TWI824083B - 在電壓對比晶圓檢測中用於溢流充電及影像形成之聯合光電柱 - Google Patents

在電壓對比晶圓檢測中用於溢流充電及影像形成之聯合光電柱 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種掃描電子顯微鏡系統，其可包含一光電子系統及一控制器。該光電子系統可包含：一電子源；及一光電柱，其經組態以將一電子束引導至一樣本。該光電柱可包含：一雙透鏡總成；一束限制孔徑，其經安置於該雙透鏡總成之一第一透鏡與第二透鏡之間；及一偵測器總成，其經組態以偵測自該樣本散射之電子。在實施例中，該掃描電子顯微鏡系統之該控制器可經組態以：致使該光電子系統形成一溢流電子束且運用該溢流電子束執行該樣本之溢流掃描；致使該光電子系統形成一成像電子束且運用該成像電子束執行該樣本之成像掃描；在該等成像掃描期間接收由該偵測器總成獲取之影像；及基於該等影像判定該樣本之特性。

Description

在電壓對比晶圓檢測中用於溢流充電及影像形成之聯合光電柱
本發明大體上係關於基於電子束之檢測及檢視，且更特定而言係關於一種用於實行溢流充電及影像形成之聯合光電柱。
自動化檢測及檢視系統在半導體及相關微電子行業之程序控制及良率管理中係重要的。此等檢測及檢視系統可包含經組態以識別半導體器件之缺陷(例如，非所要結構或雜質)之基於光束及電子束之系統。缺陷通常可分組成災難性缺陷(例如，「致命」缺陷)及擾亂點缺陷。災難性缺陷可被定義為影響半導體器件上之積體電路之操作之缺陷，而擾亂點缺陷可被定義為對積體電路之操作無不利效應之缺陷。
傳統拓撲晶圓檢測系統無法在災難性缺陷與擾亂點缺陷之間進行區分。另外，拓撲晶圓檢測系統通常需要某種形式之檢視以確保不拒絕原本將產生可操作積體電路之可接受良率之半導體晶圓。比較而言，電壓對比晶圓檢測系統可在識別及區分災難性缺陷與擾亂點缺陷方面展現改良式效能。然而，傳統電壓對比晶圓檢測系統需要大型、昂貴光電系統，且可能需要在連續之溢流電子束與成像電子束之間重新對準光電元件。此外，傳統電壓對比晶圓檢測系統之結構組態可能導致在電壓對比檢測期間之不良影像形成解析度。因此，將期望提供一種解決上文識別之先前方法之一或多個缺點之系統及方法。
揭示一種掃描電子顯微鏡系統。在實施例中，該掃描電子顯微鏡系統包含：一光電子系統；及一控制器，其通信地耦合至該光電子系統。該光電子系統可包含：一電子源，其經組態以產生一電子束；及一光電柱，其經組態以將該電子束引導至一樣本。該光電柱可包含：一雙透鏡總成，其包含一第一透鏡及一第二透鏡；及一束限制孔徑，其經安置於該第一透鏡與該第二透鏡之間。該光電子系統可進一步包含一偵測器總成，該偵測器總成經組態以偵測自該樣本之一表面散射之電子。在實施例中，該掃描電子顯微鏡系統之該控制器可經組態以：產生經組態以致使該光電子系統形成一溢流電子束且運用該溢流電子束執行該樣本之一部分之一或多次溢流掃描之一或多個控制信號；產生經組態以致使該光電子系統形成一成像電子束且運用該成像電子束執行該樣本之該部分之一或多次成像掃描之一或多個控制信號；在該一或多次成像掃描期間接收由該偵測器總成獲取之一或多個影像；及基於該一或多個影像判定該樣本之一或多個特性。
揭示一種掃描電子顯微鏡系統。在實施例中，該掃描電子顯微鏡系統包含一控制器，該控制器通信地耦合至一光電子系統，該控制器包含一或多個處理器，該一或多個處理器經組態以執行儲存於一記憶體中之一程式指令集，該等程式指令經組態以致使該一或多個處理器：產生經組態以致使該光電子系統形成一溢流電子束且運用該溢流電子束執行該樣本之一部分之一或多次溢流掃描之一或多個控制信號；產生經組態以選擇性地調整該光電子系統之一束限制孔徑之一或多個特性以便將該光電子系統自溢流模式切換至一成像模式之一或多個控制信號；產生經組態以致使該光電子系統形成一成像電子束且運用該成像電子束執行該樣本之一部分之一或多次成像掃描之一或多個控制信號；在該一或多次成像掃描期間接收由該光電子系統之一偵測器總成獲取之一或多個影像；及基於該一或多個影像判定該樣本之一或多個特性。
揭示一種方法。在實施例中，該方法可包含：運用一光電子系統形成一溢流電子束；運用該溢流電子束執行一樣本之一部分之一或多次溢流掃描；調整該光電子系統之一束限制孔徑之一或多個特性以將該光電子系統自溢流模式切換至一成像模式；運用該光電子系統形成一溢流電子束；運用該成像電子束執行一樣本之一部分之一或多次成像掃描；在該一或多次成像掃描期間獲取該樣本之該部分之一或多個影像；及基於該一或多個影像判定該樣本之一或多個特性。
應理解，前文概述及下文詳細描述兩者僅係例示性及說明性的且不一定限制如所主張之本發明。被併入說明書中且構成說明書之一部分之隨附圖式繪示本發明之實施例且連同概述一起用來說明本發明之原理。
相關申請案之交叉參考
本申請案依據35 U.S.C. § 119(e)主張2018年12月14日申請之標題為「JOINT ELECTRON OPTICAL COLUMNS FOR FLOOD CHARGING AND IMAGE FORMING IN VOLTAGE CONTRAST WAFER INSPECTIONS」之指定Xinrong Jiang及Christopher Sears為發明人之美國臨時申請案第62/780,190號之權利，該案之全文以引用方式併入本文中。
已關於特定實施例及其等特定特徵特定地展示及描述本發明。本文中所闡述之實施例被視為闡釋性而非限制性的。對於一般技術者而言應容易顯而易見的是，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下對形式及細節進行各種改變及修改。
現將詳細參考隨附圖式中所繪示之所揭示標的物。
傳統拓撲晶圓檢測系統通常無法在一半導體器件內之災難性缺陷與擾亂點缺陷之間進行區分。另外，拓撲晶圓檢測系統通常需要某種形式之檢視以確保不拒絕原本將產生可操作積體電路之可接受良率之半導體晶圓。比較而言，電壓對比晶圓檢測系統可在識別及區分災難性缺陷與擾亂點缺陷方面展現改良式效能。然而，傳統電壓對比晶圓檢測系統需要大型、昂貴光電系統，且可能需要在連續之溢流電子束與成像電子束之間重新對準光電元件。此外，傳統電壓對比晶圓檢測系統之結構組態可能導致在電壓對比檢測期間之不良影像形成解析度。
據此，本發明之實施例係關於一種解決上文識別之先前方法之一或多個缺點之系統及方法。本發明之實施例係關於一種利用一聯合光電柱進行溢流充電及影像形成掃描之掃描電子顯微鏡系統。本發明之額外實施例係關於一種用於利用一掃描電子顯微鏡系統之一聯合光電柱來執行一樣本之電壓對比檢測之方法。本發明之進一步實施例係關於用於運用一掃描電子顯微鏡系統之一聯合光電柱執行電壓對比檢測之掃描程序。
本文中構想，本發明之實施例可顯著地減少執行電壓對比檢測所需之連續電子溢流掃描及成像掃描所要之結構組件及光電元件之數目。另外，本發明之實施例可改良在電壓對比檢測期間實行之成像掃描之解析度，並且改良電壓對比檢測之總處理量。
大體上參考圖1至圖10，根據本發明之一或多項實施例，揭示一種用於一掃描電子顯微鏡系統之系統及方法。
圖1繪示根據本發明之一或多項實施例之用來在一樣本內產生電壓對比之一溢流電子束101之一概念圖。
在電壓對比檢測之背景下，帶電粒子可用來在一樣本之層上引發電壓對比。例如，如圖1中所展示，一樣本102 (例如，半導體晶圓)可包含一第一層104a (頂層104a)及一第二層104b (底層104b)。第一層104a可包含複數個導體層段106a、106b、106c及複數個絕緣體層段108a、108b、108c。藉由將一或多個溢流電子束101a、101b引導至樣本102之表面，可在樣本102內引發電壓對比。溢流電子束101a、101b可展現一大光點大小及大電子束電流，且可沿一掃描方向103掃描遍及樣本102。另外及/或替代地，可在固定溢流電子束101a、101b下方選擇性地致動樣本102，使得溢流電子束101a、101b以一定義圖案入射於樣本102之一表面上。
隨著溢流電子束101a、101b之帶電粒子(電子)入射於樣本102之表面上，可在樣本102之層(例如，第一層104a)內引發表面電壓。經引發表面電壓可係樣本102之局部位置之函數，且可被定義為。此外，經引發表面電壓()可取決於數個因素，包含但不限於溢流電子束101a、101b之電流，溢流電子束101a、101b之溢流持續時間，層104a、104b之厚度及構成該等層之物質之材料特性(例如，電容差、介電常數差)。例如，如圖1中所展示，複數個導體層段106a、106b、106c可分別展現表面電壓、、、…。比較而言，複數個絕緣體層段108a、108b、108c可分別展現表面電壓、、、…。
如圖1中所展示，在運用溢流電子束101a、101b執行一或多次溢流掃描之後，可執行利用成像電子束之一或多次成像掃描。具有低於溢流電子束101a、101b之一電流之成像電子束可經引導至展現表面電壓、之樣本102之表面，如圖1中所展示。接著，二次電子可自樣本102之表面反射及/或散射，且由一偵測器總成收集。二次電子之電流及軌跡可至少部分地基於樣本102之表面電壓、。一經成像結構之電壓判定經獲取影像內之結構之亮度。在此方面，針對樣本102上之一給定位置偵測之二次電子之數目可指示給定位置處之結構之表面電壓。經獲取影像之正偏壓區域可能顯得較暗，而負偏壓區域可能顯得較亮。據此，可藉由比較樣本102之電壓對比影像與沒有缺陷結構之樣本102之標準影像來識別樣本102內之缺陷105a、105b。
本文中應注意，結構可經定位於一樣本之一層之一表面(例如，表面級結構)上，或可在表面(例如，子表面級結構)下方。表面級結構及子表面級結構兩者可完全以各自層之表面上之電壓對比為特徵。例如，如圖1中所展示，樣本102之第一層104a可包含導體層段106b中之一第一缺陷105a及絕緣體層段108b中之一第二缺陷105b。傳統拓撲檢測系統可能無法識別樣本102之表面下方之此等隱藏缺陷105a、105b。比較而言，電壓對比檢測系統可經組態以偵測樣本102之表面下方之此等「不可見」缺陷。例如，歸咎於缺陷105a、105b之介電常數差可能導致表面電壓、之變動且因此可由電壓對比系統來識別。
樣本102之一表面下方之缺陷可包含但不限於開放通路、不完整通路孔、閘極氧化物完整性缺陷及類似者。作為表面下方之「不可見」缺陷，傳統拓撲檢測系統可能無法識別及檢測此等缺陷。此外，當檢測此等缺陷時，當前電壓對比檢測系統可展現不良影像形成解析度。據此，本發明之實施例係關於一種與傳統拓撲檢測系統及當前可用電壓對比檢測系統相較展現改良式處理量及解析度之電壓對比檢測系統。
圖2A繪示包含用於執行一樣本203之電壓對比檢測之一光電柱202之一掃描電子顯微鏡系統200a。特定言之，圖2A繪示由當前可用檢測系統利用之一光電柱202。本文中構想，光電柱202之一簡要論述可提供本發明之附帶優點可與其相比較之一基線。
光電柱202可包含一電子源204，該電子源204經組態以產生朝向樣本203引導一電子束之一電子束201。電子源204可包含一熱場發射(TFE)電子源。如本文中將進一步詳細論述，由電子源204產生之電子束201可包含經組態以實行溢流掃描之一溢流電子束201或經組態以實行成像掃描之一成像電子束201。
光電柱202可進一步包含一束限制孔徑210及一槍透鏡212，該槍透鏡212經組態以將電子束201聚焦至安置於槍透鏡212與一柱孔徑216之間的一電子束交叉205。束限制孔徑210經組態以接收由電子源204發射之電子束201且傳輸將被引導通過光電柱202之展現一最大電子電流之一最大電子束213。類似地，孔徑216經組態以接收最大電子束213且傳輸將被引導通過光電柱202之一選定電子束207至樣本203。
用於檢測之電子束電流() (例如，選定電子束207之電子電流)小於最大電子束213之電子電流。另外，可藉由改變電子束交叉205之位置或藉由調整槍透鏡212之電壓/激勵來調整選定電子束207之電子電流。藉由控制一遮沒偏轉器214，電子束201可另外被「開啟」以進行檢測或被「關閉」以準備檢測(例如，移動一載物台總成208)。
光電柱202a可進一步包含一聚光透鏡218及一物鏡226，其等經組態以接收選定電子束207且將選定電子束207聚焦/引導至樣本203。聚光透鏡218及/或物鏡226之數值孔徑可經選擇以改良光電柱202之影像形成光學件。例如，針對入射於樣本203上之一所期望電子束電流(例如，選定電子束203之電子束電流)，透鏡像差模糊及電子-電子相互作用可在最佳數值孔徑下予以平衡，從而賦予一最小光點大小及/或改良式解析度。可藉由選擇聚光透鏡218之一最佳聚焦強度(例如，激勵、電壓)來判定最佳數值孔徑。
光電柱202a可進一步包含預掃描偏轉器220、主掃描偏轉器224及一文氏(Wien)濾光器222。預掃描偏轉器220及主掃描偏轉器224可構成一雙偏轉器總成，且可經組態以掃描選定電子束207遍及樣本203。雙偏轉器總成亦可經組態以在一大視場(FOV)內最小化離軸像差模糊及失真。由於其與處理量相關，因此FOV越大，執行檢測之光電柱202a之處理量越高。
光電柱202之一偵測器總成206可經組態以收集自樣本203之表面發出之二次電子209。例如，隨著經由雙偏轉器總成掃描選定電子束207遍及樣本203，自被檢測區域發出之二次電子209可由文氏濾光器222偏轉，且由偵測器總成206收集。偵測器總成206接著可經組態以基於經接收二次電子209產生一或多個影像。隨後可處理經產生影像以便識別樣本203之特性。
如本文中先前所述，在實行一電壓對比檢測之前，必須首先藉由執行溢流充電掃描(「溢流掃描」)來對樣本203之層進行充電。據此，必須使用經組態以執行樣本203之溢流充電掃描之光電系統。可參考圖2B進一步展示及描述用於執行溢流充電掃描之當前光電系統。
圖2B繪示一掃描電子顯微鏡系統200b，其包含用於執行一樣本203之電壓對比檢測之一成像光電柱202a及一溢流光電柱202b。特定而言，圖2B繪示由當前可用檢測系統利用之一掃描電子顯微鏡系統200b。本文中構想，掃描電子顯微鏡系統200b之一簡要論述可提供本發明之附帶優點可與其比較之一基線。
為了執行電壓對比檢測所需之溢流掃描及成像掃描，掃描電子顯微鏡系統200b可包含用於各自掃描之各者之單獨光電柱。例如，掃描電子顯微鏡系統200b可包含經組態以運用一成像電子束201執行成像掃描之一成像光電柱202a。相反，掃描電子顯微鏡系統200b可包含經組態以運用一溢流電子束211執行溢流掃描之一單獨溢流光電柱202b。本文中應注意，與圖2A中所展示之光電柱202a相關聯之任何論述可被視為適用於圖2B中所展示之成像光電柱202a，除非本文中另有所述。
為了運用掃描電子顯微鏡系統200b執行電壓對比檢測所需之溢流掃描，遮沒偏轉器214可經組態以偏轉或「關閉」由成像光電柱202a產生之主成像電子束201。例如，如圖2B中所展示，遮沒偏轉器214可經組態以使成像電子束201偏轉，使得整個成像電子束201被孔徑216阻擋/遮擋。
隨後，載物台總成208可經組態以將樣本203自成像光電柱202a之光軸致動至溢流光電柱202b之光軸中。溢流光電柱202b接著可經組態以藉由執行一或多次溢流掃描來在樣本203中引發電壓對比。例如，光電柱202b之一電子源232可產生一溢流電子束211。電子源232可包含一可調整電子源232，該可調整電子源232經組態以選擇性地調整溢流電子束211之溢流電子電流及/或溢流電子著陸能量以進行各種溢流掃描。可引導溢流電子束211通過一束限制孔徑234以便選擇溢流束電流，且一槍透鏡236可將溢流電子束211聚焦至樣本203之表面上。一偏轉器238可經組態以使溢流電子束211掃描遍及樣本203之表面以便實行溢流掃描。
為了對樣本203之一大區域進行充電，溢流電子束211必須展現一高電子電流。通常，一溢流電子束211展現在近似亞μ A至μ A範圍內之一電子束電流，其中樣本203之表面上之充電著陸能量在近似亞keV至keV範圍內。樣本203上之溢流電子束201之充電束光點之大小可為大約數十微米(μ m)、數百微米(μ m)、高達毫米(mm)。
最終，在運用溢流光電柱202b執行一或多次溢流掃描以便在樣本203內引發電壓對比之後，載物台總成208可經組態以將樣本203致動回至成像光電柱202a之光軸中。隨後，成像光電柱202a可經組態以運用成像電子束201執行一或多次成像掃描以便實行電壓對比檢測。
歸因於必須在各自成像光電柱202a與溢流光電柱202b之間致動樣本203，圖2B中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200b通常可被稱為「樣本移位」或「晶圓移位」溢流充電組態。
雖然圖2B中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200b之「晶圓移位」溢流充電組態可成功地執行電壓對比檢測，但其遭受若干缺點。首要的是，掃描電子顯微鏡系統200b需要額外、獨立光電元件來實行單獨溢流及成像掃描。對一獨立成像光電柱202a及一獨立溢流光電柱202b之需要導致成本增加，重量增加及總體複雜性增加。另外，單獨光電柱202a、202b需要一較大真空室以便容納掃描電子顯微鏡系統200b之額外元件。其次，在各個各自光電柱202a、202b之光軸之間致動載物台總成208及樣本203之需要要求樣本台208之一大移動範圍，從而進一步增加所需大小。最後，掃描電子顯微鏡系統200b遭受不良處理量。在各自光軸之間長距離地致動載物台總成208減慢檢測。此外，各個各自光電柱202a、202b之光學元件必須在各次各自成像/溢流掃描之間重新對準，從而進一步減小處理量。
至少出於上文識別之彼等原因，圖2B中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200b可能不適用於一些電壓對比檢測。掃描電子顯微鏡系統200b之一些缺點可藉由利用成像光電柱202a之一些光學元件進行溢流掃描來緩解。此可參考圖2C進一步理解。
圖2C繪示一掃描電子顯微鏡系統200c，其包含用於執行一樣本203之電壓對比檢測之一成像光電柱202a及一溢流光電柱202b。特定而言，圖2C繪示由當前可用檢測系統利用之一掃描電子顯微鏡系統200c。本文中構想，掃描電子顯微鏡系統200c之一簡要論述可提供本發明之附帶優點可與其比較之一基線。
本文中進一步應注意，與圖2B中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200b相關聯之任何論述可被視為適用於圖2C中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200c，除非本文中另有所述。
如圖2C中所展示，掃描電子顯微鏡系統200c亦可包含一獨立成像光電柱202a及一獨立溢流光電柱202b。然而，如與其中光電柱202a、202b完全獨立之圖2B中之掃描電子顯微鏡系統200b相較，圖2C中之掃描電子顯微鏡系統200c之光電柱202a、202b可共用一或多個光學元件。例如，如圖2C中所展示，成像光電柱202a及溢流光電柱202b兩者可利用物鏡226、文氏濾光器222及主掃描偏轉器224。
與圖2B相較，圖2C中所繪示之溢流光電柱202b可將溢流電子束211引導至文氏濾光器222及物鏡226。文氏濾光器222可經組態以將溢流電子束211偏轉至物鏡226，該物鏡226接著可經組態以將溢流電子束211聚焦至樣本203之表面上。主掃描偏轉器224接著可經組態以在一溢流掃描期間使溢流電子束211掃描遍及樣本211之表面。如先前所述，可藉由調整物鏡226之延遲場來控制溢流電子束211之充電著陸能量。
如圖2C中所展示，溢流電子束211可展現文氏濾光器222附近之一電子束交叉。電子束交叉可經定位於槍透鏡236與物鏡226之間的溢流光電柱202b內之任何點處。另外，調整電子束交叉在溢流光電柱202b內之位置可調整溢流束光點之大小。本文中進一步應注意，可實施無一電子束交叉之一溢流光電柱202b。
類似於圖2B中之「晶圓移位」溢流充電組態之缺點，圖2C中之「聯合物鏡」溢流充電組態遭受若干缺點。特定而言，與圖2B中之「晶圓移位」溢流充電組態相關聯之成本、大小及總體複雜性顧慮亦適用於圖2C中之「聯合物鏡」溢流充電組態。在各自光電柱202a、202b之間共用光電元件亦可能導致若干附加缺點。例如，文氏濾光器222之強度可能需要針對各自溢流掃描及成像掃描之各者來調整，且可能必須在各次各自掃描之間調整。此外，在溢流掃描期間由溢流電子束211產生之二次電子209難以由偵測器總成206收集。例如，用於溢流掃描之文氏濾光器222之強度可經最佳化以對準溢流電子束211與物鏡226，但可能導致二次電子209自樣本203發射，其具有未被最佳地引導回至偵測器總成206之能量，由此導致不良影像及/或不產生影像。
在一些背景下，圖2A中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200a之組態可用來實行溢流掃描及成像掃描兩者。例如，參考圖2A，光電柱202a可經組態以實行溢流掃描及成像掃描兩者。在此方面，電子源204可經組態以產生待用於溢流掃描之一溢流電子束201a及待用於成像掃描之一成像電子束201b。光電柱202a可經組態以藉由調整物鏡226之延遲場來控制溢流電子束201a之充電著陸能量，且可經組態以藉由調整聚光透鏡218之強度及/或物鏡226之強度來調整束光點大小。藉由在一「溢流模式」與一「成像模式」之間轉變，光電柱202a可經組態為待用於電壓對比檢測之一聯合光電柱。
然而，本文中應注意，使用圖2A中之光電柱202a進行溢流掃描及成像掃描兩者亦具有若干缺點。顯著地，在實行電壓對比檢測時，運用聯合光電柱202a之溢流充電可能展現不良充電效能及/或不良影像形成解析度。此等缺點可參考圖3進一步理解。
圖3係繪示影像形成解析度與樣本充電速度之間的一關係之一圖表300。更特定而言，圖表300繪示由圖2A中之光電柱202a產生之一溢流電子束201a之電子束電流與圖2A中之光電柱202a之影像形成解析度之間的一關係。圖表300之X軸上之電子束電流與充電速度正相關，其中較高電子束電流導致較快充電速度。相反，圖表300之Y軸上之光點大小與影像形成解析度負相關，其中較高光點大小導致較低影像形成解析度。
為了改良一電子束檢測(EBI)裝置(諸如圖2A中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200a)之處理量，預期一完整樣本203上方溢流充電時間() (例如，一溢流掃描之時間)顯著地短於檢測時間() (例如，一成像掃描之時間)。例如，可預期遍及一樣本203之一溢流掃描之時間小於或等於樣本203之成像時間，使得。為了滿足此限制，溢流電子束201a之最大電子束電流(被定義為)必須為成像電子束201b之最大電子束電流(被定義為)之至少十倍大(例如，)。
本文中應注意，必須滿足電子束電流限制以便達成樣本203內之足夠電壓對比。例如，圖1中所繪示之樣本102內之一足夠電壓對比可包含導體層段106a至106n與絕緣體層段108a至108n之間的1 V至10 V之電壓對比，使得。
例如，參考圖2A，假定電子束201之三個最大電子束電流係10n A、100n A及1000n A。可藉由改變束限制孔徑210之狀態來定義三個各自最大電子束電流，使得束限制孔徑210之一第一狀態()對應於10n A電子束電流，束限制孔徑210之一第二狀態()對應於100n A電子束電流，束限制孔徑210之一第三狀態()對應於1000n A電子束電流(例如，)。
在此實例中，由於其與圖3中所繪示之圖表300相關，因此由產生之電子束201被表示為曲線302，由產生之電子束201被表示為曲線304，且由產生之電子束201被表示為曲線306。曲線302、304、306繪示，若自溢流電子束201a選擇成像電子束201b，則圖2A中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200a之影像形成解析度(其係依據光點大小)顯著地減小。例如，若自曲線304 (例如，點301a)之100n A溢流電子束電流()選擇成像電子束201b之0n A至10n A電子束電流()，則影像形成光點大小將歸因於束限制孔徑210 ()與孔徑216中間之90n A殘留電子之間的庫侖相互作用效應而急劇增加。作為另一實例，若自曲線306 (例如，點301b)之1000n A溢流電子束電流()選擇成像電子束201b之0n A至100n A電子束電流()，則影像形成光點大小將歸因於束限制孔徑210 ()與孔徑216之間的900n A殘餘電子之間的庫倫相互作用效應而甚至更顯著地增加。
至少出於上述彼等原因，圖2A至圖2C中所繪示之掃描電子顯微鏡系統200a、200b、200c之各者展現其等自身之使其等不適於一些電壓對比檢測應用之各自缺陷。
據此，本發明之實施例係關於一種解決上文識別之先前方法之一或多個缺點之掃描電子顯微鏡系統400及相關方法。本發明之掃描電子顯微鏡系統400可利用一聯合光電柱進行溢流充電及影像形成，同時維持影像形成解析度及快速樣本充電速度。
圖4A至圖4C繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統400。更特定而言，圖4A繪示在一「溢流模式」中使用具有極高溢流電子束電流()之溢流電子束401a執行一溢流掃描之掃描電子顯微鏡系統400。比較而言，圖4B繪示在一「成像模式」中使用具有相對高成像電子束電流()之成像電子束401b執行一成像掃描之掃描電子顯微鏡系統400，且圖4C繪示在一「成像模式」中使用具有低成像電子束電流()之成像電子束401b執行一成像掃描之掃描電子顯微鏡系統400。將依次解決此等之各者。
現將參考圖4A，掃描電子顯微鏡系統400可包含但不限於一光電子系統402及通信耦合至光電子系統402之一控制器404。在實施例中，光電子系統402可包含但不限於經組態以產生一電子束401之一電子源410、經組態以將電子束401引導至一樣本403之一光電柱405及經組態以收集自樣本403反射及/或發出之二次電子411之一偵測器總成434。
在實施例中，電子源410可包含經組態以產生一電子束301之任何電子源，包含但不限於熱場發射(TFE)電子源、冷場發射(CFE)電子源、電子槍及類似者 。如本文中將進一步詳細論述，由電子源410產生之電子束401可包含經組態以實行溢流掃描之一溢流電子束401a (圖4A)或經組態以實行成像掃描之一成像電子束401b (圖4B至圖4C)。在此方面，圖4A之「溢流模式」中所描繪之電子束401a通常被稱為溢流電子束401a。電子源410可經組態以依一發射角407 ()自電子源410之一發射尖端產生/發射電子束401。如圖4A中所展示，用於溢流掃描()之最大發射角407a可受束限制孔徑416限制。
一電子束401之電子束電流可為電子源410之發射角407 ()及角強度()之函數。因此，針對具有角強度()之一電子源410，用於溢流掃描之溢流電子束電流可由方程式1來定義，且用於成像掃描之成像電子束電流可由方程式2來定義：(1)(2) 其中定義一溢流電子束電流，定義一成像電子束電流，定義電子源410之角強度，定義用於溢流掃描之溢流發射角407 (例如，圖4A中所繪示之最大發射角407a)，且定義用於成像掃描之成像發射角407 (例如，圖4B至圖4C中所繪示之發射角407b、407c)。在此方面，圖4A中所繪示之溢流電子束401a可以方程式1為特徵，且圖4B至圖4C中所繪示之溢流電子束401b可以方程式2為特徵。
光電柱405可包含經組態以自電子源410接收電子束401 (例如，溢流電子束401a)且將電子束401引導至樣本403之一或多個光電元件。在實施例中，光電柱405可包含一雙透鏡總成412 (例如，雙聚焦透鏡總成)，該雙透鏡總成412包含一第一透鏡414a (例如，第一槍透鏡414a)及一第二透鏡414b (例如，第二槍透鏡414b)。光電柱405可進一步包含一束限制孔徑416。例如，如圖4A中所展示，光電柱405可進一步包含安置於雙透鏡總成412之第一透鏡414a與第二透鏡414b之間的一束限制孔徑416。束限制孔徑416可經組態以接收電子束401，傳輸/定義將被引導通過光電柱405之電子束401之一最大電子束電流。
在實施例中，雙透鏡總成412之第一透鏡414a經組態以將電子束401聚焦至一第一電子束交叉409a ()。例如，第一透鏡414a可經組態以將電子束401聚焦至雙透鏡總成412之第一透鏡414a與第二透鏡414b之間的束限制孔徑416附近之一第一電子束交叉409a ()。如圖4A中所展示，藉由在束限制孔徑416附近形成第一電子束交叉409a ()，第一透鏡414a可啟用透過光電柱405之溢流掃描所需之極高電子束電流(例如，亞μ A至μ A)。
隨後，雙透鏡總成412之第二透鏡414b經組態以將電子束401聚焦且引導至一第二電子束交叉409b ()。例如，第二透鏡414b可經組態以將電子束401聚焦至一孔徑420附近之一第二電子束交叉409b ()。在一些實施例中，第二電子束交叉409b ()可經形成於孔徑420附近，使得傳遞通過該孔徑之電子束401維持溢流掃描所需之一高電子束電流。
可參考圖5A至圖5B進一步展示及描述電子源410及雙透鏡總成412。
圖5A繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統200之一雙透鏡總成412之一截面圖。具體而言，圖5A之上半部分繪示雙透鏡總成412之一詳細截面圖之一部分，且圖5A之下半部分繪示雙透鏡總成412之對應簡化截面圖。本文中應注意，雙透鏡總成412在實踐中可為旋轉對稱的，因此圖5A中之描繪可僅僅出於闡釋目的而提供。
在實施例中，如圖5A中所展示，電子源410可包含但不限於一尖端440、一抑制器442及一提取器444。例如，圖5A中所繪示之電子源410可包含一TFE電子源或一CFE電子源。雙透鏡總成412之第一透鏡414a及第二透鏡414b可包含磁性槍透鏡414a、414b。例如，第一透鏡414a可包含一第一極片446a及一第一線圈448a，且第二透鏡414b可包含一第二極片446b及一第二線圈448b。在實施例中，磁性槍透鏡414a、414b之極片446a、446b及線圈448a、448b藉由一真空密封管450密封於空氣中以便防止污染。束限制孔徑416可經安置於透鏡414a、414b之間。
在實施例中，可選擇性地調整及/或最佳化束限制孔徑416之大小及位置以滿足一指定檢測處理量之影像形成解析度要求及/或溢流充電速度要求。本文中應注意，可選擇性地調整/最佳化提取器444與陽極(或地面中之束限制孔徑416)之間的一距離以便滿足各種檢測應用之電子束能量變動要求。
圖5B繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統200之一雙透鏡總成412之一截面圖。圖5B中所繪示之雙透鏡總成412被提供為圖5A中所圖示之一額外及/或替代實例。據此，雙透鏡總成412之實例僅僅出於闡釋目的而提供且不應被視為限制性，除非本文中另有所述。
如本文中先前關於圖5A所述，圖5B之上半部分繪示雙透鏡總成412之一詳細截面圖之一部分，且圖5B之下半部分繪示雙透鏡總成412之對應簡化截面圖。本文中應注意，雙透鏡總成412在實踐中可為旋轉對稱的，因此圖5B中之描繪可僅僅出於闡釋目的而提供。
在額外及/或替代實施例中，雙透鏡總成412之一或多個透鏡414a、414b可包含一靜電透鏡452。例如，如圖5B中所展示，雙透鏡總成412之第二透鏡414b可包含一靜電透鏡452。例如，靜電透鏡452可包含一單透鏡及/或單電位透鏡，該單透鏡及/或單電位透鏡包含安置於一或多個接地電極456之間的一聚焦電極454。在額外及/或替代實施例中，靜電透鏡452可包含一加速透鏡或一減速透鏡。
本文中應注意，當執行電壓對比檢測時，一或多個靜電透鏡452之使用可提供電子束電流之快速切換/調整。在此方面，一或多個靜電透鏡452之使用可提供溢流掃描(圖4A中所描繪之溢流模式)及成像掃描(圖4B至圖4C中所描繪之成像模式)所需之電子束電流之更快及更有效切換。
將再次參考圖4A。在實施例中，光電柱405可包含經組態以將電子束401引導至樣本403之一或多個額外光電元件。例如，光電柱405可包含可被「開啟」以進行檢測(例如，溢流掃描、成像掃描)或被「關閉」之一遮沒偏轉器418。作為另一實例，光電柱405可進一步包含但不限於一聚光透鏡422、預掃描偏轉器424、一文氏濾光器426、主掃描偏轉器428及一物鏡430。可選擇聚光透鏡422及/或物鏡430之數值孔徑以改良光電柱405之影像形成光學件。聚光透鏡422及/或物鏡430可包含此項技術中已知之任何光電透鏡，包含但不限於一靜電透鏡。預掃描偏轉器424及主掃描偏轉器428可構成一雙偏轉器總成，且可經組態以掃描選定電子束401遍及樣本403。在額外及/或替代實施例中，可選擇性地致動載物台總成432以使電子束401掃描遍及樣本403。雙偏轉器總成亦可經組態以在一大視場(FOV)內最小化離軸像差模糊及失真。
在實施例中，光電子系統402可進一步包含一偵測器總成434，該偵測器總成434經組態以檢測回應於電子束401自樣本403之表面反射、散射或以其他方式發出之電子411 (例如，二次電子411)。在實施例中，文氏濾光器426可經組態以將自樣本403散射之電子411重新引導至偵測器總成434。偵測器總成434可經組態以基於經接收電子411產生/獲取樣本403之一或多個影像。
在實施例中，掃描電子顯微鏡系統400可進一步包含通信地耦合至偵測器總成434之一控制器404。控制器404可包含經組態以執行儲存於記憶體408中之一程式指令集之一或多個處理器406，該程式指令集經組態以致使一或多個處理器406實行本發明之各種步驟/功能。例如，一或多個處理器406可經組態以：產生經組態以致使光電子系統402形成一溢流電子束401a且運用溢流電子束401a執行樣本203之一部分之一或多次溢流掃描之一或多個控制信號；產生經組態以致使光電子系統402形成一成像電子束401b且運用成像電子束401b執行樣本403之部分之一或多次成像掃描之一或多個控制信號；在一或多次成像掃描期間接收由偵測器總成434獲取之一或多個影像；及基於一或多個影像判定樣本403之一或多個特性。將依次解決此等步驟/功能之各者。
在一項實施例中，控制器404可經組態以產生經組態以致使光電子系統402形成一溢流電子束401a且運用溢流電子束401a執行樣本403之一部分之一或多次溢流掃描之一或多個控制信號。
在產生溢流電子束401a以實行一或多次溢流掃描後，可經由預掃描偏轉器424及/或主掃描偏轉器428使溢流電子束401a掃描遍及樣本403之表面。歸因於通常溢流掃描不存在一解析度要求之事實，控制器404可經組態以僅運用預掃描偏轉器424及主掃描偏轉器428之一者及/或兩者使溢流電子束401a掃描遍及樣本403。在額外及/或替代實施例中，控制器404可經組態以藉由憑藉選擇性地致動其上安置樣本403之載物台總成432來使溢流電子束401a進行掃描而實行一或多次溢流掃描。本文中進一步應注意，可對樣本403執行一或多次溢流掃描以便在樣本403之一或多個層內引發一電壓對比。
文氏濾光器426可經組態以收集自樣本403之表面發出之電子411，且將電子411引導至偵測器總成434。偵測器總成434可經組態或可未經組態以在一或多次溢流掃描期間收集二次電子411。在其中偵測器總成434經組態以在溢流掃描期間接收二次電子411且產生影像之實施例中，控制器404可經組態以將經產生影像儲存於記憶體408中及/或丟棄經產生影像。
在另一實施例中，控制器404可經組態以產生經組態以致使光電子系統402形成一成像電子束401b且運用成像電子束401b執行樣本403之部分之一或多次成像掃描之一或多個控制信號。此可參考圖4B至圖4C進一步理解。
圖4B至圖4C繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統400。更具體而言，圖4B至圖4C各繪示處於一「成像模式」中之掃描電子顯微鏡系統400，其中圖4B繪示使用具有相對高電子束電流之成像電子束401b執行一成像掃描之掃描電子顯微鏡系統400，且圖4C繪示使用具有低電子束電流之成像電子束401b執行一成像掃描之掃描電子顯微鏡系統400。
本文中應注意，在適用範圍內且除非本文中另有所述，與圖4A中所繪示之掃描電子顯微鏡系統400相關聯之任何論述可被視為適用於圖4B至圖4C中所繪示之掃描電子顯微鏡系統400。相反，在適用範圍內且除非本文中另有所述，與圖4B至圖4C中所繪示之掃描電子顯微鏡系統400相關聯之任何論述可被視為適用於圖4A中所繪示之掃描電子顯微鏡系統400。
現將具體地參考圖4B。圖4B繪示使用具有相對高束電流之成像電子束401b執行一成像掃描之掃描電子顯微鏡系統400。在實施例中，第一透鏡414a可經設定為具有高於圖4C中所展示之激勵位準之某個激勵位準。第一透鏡414a可經組態以聚焦成像電子束401b且選擇通過束限制孔徑416之一相對高原始/最大電子束電流()，如由最大成像電子束所繪示。起因於高電子束電流()之成像電子束401b可以成像發射角407b ()為特徵。
藉由運用第二透鏡414b將成像電子束401b引導及/或聚焦至第二透鏡414b與孔徑420之間的一電子束交叉417 ()，可進一步減小/劃分最大成像電子束。在此方面，可選擇性地調整孔徑420以便控制選定成像電子束401b之一或多個特性。例如，可選擇性地調整孔徑420以便控制成像電子束電流()。換言之，孔徑420可經組態以自最大成像電子束識別一選定成像電子束。
比較而言，圖4C繪示使用具有低電子束電流之成像電子束401b執行一成像掃描之掃描電子顯微鏡系統400。具體地參考圖4C，第一透鏡414a可經設定為「關閉」，或可經設定為具有相對低激勵以便保持其在作用中及/或穩定。在第一透鏡414a不執行聚焦及/或執行最小聚焦之情況下，僅由電子源410產生之成像電子束401b之近軸區域發射電子傳遞通過束限制孔徑416。據此，圖4C中所繪示之成像發射角407b ()可遠小於圖4A中所繪示之溢流發射角407a ()(例如，＜)。此外，與圖4B相較，圖4C中所繪示之成像發射角407b ()可小於圖4B中所繪示之成像發射角407b () (例如，＜)。
可明白，選擇性地修改束限制孔徑416及/或孔徑420可有效地使掃描電子顯微鏡系統400在圖4A中所繪示之溢流模式與圖4B至圖4C中所繪示之成像模式之間轉變。溢流掃描可能需要極高電子束電流()，而成像掃描可能需要跨相對低、中等或相對高電子束電流()執行。
在此方面，控制器404可經組態以選擇性地修改束限制孔徑416及/或孔徑420之一或多個特性以便定義溢流電子束電流() (圖4A)、成像電子束電流(、) (圖4B至圖4C)、溢流發射角() (圖4A)及/或成像發射角(、) (圖4B至圖4C)。特定而言，控制器404可經組態以藉由選擇性地調整束限制孔徑416之一或多個特性來使光電子系統402在溢流模式與成像模式之間切換。例如，控制器404可經組態以調整束限制孔徑416之一大小及/或束限制孔徑416在雙透鏡總成412內之一位置(例如，距第一透鏡414a之距離、距第二透鏡414b之距離)。
針對各種溢流模式及成像模式之電子束電流與發射角之間的關係可藉由方程式3來描述：(3) 其中及定義圖4A中所描繪之溢流模式中使用之溢流發射角及溢流電子束電流，及定義圖4B中所描繪之具有相對高電子束電流之成像模式中使用之成像發射角及成像電子束電流，且及定義圖4C中所描繪之具有低電子束電流之成像模式中使用之成像發射角及成像電子束電流。
在產生成像電子束401b以實行一或多次成像掃描後，可經由預掃描偏轉器424及/或主掃描偏轉器428使成像電子束401b掃描遍及樣本403之表面。與通常不具有一解析度要求之溢流掃描相反，控制器404可經組態以運用預掃描偏轉器424及主掃描偏轉器428兩者使成像電子束401b掃描遍及樣本403以便滿足影像形成解析度要求。在此方面，針對一特定視場(FOV)內具有較高影像形成解析度要求之成像掃描，控制器404可運用預掃描偏轉器424及主掃描偏轉器428兩者使成像電子束401b進行掃描，以便藉由最佳化預掃描偏轉器424及主掃描偏轉器428之相對強度及旋轉比來最小化偏轉像差及失真。在額外及/或替代實施例中，控制器404可經組態以藉由憑藉選擇性地致動其上安置樣本403之載物台總成432來使成像電子束401b進行掃描而實行一或多次成像掃描。
在一些實施例中，控制器404可經組態以在執行溢流掃描及/或成像掃描時選擇性地加偏壓於樣本403以便延遲溢流電子束401a及/或成像電子束401b。本文中構想，加偏壓於樣本403可允許控制器404針對樣本403之一特定層之一最佳電壓對比或一最佳檢測條件更精細地調整溢流電子束401a及/或成像電子束401b之一著陸能量(LE)。
隨後，文氏濾光器426可經組態以收集自樣本403之表面發出之電子411，且將電子411引導至偵測器總成434。在一些實施例中，貫穿溢流掃描及成像掃描所使用之文氏濾光器426強度可等效或實質上等效。歸因於當在一溢流模式(溢流掃描)與一成像模式(成像掃描)之間切換時電子束401能量不變之事實，用於溢流掃描及成像掃描之恆定文氏濾光器426強度可係可能的。
據此，偵測器總成434可經組態以針對溢流模式及成像模式兩者在相同文氏濾光器426強度下收集電子411。在此方面，控制器404可經組態以在一恆定強度下操作文氏濾光器426，同時在溢流模式中實行溢流掃描且同時在成像模式中實行成像掃描。如圖4B至圖4C中所展示，當執行樣本403之一或多次成像掃描時，偵測器總成434可經組態以收集自樣本403之表面發出之二次電子411。偵測器總成432可進一步經組態以基於經收集/經接收二次電子411產生樣本403之一或多個影像。在另一實施例中，控制器404可在一或多次成像掃描期間接收由偵測器總成434獲取之一或多個影像。控制器404可經組態以將經接收影像儲存於記憶體408中。
重要的是，溢流電子束401a之光點大小可相對大(數十微米至數百微米)。因此，在溢流掃描期間，電子411可廣泛地分佈於偵測器總成434上。據此，即使在利用極高溢流電子束電流之一溢流模式期間，偵測器總成434亦可能無被過度受激電子411損壞之風險。
在另一實施例中，控制器404可經組態以基於一或多個影像判定樣本403之一或多個特性。可識別之樣本403之特性可包含但不限於缺陷之存在(例如，災難性缺陷、擾亂點缺陷)、缺陷位置、缺陷大小、樣本403之量測及類似者。在額外及/或替代實施例中，控制器404可經組態以產生經組態以基於樣本403之一或多個經判定特性選擇性地調整一或多個程序工具之一或多個特性之一或多個控制信號。在此方面，控制器404可經組態以在一前饋或回饋迴路中產生一或多個控制信號以便選擇性地調整上游及/或下游程序工具。可基於樣本403之經判定特性調整之程序工具可包含但不限於微影工具、蝕刻工具、拋光工具、沈積工具及類似者。
圖6繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統400之物鏡430之一截面圖。在實踐中，物鏡430可係繞一光軸旋轉對稱的，如圖6中所展示。
在實施例中，物鏡430可包含一聯合使用之物鏡430，該聯合使用之物鏡430用於在一溢流模式中實行之溢流掃描(圖4A)及在一成像模式中實行之成像掃描(圖4B至圖4C)。在實施例中，物鏡430可包含一磁性聚焦區段，該磁性聚焦區段包含一極片450及一線圈452。物鏡430可進一步包含一靜電延遲/充電區段，該靜電延遲/充電區段包含一接地管456及一電荷控制板(CCP) 458。如本文中關於雙透鏡總成414所述，接地管454可經組態以將極片450及線圈452密封於空氣中以便保護真空不受污染。
本文中應注意，最佳化束限制孔徑416及雙透鏡總成412以便滿足方程式3可實現優於先前方法之顯著檢測益處。特定而言，根據方程式3利用掃描電子顯微鏡系統400可實現針對跨廣範圍之束電流之電壓對比檢測之改良式溢流充電速度(例如，對溢流掃描之更短時間要求)以及改良式高解析度影像形成特性。可參考圖7進一步理解掃描電子顯微鏡系統400之伴隨優點。
圖7係繪示根據本發明之一或多項實施例之影像形成解析度與樣本充電速度之間的一關係之一圖表700。如本文中先前關於圖3所述，電子束電流與充電速度正相關，其中較高電子束電流導致較快充電速度，且光點大小與影像形成解析度負相關，其中較高光點大小導致較低影像形成解析度。曲線702繪示低電子束電流(例如，)，曲線704繪示高電子束電流(例如，)，且曲線706代表用於低電子束應用之高電子束電流之一預測。
如本文中先前關於圖3所述，若吾人待選擇用於一溢流掃描之一溢流電子束電流() (例如，)，則將在用於成像掃描之低成像電子束電流()中達成非常不良影像形成解析度(例如，)。不良影像形成解析度可歸咎於束限制孔徑210與孔徑216中間之電子之重庫侖相互作用效應。相較而言，參考圖7，在已運用一極高溢流電子束電流(例如，)完成一溢流掃描之後，可單獨地運用一原始低電子束電流(例如，)及一原始高電子束電流(例如，)達成及兩者之高解析度。
本發明之額外實施例係關於用於執行溢流掃描及/或成像掃描之技術。此可參考圖8A至圖9進一步理解。
圖8A至圖8B繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之一掃描帶掃描程序800之一示意圖。在一些實施例中，掃描電子顯微鏡系統400可經組態以執行掃描帶掃描程序800以便在一溢流模式中實行溢流掃描及/或在一成像模式中實行成像掃描。
在改良一樣本403之電壓對比檢測之處理量方面之一個挑戰係在跨顯著地大於之一樣本403之至少一部分之近似之一大面積(例如，一圖案化晶圓中之一晶粒之一面積)內訪問/掃描一成像電子束401b。據此，本發明之實施例係關於一種掃描帶掃描程序800以便改良用於檢測之處理量，包含電壓對比檢測。
在實施例中，一控制器404可經組態以藉由將一樣本403之一部分(或被檢測樣本403之部分)邏輯上劃分成複數個橫向條帶802來實行掃描帶掃描程序800。例如，如圖8A中所展示，一樣本403 (或被檢測樣本403之部分)可被劃分成一第一橫向條帶802a、一第二橫向條帶802b…、一第m-1 橫向條帶802m-1及一第m 橫向條帶802m。複數個橫向條帶之一或多個橫向條帶可由一橫向長度(L)及一掃描帶掃描高度(H)來定義。在實施例中，如圖8B中所展示，一橫向條帶802之一掃描帶掃描高度(H)可被定義為，其中以奈米(nm)至數十奈米(nm)為單位定義電子束401 (例如，溢流電子束401a、成像電子束401b)之像素光點大小，係數位值1024，且係「第k 個」數。
在實施例中，控制器404可經組態以使電子束401沿一垂直掃描帶掃描圖案801針對掃描帶掃描高度(H)進行掃描 (例如，溢流電子束401a、成像電子束401b)。在一第一反覆803a中使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801針對掃描帶掃描高度(H)進行掃描之後，控制器404可經組態以在一第一反覆805a中回掃電子束401，接著重複使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801針對掃描帶掃描高度(H)進行掃描。控制器404可經組態以使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801跨橫向條帶802針對橫向長度(L)進行掃描達複數次反覆803a至803n。在此方面，垂直掃描帶掃描圖案801可被定義為與複數次回掃反覆805a至805n-1組合之複數次垂直掃描反覆803a至803n。
在一些實施例中，控制器404可經組態以沿垂直掃描帶掃描圖案801針對掃描帶掃描高度(H)致動電子束401，同時致動樣本403 (經由載物台總成432)。例如，控制器404可經組態以沿垂直掃描帶掃描圖案801針對掃描帶掃描高度(H)致動電子束401，同時沿平行於橫向長度(L)之一橫向方向致動樣本403。控制器404可經組態以藉由以一恆定速度沿平行於橫向長度(L)之橫向方向致動載物台總成432而以一恆定速度致動樣本403。
在完成一個橫向條帶802之後，可回轉樣本403 (例如，載物台總成432)，且可掃描一後續橫向條帶802。例如，在使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801跨第一橫向條帶802a針對掃描帶掃描高度(H)及橫向長度(L)進行掃描之後，控制器404接著可經組態以運用相同垂直掃描帶掃描圖案執行第二橫向條帶802b之掃描。例如，如圖8A中所展示，控制器404可經組態以使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801跨第一橫向條帶802a針對掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿一第一橫向方向，沿第一橫向條帶802之橫向長度(L)致動樣本403。在完成第一橫向條帶802a後，控制器404可經組態以使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801跨第二橫向條帶802a針對掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿與第一橫向方向相反之一第二橫向方向沿第二橫向條帶802a之橫向長度(L)致動樣本403。
作為另一實例，控制器404可經組態以使電子束401沿垂直掃描帶掃描圖案801跨第一橫向條帶802a針對掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿一第一橫向方向，沿第一橫向條帶802之橫向長度(L)致動樣本403。在完成第一橫向條帶802後，控制器404可經組態以沿與第一橫向方向相反之一第二橫向方向沿橫向長度(L)致動樣本403，接著針對第二橫向條帶802b重複垂直掃描帶掃描圖案801。
在實施例中，針對一樣本403或樣本403之一部分實行一成像掃描之掃描帶掃描程序800之處理量可被定義為總時間()之函數，該總時間()可根據方程式4來定義：(4) 其中定義一被檢測樣本403之高度或長度(一樣本403可被定義為面積)，且、及分別係載物台總成432之回轉時間、掃描回掃時間及像素停留時間。像素停留時間可由像素掃描速率(簡稱)或給出。像素掃描速率可進一步由在溢流掃描及/或成像掃描期間之信號(S)對雜訊(N)比(例如，SNR)來定義。信號(S)可被定義為成像電子束電流()，而雜訊(N)通常被視為統計散粒雜訊。據此，較高成像電子束電流()使較高掃描速率被使用，由此導致較短像素停留時間() (例如，增加減小)。
可根據電子束401之像素光點大小(P)、成像電子束電流()及掃描帶掃描高度(H)(或「第k 個」數)之光學能力改良/最佳化如方程式4中所表示之掃描帶掃描程序800之處理量。亦可根據回掃時間之電子能力及在掃描帶掃描程序800/垂直掃描帶掃描圖案801期間致動載物台總成432之機械能力改良/最佳化處理量。
本文中應注意，可基於包含預掃描偏轉器220及主掃描偏轉器224之雙偏轉器總成之設計/能力設定用於掃描帶掃描程序800之掃描帶掃描高度(H)及/或橫向長度(L)。例如，雙偏轉器總成之最大掃描能力可定義掃描帶掃描高度(H)及/或橫向長度(L)。然而，本文中進一步應注意，增加掃描帶掃描高度(H)及/或橫向長度(L)可增加處理量，但導致離軸模糊及失真增加。
除使用掃描帶掃描程序800來實行成像掃描之外，掃描帶掃描程序800可另外及/或替代地用於實行溢流掃描。溢流掃描程序800亦可針對溢流掃描顯著地簡化。特定而言，與可為大約奈米(nm)至數百奈米(nm)之一成像電子束401b之像素大小相較，一溢流電子束401a之像素大小可與數百微米(μm)一樣大。據此，當利用掃描帶掃描程序800進行溢流掃描時，可將像素光點大小(P)設定為與各橫向條帶802之掃描帶掃描高度(H)一樣大。在此方面，歸因於溢流電子束401a之增加大小，對於溢流掃描，沿垂直掃描帶掃描圖案801掃描一溢流電子束401a可能係不必要的。如本文中先前所述，可藉由選擇性地控制聚光透鏡422及/或物鏡430之聚焦強度來達成溢流電子束401a之較大像素光點大小。
在實施例中，實行一溢流掃描(溢流充電)之掃描帶掃描程序800之處理量可被定義為總時間()之函數，該總時間()可根據方程式5來定義：(5) 其中H定義溢流電子束401a之像素光點大小，且定義載物台總成432之速度。歸因於增大之像素光點大小，與總成像時間()相較，總溢流充電時間()可忽略不計。與之間的差可取決於用於成像掃描之成像電子束401b之像素大小。例如，針對成像電子束401b之大像素光點大小，，且針對成像電子束401b之小像素光點大小，。
在一些實施例中，溢流充電電壓(例如，樣本403之經引發表面電壓)可為位置之函數(例如，)，且可根據方程式6來定義：(6) 其中定義溢流電子束電流，定義真空介電常數，定義局部位置中之相對真空介電常數，且定義樣本403在局部位置中之層厚度。針對之一經引發電壓對比之一要求(例如，)，方程式6可用來設計用於實行溢流掃描之光電子系統402之光學件。
在此方面，當實行意欲於達成樣本403之一指定電壓對比()之一溢流掃描時，控制器404可根據方程式6設定溢流電子束電流()、溢流電子束之像素大小(H)及載物台總成432之速度。一般而言，一層之經引發充電電壓搭配載物台總成432之最快移動速度(例如，)、連同大約亞µA 之溢流電子束電流(例如，)及大約數百微米(µm)之溢流電子束401a之一像素大小係足夠的(例如，)。
圖9繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之逐步程序900之一示意圖。
在額外及/或替代實施例中，掃描電子顯微鏡系統400可經組態以執行逐步程序900以便在一溢流模式中實行溢流掃描及/或在一成像模式中實行成像掃描。逐步程序900有時可被稱為「步進並掃描」程序900。
在實施例中，控制器404可經組態以藉由將樣本403 (或被檢測樣本403之部分)邏輯上劃分成複數個主視場(PFOV 902)來實行逐步程序900。例如，如圖9中所展示，控制器404可經組態以將被檢測樣本403之一部分劃分成一第一PFOV 902a (PFOV1 )、一第二PFOV 902b (PFOV2 )及一第三PFOV 902c (PFOV3 )。在實施例中，一PFOV 902可經定大小為大約數十微米(μm)至數百微米(μm)。可相對於溢流電子束401a之溢流像素光點大小901判定各PFOV 902之大小。例如，如圖9中所展示，PFOV 902可經定大小使得其等小於溢流像素光點大小901。然而，此不應被視為對本發明之一限制，除非本文中另有所述。
在另一實施例中，控制器404可經組態以將PFOV 902細分成複數個子視場(SFOV 904)。例如，如圖9中所展示，控制器404可經組態以將PFOV 902b劃分成複數個SFOV 904a至904n。複數個SFOV 904a至904n可以此項技術中已知之任何組態來配置，包含但不限於一mxn 陣列。
在實施例中，控制器404可經組態以在前移至下一PFOV 902之前執行各個各自PFOV 902之一或多次溢流掃描及一或多次成像掃描。例如，控制器404可經組態以在處於一溢流模式中時運用一溢流電子束401a執行第一PFOV 902a之一或多次溢流掃描。隨後，控制器404可經組態以將光電子系統402切換至一成像模式，且藉由使成像電子束401b掃描遍及複數個SFOV 904a至904b來執行第一PFOV 902a之一或多次成像掃描。在一些實施例中，控制器404可經組態以使成像電子束401b沿一光柵掃描圖案掃描遍及複數個SFOV 904a至904b。樣本403及載物台總成434可保持固定，同時使成像電子束掃描遍及單個PFOV 902內之複數個SFOV 904a至904b。
在執行第一PFOV 902a之溢流及成像掃描之後，控制器404可經組態以將光電子系統402切換回至一溢流模式。控制器404可進一步經組態以選擇性地致動樣本403以便對準第二PFOV 902b與光電子系統402之光軸。隨後，控制器404可經組態以執行第二PFOV 904b之一或多次溢流掃描，將光電子系統402切換回至一成像模式，且藉由使成像電子束401b掃描遍及第二PFOV 902b之複數個SFOV 904a至904n來執行第二PFOV 902b之一或多次成像掃描。可針對各PFOV 902a至902n繼續此溢流成像程序直至已檢測整個樣本403 (或樣本403之部分)為止。
單個PFOV之總溢流充電時間()可根據方程式7來定義及/或估計：(7) 其中P定義溢流電子束401a之溢流像素光點大小901，定義所期望之經引發電壓對比，定義PFOV內之樣本403之一局部層之厚度，且定義溢流電子束電流。
在其中溢流像素光點大小901 (P)足夠大以覆蓋整個PFOV 902 (如圖9中所展示)之實施例中，單個PFOV之總溢流充電時間()可為大約亞毫秒。例如，考量溢流充電達成大小為100 µm之一PFOV 902之10 V之一經引發電壓對比 ()，其中絕緣體層係1 µm厚()，其中一溢流電子束電流係100 nA ()。在此實例中，根據方程式7，單個PFOV之總溢流充電時間()可為大約亞毫秒。據此，與載物台總成434之步進時間(其通常為大約亞秒)相較，可忽略不計。
本文中應注意，可存在其中溢流像素光點大小901 (P)不足夠大以覆蓋整個PFOV 902之一些例項。例如，光電子系統402內之磁性組件之磁性速度可能使得難以產生足夠大以覆蓋整個PFOV 902之一溢流像素光點大小901 (P)。然而，即使在溢流像素光點大小901 (P)不足夠大以覆蓋整個PFOV 902之情況下，與PFOV 902相較，溢流像素光點大小901 (P)將可能仍相對大，且將需要最少掃描以覆蓋整個PFOV 902。據此，仍可藉由使用雙偏轉器總成(例如，預掃描偏轉器220及主掃描偏轉器224)使相對大溢流像素光點大小901 (P)掃描遍及PFOV 902來達成一亞毫秒溢流充電時間()。本文中應注意，可藉由使聚光透鏡422散焦同時維持物鏡430之恆定激勵來達成處於大約微米之一溢流像素光點大小901 (P)。
本文中構想，本發明之實施例可解決用於電壓對比檢測系統之一或多個先前缺點。例如，藉由使用一聯合光電柱來實行溢流掃描及成像掃描兩者，本發明之掃描電子顯微鏡系統400可減小系統之大小、重量及複雜性。另外，藉由選擇性地調整光電子系統402 (例如，雙透鏡總成412、束限制孔徑416、孔徑420及類似者)之特性，本發明之掃描電子顯微鏡系統400可實現快速溢流充電速度，同時維持高影像形成解析度。特定而言，本發明之掃描電子顯微鏡系統400可減小束限制孔徑416與孔徑420之間的殘留電子電流，由此降低殘留電子之間的庫侖相互作用效應且改良成像掃描期間之影像形成解析度。
本文中應注意，所揭示之掃描電子顯微鏡系統400之一或多個組件可以此項技術中已知之任何方式通信地耦合至系統之各種其他組件。例如，控制器404、光電子系統402 (例如，電子源410、束限制孔徑416、物鏡430)、偵測器總成434及類似者可經由一有線連接(例如，銅線、光纖電纜及類似者)或無線連接(例如，RF耦合、IR耦合、資料網路通信(例如，WiFi、WiMax、藍芽、3G、4G、4G LTE、5G及類似者)彼此通信地耦合且通信地耦合至其他組件。
在另一實施例中，掃描電子顯微鏡系統400可包含一控制器404。在一項實施例中，控制器404包含一或多個處理器406及記憶體408。在另一實施例中，一或多個處理器406可經組態以執行儲存於記憶體408中之一程式指令集，其中該程式指令集經組態以致使一或多個處理器406實行本發明之步驟。
在一項實施例中，一或多個處理器406可包含此項技術中已知之任何一或多個處理元件。在此意義上，一或多個處理器406可包含經組態以執行軟體演算法及/或指令之任何微處理器類型器件。在一項實施例中，一或多個處理器406可由一桌上型電腦、主機電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或經組態以執行經組態以操作掃描電子顯微鏡系統400之一程式之其他電腦系統(例如，聯網電腦)構成，如貫穿本發明所描述。應認知，貫穿本發明所描述之步驟可由單個電腦系統或替代地由多個電腦系統來實行。通常，術語「處理器」可廣義地被定義為涵蓋具有執行來自記憶體408之程式指令之一或多個處理元件之任何器件。此外，掃描電子顯微鏡系統400之不同子系統(例如，控制器404、電子源410、偵測器總成434)可包含適於實行貫穿本發明所描述之步驟之至少一部分之處理器或邏輯元件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之一限制而僅僅係一闡釋。
記憶體408可包含此項技術中已知之適於儲存可由相關聯之一或多個處理器406執行之程式指令及由掃描電子顯微鏡系統400產生之影像之任何儲存媒體。例如，記憶體408可包含一非暫時性記憶體媒體。例如，記憶體408可包含但不限於一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一磁性或光學記憶體器件(例如，磁碟)、一磁帶、一固態硬碟及類似者。進一步應注意，記憶體408可與一或多個處理器406一起容置於一共同控制器殼體中。在一替代實施例中，記憶體408可相對於處理器406、控制器404及類似者之實體位置遠端地定位。在另一實施例中，記憶體408維持用於致使一或多個處理器406實行貫穿本發明所描述之各個步驟之程式指令。
在一項實施例中，一使用者介面436通信地耦合至控制器404。在一項實施例中，使用者介面436可包含但不限於一或多個桌上型電腦、平板電腦、智慧型電話、智慧型手錶或類似者。在另一實施例中，使用者介面436包含用來向一使用者顯示掃描電子顯微鏡系統400之資料之一顯示器。使用者介面436之顯示器可包含此項技術中已知之任何顯示器。例如，顯示器可包含但不限於一液晶顯示器(LCD)、一基於有機發光二極體(OLED)之顯示器或一CRT顯示器。熟習此項技術者應認知，能夠與一使用者介面436整合之任何顯示器件適於在本發明中實施。在另一實施例中，一使用者可回應於經由使用者介面436顯示給使用者之資料而輸入選擇及/或指令。例如，一使用者可能夠經由使用者介面436輸入一或多個控制命令以便使掃描電子顯微鏡系統400在一溢流模式與一成像模式之間切換。
圖10繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之一方法1000之一流程圖。本文中應注意，方法1000之步驟可全部或部分地由掃描電子顯微鏡系統400來實施。然而，進一步應認知，方法1000不限於掃描電子顯微鏡系統400，其中額外或替代系統級實施例可實行方法1000之全部或部分步驟。
在一步驟1002中，在一溢流模式中運用一光電子系統形成一溢流電子束。例如，圖4A繪示處於一溢流模式中之一掃描電子顯微鏡系統400。如圖4A中所展示，控制器404可經組態以致使光電子系統402之一電子源410產生一溢流電子束401a。
在一步驟1004中，運用溢流電子束執行一樣本之一部分之一或多次溢流掃描。可對樣本403執行一或多次溢流掃描以便在樣本403之一或多個層內引發一電壓對比。例如，在產生溢流電子束401a後，可經由預掃描偏轉器424及/或主掃描偏轉器428使溢流電子束401a掃描遍及樣本403之表面。在額外及/或替代實施例中，控制器404可經組態以藉由憑藉選擇性地致動其上安置樣本403之載物台總成432來使溢流電子束401a進行掃描而實行一或多次溢流掃描。
在一步驟1006中，調整光電子系統之一束限制孔徑之一或多個特性以將光電子系統自溢流模式切換至一成像模式。例如，控制器404可經組態以藉由選擇性地調整束限制孔徑416之一大小及/或束限制孔徑416在雙透鏡總成412內之一位置(例如，距第一透鏡414a之距離、距第二透鏡414b之距離)來使光電子系統402在溢流模式與成像模式之間切換。
在一步驟1008中，在成像模式中運用光電子系統形成一成像電子束。例如，圖4B至圖4C繪示處於一成像模式中之一掃描電子顯微鏡系統400。如圖4B至圖4C中所展示，控制器404可經組態以致使光電子系統402之一電子源410產生一成像電子束401b。
在一步驟1010中，運用成像電子束執行一樣本之一部分之一或多次成像掃描。例如，在產生成像電子束401b後，可經由預掃描偏轉器424及/或主掃描偏轉器428使成像電子束401b掃描遍及樣本403之表面。在額外及/或替代實施例中，控制器404可經組態以藉由憑藉選擇性地致動其上安置樣本403之載物台總成432來使成像電子束401b進行掃描而實行一或多次成像掃描。
在一步驟1012中，在一或多次成像掃描期間獲取樣本之部分之一或多個影像。例如，偵測器總成432可經組態以基於經收集/經接收二次電子411產生樣本403之一或多個影像。在另一實施例中，控制器404可在一或多次成像掃描期間接收由偵測器總成434獲取之一或多個影像，且將經接收影像儲存於記憶體408中。
在一步驟1014中，基於一或多個影像判定樣本之一或多個特性。可被識別之樣本403之特性可包含但不限於缺陷之存在(例如，災難性缺陷、擾亂點缺陷)、缺陷位置、缺陷大小、樣本403之量測及類似者。
熟習此項技術者將認知，本文中所描述之組件(例如，操作)、器件、物件及其等隨附論述為了概念清楚起見而用作實例且構想各種組態修改。因此，如本文中所使用，所闡述之特定實例及隨附論述意欲於代表其等之更一般類別。通常，任何特定實例之使用意欲於代表其類別，且不包含特定組件(例如，操作)、器件及物件不應被視為限制性。
熟習此項技術者將明白，存在藉由其等可實現本文中所描述之程序及/或系統及/或其他技術之各種工具(例如，硬體、軟體及/或韌體)，且較佳工具將隨其中部署程序及/或系統及/或其他技術之背景而變動。例如，若一實施者判定速度及精度最重要，則實施者可選擇一主要係硬體及/或韌體之工具；替代地，若靈活性最重要，則實施者可選擇一主要係軟體之實施方案；或者，又再次替代地，實施者可選擇硬體、軟體及/或韌體之某個組合。因此，存在藉由其等可實現本文中所描述之程序及/或器件及/或其他技術之若干可能工具，該等工具均不固有地優於另一工具，其中待利用之任何工具係取決於其中將部署工具之背景及實施者之特定考量(例如，速度、靈活性或可預測性)(其等之任一者可變動)之一選擇。
呈現先前描述以使一般技術者能夠製作及使用如在一特定應用及其要求之背景下所提供之本發明。如本文中所使用，方向性術語(諸如「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上部」、「向上」、「下部」、「下」及「向下」)出於描述目的意欲於提供相對位置，且並非意欲於指定一絕對參考框架。對所描述實施例之各種修改對於熟習此項技術者將係顯而易見的，且本文中所定義之一般原理可應用於其他實施例。因此，本發明並非意欲於限於所展示及所描述之特定實施例，而是符合與本文中所揭示之原理及新穎特徵相一致之最廣範疇。
關於本文中實質上任何複數及/或單數術語之使用，熟習此項技術者可根據背景及/或應用自複數轉換為單數及/或自單數轉換為複數。為了清楚起見，本文中未明確地闡述各種單數/複數置換。
本文中所描述之全部方法可包含將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存於記憶體中。結果可包含本文中所描述之任何結果且可以此項技術中已知之任何方式儲存。記憶體可包含本文中所描述之任何記憶體或此項技術中已知之任何其他合適儲存媒體。在已儲存結果之後，結果可在記憶體中存取且可由本文中所描述之任何方法或系統實施例使用，經格式化以顯示給一使用者，由另一軟體模組、方法或系統使用及類似者。此外，結果可「永久」、「半永久」、「暫時」或在一段時間週期內儲存。例如，記憶體可為隨機存取記憶體(RAM)，且結果可能不一定無限期地保留於記憶體中。
進一步構想，上文所描述之方法之實施例之各者可包含本文中所描述之(若干)任何其他方法之(若干)任何其他步驟。另外，上文所描述之方法之實施例之各者可由本文中所描述之任何系統來執行。
本文中所描述之標的物有時闡釋其他組件內所含或與其他組件連接之不同組件。應理解，如此描繪之架構僅僅係例示性的，且事實上可實施達成相同功能之許多其他架構。在一概念意義上，達成相同功能之組件之任何配置經有效地「相關聯」，使得達成所期望功能。因此，本文中組合以達成一特定功能之任何兩個組件可被視為彼此「相關聯」，使得達成所期望功能，而與架構或中間組件無關。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所期望功能，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可耦合」以達成所期望功能。可耦合之特定實例包含但不限於實體上可配合及/或實體上相互作用之組件及/或無線地可相互作用及/或無線地相互作用之組件及/或邏輯上相互作用及/或邏輯上可相互作用之組件。
此外，應理解，本發明係由隨附發明申請專利範圍定義。熟習此項技術者將理解，通常，本文中且尤其隨附發明申請專利範圍(例如，隨附發明申請專利範圍之主體)中所使用之術語通常意欲為「開放」術語(例如，術語「包含(including)」應被解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應被說明為「至少具有」，術語「包含(includes)」應被解釋為「包含但不限於」及類似者)。熟習此項技術者將進一步理解，若預期特定數目個所介紹請求項敘述，則此一意圖將在發明申請專利範圍中明確地敘述，且在缺失此敘述之情況下不存在此意圖。例如，為了幫助理解，下文隨附發明申請專利範圍可含有介紹性片語「至少一個」及「一或多個」之使用以介紹請求項敘述。然而，此等片語之使用不應被解釋為暗示藉由不定冠詞「一」或「一個」介紹一請求項敘述將含有此所介紹請求項敘述之任何特定請求項限於僅含有一個此敘述之發明，即使同一請求項包含介紹性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一」或「一個」之不定冠詞(例如，「一」及/或「一個」通常應被解釋為意謂「至少一個」或「一或多個」)；用來介紹請求項敘述之定冠詞之使用亦係如此。另外，即使明確地敘述特定數目個所介紹請求項敘述，熟習此項技術者仍將認知，此敘述通常應被解釋為至少意謂著所敘述數目(例如，沒有其他修飾詞之「兩個敘述」之純粹敘述通常意謂至少兩個敘述，或兩個或更多個敘述)。此外，在其中使用類似於「 A、B及C之至少一者及類似者」之一慣例之彼等例項中，通常此一構造意欲具熟習此項技術者將理解該慣例之意義(例如，「具有A、B及C之至少一者之一系統」將包含但不限於具有單獨A、單獨B、單獨C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起及類似者之系統)。在其中使用類似於「 A、B或C之至少一者及類似者」之一慣例之彼等例項中，通常，此一構造意欲具熟習此項技術者將理解該慣例之意義(例如，「具有A、B或C之至少一者之一系統」將包含但不限於具有單獨A、單獨B、單獨C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起及類似者之系統)。熟習此項技術者將進一步理解，實際上無論是在描述、發明申請專利範圍或圖式中，呈現兩個或更多個替代術語之任何轉折詞及/或片語應被理解為構想包含該等術語之一者、該等術語之任一者或兩個術語之可能性。例如，片語「A或B」將被理解為包含「 A」或「 B」或「 A及B」之可能性。
據信藉由前文描述將理解本發明及其許多附帶優點，且將顯而易見的是，在不脫離所揭示標的物之情況下或在不犧牲其全部實質優勢之情況下，可對組件之形式、構造及配置進行各種改變。所描述形式僅僅係說明性的，且下文發明申請專利範圍意欲於涵蓋及包含此等改變。此外，應理解，本發明由隨附發明申請專利範圍定義。
101a:溢流電子束 101b:溢流電子束 102:樣本 103:掃描方向 104a:第一層/頂層 104b:第二層/底層 105a:第一缺陷 105b:第二缺陷 106a:導體層段 106b:導體層段 106c:導體層段 108a:絕緣體層段 108b:絕緣體層段 108c:絕緣體層段 200a:掃描電子顯微鏡系統 200b:掃描電子顯微鏡系統 200c:掃描電子顯微鏡系統 201:電子束/溢流電子束/成像電子束 202a:光電柱/成像光電柱 202b:光電柱/溢流光電柱 203:樣本 204:電子源 205:電子束交叉 206:偵測器總成 207:選定電子束 208:載物台總成 209:二次電子 210:束限制孔徑 211:溢流電子束 212:槍透鏡 213:最大電子束 214:遮沒偏轉器 216:柱孔徑 218:聚光透鏡 220:預掃描偏轉器 222:文氏濾光器 224:主掃描偏轉器 226:物鏡 232:可調整電子源 234:束限制孔徑 236:槍透鏡 238:偏轉器 300:圖表 301a:點 301b:點 302:曲線 304:曲線 306:曲線 400:掃描電子顯微鏡系統 401a:溢流電子束 401b:成像電子束 402:光電子系統 403:樣本 404:控制器 405:光電柱 406:處理器 407a:最大發射角 407b:發射角 407c:發射角 408:記憶體 409a:第一電子束交叉 409b:第二電子束交叉 410:電子源 411:二次電子 412:雙透鏡總成 414a:第一槍透鏡 414b:第二槍透鏡 416:束限制孔徑 417:電子束交叉 418:遮沒偏轉器 420:孔徑 422:聚光透鏡 424:預掃描偏轉器 426:文氏濾光器 428:主掃描偏轉器 430:物鏡 432:載物台總成 434:偵測器總成 436:使用者介面 440:尖端 442:抑制器 444:提取器 446a:第一極片 446b:第二極片 448a:第一線圈 448b:第二線圈 450:真空密封管/極片 452:靜電透鏡/線圈 454:聚焦電極 456:接地電極/接地管 458:電荷控制板(CCP) 700:圖表 702:曲線 704:曲線 706:曲線 800:掃描帶掃描程序 801:垂直掃描帶掃描圖案 802:橫向條帶 802a:第一橫向條帶 802b:第二橫向條帶 802m:第m橫向條帶 802m-1:第m-1橫向條帶 803a:垂直掃描反覆 803b:垂直掃描反覆 805a:回掃反覆 805b:回掃反覆 900:逐步程序 901:溢流像素光點大小 902:PFOV 902a:第一PFOV 902b:第二PFOV 902c:第三PFOV 904a:子視場(SFOV) 904n:子視場(SFOV) 1000:方法 1002:步驟 1004:步驟 1006:步驟 1008:步驟 1010:步驟 1012:步驟 1014:步驟
藉由參考附圖，熟習此項技術者可更好地理解本發明之眾多優點，其中：
圖1繪示根據本發明之一或多項實施例之用來在一樣本內產生電壓對比之一溢流電子束之一概念圖。
圖2A繪示包含用於執行一樣本之電壓對比檢測之一光電柱之一掃描電子顯微鏡系統。
圖2B繪示包含用於執行一樣本之電壓對比檢測之一成像光電柱及一溢流光電柱之一掃描電子顯微鏡系統。
圖2C繪示包含用於執行一樣本之電壓對比檢測之一成像光電柱及一溢流光電柱之一掃描電子顯微鏡系統。
圖3係繪示影像形成解析度與樣本充電速度之間的一關係之一圖表。
圖4A繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統。
圖4B繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統。
圖4C繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統。
圖5A繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統之一雙透鏡總成之一截面圖。
圖5B繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統之一雙透鏡總成之一截面圖。
圖6繪示根據本發明之一或多項實施例之一掃描電子顯微鏡系統之一物鏡之一截面圖。
圖7係繪示根據本發明之一或多項實施例之光點大小與電子束電流之間的一關係之一圖表。
圖8A繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之一掃描帶掃描程序之一示意圖。
圖8B繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之一掃描帶掃描程序之一示意圖。
圖9繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之逐步程序之一示意圖。
圖10繪示根據本發明之一或多項實施例之用於執行電壓對比檢測之一方法之一流程圖。
200a:掃描電子顯微鏡系統
201:電子束/溢流電子束/成像電子束
202a:光電柱/成像光電柱
203:樣本
204:電子源
205:電子束交叉
206:偵測器總成
207:選定電子束
208:載物台總成
209:二次電子
210:束限制孔徑
212:槍透鏡
214:遮沒偏轉器
216:柱孔徑
218:聚光透鏡
220:預掃描偏轉器
222:文氏濾光器
224:主掃描偏轉器
226:物鏡

Claims (27)

  1. 一種掃描電子顯微鏡系統，其包括：一光電子系統，其包括：一電子源，其經組態以產生一電子束；一光電柱，其經組態以將該電子束引導至一樣本，該光電柱包括：一雙透鏡總成，其包含一第一透鏡及一第二透鏡；一束限制孔徑，其經安置於該雙透鏡總成之該第一透鏡與該第二透鏡之間；及一偵測器總成，其經組態以偵測自該樣本之一表面散射之電子；及一控制器，其通信地耦合至該光電子系統，該控制器包含一或多個處理器，該一或多個處理器經組態以執行儲存於一記憶體中之一程式指令集，該等程式指令經組態以致使該一或多個處理器：產生經組態以致使該光電子系統形成一溢流電子束且運用該溢流電子束執行該樣本之一部分之一或多次溢流掃描之一或多個控制信號；產生經組態以致使該光電子系統形成一成像電子束且運用該成像電子束執行該樣本之該部分之一或多次成像掃描之一或多個控制信號；在該一或多次成像掃描期間接收由該偵測器總成獲取之一或多個影像；及基於該一或多個影像判定該樣本之一或多個特性；其中執行該一或多次溢流掃描或該一或多次成像掃描之至少一者 包括：將該樣本之該部分劃分成一或多個橫向條帶，該一或多個橫向條帶包含一橫向長度(L)及一掃描帶掃描高度(H)；及使該溢流電子束或該成像電子束之至少一者沿一垂直掃描帶掃描圖案針對該掃描帶掃描高度(H)，針對該橫向長度(L)進行掃描達複數次反覆。
  2. 如請求項1之系統，其中該溢流電子束經組態以在該樣本之該部分之一或多個層中引發一電壓對比。
  3. 如請求項1之系統，其中該溢流電子束包含一溢流電子束電流(BCf)及一溢流發射角(βf)，且其中該成像電子束包含一成像電子束電流(BCi)及一成像發射角(βi)，且其中該溢流電子束電流(BCf)大於該成像電子束電流(BCi)。
  4. 如請求項3之系統，其中該溢流電子束電流(BC f )係該成像電子束電流(BC i )之至少十倍大。
  5. 如請求項3之系統，其中該溢流發射角(β f )大於該成像電子束發射角(β i )。
  6. 如請求項1之系統， 其中在一溢流模式中執行該一或多次溢流掃描且在一成像模式中執行該一或多次成像掃描，其中該一或多個處理器經組態以藉由選擇性地調整該束限制孔徑之一或多個特性來使該光電子系統在該溢流模式與該成像模式之間切換。
  7. 如請求項6之系統，其中該束限制孔徑之該一或多個特性包括該束限制孔徑之一大小或該束限制孔徑在該第一透鏡與該第二透鏡之間的一位置之至少一者。
  8. 如請求項6之系統，其中該光電子系統進一步包括一文氏濾光器，該文氏濾光器經組態以將自該樣本發出之電子引導至該偵測器總成，其中該控制器經組態以在該溢流模式及該成像模式中在一恆定強度下操作該文氏濾光器。
  9. 如請求項1之系統，其中該溢流電子束及該成像電子束兩者藉由該光電柱自該電子源引導至該樣本。
  10. 如請求項1之系統，其中該光電子系統進一步包括一孔徑，其中該雙透鏡總成經組態以自該電子源接收該電子束且將該電子束引導至該孔徑。
  11. 如請求項10之系統，其中該控制器進一步經組態以選擇性地調整該孔徑之一或多個特性以便調整該成像電子束電流(BCi)。
  12. 如請求項1之系統，其中該雙透鏡總成包括一第一槍透鏡及一第二槍透鏡。
  13. 如請求項1之系統，其中該雙透鏡總成包括一槍透鏡及一靜電透鏡。
  14. 如請求項1之系統，其中該一或多個光電元件包括安置於該雙透鏡總成之該第一透鏡與該第二透鏡之間的一束限制孔徑。
  15. 如請求項14之系統，其中該控制器進一步經組態以產生經組態以選擇性地調整該束限制孔徑之一或多個特性以便選擇被引導通過該光電柱之一最大電子束電流之一或多個控制信號。
  16. 如請求項1之系統，其中該電子源包括一熱場發射(TFE)電子源或一冷場發射(CFE)電子源之至少一者。
  17. 如請求項1之系統，其中執行該一或多次溢流掃描或該一或多次成像掃描之至少一者包括：將該樣本之該部分劃分成一第一橫向條帶及至少一個額外橫向條帶，該第一橫向條帶及該至少一個額外橫向條帶包含一橫向長度(L)及一掃描帶掃描高度(H)；使該溢流電子束或該成像電子束之至少一者沿一垂直掃描帶掃描圖案跨該第一橫向條帶針對該掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿一第一橫向方向，沿該第一橫向條帶之該橫向長度(L)致動該樣本之該部分；及 使該溢流電子束或該成像電子束之至少一者沿一垂直掃描帶掃描圖案跨該至少一個額外橫向條帶針對該掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿與該第一橫向方向相反之一第二橫向方向，沿該至少一個額外橫向條帶之該橫向長度(L)致動該樣本之該部分。
  18. 如請求項1之系統，其中執行該一或多次溢流掃描或該一或多次成像掃描之至少一者包括：將該樣本之該部分劃分成一第一主視場(PFOV)及至少一個額外主視場(PFOV)；執行該第一PFOV之該一或多次溢流掃描；藉由使該成像電子束沿一光柵掃描圖案跨該第一PFOV之複數個子視場(SFOV)進行掃描來執行該第一PFOV之該一或多次成像掃描；選擇性地致動該樣本；執行該至少一個額外PFOV之該一或多次溢流掃描；藉由使該成像電子束沿一光柵掃描圖案跨該至少一個額外PFOV之複數個子視場(SFOV)進行掃描來執行該至少一個額外PFOV之該一或多次成像掃描。
  19. 如請求項18之系統，其中該第一PFOV或該至少一個額外PFOV之至少一者之一大小小於該溢流電子束之一光點大小。
  20. 如請求項1之系統，其中該控制器進一步經組態以：產生經組態以基於該一或多個經判定特性選擇性地調整一或多個程 序工具之一或多個特性之一或多個控制信號。
  21. 一種掃描電子顯微鏡系統，其包括：一控制器，其通信地耦合至一光電子系統，該控制器包含一或多個處理器，該一或多個處理器經組態以執行儲存於一記憶體中之一程式指令集，該等程式指令經組態以致使該一或多個處理器：產生經組態以致使該光電子系統在一溢流模式中形成一溢流電子束且運用該溢流電子束執行該樣本之一部分之一或多次溢流掃描之一或多個控制信號；產生經組態以選擇性地調整該光電子系統之一束限制孔徑之一或多個特性以便將該光電子系統自該溢流模式切換至一成像模式之一或多個控制信號，其中該束限制孔徑經安置於一雙透鏡總成之一第一透鏡與一第二透鏡之間；產生經組態以致使該光電子系統在該成像模式中形成一成像電子束且運用該成像電子束執行該樣本之一部分之一或多次成像掃描之一或多個控制信號；在該一或多次成像掃描期間接收由該光電子系統之一偵測器總成獲取之一或多個影像；及基於該一或多個影像判定該樣本之一或多個特性；其中執行該一或多次溢流掃描或該一或多次成像掃描之至少一者包括：將該樣本之該部分劃分成一或多個橫向條帶，該一或多個橫向條帶包含一橫向長度(L)及一掃描帶掃描高度(H)；及 使該溢流電子束或該成像電子束之至少一者沿一垂直掃描帶掃描圖案針對該掃描帶掃描高度(H)，針對該橫向長度(L)進行掃描達複數次反覆。
  22. 一種用於執行電壓對比檢測之方法，其包括：在一溢流模式中運用一光電子系統形成一溢流電子束；運用該溢流電子束執行一樣本之一部分之一或多次溢流掃描；調整該光電子系統之一束限制孔徑之一或多個特性以將該光電子系統自該溢流模式切換至一成像模式；在該成像模式中運用該光電子系統形成一成像電子束；運用該成像電子束執行一樣本之一部分之一或多次成像掃描；在該一或多次成像掃描期間獲取該樣本之該部分之一或多個影像；及基於該一或多個影像判定該樣本之一或多個特性；其中執行該一或多次成像掃描包括：將該樣本之該部分劃分成一或多個橫向條帶，該一或多個橫向條帶包含一橫向長度(L)及一掃描帶掃描高度(H)；及使該成像電子束沿一垂直掃描帶掃描圖案針對該掃描帶掃描高度(H)，針對該橫向長度(L)進行掃描達複數次反覆。
  23. 如請求項22之方法，其中該溢流電子束包含一溢流電子束電流(BCf)及一溢流發射角(βf)，且其中該成像電子束包含一成像電子束電流(BCi)及一成像發射角 (βi)，且其中該溢流電子束電流(BCf)大於該成像電子束電流(BCi)。
  24. 如請求項23之方法，其中該溢流電子束電流(BCf)係該成像電子束電流(BCi)之至少十倍大，且其中該溢流發射角(βf)大於該成像電子束發射角(βi)。
  25. 如請求項22之方法，其中該束限制孔徑之該一或多個特性包含該束限制孔徑之一大小或該束限制孔徑在一雙透鏡總成之一第一透鏡與一第二透鏡之間的一位置之至少一者。
  26. 如請求項22之方法，其中該一或多次成像掃描包括：將該樣本之該部分劃分成一第一橫向條帶及至少一個額外橫向條帶，該第一橫向條帶及該至少一個額外橫向條帶包含一橫向長度(L)及一掃描帶掃描高度(H)；使該成像電子束沿一垂直掃描帶掃描圖案跨該第一橫向條帶針對該掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿一第一橫向方向，沿該第一橫向條帶之該橫向長度(L)致動該樣本之該部分；及使該成像電子束沿一垂直掃描帶掃描圖案跨該至少一個額外橫向條帶針對該掃描帶掃描高度(H)進行掃描，同時沿與該第一橫向方向相反之一第二橫向方向沿該至少一個額外橫向條帶之該橫向長度(L)致動該樣本之該部分。
  27. 如請求項22之方法，其中該一或多次成像掃描包括：將該樣本之該部分劃分成一第一主視場(PFOV)及至少一個額外主視場(PFOV)；執行該第一PFOV之該一或多次溢流掃描；藉由使該成像電子束沿一光柵掃描圖案跨該第一PFOV之複數個子視場(SFOV)進行掃描來執行該第一PFOV之該一或多次成像掃描；選擇性地致動該樣本；執行該至少一個額外PFOV之該一或多次溢流掃描；使該成像電子束藉由沿一光柵掃描圖案跨該至少一個額外PFOV之複數個子視場(SFOV)進行掃描來執行該至少一個額外PFOV之該一或多次成像掃描。
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