率之間的該關係： 獲得藉由一功率計量測的一樣本束之一功率； 獲得藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像； 基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓； 藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階； 判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及 基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。 43.   如條項41及42中任一項之媒體，其中該檢測系統進一步包括發射該束之一發射器，且可由該系統之該處理器執行的該指令集合進一步促使該系統執行以下操作： 基於該束之該經判定功率來調整該發射器之一輸出功率。 44.   如條項32至43中任一項之媒體，其中該檢測系統進一步包括發射該束之一發射器，且該發射器包括一束整形器，且可由該系統之該處理器執行的該指令集合進一步促使該系統執行以下操作： 基於該束之該束輪廓控制該束整形器。 45.   如條項18至30中任一項之媒體，其中該檢測系統進一步包括發射該束之一發射器及發射一帶電粒子束至該表面上的一帶電粒子束工具，可由該系統之該處理器執行的該指令集合進一步促使該系統執行以下操作： 對準該束之該束點與該帶電粒子束工具之一視場。 46.   一種用於監測一檢測系統中之一束的系統，其包含： 一影像感測器，其包括用以收集形成於一表面上的一束之一束點的一影像的電路；及 一控制器，其具有一或多個處理器及一記憶體，該控制器經組態以基於該束及該影像感測器相對於該束點的位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數變換該影像之座標。 47.   一種監測一檢測系統中之一束的方法，其包含： 藉由一影像感測器收集形成於一表面上的一束之一束點的一影像；及 基於該束及該影像感測器相對於該束點之位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數變換該影像之座標。 48.   一種儲存一指令集的非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由用於監測一檢測系統中之一束的一系統之一處理器執行以促使該系統執行一方法，該方法包含： 接收形成於一表面上並由一影像感測器收集的一束之一束點的一影像；及 基於該束及該影像感測器相對於該束點之位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數變換該影像之座標。 49.   一種用於監測一檢測系統中之一束的系統，其包含： 一影像感測器，其包括用以收集一束之一束點的複數個影像的電路，該複數個影像中之每一影像形成於一表面上的一不同部位處；及 一控制器，其具有一或多個處理器及一記憶體，該控制器經組態以基於該複數個影像產生一平均影像。 50.如條項49之系統，其中該控制器經組態以藉由下述產生該平均影像： 對於一像素，基於該複數個影像中之該等像素的該等灰階來判定一平均灰階。 51.   一種監測一檢測系統中之一束的方法，其包含： 收集一束之一束點的複數個影像，該複數個影像中之每一影像形成於一表面上的一不同部位處；及 基於該複數個影像產生一平均影像。 52.   如條項51之方法，其中該產生該平均影像包含： 對於一像素，基於該複數個影像中之該等像素的該等灰階來判定一平均灰階。 53.   一種儲存一指令集的非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由用於監測一檢測系統中之一束的一系統之一處理器執行以促使該系統執行一方法，該方法包含： 接收一束之一束點的複數個影像，該複數個影像中之每一影像形成於一表面上的一不同部位處；及 基於該複數個影像產生一平均影像。 54.如條項53之媒體，其中該產生該平均影像包含： 對於一像素，基於該複數個影像中之該等像素的該等灰階來判定一平均灰階。 55.   一種用於監測一檢測系統中之一束的系統，其包含： 一影像感測器，其包括用以收集形成於一表面上的一束之一束點的一影像的電路；及 一控制器，其具有一或多個處理器及一記憶體，該控制器經組態以： 基於該影像獲得該束之一束輪廓； 基於該束輪廓獲得該束點之一總灰階；及 基於該總灰階與該功率之間的一預定關係來判定該束之一功率。 56.   如條項55之系統，其中該控制器經組態以藉由以下操作判定該總灰階與該功率之間的該預定關係： 獲得藉由一功率計量測的一樣本束之一功率； 獲得藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像； 基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓； 藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階； 判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及 基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。 57.   如條項55及56中任一項之系統，其中 該檢測系統進一步包括包括用以發射該束之電路的一發射器，且 該控制器經進一步組態以基於該束之該經判定功率來調整該發射器之一輸出功率。 58.   如條項55至57中任一項之系統，其中該檢測系統進一步包括包括用以發射一帶電粒子束至該表面上的電路的一帶電粒子束工具。 59.   如條項58之系統，其中該檢測系統進一步包括包括用以發射該束之電路的一進階充電控制模組。 60.   如條項59之系統，其中該帶電粒子束工具、該進階充電控制模組及該影像偵測器安置於一真空腔室外部。 61.   一種監測一檢測系統中之一束的方法，其包含： 收集形成於一表面上的一束之一束點的一影像； 基於該影像獲得該束之一束輪廓； 基於該束輪廓獲得該束點之一總灰階；及 基於該總灰階與該功率之間的一預定關係來判定該束之一功率。 62.   如條項61之方法，其進一步包含藉由以下操作判定該總灰階與該功率之間的該關係： 獲得藉由一功率計量測的一樣本束之一功率； 獲得藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像； 基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓； 藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階； 判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及 基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。 63.   一種儲存一指令集的非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由用於監測一檢測系統中之一束的一系統之一處理器執行以促使該系統執行一方法，該方法包含： 接收形成於一表面上的一束之一束點的一影像； 基於該影像獲得該束之一束輪廓； 基於該束輪廓獲得該束點之一總灰階；及 基於該總灰階與該功率之間的一預定關係來判定該束之一功率。 64.   如條項63之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由該系統之該處理器執行的該指令集進一步促使該系統執行以下操作： 藉由以下操作判定該總灰階與該功率之間的該關係： 接收藉由一功率計量測的一樣本束之一功率； 接收藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像； 基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓； 藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階； 判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及 基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。
應瞭解，本發明不限於上文所描述及在附圖中所說明之確切建構，且可在不背離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。意欲本發明之範疇應僅由隨附申請專利範圍限制。
100:電子束檢測(EBI)系統 101:主腔室 102:裝載/鎖定腔室 103:陰極 104:電子束工具/設備 105:光軸 106:裝備前端模組(EFEM) 106a:第一裝載埠 106b:第二裝載埠 109:控制器 120:陽極 122:槍孔隙 125:束限制孔隙 126:聚光透鏡 130:儲存器 132:物鏡總成 132a:極片 132b:控制電極 132c:偏轉器 132d:激勵線圈 134:機動載物台 135:柱孔隙 136:晶圓固持器 144:電子偵測器 148:第一四極透鏡 150:晶圓 158:第二四極透鏡 161:電子束 199:影像處理系統 200:影像獲取器 202:電子源 204:槍孔隙 206:聚光透鏡 208:交越 210:初級電子束 212:源轉換單元 214:小射束 216:小射束 218:小射束 220:初級投影光學系統 222:束分離器 226:偏轉掃描單元 228:物鏡 230:晶圓 236:二次電子束 238:二次電子束 240:二次電子束 242:二次光學系統 244:電子偵測裝置 246:偵測子區 248:偵測子區 250:偵測子區 252:副光軸 260:主光軸 270:探測光點 272:探測光點 274:探測光點 300:檢測系統 310:電子束工具 312:初級電子束 320:進階充電控制器(ACC)模組 322:光束 324:二次束 330:載物台 340:晶圓 350:束監測系統 360:影像感測器 370:光學系統 380:控制器 390:真空腔室 400:程序 410:步驟 420:步驟 700:程序 710:步驟 720:步驟 900:程序 910:步驟 920:步驟 930:步驟 1200:程序 1210:步驟 1220:步驟 1230:步驟 1240:步驟 1300:ACC模組 1310:光束 1320:功率計
圖1說明符合本發明之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統100。
圖2A及圖2B為說明符合本發明之實施例的可為圖1之例示性電子束檢測系統的部分的例示性電子束工具之示意圖。
圖3A為符合本發明之實施例的檢測系統之側視圖。
圖3B為符合本發明之實施例的圖3A之檢測系統的俯視圖。
圖4為符合本發明之實施例的用於藉由使用座標變換方法變換束點之影像的程序之例示性流程圖。
圖5A為符合本發明之實施例的由影像感測器俘獲的束點之例示性影像。
圖5B為符合本發明之實施例的形成於樣本表面上的束點之俯視圖的例示性影像。
圖6為符合本發明之實施例的基於形成於相對粗糙樣本表面上的束點之影像而獲得的3D束輪廓之圖式。
圖7為符合本發明之實施例的用於獲得平均束點影像之程序的例示性流程圖。
圖8A為符合本發明之實施例的可俘獲束點影像所在之不同部位的實例。
圖8B為符合本發明之實施例的基於平均束點影像而獲得的3D束輪廓之圖式。
圖9為符合本發明之實施例的用於使用動態範圍擴展方法獲得束輪廓的程序之例示性流程圖。
圖10A至圖10C為符合本發明之實施例的在不同曝光時間處拍攝的束點影像之實例。
圖10D至圖10F為符合本發明之實施例的自圖10A至圖10C之束點影像獲得的部分束輪廓之實例。
圖10G為符合本發明之實施例的基於圖10A至圖10C之束點影像而獲得的完整束輪廓。
圖11A至圖11G說明符合本發明之實施例的判定灰階放大因數之例示性方法。
圖12為符合本發明之實施例的用於使用功率校準方法判定束功率的程序之例示性流程圖。
圖13A為符合本發明之實施例的3D束輪廓之實例。
圖13B示意性說明符合本發明之一些實施例的藉由功率計量測束功率的方法。
圖13C為符合本發明之一些實施例的在束功率與束點之總灰階之間的例示性關係之圖式。
300:檢測系統
310:電子束工具
312:初級電子束
320:進階充電控制器(ACC)模組
322:光束
324:二次束
330:載物台
340:晶圓
350:束監測系統
360:影像感測器
370:光學系統
380:控制器
390:真空腔室

Claims (15)

  1. 一種用於監測一檢測系統中之一束的系統，其包含：一影像感測器，其包括用以收集形成於一表面上的一束之一束點(beam spot)之一影像序列(a sequence of images)的電路，該影像序列中之每一影像已在該影像感測器之一不同曝光時間被收集；及一控制器，其具有一或多個處理器及一記憶體，該控制器經組態以組合該影像序列以獲得該束之一束輪廓(beam profile)。
  2. 如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以藉由使用與該影像序列中之一影像相關聯之一灰階放大因數來調整該影像。
  3. 如請求項2之系統，其中該控制器經進一步組態以藉由將該影像中之含有適用資訊的每一像素之一灰階乘以與該影像相關聯的該灰階放大因數來調整該影像。
  4. 如請求項2之系統，其中該控制器經組態以基於收集該影像所藉以的一曝光時間判定與該影像相關聯的該灰階放大因數。
  5. 如請求項2之系統，其中該控制器經組態以基於該影像序列中之像素之灰階的一比較來判定與該影像相關聯之該灰階放大因數。
  6. 如請求項5之系統，其中該影像為該影像序列中之一第一所選擇影 像，且該控制器經組態以基於以下各者判定與該第一所選擇影像相關聯的該灰階放大因數：比較該第一所選擇影像與該複數個影像中之一第二所選擇影像以獲得複數個重疊像素對；及基於該複數個重疊像素對中之像素的灰階來判定與該第一所選擇影像相關聯之該灰階放大因數。
  7. 如請求項1至6之系統，其中該控制器經進一步組態以對於該影像序列中之一特定影像，基於該束及該影像感測器相對於該束點的位置及配置於該影像感測器與該表面之間的一光學系統之一放大因數來變換該特定影像之座標。
  8. 如請求項1之系統，其中該影像感測器包括用以在一曝光時間收集形成於該表面上之不同部位處的該束點之複數個影像的電路，且該控制器經組態以：基於該複數個影像產生一平均影像；及使用該平均影像作為該曝光時間之該所收集影像。
  9. 如請求項8之系統，其中該控制器經組態以藉由以下操作產生該平均影像：對於一像素，基於該複數個影像中之像素的該等灰階來判定一平均灰階。
  10. 如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以：藉由對該束輪廓中之所有像素的該等灰階求和來獲得該束點之一總灰階；及基於該總灰階與該功率之間的一關係來判定該束之一功率。
  11. 如請求項10之系統，其中該控制器經組態以藉由以下操作判定該總灰階與該功率之間的該關係：獲得藉由一功率計量測的一樣本束之一功率；獲得藉由該樣本束形成的一樣本束點之一影像；基於該樣本束之該影像獲得該樣本束之一束輪廓；藉由對該樣本束之該束輪廓中之該等像素的該等灰階求和而獲得該樣本束點之一總灰階；判定該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的一關係；及基於該樣本束點之該總灰階與該樣本束之該功率之間的該關係來判定該總灰階與該功率之間的該關係。
  12. 如請求項10之系統，其中該檢測系統進一步包括包括用以發射該束之電路的一發射器，且該控制器經進一步組態以基於該束之該經判定功率來調整該發射器之一輸出功率。
  13. 如請求項1之系統，其中 該檢測系統進一步包括包括用以發射該束之電路的一發射器，且該發射器包括一束整形器，且該控制器經進一步組態以基於該束之該束輪廓控制該束整形器。
  14. 如請求項1之系統，其中該檢測系統進一步包括包括用以發射一帶電粒子束至該表面上之電路的一帶電粒子束工具。
  15. 一種儲存一指令集的非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由用於監測一檢測系統中之一束的一系統之一處理器執行以促使該系統執行一方法，該方法包含：獲得形成於一表面上的一束之一束點的一影像序列，該影像序列中之每一影像已藉由一影像感測器在該影像感測器之一不同曝光時間收集；及組合該影像序列以獲得該束之一束輪廓。
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