TWI791831B - 電子槍系統及使用電子槍系統的方法 - Google Patents

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克里斯多福 希爾斯
魯卡 葛瑞拉
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Abstract

本發明揭示具有一特定內部寬度尺寸、掃掠電極，或一特定內部寬度尺寸與掃掠電極之一組合之電子槍系統。該內部寬度尺寸可小於一束限制孔徑下游之一通道中之次級電子之一拉莫半徑之一值的兩倍，且該等次級電子之一拉莫時間可大於1ns。該掃掠電極可在一漂移區域中產生一電場，這可增加該通道中之次級電子的動能。

Description

電子槍系統及使用電子槍系統的方法
本發明係關於電子槍系統。
半導體製造業之演化對良率管理且特定而言對計量及檢驗系統提出越來越較高的要求。臨界尺寸繼續收縮，但業界需要減少用於達成高良率、高價值產品之時間。最小化自偵測一良率問題至解決該問題之總時間判定一半導體製造商之投資回報。
製作諸如邏輯及記憶體裝置之半導體裝置通常包含使用一大數目之製作程序來處理一半導體晶圓以形成半導體裝置之各種特徵及多個層級。舉例而言，微影係涉及將一圖案自一倍縮光罩轉印至配置於一半導體晶圓上之一光阻劑之一半導體製作程序。半導體製作程序之額外實例包含但不限於化學機械拋光(CMP)、蝕刻、沈積及離子植入。可在一單個半導體晶圓上以一配置製作多個半導體裝置且接著將其分離為個別半導體裝置。
高電壓電子槍在各種領域中係已知的。舉例而言，電子槍可在電子束微影(例如，用於半導體遮罩之製作)中用作一電子源。電子槍亦可用於掃描電子顯微鏡、積體電路之電子束測試及在半導體工業中使用的線寬度計量量測設備。此等電子槍亦具有半導體工業之外之應用，諸如 在掃描電子顯微鏡中。
舉例而言，圖1展示一電子槍之束漂移區域之定尺寸。電子槍系統100包含一電子源101，其引導一初級電子束102。一板103界定一束限制孔徑111。初級電子束102係投射穿過束限制孔徑111。緊挨板103之通道105具有一內部寬度尺寸106。次級電子104干擾來自初級電子束102之電子。
因此，需要經改良電子槍設計。
在一第一實施例中，提供一種電子槍系統。該電子槍系統包括：一電子源，其引導一初級電子束；一板，其界定一束限制孔徑；一磁場源，其產生一磁場；一電壓源，其連接至該磁場源；及一通道，該初級電子束在投射穿過該束限制孔徑之後投射穿過其。該初級電子束係投射穿過該束限制孔徑。該通道具有垂直於投射該初級電子束之一方向之一內部寬度尺寸。該內部寬度尺寸小於或等於該通道中之次級電子之一拉莫半徑之一值的兩倍。該等次級電子之一拉莫時間大於1ns。該內部寬度尺寸可係一直徑。
該內部寬度尺寸可係自2mm至5mm。在一例項中，該內部寬度尺寸係自2mm至3mm。
該電子槍系統可進一步包含一掃掠電極，其在一漂移區域中產生一電場。該電場增加該通道中之次級電子之動能。在一例項中，該電子槍系統進一步包含一第二電壓源，其連接至該掃掠電極。該掃掠電極可相對於投射該初級電子束之該方向而定位於該束限制孔徑下游6mm處。該掃掠電極可在自-100V至+100V之一電壓下操作。
在一第二實施例中，提供一種電子槍系統。該電子槍系統包括：一電子源，其引導一初級電子束；一板，其界定一束限制孔徑；一磁場源，其產生一磁場；一通道，該初級電子束在投射穿過該束限制孔徑之後投射穿過其；一掃掠電極，其在一漂移區域中產生一電場。該初級電子束係投射穿過該束限制孔徑。該電場增加該通道中之次級電子之動能。
該電子槍系統可進一步包含一電壓源，其連接至該掃掠電極。
該掃掠電極可相對於投射該初級電子束之該方向而定位於該束限制孔徑下游6mm處。
該掃掠電極可在自-100V至+100V之一電壓下操作。
在一第三實施例中，提供一種方法。該方法包括用一電子源產生一初級電子束。該初級電子束係投射穿過一束限制孔徑。該初級電子束接著投射穿過該束限制孔徑下游之一通道。將該通道中之該等次級電子限制於一個軌道或更少。該通道中之該等次級電子具有一拉莫半徑及一拉莫時間。該通道具有垂直於投射該初級電子束之一方向之一內部寬度尺寸。該內部寬度尺寸小於或等於該拉莫半徑之一值的兩倍。該等次級電子之該拉莫時間大於1ns。該內部寬度尺寸可係一直徑。
該內部寬度尺寸可係自2mm至5mm。在一例項中，該內部寬度尺寸係自2mm至3mm。
100:電子槍系統
101:電子源
102:初級電子束
103:板
104:次級電子/隨機分佈的低能量次級電子/所產生之次級電子
105:通道/次級電子
106:內部寬度尺寸
107:電子槍系統
108:磁場源
109:電壓源
110:內部寬度尺寸
111:束限制孔徑
200:方法
201:步驟
202:步驟
203:步驟
204:步驟
300:電子槍系統
301:掃掠電極/次級電子
302:電壓源
出於本發明之性質及目標之一更全面理解之目的，應參考結合附圖做出之以下詳細闡述，其中：圖1係展示一先前系統中之束漂移區域之定尺寸之一方塊圖； 圖2係展示根據本發明之束漂移區域之定尺寸之一方塊圖；圖3圖解說明漂移空間中15eV電子之拉莫半徑與殘餘磁場之關係；圖4圖解說明針對15eV電子完成一個軌道之時間(拉莫時間)與殘餘磁場之關係；圖5係根據本發明之一方法之一實施例之一流程圖；圖6係具有一掃掠電極之一實施例之一方塊圖；圖7係在不具有一電場之情形下之束限制孔徑區域中之空間電荷密度；圖8係在具有一20V/cm電場之情形下之空間電荷密度；圖9至圖11展示改變內部寬度尺寸對空間電荷模糊之效應；圖12展示在具有一無場區域及一圓柱形提取器之一設計中之空間電荷；圖13展示在具有一負場之情形下之一漂移區域中之空間電荷；及圖14展示在具有一正場之情形下之一漂移區域中之空間電荷。
本申請案主張於2018年5月29日提出申請且經指定美國申請案第62/677,616號之臨時專利申請案的優先權，其揭示內容藉此係以引用的方式併入。
儘管將依據某些實施例闡述所主張之標的物，但包含不提供本文中所陳述之全部優點及特徵之實施例的其他實施例亦在本發明之範疇內。可在不背離本發明之範疇之情形下做出各種結構、邏輯、程序步驟及電子改變。因此，本發明之範疇僅參考所附申請專利範圍來界定。
可藉由調整一拉莫半徑及/或使用磁場來改良一電子槍之光 學效能。此可藉由調整漂移區域之尺寸或藉由添加額外磁場來達成，此可藉由次級電子來減少軌道之數目。
圖1係展示將束漂移區域定尺寸以利用拉莫半徑之一方塊圖。將束漂移區域定尺寸於束限制孔徑之後，可減少在束限制孔徑處發射之次級電子的駐留時間。藉由減少駐留時間，在次級電極與初級電子束之間可存在較少交互作用。此減少由次級電極引起之負效應。
電子槍系統107包含一電子源101，其引導一初級電子束102。一板103界定一束限制孔徑111。初級電子束102投射穿過束限制孔徑111。緊挨板103之通道105具有一內部寬度尺寸110。通道105相對於初級電子束102之一路經係具有束限制孔徑111之板103的下游。
一磁場源108在通道105中產生一磁場。一電壓源109係與磁場源108電子連通。一沉浸式磁場可被用以改良電子槍系統107之光學效能(例如，亮度及光斑大小)。舉例而言，漂移區域中之殘餘磁場強度係約100高斯。
初級電子束102投射穿過通道105，其可係在電子槍系統107之束漂移區域中。初級電子束102中之束電流係藉由一束限制孔徑111形成，束限制孔徑111阻斷初級電子束102之部分。束限制孔徑111處之所得電子散射產生隨機分佈的低能量次級電子104，其由存在於束限制孔徑111處之殘餘磁場拘限在初級電子束102周圍。所產生之次級電子104的拘限係由拉莫半徑及其等駐留時間(亦即，完成一個軌道之時間乘以軌道之數目)表徵。若次級電子104之駐留時間大於初級電子束102之過渡時間，則所得隨機改變之電荷分佈可使電子槍系統107之解析度及亮度降級。效能降級之機制係影像平面之一隨機束偏轉及一隨機移位。此效應發生於電子束柱之 漂移區域中，其中電場係零且磁場可仍係顯著的(例如，100高斯)。
一拉莫半徑係圓之半徑，一帶電粒子(諸如一電子)在存在一均勻磁場之情形中沿著其移動。系統之磁矩可表示為帶電粒子在磁場中旋轉之一結果。拉莫時間係完成一個軌道所需之時間。
通道105具有垂直於投射初級電子束102之一方向之一內部寬度尺寸110。內部寬度尺寸110(其可係一直徑或其他寬度)小於或等於通道105中之次級電子104之一拉莫半徑之一值的兩倍。與圖1之設計相比，內部寬度尺寸110小於內部寬度尺寸106。
亮度降級可藉由調整漂移空間之內部寬度尺寸110來減少，其中駐留時間被維持成可與過渡時間相當。每一次級電子104可允許僅一個或更少軌道(例如，少於或等於圍繞一起點之一個360。軌道)。通道105中之漂移空間之內部寬度尺寸110係與15eV電子(次級電子發射之平均能量)之拉莫半徑之寬度相關。圖3圖解說明漂移空間中15eV電子之拉莫半徑與殘餘磁場之關係。在100高斯殘餘磁場情形下，拉莫半徑係約1.5mm。因此，具有3mm直徑之一漂移空間可將次級電子104驅迫至一個或更少軌道，從而使得拉莫時間等於或小於駐留時間(軌道之數目<~1)。圖4圖解說明針對15eV電子完成一個軌道之時間(拉莫時間)與殘餘磁場之關係。圖4展示此時間係約3.5ns，此可與一高能量束(30keV)之典型1ns過渡時間相當。期望在此等條件下亮度及解析度不降級。
次級電子104之一拉莫時間可大於1ns。小於1ns之次級電子104之軌道之一時間可防止對初級電子束102之一效應。
拉莫半徑及拉莫時間可取決於磁場源108之磁場。舉例而言，一較大磁場可導致一較小拉莫半徑及一較小拉莫時間。
對於一既定磁場，內部寬度尺寸110可取決於次級電子104之半徑。舉例而言，內部寬度尺寸110可係自0.2mm至5mm，包含其間相差0.01mm的所有值及範圍。在一例項中，內部寬度尺寸110係自大約2mm至大約5mm，包含其間相差0.1mm的所有範圍及值。在一特定實例中，其中內部寬度尺寸110係2mm至3mm。殘餘磁場越高，則需要的漂移區域可越窄。此等內部寬度尺寸110提供本文中所揭示之拉莫半徑益處及經改良結果。
圖9至圖11展示改變內部寬度尺寸110對空間電荷模糊之效應。在圖9至圖11中，束限制孔徑與一閘閥之間之一距離係10mm。圖9展示10mm之一內部寬度尺寸。圖9包含80nm之隨機偏轉。圖10展示5mm之一內部寬度尺寸。圖10包含20nm之隨機偏轉。圖11展示3mm之一內部寬度尺寸。圖11包含15nm之一偏轉。因此，一較窄內部寬度尺寸可歸因於對由次級電子形成之空間電荷之效應而改良束品質。
在一例項中，僅導致大於1ns之一拉莫時間之磁場可與如本文中所揭示之設計及內部寬度尺寸110組態相關聯。次級電子之拉莫時間可需要小於漂移區域中之初級束之過渡時間。否則，次級電子104可能不會顯著影響初級電子束102。因此，內部寬度尺寸110可不組態(如本文中所揭示)用於大於大約400高斯之磁場。
圖5係一方法200之一實施例之一流程圖。在201處，用一電子源產生一初級電子束。在202處，將初級電子束投射穿過一束限制孔徑。在203處，將初級電子束投射穿過束限制孔徑下游之一通道。該通道具有垂直於投射初級電子束之一方向之一內部寬度尺寸。通道中之次級電子具有一拉莫半徑及一拉莫時間。內部寬度尺寸(例如，一直徑)小於或等於拉莫 半徑之一值的兩倍，且次級電子之拉莫時間大於1ns。在204處，將通道中之次級電子限制於一個軌道或更少。拉莫半徑及拉莫時間可取決於磁場源之磁場。
圖6係具有一掃掠電極301之一電子槍系統300之一實施例之一方塊圖。圖6之電子槍系統300可包含與圖2之電子槍系統107相同之組件中之某些者。初級電子束102在投射穿過板103中之束限制孔徑111之後投射穿過通道105。掃掠電極301在通道105之一漂移區域中產生一電場。該電場增加通道105中之次級電子104之動能。一電壓源302可與掃掠電極301電子連通。掃掠電極301可係具有一孔徑之一經加偏壓板，初級電子束102通過該孔徑。掃掠電極301亦可係安置於通道105中之一或多個電極。
掃掠電極301可減少或防止漂移區域中次級電子104之聚束。由掃掠電極301產生之場可移除次級電子104。在一例項中，由掃掠電極301產生之場可充當一斜坡以掃掠遠離初級電子束102之次級電子104。
掃掠電極301可定位於漂移區域或無場區域之中部中。在一實例中，掃掠電極301相對於投射初級電子束102之方向而定位於具有束限制孔徑之板之下游6mm處。然而，掃掠電極301之準確位置可變化。
掃掠電極301可產生-100V至+100V之一電壓。此可係不足夠強的以影響初級束，但可影響次級電子104。
施加至掃掠電極301之電壓可經組態以減少或防止初級電子束102中之像差。
可藉由將一小電場引入通道105之漂移區域中以增加次級電子104(例如，慢電子掃掠電極)的動能且因此減少次級電子104的駐留時間來減少對電子槍系統300中亮度及解析度的空間電荷統計效應。圖7展示 在不具有掃掠電極(左)之情形下及在具有一掃掠電極(右)之情形下之漂移區域中之一瞬時空間電荷分佈(或統計樣本)。可見，此空間電荷密度在無場情形中具有較大廣度及強度。
圖7係在不具有一電場之情形下之束限制孔徑區域中的空間電荷密度，且圖8係在具有一20V/cm電場之情形下的空間電荷密度。圖7至圖8中之單位係cm及esu/cmA3。
圖8具有在-100V下之掃掠電極。此引入僅20V/cm之一場且減少統計空間電荷對光學效能之效應。期望在此情形中對亮度及解析度沒有負效應。
圖12展示在具有一無場區域與一圓柱形提取器之一設計中的空間電荷。空間電荷累積於無場區域中，其中慢的三級電子長時間停留。此可在影像平面處形成隨機偏轉。在此情形中，對亮度之影響係約500%。
圖13展示在具有一負場之情形下之一漂移區域中的空間電荷。藉由引入一靜電場，三級電子具有更短之過渡時間，從而導致較少空間電荷。在此情形中，對亮度之影響係約30%。該場將三級及次級電子推向束限制孔徑。圖13使用與圖12相同的單位及比例。
圖14展示在具有一正場之情形下之一漂移區域中的空間電荷。藉由引入一靜電場，三級電子具有更短之過渡時間，從而導致較少空間電荷。在此情形中，對亮度之影響係約15%。該場將三級及次級電子推離束限制孔徑。圖14使用與圖12相同的單位及比例。
在圖9至圖14中，MLA係指一微透鏡陣列。
圖5中所圖解說明之掃掠電極301可與圖2之內部寬度尺寸110組態組合。若真空要求不適應一特定內部寬度尺寸110組態，則亦可使 用掃掠電極301替代改變內部寬度尺寸110。
儘管已關於一或多個特定實施例闡述本發明，但應理解可在不背離本發明之範疇之情形下做出本發明之其他實施例。因而，認為本發明僅受隨附申請專利範圍及其合理闡釋限制。
101:電子源
102:初級電子束
103:板
104:次級電子/隨機分佈的低能量次級電子/所產生之次級電子
105:通道/次級電子
107:電子槍系統
108:磁場源
109:電壓源
110:內部寬度尺寸
111:束限制孔徑

Claims (16)

  1. 一種電子槍系統，其包括：一電子源，其引導一初級電子束；一板，其界定一束限制孔徑，其中該初級電子束經投射穿過該束限制孔徑；一磁場源，其產生一磁場；一電壓源，其經連接至該磁場源；及一通道，該初級電子束在經投射穿過該束限制孔徑之後被投射穿過該通道，其中該通道具有垂直於投射該初級電子束之一方向之一內部寬度尺寸，其中該內部寬度尺寸小於或等於該通道中之次級電子之一拉莫半徑之一值的兩倍，且其中該等次級電子之一拉莫時間大於1ns；及一掃掠電極，該掃掠電極在一漂移區域中產生一電場，其中該掃掠電極係一經加偏壓板，該經加偏壓板係橫跨於具有一孔徑之該通道而安置，該初級電子束通過該孔徑。
  2. 如請求項1之電子槍系統，其中該內部寬度尺寸係一直徑。
  3. 如請求項1之電子槍系統，其中該內部寬度尺寸係自2mm至5mm。
  4. 如請求項3之電子槍系統，其中該內部寬度尺寸係自2mm至3mm。
  5. 如請求項1之電子槍系統，其中該電場增加該通道中之多個次級電子 的動能而且被組態成將該等次級電子掃離該初級電子束，藉此將多個次級電子從該初級電子束移除。
  6. 如請求項5之電子槍系統，進一步包括一第二電壓源，該第二電壓源經連接至該掃掠電極。
  7. 如請求項5之電子槍系統，其中該掃掠電極係相對於投射該初級電子束之該方向定位於該束限制孔徑下游6mm處。
  8. 如請求項5之電子槍系統，其中該掃掠電極在自-100V至+100V之一電壓下操作。
  9. 一種電子槍系統，其包括：一電子源，其引導一初級電子束；一板，其界定一束限制孔徑，其中該初級電子束投射穿過該束限制孔徑；一磁場源，其產生一磁場；一通道，該初級電子束在經投射穿過該束限制孔徑之後被投射穿過該通道；及一掃掠電極，其在一漂移區域中產生一電場，其中該電場增加該通道中之多個次級電子的動能而且被組態成將該等次級電子掃離該初級電子束，藉此將多個次級電子從該初級電子束移除，其中該掃掠電極係一經加偏壓板，該經加偏壓板係橫跨於具有一孔徑之該通道而安置，該初級電子束通過 該孔徑。
  10. 如請求項9之電子槍系統，進一步包括一電壓源，該電壓源經連接至該掃掠電極。
  11. 如請求項9之電子槍系統，其中該掃掠電極係相對於投射該初級電子束之一方向定位於該束限制孔徑下游6mm處。
  12. 如請求項9之電子槍系統，其中該掃掠電極在自-100V至+100V之一電壓下操作。
  13. 一種使用一電子槍系統的方法，其包括：用一電子源產生一初級電子束；將該初級電子束投射穿過一束限制孔徑；將該初級電子束投射穿過該束限制孔徑下游之一通道，其中該通道中之多個次級電子具有一拉莫半徑及一拉莫時間，其中該通道具有垂直於投射該初級電子束之一方向之一內部寬度尺寸，其中該內部寬度尺寸小於或等於該拉莫半徑之一值的兩倍，且其中該等次級電子之該拉莫時間大於1ns；及將該通道中之該等次級電子限制於一個軌道或更少。
  14. 如請求項13之方法，其中該內部寬度尺寸係一直徑。
  15. 如請求項13之方法，其中該內部寬度尺寸係自2mm至5mm。
  16. 如請求項15之方法，其中該內部寬度尺寸係自2mm至3mm。
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