專利名稱：一種帶電粒子束柱體部及其導(dǎo)引方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一帶電粒子束柱體部以及用于樣品檢測的方法，其中該樣品檢測是以一聚焦的充電粒子(例如電子、陽電子或離子)輻射該等樣品進(jìn)行的。
背景技術(shù)：
帶電粒子束柱體部(charged particle beam columns)一般是應(yīng)用于掃描式電子顯微鏡(SEM)中，它是一種廣泛運(yùn)用于半導(dǎo)體組件制造、CD計(jì)量工具(即所謂的關(guān)鍵尺寸掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)及缺陷檢視掃描式電子顯微鏡(defect review SEM))的常用技術(shù)。在一掃描式電子顯微鏡中，一欲作檢視的樣品區(qū)域是通過聚焦充電粒子(通常為電子)的一次電子束的方式進(jìn)行二維掃描。以該一次電子束輻射該樣品會(huì)釋放二次電子(及/或背向散射電子)。該二次電子是釋放于該一次電子入射樣品的一側(cè)，并借一檢測器捕捉向后彈移的二次電子，該檢測器會(huì)形成一與所檢測到的電流成比例的輸出電子信號(hào)。該二次電子的能量及/或能量分布表示該樣品的性質(zhì)及組成份。
掃描式電子顯微鏡一般包括前述作為電子束來源(以小尖端形成，稱為電子槍)的主要結(jié)構(gòu)部分、一電子束柱體部以及一檢測單元。該電子束柱體部尤其包括一電子槍校準(zhǔn)系統(tǒng)、一電子束靶心裝置、一電子束軸線校準(zhǔn)系統(tǒng)(一般稱為”孔鏡校準(zhǔn)線圈”)、一電子束成型系統(tǒng)(一般稱為”補(bǔ)償器”)及一聚焦組件(包括一物鏡排列組)以及一個(gè)或多個(gè)偏向器。一次電子束會(huì)傳導(dǎo)向一聚焦組件接受電子束軸校準(zhǔn)，同時(shí)通過該校準(zhǔn)線圈并接著受一偏向器影響。
該一次電子軸的校準(zhǔn)一般是經(jīng)瞄準(zhǔn)以校正各種聚焦偏差，且該校準(zhǔn)包括偏移該一次電子束軸，以確保該電子束軸通過該物鏡排列組的一特定點(diǎn)，通常稱該點(diǎn)為中心點(diǎn)。此”特定點(diǎn)”可使改變通過該物鏡排列組中此點(diǎn)的電子束能量不會(huì)因該物鏡排列組而使電子束偏移。一般而言，該電子束軸應(yīng)與物鏡排列組的光軸相校準(zhǔn)，以確保該陰極尖端成像在樣品表面為最小點(diǎn)尺寸。一補(bǔ)償器一般會(huì)形成一磁場或靜電場以影響該一次電子束的截面部，借以補(bǔ)償該物鏡排列組(例如該物鏡排列組的聚焦區(qū)域軸向不對(duì)稱)因散光影響所產(chǎn)生的聚焦偏差，并確保借該聚焦組件聚焦于一樣品上的一次電子束的截面部大致呈圓形。
該檢測單元可位于該一次電子束行經(jīng)該電子束柱體部的路徑的外側(cè)。在此情況下，矩形電(orthogonal electric)及磁場的產(chǎn)生器(如所熟知的Wien-過濾器)可將二次電子導(dǎo)向該檢測器(如美國專利案第5,894,124、5,900,629號(hào)所公開)。為能確保檢測該未完全被Wien過濾器偏移的二次電子，會(huì)另外使用一標(biāo)靶或由一種在電子與之互撞時(shí)可形成二次電子的材料制成的提取電極。上述標(biāo)靶具有孔徑，且該標(biāo)靶所處位置是可使該一次電子束移向該聚焦組件的軸與此孔徑相交，使之作為一次電子束孔洞。
如世界專利01/45136號(hào)所公開(已受讓與本案受讓人)，該檢測單元包括一檢測器，其具有一次電子束孔洞，且該孔洞是位于一次電子束移向該聚焦組件的路徑中。在此，可操作一與該聚焦組件相關(guān)連的偏移系統(tǒng)來影響該一次電子束的軌道，使該一次電子束沿一軸(與該樣品表面形成一特定角度，即所謂的傾斜模式)照射于一樣品上。該傾斜模式一般是用于檢測具有表面凹凸(即，呈數(shù)個(gè)間隔溝槽形式的圖案)的樣品，以檢測窄溝槽內(nèi)是否有外來粒子存在。
一般而言，一傾斜機(jī)構(gòu)可借機(jī)械地相對(duì)于帶電粒子束柱體部傾斜該樣品載器(如美國專利案第5,734,164、5,894,124、6,037,589號(hào))，或相對(duì)于該樣品平臺(tái)傾斜該粒子束柱體部的方式進(jìn)行。依據(jù)前文所提及世界專利01/45136所述，一傾斜機(jī)構(gòu)可利用單一或雙重偏移影響該一次電子束的軌道的方式達(dá)成。雙重偏移技術(shù)的使用，亦即用于將一樣品立體成像的前透鏡(pre-lens)及內(nèi)透鏡(in-lens)偏移平臺(tái)，即已熟知并公開于例如歐洲專利第1045426號(hào)中。

發(fā)明內(nèi)容
業(yè)界存有通過一帶電粒子束增進(jìn)檢測樣品的需求，而本發(fā)明通過提供一新穎的帶電粒子束柱體部及導(dǎo)引一次電子通過該電子束柱體部的方法將可滿足此需求。
此處所用名詞“一次電子(primary beam)”或“一次帶電粒子束(primarycharged particle beam)”是表示一由一粒子源(陰極)產(chǎn)生的帶電粒子所形成的帶電粒子束，且其可導(dǎo)向一樣品以將帶電粒子擊出，形成可被檢測到的“二次電子(secondary beam)(也稱為二次帶電粒子束(secondary chargedparticle beam))”。
在該電子束柱體部中，該一次電子束一般是沿該電子束移動(dòng)的初始軸導(dǎo)向一聚焦組件，該聚焦組件包括一可界定一光軸的物鏡排列組。本發(fā)明所提供的方法可在該一次電子束通過一電子束成型系統(tǒng)(補(bǔ)償器)后相對(duì)于該物鏡排列組的光軸校準(zhǔn)該一次電子束軸。此將在下文中詳述。
該一次電子束軸的校準(zhǔn)一般目的在于校正聚焦的各種偏差，且該校準(zhǔn)包括偏移該一次電子束，使之偏離電子束移動(dòng)的初始軸，借以確保該電子束軸通過該物鏡排列組的一特定點(diǎn)。使該一次電子束通過一補(bǔ)償器的目的在于補(bǔ)償因物鏡排列組的散光效應(yīng)產(chǎn)生的聚焦偏差，以確保該一次電子的一預(yù)定截面部(較佳為實(shí)質(zhì)圓形截面)可借物鏡排列組聚焦在一樣品上。為能有效操作該補(bǔ)償器，該一次電子束應(yīng)通過該補(bǔ)償器光軸上該補(bǔ)償器場等于零之處。然而，由于該物鏡排列組的特定點(diǎn)(用于通過該一次電子)是由該聚焦組件的一預(yù)定操作所支配，通常一次電子束在通過一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)的適當(dāng)校準(zhǔn)后并不會(huì)通過此補(bǔ)償器的零場(即無任何電場作用)位置。因此，需要進(jìn)行該補(bǔ)償器的再校準(zhǔn)。本發(fā)明可通過將該補(bǔ)償器下游處的一次電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)定位在該一次電子束移向一樣品的方向的方式“解決”此問題。
本發(fā)明在需要聚焦組件偏移該一次電子束時(shí)更顯得重要。而前述偏移是需要的，以可以一所需要的電子束入射方向打在該樣品上，亦即以垂直入射，指該一次電子束沿著一大致平行于該物鏡排列組的光軸的軸(垂直該樣品表面，可視為一“垂直”柱體部及“水平”樣品)照射在該樣品上，或是以傾斜入射，指該一次電子束沿著一與該物鏡排列組的光軸形成一特定角度的軸(“傾斜模式”)照射于該樣品上。
偏移該一次電子的需求也可能與使用該“柱體部內(nèi)檢測器(in-columndetector)”的使用有關(guān)，亦即該柱體內(nèi)檢測器是一安置在該一次電子束的路徑中且具有開口的檢測器，該開口所處位置是可使該一次電子移動(dòng)軸通過與開口相交的該柱體部，并因此可作為該一次電子束孔洞。在此情況下，當(dāng)以高深寬比(HAR)模式(特征為該樣品附近具有高梯度電場)操作時(shí)，二次電子通常會(huì)沿一平行于該物鏡排列組的光軸的軸以相當(dāng)快的速度由該一次電子束及該樣品表面間的相互作用位置彈回。若該結(jié)構(gòu)的配置可使該物鏡排列組的光軸與該檢測器的一次電子束孔洞相交、并使該一次電子在該光軸處撞擊該二次電子時(shí)，絕大多數(shù)的二次電子會(huì)在該一次電子束孔洞中逸出。通過適當(dāng)操作該聚焦組件的偏斜器使其影響該一次及二次電子束的軌道以確保該二次電子束移向該一次電子束孔洞外側(cè)的檢測器區(qū)域，前述問題即可迎刃而解。
為能通過該聚焦組件使該一次電子束軸達(dá)到所欲偏移(尤其是能提供操作的偏移模式)，該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)須能明顯的(與不需偏移時(shí)的操作模式相比)將該一次電子由該初始電子束移動(dòng)軸移離。此明顯移動(dòng)可通過將較高電流通過該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)的線圈的方式達(dá)到。若補(bǔ)償器位于一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)的下游處，如位于現(xiàn)有帶電粒子束柱體部中時(shí)，該電子束軸的校準(zhǔn)很可能會(huì)導(dǎo)致其由該補(bǔ)償器的零場處(即無任何電場作用)偏移，而阻礙了該補(bǔ)償器的有效操作。此外，在需要選擇性的進(jìn)行傾斜模式時(shí)，亦即，在該樣品的選擇性位置進(jìn)行傾斜模式時(shí)，可同時(shí)以垂直模式檢測該樣品的這些及其它位置。在此情況下，若一補(bǔ)償器是安置在一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)的下游處，當(dāng)轉(zhuǎn)換至傾斜模式時(shí)每次都需要調(diào)整補(bǔ)償器的磁場方能確保該補(bǔ)償器平面的一次電子束入射在該補(bǔ)償器的零場點(diǎn)。本發(fā)明可通過定位該補(bǔ)償器下游處的一次電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)的方式“解決”此問題。
較佳而言，該校準(zhǔn)系統(tǒng)是位于該柱體部內(nèi)檢測器的下游處。這也與通過聚焦組件偏移該一次電子的需求相關(guān)若該校準(zhǔn)系統(tǒng)位于該檢測器的上游處，該一次電子束軸的偏移可能會(huì)使該電子束與該一次電子束孔洞的壁面接觸，因而形成遮光效應(yīng)(shading effect)。通過將該校準(zhǔn)系統(tǒng)定位在該檢測器產(chǎn)下游處，此問題將可迎刃而解。
因而依據(jù)本發(fā)明的一技術(shù)方案在此提供一種將一次帶電粒子束導(dǎo)向一樣品上的方法，該方法至少包含下列步驟(i)將該一次帶電粒子束沿一初始電子束移動(dòng)軸導(dǎo)向一聚焦組件，其中該聚焦組件包括一可界定一光軸的物鏡排列組；(ii)將該一次帶電粒子束沿該初始軸移動(dòng)以通過一電子束成型器，以補(bǔ)償該物鏡阻排列組所產(chǎn)生的偏差；(iii)將由該電子束成型器逸出并移向該聚焦組件的該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列組的光軸作校準(zhǔn)。
較佳來說，校準(zhǔn)該一次帶電粒子束軸的軸可進(jìn)一步通過該聚焦組件形成的至少一偏移區(qū)影響該一次帶電粒子束的軌道。此偏移區(qū)可偏移該一次帶電粒子束，以一所需要的入射方向打在該樣品表面上，例如，沿著一大致平行于該聚焦組件光軸的軸，或是沿一與該光軸形成一特定角度的軸。
較佳而言，該方法也包括使該已通過電子束成型器的一次帶電粒子束通過一柱體部內(nèi)檢測器的開口(一次電子束孔洞)。
較佳而言，該一次帶電粒子束是在校準(zhǔn)該一次帶電粒子束軸之前先通過該檢測器的一次電子束孔洞。
依據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)方案，提供一帶電粒子束柱體部以用于檢測一樣品，該柱體部包括一聚焦組件，其具有一可界定一光軸的物鏡排列組并可形成一聚焦區(qū)以將一次帶電粒子束聚焦于該樣品上；一電子束成型器，它是安置在沿一初始軸移向該聚焦組件的一次帶電粒子束的路徑中，且該電子束成型器是可操作以影響該一次帶電粒子束的截面部，借以補(bǔ)償該物鏡排列組所產(chǎn)生的聚焦偏移；一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)，它是安置在該移向該聚焦組件(位于該電子束成型器的下游處)的該一次帶電粒子束的路徑中，且該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)是可操作以將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列組的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)。
較佳來說，該柱體部也至少包含一二次帶電粒子束的柱體部內(nèi)檢測器，該二次帶電粒子束是由該一次電子束與該樣品相互作用所得，亦即該檢測器具有一開口以及數(shù)個(gè)檢測區(qū)域(位于該開口外)并可作安置以使該初始軸可與此開口相交，該開口因此可作為一次電子束孔洞。該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)可安置于該柱體部內(nèi)檢測器的下游處(相對(duì)于該一次電子束移向樣品的方向)。
應(yīng)可了解的是，本發(fā)明可用于任何形式的帶電粒子束柱體部，亦即，本發(fā)明可用于一種用以將電子、正離子或離子形成的一次帶電粒子束導(dǎo)向一樣品的一掃描區(qū)的柱體部。更明確地說，本發(fā)明是配合一電子束柱體部作使用(例如使用在掃描式電子顯微鏡中)，因此下文將對(duì)此應(yīng)用進(jìn)行詳述。


為能領(lǐng)會(huì)本發(fā)明并了解其實(shí)際上如何操作，將以非限制性的實(shí)施例并參照附圖的方式描述較佳實(shí)施例，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一帶電粒子束設(shè)備的主要部分的概要示意圖；圖2A及2B分別以垂直及傾斜模式說明圖1的帶電粒子束設(shè)備中該電子束的移動(dòng)圖解；圖3是依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的一帶電粒子束設(shè)備的主要部分的概要示意圖；圖4A及4B分別以垂直及傾斜模式說明圖3的帶電粒子束設(shè)備中該電子束的移動(dòng)圖解。
附圖標(biāo)記說明10 系統(tǒng) 14 電子束來源16 柱體部18 檢測器18A 一次電子束孔洞18B 檢測器區(qū)域20 陽極管22 電子束成型器24 電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng) 26 聚焦組件27 差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng) 27A 孔徑28 透鏡 28A 磁極部28B 磁極部29 延遲靜電浸入式透鏡29A 電極 29B 電極29C 第二電極 30 偏斜器32 偏斜器34 校準(zhǔn)線圈36 校準(zhǔn)線圈 116 帶電粒子束柱體部124 電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，說明一掃描式電子顯微鏡系統(tǒng)的主要組件，概要標(biāo)號(hào)為10，它是與一欲進(jìn)行檢測的樣品W(例如晶圓)相關(guān)。該系統(tǒng)10至少包含一電子束來源14(陰極尖端)、一電子束柱體部16以及一檢測器18，該檢測器(即所謂的“柱體部內(nèi)檢測器”)較佳是具有一次電子束孔洞18A(例如直徑為1mm的孔洞)。
該柱體部16包括一陽極管20，其可界定出數(shù)個(gè)電子束飄移空間以讓該一次電子束沿一初始軸OA’(大致與該陽極管的縱軸重疊)移動(dòng)、一電子束成型器(補(bǔ)償器)22、一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)(校準(zhǔn)線圈)24以及一聚焦組件26。如前文所提及，該柱體部16一般也至少包括一電子槍校準(zhǔn)系統(tǒng)及一電子束靶心裝置，這些均未在圖中特別標(biāo)出。可選擇性的提供在該掃描式電子顯微鏡10中的是一差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng)(Differential Pumping System，DPS)27，它是用于將位于該差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng)相對(duì)側(cè)的真空處理室的上方及下方部件內(nèi)維持在真空狀態(tài)。該差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng)通常是連接至一真空處理室的側(cè)壁，并形成一直徑的孔徑27A(例如直徑約1.3mm的孔徑)。一般而言，該孔徑尺寸應(yīng)可使該一次電子通過，且應(yīng)足夠小以在高壓時(shí)能最小化由該位于差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng)下方的真空處理室的下方部件到該位于差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng)上方的真空處理室的上方部件的泄漏。該孔徑27A的直徑可約為，例如1.3mm。
該聚焦組件26具有一可界定一光軸OA的物鏡排列組以及一偏斜器配置。在本實(shí)施例中，該物鏡排列組除了一磁性物鏡28(例如，由兩個(gè)以一磁透鏡間隙其間的磁極部28A及28B形成的磁性物鏡)外，也包括一延遲靜電浸入式透鏡29。就該偏斜器組件而言，它是以一對(duì)偏斜器30及32組成者作示范。應(yīng)了解的是，雖然此處并未特別以圖標(biāo)標(biāo)出，但僅單獨(dú)以一偏斜器進(jìn)行掃描及/或電子束轉(zhuǎn)換者、或以兩偏斜器(其中一個(gè)用于掃描而另一個(gè)用于轉(zhuǎn)換)進(jìn)行者皆可使用。在此實(shí)施例中，該掃描/轉(zhuǎn)換偏斜器(群)一般是鄰近該透鏡28處。
該靜電透鏡29是用于在該晶圓的最近處建立一延遲電場，以將先前加速的一次電子束減速。而延遲電場的需求將與下文描述有關(guān)。在掃描式電子顯微鏡中，為能將該電子束的“點(diǎn)”尺寸縮小至納米尺寸，會(huì)利用數(shù)萬伏特或更多的加速電壓形成一較高的加速電子束。更明確地說，該電子光學(xué)組件在該電子被加速至高動(dòng)能時(shí)會(huì)更有效率(亦即，有較小偏差)。一般而言，該一次電子束的降落能量(landing energy)可通過該陰極14及該晶圓W間的電位差而界定出。為能達(dá)到所需要的加速電子，應(yīng)提供該陰極14及陽極20間的適當(dāng)電位差。例如，該陰極電壓Vc可約為-1千伏而該陽極電壓Va可約為8千伏。因此，該移向磁透鏡28的被加速電子會(huì)有9千電子伏特。然而，現(xiàn)已觀察到如此高能量的電子束會(huì)對(duì)電阻結(jié)構(gòu)及集成電路造成傷害，且在介電質(zhì)樣品時(shí)，該樣品會(huì)有不希望見到的充電。為避免這些效應(yīng)，可在該樣品附近建立一延遲電場。
在本實(shí)施例中，該靜電透鏡29是由三個(gè)電極形成位于該陽極管20的下端的電極29A、位于晶圓表面的電極29B以及位于電極29A、29B間呈杯形的電極29C。為建立延遲電場，施加于該靜電透鏡29的第二電極29B(位于晶圓表面)的電壓一般大致小于陽極管20的電壓。例如，在晶圓是接地(V2＝0)且偏壓該電極的情況下，隨后施加的電壓可分別以-1千伏、+8千伏以及+3千伏施加給陰極14、陽極管20以及杯形電極14c。該經(jīng)減速的一次電子束會(huì)撞擊掃描區(qū)內(nèi)的晶圓表面，并擊出二次電子。該由靜電透鏡29形成的電場除同時(shí)可將該一次電子束的電子減速外，也扮演二次電子的加速場的角色，且因此可讓二次電子移向檢測器。
應(yīng)注意的是，延遲電場以及任何作為實(shí)際物理組件的靜電透鏡都是選擇性的。若需要減速該一次電子，則可通過施加適當(dāng)?shù)碾妷航o該陽極管及樣品、或給該陽極管、物鏡的磁極部及樣品的方式進(jìn)行。下文是兩組可能的電子參數(shù)實(shí)施例(1)將晶圓偏壓至-5千伏，陽極電壓等于零且陰極電壓為-6千伏；(2)將晶圓偏壓至-3千伏，磁極部電壓等于零，而陽極極陰極電壓分別為+5千伏及-4千伏。
于本實(shí)施例中，該等偏斜器30及32即所謂“內(nèi)透鏡(in-lens)”及“后透鏡(post-lens)”偏斜器，是指該偏斜器所在位置相對(duì)于該透鏡28之前或之后者。該內(nèi)透鏡偏斜器30是一磁性偏斜器，且其是位于該透鏡28的磁極所界定的磁透鏡間隙內(nèi)；而該后透鏡檢測器32可為磁性偏斜器(如本實(shí)施例)或靜電偏斜器。應(yīng)了解的是，兩個(gè)偏斜器均可為前透鏡偏斜器(磁性或靜電式)或是一個(gè)為前透鏡偏斜器(磁性或靜電式)而另一個(gè)為內(nèi)透鏡偏斜器(磁性)。也應(yīng)了解的是，亦可使用相同或額外的偏斜器(群)來進(jìn)行掃描。
偏斜器30及32可共同操作以一所需要的入射方向?qū)⒕劢沟囊淮坞娮邮蛟谠摼A上。該第一上方偏斜器30可傾斜該一次電子以將其沿一與該組件26的光軸OA形成一特定角度的軸導(dǎo)射。該第二下方檢測器可適當(dāng)?shù)钠痹摻?jīng)傾斜的一次電子，以將其沿一與該晶圓表面形成一特定角度的軸(傾斜模式)、或沿一大致垂直于該晶圓表面的軸(垂直模式)導(dǎo)向該樣品。此將參照?qǐng)D2A及2B作更明確的敘述。應(yīng)了解的是，本發(fā)明已考慮到將晶圓維持在一水平面，并將該柱體部維持在使軸OA’及OA是大致垂直于該晶圓平面。換句話說，本發(fā)明不需傾斜樣品或柱體部即可以一所需要的入射方向?qū)⒃撘淮坞娮邮蛟谠摼A表面上。
該電子束成型器(補(bǔ)償器)22一般是由一個(gè)或多個(gè)四片式透鏡所組成，且該成型器是經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以補(bǔ)償因該物鏡排列的散光效應(yīng)所產(chǎn)生的聚焦偏差(例如校正該軸向散光)。更明確而言，該補(bǔ)償器22可如同該物鏡排列(本實(shí)施例中的透鏡28及29)的聚焦區(qū)域建立一相同的不對(duì)稱軸區(qū)域(但具有相反符號(hào))，借以補(bǔ)償該聚焦區(qū)域的不對(duì)稱軸。換句話說，該補(bǔ)償器的操作是經(jīng)調(diào)整為與物鏡排列的操作相同，以確保該經(jīng)聚焦的一次電子束的一預(yù)定截面部照射在該晶圓上(以大致圓形的一次電子束為佳)。該補(bǔ)償器較佳是由兩組四片式彼此以45度相向的透鏡組成。這種以及其它可能的補(bǔ)償器排列本身已為業(yè)界所廣知，因此本文不再多作贅述。
該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)24一般是由至少兩組校準(zhǔn)線圈34及36組成，且它們是相間隔并沿該一次電子束移動(dòng)的初始軸OA’配置。為不影響先前經(jīng)校準(zhǔn)移動(dòng)的該一次電子束通過補(bǔ)償器軸上磁場為零(由該補(bǔ)償器形成)的位置，該校準(zhǔn)線圈34及36是安置于該電子束移向該聚焦組件26方向的下游處。
現(xiàn)參照?qǐng)D2A及2B說明前述該一次及二次電子束在柱體部16中分別以垂直及傾斜模式的移動(dòng)圖解。應(yīng)注意的是，該一次電子束移動(dòng)OA’的初始軸較佳是平行于該物鏡排列的初始軸OA。在本實(shí)施例中，該軸OA’及OA是彼此大致重疊。此外，在本實(shí)施例中，該校準(zhǔn)線圈34及36是位于該柱體部內(nèi)檢測器18的上游處。
一次電子束Bprim是相繼通過該補(bǔ)償器22、校準(zhǔn)線圈34及36以及聚焦組件26，并照射在一掃描區(qū)內(nèi)的晶圓W上，借以擊出二次電子Bscc而彈回通過該聚焦/偏移組件移向該檢測器18。該補(bǔ)償器22可影響該一次電子束的截面部(依照該物鏡的聚焦區(qū)域的不對(duì)稱軸)。該校準(zhǔn)線圈34及36會(huì)相繼偏移該一次電子，以沿一略為傾斜該電子束移動(dòng)的初始軸OA’(以約0.1°的角度)的軸移動(dòng)，以確保該一次電子束通過該物鏡排列的特定點(diǎn)(預(yù)定點(diǎn))。此點(diǎn)可不需位在該物鏡排列的光軸上，以通過該偏斜器30及32進(jìn)一步影響該一次電子束的軌道而以一所需要的入射方向?qū)⒃撾娮邮蛟谠摌悠飞稀?br> 圖2A所示為說明該一次電子束Bprim沿一平行于并與一次電子束移動(dòng)的初始軸OA’相間隔的軸OA以垂直入射方向照射在該晶圓上。為達(dá)到前述條件，電流需適當(dāng)?shù)奶峁┲猎摰谝患暗诙逼?0及32(例如，分別以0.05安培及0.07安培)，并借以形成不同的第一及第二偏斜場。該偏斜器30的第一偏斜場會(huì)影響該一次電子束Bprim的傾斜以沿一與該初始軸OA’(例如約1°的角度)傾斜的軸移動(dòng)。該偏斜器32的第二偏斜場可以不同方位偏斜該經(jīng)傾斜的一次電子，以于該晶圓上得一平行于并與該一次電子的初始軸OA’相距約50-100μm的軸OA的一次電子入射方向。
下文應(yīng)可了解有關(guān)該二次電子束的移動(dòng)。若無電壓施加至該靜電透鏡的杯形電極時(shí)(亦即Vcup＝0V)，該靜電透鏡會(huì)在該晶圓附近建立一低梯度電場，并因此可作為該二次電子的近焦距。前述后者因此可通過該晶圓附近的光軸，并導(dǎo)向該一次電子束孔洞相對(duì)側(cè)處的檢測器區(qū)域。
當(dāng)以高深寬比模式操作時(shí)(一般是指Vcup約為3千伏的情況下)，一高梯度電場會(huì)形成在該晶圓周圍，且該一次電子會(huì)在該晶圓表面擊出二次電子，并因此相當(dāng)快速的由該一次電子及該樣品表面間的相互作用區(qū)域沿一平行于該物鏡的光軸的軸彈出(如圖2A及2B所示)。該二次電子束Bsec是沿該軸OA移向檢測器32，并相繼以該被施予前述電流的第二及第一偏斜器32及30進(jìn)行偏斜。因此，該二次電子束Bsec會(huì)被導(dǎo)向該檢測器(位于該一次電子束孔洞18A的外側(cè))區(qū)域18B。
因此，為能借該第一偏斜器30使該一次電子束達(dá)到所需要的傾斜，該一次電子束應(yīng)通過該物鏡排列的一特定點(diǎn)(與其中心點(diǎn)相隔一距離)。前述可通過將該一次電子束偏離該初始軸(以位于該補(bǔ)償器下游處的電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)24進(jìn)行)達(dá)到。該補(bǔ)償器22可因此再次與該物鏡排列形成的聚焦區(qū)域相校準(zhǔn)，以共同操作使照射在該晶圓的經(jīng)聚焦的一次電子束達(dá)到一預(yù)定的截面部(如大致呈圓形)，而不需另外調(diào)整補(bǔ)償器。
圖2B是以傾斜模式示范該掃描式電子顯微鏡的操作。為此目的，會(huì)對(duì)偏斜器30施予0.7安培的電流，以借該第一偏斜器30將該一次電子束作更明顯的傾斜(以更大的角度，例如幾近3-4度)，并接著以該第二偏斜器32作偏斜(例如對(duì)偏斜器32施予0.6安培的電流)以在該樣品上提供該沿著一傾斜于(如約15°的入射角)該晶圓表面的軸OAtilt的一次電子的入射角。在高深寬比模式中，該二次電子束Bsec是平行于該光軸OA移動(dòng)，并接著借該偏斜器30及32作偏斜以將其導(dǎo)向該檢測器區(qū)域18B。應(yīng)注意的是，該傾斜模式可為“同軸(on-axis)”，亦即該一次電子束是沿該與晶圓表面上的光軸OA相交的軸OAtilt入射在該晶圓上，或可為“離軸(off-axis)”，亦即該一次電子是沿一軸OA’tilt入射。
參照?qǐng)D3是描述一依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的帶電粒子束柱體部116。為幫助了解，是以相同的參考號(hào)碼表示同樣出現(xiàn)的柱體部16及116。在柱體部116中，不同于該柱體部16的是，一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)124是位于該檢測器18的下游處。此設(shè)計(jì)較佳是使用在需要以該第一偏斜器30對(duì)該一次電子束作較大角度的偏斜時(shí)。此外，在本實(shí)施例中，該一次電子移動(dòng)OA’的初始軸是平行于并與該物鏡28的光軸OA相隔。應(yīng)可領(lǐng)會(huì)的是，前述將該一次電子移動(dòng)的初始軸相對(duì)于該物鏡的光軸作轉(zhuǎn)換的目的在于使二次電子移向該檢測器18(位于該一次電子束孔洞的外側(cè))的區(qū)域18B，并可用于前述的該柱體部16中。換句話說，該軸OA’及OA間的轉(zhuǎn)換是與該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)(圖1中的24或圖3中的124)相對(duì)于該檢測器18的位置無關(guān)。
圖4A及4B是說明該一次及二次電子分別以垂直及傾斜模式在該柱體部116中的移動(dòng)圖解。該一次電子束Bprim通過補(bǔ)償器22(它會(huì)適當(dāng)影響該電子束截面部)后會(huì)接著通過檢測器18的一次電子束孔洞18A。通過該一次電子束孔洞18A后，該一次電子束Bprim通過電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)124的線圈34及36，并沿一略與該初始軸OA’傾斜(例如約0.1-0.2度)的軸OA”進(jìn)入聚焦組件26?？扇缜笆霾僮髟撈逼?0及32以使該一次電子束沿該物鏡28的光軸OA(如圖4A)、或沿一與該光軸傾斜的軸OA(如圖4B)入射在該晶圓W上。由于前文所述的理由，該二次電子束Bsec會(huì)以一平行于該光軸OA的方向彈回，并接著以該偏斜器30及32的偏斜場影響其軌道。因此，該二次電子束Bsec是被導(dǎo)向該檢測器(位于該一次電子束孔洞18A外側(cè))區(qū)域18B。
如圖4B中虛線所示，若該校準(zhǔn)線圈34及36是位于檢測器18上方時(shí)，該狀態(tài)(即該偏斜條件)可能會(huì)使借該線圈34及36適當(dāng)校準(zhǔn)的一次電子接觸該一次電子束孔洞18A的壁面。此情形可通過將該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)124定位在檢測器18的下游處來避免，例如將該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)定位在該柱體部內(nèi)檢測器的下游處，或可使用一較小的一次電子束孔洞以及較小的差動(dòng)抽運(yùn)系統(tǒng)孔徑進(jìn)行。
熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士應(yīng)了解各種修飾及變化應(yīng)可在不悖離權(quán)利要求書所界定的范圍下應(yīng)用于前述本發(fā)明的這些實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1.一種將一次帶電粒子束導(dǎo)引至一樣品上的方法，該方法至少包含下列步驟(i)將該一次帶電粒子束沿一初始電子束移動(dòng)軸導(dǎo)向一聚焦組件，其中該聚焦組件至少包含一可界定一光軸的物鏡排列；(ii)使該一次帶電粒子束沿該初始軸移動(dòng)通過一電子束成型器，以補(bǔ)償因該物鏡排列所產(chǎn)生的偏移；(iii)將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)，使它通過該電子束成型器并移向該聚焦組件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的校準(zhǔn)還至少包括施加至少兩偏斜場給通過該電子束成型器的一次帶電粒子束，該至少兩偏斜場是沿該物鏡排列的光軸配置。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的初始軸是平行于該物鏡排列的光軸。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的初始軸是與該物鏡排列的光軸相隔一距離。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還至少包含使該通過電子束成型器的帶電粒子束經(jīng)過一檢測器的一開口，該檢測器具有數(shù)個(gè)檢測區(qū)域位于該開口外側(cè)，且該檢測器是經(jīng)安置以使該初始軸可與此開口相交，該檢測器可檢測一由該一次帶電粒子與該樣品相互作用所產(chǎn)生的二次帶電粒子束。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將該通過電子束成型器的一次帶電粒子束的軸進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟是在該一次帶電粒子束通過檢測器的開口后進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還至少包含在該一次帶電粒子束移經(jīng)該聚焦組件的同時(shí)影響該一次帶電粒子束的軌道。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的影響步驟至少包含通過至少兩個(gè)偏斜場于兩相間隔的位置沿該物鏡排列的光軸相繼偏斜該一次帶電粒子束。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的影響步驟至少包括相對(duì)于該物鏡排列的光軸偏斜該一次電子束，借以將該一次帶電粒子束以一所需要的入射方向打在該樣品上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的一次電子束是沿一大致平行于該物鏡排列的光軸的軸入射于該樣品上。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的一次電子束是沿一與該物鏡排列的光軸形成一特定角度的軸入射于該樣品上。
12.一種將一次帶電粒子束導(dǎo)引至一樣品上的方法，該方法至少包含下列步驟將該一次帶電粒子沿一初始電子束移動(dòng)軸導(dǎo)向一聚焦組件，該聚焦組件至少包含一可界定一光軸的物鏡排列以及一偏斜器配置；使該一次帶電粒子束沿該初始軸移動(dòng)通過一電子束成型器，以補(bǔ)償因該物鏡排列所產(chǎn)生的聚焦偏移；將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)，使它通過該電子束成型器并移向該聚焦組件；以及通過該聚焦組件影響該一次帶電粒子的軌道。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的影響該一次帶電粒子束的軌道的步驟至少包含借至少兩個(gè)偏斜場偏斜該一次帶電粒子束，其中這兩個(gè)偏斜場是相隔一距離并沿該物鏡排列的光軸作配置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的經(jīng)偏斜的一次帶電粒子束是沿一大致平行于該物鏡排列的光軸而被導(dǎo)向該樣品。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的經(jīng)偏斜的一次帶電粒子束是沿一與該物鏡排列的光軸形成一角度的軸而被導(dǎo)向該樣品。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的初始軸是平行于該物鏡排列的光軸。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述的初始軸是與該物鏡排列的光軸相隔一距離。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還至少包含使該一次帶電粒子通過該電子束成型器并經(jīng)過一檢測器的一開口，該檢測器具有數(shù)個(gè)位于該開口外側(cè)的檢測區(qū)，且該檢測器是經(jīng)安置以使該初始軸可與此開口相交，該檢測器可檢測一由該一次帶電粒子與該樣品相互作用所產(chǎn)生的二次帶電粒子束。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中將通過該電子束成型器的一次帶電粒子束的軸進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟是在該一次帶電粒子束通過檢測器的開口后進(jìn)行。
20.一種將一次帶電粒子束導(dǎo)引至一樣品上借以形成因該樣品與該一次帶電粒子束間的交互作用后由該樣品彈回所產(chǎn)生的二次電子粒子束的方法，該方法至少包含下列步驟將該一次帶電粒子束沿一初始軸導(dǎo)向一聚焦組件，該聚焦組件至少包含一可界定一光軸的物鏡排列以及一偏斜器配置；使該一次帶電粒子束沿該初始軸移向該聚焦組件并通過一電子束成型器，以補(bǔ)償因該物鏡排列形成的一聚焦區(qū)的散光效應(yīng)所產(chǎn)生的聚焦偏移；將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)，使它通過該電子束成型器并移向該聚焦組件；使該一次帶電粒子束通過該電子束成型器并經(jīng)過二次帶電粒子檢測器的一開口，該檢測器具有數(shù)個(gè)位于該開口外側(cè)的檢測區(qū)，該檢測器是經(jīng)安置以使該初始軸可與該開口相交；及影響該一次帶電粒子束的該軌道同時(shí)移經(jīng)該聚焦組件，以將該經(jīng)聚焦的一次帶電粒子束以所需要的入射方向打在該樣品上；以及影響該二次帶電粒子束的該軌道同時(shí)移經(jīng)該聚焦組件，以將該二次帶電粒子束移至該開口外側(cè)的檢測區(qū)域。如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的校準(zhǔn)該一次帶電粒子束的軸的步驟是被應(yīng)用在通過該檢測器的開口的一次帶電粒子束。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的初始軸是大致平行于該物鏡排列的光軸。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述的初始軸是與該物鏡排列的光軸相隔一距離。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述的影響該一次帶電粒子束的軌道的步驟至少包含借至少兩個(gè)偏斜場偏斜該一次帶電粒子束，而這兩個(gè)偏斜場是相隔一距離并沿該物鏡排列的光軸作配置。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述的經(jīng)偏斜的一次帶電粒子束是沿一大致平行于該物鏡排列的光軸被導(dǎo)向該樣品。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述的經(jīng)偏斜的一次帶電粒子束是沿一與該物鏡排列的光軸形成一角度的軸被導(dǎo)向該樣品。
26.一種用于檢測一樣品的帶電粒子束柱體部，該柱體部至少包含一聚焦組件，其具有一可界定一光軸并形成一聚焦區(qū)域的物鏡排列，以將一次帶電粒子束聚焦于該樣品上；一電子束成型器，它是安置于沿一初始軸移向聚焦組件的一次帶電粒子束的路徑中，該電子束成型器是可操作以影響該一次帶電粒子束的一截面部以補(bǔ)償因該物鏡排列所產(chǎn)生的偏移；一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)，它是安置于該一次帶電粒子束移向聚焦組件的路徑中該電子束成型器的下游處，且該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)是可操作以將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)。
27.如權(quán)利要求26所述的柱體部，其特征在于，所述的電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)包含至少兩組線圈，該兩組線圈是以相間隔的關(guān)系沿該初始軸作配置，其每一者都可操作以建立一偏斜場。
28.如權(quán)利要求26所述的柱體部，其特征在于，還至少包含一檢測器，其具有一開口及數(shù)個(gè)位于該開口外側(cè)的帶電粒子檢測區(qū)域，且該檢測器是安置于一次帶電粒子束通過該電子束成型器的路徑中，以使該初始軸與該開口相交。
29.如權(quán)利要求28所述的柱體部，其特征在于，所述的檢測器是安置于該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)相對(duì)于一次帶電粒子束移向樣品的方向的下游處。
30.如權(quán)利要求28所述的柱體部，其特征在于，所述的檢測器是安置于該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)相對(duì)于一次帶電粒子束移向樣品的方向的上游處。
31.如權(quán)利要求26所述的柱體部，其特征在于，所述的初始軸是大致平行于該物鏡排列的光軸。
32.如權(quán)利要求31所述的柱體部，其特征在于，所述的初始軸是與該物鏡排列的光軸相隔一距離。
33.如權(quán)利要求26所述的柱體部，其特征在于，所述的聚焦組件是可操作以影響該一次帶電粒子束的軌道，以將該經(jīng)聚焦的一次帶電粒子束以所需要的入射方向打在該樣品上，且該聚焦組件是可操作以影響一次帶電粒子束與樣品相互作用所產(chǎn)生的二次帶電粒子束的軌道。
34.如權(quán)利要求26所述的柱體部，其特征在于，所述的聚焦組件至少包含一偏斜器配置。
35.如權(quán)利要求34所述的柱體部，其特征在于，所述的偏斜器配置至少還包含至少兩個(gè)偏斜器，它們是沿該物鏡排列的光軸以一相隔距離關(guān)系作配置。
36.一種通過將一次帶電粒子束導(dǎo)引至一樣品上以使該一次帶電粒子束及該樣品間的相互作用形成二次帶電粒子束來檢測該樣品的系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包含一形成該一次帶電粒子束的帶電粒子形成來源、一界定一空間給該移向樣品的一次帶電粒子束的帶電粒子束柱體部以及一用于檢測該二次帶電粒子束的檢測單元，其中該帶電粒子束柱體部至少包含一聚焦組件，其具有一可界定一光軸的物鏡排列，并且可以操作以將一次帶電粒子束聚焦于該樣品上；一電子束成型器，它是安置于該一次帶電粒子束沿電子束移動(dòng)的一初始軸移向該聚焦組件的路徑中，且該電子束成型器是可操作以影響該一次帶電粒子束的一截面部，以補(bǔ)償因該物鏡排列所產(chǎn)生的聚焦偏移；以及一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)，它是安置于該一次帶電粒子束移向聚焦組件的路徑中該電子束成型器的下游處，且該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)是可操作以將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)。
37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的檢測單元至少包含一檢測器，其具有一開口及數(shù)個(gè)位于該開口外側(cè)的檢測區(qū)，該檢測器是經(jīng)安置以使該初始軸與該開口交叉。
38.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的檢測器是安置于該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)相對(duì)于一次帶電粒子束移向該樣品的方向的上游處。
39.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的檢測器是配置于該電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)相對(duì)于一次帶電粒子束移向該樣品的方向的下游處。
40.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的物鏡排列的光軸是大致平行于該初始軸。
41.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的物鏡排列的光軸是與該初始軸相隔一距離。
42.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)包含至少兩組線圈，該兩組線圈是以一相間隔關(guān)系沿該初始軸作配置，其每一者都可操作以建立一偏斜場。
43.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的聚焦組件至少包含一偏斜器配置。
44.如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的偏斜器配置包含至少兩個(gè)偏斜器，它們是以一間隔關(guān)系沿該光軸作配置，每一偏斜器均可操作以在該一次及二次帶電粒子束的路徑中形成一偏斜。
全文摘要
現(xiàn)提供一種帶電粒子束柱體部以及用于將一次帶電粒子導(dǎo)引至一樣品上的方法。該一次帶電粒子束是沿一電子束的初始軸移向一聚焦組件，并通過一電子束成型器以影響該一次帶電粒子束的截面部來補(bǔ)償該聚焦組件的一物鏡排列產(chǎn)生的聚焦區(qū)散射效應(yīng)所導(dǎo)致的聚焦偏移，并且該一次帶電粒子接著通過一電子束軸校準(zhǔn)系統(tǒng)以將該一次帶電粒子束的軸相對(duì)于該物鏡排列的光軸進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)H01J37/153GK1672233SQ03817636
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者伊戈?duì)枴け说昧_夫, 茲維加·羅森貝, 伊戈?duì)枴た死醉f茲, 朱勒京·弗羅森, 帕維爾·阿達(dá)梅克, 拉爾夫·德根哈特 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司, 應(yīng)用材料以色列公司