TWI839770B - 用於穩定帶電粒子系統中之電子源的系統及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於穩定帶電粒子束檢測系統中之電子源的裝置及系統。在一些實施例中，一種系統可包括一電子源，該電子源包含：一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。

Description

用於穩定帶電粒子系統中之電子源的系統及裝置

本文中之描述係關於帶電粒子束系統之領域，且更特定言之，係關於用於穩定帶電粒子束檢測系統中之電子源的系統。

在積體電路(IC)之製造程序中，檢測未完成或已完成的電路組件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；且該解析度受到光之波長限制。隨著IC組件之實體大小繼續減小直至低於100奈米或甚至低於10奈米，需要比利用光學顯微鏡之檢測系統能夠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)或透射電子顯微鏡(TEM)充當用於檢測具有低於100奈米之特徵大小之IC組件的可行工具。運用SEM，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位置處。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次級電子。包含反向散射電子及次級電子之電子束之強度可基於晶圓之內部及外部結構之屬性而變化，且藉此可指示該晶圓是否具有缺陷。

本發明之實施例提供用於穩定帶電粒子束檢測系統中之電子源的裝置及系統。在一些實施例中，一種系統可包括一電子源，該電子源包含：一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。

在一些實施例中，一種電子源可包括：一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。

在一些實施例中，一種系統可包括一電子源，該電子源包含：一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及一基座，其包含一孔；及朝向該孔之一中心延伸之複數個延伸部，其中該複數個延伸部耦接至該發射尖端，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。

在一些實施例中，一種系統可包括一電子源，該電子源包含：耦接至兩個纖絲叉尖之一發射尖端，其中該發射尖端及該兩個纖絲叉尖形成一「W」形狀，該兩個纖絲叉尖之各纖絲叉尖耦接至一電極，且該發射尖端經組態以發射一電子；以及耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。

現在將詳細參考例示性實施例，在隨附圖式中繪示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。例示性實施例之以下描述中所闡述之實施並不表示符合本發明之所有實施。取而代之，其僅為符合關於如所附申請專利範圍中所敍述之主題之態樣的裝置及方法之實例。舉例而言，儘管一些實施例係在利用電子束之內容背景中予以描述，但本發明不限於此。可類似地應用其他類型之帶電粒子束。此外，可使用其他成像系統，諸如光學成像、光偵測、x射線偵測、極紫外線檢測、深紫外線檢測或其類似者。

電子器件係由形成於被稱為基板之矽塊上的電路構成。許多電路可一起形成於同一矽塊上且被稱為積體電路或IC。此等電路之大小已顯著地減小，使得電路中之許多電路可安裝於基板上。舉例而言，智慧型手機中之IC晶片可與拇指甲一樣小且仍可包括超過20億個電晶體，各電晶體之大小不到人類毛髮之大小的1/1000。

製造此等極小IC為常常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。甚至一個步驟中之錯誤亦有可能導致成品IC中之缺陷，該等缺陷使得成品IC為無用的。因此，製造程序之一個目標為避免此類缺陷以使在程序中製造之功能性IC的數目最大化，亦即改良程序之總體良率。

改良良率之一個組分為監測晶片製造程序，以確保其正生產足夠數目個功能積體電路。監測該程序之一種方式為在晶片電路結構形成之各個階段處檢測晶片電路結構。可使用掃描電子顯微鏡(SEM)來進行檢測。SEM可用以實際上將此等極小結構成像，從而獲取晶圓之結構之「圖像」。影像可用以判定結構是否適當形成，且亦判定結構是否形成於適當位置中。若結構為有缺陷的，則程序可經調整，使得缺陷不大可能再現。在半導體處理之各個階段期間可能產生缺陷。出於上述原因，儘可能早準確及高效地發現缺陷至關重要。

SEM之工作原理與攝影機類似。攝影機藉由接收及記錄自人或物件反射或發射之光的亮度及顏色來拍攝圖像。SEM藉由接收及記錄自結構反射或發射之電子之能量或數量來拍攝「圖像」。在拍攝此「圖像」之前，可將電子束提供至結構上，且當電子自該等結構反射或發射(「射出」)時，SEM之偵測器可接收並記錄彼等電子之能量或數量以產生影像。為了拍攝此「圖像」，一些SEM使用單個電子束(被稱作「單射束SEM」)，而一些SEM使用多個電子束(被稱作「多射束SEM」)來拍攝晶圓之多個「圖像」。藉由使用多個電子束，SEM可將更多電子束提供至結構上以獲得此等多個「圖像」，從而導致更多電子自結構射出。因此，偵測器可同時接收更多射出電子，且以較高效率及較快速度產生晶圓之結構之影像。

在檢測期間，電子源之纖絲(例如，纖絲之發射尖端)通常在SEM之操作期間振動。由於由電子源提供之電子用以在檢測期間對樣本進行成像，因此在典型帶電粒子系統中，發射尖端之振動可負面地影響SEM影像(例如，藉由引起影像中之灰階等級之振盪、影像中之清晰物件邊緣處的灰階等級之振盪、影像中之微影界定之線處的灰階等級之振盪、橫越影像之不準確的或變化之灰階等級、低臨界尺寸穩定性、不良影像品質等)。

當電子源在高電流下操作(例如使用高亮度電子源，以達成電子源與樣本之間的高放大率，以達成高解析度影像等)時，典型帶電粒子系統中對SEM影像的負面影響可能會加劇。為達成較高品質影像，減輕發射尖端振動之負面影響係有幫助的，尤其在藉由SEM檢測的樣本上之器件或物件之臨界尺寸的大小減小時。

所揭示實施例中之一些提供藉由穩定電子源來解決此等缺點中之一些或全部的系統及裝置。一些所揭示實施例可提供藉由提供電子源基座來穩定電子源之系統及裝置，該電子源基座經組態以減少與電子源之發射尖端之熱接觸且減小發射尖端之振動，藉此有利地提供較高品質樣本及影像(例如，減小影像中之灰階等級之振盪、減小影像中之清晰物件邊緣處的灰階等級之振盪、減小影像中之微影界定之線處的灰階等級之振盪、減小橫越影像之不準確的或變化之灰階等級、增加臨界尺寸穩定性、改良樣本及影像之可重複性等)。

出於清楚起見，圖式中之組件的相對尺寸可被誇示。在以下圖式描述內，相同或類似參考數字係指相同或類似組件或實體，且僅描述關於個別實施例之差異。

如本文中所使用，除非另外特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。舉例而言，若陳述組件可包括A或B，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件可包括A、B或C，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或C，或A及B，或A及C，或B及C，或A及B及C。

圖 1繪示符合本發明之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統100。EBI系統100可用於成像。如圖1中所展示，EBI系統100包括主腔室101、裝載/鎖定腔室102、電子束工具104及設備前端模組(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) (晶圓及樣本可互換使用)。一「批次」為可被裝載以作為批量進行處理的複數個晶圓。

EFEM 106中之一或多個機器人臂(圖中未繪示)可將晶圓運送至裝載/鎖定腔室102。裝載/鎖定腔室102連接至裝載/鎖定真空泵系統(圖中未繪示)，該裝載/鎖定真空泵系統移除裝載/鎖定腔室102中之氣體分子以達到低於大氣壓力之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(圖中未繪示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室102運送至主腔室101。主腔室101連接至主腔室真空泵系統(圖中未繪示)，該主腔室真空泵系統移除主腔室101中之氣體分子以達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，晶圓經受電子束工具104之檢測。電子束工具104可為單射束系統或多射束系統。

控制器109電子地連接至電子束工具104。控制器109可為經組態以執行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之結構外部，但應瞭解，控制器109可為該結構之部分。

在一些實施例中，控制器109可包括一或多個處理器(圖中未繪示)。處理器可為能夠操縱或處理資訊之通用或特定電子器件。舉例而言，處理器可包括任何數目個中央處理單元(或「CPU」)、圖形處理單元(或「GPU」)、光學處理器、可程式化邏輯控制器、微控制器、微處理器、數位信號處理器、智慧財產(IP)核心、可程式化邏輯陣列(PLA)、可程式化陣列邏輯(PAL)、通用陣列邏輯(GAL)、複合可程式化邏輯器件(CPLD)、場可程式化閘陣列(FPGA)、系統單晶片(SoC)、特殊應用積體電路(ASIC)以及能夠資料處理之任何類型電路的任何組合。處理器亦可為虛擬處理器，其包括橫越經由網路耦接之多個機器或器件而分佈的一或多個處理器。

在一些實施例中，控制器109可進一步包括一或多個記憶體(圖中未繪示)。記憶體可為能夠儲存可由處理器存取(例如經由匯流排)之程式碼及資料的通用或特定電子器件。舉例而言，記憶體可包括任何數目個隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、光碟、磁碟、硬碟機、固態機、隨身碟、安全數位(SD)卡、記憶棒、緊湊型快閃(CF)卡或任何類型之儲存器件的任何組合。程式碼可包括作業系統(OS)及用於特定任務之一或多個應用程式(或「app」)。記憶體亦可為虛擬記憶體，其包括橫越經由網路耦接之多個機器或器件而分佈的一或多個記憶體。

現在參看 圖 2，其為繪示符合本發明之實施例的包括作為 圖 1之EBI系統100之部分的多射束檢測工具之例示性電子束工具104的示意圖。在一些實施例中，電子束工具104可操作為單射束檢測工具，該單射束檢測工具為 圖 1之EBI系統100的一部分。多射束電子束工具104 (在本文中亦被稱作裝置104)包含電子源201、庫侖孔徑板(或「槍孔徑板」) 271、聚光透鏡210、源轉換單元220、初級投影系統230、機動載物台209及樣本固持器207，該樣本固持器由機動載物台209支撐以固持待檢測之樣本208 (例如，晶圓或光罩)。多射束電子束工具104可進一步包含次級投影系統250及電子偵測器件240。初級投影系統230可包含物鏡231。電子偵測器件240可包含複數個偵測元件241、242及243。射束分離器233及偏轉掃描單元232可定位於初級投影系統230內部。

電子源201、庫侖孔徑板271、聚光透鏡210、源轉換單元220、射束分離器233、偏轉掃描單元232及初級投影系統230可與裝置104之主光軸204對準。次級投影系統250及電子偵測器件240可與裝置104之副光軸251對準。

電子源201可包含陰極(圖中未繪示)及提取器或陽極(圖中未繪示)，其中在操作期間，電子源201經組態以自陰極發射初級電子且藉由提取器及/或陽極提取或加速初級電子以形成初級電子束202，該初級電子束形成初級射束交越(虛擬或真實的) 203。初級電子束202可被視覺化為自初級射束交越203發射。

源轉換單元220可包含影像形成元件陣列(圖中未繪示)、像差補償器陣列(圖中未繪示)、射束限制孔徑陣列(圖中未繪示)及預彎曲微偏轉器陣列(圖中未繪示)。在一些實施例中，預彎曲微偏轉器陣列使初級電子束202之複數個初級細射束211、212、213偏轉以垂直進入射束限制孔徑陣列、影像形成元件陣列及像差補償器陣列。在一些實施例中，裝置104可操作為單射束系統，使得產生單個初級細射束。在一些實施例中，聚光透鏡210經設計為聚焦初級電子束202以變成平行射束且正入射至源轉換單元220上。影像形成元件陣列可包含複數個微偏轉器或微透鏡以影響初級電子束202之複數個初級細射束211、212、213且形成初級射束交越203之複數個平行影像(虛擬或真實的)，一個影像係關於初級細射束211、212及213中之各者。在一些實施例中，像差補償器陣列可包含場曲率補償器陣列(圖中未繪示)及像散補償器陣列(圖中未繪示)。場曲率補償器陣列可包含複數個微透鏡以補償初級細射束211、212及213之場曲率像差。像散補償器陣列可包含複數個微像差補償器以補償初級細射束211、212及213之像散像差。射束限制孔徑陣列可經組態以限制個別初級細射束211、212及213之直徑。 圖 2展示三個初級細射束211、212及213作為一實例，且應瞭解，源轉換單元220可經組態以形成任何數目個初級細射束。控制器109可連接至圖1之EBI系統100之各種部分，諸如源轉換單元220、電子偵測器件240、初級投影系統230或機動載物台209。在一些實施例中，如下文進一步詳細地解釋，控制器109可執行各種影像及信號處理功能。控制器109亦可產生各種控制信號以管控帶電粒子束檢測系統之操作。

聚光透鏡210經組態以聚焦初級電子束202。聚光透鏡210可經進一步組態以藉由使聚光透鏡210之聚焦倍率變化來調整源轉換單元220下游的初級細射束211、212及213之電流。替代地，可藉由變更射束限制孔徑陣列內之對應於個別初級細射束的射束限制孔徑之徑向大小來改變電流。可藉由變更射束限制孔徑之徑向大小及聚光透鏡210之聚焦倍率兩者來改變電流。聚光透鏡210可為可經組態以使得其第一主面之位置可移動的可調整聚光透鏡。可調整聚光透鏡可經組態為磁性的，此可導致離軸細射束212及213以旋轉角照明源轉換單元220。旋轉角隨著可調整聚光透鏡之聚焦倍率或第一主平面之位置而改變。聚光透鏡210可為反旋轉聚光透鏡，其可經組態以在改變聚光透鏡210之聚焦倍率時保持旋轉角不變。在一些實施例中，聚光透鏡210可為可調整反旋轉聚光透鏡，其中當聚光透鏡210之聚焦倍率以及第一主平面之位置變化時，旋轉角並不改變。

物鏡231可經組態以將細射束211、212及213聚焦至樣本208上以供檢測，且在當前實施例中可在樣本208之表面上形成三個探測光點221、222及223。庫侖孔徑板271在操作中經組態以阻擋初級電子束202之周邊電子以減小庫侖效應。庫侖效應可放大初級細射束211、212、213之探測光點221、222及223中之各者的大小，且因此使檢測解析度劣化。

射束分離器233可例如為韋恩濾光器，其包含產生靜電偶極子場及磁偶極子場( 圖 2中未展示)之靜電偏轉器。在操作中，射束分離器233可經組態以由靜電偶極子場對初級細射束211、212及213之個別電子施加靜電力。該靜電力與由射束分離器233之磁偶極子場對該等個別電子施加之磁力的量值相等但方向相反。初級細射束211、212及213因此可以至少實質上零偏轉角至少實質上筆直地通過射束分離器233。

偏轉掃描單元232在操作中經組態以使初級細射束211、212及213偏轉，以使探測光點221、222及223橫越樣本208之表面之區段中的個別掃描區域進行掃描。回應於初級細射束211、212及213或探測光點221、222及223入射於樣本208上，電子自樣本208顯現且產生三個次級電子束261、262及263。次級電子束261、262及263中之各者通常包含次級電子(具有≤ 50 eV之電子能量)及反向散射電子(具有介於50 eV與初級細射束211、212及213之著陸能量之間的電子能量)。射束分離器233經組態以使次級電子束261、262及263朝向次級投影系統250偏轉。次級投影系統250隨後將次級電子束261、262及263聚焦至電子偵測器件240之偵測元件241、242及243上。偵測元件241、242及243經配置以偵測對應次級電子束261、262及263且產生對應信號，該等信號經發送至控制器109或信號處理系統(圖中未繪示)，例如以建構樣本208之對應經掃描區域的影像。

在一些實施例中，偵測元件241、242及243分別偵測對應次級電子束261、262及263，且產生對應的強度信號輸出(圖中未繪示)至影像處理系統(例如，控制器109)。在一些實施例中，各偵測元件241、242及243可包含一或多個像素。偵測元件之強度信號輸出可為由偵測元件內之所有像素產生之信號的總和。

在一些實施例中，控制器109可包含影像處理系統，該影像處理系統包括影像獲取器(圖中未繪示)、儲存器(圖中未繪示)。影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，影像獲取器可包含電腦、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器件及其類似者，或其組合。影像獲取器可經由諸如以下各者之媒體以通信方式耦接至裝置104之電子偵測器件240：電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電以及其他，或其組合。在一些實施例中，影像獲取器可自電子偵測器件240接收信號，且可建構影像。影像獲取器可因此獲取樣本208之影像。影像獲取器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，及其類似者。影像獲取器可經組態以執行所獲取影像之亮度及對比度等的調整。在一些實施例中，儲存器可為諸如以下各者之儲存媒體：硬碟、隨身碟、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似者。儲存器可與影像獲取器耦接，且可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像，及後處理影像。

在一些實施例中，影像獲取器可基於自電子偵測器件240接收之成像信號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。所獲取影像可為包含複數個成像區域之單個影像。可將該單個影像儲存於儲存器中。單個影像可為可劃分成複數個區之原始影像。該等區中之各者可包含含有樣本208之特徵的一個成像區域。所獲取影像可包含按一時間序列取樣多次的樣本208之單一成像區域的多個影像。可將該多個影像儲存於儲存器中。在一些實施例中，控制器109可經組態以運用樣本208之同一位置之多個影像來執行影像處理步驟。

在一些實施例中，控制器109可包括量測電路系統(例如，類比至數位轉換器)以獲得經偵測次級電子之分佈。在偵測時間窗期間收集之電子分佈資料與入射於晶圓表面上之初級細射束211、212及213中之各者之對應掃描路徑資料結合可用以重建構受檢測晶圓結構的影像。經重建構影像可用以顯露樣本208之內部或外部結構的各種特徵，且藉此可用以顯露可能存在於晶圓中的任何缺陷。

在一些實施例中，控制器109可控制機動載物台209以在樣本208之檢測期間移動樣本208。在一些實施例中，控制器109可使得機動載物台209能夠在一方向上以一恆定速度連續地移動樣本208。在其他實施例中，控制器109可使得機動載物台209能夠取決於掃描程序之步驟隨時間改變樣本208之移動的速度。

儘管 圖 2展示裝置104使用三個初級電子束，但應瞭解，裝置104可使用數目為兩個或多於兩個的初級電子束。本發明並不限制用於裝置104中之初級電子束之數目。在一些實施例中，裝置104可為用於微影之SEM。在一些實施例中，電子束工具104可為單射束系統或多射束系統。

與單個帶電粒子束成像系統(「單射束系統」)相比，多帶電粒子束成像系統(「多射束系統」)可經設計以使不同掃描模式之產出量最佳化。本發明之實施例提供一種多射束系統，其具有藉由使用具有適於不同產出量及解析度要求之不同幾何形狀的射束陣列來最佳化不同掃描模式之產出量的能力。

圖 3繪示一示意圖，該示意圖繪示包括「Y」形纖絲發射組件之例示性電子源300。在電子束工具(例如 圖 2之電子束工具104)中，電子源300可包括一纖絲，該纖絲包括纖絲發射尖端301及纖絲叉尖303。電子源300可包括電極305及基座307。電子源300可經由流過電極305及纖絲叉尖303之電流發射電子，藉此電阻地加熱纖絲發射尖端301。

在典型檢測期間，纖絲發射尖端301在SEM之操作期間振動。纖絲發射尖端301之振動可負面地影響SEM影像(例如，影像中之灰階等級之振盪、影像中之清晰物件邊緣處的灰階等級之振盪、影像中之微影界定之線處的灰階等級之振盪、橫越影像之不準確的或變化之灰階等級、低臨界尺寸穩定性、不良影像品質等)。

當電子源300在較高電流下操作(例如使用高亮度電子源，以達成電子源與樣本之間的較高放大率，以達成較高解析度影像等)時，典型帶電粒子系統中對SEM影像的負面影響可能會加劇。

舉例而言，在檢測期間來自耦接至纖絲發射尖端301及基座307之電子束系統的振動可造成基座307及纖絲發射尖端301振動，藉此導致較低品質影像。

圖 4繪示一示意圖，該示意圖繪示符合本發明之實施例的作為 圖 2之例示性電子束工具之部分的例示性電子源400，包括「W」形纖絲發射組件。

在電子束工具(例如 圖 2之電子束工具104)中，電子源400 (例如 圖 2之電子源201、 圖 5之電子源500或 圖 6之電子源600)可包括纖絲，該纖絲包括纖絲發射尖端401及纖絲叉尖403。電子源400可包括一或多個電極405及一基座，該基座包括上部部分407a及下部部分407b。電子源400可經由流過電極405及纖絲叉尖403之電流發射一或多個電子，藉此電阻地加熱纖絲發射尖端401。亦即，纖絲發射尖端401可電連接至電極405。在一些實施例中，纖絲發射尖端401及纖絲叉尖403可由鎢製成。

當附接至彈簧時，物件之自然頻率為其在受到干擾時自然地振動的頻率或速率。物件之自然頻率取決於物件之質量及彈簧之硬度，其可由以下公式描述： 其中ω係物件之自然頻率，k係彈簧常數(例如，彈簧硬度)，且m係物件之質量。較硬之彈簧具有較高彈簧常數k。

物件在振盪期間(例如在物件振動時)自平衡之位移被稱為振幅。振盪之能量可由以下公式描述： 其中E為在振盪期間物件之能量，A為物件之振幅，k為物件之彈簧常數，且ω為物件之自然頻率。

在一些實施例中，上部基座部分407a可經組態以連接至纖絲發射尖端401及纖絲叉尖403。在一些實施例中，上部基座部分407可經組態以減少與纖絲發射尖端401或纖絲叉尖403之熱接觸且減小在檢測期間纖絲發射尖端401之振動。舉例而言，上部基座部分407a可包括經組態以接觸纖絲發射尖端401之複數個凸片(下文在例如 圖 5之複數個凸片537處或 圖 6之複數個凸片637處進一步描述)。上部基座部分407a可包括固持器及擰入固持器中之插入件，該固持器及該插入件經組態以固持與纖絲發射尖端401接觸之複數個凸片，藉此在檢測期間穩定纖絲發射尖端401。在一些實施例中，固持器及插入件可能不接觸纖絲發射尖端401。在一些實施例中，上部基座部分407a (例如，包括複數個凸片、固持器及插入件)及下部基座部分407b可由不導電材料(例如陶瓷，諸如氧化鋁、氮化鋁等)製成。

在典型檢測期間，可藉由以上方程式(1)及(2)描述纖絲發射尖端之振動。當上部基座部分407a包括經組態以穩定纖絲發射尖端401之複數個凸片時，纖絲發射尖端401之彈簧常數可高於無複數個凸片的纖絲發射尖端(例如， 圖 3之纖絲發射尖端301)之彈簧常數。如由方程式(1)所描述，纖絲發射尖端401之自然頻率可高於無複數個凸片的纖絲發射尖端之自然頻率。

在纖絲發射尖端401及無複數個凸片的纖絲發射尖端具有用於機械振動之相同能源且此能量之大部分進入基諧模的條件下，纖絲發射尖端401之振盪能量及無複數個凸片的纖絲發射尖端之振盪能量在振盪期間可能相同，其可由以下公式描述： 其中A ₁及k ₁分別為無複數個凸片的纖絲發射尖端之振幅及彈簧常數，且A ₂及k ₂分別為纖絲發射尖端401之振幅及彈簧常數。如上文所描述，纖絲發射尖端401之彈簧常數k ₂大於無多個凸片的纖絲發射尖端之彈簧常數k ₁。因此，纖絲發射尖端401之振幅(例如振動)與無複數個凸片的纖絲發射尖端之振幅相比可減小，其可由以下公式描述：

在一些實施例中，纖絲發射尖端401或纖絲叉尖403之長度可短於典型組態(例如 圖 3之電子源300)，此係由於纖絲發射尖端401無需依賴於纖絲叉尖403來支撐。因此，纖絲發射尖端401之質量可減小使得纖絲發射尖端401之自然頻率可增加，如由方程式(1)所描述，且纖絲發射尖端401之振幅可減小。在一些實施例中，纖絲發射尖端401或纖絲叉尖403之減小之長度可在減小之電功率下引起電阻加熱。

在一些實施例中，複數個凸片可有利地穩定纖絲發射尖端401，同時減少纖絲發射尖端401與上部基座部分407a或下部基座部分407b之間的熱接觸。在一些實施例中，熱接觸減少可有利地允許纖絲發射尖端401維持足夠的電阻加熱以發射一或多個電子。在一些實施例中，如 圖 4中所展示，纖絲發射尖端401及纖絲叉尖403可在電子源400中形成「W」形狀以使得纖絲發射尖端401依賴於上部基座部分407a來支撐。此「W」組態可比「Y」組態(例如 圖 3之電子源300)更穩定，此係由於纖絲發射尖端401係藉由上部基座部分407a(例如藉由 圖 5之複數個凸片537)穩定且並不依賴於纖絲叉尖403來支撐。此「W」組態可最小化纖絲發射尖端401之振動，藉此產生較高品質影像。

藉由最小化纖絲發射尖端401與上部基座部分407a及下部基座部分407b之間的熱接觸且最小化纖絲發射尖端401之振動，電子源400可有利地提供高品質樣本及影像(例如，最小化影像中之灰階等級之振盪、最小化影像中之清晰物件邊緣處的灰階等級之振盪、最小化影像中之微影界定之線處的灰階等級之振盪、最小化橫越影像之不準確的或變化之灰階等級、最大化臨界尺寸穩定性、維持樣本及影像之可重複性等)。

圖 5為繪示符合本發明之實施例的作為 圖 2之例示性電子束工具之部分的例示性電子源500之示意圖。電子源500之組件可為電子源(例如 圖 4之電子源400)之上部基座部分(例如 圖 4之上部基座部分407a)的部分或接合至該上部基座部分。

在電子束工具(例如 圖 2之電子束工具104)中，電子源500 (例如 圖 2之電子源201、 圖 4之電子源400或 圖 6之電子源600)可包括纖絲，該纖絲包括纖絲發射尖端501及纖絲叉尖(例如 圖 4之纖絲叉尖403)。電子源500可包括一或多個電極(例如 圖 4之電極405)及一基座，該基座包括上部部分(例如 圖 4之上部基座部分407a)及下部部分(例如 圖 4之下部基座部分407b)。電子源500可經由流過一或多個電極及纖絲叉尖之電流發射一或多個電子，藉此電阻地加熱纖絲發射尖端501。亦即，纖絲發射尖端501可電連接至一或多個電極。在一些實施例中，纖絲發射尖端501及纖絲叉尖可由鎢製成。

在一些實施例中，上部基座部分可經組態以連接至纖絲發射尖端501及纖絲叉尖。在一些實施例中，上部基座部分可經組態以減少與纖絲發射尖端501或纖絲叉尖之熱接觸且減小在檢測期間纖絲發射尖端501之振動。舉例而言，上部基座部分可包括經組態以接觸纖絲發射尖端501之複數個凸片537。雖然 圖 5展示三個凸片537，但應瞭解，可使用任何數目個凸片。上部基座部分可包括固持器517及擰入固持器517中之插入件527，該固持器及該插入件經組態以固持與纖絲發射尖端501接觸之複數個凸片537，藉此在檢測期間穩定纖絲發射尖端501。在一些實施例中，固持器517及插入件527可能不接觸纖絲發射尖端501。在一些實施例中，上部基座部分(例如包括複數個凸片537、固持器517及插入件527)及下部基座部分可由不導電材料(例如陶瓷)製成。

在一些實施例中，基座可經組態以經由基座(例如複數個凸片537、固持器517及插入件527)與纖絲發射尖端501之間的耦接來穩定纖絲發射尖端501。此穩定可涉及不僅減少熱接觸，而且減小纖絲發射尖端501之振動。舉例而言，上部基座部分可經組態以經由經組態以接觸纖絲發射尖端501之複數個凸片537來減少基座與纖絲發射尖端501之間的熱接觸。在一些實施例中，穩定纖絲發射尖端501可包括經由經組態以接觸纖絲發射尖端501之複數個凸片537來減少纖絲發射尖端501與基座之間的熱接觸。

上部基座部分可經組態以藉由增加纖絲發射尖端501之彈簧常數來減小纖絲發射尖端501之振動。上部基座部分可經由經組態以接觸纖絲發射尖端501之複數個凸片537來增加纖絲發射尖端501之彈簧常數，藉此增加纖絲發射尖端501之硬度。插入件527及固持器517可經組態以固持與纖絲發射尖端501接觸之複數個凸片537，藉此增加纖絲發射尖端501之硬度及彈簧常數。在一些實施例中，穩定纖絲發射尖端501可包括藉由增加纖絲發射尖端501之彈簧常數來減小纖絲發射尖端501之振動。

在一些實施例中，與不包括凸片的電子源(例如 圖 3之電子源300)中之基座與纖絲發射尖端之間的熱接觸相比，基座與纖絲發射尖端501之間的熱接觸可減少。在一些實施例中，與不包括凸片的電子源(例如 圖 3之電子源300)中之纖絲發射尖端之振動相比，纖絲發射尖端501之振動可減小。

雖然被描繪為單獨組件，但在一些實施例中，固持器517、插入件527及複數個凸片537可包含單一接頭結構(例如， 圖 4之上部基座部分407a)。舉例而言，電子源500之上部基座部分(例如包括複數個凸片537、固持器517及插入件527)可藉由在上部基座部分中鑽鑿(例如雷射鑽鑿)孔527a (例如直徑為100至200 μm，深度為250 μm，其中底部處具有錐形錐度)來製造，其中孔527a可固持纖絲發射尖端501。在一些實施例中，複數個凸片537可藉由在上部基座部分中對孔進行雷射加工來製造。在一些實施例中，複數個凸片537可經製造為具有寬度537a(例如小於或等於1 μm)使得纖絲發射尖端501與基座(例如 圖 4之上部基座部分407a、下部基座部分407b)之間的總接觸面積得以最小化(例如1500 μm ²)。在一些實施例中，此組態可最小化自纖絲發射尖端501至基座(例如包括複數個凸片537、固持器517及插入件527)之熱轉移。

舉例而言，複數個凸片537可經製造成使得各凸片自孔527a之內側朝向孔527a之中心延伸。在一些實施例中，纖絲發射尖端501可定位於孔527a之中心。

在一些實施例中，當自上方檢視電子源500時，複數個凸片537中之各凸片可為三角形的(例如，參見 圖 6之複數個凸片637)。在一些實施例中，複數個凸片537中之各凸片可為實質上三角形的(例如各凸片之一些邊緣可為彎曲的)。在一些實施例中，頂點(例如 圖 6之頂點637b)可經組態以接觸纖絲發射尖端501。

在一些實施例中，當自上方檢視電子源500時，複數個凸片537中之各凸片可為四邊形的。在一些實施例中，複數個凸片537中之各凸片可為實質上四邊形的(例如各凸片之一些邊緣可為彎曲的)。在一些實施例中，複數個凸片537中之各四邊形凸片的最短邊緣(例如具有寬度537a之邊緣)可經組態以接觸纖絲發射尖端501。

在一些實施例中，複數個凸片537中之各凸片之基座537c可延伸遠離纖絲發射尖端501。舉例而言，基座537c可在實質上x方向上遠離纖絲發射尖端501延伸，或基座537c可在實質上y方向上遠離纖絲發射尖端501延伸。在一些實施例中，當在實質上y方向上檢視時，各凸片之基座537c之橫截面積可大於接觸纖絲發射尖端501之各凸片之部分的橫截面積。

在典型檢測期間，可藉由以上方程式(1)及(2)描述纖絲發射尖端之振動。當上部基座部分包括經組態以穩定纖絲發射尖端501之複數個凸片537時，纖絲發射尖端501之彈簧常數可高於無複數個凸片537的傳統纖絲發射尖端之彈簧常數。如由方程式(1)所描述，纖絲發射尖端501之自然頻率可高於無複數個凸片的纖絲發射尖端之自然頻率。

無複數個凸片的電子源可具有與具有複數個凸片之電子源相同的用於機械振動之能源。因此，纖絲發射尖端501 (其藉由複數個凸片537穩定)在振盪期間之振盪能量可與無複數個凸片的纖絲發射尖端在振盪期間之振盪能量相同。因此，方程式(3)可描述此兩種電子源組態之間的振幅與彈簧常數之關係。如上文所描述，纖絲發射尖端501之自然頻率ω ₂大於無複數個凸片537的纖絲發射尖端之自然頻率ω ₁。因此，纖絲發射尖端501之振幅(例如振動)與無複數個凸片537的纖絲發射尖端之振幅相比可減小，其可由以上方程式(4)描述。

在一些實施例中，纖絲發射尖端501或纖絲叉尖之長度可短於典型組態，此係由於纖絲發射尖端501無需依賴於纖絲叉尖來支撐。因此，纖絲發射尖端501之質量可減小使得纖絲發射尖端501之自然頻率可增加，如由方程式(1)所描述，且纖絲發射尖端501之振幅可減小，如由方程式(4)所描述。在一些實施例中，纖絲發射尖端501或纖絲叉尖之減小之長度可在減小之電功率下引起電阻加熱。

在一些實施例中，複數個凸片537可有利地穩定纖絲發射尖端501，同時最小化電子源500之纖絲發射尖端501與基座(例如 圖 4之上部基座部分407a、 圖 4之下部基座部分407b)之間的熱接觸。在一些實施例中，熱接觸之最小化可有利地允許纖絲發射尖端501維持足夠的電阻加熱以發射一或多個電子。

藉由最小化纖絲發射尖端501與上部基座部分及下部基座部分之間的熱接觸且最小化纖絲發射尖端501之振動，電子源500可有利地提供較高品質樣本及影像(例如，最小化影像中之灰階等級之振盪、最小化影像中之清晰物件邊緣處的灰階等級之振盪、最小化影像中之微影界定之線處的灰階等級之振盪、最小化橫越影像之不準確的或變化之灰階等級、最大化臨界尺寸穩定性、維持樣本及影像之可重複性等)。

圖6繪示符合本發明之實施例的作為 圖 2之例示性電子束工具之部分的例示性電子源600之俯視圖的示意圖。 圖 6可繪示 圖 4之電子源400之俯視圖或 圖 5之電子源500之俯視圖的示意圖。電子源600之組件可為電子源(例如 圖 4之電子源400)之上部基座部分(例如 圖 4之上部基座部分407a)的部分或接合至該上部基座部分。

在一些實施例中，電子源600之上部基座部分(例如包括複數個凸片637)可藉由在上部基座部分中鑽鑿(例如雷射鑽鑿)孔627a (例如直徑為100至200 μm，深度為250 μm，其中底部處具有錐形錐度)來製造，其中孔627a可固持纖絲發射尖端601。在一些實施例中，複數個凸片637可藉由在上部基座部分中對孔627a進行雷射加工來製造。在一些實施例中，複數個凸片637可經製造為具有寬度637a (例如小於或等於1 μm)使得纖絲發射尖端601與基座(例如 圖 4之上部基座部分407a、下部基座部分407b)之間的總接觸面積得以最小化(例如1500 μm ²)。在一些實施例中，此組態可最小化自纖絲發射尖端601至基座(例如包括複數個凸片637)之熱轉移。雖然 圖 6展示三個凸片637，但應瞭解，可使用任何數目個凸片。

舉例而言，複數個凸片637可經製造成使得各凸片自孔627a之內側627c朝向孔627a之中心延伸。在一些實施例中，纖絲發射尖端601可定位於孔627a之中心。

在一些實施例中，當自上方檢視電子源600時，複數個凸片637中之各凸片可為三角形的。在一些實施例中，複數個凸片637中之各凸片可為實質上三角形的(例如各凸片之一些邊緣可為彎曲的)。在一些實施例中，頂點637b可經組態以接觸纖絲發射尖端601，藉此最小化纖絲發射尖端601與上部基座部分之間的熱接觸。

可使用以下條項進一步描述實施例： 1. 一種電子束系統，其包含： 一電子源，該電子源包含： 一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及 耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。 2. 如條項1之系統，其中該發射尖端包含鎢。 3. 如條項1至2中任一項之系統，其中該基座包含一不導電材料。 4. 如條項3之系統，其中該不導電材料係陶瓷。 5. 如條項1至4中任一項之系統，其中該基座包含經組態以接觸該發射尖端之複數個凸片。 6. 如條項5之系統，其中該基座包含經組態以固持與該發射尖端接觸之該複數個凸片的一固持器。 7. 如條項5至6中任一項之系統，其中當自上方檢視該複數個凸片時，該複數個凸片中之各凸片係三角形的。 8. 如條項7之系統，其中該複數個凸片中之各三角形凸片之一頂點經組態以接觸該發射尖端。 9. 如條項5至6中任一項之系統，其中當自上方檢視該複數個凸片時，該複數個凸片中之各凸片係四邊形的。 10.   如條項9之系統，其中該複數個凸片中之各四邊形凸片之一最短邊緣經組態以接觸該發射尖端。 11.    如條項5至10中任一項之系統，其中該複數個凸片中之各凸片之一基座延伸遠離該發射尖端。 12.   如條項11之系統，其中該複數個凸片中之各凸片之該基座的一橫截面積大於接觸該發射尖端的該凸片之一部分的一橫截面積。 13.   如條項5至12中任一項之系統，其中該基座包含一孔，且該複數個凸片中之各凸片朝向該孔之一中心延伸。 14.   如條項13之系統，其中該發射尖端經組態以定位於該孔之該中心。 15.   一種電子源，其包含： 一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及 耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。 16.   如條項15之電子源，其中該發射尖端包含鎢。 17.   如條項15至16中任一項之電子源，其中該基座包含一不導電材料。 18.   如條項17之電子源，其中該不導電材料係陶瓷。 19.   如條項15至18中任一項之電子源，其中該基座包含經組態以接觸該發射尖端之複數個凸片。 20.   如條項19之電子源，其中該基座包含經組態以固持與該發射尖端接觸之該凸片的一固持器。 21.   如條項19至20中任一項之電子源，其中當自上方檢視該複數個凸片時，該複數個凸片中之各凸片係三角形的。 22.   如條項21之電子源，其中該複數個凸片中之各三角形凸片之一頂點經組態以接觸該發射尖端。 23.   如條項19至20中任一項之電子源，其中當自上方檢視該複數個凸片時，該複數個凸片中之各凸片係四邊形的。 24.   如條項23之電子源，其中該複數個凸片中之各四邊形凸片之一最短邊緣經組態以接觸該發射尖端。 25.   如條項19至24中任一項之電子源，其中該複數個凸片中之各凸片之一基座延伸遠離該發射尖端。 26.   如條項25之電子源，其中該複數個凸片中之各凸片之該基座的一橫截面積大於接觸該發射尖端的該凸片之一部分的一橫截面積。(圖5) 27.   如條項19至26中任一項之電子源，其中該基座包含一孔，且該複數個凸片中之各凸片朝向該孔之一中心延伸。 28.   如條項27之電子源，其中該發射尖端經組態以定位於該孔之該中心。 29.   如條項1至14中任一項之系統，其中： 該電子源進一步包含兩個纖絲叉尖；且 該發射尖端及該兩個纖絲叉尖形成一「W」形狀。 30.   如條項15至28中任一項之電子源，其進一步包含兩個纖絲叉尖，其中該發射尖端及該兩個纖絲叉尖形成一「W」形狀。 31.   一種電子束系統，其包含： 一電子源，該電子源包含： 一發射尖端，其電連接至兩個電極且經組態以發射一電子；及 一基座，其包含： 一孔；及 朝向該孔之一中心延伸之複數個延伸部， 其中該複數個延伸部耦接至該發射尖端，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。 32.   一種電子束系統，其包含： 一電子源，該電子源包含： 耦接至兩個纖絲叉尖之一發射尖端，其中 該發射尖端及該兩個纖絲叉尖形成一「W」形狀， 該兩個纖絲叉尖之各纖絲叉尖耦接至一電極，且 該發射尖端經組態以發射一電子；以及 耦接至該發射尖端之一基座，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定該發射尖端。 33.   如條項5至14或29之系統，其中該發射尖端之該穩定使得能夠經由經組態以接觸該發射尖端之該複數個凸片而減少該發射尖端與該基座之間的熱接觸。 34.   如條項33之系統，其中該基座與該發射尖端之間的該熱接觸與一基座與排除複數個凸片的一發射尖端之間的一熱接觸相比得以減少。 35.   如條項5至14、29或33至34中任一項之系統，其中該發射尖端之該穩定使得能夠增加該發射尖端之一彈簧常數以減小該發射尖端之振動。 36.   如條項35之系統，其中該發射尖端之該等振動與排除複數個凸片的一發射尖端相比得以減小。 37.   如條項35至36中任一項之系統，其中該基座包含複數個凸片且該發射尖端之該彈簧常數經由經組態以接觸該發射尖端之該複數個凸片而增加。 38.   如條項35至37中任一項之系統，其中該發射尖端之該彈簧常數與排除複數個凸片的一發射尖端之一彈簧常數相比得以增加。

應瞭解，本發明之實施例不限於已在上文所描述及在隨附圖式中所繪示之確切構造，且可在不脫離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。

100:電子束檢測(EBI)系統 101:主腔室 102:裝載/鎖定腔室 104:電子束工具 106:設備前端模組(EFEM) 106a:第一裝載埠 106b:第二裝載埠 109:控制器 201:電子源 202:初級電子束 203:初級射束交越 204:主光軸 207:樣本固持器 208:樣本 209:機動載物台 210:聚光透鏡 211:初級細射束 212:初級細射束 213:初級細射束 220:源轉換單元 221:探測光點 222:探測光點 223:探測光點 230:初級投影系統 231:物鏡 232:轉掃描單元 233:射束分離器 240:電子偵測器件 241:偵測元件 242:偵測元件 243:偵測元件 250:次級投影系統 251:副光軸 261:次級電子束 262:次級電子束 263:次級電子束 271:庫侖孔徑板 300:電子源 301:纖絲發射尖端 303:纖絲叉尖 305:電極 307:基座 400:電子源 401:纖絲發射尖端 403:纖絲叉尖 405:電極 407a:上部基座部分 407b:下部基座部分 500:電子源 501:纖絲發射尖端 517:固持器 527:插入件 527a:孔 537:凸片 537a:寬度 537c:基座 600:電子源 601:纖絲發射尖端 627a:孔 627c:內側 637:凸片 637a:寬度 637b:頂點

圖 1為繪示符合本發明之實施例的例示性電子束檢測(EBI)系統之示意圖。

圖 2為繪示符合本發明之實施例的作為 圖 1之例示性帶電粒子束檢測系統之部分的例示性電子束工具之示意圖。

圖 3為繪示例示性電子源之示意圖。

圖 4為繪示符合本發明之實施例的作為 圖 2之例示性電子束工具之部分的例示性電子源之示意圖。

圖 5為繪示符合本發明之實施例的作為 圖 2之例示性電子束工具之部分的例示性電子源之示意圖。

圖 6為繪示符合本發明之實施例的作為 圖 2之例示性電子束工具之部分的例示性電子源之俯視圖的示意圖。

400:電子源

401:纖絲發射尖端

403:纖絲叉尖

405:電極

407a:上部基座部分

407b:下部基座部分

Claims (15)

1. 一種電子束系統，其包含：一電子源，該電子源包含：一發射尖端及纖絲叉尖(filament prongs)，其等電連接至兩個電極且經組態以發射一電子，該發射尖端及該等纖絲叉尖形成一「W」形狀；及一基座，其包含一上部基座部分及一下部基座部分，該上部基座部分耦接至該發射尖端，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定並支撐該發射尖端，其中該上部基座部分經配置於該等纖絲叉尖之間。
2. 如請求項1之系統，其中該發射尖端包含鎢。
3. 如請求項1之系統，其中該基座包含一不導電材料。
4. 如請求項3之系統，其中該不導電材料係陶瓷。
5. 如請求項1之系統，其中該上部基座部分包含經組態以接觸該發射尖端之複數個凸片。
6. 如請求項5之系統，其中該上部基座部分包含經組態以固持與該發射尖端接觸之該複數個凸片的一固持器。
7. 如請求項5之系統，其中當自上方檢視該複數個凸片時，該複數個凸片中之各凸片係三角形的。
8. 如請求項7之系統，其中該複數個凸片中之各三角形凸片之一頂點經組態以接觸該發射尖端。
9. 如請求項5之系統，其中當自上方檢視該複數個凸片時，該複數個凸片中之各凸片係四邊形的。
10. 如請求項9之系統，其中該複數個凸片中之各四邊形凸片之一最短邊緣經組態以接觸該發射尖端。
11. 如請求項5之系統，其中該複數個凸片中之各凸片之一基座延伸遠離該發射尖端。
12. 如請求項11之系統，其中該複數個凸片中之各凸片之該基座的一橫截面積大於接觸該發射尖端的該凸片之一部分的一橫截面積。
13. 如請求項5之系統，其中該基座包含一孔，且該複數個凸片中之各凸片朝向該孔之一中心延伸。
14. 如請求項13之系統，其中該發射尖端經組態以定位於該孔之該中 心。
15. 一種電子源，其包含：一發射尖端及纖絲叉尖，其等電連接至兩個電極且經組態以發射一電子，該發射尖端及該等纖絲叉尖形成一「W」形狀；及一基座，其包含一上部基座部分及一下部基座部分，該上部基座部分耦接至該發射尖端，其中該基座經組態以經由該耦接而穩定並支撐該發射尖端，其中該上部基座部分經配置於該等纖絲叉尖之間。