TWI759658B - 運用多重射束進行透鏡內之晶圓預充電及檢測 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種帶電粒子系統，其可包括提供於一第一軸線上之一第一帶電粒子射束源，及提供於一第二軸線上之一第二帶電粒子射束源。亦可提供配置於該第一軸線上之一偏轉器。該偏轉器可經組態以使自該第二帶電粒子射束源產生之一射束朝向一樣本偏轉。一種操作一帶電粒子射束系統之方法可包括在操作一偏轉器的一第一狀態與一第二狀態之間切換。在該第一狀態中，自一第一帶電粒子射束源產生之一第一帶電粒子射束可被消隱，且自一第二帶電粒子射束源產生之一第二帶電粒子射束可經導引朝向一樣本。在該第二狀態中，該第二帶電粒子射束可被消隱且該第一帶電粒子射束可經導引朝向該樣本。

Description

運用多重射束進行透鏡內之晶圓預充電及檢測

本文中所提供之實施例係關於帶電粒子光學系統，該等帶電粒子光學系統可適用於具有一個或多個帶電粒子射束之帶電粒子裝置中，諸如利用一個或多個電子射束之電子顯微鏡裝置中。

在積體電路(IC)之製造程序中，可檢測電路組件以確保其係根據設計而製造且無缺陷。圖案缺陷、未被邀請之粒子(殘餘物)或其類似者在製造期間可能顯現於晶圓或光罩上，且可藉此降低良率。舉例而言，對於具有較小臨界特徵尺寸之圖案，未被邀請的粒子可為麻煩的，已採用該等圖案來滿足對IC晶片之愈來愈先進的效能要求。

解析度能夠低至小於奈米的帶電粒子(例如電子)射束顯微鏡(諸如掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM))可用作用於檢測具有大小低至例如亞100奈米尺度之特徵的IC組件之切實可行的工具。在SEM工具中，具有相對較高能量之初級電子射束可以相對較低導降能量導降於樣本上且經聚焦以在其上形成探測光點。歸因於初級電子在樣本上在經聚焦探測光點處入射，可自表面產生二次電子。藉由使探測光點遍及樣本表面進行掃描且收集二次電子，檢測工具可獲得樣本表面之影像。

在一些應用中，可使用帶電粒子射束檢測系統之電壓對比方法來偵測樣本上之物理及電氣缺陷。但此等習知系統需要改良。

本發明之實施例可提供一種帶電粒子光學系統，其可包括提供於一第一軸線上之一第一帶電粒子射束源，及可提供於一第二軸線上之一第二帶電粒子射束源。亦可提供配置於該第一軸線上之一組件，其經組態以使自該第二帶電粒子射束源產生之一射束朝向一樣本偏轉。該第一帶電粒子射束源可為一掃描電子顯微鏡之一初級電子射束源。該組件可包括一偏轉器、一靜電透鏡、一磁透鏡、一韋恩濾波器或其類似者。

亦可提供一種操作一帶電粒子射束系統之方法。該方法可包括在操作一組件的一第一狀態與一第二狀態之間切換。該組件可經組態以產生一磁場或一電場。在該第一狀態中，自一第一帶電粒子射束源產生之一第一帶電粒子射束可被消隱，且自一第二帶電粒子射束源產生之一第二帶電粒子射束可經導引朝向一樣本。在該第二狀態中，該第二帶電粒子射束可被消隱且該第一帶電粒子射束可經導引朝向該樣本。該第一狀態可對應於一預充電操作且該第二狀態可對應於一成像操作。

根據一些實施例，可使在預充電與成像之間切換更快速且更高效。此外，可增強系統設計靈活性。

所揭示實施例之額外目標及優點將在以下描述中部分地闡述，且部分地將自該描述顯而易見，或可藉由該等實施例之實踐習得。所揭示實施例之目標及優點可藉由在本發明中所闡述之要素及組合來實現及獲得。然而，未必需要本發明之例示性實施例達成此類例示性目標及優點，且一些實施例可能不會達成所陳述目標及優點中之任一者。

應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者僅為例示性及解釋性的，且並不限定所揭示實施例。

10:電子射束檢測(EBI)系統

11:主腔室

20:裝載/鎖定腔室

30:設備前端模組(EFEM)

30a:第一裝載埠

30b:第二裝載埠

100:電子射束工具

100A:電子射束工具

100B:電子射束工具

102:晶圓固持器

103:晶圓

104:複合物鏡

104a:磁極片

104b:控制電極

104c:偏轉器

104d:勵磁線圈

106:電子偵測器

108:接物鏡孔徑

109:控制器

110:聚光透鏡

112:射束限制孔徑

114:電子槍孔徑

116:陽極

118:陰極

120:初級電子射束

122:探測光點

130:二次電子射束

150:機動載物台

170:光軸

202:電子源

204:電子槍孔徑

206:聚光透鏡

208:交越

210:初級電子射束

212:源轉換單元

214:小射束

218:小射束

220:初級投影光學系統

222:射束分離器

226:偏轉掃描單元

228:物鏡

230:晶圓

236:二次電子射束

238:二次電子射束

240:二次電子射束

242:二次光學系統

244:電子偵測器件

246:偵測子區

248:偵測子區

250:偵測子區

252:副光軸

260:主光軸

270:探測光點

272:探測光點

274:探測光點

310:充電時段

311:暫態時段

312:穩態時段

320:檢測時段

400:電子射束工具

403:晶圓

410:初級電子射束源

411:柱孔徑

420:第二電子射束/第二電子射束源

421:電子槍孔徑

422:透鏡

423:消隱裝置

430:對準偏轉器

432:掃描偏轉器

435:物鏡

444:偵測器

470:主光軸

Tb:時間

α:角度

β:角度

本發明之上述及其他態樣自結合隨附圖式進行的例示性實施例之描述將變得更顯而易見，在該等圖式中：圖1為說明符合本發明之實施例的例示性電子射束檢測(EBI)系統之示意圖。

圖2A及圖2B說明符合本發明之實施例的可為圖1之電子射束檢測系統之部件的例示性電子射束工具。

圖3說明符合本發明之實施例的充電及檢測之例示性時間特性。

圖4說明符合本發明之實施例的可為圖1之電子射束檢測系統之部件的例示性電子射束工具。

現在將詳細參考例示性實施例，在隨附圖式中說明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相似元件。在以下例示性實施例描述中闡述的實施方案並不表示符合本發明之所有實施方案。取而代之，其僅僅為符合關於所附申請專利範圍中所敍述之本發明的態樣之系統、裝置及方法之實例。出於清楚起見，圖式中之組件的相對尺寸可被誇示。

可藉由顯著增加IC晶片上之電路組件(諸如電晶體、電容器、二極體等等)之填集密度來實現電子器件之增強之運算能力，同時減小器件之實體大小。舉例而言，在智慧型手機中，IC晶片(其可為拇指甲 大小)可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小小於人類毛髮之1/1000。不出乎意料地，半導體IC製造為具有數百個個別步驟之複雜程序。即使一個步驟中之錯誤亦有可能顯著影響最終產品之機能。即使一個「致命缺陷」亦可造成器件故障。製造程序之目標為改良程序之總良率。舉例而言，對於得到75%良率之50步驟製程，每一個別步驟必須具有大於99.4%之良率，且若個別步驟良率為95%，則總製程良率下降至7%。

確保能夠以高準確度及高解析度偵測缺陷同時維持高產出率(例如，被定義為每小時經處理之晶圓之數目)係愈來愈重要。高程序良率及高晶圓產出率可受缺陷之存在影響，尤其當涉及操作員干預時。因此，藉由檢測工具(諸如SEM)進行微米及奈米大小缺陷之偵測及識別對於維持高良率及低成本係至關重要的。

如上文所陳述，在一些應用中，可使用帶電粒子射束檢測系統之電壓對比方法來偵測樣本上之物理及電氣缺陷。為了偵測電壓對比缺陷，通常使用被稱為預充電之程序，在該程序中，帶電粒子在進行檢測之前被施加至待檢測之區域上。預充電之益處可尤其包括：1)能夠將足夠帶電粒子供應至晶圓以在晶圓之特徵上產生足以致使有缺陷的及周圍無缺陷的特徵在檢測時不同地表現之電壓(例如電壓對比檢測)；及2)增強缺陷之電壓對比信號使得可獲得令人滿意的信雜比(SNR)且在帶電粒子檢測系統中容易地偵測出缺陷。

在習知系統中，可藉由在使用帶電粒子檢測工具之初級射束用於檢測之前使該初級射束遍及樣本表面進行掃描來實現預充電。替代地，單獨的帶電粒子源可用以對晶圓表面預充電且設定充電條件。單獨的帶電粒子源，諸如專用電子射束泛射式電子槍，可用以增強電壓對比缺陷 信號，以使增加缺陷偵測敏感度或產出率。在泛射工序中，泛射式電子槍可用以提供相對大量之電子以對預定義區域充電。之後，電子射束檢測系統之初級電子源可經施加以掃描預充電區域內之一區域以達成該區域之成像。

然而，當前預充電技術可能面臨以下限制中的一些。第一，在一些應用中可存在臨界充電衰減時間。舉例而言，樣本表面上之經累積電荷可相對快速地衰減，且因此一些應用可需要自預充電至檢測之快速切換。此舉可對用於檢測之系統及方法強加約束。另外，一些當前技術可涉及實體地移動支撐樣本之載物台，此為耗時的且引入誤差源。

第二，可限制產出率。舉例而言，諸如3D NAND之某些應用可需要以每條帶為基礎進行預充電。可需要在預充電與檢測掃描之間頻繁切換。與切換事件相關聯之時間及費用可對製程產出率有負面影響。

第三，當提供專用泛射式電子槍時，其效能可受成本限定限制，此係由於該專用泛射式電子槍為從屬於帶電粒子檢測系統中之其他子系統的子組件，或由於歸因於樣本必須實體地移動於泛射式電子槍之射束路徑中所造成的延遲。另外，傳統泛射式電子槍與例如SEM之初級射束源相比可具有簡化得多的控制。因此，泛射式電子槍可具有有限可控性及低準確度。另外，嘗試藉由改良專用泛射式電子槍以具有更精確可控性來解決此等限制可能不切實際地昂貴。此外，封裝約束可限定對於佔用帶電粒子射束檢測系統中之空間之專用泛射式電子槍有可能的修改量。

第四，當將檢測系統之初級射束用於預充電時，初級射束泛射可造成孔徑污染。檢測系統之初級射束可經組態以將孔徑曝露至大量電子，且該孔徑可容易受污染。

為了概述此等習知檢測工具，可在進行成像之前使用樣本之預充電以在樣本表面上沈積電荷。在一些應用中，樣本上之累積電荷可極快速地衰減。因此，可有必要在預充電製程與成像製程之間來回切換，以便維持樣本上之電荷之適當位準且繼續進行成像。然而，在預充電與成像之間進行切換可涉及眾多複雜情況。舉例而言，如上文所論述，切換可過於耗時、不利於產出率、難以控制，且可導致孔徑污染。因此，需要可有助於進行預充電及成像的改良型系統及方法。

本發明尤其提供用於帶電粒子成像之系統及方法。在一些實施例中，除了初級帶電粒子射束源以外，亦提供單獨的專用第二帶電粒子射束源。該等初級及第二帶電粒子射束源可經組態以共用單一物鏡。第二帶電粒子射束源可以特定角度或角度範圍而配置，使得其可產生軌跡可藉助於諸如韋恩濾波器之對準偏轉器來調整的射束。此外，對準偏轉器可經組態以在第一操作狀態及第二操作狀態中操作，其中在第一操作狀態與第二操作狀態之間作出改變涉及調整施加至對準偏轉器之電壓。因此，可使可執行預充電的帶電粒子射束系統之第一狀態與可執行成像的第二狀態之間切換較快速。

在不限制本發明之範疇的情況下，實施例之描述及圖式可例示性稱作使用電子射束。然而，實施例並未用以將本發明限制成特定帶電粒子。舉例而言，用於射束成形之系統及方法可適用於光子、x射線及離子等。此外，術語「射束」可指初級電子射束、初級電子小射束、二次電子射束或二次電子小射束以及其他。

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。

本發明之實施例可達到眾多其他優點，在下文將對其加以論述。

現在參看圖1，其說明符合本發明之實施例的可包括偵測器之例示性電子射束檢測(EBI)系統10。EBI系統10可用於成像。如圖1中所展示，EBI系統10包括主腔室11、裝載/鎖定腔室20、電子射束工具100，及設備前端模組(EFEM)30。電子射束工具100位於主腔室11內。EFEM 30包括第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包括額外裝載埠。第一裝載埠30a及第二裝載埠30b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)(晶圓及樣本在本文中可被集體地稱作「晶圓」)。

EFEM 30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20。裝載/鎖定腔室20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20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20運送至主腔室11。主腔室11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11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，晶圓經受電子射束工具100之檢測。電子射束工具100可為單射束系統或多重射束系統。控制器109以電子方式連接至電子射束工具100，且亦可以電子方式連接至其他組件。控制器109可為經組態以執行EBI系統10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11、裝載/鎖定腔室20及EFEM 30之結構之外，但應瞭解，控制器109可為該結構之部分。

圖2A為說明符合所揭示實施例的可用於EBI系統10中之例示性電子射束工具100A的示意圖。如圖2A所示，電子射束工具100A包括機動載物台150及晶圓固持器102，該晶圓固持器由機動載物台150支撐以固持待檢測之晶圓103。電子射束工具100A進一步包括複合物鏡104、電子偵測器106、接物鏡孔徑108、聚光透鏡110、射束限制孔徑112、電子槍孔徑114、陽極116及陰極118，其中之一或多者可與電子射束工具100A之光軸170對準。

在一些實施例中，複合物鏡104可包括經修改的擺動接物鏡延遲浸潤透鏡(SORIL)，其包括磁極片104a、控制電極104b、一偏轉器或一組偏轉器104c，以及勵磁線圈104d。電子射束工具100A可另外包括能量色散X射線光譜儀(EDS)偵測器(圖中未繪示)以特性化晶圓上之材料。

可藉由在陽極116與陰極118之間施加電壓而自陰極118發射初級電子射束120。初級電子射束120穿過電子槍孔徑114及射束限制孔徑112，此兩者可判定進入駐存在射束限制孔徑112下方之聚光透鏡110之電子射束的電流。聚光透鏡110可在射束進入接物鏡孔徑108之前聚焦初級電子射束120，以在電子射束進入複合物鏡104之前設定該電子射束的電流。

複合物鏡104可將初級電子射束120聚焦至晶圓103上以用於檢測且可在晶圓103之表面上形成探測光點122。偏轉器104c使初級電 子射束120偏轉以使探測光點122遍及晶圓103進行掃描。舉例而言，在掃描程序中，偏轉器104c可經控制以在不同時間點使初級電子射束120依序偏轉至晶圓103之頂面之不同部位上，以提供用於晶圓103的不同部分之影像重建構的資料。此外，偏轉器104c亦可經控制以在不同時間點使初級電子射束120偏轉至特定部位處之晶圓103之不同側上，以提供用於彼部位處之晶圓結構之立體影像重建構的資料。此外，在一些實施例中，陽極116及陰極118可經組態以產生多重初級電子射束120，且電子射束工具100A可包括複數個偏轉器104c以同時將多重初級電子射束120投影至晶圓103之不同部分或側面。

當將電流施加至勵磁線圈104d上時，可在晶圓表面之區中產生軸向對稱(亦即，圍繞光軸170對稱)磁場。由初級電子射束120掃描之晶圓103的一部分可浸潤於磁場中。可將不同電壓施加至晶圓103、磁極片104a及控制電極104b上，以在晶圓表面附近產生軸向對稱之延遲電場。該電場可減少在初級電子射束120與晶圓103碰撞之前使初級電子射束120在晶圓之表面附近衝擊的能量。與磁極片104a電隔離之控制電極104b可控制晶圓上之軸向對稱電場以防止晶圓之微電弧作用且確保晶圓表面連同軸向對稱磁場處之適當射束聚焦。

在接收到初級電子射束120後，可自晶圓103之部分發射二次電子射束130。二次電子射束130可由電子偵測器106之感測器表面接收。電子偵測器106可產生表示二次電子射束130之強度的信號(例如，電壓、電流等)，且將信號提供至可與電子偵測器106通信之控制器109。二次電子射束130之強度可根據晶圓103之外部或內部結構變化。此外，如上文所論述，初級電子射束120可投影至晶圓103之頂面之不同部位上， 或在特定部位處的晶圓103之不同側，以產生具有不同強度之二次電子射束130。藉由用晶圓103之部位映射二次電子射束130之強度，控制器109可重建構反映晶圓103之內部或外部結構的影像。

此外，儘管圖2A展示可使用單一初級電子射束之電子射束工具100A之實例，但EBI系統10可包括亦可為使用多重初級電子射束之多重射束檢測工具的電子射束工具100。本申請案並不限制用於電子射束工具100中之初級電子射束之數目。

舉例而言，如圖2B中所展示，可提供電子射束工具100B(在本文中亦被稱作裝置100A)，其包含：電子源202、電子槍孔徑204、聚光透鏡206、自電子源202發射之初級電子射束210、源轉換單元212、初級電子射束210之複數個小射束214、216及218、初級投影光學系統220、晶圓載物台(圖2B中未繪示)、多重二次電子射束236、238及240、二次光學系統242，及電子偵測器件244。控制器、影像處理系統及其類似者可耦接至電子偵測器件244。初級投影光學系統220可包含射束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228。電子偵測器件244可包含偵測子區246、248及250。

電子源202、電子槍孔徑204、聚光透鏡206、源轉換單元212、射束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228可與裝置100B之主光軸260對準。二次光學系統242及電子偵測器件244可與裝置100B之副光軸252對準。

電子源202可包含陰極、提取器或陽極，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成具有交越(虛擬或真實)208之初級電子射束210。初級電子射束210可被視覺化為自交越208發射。電子槍孔徑 204可阻擋初級電子射束210之周邊電子以減小探測光點270、272及274之大小。

源轉換單元212可包含影像形成元件陣列(圖2B中未繪示)及射束限制孔徑陣列(圖2B中未繪示)。可在全文皆以引用方式併入之美國專利第9,691,586號；美國公開案第2017/0025243號；及國際申請案第PCT/EP2017/084429號中發現源轉換單元212之實例。影像形成元件陣列可包含微偏轉器或微透鏡陣列。影像形成元件陣列可與初級電子射束210之複數個小射束214、216及218一起形成交越208之複數個平行影像(虛擬或真實)。射束限制孔徑陣列可限制複數個小射束214、216及218。

聚光透鏡206可聚焦初級電子射束210。可藉由調整聚光透鏡206之聚焦倍率或藉由改變射束限制孔徑陣列內之對應的射束限制孔徑之徑向大小來使源轉換單元212下游的小射束214、216及218之電流變化。聚光透鏡206可為可經組態以使得其第一主面之位置可移動的可移動聚光透鏡。可移動聚光透鏡可經組態以具磁性，此可導致離軸小射束216及218以旋轉角導降於小射束限制孔徑上。旋轉角隨著可移動聚光透鏡之聚焦倍率及第一主平面之位置而改變。在一些實施例中，可移動聚光透鏡可為可移動反旋轉聚光透鏡，其涉及具有可移動第一主平面之反旋轉透鏡。全文係以引用方式併入之美國公開案第2017/0025241號中進一步描述了可移動聚光透鏡。

物鏡228可將小射束214、216及218聚焦至晶圓230上以供檢測且可在晶圓230之表面上形成複數個探測光點270、272及274。

射束分離器222可為產生靜電偶極子場及磁偶極子場之韋恩濾波器類型(Wien filter type)的射束分離器。在一些實施例中，若應用 該等射束分離器，則由靜電偶極子場對小射束214、216及218之電子施加的力可與由磁偶極子場對電子施加之力量值相等且方向相對。小射束214、216及218可因此以零偏轉角直接穿過射束分離器222。然而，由射束分離器222產生之小射束214、216及218之總色散亦可為非零的。射束分離器222可將二次電子射束236、238及240與小射束214、216及218分離，且朝向二次光學系統242導引朝向二次電子射束236、238及240。

偏轉掃描單元226可使小射束214、216及218偏轉以使探測光點270、272及274遍及晶圓230之表面區域進行掃描。二次電子射束236、238及240可包含具有能量之分佈的電子，包括二次電子及反向散射電子。二次光學系統242可將二次電子射束236、238及240聚焦至電子偵測器件244之偵測子區246、248及250上。偵測子區246、248及250可經組態以偵測對應二次電子射束236、238及240且產生用以重建構晶圓230之表面區域之影像的對應信號。

現在參看圖3，其說明充電及檢測之例示性時間特性。圖3之曲線圖之橫座標表示時間。圖3之曲線圖之縱座標表示以任意單位計的晶圓表面上之電荷量。在一些實施例中，可例如在進行檢測、缺陷審閱或其他類型之成像之前執行晶圓預處理。預處理可包括對晶圓表面進行預充電。預充電可能適用增強電壓對比類型缺陷信號，例如如美國專利第8,748,815號及第8,759,762號中所論述，兩個美國專利之全文係以引用方式併入本文中。

如圖3中所展示，在充電時段310中，晶圓表面可累積電荷。充電時段310可包括暫態時段311及穩態時段312。在暫態時段311中，電荷可相對快速地積聚；且在穩態時段312中，充電速率可減低且充 電可接近最大值。充電時段310可由時間常數描述。充電時段310可對應於預充電射束之施加至晶圓。

在檢測時段320中，電荷可耗散。檢測時段320可對應於預充電射束不再被施加至晶圓的時間。在一些實施例中，電荷可自晶圓表面快速地耗散，從而留下極少時間來執行檢測。舉例而言，在將預充電射束施加至樣本之後，設備自預充電射束切換至檢測射束時可經過一段時間，且可到達時間Tb，其中樣本之表面電荷在可完成檢測之前減輕至零或幾乎為零，從而引起諸如在電壓對比檢測期間某些缺陷未被偵測到。因此，可需要再次執行預充電。

另外，在一些應用中，偵測效能可受到在預充電與成像之間切換所花費的時間(亦被稱作切換時間)限制。若歸因於切換時間，電荷在檢測射束可變得與樣本接合之前耗散，則，預充電之量可能無法有效地使能夠偵測到某些缺陷。

一些應用可需要在進行檢測之前預定量之電荷保留於晶圓上。在一些實施例中，充電衰減可為用於成像之重要參數。特定言之，一些應用可使用具有極高電荷衰減率之樣本，且因此可需要在預充電模式與成像模式之間進行極快速或極頻繁的切換。

現在參看圖4，其說明亦可為圖1之EBI系統之部分的例示性電子射束工具400。電子射束工具400(在本文中亦被稱作「裝置400」)可相似於裝置100A或100B。電子射束工具400包括可用於成像，諸如缺陷檢測之初級電子射束源410。初級電子射束源410可尤其包括陰極、陽極及孔徑。初級電子射束源410亦可包括透鏡。初級電子射束源410可經組態以沿著待投影於晶圓403上之主光軸470發射電子。

亦可向裝置400提供第二電子射束源420。第二電子射束源420可為與初級電子射束源410分離且實體上間隔開的單獨組件。第二電子射束源420可包括與初級電子射束源相似之組件且可經組態以沿著第二光軸發射電子。第二光軸可與主光軸470形成角度β。第二電子射束源420可經安裝使得相對於裝置400之初級柱形成某一角度。在一些實施例中，角度β可小於或等於30度。可基於封裝約束判定角度β。在一些實施例中，角度β可在10度至20度內。第二電子射束源420可用於預調節，諸如晶圓403之預充電。

第二電子射束源420可包括電子槍孔徑421、透鏡422及消隱裝置423。透鏡422可為靜電透鏡。透鏡422可用以控制由第二電子射束源420產生之電子射束之光點大小。在一些實施例中，透鏡422可為磁透鏡。消隱裝置423可經組態以將自第二電子射束源420產生之射束自開啟狀態切換至斷開狀態。

在一些實施例中，帶電粒子射束系統可包括第一帶電粒子射束源，該第一帶電粒子射束源經組態以在第一時間提供第一帶電粒子以使樣本成像。舉例而言，裝置400可包括初級電子射束源410，該初級電子射束源可經組態以提供可用以使晶圓403成像之初級電子。帶電粒子射束系統亦可包括第二帶電粒子射束源，該第二帶電粒子射束源經組態以在第二時間提供第二帶電粒子以預調節樣本。舉例而言，裝置400可包括可經組態以將泛射電子提供至晶圓403之第二電子射束源420。帶電粒子射束系統可進一步包括一組件，該組件經組態以產生靜電場或磁場，以在第一時間影響第一帶電粒子以衝擊樣本且在第二時間影響第二帶電粒子以衝擊樣本。

裝置400可包含較低柱，其包括對準偏轉器430、掃描偏轉器432及物鏡435，其中之全部或一些可與主光軸470對準。對準偏轉器430可包括經組態以產生靜電場或磁場之組件。該組件可產生靜電場及磁場兩者，且可用作帶電粒子之速度濾波器。對準偏轉器430可包括磁透鏡。對準偏轉器430可包括靜電透鏡。在一些實施例中，對準偏轉器430可包括韋恩濾波器。對準偏轉器430可用作用以使具有不同速度之帶電粒子彼此分離的射束分離器。對準偏轉器430可影響行進通過其之帶電粒子。在一些實施例中，對準偏轉器430之影響可包括使電子能夠筆直行進通過對準偏轉器430。舉例而言，對準偏轉器430可經組態成使得自初級電子射束源410沿著主光軸470朝向晶圓403行進之電子被允許筆直行進通過對準偏轉器430，而自晶圓403返回行進之二次或反向散射電子被偏轉。在圖2B之實例中，射束分離器222可經組態以藉由使次級射束朝向電子偵測器件244轉向角度α來影響次級射束。

返回至圖4，裝置400亦可包括物鏡435。第二電子射束源420可經組態為透鏡內之系統。舉例而言，可能向初級電子射束源410及第二電子射束源420兩者僅提供一個物鏡。第二電子射束源420可繞過可向初級電子射束源410提供的柱孔徑411。因此，可與初級電子射束源410分離地執行第二電子射束源420之成像條件之控制。可相對敏感的用於初級電子射束源410之成像條件可保持現狀，而可在不影響初級電子射束源410的情況下操控用於第二電子射束源420之條件。舉例而言，可獨立調整射束電流及聚焦之位準。

第二電子射束源420可與初級電子射束源410屏蔽。舉例而言，可在第二電子射束源420中所含有之一些或全部組件周圍提供電磁屏 蔽。在一些實施例中，第二電子射束源420之透鏡422可被提供為靜電透鏡。與例如磁透鏡相比，靜電透鏡可減少對初級電子射束源410之干擾。 在一些實施例中，可在第二電子射束源420之一些或全部組件周圍或射束周圍提供電磁屏蔽管，以便屏蔽射束免於電磁干涉。

第二電子射束源420之電子槍孔徑421可包括可調整孔徑。可調整孔徑可為可移動孔徑，其包括可用以選擇用於向晶圓403泛射之不同射束電流的複數個孔徑孔。消隱裝置423可用以在某些時間使第二電子射束源420之射束消隱，例如在由初級電子射束源410進行影像掃描的時間期間使第二電子射束源420之射束轉向遠離晶圓403。

在操作中，裝置400可在例如如下之兩個狀態中受控制。第一狀態可包括預充電且第二狀態可包括成像。在第一狀態中，初級電子射束源410可用以產生沿著主光軸470之初級電子射束。初級電子射束可被消隱。舉例而言，可提供受控制以造成初級電子射束自平行於主光軸470之軌跡轉向的偏轉器。因此，初級電子射束可被轉向遠離樣本(諸如晶圓403)。在來自初級電子射束源410之射束正被消隱的同時，第二電子射束源420可產生電子射束。由第二電子射束源420產生之射束可用於晶圓403之預充電。在預充電期間，對準偏轉器430可經設定至第一操作狀態。對準偏轉器430可經組態使得在第一操作狀態中，由第二電子射束源420產生之射束經導引至晶圓403。舉例而言，可藉由電壓及電流之第一預定設定來設定對準偏轉器430。

在第二狀態中，在預充電之後，由第二電子射束源420產生之射束可被消隱掉，且由初級電子射束源410產生之初級射束可開始掃描晶圓403之表面上之所關注點(POI)。在第二狀態期間，對準偏轉器430 可經設定至第二操作狀態。對準偏轉器430可經組態使得在第二操作狀態中，由初級電子射束源410產生之射束經導引至晶圓403。舉例而言，可藉由電壓及電流之第二預定設定來設定對準偏轉器430。

可在第一狀態及第二狀態兩者中維持初級電子射束源410中之組件之設定。舉例而言，可在第一狀態及第二狀態中在相同操作條件下操作聚光透鏡。此外，其他組件亦可維持其設定。舉例而言，物鏡435可在第一狀態及第二狀態中在相同操作條件下予以操作。物鏡435可在第二狀態中經組態以聚焦自初級電子射束源410產生之射束以在晶圓403上形成探測光點。

在第一狀態中，如上文所論述，電子射束工具可經組態以在充電時段310中操作，如上文參考圖3所論述。同時，在第二狀態中，電子射束工具可經組態以在檢測時段320中操作，如上文參考圖3所論述。

在一些實施例中，EBI系統10之組件可經組態以在第一狀態與第二狀態之間切換。舉例而言，控制器109可經組態以切換操作狀態。控制器109可將指令發送至帶電粒子射束系統之各種組件，帶電粒子射束系統諸如包括電子射束工具100A、電子射束工具100B或電子射束工具400之系統。射束分離器、對準偏轉器或韋恩濾波器可經組態以在第一操作狀態與第二操作狀態之間切換。舉例而言，對準偏轉器430可經組態以將操作電壓自第一電壓改變至第二電壓。第一電壓可在第一操作狀態中使用且可大於可在第二操作狀態中使用的第二電壓。第一狀態與第二狀態之間的切換可藉由改變對準偏轉器430之操作電壓且改變初級電子射束源410及第二電子射束源420之消隱裝置之狀態，藉此切換由初級電子射束 源410及第二電子射束源420產生之射束中的哪一者經導引至晶圓403來實現。

在第一狀態與第二狀態之間進行切換可由僅改變對準偏轉器430之電壓組成。施加至對準偏轉器430之電流位準可在第一狀態與第二狀態之間保持恆定。當對準偏轉器430可經組態以產生靜電場及磁場兩者時，第一狀態與第二狀態之間的切換可僅需要改變施加至對準偏轉器430之電壓，因此僅改變由對準偏轉器430產生之場之靜電部分。同時，由對準偏轉器430產生之磁場可在第一狀態與第二狀態之間保持恆定。在一些實施例中，變更磁場可涉及磁滯效應且在場穩定之前可需要相對較長時間段。然而，在本發明之一些實施例中，第一狀態與第二狀態之間的切換可藉由僅改變靜電場來實現。改變靜電場可快速地且無磁滯地進行。因此，可使對穿過對準偏轉器430之射束之外來影響最小化。

舉例而言，在一些實施例中，將施加至對準偏轉器430之電壓改變為介於200V與800V之值之間可花費0.1至0.2毫秒的改變時間。相比較而言，可花費幾秒來調整由磁透鏡產生之磁場。

在一些實施例中，考慮到各種準則，可將角度β設定為最小化。舉例而言，角度β愈低，在切換對準偏轉器430之操作狀態時所需之電壓差愈小。該等操作狀態之間的較低電壓差可對應於切換所需之較低速度。此外，較高角度可需要較高電壓，此可造成對帶電粒子射束系統之組件之製造約束增加。舉例而言，使用經設計以用於較高電壓之組件可能伴隨製造及設計複雜度。在一些實施例中，角度β可經設定使得僅需要調整對準偏轉器430之靜電組件，以使自第二電子射束源420產生之射束轉向從而到達晶圓403。

此外，在第一狀態期間，在正執行預充電之狀況下，信號偵測可未被忽略。可將自第二電子射束源420產生之射束施加至晶圓403以進行預充電，但在預充電期間，可無需量測信號。因此，即使可自藉由自第二電子射束源420產生之射束與晶圓403之表面的相互作用來產生大量電子，二次或反向散射電子之集合可能亦不是問題。因此，自晶圓403行進之電子可經導引朝向裝置400之其他區域。可無需將第一狀態中來自晶圓403之二次電子導引至偵測器444。與其相反，因為大量電子可入射於晶圓403上，所以可有益的是，二次或反向散射電子被轉向或被防止到達偵測器444以便防止偵測器444污染。

當對準偏轉器430經組態以使自第二電子射束源420產生之射束轉向以到達晶圓403時，自對準偏轉器430產生之靜電場及磁場可不平衡。因此，可使自初級電子射束與晶圓403之表面相互作用產生的電子在再次穿過對準偏轉器430時在遠離偵測器444之方向上行進。因此，當對準偏轉器430經組態以使自第二電子射束源420產生之射束轉向以到達晶圓403時，亦可確保阻礙其他電子到達偵測器444。

舉例而言，對準偏轉器430之基礎設定可為：靜電場與磁場平衡使得自初級電子射束源410產生之電子射束被允許筆直行進通過對準偏轉器430，而不使其軌跡實質上被改變。在與晶圓403之表面相互作用後，諸如二次或反向散射電子之二次帶電粒子可在相反方向上經返回導引朝向初級電子射束源410。在一些實施例中，二次帶電粒子可經導引朝向同軸偵測器，諸如如圖4中所展示之偵測器444。在其他實施例中，二次帶電粒子可經導引朝向離軸偵測器，諸如如圖2B中所展示之電子偵測器件244。對準偏轉器可經組態使得在第二狀態中，二次帶電粒子經導引 朝向偵測器，而在第一狀態中，二次帶電粒子經導引至除偵測器之外的部位。

在一些實施例中，可避免使用初級電子射束源410進行預充電之需要。因此，可減少柱孔徑411之污染。舉例而言，在一些實施例中，當初級電子射束源410經組態以產生相對較寬射束時，該射束之一些部分可入射於柱孔徑411之頂面上。初級電子射束之電流可為高的，且因此，可造成柱孔徑411上之高熱及高污染，特別當初級電子射束經組態以進行泛射時。

第二電子射束源420與初級電子射束源410相比可具有不同的設計要求。舉例而言，因為第二電子射束源420可僅用於預充電，且不用於詳細檢測，所以用於第二電子射束源420之設計準則可包括僅僅確保預定數目個電子到達樣本。諸如射束形狀及大小之參數可並不特別相關。在一些實施例中，直徑為幾微米之粗糙射束形狀可適用作預充電射束。因此，與初級電子射束源410相比，用於第二電子射束源420之組件之選擇可能未必嚴密，且可以低成本且以較大設計靈活性提供第二電子射束源420。此外，在一些實施例中，可自第二電子射束源420省略掃描偏轉器，此係因為可能不存在對預充電射束橫越樣本進行掃描之需求。

在一些實施例中，在預充電模式與成像模式之間進行切換所需之時間可實質上減少。舉例而言，切換時間可減少大約數奈秒。在第一狀態與第二狀態之間切換可僅僅藉由調整施加至對準偏轉器(諸如韋恩濾波器)之電壓來實現。可根據應用以較大靈活性最佳化成像作用區間循環及預充電之時間。

可使用以下條項進一步描述實施例：

1.一種帶電粒子射束系統，其包含：提供於一第一軸線上之一第一帶電粒子射束源；一第二帶電粒子射束源；及配置於該第一軸線上之一組件，該組件經組態以使自該第二帶電粒子射束源產生之一射束朝向一樣本偏轉。

2.如條項1之帶電粒子射束系統，其中該組件經組態以產生一磁場或一電場。

3.如條項2之帶電粒子射束系統，其中經組態以產生該磁場或該電場之該組件包括經組態以產生該磁場及該電場之一偏轉器。

4.如前述條項中任一項之帶電粒子射束系統，其中該組件配置於一物鏡之一區中。

5.如條項4之帶電粒子射束系統，其中僅一個物鏡被提供於該帶電粒子射束系統中。

6.如前述條項中任一項之帶電粒子系統，其進一步包含經組態以將一可調整電壓供應至該組件之一驅動器。

7.如前述條項中任一項之帶電粒子射束系統，其中該帶電粒子射束系統經組態以在一第一狀態與一第二狀態之間切換，其中在該第二狀態中，自該第一帶電粒子射束源產生之一第一帶電粒子射束經導引朝向該樣本，且在該第一狀態中，自該第二帶電產生之一第二帶電粒子射束經導引朝向該樣本。

8.如條項7之帶電粒子射束系統，其中該組件經組態以在該第一狀態與該第二狀態之間切換。

9.如條項8之帶電粒子射束系統，其進一步包含經組態以將該組件在 該第一狀態與該第二狀態之間切換之一控制器。

10.如前述條項中任一項之帶電粒子射束系統，其中提供有該第二帶電粒子射束源之一第二軸線與該第一軸線之間的一角度小於30度。

11.如條項10之帶電粒子射束系統，其中該角度為10至20度。

12.如前述條項中任一項之帶電粒子射束系統，其進一步包含提供於該第二帶電粒子射束源中的經組態以聚焦自其產生之一射束的一靜電透鏡。

13.一種操作一帶電粒子射束系統之方法，該方法包含：在操作一組件的一第一狀態與一第二狀態之間切換，該組件經組態以產生一磁場及一電場，其中在該第一狀態中，自一第一帶電粒子射束源產生之一第一帶電粒子射束被消隱，且自一第二帶電粒子射束源產生之一第二帶電粒子射束經導引朝向一樣本，且在該第二狀態中，該第二帶電粒子射束被消隱且該第一帶電粒子射束經導引朝向該樣本。

14.如條項13之方法，其進一步包含：將一第一電壓供應至該第一狀態中之該組件；及將一第二電壓供應至該第二狀態中之該組件。

15.如條項14之方法，其中該第一電壓小於該第二電壓。

16.一種帶電粒子射束系統，其包含：一第一帶電粒子射束源，其經組態以在一第一時間提供第一帶電粒子以使一樣本成像；一第二帶電粒子射束源，其經組態以在一第二時間提供第二帶電 粒子以預調節該樣本；及一組件，其經組態以產生一靜電場或磁場以在該第一時間影響該等第一帶電粒子以衝擊該樣本且在該第二時間影響該等第二帶電粒子以衝擊該樣本。

17.如條項16之帶電粒子射束系統，其中該組件係一磁透鏡。

18.如條項16之帶電粒子射束系統，其中該組件係一偏轉器。

19.如條項16之帶電粒子射束系統，其中該組件係一靜電透鏡。

20.如條項16之帶電粒子射束系統，其中該組件係一韋恩濾波器。

21.如條項16之帶電粒子射束系統，其中經組態以產生該靜電場或該磁場之該組件包括經組態以產生該靜電場及該磁場之組件。

22.如條項16至21中任一項之帶電粒子射束系統，其中該組件配置於一物鏡之一區中。

23.如條項22之帶電粒子射束系統，其中僅一個物鏡提供於該帶電粒子射束系統中。

24.如條項16至23中任一項之帶電粒子射束系統，其進一步包含經組態以將一可調整電壓供應至該組件之一驅動器。

25.如條項16至24中任一項之帶電粒子射束系統，其中該帶電粒子射束系統經組態以在一第一狀態與一第二狀態之間切換，其中在該第二狀態中，該等第一帶電粒子經導引朝向該樣本，且在該第一狀態中，該等第二帶電粒子經導引朝向該樣本。

26.如條項25之帶電粒子射束系統，其中該組件經組態以在該第一狀態與該第二狀態之間切換。

27.如條項26之帶電粒子射束系統，其進一步包含經組態以將該組 件在該第一狀態與該第二狀態之間切換之一控制器。

28.如條項16至27中任一項之帶電粒子射束系統，其中提供有該帶電粒子射束源之一第一軸線與提供有該第二帶電粒子射束源之一第二軸線之間的一角度小於30度。

29.如條項28之帶電粒子射束系統，其中該角度為10至20度。

30.如條項16至29中任一項之帶電粒子射束系統，其進一步包含提供於該第二帶電粒子射束源中的經組態以聚焦自其產生之一射束的一靜電透鏡。

本發明之態樣可有利地應用於諸如(例如)3D NAND及DRAM之應用中，其中衰減時間可為臨界參數且因此預充電與成像之間的切換時間縮短可得到眾多益處。此外，本發明之態樣可尤其適用於某些類型之缺陷檢測，諸如電壓收縮缺陷，包括例如短路閘、浮閘及開放互連件。

在一些實施例中，控制器可經提供以控制帶電粒子射束系統。舉例而言，圖1說明連接至EBI系統10之控制器109。控制器可指示帶電粒子射束系統之組件執行各種功能，諸如：控制帶電粒子射束源以產生帶電粒子射束、控制偏轉器以使帶電粒子射束橫越樣本進行掃描、控制在第一狀態與第二狀態之間之切換，及控制驅動器以將電壓或其他信號施加至透鏡或其他組件(諸如對準偏轉器)。控制器亦可執行各種後處理功能：影像獲取、影像細分、影像處理、產生輪廓、疊加指示符於所獲取影像上，及其類似者。控制器可包含為作儲存媒體之儲存器，該儲存媒體諸如硬碟、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類似者。儲存器可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像，或用於 保存後處理影像。控制器可與雲端儲存器通信。可提供非暫時性電腦可讀媒體，該非暫時性電腦可讀媒體儲存用以針對控制器109之處理器進行波束成形、透鏡控制或與本發明一致的其他功能及方法的指令。常見形式之非暫時性媒體包括例如：軟碟、可撓性磁碟、硬碟、固態磁碟機、磁帶或任何其他磁性資料儲存媒體；CD-ROM；任何其他光學資料儲存媒體；具有孔圖案之任何實體媒體；RAM、PROM及EPROM、FLASH-EPROM或任何其他快閃記憶體；NVRAM；快取記憶體；暫存器；任何其他記憶體晶片或卡匣；及其網路化版本。

可以在不背離如下文所主張之本發明之精神及範疇的情況下作出其他修改及變化。舉例而言，儘管已關於作為第一變焦透鏡之應用論述了複合透鏡，但可將複合透鏡作為第二變焦透鏡或粒子光學系統中之其他透鏡來應用。此外，可在各個點處將一或多個透鏡或其他光學組件添加至本文所論述之例示性粒子光學系統之特定構造。可提供光學組件用於例如放大、變焦及影像反旋轉等。

400:電子射束工具

403:晶圓

410:初級電子射束源

411:柱孔徑

420:第二電子射束/第二電子射束源

421:電子槍孔徑

422:透鏡

423:消隱裝置

430:對準偏轉器

432:掃描偏轉器

435:物鏡

444:偵測器

470:主光軸

β:角度

Claims (16)

1. 一種帶電粒子射束系統，其包含：提供於一第一軸線上之一第一帶電粒子射束源；一第二帶電粒子射束源；及配置於該第一軸線上之一組件，該組件經組態以使自該第二帶電粒子射束源產生之一射束朝向一樣本偏轉(deflect)，其中該帶電粒子射束系統經組態以在一第一狀態與一第二狀態之間切換，其中：在該第二狀態中，自該第一帶電粒子射束源產生之一第一帶電粒子射束經導引朝向該樣本，在該第一狀態中，自該第二帶電粒子射束源產生之一第二帶電粒子射束經導引朝向該樣本，且在該第一狀態及該第二狀態兩者中，該第一帶電粒子射束源之一聚光透鏡以及該帶電粒子射束系統之一物鏡之操作條件被維持(maintain)。
2. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其中該組件經組態以產生一磁場或一電場。
3. 如請求項2之帶電粒子射束系統，其中經組態以產生該磁場或該電場之該組件包括經組態以產生該磁場及該電場之一偏轉器(deflector)。
4. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其中該組件配置於一物鏡之一區中。
5. 如請求項4之帶電粒子射束系統，其中僅一個物鏡被提供於該帶電粒子射束系統中。
6. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其進一步包含經組態以將一可調整電壓供應至該組件之一驅動器。
7. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其中該組件經組態以在該第一狀態與該第二狀態之間切換。
8. 如請求項7之帶電粒子射束系統，其進一步包含經組態以將該組件在該第一狀態與該第二狀態之間切換之一控制器。
9. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其中提供有該第二帶電粒子射束源之一第二軸線與該第一軸線之間的一角度小於30度。
10. 如請求項9之帶電粒子射束系統，其中該角度為10至20度。
11. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其進一步包含提供於該第二帶電粒子射束源中的經組態以聚焦自其產生之一射束的一靜電透鏡。
12. 如請求項1之帶電粒子射束系統，其中該第一帶電粒子射束源經組態以產生複數個初級帶電粒子小射束(beamlet)。
13. 一種操作一帶電粒子射束系統之方法，該方法包含：在操作一組件的一第一狀態與一第二狀態之間切換，該組件經組態以產生一磁場及一電場，其中當在該第一狀態中時，自一第一帶電粒子射束源產生之一第一帶電粒子射束被消隱(blanked)，且自一第二帶電粒子射束源產生之一第二帶電粒子射束經導引朝向一樣本其中當在該第二狀態中時，該第二帶電粒子射束被消隱且該第一帶電粒子射束經導引朝向該樣本，且其中當在該第一狀態及該第二狀態兩者中，該第一帶電粒子射束源之一聚光透鏡以及該帶電粒子射束系統之一物鏡之操作條件被維持。
14. 如請求項13之方法，其進一步包含：將一第一電壓供應至該第一狀態中之該組件；及將一第二電壓供應至該第二狀態中之該組件。
15. 如請求項14之方法，其中該第一電壓小於該第二電壓。
16. 如請求項13之方法，其中當在第二狀態時，第一複數個帶電粒子小射束經導引朝向該樣本。

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