TWI811530B - 電子束檢測設備載物台定位 - Google Patents

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彼得 保羅 漢潘尼斯
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Abstract

本發明揭示一種電子束設備，其包括：一電子光學系統，其用以產生一電子束；一物件台，其用以將試樣固持於一目標位置，使得該試樣之一目標部分被該電子束輻照；及一定位裝置，其用以使該物件台相對於該電子束位移。該定位裝置包括一載物台致動器及一平衡質量。該載物台致動器將一力施加至該物件台上以引起該物件台之一加速度。施加至該物件台上之該力引起施加至該平衡質量上之一反作用力。該平衡質量回應於該反作用力而移動。該定位裝置使得該平衡質量能夠回應於該反作用力在一第一方向上之一分量而在該第一方向上移動。

Description

電子束檢測設備載物台定位
本發明描述係關於一種用於電子束檢測設備之載物台定位裝置，該電子束檢測設備經組態以檢測試樣。本發明描述係關於一種電子束(electron-beam/e-beam)檢測工具，該電子束檢測工具可應用以檢測半導體裝置。
在半導體製程中，不可避免地產生缺陷。此等缺陷可影響裝置效能，甚至失效。因此可影響裝置良率，從而引起成本增加。為了控制半導體製程良率，缺陷監視至關重要。適用於缺陷監視之一種工具為掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope；SEM)，其使用一或多個電子束掃描試樣之目標部分。
需要在目標部分上準確地定位一或多個電子束以可靠地監視缺陷。定位要求可能需要進一步增強以用於監視甚至更少的缺陷。同時，需要高輸送量，其通常需要增大試樣之移動速度以及其加速度及減速度。又，在試樣移動停止之後，可能需要減少檢測設備可被允許穩定之穩定時間。總之，上述內容可能引起對試樣定位之準確度及動態的要求增強。
希望提供例如一種電子束檢測設備，其使得能夠準確地定位試樣。
根據一態樣，提供一種電子束設備，該設備包含： -  一電子光學系統，其經組態以產生一電子束； -  一物件台，其經組態以將試樣固持於一目標位置，使得該試樣之一目標部分被該電子束輻照；及 -  一定位裝置，其經組態以使該物件台相對於該電子束位移，該定位裝置包含一載物台致動器及一平衡質量，該載物台致動器經組態以將一力施加至該物件台上以引起該物件台之一加速度，施加至該物件台上之該力引起施加至該平衡質量上之一反作用力，該平衡質量經組態以回應於該反作用力而移動， 其中該定位裝置經組態以使得該平衡質量能夠回應於該反作用力在一第一方向上之一分量而在該第一方向上移動。
現在將參考附圖來更全面地描述本發明之各種實例實施例，在附圖中，展示了本發明之一些實例實施例。在圖式中，為了清晰可放大層及區之厚度。
本文中揭示了本發明之詳細說明性實施例。然而，出於描述本發明之實例實施例之目的，本文中所揭示之特定結構及功能細節僅為代表性的。然而，本發明可以許多替代形式體現且不應被解釋為限於本文中所闡述的實施例。
因此，雖然本發明之實例實施例能夠實現各種修改及替代形式，但圖式中作為實例展示其實施例，且本文中將詳細描述該等實施例。然而，應理解，不意欲將本發明之實例實施例限於所揭示之特定形式，但相反地，本發明之實例實施例用以涵蓋屬於本發明之範疇內的所有修改、等效者及替代例。貫穿圖式之描述，類似編號係指類似元件。
如本文中所使用，術語「試樣」一般係指基板或可定位其上之所關注缺陷(DOI)的任何其他試樣。儘管術語「試樣」及「樣本」在本文中可互換使用，但應理解，可以針對任何其他試樣(例如，倍縮光罩、光罩(mask/photomask))組態及/或使用本文中關於基板所描述之實施例。
如本文中所使用，術語「基板」一般係指由半導體或非半導體材料形成的基板。此半導體或非半導體材料之實例包括但不限於單晶矽、砷化鎵及磷化銦。可以在半導體製造設施中共同發現及/或處理此等基板。
如本文中所使用，「軸向」意謂「在諸如透鏡之設備、柱或裝置的光軸方向上」，而「徑向」意謂「在垂直於光軸的方向上」。通常，光軸自陰極開始且在試樣處終止。光軸通常係指圖式中之z軸。
本文中所描述之檢測工具係關於帶電粒子源，尤其係關於可應用於SEM、電子束檢測工具或EBDW之電子束源。在此技術中，電子束源亦可被稱作電子槍(e-gun/Electron Gun)。
關於圖式，應注意，該等圖並不按比例繪製。詳言之，可能會極大地放大圖中一些元件的比例以強調元素的特性。亦應注意，該等圖未按相同比例繪製。多於一個圖中展示之可以相似方式組態的元件已使用相同參考標號指示。
在圖式中，出於清楚起見，每一組件及每一組件中的相對尺寸可以放大。在以下圖式描述內，相同或相似參考編號係指相同或相似組件或實體，且僅描述關於個別實施例之差異。
因此，雖然本發明之實例實施例能夠實現各種修改及替代形式，但圖式中作為實例展示其實施例，且本文中將詳細描述該等實施例。然而，應理解，不意欲將本發明之實例實施例限於所揭示之特定形式，但相反地，本發明之實例實施例用以涵蓋屬於本發明之範疇內的所有修改、等效者及替代例。
圖1A及圖1B示意性地且分別描繪可應用於本發明之一實施例中的電子束檢測(EBI)系統100的俯視圖及橫截面視圖。如所展示之實施例包含殼體110、充當介面以接收待檢驗之物件並輸出已檢驗之物件的一對裝載埠120。如所展示之實施例進一步包含被稱作設備前端模組(EFEM) 130之物件轉移系統，其經組態以處置物件及/或將物件輸送至裝載埠及自裝載埠輸送物件。在如所展示之實施例中，EFEM 130包含處置器機器人140，該處置器機器人140經組態以在EBI系統100之裝載埠與裝載鎖150之間輸送物件。裝載鎖150係在殼體110外且在EFEM中存在的大氣條件與在EBI系統100之真空腔室160中存在的真空條件之間的界面。在如所展示之實施例中，真空腔室160包含電子光學系統170，該電子光學系統170經組態以將電子束投射至待檢測之物件，例如半導體基板上。EBI系統100進一步包含定位裝置180，該定位裝置180經組態以使物件190相對於由電子光學系統170產生之電子束位移。
在一實施例中，定位裝置可包含多個定位器之級聯式配置，諸如用於在實質上水平平面中定位物件之XY載物台及用於在豎直方向上定位物件之Z載物台。
在一實施例中，定位裝置可包含粗略定位器與精細定位器之組合，粗略定位器經組態以在相對大距離上提供物件之粗略定位，精細定位器經組態以在相對小距離上提供物件之精細定位。
在一實施例中，定位裝置180進一步包含物件台，該物件台用以在由EBI系統100執行之檢測過程期間固持物件。在此實施例中，藉助於諸如靜電夾具之夾具，可將物件190夾持至物件台上。此夾具可整合於物件台中。
圖2示意性地描繪可應用於電子束檢測工具之一實施例中之電子光學系統200或根據本發明之一實施例之系統的一實施例。電子光學系統200包含被稱作電子槍210及成像系統240之電子束源。
電子槍210包含電子源212、抑制器214、陽極216、一組孔徑218及聚光器220。電子源212可為肖特基(Schottky)發射極。更具體言之，在一實施例中，電子源212包括陶瓷基板、兩個電極、鎢絲及鎢針。該兩個電極並行固定至陶瓷基板，且該兩個電極之另一側分別連接至鎢絲之兩端。鎢稍微彎曲以形成用於置放鎢針之尖端。接下來，ZrO2塗佈於鎢針之表面上，且加熱至1300℃從而熔融並覆蓋鎢針，但露出鎢針之針尖。熔融ZrO2可降低鎢之功函數並減小發射電子之能量障壁，且因此可高效地發射電子束202。接著，藉由向抑制器214施加負電荷，電子束202被抑制。因此，具有大散佈角之電子束被抑制成初級電子束202，且因此，電子束202之亮度得到增強。藉由陽極216之正電荷，可提取電子束202，且接著藉由使用具有不同孔徑大小之可調諧孔徑218以消除在孔徑外的不必要的電子束，可以控制電子束202之庫侖強迫力。為了聚光電子束202，將聚光器220應用於電子束202，此亦提供放大。圖2中所展示之聚光器220可以例如為靜電透鏡，該靜電透鏡可聚光電子束202。另一方面，聚光器220可以為磁透鏡。
如圖2及圖3中所展示之成像系統240包含：消隱器248；一組孔徑242；偵測器244；四組偏轉器250、252、254及256；一對線圈262；磁軛260；濾光片246；及電極270。電極270用以阻滯電子束202並使電子束202偏轉，且進一步由於上部磁極片與樣本300之組合而具有靜電透鏡功能，樣本300被固持於支撐件280上。線圈262及磁軛260經組態為磁物鏡。
藉由加熱電子針及向陽極216施加電場，產生上文所描述之電子束202，使得為了使電子束202穩定，應長時間加熱電子針。從最終使用者的角度來看，此可被視為耗時且不便的。因此，將消隱器248應用於聚光電子束202，以使電子束202在時間上偏離樣本而非將其關閉。
應用偏轉器250及256以在大視場內掃描電子束202，且偏轉器252及254用於在小視場內掃描電子束202。所有偏轉器250、252、254及256可控制電子束202之掃描方向。偏轉器250、252、254及256可為靜電偏轉器或磁偏轉器。磁軛260之開口面朝樣本300，從而將磁場浸沒至樣本300中。另一方面，電極270置放於磁軛260之開口之下，且因此樣本300將不會受損。為了校正電子束202之色像差，延遲器270、樣本300及上部磁極片形成透鏡以消除電子束202之色像差。
當電子束202轟擊至樣本300中時，二次電子將自樣本300之表面發出。二次電子藉由濾光片246而被引導至偵測器244。
圖4示意性地描繪可應用於本發明之一實施例中之EBI系統的可能的控制架構。如圖1中所指示，EBI系統包含裝載埠、基板轉移系統、裝載/鎖、電子光學系統及定位裝置，例如，包括z載物台及x-y載物台。如所說明，EBI系統之此等各種組件可配備有各別控制器，亦即，連接至基板轉移系統之基板輸送器系統控制器、裝載/鎖控制器、電子光學控制器、偵測器控制器、載物台控制器等等。例如，經由通信匯流排，此等控制器可例如通信地連接至系統控制器電腦及影像處理電腦。在如所展示之實施例中，系統控制器電腦及影像處理電腦可連接至工作站。
裝載埠將基板裝載至基板轉移系統，且基板轉移系統控制器控制基板轉移以將基板轉移至裝載/鎖。裝載/鎖控制器控制對腔室之裝載/鎖，使得待檢驗之物件，例如基板可固定於亦被稱作電子夾具之支撐件，例如靜電夾具上。藉由使用載物台控制器進行控制，定位裝置，例如z載物台及xy載物台使得基板能夠移動。在一實施例中，z載物台之高度可例如使用諸如壓電致動器之壓電組件進行調整。電子光學控制器可控制電子光學系統之所有條件，且偵測器控制器可自電子光學系統接收電信號並將來自電子光學系統之電信號轉換成影像信號。系統控制器電腦用以將命令發送至對應的控制器。在接收到影像信號之後，影像處理電腦可以處理該等影像信號以識別缺陷。
在上文所描述之實例中，物件台藉由定位裝置而移動，定位裝置又安裝至為真空容器之框架。因此，物件台之加速度及減速度引起反作用力，該反作用力轉移至框架，因此轉移至真空容器。因此，反作用力可引起真空容器之振動及/或變形，真空容器之振動及/或變形可轉換成試樣定位之定位不準確性。因為產生電子束之電子光學系統亦安裝至真空容器，所以變形可進一步引起電子束定位之不準確性。
可向氣墊式避震器(gas mount)前饋提供物件台以便至少部分地補償反作用力之效應。此補償可降低反作用力之效應；然而，歸因於前饋之頻寬約束，其僅可在有限頻率範圍內有效。
因為未來對系統吞吐量之需求趨於增加，所以所引起的較高載物台加速度可引起甚至更高的反作用力，藉此加重上述缺點。
根據本發明之一實施例，定位裝置180包含載物台致動器500及平衡質量510，如圖5A中示意性地描繪。載物台致動器經組態以將力530施加至物件台520上，藉此引起物件台520之加速度。施加至物件台520上之力530引起施加至平衡質量510上之反作用力540。平衡質量510回應於該反作用力而移動。藉此，平衡質量510至少部分地適應該反作用力，從而引起平衡質量510之移動。舉例而言，載物台致動器500可配置於物件台520與平衡質量510之間。因此，由載物台致動器500產生之作用於物件台520的力將引起作用於平衡質量510的反作用力。該反作用力可引起平衡質量510之對應移動，例如，在與由載物台致動器500施加至物件台520上之力相對的方向上。因此，可減少施加至電子束檢測設備之其他結構上，諸如真空容器上的反作用力。
平衡質量510之重量可例如超過物件台520之重量。舉例而言，平衡質量510可例如比物件台520重5倍或10倍。由於平衡質量510之重量超過物件台520之重量，所以平衡質量510之移動衝程可小於物件台520之衝程。
為了進一步減小平衡質量510之衝程，平衡質量510可具備阻尼550。阻尼550支撐於底板551上。阻尼550可包含被動阻尼。被動阻尼可由諸如流體阻尼器之彈簧及/或阻尼器提供。替代地或除此以外，阻尼550亦可包含主動阻尼。主動阻尼可例如包含阻尼平衡質量510之移動的致動器。回應於感測平衡質量510之加速度及/或移動的感測器，載物台致動器500可例如被驅動。替代地，藉由自載物台致動器驅動信號計算所要的阻尼力，可驅動致動器。由於已知載物台致動器驅動信號(例如，自物件台設定點導出)，所以可自其計算施加至平衡質量510上之反作用力。在知曉平衡質量510之性質(例如，其重量、移動範圍等等)的情況下，可以判定阻尼力及對應的阻尼致動器驅動信號，且因此可以驅動阻尼致動器。
阻尼550可包含諸如漸進式彈簧之非線性元件。在此非線性元件之一個實例中，漸進式彈簧之硬度隨著平衡質量衝程變得較大(平衡質量之位移變得較大)而增大(彈簧力變得較大)，如圖5D中所描繪。替代地或除此以外，阻尼550可包含諸如增益調度控制器之非線性元件。在此非線性元件之一個實例中，增益調度控制器之控制器硬度隨著平衡質量衝程變得較大而增大。與不具有非線性元件之阻尼550相比較，此等非線性元件可進一步輔助減小平衡質量衝程。
在一實施例中，阻尼550包含諸如彈簧及/或阻尼器之被動阻尼器，且主動阻尼器包含致動器。由於平衡質量510之位移而由彈簧及/或阻尼器引起的力經由彈簧及/或阻尼器傳輸至載物台板551。主動阻尼器之致動器亦可使用用致動器以對平衡質量之前饋控制而補償由彈簧及/或阻尼器引起的力，且可減少所引起的作用於載物台板551的力。可自平衡質量510之設定點導出用以補償由彈簧及/或阻尼器引起的力的至致動器之前饋控制信號，平衡質量510之設定點係自物件台520之設定點導出。
在一實施例中，阻尼550包含電磁致動器。可使用馬達常數來表示電磁致動器之特性。儘管單一馬達常數常常用於電磁致動器之完整操作範圍，但實際上，馬達常數依位置而定。此電磁致動器之控制準確性可能遭受馬達常數之位置依賴性，從而引起對例如由彈簧及/或阻尼器引起的力的不準確補償。此有助於增加傳輸至底板之力。電磁致動器之馬達常數依位置而定，此係因為： -  磁軛中之磁強度隨位置變化；及 -  由於平衡質量之附加運動，線圈移入/移出磁軛。 例如，至少部分地基於物件台設定點、所量測的物件台位置、平衡質量設定點及/或所量測的平衡質量位置，可校準此依位置而定之馬達常數。另外，馬達常數之位置依賴性可引起電磁致動器之控制誤差，亦可使用物件台設定點、所量測的物件台位置、平衡質量設定點及/或所量測的平衡質量位置來至少部分地補償該控制誤差。
平衡質量510可經組態以在單一方向或多個方向上移動。
在一實施例中，如圖5B中示意性地描繪，平衡質量510可經組態以在單一方向X上移動，平衡質量510可例如經組態以在平行於試樣之主平面的方向上移動(此係因為圖5B描繪俯視圖，在此狀況下，試樣之主平面為圖5B中之圖式的平面)。試樣之主平面(例如，頂部表面)可與物件台520之移動的主平面(同樣為圖5B中之圖式的平面)一致。此平面可由第一方向X及第二方向Y (如圖5B中所指示)界定，該第一方向X與該第二方向Y可正交。平衡質量510之單一移動方向可與物件台520之主移動方向一致。舉例而言，單一方向可與掃描方向一致。當物件台520沿著第一方向加速時，平衡質量510可沿著該第一方向在相對方向上加速。因此，平衡質量510可適應反作用力沿著第一方向之分量，因此，能夠至少部分地補償該第一方向上之反作用力。在一實施例中，在由第一方向及第二方向界定之平面中，物件台520之重心521與平衡質量510之重心511共面。藉此，可減少干擾扭矩。該干擾扭矩由定位裝置在物件台上產生之力引起，從而藉由另外平衡質量引起物件台之加速度及相關聯的反作用。平衡質量可在水平平面中在一個方向，例如X方向或Y方向上移動。因此，在此實施例中，平衡質量能夠吸收彼方向上之反作用力。定位裝置可包含諸如線性馬達之致動器，該致動器包含可移動部件及固定部件。可移動部件可連接至物件台。固定部件可連接至平衡質量。因此，固定部件可回應於反作用力而與平衡質量一起移動。平衡質量可由單一物件或雙平衡質量部件形成，諸如沿著平衡質量之移動方向所見的在物件台之每一側的部件。因此，在使用雙平衡質量部件的情況下，可減少所引起的干擾扭矩，且可應用具有高重量之平衡質量。
在可在一維上移動之平衡質量的狀況下，如圖5C中示意性地描繪，可提供另外平衡質量560，該另外平衡質量560可沿著第二方向Y移動。該另外平衡質量560可移動係對第二方向上之反作用力(之分量) 561的回應。因此，在使用平衡質量510及另外平衡質量560的情況下，可適應由第一方向及第二方向界定之平面中的反作用力。與可沿著第一方向X移動之平衡質量510相似，另外平衡質量560可經配置成在由第一方向X及第二方向Y界定之平面中，與物件台520及平衡質量510共面。重心511、521及561可經配置成在由第一方向及第二方向界定之平面中共面。藉此，可避免由物件台520與平衡質量510及560之組合移動引起的干擾扭矩。當物件台520在由第一方向及第二方向界定之平面中移動(例如，加速)時，平衡質量適應反作用力在第一方向上之分量，且另外平衡質量560適應反作用力在第二方向上之分量。該等平衡質量中之每一者可在水平平面中在一個方向，例如X方向或Y方向上移動。因此，在此實施例中，每一平衡質量能夠吸收各別方向上之反作用力。定位裝置可包含用於每一方向之各別致動器。該等致動器可以堆疊。該等致動器可例如各自包含線性馬達，每一線性馬達包含可移動部件及固定部件。該等致動器中之第一者的可移動部件可連接至物件台。該等致動器中之第一者的固定部件可連接至第一平衡質量。該等致動器中之第二者的可移動部件可連接至該等致動器中之第一者的固定部件。該等致動器中之第二者的固定部件可連接至第二平衡質量。因此，第一致動器之固定部件可回應於反作用力而與第一平衡質量一起移動。第二致動器之固定部件可回應於反作用力而與第二平衡質量一起移動。如在一維狀況下，每一平衡質量可由單一物件或雙平衡質量部件形成，諸如沿著平衡質量之移動方向所見的在物件台之每一側的部件。因此，在針對每一平衡質量使用雙平衡質量部件的情況下，可減少所引起的干擾扭矩，且可應用具有高重量之平衡質量。
另外平衡質量560可例如經定位成在由第一方向及第二方向界定之平面中與物件台520共面。在一實施例中，在由第一方向及第二方向界定之平面中，物件台520之重心與另外平衡質量560之重心共面。藉此，可減少干擾扭矩。該干擾扭矩由定位裝置在物件台520上產生之力引起，從而藉由另外平衡質量560引起物件台520之加速度及相關聯的反作用。
在另一實施例中，如已在圖5A中描繪，平衡質量510可經組態以在第一方向X及第二方向Y上移動。同樣地，平衡質量510可經組態以在由第一方向及第二方向界定之平面中旋轉，因此，圍繞與第一方向及第二方向正交之第三方向旋轉。因此，平衡質量510可適應由第一方向及第二方向界定之平面中的反作用力，且適應圍繞垂直於該平面之軸，亦即圍繞第三方向Z的反作用扭矩。因此，平衡質量510可至少部分地適應由於物件台520上之力及/或扭矩產生的反作用力及扭矩，該力及/或扭矩沿著該平面延伸。當物件台大體上沿著由第一方向及第二方向界定之平面移動時，可至少部分地適應由於此移動產生的反作用力。藉此，可減少在檢測設備之其他結構，諸如真空容器或框架上引起的反作用力。二維平衡質量可包含經組態以吸收X、Y及rZ方向上之反作用力的板或矩形框架。
根據一實施例，提供運動補償系統，如將在下文參考圖6A所解釋。如圖6A中示意性地展示，定位裝置180包含載物台板600及載物台致動器500，該載物台致動器500經組態以在物件台520與載物台板600之間施加力。該力引起物件台之加速度且引起施加至載物台板上之反作用力540。根據此實施例，提供運動補償系統620。運動補償系統在載物台板600與真空容器160外的固定結構610之間起作用。固定結構可為在真空容器外的任何結構，諸如框架。運動補償系統至少部分地抵消施加於載物台板上之反作用力。載物台板藉助於振動隔離體630 (諸如氣墊式避震器)安裝至真空容器。因此，真空容器可至少部分地與物件台及定位器隔離。可至少部分地防止振動之傳播，例如歸因於加快物件台時產生的反作用力。藉此，可至少部分地防止該等振動到達真空容器及電子光學系統170。因此，可減少施加至電子束檢測設備之結構上，諸如真空容器上的反作用力。
運動補償系統可為主動或被動的。在下文提供例示性實施例。
圖6B描繪主動運動補償系統620之實施例。運動補償系統包含運動補償致動器621，該運動補償致動器621被配置於載物台板600與固定結構610之間，以便在載物台板與固定結構之間施加力622。運動補償系統進一步包含運動補償控制器623。運動補償控制器之運動補償控制器輸出連接至運動補償致動器，以便藉由運動補償控制器623驅動運動補償致動器。運動補償控制器623之運動補償控制器輸入624具備物件台位置信號625，物件台位置信號625識別物件台之位置。該物件台位置信號可為物件台位置設定點信號或所量測的物件台位置。運動補償控制器623自該物件台位置信號導出加速度量變曲線。基於該加速度量變曲線，運動補償控制器導出前饋信號並將該前饋信號提供給運動補償致動器。因此，可實施前饋類型之校正。前饋信號可表示預期的施加至載物台板上之反作用力，該預期反作用力係由於定位裝置施加至物件台上之力而產生。自物件台520之加速度導出定位裝置施加至物件台520上之力。因此，藉由驅動運動補償致動器以將補償力施加至載物台板上，可至少部分地補償施加至載物台板600上之反作用力。
圖6B進一步描繪配置於固定結構610與真空容器160之壁之間的振動隔離體630，諸如振動阻尼器。振動阻尼器可包含彈性材料及/或可包含諸如空氣阻尼器之氣體阻尼器。振動阻尼器將真空容器安裝至固定結構610。此振動阻尼器可趨於對高於低頻滾降之頻率呈現阻尼特性。因此，運動補償控制器可在低於低頻滾降之頻帶中驅動運動補償致動器。因此，振動阻尼器及運動補償系統可彼此補充。
運動補償控制器623可經組態以產生前饋信號，作為物件台520及致動器之移動部件之重心521中的大量前饋。當將物件台520之移動部件的重心視為參考時，可減少由反作用力與由運動補償致動器產生之力之間的差引起的扭矩。
運動補償致動器可包含任何合適的致動器，諸如線性馬達、壓電致動器等等。
圖6C描繪被動運動補償系統620之實施例。被動運動補償系統包含安裝裝置626，該安裝裝置626將載物台板600連接至固定結構610。安裝裝置可為安裝臂、安裝桿或任何合適的安裝建構。安裝裝置可為剛性的，因此提供載物台板與固定結構之間的實質上堅硬的連接。因此，當定位裝置將力施加至物件台上時，施加至載物台板上之反作用力被導引至安裝裝置。因為安裝裝置連接至真空容器外的固定結構，所以反作用力被導引至真空容器外的固定結構。固定結構可為堅硬的剛性建構。因此，將施加至載物台板上之反作用力導引離開真空容器及連接至其之電子束槍，因此防止反作用力至少部分地傳播至真空容器中。
為了將安裝裝置與真空容器解耦但同時保持真空密封連接，可提供隔膜或波紋管(如由627示意性地指示)。安裝裝置經由(導引通過)隔膜或波紋管將載物台板連接至固定結構。
固定結構610可包含在真空容器外的任何結構，諸如框架。舉例而言，固定結構可包含真空容器之支撐件，亦即，固持真空容器之支撐結構。因此，安裝裝置將載物台板支撐於真空容器之支撐件上，因此將反作用力導引至真空容器之支撐件。
根據一實施例，提供反作用質量，如將在下文參考圖7A所解釋。定位裝置180包含第一致動器700及第二致動器710。第一致動器700經組態以在第一移動範圍701內移動物件台520。第二致動器710經組態以在第二移動範圍711內移動物件台及第一致動器。第一致動器及第二致動器可以但不一定需要在相同方向上移動物件台520。提供反作用質量720。第一致動器700在物件台520與反作用質量720之間施加其力，亦即，第一致動器力。因此，第一致動器力引起施加至反作用質量720上之第一致動器反作用力721。反作用質量720回應於反作用力而可移動。在使用電子束檢測工具時，試樣表面之目標部分待檢測。舉例而言，當使用產生多個電子束之電子束檢測工具時，物件台520將被順次地定位以便檢測試樣表面之相鄰部件，該多個電子束一起覆蓋試樣表面之目標部分。因此，順次加速度、減速度、停止之移動週期將由定位裝置提供。當試樣處於固定位置或在移動過程中，例如以恆定速度移動時，可例如檢測該試樣之目標部分以便掃描基板之目標部分。可應用第一致動器及第二致動器之組合以產生各種移動量變曲線，藉此例如，該等致動器中之一者提供相對緩慢移動，亦即，低頻移動分量，且另一致動器提供相對快速移動，亦即，高頻移動分量。運用本文所描述之反作用質量，可適應特定反作用力，如特別是回應於第一致動器之致動而發生。
舉例而言，第一致動器可為短衝程致動器，而第二致動器可為長衝程致動器。因此，第二致動器之第二移動範圍大於第一致動器之第一移動範圍。第一致動器可例如應用以在相對短移動範圍內執行快速、準確的移動。第二致動器可例如應用以在較大移動範圍內執行相對較慢的移動。第一致動器及第二致動器進行的致動可提供物件台之組合式移動，藉此第一致動器及第二致動器中之每一者考慮其一部分。鑒於呈此組態之第一致動器通常提供高加速度，第一致動器進行的致動通常將引起物件台上相對較高的力。對應地，第一致動器進行的致動將引起相對較高的反作用力。因此，此反作用力施加至反作用質量上，因此防止或至少減少將反作用力注入至第二致動器、真空容器及電子束檢測設備之其他結構中。
短衝程致動器及長衝程致動器之實例可如下：圖7B描繪速度V對時間T之圖形視圖。驅動第二致動器，亦即長衝程致動器以實質上恆定速度712進行移動。第一致動器執行由速度週期702表示的移動週期。移動週期包含藉由第二致動器補償移動，因此有效地將物件台固持於固定位置，從而加快物件台移動至下一位置、使物件台減速，接著補償第二致動器之移動，藉此，將物件台固持於下一固定位置。因此，在物件台保持固定的移動週期之一部分中，第一定位器及第二定位器提供相等但相反的速度。
在此實例中，作為加速度、減速度等等之重複週期的結果，反作用力起源於第一致動器亦即短衝程致動器的主要部分(若非大部分)。因而，直接與第一致動器相互作用之反作用質量適應此等反作用力，使得所引起的干擾扭矩可保持最小。
反作用質量可如下實施。在一實施例中，第一致動器700包含可移動部件及對應體。舉例而言，在線性馬達的狀況下，可移動部件及對應體中之一者包含線圈總成，且可移動部件及對應體中之另一者包含磁體總成。第一致動器在可移動部件與對應體之間產生第一致動器力。可移動部件連接至物件台。反作用質量包含於對應體中且可沿著至少一個移動方向移動。
在一實施例中，與第一致動器700之可移動部件組合的物件台之重心521與包含反作用質量720之對應體的重心共面。在由試樣之主表面(亦即，第一致動器及第二致動器執行物件台之移動所沿的主表面)界定的平面中，該等重心可為共面的。藉此，可減少所引起的干擾扭矩。
為了回應於反作用力而減小反作用質量之移動，可提供阻尼器730 (諸如彈簧)以阻尼反作用質量之反作用移動。阻尼器可例如配置於反作用質量720與第二定位器710之間。
圖8描繪本發明之另一實施例，其可與上文所描述之實施例組合使用。圖8描繪EBI系統100，其包含電子光學系統170、物件台520、定位裝置180、真空容器160及基座框架810。電子光學系統170經組態以同時產生複數個電子束。物件台520經組態以將試樣，例如基板固持於目標位置，使得用多個電子束來輻射試樣之目標部分。定位裝置180經組態以使物件台520相對於電子光學系統170位移。真空容器160經組態以約束真空。物件台520及定位裝置180被配置於真空容器160中。基座框架810經配置以支撐彼此平行之真空容器160及定位裝置180。
EBI系統100可包含支撐元件820。基座框架810經由支撐元件820支撐定位裝置180。定位裝置180可包含載物台板600。定位裝置經組態以在物件台520與載物台板600之間施加力以引起物件台520之加速度。支撐元件820支撐載物台板600。
支撐元件820可為單一部件或可包含多個部件。舉例而言，支撐元件820可包含兩個或四個支撐樑或任何其他合適數目個支撐樑。支撐元件820可自基座框架810延伸穿過真空容器之壁至真空環境中以支撐定位裝置180。該壁可具備孔，支撐元件820可延伸穿過該孔。該孔可被諸如隔膜或波紋管之可撓性元件覆蓋，以防止環境氣體進入真空環境。可撓性元件可幫助減少或防止振動自支撐元件820傳播至真空容器160。
EBI系統100可包含振動隔離系統630。基座框架810經由振動隔離系統630支撐真空容器160。以此方式，減少振動經由支撐元件820及基座框架810自定位裝置180傳播至真空容器160。此減少電子光學系統170上之干擾。
在圖8之實施例中，基座框架810經配置以支撐彼此平行之真空容器160及定位裝置180。相反的是使基座框架810支撐真空容器160，並使真空容器160支撐定位裝置180。此將引起定位裝置180使真空容器160振動。藉由使基座框架810支撐彼此平行之真空容器160及定位裝置180，在由定位裝置180引起的振動到達真空容器160之前，該振動可被基座框架810吸收。基座框架810可為固定框架、可具有大質量及/或可剛性地連接至地板。在一實施例中，支撐元件820之硬度比振動隔離系統630大。
可在以下條項中描述另外實施例： 1.     一種電子束設備，該設備包含： 一電子光學系統，其經組態以產生一電子束； 一物件台，其經組態以將試樣固持於一目標位置，使得該試樣之一目標部分被該電子束輻照；及 一定位裝置，其經組態以使該物件台相對於該電子束位移，該定位裝置包含一載物台致動器及一平衡質量，該載物台致動器經組態以將一力施加至該物件台上以引起該物件台之一加速度，施加至該物件台上之該力引起施加至該平衡質量上之一反作用力，該平衡質量經組態以回應於該反作用力而移動； 其中該定位裝置經組態以使得該平衡質量能夠回應於該反作用力在一第一方向上之一分量而在該第一方向上移動。 2.     如條項1之電子束設備，其進一步包含一真空容器，該真空容器經組態以約束該電子束設備之一真空，該物件台及該定位裝置配置於該真空容器中。 3.     如條項1或2之電子束設備，其中該第一方向及一第二方向界定該試樣之一主平面，一第三方向與該第一方向及該第二方向正交，且該定位裝置經組態以使得該平衡質量能夠在該第一方向及該第二方向上移動並圍繞該第三方向旋轉。 4.     如先前條項中任一項之電子束設備，其中該第一方向與該第二方向正交。 5.     如先前條項中任一項之電子束設備，其中該定位裝置包含一另外平衡質量，該另外平衡質量經組態以回應於該反作用力在一第二方向上之一分量而在該第二方向上移動。 6.     如先前條項中任一項之電子束設備，其中在由該第一方向及該第二方向界定之該平面中，該平衡質量之一重心與該物件台之一重心共面。 7.     如先前條項中任一項之電子束設備，其中該定位裝置包含該平衡質量之一被動安裝件，該被動安裝件提供回應於該反作用力該平衡質量之該移動的一被動阻尼。 8.     如條項7之電子束設備，其中該被動安裝件提供一漸進式被動阻尼。 9.     如條項8之電子束設備，其中該被動安裝件包含一漸進式彈簧。 10.   如先前條項中任一項之電子束設備，其中該定位裝置包含該平衡質量之一主動安裝件，該主動安裝件提供回應於該反作用力該平衡質量之該移動的一主動阻尼。 11.   如條項10之電子束設備，其中該主動安裝件提供一漸進式主動阻尼。 12.   如條項11之電子束設備，其中該主動安裝件包含一增益調度控制器。 13.   如條項10至12之電子束設備，其進一步包含一被動安裝件，該被動安裝件包含一彈簧及/或一阻尼器，其中該主動安裝件經進一步組態以至少部分地回應於該平衡質量之一運動而補償由該彈簧及/或該阻尼器引起的一力。 14.   如條項10至13之電子束設備，該主動安裝件進一步包含一電磁致動器，其中至少部分地基於一物件台設定點、對該物件台之一位置的一量測、一平衡質量設定點及/或對該平衡質量的一量測，校準該電磁致動器之一馬達常數，及/或補償至少部分地歸因於該馬達常數而產生的該電磁致動器之一控制誤差。 15.   一種電子束設備，該設備包含： 一電子光學系統，其經組態以產生一電子束； 一物件台，其經組態以將試樣固持於一目標位置，使得該試樣之一目標部分被該電子束輻照； 一定位裝置，其經組態以使該物件台相對於該電子束位移，該定位裝置包含一載物台板及一載物台致動器，該載物台板經組態以支撐該載物台致動器且該載物台致動器經組態以在該物件台與該載物台板之間施加一力以引起該物件台之一加速度，施加至該物件台上之該力引起施加至該載物台板上之一反作用力；及 一運動補償系統，其經組態以在該載物台板與一固定結構之間起作用，該運動補償系統經組態以至少部分地抵消施加於該載物台板上之該反作用力。 16.   如條項15之電子束設備，其進一步包含一真空容器，該真空容器經組態以約束該電子束設備之一真空，該物件台及該定位裝置配置於該真空容器中。 17.   如條項16之電子束設備，其中該固定結構配置於該真空容器外部。 18.   如條項16或17之電子束設備，其進一步包含一振動阻尼器，該振動阻尼器將該載物台板支撐於該真空容器之一壁上，該振動阻尼器具有一低頻滾降，其中運動補償控制器經組態以在低於該低頻滾降之一頻帶中驅動該致動器。 19.   如條項15至18之電子束設備，其中該運動補償系統包含一安裝裝置，該安裝裝置將該載物台板連接至該固定結構。 20.   如條項19之電子束設備，該真空容器包含一隔膜或波紋管，其中該安裝裝置經由該隔膜或波紋管將該載物台板連接至該固定結構。 21.   如條項19或20之電子束設備，該固定結構包含該真空容器之一支撐件，其中該安裝裝置將該載物台板支撐於該真空容器之該支撐件上。 22.   如條項15至21中任一項之電子束設備，其中該運動補償系統包含： 一運動補償致動器，其經組態以在該載物台板與該固定結構之間產生一力，及 一運動補償控制器，該運動補償控制器具有：一運動補償控制器輸入，該物件台之一物件台位置信號被提供給該運動補償控制器輸入；及一運動補償控制器輸出，其連接至該運動補償致動器以驅動該運動補償致動器，該運動補償控制器經組態以自該物件台位置信號導出一加速度量變曲線，及基於該加速度量變曲線而將前饋信號提供給該運動補償致動器。 23.   如條項15至22中任一項之電子束設備，其中該運動補償控制器經組態以產生該前饋信號，作為該物件台及該致動器之移動部件之一重心中的大量前饋。 24.   一種電子束設備，該設備包含： 一電子光學系統，其經組態以產生電子束； 一物件台，其經組態以將試樣固持於一目標位置，使得該試樣之一目標部分被該電子束輻照；及 一定位裝置，其經組態以使該物件台相對於該電子束位移，該定位裝置包含： 一第一致動器，其經組態以在一第一移動範圍內沿著至少一個方向移動該物件台； 一第二致動器，其經組態以在一第二移動範圍內沿著該至少一個方向移動該物件台及該第一致動器；及 一反作用質量， 其中該第一致動器經組態以在該物件台與該反作用質量之間施加一第一致動器力，施加至該物件台上之該第一致動器力引起施加至該反作用質量上之一第一致動器反作用力，該反作用質量經組態以回應於該反作用力移動。 25.   如條項24之電子束設備，其進一步包含一真空容器，該真空容器經組態以約束該電子束設備之一真空，該物件台及該定位裝置配置於該真空容器中。 26.   如條項24或25之電子束設備，該第一致動器包含一可移動部件及一對應體，該第一致動器經組態以在該可移動部件與該對應體之間產生一第一致動器力，該可移動部件附接至該物件台，其中該對應體中包含該反作用質量且該反作用質量沿著該至少一個方向可移動。 27.   如條項24至26中任一項之電子束設備，其中該第一致動器包含一阻尼器，該阻尼器用以回應於該反作用力而阻尼該反作用質量之一反作用移動。 28.   如條項24至27中任一項之電子束設備，其中該第一致動器為一短衝程致動器，該第二致動器為一長衝程致動器，且該第二移動範圍大於該第一移動範圍。 29.   如條項28之電子束設備，其進一步包含一載物台控制器，該載物台控制器連接至該定位裝置以驅動該定位裝置，該載物台控制器經組態以驅動該第二致動器以在至少一部分該第二移動範圍內以一實質上恆定速度執行一移動，及驅動該第一致動器以該實質上恆定速度替代地補償該移動並將該物件台加速至一後續位置。 30.   一種電子束設備，該設備包含： 一電子光學系統，其經組態以產生一電子束； 一物件台，其經組態以將試樣固持於一目標位置，使得該試樣之一目標部分被該電子束輻照； 一定位裝置，其經組態以使該物件台相對於電子光學系統位移；及 一真空容器，其經組態以約束一真空，該物件台及該定位裝置配置於該真空容器中， 其中一基座框架經配置以支撐該真空容器及該定位裝置。 31.   如先前條項中任一項之電子束設備，其含有該真空容器，其中一基座框架經配置以支撐該真空容器及該定位裝置。 32.   如條項31之電子束設備，其進一步包含一支撐元件，其中該基座框架經由該支撐元件支撐該定位裝置，且該支撐元件延伸穿過該真空容器之一壁。 33.   如條項32之電子束設備，其中該定位裝置包含一載物台板，該定位裝置經組態以在該物件台與該載物台板之間施加一力以引起該物件台之一加速度，且該支撐元件支撐該載物台板。 34.   如條項30至33中任一項之電子束設備，其進一步包含一振動隔離系統，其中該基座框架經由該振動隔離系統支撐該真空容器。 35.   如先前條項中任一項之電子束設備，其中該電子束設備係一電子束檢測設備、一SEM、一電子束寫入器、一電子束度量衡設備、一電子束微影設備及一電子束缺陷驗證設備。
儘管上述條項係指電子束設備，但這些條項中之實施例可立即實施至諸如EUV輻射設備之任何真空設備中，該設備例如用於微影、度量衡或檢測。此外，在上述實施例中，電子束設備可為單一光束電子束設備或多光束電子束設備。
上述內容分開描述根據各種實施例之電子束檢測設備。然而，各種實施例之組合可組合成同一電子束檢測設備。舉例而言，具有平衡質量實施例之電子束檢測設備可具備如本文中所描述之運動補償系統。平衡質量可以適應一部分反作用力。框架運動補償(主動或被動)可至少部分地抵消剩餘反作用力之效應。因此，平衡質量加上框架運動補償之組合可以提供穩定系統，藉此，可很大程度地減少將反作用力注入至例如電子束檢測設備之框架或真空容器中。作為另一實例，具有平衡質量之電子束檢測設備可具備如本文中所描述之第一致動器及第二致動器以及反作用質量。作為另一實例，具備如本文中所描述之運動補償系統的電子束檢測設備可具備如本文中所描述之第一致動器及第二致動器以及反作用質量。作為又另一實例，電子束檢測設備可以使用如本文中所描述之平衡質量、運動補償系統及第一致動器及第二致動器以及反作用質量。應理解，當將如本文中所描述之平衡質量、運動補償系統及/或第一致動器及第二致動器以及反作用質量組合於電子束檢測設備中時，可應用如本文中所描述之電子束檢測工具的另外實施例、修改、視情況選用之特徵等等。
應理解，在不背離如下文所主張之本發明之精神及範疇的情況下，可進行其他修改及變化。
100:電子束檢測系統 110:殼體 120:裝載埠 130:設備前端模組(EFEM) 140:處置器機器人 150:裝載鎖 160:真空腔室/真空容器 170:電子光學系統 180:定位裝置 190:物件 200:電子光學系統 202:電子束 210:電子槍 212:電子源 214:抑制器 216:陽極 218:孔徑 220:聚光器 240:成像系統 242:孔徑 244:偵測器 246:濾光片 248:消隱器 250:偏轉器 252:偏轉器 254:偏轉器 256:偏轉器 260:磁軛 262:線圈 270:電極/延遲器 280:支撐件 300:樣本 500:載物台致動器 510:平衡質量 511:重心 520:物件台/平衡質量 521:重心 530:力 540:反作用力 550:阻尼 551:底板/載物台板 560:另外平衡質量 561:反作用力/重心 600:載物台板 610:固定結構 620:運動補償系統 621:運動補償致動器 622:力 623:運動補償控制器 624:運動補償控制器輸入 625:物件台位置信號 626:安裝裝置 627:隔膜或波紋管 630:振動隔離體/振動隔離系統 700:第一致動器 701:第一移動範圍 702:速度週期 710:第二致動器/第二定位器 711:第二移動範圍 712:恆定速度 720:反作用質量 721:第一致動器反作用力 730:阻尼器 810:基座框架 820:支撐元件 t:時間 V:速度 X:第一方向 Y:第二方向
根據以下詳細描述以及附圖，將易於理解本發明之實施例，其中相似參考標號指示相似的結構元件，且在附圖中：
圖1A及圖1B為可供應用本發明之實施例之電子束檢測工具的示意圖。
圖2及圖3為可應用於本發明之一實施例中之電子光學系統的示意圖。
圖4示意性地描繪可應用於本發明之一實施例中之EBI系統的可能的控制架構。
圖5A、圖5B、圖5C及圖5D各自描繪根據本發明之一實施例的電子束檢測設備之一部分的示意圖。
圖6A、圖6B及圖6C各自描繪根據本發明之一實施例的電子束檢測設備之一部分的示意圖。
圖7A描繪根據本發明之一實施例的電子束檢測設備之一部分的示意圖。
圖7B高度示意性地描繪根據本發明之一實施例的電子束檢測設備之運動輪廓之一實施例的時間圖。
圖8描繪本發明之另一實施例。
雖然本發明易受各種修改及替代形式影響，但在圖式中作為實例展示其特定實施例，且可在本文中對其進行詳細描述。該等圖式可能並非按比例繪製。然而，應理解，圖式及其詳細描述不意欲將本發明限制於所揭示之特定形式，但相反，意欲涵蓋屬於如由所附申請專利範圍所界定的本發明之精神及範疇內之所有修改、等效者及替代例。
510:平衡質量
511:重心
520:物件台/平衡質量
521:重心
530:力
540:反作用力
X:第一方向
Y:第二方向

Claims (13)

  1. 一種電子束檢測設備，其包含：一物件台(object table)，其經組態以固持一試樣(specimen)；一定位裝置，其經組態以位移(displace)該物件台，該定位裝置包含一載物台板(stage plate)及一載物台致動器(stage actuator)，該載物台板經組態以支撐該載物台致動器且該載物台致動器經組態以在該物件台與該載物台板之間施加一力以引起該物件台之一加速度，施加至該物件台上之該力引起施加至該載物台板上之一反作用力(reaction force)；及一運動補償系統，其經組態以在該載物台板與一固定(stationary)結構之間起作用，該運動補償系統經組態以至少部分地抵消(counteract)施加於該載物台板上之該反作用力。
  2. 如請求項1之電子束檢測設備，其進一步包含一真空容器，該真空容器經組態以約束該物件台及該定位裝置配置於該真空容器中。
  3. 如請求項2之電子束檢測設備，其中該固定結構配置於該真空容器外部。
  4. 如請求項2之電子束檢測設備，其進一步包含一振動阻尼器，該振動阻尼器將該載物台板支撐於該真空容器之一壁上，該振動阻尼器具有一低頻滾降(roll-off)，其中一運動補償控制器經組態以在低於該低頻滾降之一頻帶中驅動該致動器。
  5. 如請求項2之電子束檢測設備，其中該運動補償系統包含一安裝裝置，該安裝裝置將該載物台板連接至該固定結構。
  6. 如請求項5之電子束檢測設備，其中該真空容器包含一隔膜或波紋管，其中該安裝裝置經由該隔膜或波紋管將該載物台板連接至該固定結構。
  7. 如請求項5之電子束檢測設備，其中該固定結構包含該真空容器之一支撐件，其中該安裝裝置將該載物台板支撐於該真空容器之該支撐件上。
  8. 如請求項1之電子束檢測設備，其中該運動補償系統包含：一運動補償致動器，其經組態以在該載物台板與該固定結構之間產生一力，及一運動補償控制器，該運動補償控制器具有：一運動補償控制器輸入，該物件台之一物件台位置信號被提供給該運動補償控制器輸入；及一運動補償控制器輸出，其連接至該運動補償致動器以驅動該運動補償致動器，該運動補償控制器經組態以自該物件台位置信號導出一加速度量變曲線(profile)，及基於該加速度量變曲線而將一前饋信號提供給該運動補償致動器。
  9. 如請求項8之電子束檢測設備，其中該運動補償控制器經組態以產生該前饋信號，作為該物件台及該致動器之移動部件之一重心中的一大量前 饋。
  10. 如請求項2之電子束檢測設備，其進一步包含一振動隔離系統，其中一基座框架經由該振動隔離系統支撐該真空容器。
  11. 如請求項1之電子束檢測設備，其中該設備包含一粒子束設備。
  12. 如請求項1之電子束檢測設備，其中該設備包含一電子束設備。
  13. 如請求項12之電子束檢測設備，其中該電子束設備係一電子束檢測設備、一SEM、一電子束寫入器、一電子束度量衡設備、一電子束微影設備及一電子束缺陷驗證設備。
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