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TWI694480B - 帶電粒子束裝置、帶電粒子束支配裝置和操作帶電粒子束裝置的方法 - Google Patents

帶電粒子束裝置、帶電粒子束支配裝置和操作帶電粒子束裝置的方法 Download PDF

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TWI694480B
TWI694480B TW107124177A TW107124177A TWI694480B TW I694480 B TWI694480 B TW I694480B TW 107124177 A TW107124177 A TW 107124177A TW 107124177 A TW107124177 A TW 107124177A TW I694480 B TWI694480 B TW I694480B
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Abstract

描述一種帶電粒子束裝置(100)，所述帶電粒子束裝置包括：束源(110)，被配置成產生沿著光軸(A)傳播的帶電粒子束(105)；具有第一數量的孔徑(125)的孔徑裝置(120)，被配置成從帶電粒子束(105)形成第一數量的小束(135)，其中第一數量為5或更多，其中孔徑(125)圍繞光軸(A)佈置在環線(126)上，使得投射於環線(126)的切線(136)上的孔徑(125)的垂線(128)均勻地間隔開。帶電粒子束裝置(100)進一步包括靜電多極裝置，所述靜電多極裝置被配置成單獨地支配小束。另外，描述帶電粒子束支配裝置和操作帶電粒子束裝置的方法。

Description

帶電粒子束裝置、帶電粒子束支配裝置和操作帶電粒子束裝置的方法
本文所述的實施方式涉及帶電粒子束裝置，並具體地涉及被配置成檢查樣本(諸如晶圓或其他基板)例如以偵測圖案缺陷的掃描電子顯微鏡。更特別地，本文所述的實施方式涉及被配置成利用多個帶電粒子束(例如，電子束)的帶電粒子束裝置，特別地是用於檢查系統應用、測試系統應用、缺陷審查或臨界尺寸標注應用、表面成像應用等等。實施方式進一步涉及帶電粒子束支配裝置並涉及操作帶電粒子束裝置的方法。
現代半導體技術已形成了對在奈米級甚至是亞奈米級下使樣本結構化並對其進行探查的高需求。微米和奈米級製程控制、檢查或結構化通常用帶電粒子束(例如，電子束)來完成，帶電粒子束產生、整形、偏轉並聚焦在帶電粒子束裝置(諸如電子顯微鏡)中。出於檢查目的，相較例如光子束來說，帶電粒子束提供優異的空間解析度，因為它們的波長比光束的波長短。
使用帶電粒子束的檢查裝置(諸如掃描電子顯微鏡(SEM))在多個工業領域中具有許多功能，包括但不限於檢查電子電路、用於光刻的曝光系統、偵測裝置、缺陷偵測工具和用於積體電路的測試系統。在此類帶電粒子束系統中，可以使用具有高電流密度的精細探查。例如，在SEM的情況下，初級電子(PE)束產生可用於對樣本進行成像和分析的信號粒子，如次級電子(SE)和/或後向散射電子(BSE)。
基於電子束的系統的一個缺點是焦點內的有限探查電流。隨著解析度的增大(點大小減小)，由於用於控制像差的孔徑角度減小，探查電流進一步被減小。由於電子-電子相互作用，較高亮度源只能針對探查電流提供有限改進。已採取了許多方法來減少電子束系統中的e-e相互作用，例如，對於正好到達樣本前的最終著陸能量而言，與電子束的晚期減速相結合地減小柱長度和/或提高柱能量。然而，在高解析度下提高電子束輸送量是越來越有挑戰性的。
解決這些問題的一種方法是在單個柱中使用多個束(本文也被稱為小束)。然而，對多束系統的單獨小束進行定向、掃描、偏轉、整形、校正和/或聚焦是有挑戰性的，特別地是當樣本結構將以快速方式在奈米級解析度下以高輸送量來掃描和檢查時。
因此，提供被配置成多束系統的帶電粒子束裝置將會是有益的，所述帶電粒子束裝置提供高輸送量和良好的場品質以用於檢查樣本結構。特別地，提供能夠增大資料收集速率的帶電粒子束裝置將會是有益的，使得裝置可應用於高速晶圓檢查。
鑒於上述，根據獨立請求項，提供一種帶電粒子束裝置、一種帶電粒子束支配裝置以及操作帶電粒子束裝置的方法。實施方式的另外態樣、優點和特徵從申請專利範圍、說明書和隨附圖示中顯而易見。
根據本文所述的一個態樣，提供一種帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括：束源，被配置成產生沿著光軸傳播的帶電粒子束；具有第一數量的孔徑的孔徑裝置，被配置成從帶電粒子束形成第一數量的小束，其中第一數量為5或更多，並且其中孔徑圍繞光軸佈置在環線上，使得投射於環線的切線上的孔徑的垂線均勻地間隔開；和靜電多極裝置，被配置成單獨地支配小束。
根據本發明的另一態樣，提供一種用於對樣本成像的掃描電子顯微鏡(SEM)。掃描電子顯微鏡包括：束源，被配置成產生沿著光軸傳播的初級粒子束；具有第一數量的孔徑的孔徑裝置，被配置成從帶電粒子束形成第一數量的小束；靜電多極裝置，被配置成單獨地支配小束；和掃描裝置，被配置成用於在第一掃描方向上沿著均勻地間隔的掃描線將小束掃描過樣本。孔徑裝置的孔徑圍繞光軸佈置在環線上。
根據本文所述的另一態樣，提供一種帶電粒子束支配裝置。帶電粒子束支配裝置包括：具有第一數量的孔徑的孔徑裝置，被配置成從沿著光軸傳播的帶電粒子束形成第一數量的小束，其中第一數量為5或更大，並且孔徑圍繞光軸佈置在環線上，使得投射於環線的切線上的孔徑的垂線均勻地間隔開；和靜電多極裝置，與孔徑裝置整合在一起，並且被配置成用於單獨地支配小束。
根據本文所述的另一態樣，提供一種操作帶電粒子束裝置的方法。方法包括：產生沿著光軸傳播的帶電粒子束；引導帶電粒子束通過圍繞光軸佈置在環線上的第一數量的孔徑以形成第一數量的小束，其中第一數量是5或更多；單獨地支配小束；和沿著均勻地間隔的掃描線在第一掃描方向上相對於樣本來移動小束。
實施方式還針對了用於進行所公開的方法的設備並且包括用於執行單獨方法動作的設備零件。這些方法可借助於硬體部件、由適當軟體程式設計的電腦、這兩者的任何組合或以任何其它方式執行。此外，實施方式還針對了操作所述的設備的方法。
可與本文所述的實施方式組合的另外優點、特徵和細節從從屬請求項、說明書和圖式中顯而易見。
現將詳細參考各種實施方式，這些實施方式的一個或多個示例在附圖中示出。在以下對附圖的描述內，相同元件符號是指相同部件。一般，僅描述了相對於個別實施方式的差異。每個示例以解釋的方式提供，並且不意味著進行限制。另外，被示出或描述為一個實施方式的一部分的特徵可以用於其他實施方式或與其他實施方式結合而產生又一實施方式。本說明書旨在包括這樣的修改和變化。
半導體技術依賴在積體電路的生產期間使用的各種製程的準確控制。例如，基板(諸如晶圓和掩模)必須重複地檢查，以便定位問題或缺陷。在基板處理期間的實際使用之前必須檢查掩模或掩模板，以便確保掩模準確地限定預定圖案。掩模圖案中的任何缺陷都將會在顯微光刻中的使用期間轉移到基板。檢查樣本(諸如基板、晶圓或掩模)的缺陷典型地包括在相對短的時間內檢查大面積區域。檢查應儘可能快速，以便避免生產產量因檢查製程而降低。
可以使用掃描電子顯微鏡(SEM)來檢查樣本以偵測缺陷(諸如圖案缺陷)。使用可聚焦在樣本表面上的帶電粒子束(例如，電子束)來掃描樣本表面。當帶電粒子束撞擊樣本時，產生並偵測次級帶電粒子(例如，次級電子)。可以通過將次級帶電粒子的強度信號與例如對應於樣本的同一位置的參考信號進行比較來偵測在樣本的該位置處的圖案缺陷。當僅使用一個帶電粒子束來進行掃描時，掃描可能需要相當長的時間，並且可能僅可獲得有限的輸送量。
輸送量可以通過提供被配置成多束系統的帶電粒子束裝置而增加。在多束系統中，產生多個帶電粒子小束，它們在柱中靠近彼此進行傳播，使得可以同時地檢查在樣本上的兩個或更多個點。然而，控制、整形和校正在一個柱中以靠近的相對距離傳播的多個小束是有挑戰性的。根據本文所述的實施方式，提供一種帶電粒子束裝置100，所述帶電粒子束裝置同時提供高輸送量和高檢查準確度。
圖1是根據本文所述的實施方式的被配置成多束系統的帶電粒子束裝置100的示意性截面圖。
帶電粒子束裝置100包括束源110，束源被配置成產生沿著光軸A傳播的帶電粒子束105。束源110可以是被配置成產生電子束的電子源。帶電粒子束105可以沿著光軸從束源110穿過柱朝向樣本10傳播，光軸可以位於柱的中心。可以沿著束源與樣本之間的束路徑佈置多個束支配元件，諸如一個或多個偏轉器、束校正器、透鏡裝置、孔徑、束彎曲器和/或束分離器(圖1中未示出)。
在一些實施方式中，束源110可以包括冷場發射器(CFE)、肖特基發射器、TFE或另一高電流電子束源中的至少一個，例如以增大輸送量。高電流被認為是在100毫拉德下的10μA或更高，例如，高達5mA，例如，在100毫拉德下30 μA至在100毫拉德下1 mA。根據典型實現方式，電流基本上均勻地分佈，例如，偏差為+ -10%。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，源可以具有2 nm至40 nm的直徑和/或具有5毫拉德或更高的典型的發射半形，例如，50毫拉德至200毫拉德。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的實施方式，TFE或能夠提供大束電流的另一高亮度降低源(例如，電子束源)是當發射角增大時亮度不下降超過最大值的20%的源，以提供10μA-100μA，例如30μA的最大值。肖特基或TFE發射器是當前可用的，具有5×107 Am-2 (SR)-1 V-1 的測量到的降低亮度，並且CFE發射器具有高達5×109 Am-2 (SR)-1 V-1 的測量到的降低亮度。系統還可與碳化物發射器(諸如HfC)一起工作，其可具有約1×1011 Am-2 (SR)-1 V-1 的降低亮度。例如，具有至少5×107 Am-2 (SR)-1 V-1 的束是有益的。
帶電粒子束裝置100進一步包括具有第一數量的孔徑125的孔徑裝置120，孔徑裝置被配置成從帶電粒子束105形成第一數量的小束135，其中第一數量是5或更多。換句話說，孔徑裝置120包括被配置成形成五個或更多個小束的五個或更多個孔徑。在其他實施方式中，孔徑裝置120可以具有被配置成形成八個或更多個小束的八個或更多個孔徑。孔徑裝置120的每個孔徑可以被配置成從帶電粒子束形成一個帶電粒子小束。
孔徑裝置120可以包括基板，例如，平板，其中孔徑125形成為基板中的開口或孔洞。當帶電粒子束105撞擊在其中形成有孔徑125的基板上時，帶電粒子可以傳播通過基板中的孔徑125以形成小束135，並且帶電粒子束105的剩餘部分可被基板阻擋。孔徑裝置120的至少一個表面，例如，孔徑裝置120的指向束源110的表面可以是導體或半導體表面，以減少或避免孔徑裝置120上的電荷累積。
圖2以底視圖更詳細地示出孔徑裝置120(即，從樣本10的角度)。如圖2所示，孔徑裝置的五個或更多個孔徑圍繞光軸A佈置在環線126上。環線126典型地但不一定是圓形的線。因此，通過引導帶電粒子束105通過孔徑裝置120而產生的五個或更多小束可以具有基本上距光軸A相同的距離。產生小束使得小束具有距光軸A相同的距離可以具有以下優點：支配小束導致各個小束的類似的像差，因此可以更容易地校正各個小束的類似的像差。另外，可以用以對應方式聚焦每個小束的單個物鏡將小束135聚焦到樣本10上。
在圖1的截面圖中，僅描繪了五個或更多個小束中的兩個小束。例如，圖1的截面圖可以沿著在圖2中被指示為虛線的截面平面Ｃ截取。因此，圖1中所示的兩個孔徑可對應於圖2的孔徑裝置120的第一孔徑121和第二孔徑122，兩個孔徑位於環線126的相對側。由孔徑裝置120形成的其餘三個或更多個小束在圖1中未示出。
孔徑125圍繞光軸A佈置在環線126上，使投射於環線126的切線136上的孔徑125的垂線128均勻地間隔開。「孔徑的垂線」可以被理解為孔徑的中心與切線136之間的連接線，其中連接線垂直於切線136。垂線128彼此平行，每個垂線都垂直於公共切線。兩個相鄰垂線128之間的距離D1分別基本上是相等的。
因此，可以沿著第一數量的均勻地間隔的掃描線在第一掃描方向X(對應於圖1中的垂線128的方向)上使小束135掃描過樣本。
要注意，垂線128的方向不一定對應於第一掃描方向X。例如，小束135可以通過可佈置在孔徑裝置120與樣本10之間的磁性透鏡元件圍繞光軸共同旋轉。圍繞光軸A的共同旋轉維持小束之間的相對距離，使得小束在旋轉之後仍然在(旋轉)投影中均勻地間隔開。
根據本文所述的實施方式，提供多束系統，其中小束圍繞光軸A位於環線上。光軸A可對應於柱的中心。雖然佈置在環線上的第一數量的小束是五個或更多個，但是小束在投影中均勻地間隔開，使得小束可以在第一掃描方向X上沿著基本上等距的掃描線進行掃描。
要注意，當五個或更多個孔徑在環線126上未佈置於相對於光軸的均勻地間隔的角位置處時，五個或更多個小束僅可在投影中均勻地間隔開。在圖2中所繪的示例中，一些相鄰孔徑相對於孔徑裝置的中心圍成了90°的角度，而其他相鄰孔徑圍成了45°的角度。然而，在投影中，所產生的小束之間的距離D1基本上是相等的。類似地，在圖4中所繪的示例中，在第一數量為8(即，用於形成八個小束的八個孔徑)的情況下，孔徑佈置在不均勻地間隔的角位置處，使得在投影中，小束沿著均勻地間隔的掃描線掃描是可能的。
當小束沿著不均勻地間隔的掃描線掃描時，輸送量有損失，因為在某點處，被一些緊密小束掃描的區域可能重疊，而其他條帶則可能保持未被掃描。這引起了輸送量的損失，因為在掃描未被掃描區域的時間期間，一些小束可能空閒。
另一方面，根據本文所述的實施方式，小束可以沿著均勻地間隔的掃描線(即，沿著等距的掃描線)掃描。例如通過首先使小束在第一掃描方向X上沿著均勻地間隔的掃描線掃描，接著在第二橫向掃描方向上移動小束，直到樣本的預定區域被完全地掃描，就可實現增大的輸送量。可以減少或完全地避免一些束線的閒置時間。之後，可移動或位移樣本，由此，可對樣本的另一區域進行光柵掃描。
根據一些實施方式，帶電粒子束裝置可以包括掃描裝置，所述掃描裝置被配置成沿著均勻地間隔的掃描線在第一掃描方向X上使小束135掃描過樣本10。任選地，掃描裝置可以被配置成使小束135在第二橫向掃描方向上偏轉，第二橫向掃描方向可垂直於第一掃描方向X。
帶電粒子束裝置100進一步包括靜電多極裝置150，所述靜電多極裝置被配置成單獨地支配小束135。在一些實施方式中，靜電多極裝置150佈置在孔徑裝置120的下游並且包括多個靜電多極151，所述多個靜電多極被配置成單獨地支配小束135，即，每個小束可以受相關聯的靜電多極的支配。
如本文所用的「支配小束」可理解為小束的偏轉、整形、校正、聚焦和/或准直中的至少一個或多個。例如，靜電多極裝置150可以包括多個靜電偏轉器單元，其中每個偏轉器單元可以被配置成使小束135中的一個偏轉。例如，靜電多極裝置可以包括多個靜電四極或八極，其中每個靜電四極或八極可以被配置成校正小束135中的一個的像差。
靜電多極裝置可以被配置成單獨地支配每個小束。例如，靜電多極裝置可以具有第一數量的靜電多極，其中每個靜電多極與第一數量的小束中的一個相關聯，使得可以經由相關聯的靜電多極來單獨地支配所述小束。特別地，可基本上通過靜電多極裝置的相關聯的靜電多極獨立於其他小束來支配每個小束。在一些實施方式中，靜電多極裝置150可以具有對應於第一數量的小束的第一數量的靜電多極151，使得每個小束可以獨立於其他小束被支配，其中第一數量是5或更多。
靜電多極裝置150佈置在孔徑裝置120的下游。例如，靜電多極裝置150可以直接地佈置在孔徑裝置的下游，即，孔徑裝置與靜電多極裝置之間沒有另一束支配單元，如在圖1中示例性地描繪的那樣。在一些實施方式中，靜電多極裝置150可以與孔徑裝置120整合在一起，如圖3中示例性地描繪的那樣。
在孔徑裝置120的下游提供靜電多極裝置150是有益的，因為小束可以在由孔徑裝置形成之後被偏轉、聚焦和/或校正，使得小束準確地朝向樣本上的預定點傳播。在相鄰小束之間的角距離不相等的情況下，在形成小束之後單獨地支配小束是特別有益的。這是因為相較單獨地支配小束來說，以單個靜電場共同地支配所有小束可以提供降低的偏轉準確度和/或校正準確度。因此，可以通過單獨地支配小束來進一步增大輸送量。另外，被配置成單獨地支配小束的靜電多極裝置150提供增加的調整和靈活性選項，使得束路徑和束形狀可以更容易且準確地來校正和調整。
在一些實施方式中，靜電多極裝置150的靜電多極151可以被配置成靜電偶極、四極、六極或八極。靜電多極裝置150可以包括用於每個小束135的一個相關聯的靜電偶極、四極，六極或八極。
靜電偶極包括用於支配帶電粒子的小束的兩個電極，其中兩個電極可以佈置在小束的相對側上。靜電偶極可以用於在垂直於束傳播方向的一個方向上偏轉小束。
靜電四極包括用於支配帶電粒子的小束的四個電極，其中四個電極可以佈置在小束周圍的等角位置處。靜電四極可以用於在垂直於束傳播方向的兩個方向上偏轉小束和/或用於校正束像差。
靜電八極包括用於支配帶電粒子的小束的八個電極，其中八個電極可以佈置在小束周圍的等角位置處。靜電八極可以用於在各個方向上偏轉小束和/或用於校正束像差。可以校正相較靜電四極來說更高階的像差。
要注意，靜電多極也可用於束聚焦和/或散焦(例如，通過將對應電位施加到靜電多極的電極上)。
在一些實施方式中，靜電多極裝置150的靜電多極151包括兩個、四個、六個、八個或更多個電極，這些電極分別在相對於相關聯的孔徑的中心的均勻地間隔的角度位置處佈置在相關聯的孔徑下游。靜電多極151可以被配置成用於分別單獨地偏轉、校正、整形和/或聚焦一個相關聯的小束中的至少一者。
如圖2所示，兩個相鄰垂線128之間的距離D1可基本上對應於環線126的最大直徑除以孔徑數量減1。例如，當第一數量為5時，兩個相鄰垂線128之間的距離D1可對應於環線126的直徑的四分之一，如圖2中示意性地描繪的那樣。在環線126上的這種孔徑佈置是有益的，因為樣本上的大面積(例如，寬的條紋)可以在樣本位移之前被掃描。
在一些實施方式中，可以提供掃描裝置，所述掃描裝置被配置成用於使小束在第一掃描方向X上沿著均勻地間隔的掃描線掃描過樣本。第一掃描方向X典型地根據垂線的方向來設定。例如，掃描裝置可以被配置成通過沿著均勻地間隔的掃描線在第一掃描方向X上交替地掃描並在第二橫向掃描方向上移動小束來使小束光柵掃描過樣本。第二橫向掃描方向可垂直於第一掃描方向。可以重複此順序，直到已經完全地掃描寬度等於或大於環線126的直徑的樣本條帶。之後，樣本可位移到另一位置，例如，位移與先前掃描的條帶的寬度對應的距離。
在可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式中，靜電多極裝置150可以被配置成偏轉小束135，使得每個小束看上去是來自不同的源。例如，靜電多極裝置150可以包括用於每個小束的單獨的偏轉器，如圖1中示意性地描繪的。特別地，單獨的偏轉器可以包括靜電多極，例如靜電偶極、四極、六極或八極。提供具有多個靜電四極或八極的靜電多極裝置150可以是有益的，因為靜電四極或八極可以用於聚焦、偏轉和校正。
圖3是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置200的示意性截面圖。圖3的帶電粒子束裝置200可以包括圖1的帶電粒子束裝置100的大部分的特徵，使得可以參考以上說明，而不在此進行重複。
帶電粒子束裝置200包括用於產生帶電粒子束105的束源110，帶電粒子束從束源110穿過柱傳播到要檢查的樣本10。帶電粒子束裝置200進一步包括帶電粒子束支配裝置210。
圖4以底視圖更詳細地示出帶電粒子束支配裝置210(即，從樣本10的角度)。帶電粒子束支配裝置210包括可一體地形成的孔徑裝置220和靜電多極裝置250。換句話說，孔徑裝置220和靜電多極裝置250可以一體地形成為單個部件，即，可以彼此連接或固定，或可以由單個多層基板形成。
在可與本文所述的其他實施方式結合的一些實施方式中，孔徑裝置220包括基板221，基板包括絕緣體層，靜電多極裝置250的靜電多極151形成在絕緣體層上。
第一數量的孔徑125形成在孔徑裝置220的基板221中，其中第一數量是5或更多。在圖4的實施方式，第一數量是8。孔徑125被配置成從帶電粒子束105形成第一數量的小束135。因此，圖4的孔徑裝置220被配置成形成8個小束。在其他實施方式中，第一數量可以大於8，例如，10或更多。
如圖4所示，孔徑125圍繞光軸A佈置在環線126上，使得投射於環線126的切線136上的孔徑125的垂線128均勻地間隔開。因此，在投影中相鄰小束之間的距離D2分別是類似或相同的。距離D2可大致對應於環線126的直徑除以7(8減1)。
因此，可能在第一掃描方向X上沿著均勻地間隔或等距的掃描線使小束135掃描過樣本10。將會參考上述說明，而不在此進行重複。
靜電多極裝置250的靜電多極151可以佈置在基板221的指向下游(即，朝向樣本10)的表面上。因此，通過傳播通過孔徑中的一個而形成的小束可以在形成之後立即被支配，例如，通過可以形成在基板221上的相關聯的靜電多極來偏轉、校正和/或聚焦。
如在圖4中詳細地示出的那樣，靜電多極裝置250可以包括對應於第一數量的孔徑125的第一數量的靜電多極151，即，八個靜電多極，諸如四極或八極。在圖4的示例性的實施方式中，靜電多極151被配置成四極。
靜電多極151可以包括四個或更多個電極，四個或更多個電極可以圍繞一個孔徑形成在基板221的主表面上，用於在傳播通過孔徑之後支配一個小束。在一些實施方式中，四個或更多個電極中的每個可以佈置在距孔徑的中心相同的距離處。在一些實施方式中，四個或更多個電極中的每個可以佈置在距孔徑的限束邊緣的徑向距離處。例如，如圖4中示意性描繪的那樣，電極152佈置在距第一孔徑121的限束邊緣153的徑向距離處。換句話說，電極152本身不形成用於小束的限束邊緣，但是電極152相對於第一孔徑121的限束邊緣153佈置在徑向外側。因此，小束不傳播通過靜電多極的電場的邊緣區域，邊緣區域中的電場可能偏離孔徑的中心區域中的電場。孔徑的限束邊緣153限制傳播通過孔徑的小束的徑向延伸。
根據可與本文所述的其他實施方式結合的一些實施方式，帶電粒子束支配裝置210包括基板221，基板被配置成提供孔徑125以用於形成小束並用於承載在孔徑下游的靜電多極裝置的電極。
靜電多極151的電極可以在基板221的表面上相對於孔徑中的一個佈置在相等地間隔的角位置處。基板221可以是平板基板，例如，晶圓，諸如多層晶圓。例如，基板221可以是具有在其上形成電極的至少一個絕緣體層的多層晶圓。
在可與本文所公開的其他實施方式組合的一些實施方式中，孔徑可具有圓或圓形的橫截面形狀。因此，通過引導廣角帶電粒子束通過孔徑，可以產生帶電粒子的圓或圓形小束。孔徑可以具有1 mm或更小、特別地是500 μm或更小，更特別是200 μm或更小，或甚至是100 μm或更小的直徑。
當靜電多極151的電極的一些或全部包括矽或摻雜矽時，可以簡化根據本文所公開的實施方式的帶電粒子束支配裝置210的製造。佈置在平坦基板的頂部的矽電極可以特別容易方式由SOI基板(絕緣體上矽)以小型化的形式形成。結晶矽或摻雜矽的導電性可能足以從其形成靜電多極的電極。在其他實現方式中，靜電多極151的電極可以包括金屬。另外，其他材料系統可適合於提供類似於SOI晶圓的具有絕緣體層和半導體層的多層晶圓結構。
靜電多極151的電極可以被配置成可連接到相應電位。例如，可提供電壓源以將每個電極與相應電壓連接。在一些情況下，每個電極可耦合到相應的連接線以將電極與電壓源連接。連接線可至少部分地集成在基板的絕緣體層中。在一些實施方式中，連接線可至少部分地提供在基板221的表面上。例如，用於將電極與相應的電位連接的連接線可由與電極相同的材料製成。
在一些實施方式中，基板可以包括絕緣體層222，在絕緣體層的頂部形成電極，並且基板可以在相對於形成有電極的一側的絕緣體層222的相對側上包括另外的層223，另外的層包括半導體或導體材料(參見圖6)。另外的層223可以被引導到帶電粒子束支配裝置210的上游側。另外的層223可由金屬或半導體、特別地是矽製成。在一些實現方案中，電極和另外的層223兩者可以由矽製成，而絕緣體層222可以包括SiO2 或另一絕緣體，諸如藍寶石。可減少或避免基板表面上的電荷累積。例如，另外的層223可連接到電位，諸如接地電位。
通過在多層基板上施加掩模並去除初始均勻的頂層的部分，使得頂層的剩餘部分形成電極，就可在基板221上形成電極。
電極可以包括矽或由矽組成。為了製造電極，可以部分地去除(例如，蝕刻)可能是SOI晶圓的頂層的初始均勻的矽層，使得矽層的剩餘部分形成電極。電極可以是基本上梯形的，並且可以圍繞孔徑佈置在均勻地間隔的角位置處，如圖4所示。在可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式中，電極可以分別圍繞孔徑中的一個在小於30°、特別地是小於15°的角範圍內延伸。
圖5是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置100的示意性截面圖。帶電粒子束裝置100可以包括類似於圖1所示的實施方式的束源110、孔徑裝置120和靜電多極裝置150，使得可以參考以上說明，而不在此進行重複。
帶電粒子束105由束源110產生並被引導通過孔徑裝置120。孔徑裝置120被配置成從帶電粒子束形成第一數量的小束135。第一數量是5個或更多，但是在圖5的截面圖中僅示出了兩個小束135。小束135傳播通過靜電多極裝置150。每個小束135可以傳播通過靜電多極裝置150的相關聯的靜電多極151，靜電多極裝置被配置成單獨地支配小束。
例如，小束135可由靜電多極裝置偏轉，使得每個小束看起來是來自不同的源。可選地或另外地，可以通過施加適當的靜電多極場來校正小束的束像差。
小束可以任選地傳播通過束分離器裝置195，所述束分離器裝置被配置成將在樣本的位置處產生的次級電子和/或後向散射電子與小束135分離。
可以提供掃描裝置140以使小束135在第一掃描方向X上和/或在可垂直於第一掃描方向X的第二橫向掃描方向上掃描過樣本10。第一掃描方向X可垂直於圖5的截面平面。可以沿著在第一掃描方向X上延伸的等距的掃描線來掃描5個或更多個小束。
帶電粒子束裝置100可以進一步包括物鏡190，物鏡被配置成將小束135聚焦到樣本10上。物鏡190可以是組合的磁性-靜電物鏡，包括磁性透鏡部分和靜電透鏡部分。
複合的磁性-靜電透鏡的靜電部分可以是靜電遲滯透鏡。使用這種複合的磁性-靜電透鏡在低著陸能量下產生優異的解析度，例如，在SEM的情況下幾百電子伏特。這種低著陸能量對於避免對輻射敏感樣本的充電和/或損壞是有益的，尤其是在現代半導體工業中。然而，在一些情況下，可以僅使用磁性透鏡或僅使用靜電透鏡。
物鏡190不僅可以聚焦小束，還可圍繞光軸旋轉小束。此效果未示出，因為難以在二維圖式中描繪並且因為技術人員很清楚此效果。由於靜電多極裝置和物鏡的綜合效果，在樣本上形成多個點，每個點對應於一個小束。
當小束撞擊樣本10的表面時，小束經歷與樣本的原子的核和電子的一系列複雜的相互作用。相互作用產生各種次級產物，諸如不同能量的電子、X射線、熱量和光。許多這些次級產物用於產生樣本圖像並且收集其他資料。對於樣本的檢查或成像有重要意義的次級產物是次級電子，次級電子以相對低的能量(1至50 eV)以各種角度從樣本中逸出。信號電子通過物鏡從樣本中抽出，與初級束分離，並且到達偵測器裝置。
因此，第一數量的小束135在第一數量的點處與樣本10相互作用，使得從樣本10發射多個次級或後向散射電子的小束。
樣本10可以保持在可移動台11上，可移動台被配置成在至少一個方向上(例如，在垂直於第一掃描方向X的方向上)移動樣本。在一些實施方式中，可移動台11可以被配置成在兩個或更多個方向上移動樣本。
在一些實施方式中，可以提供束分離器裝置195，以便從第一數量的小束135分離次級或後向散射電子的多個小束。次級或後向散射電子的小束可以被引導到偵測器裝置180。
在一些實施方式中，可以提供偵測器裝置180，所述偵測器裝置被配置成偵測從樣本10發射的次級帶電粒子和/或後向散射帶電粒子。偵測器裝置180可以被細分為多個區段，多個區段被配置成分別偵測由小束135中的一者產生的次級或後向散射電子。例如，圖5中描繪的偵測器裝置180包括第一偵測器段181和第二偵測器段182，第一偵測器段被配置成偵測由第一小束產生的次級帶電粒子，第二偵測器段被配置成偵測由第二小束產生的次級帶電粒子。可以提供另外偵測器段。偵測器段的數量可對應於第一數量，使得每個小束具有相關聯的偵測器段。
圖6是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置200的示意性截面圖。帶電粒子束裝置200基本上對應於圖5中所示的帶電粒子束裝置100，使得可以參考以上說明，而不在此進行重複。然而，代替彼此空間上分離的孔徑裝置和靜電多極裝置，可以提供如圖4所繪的帶電粒子束支配裝置210。
帶電粒子束支配裝置210包括：具有第一數量的孔徑的孔徑裝置220，孔徑裝置被配置成從帶電粒子束105形成第一數量的小束135；以及靜電多極裝置250，所述靜電多極裝置與孔徑裝置220一體地形成。靜電多極裝置250包括被配置成單獨地支配小束135的多個靜電多極151。
孔徑125圍繞光軸A佈置在環線上，使得投射於環線的切線上的孔徑的垂線均勻地間隔開。因此，可以在第一掃描方向X上沿著等距的掃描線掃描小束。
帶電粒子束支配裝置210可以包括具有絕緣體層222和另外的層223的基板，在絕緣體層上形成靜電多極151的電極，另外的層可以是導體或半導體層。孔徑125可以形成在基板中，例如，在蝕刻製程中。
圖7是根據本文所述的實施方式的示出操作帶電粒子束裝置的方法的流程圖。
在方塊710中，形成帶電粒子束，特別地是電子束，帶電粒子束沿著光軸A傳播。
在方塊720中，通過引導帶電粒子束通過圍繞光軸佈置在環線上的第一數量的孔徑來形成第一數量的小束，其中第一數量是5或更多。
在方塊730中，單獨地支配小束，例如，單獨地偏轉、校正、聚焦和/或整形。例如，每個小束可能受靜電多極裝置的相關聯的靜電多極的支配。
小束可由靜電多極裝置偏轉。另外地或可選地，可由靜電多極裝置校正小束的束像差。
在方塊740中，沿著均勻地間隔的掃描線在第一掃描方向X上使小束相對於樣本進行移動。
可以通過在第一掃描方向上沿著等距的掃描線和在第二橫向掃描方向上將小束移動過樣本來對樣本進行光柵掃描。第二橫向掃描方向可垂直於第一掃描方向。可以重複在第一掃描方向X上和在第二橫向掃描方向上的光柵掃描，直到樣本的預定區域已被掃描。此後，可以例如通過可移動台移動樣本。
在方塊750中，方法可以進一步包括偵測由樣本發射的次級和/或後向散射帶電粒子，特別地是其中由每個小束產生的次級和/或後向散射帶電粒子由分段的偵測器裝置的一段單獨地偵測。
儘管前述內容針對的是特定實施方式，但是也可在不脫離本發明的基本範圍的情況下構想其他和進一步實施方式，並且本發明的範圍是由隨附的申請專利範圍決定。
10:樣本
11‧‧‧可移動台100‧‧‧帶電粒子束裝置105‧‧‧帶電粒子束110‧‧‧束源120‧‧‧孔徑裝置121‧‧‧第一孔徑122‧‧‧第二孔徑125‧‧‧孔徑126‧‧‧環線128‧‧‧垂線135‧‧‧小束136‧‧‧切線140‧‧‧掃描裝置150‧‧‧靜電多極裝置151‧‧‧靜電多極152‧‧‧電極153‧‧‧限束邊緣180‧‧‧偵測器裝置181‧‧‧第一偵測器段182‧‧‧第二偵測器段190‧‧‧物鏡195‧‧‧束分離器裝置200‧‧‧帶電粒子束裝置210‧‧‧帶電粒子束支配裝置
220:孔徑裝置
221:板
222:絕緣體層
223:另外的層
250:靜電多極裝置
710-750:方塊
因此，為了能夠詳細理解實施方式的上述特徵結構所用方式，在上文簡要概述的實施方式的更具體的描述可以參考實施方式進行。隨附圖示涉及一個或多個實施方式，並且描述如下：
圖1是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的示意性截面圖；
圖2是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的孔徑裝置的示意性底視圖；
圖3是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的示意性截面圖；
圖4是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束支配裝置的示意性底視圖；
圖5是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的示意圖；
圖6是根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的示意圖；和
圖7是根據本文所述的實施方式的示出操作帶電粒子束裝置的方法的流程圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10‧‧‧樣本
100‧‧‧帶電粒子束裝置
105‧‧‧帶電粒子束
110‧‧‧束源
120‧‧‧孔徑裝置
125‧‧‧孔徑
135‧‧‧小束
150‧‧‧靜電多極裝置
151‧‧‧靜電多極

Claims (18)

  1. 一種帶電粒子束裝置，包括：一束源，被配置成產生沿著一光軸(A)傳播的一帶電粒子束；具有一第一數量的孔徑的一孔徑裝置，被配置成從該帶電粒子束形成一第一數量的小束，其中該第一數量為5或更多，並且其中該孔徑圍繞該光軸(A)佈置在一環線上，使得投射於該環線的一切線上的該孔徑的垂線均勻地間隔開；和一靜電多極裝置，被配置成單獨地支配該小束，其中該孔徑裝置包括一基板，在該基板上形成該靜電多極裝置的靜電多極，且該靜電多極包括：四個電極、六個電極、八個電極或更多個電極。
  2. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該多個靜電多極被配置成單獨地支配該第一數量的小束。
  3. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該靜電多極裝置包括多個四極或八極。
  4. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該靜電多極的該四個電極、該六個電極、該八個電極或更多個電極分別地相對於一相關聯的孔徑的一中心以均勻地間隔的角位置佈置在該相關聯的孔徑的下游 處。
  5. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中兩個相鄰垂線之間的一距離基本上對應於該環線的一直徑除以該第一數量減1。
  6. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，進一步包括：一掃描裝置，被配置成用於在一第一掃描方向上沿著均勻地間隔的掃描線將該小束掃描過一樣本。
  7. 如請求項6所述的帶電粒子束裝置，其中該掃描裝置被配置成藉由沿著該均勻地間隔的掃描線在該第一掃描方向上交替地掃描並在一第二橫向掃描方向上移動該小束來將該小束光柵掃描過該樣本。
  8. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該靜電多極裝置被配置成使該小束偏轉，使得該小束中的每個看起來是來自一不同的源。
  9. 如請求項8所述的帶電粒子束裝置，其中該靜電多極裝置包括用於該小束中的每個的一單獨的偏轉器。
  10. 如請求項9所述的帶電粒子束裝置，其中該單獨的偏轉器包括從由以下組成的群組中選擇的一靜電多極：一靜電四極、六極和八極。
  11. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，進一 步包括：一物鏡，被配置成將該小束聚焦到一樣本上；和一偵測器裝置，被配置成偵測從該樣本發射的次級帶電粒子和/或後向散射帶電粒子。
  12. 如請求項11所述的帶電粒子束裝置，其中該物鏡是包括一磁性透鏡部分和一靜電透鏡部分的一組合的磁性-靜電物鏡。
  13. 一種帶電粒子束支配裝置，包括：具有一第一數量的孔徑的一孔徑裝置，被配置成從沿著一光軸(A)傳播的一帶電粒子束形成一第一數量的小束，其中該第一數量為5或更大，其中該孔徑圍繞該光軸(A)佈置在一環線上，使得投射於該環線的一切線上的該孔徑的垂線均勻地間隔開；和一靜電多極裝置，與該孔徑裝置整合在一起，並且被配置成用於單獨地支配該小束，其中該孔徑裝置包括一基板，在該基板上形成該靜電多極裝置的靜電多極，且該靜電多極包括：四個電極、六個電極、八個電極或更多個電極。
  14. 一種操作一帶電粒子束裝置的方法，包括以下步驟：產生沿著一光軸(A)傳播的一帶電粒子束；引導該帶電粒子束通過圍繞該光軸佈置在一環線上 的該孔徑裝置的一第一數量的孔徑以形成一第一數量的小束，其中該第一數量是5或更多；利用該靜電多極裝置的靜電多極來單獨地支配該小束，其中該孔徑裝置包括一基板，在該基板上形成該靜電多極，且該靜電多極包括：四個電極、六個電極、八個電極或更多個電極；和沿著均勻地間隔的掃描線在一第一掃描方向(X)上相對於一樣本來移動該小束。
  15. 如請求項14所述的方法，進一步包括以下步驟：偵測由該樣本發射的次級和/或後向散射帶電粒子。
  16. 如請求項14所述的方法，其中由該小束產生的該次級和/或後向散射帶電粒子由一偵測器裝置的相應偵測器段偵測。
  17. 如請求項14所述的方法，包括以下步驟：藉由在該第一掃描方向(X)上和在垂直於該第一掃描方向的一第二掃描方向上將該小束移動過該樣本來對該樣本進行光柵掃描。
  18. 如請求項14所述的方法，其中單獨地支配該小束之步驟包括以下步驟：單獨地偏轉、聚焦和校正該小束中的至少一者。
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