用于电子束系统中像差校正的方法及系统与流程

相关申请案的交叉参考

本申请案根据35u.s.c.§119(e)规定主张2015年5月8日申请的第62/158,632号美国临时申请案的权利，且构成所述案的正式(非临时)专利申请案，所述案名为“用于电子束系统中的主要场像差校正的双文氏滤波器(dualwienfilterformainfieldaberrationcorrectioninelectronbeamsystems)”，将christophersears、xinrongjiang及sameetk.shriyan提名为发明者，所述案的全文以引用方式并入本文中。

本发明大体上涉及扫描式电子显微镜，且特定地说，涉及扫描式电子显微镜系统中的像差校正。

背景技术：

例如逻辑装置及存储器装置的半导体装置的制造通常包含使用大量半导体制造工艺来处理例如半导体晶片的衬底以形成半导体装置的各种特征及多个级别。由于半导体装置大小变得越来越小，因此开发增强的检查及重查装置及程序变得至关重要。

一种此类检查技术包含基于电子束的检查系统，例如，扫描式电子显微镜(sem)。在一种模式中，sem系统可在使初级束横跨样品扫描时，通过对从所述样品的表面发射的次级电子的收集及分析来使所述样品表面成像。为了偏转次级电子到次级电子检测器的目的，典型的sem系统包含位于sem的电子光学柱内且定位在样品上方的文氏(wien)滤波器。此文氏滤波器的利用可在初级束中引起横向色像差。因此，提供一种系统及方法来提供对初级束中的横向色像差进行校正将是有利的。

技术实现要素：

根据本发明的一或多项实施例，揭示一种扫描式电子显微镜(sem)设备。在一项说明性实施例中，所述sem设备包含电子束源，所述电子束源经配置以产生初级电子束。在另一项说明性实施例中，所述sem设备包含样品载台，所述样品载台经配置以固定样品。在另一项说明性实施例中，所述sem设备包含一组电子光学元件，所述组电子光学元件经配置以引导初级电子束的至少部分到样品的部分上，其中所述组电子光学元件包含至少上偏转器组合件及下偏转器组合件，其中上偏转组合件经配置以补偿初级电子束中由下偏转器引起的色像差。在另一项说明性实施例中，所述sem设备包含经定位检测器组合件，所述经定位检测器组合件经配置以检测发源于样品表面的电子。

根据本发明的一或多项实施例，揭示一种电子束偏转器。在一项说明性实施例中，所述电子束偏转器包含一组非磁性静电偏转器元件。在另一项说明性实施例中，所述电子束偏转器包含一组电磁性偏转器元件，其中所述组电磁性偏转器元件沿着所述组非磁性静电偏转器元件的一或多个部分布置，其中所述电磁性偏转器元件中的两者或更多者重叠。

应理解，前面的概述及下面的详细描述都仅是示范性及说明性的且未必限制所主张的发明。并入说明书中且构成说明书的部分的附图说明本发明的实施例，且与此概述一起用于说明本发明的原理。

附图说明

所属领域技术人员可通过参考附图而更好地理解本发明的众多优势，附图中：

图1a是根据本发明的一项实施例的配备有上偏转器组合件的扫描式电子显微镜系统的简化示意图。

图1b是根据本发明的一项实施例的配备有上偏转器组合件的扫描式电子显微镜系统的简化示意图，所述上偏转器组合件引起系统的初级电子束的偏移。

图1c到1d是根据本发明的一项实施例的配备有上偏转器组合件的扫描式电子显微镜系统的简化示意图，所述上偏转器组合件引起系统的初级电子束的倾斜。

图1e是根据本发明的一项实施例的电子束偏转器组合件的简化示意性俯视图，所述电子束偏转器组合件包含一组非磁性静电偏转器元件及一组电磁性偏转器元件。

图1f是根据本发明的一项实施例的电子束偏转器组合件的详细示意图，所述电子束偏转器组合件包含一组非磁性静电偏转器元件及一组电磁性偏转器元件。

图1g是根据本发明的一项实施例的配备有控制器的扫描式电子显微镜系统的简化示意图。

具体实施方式

现将详细地参考所揭示的说明于附图中的主题。大体上参考图1a到1f。根据本发明描述用于执行扫描式电子显微镜(sem)成像的系统及方法。

本发明的实施例涉及一种具有双偏转器组合件的sem系统，所述双偏转器组合件适合用于校正sem系统的电子束中的横向色像差，同时实现大的扫描偏移及信号束定位能力。

图1a到1b说明根据发明的一项实施例的经布置用于执行sem成像的系统100。

在一项实施例中，系统100包含用于产生一或多个电子束104的电子束源102。电子束源102可包含所属领域中已知的任何电子源。例如，电子束源102可包含但不限于一或多个电子枪。举例而言，电子束源102可包含用于产生单个电子束104的单个电子枪。在另一实例中，电子束源102可包含用于产生多个电子束104的多个电子枪。

在另一项实施例中，系统100包含样品载台116。样品载台116固定样品114。样品114可包含适合用于用电子束显微镜检查/重查的任何样品，例如(但不限于)衬底。衬底可包含(但不限于)硅晶片。在另一项实施例中，样品载台116是可致动载台。例如，样品载台116可包含(但不限于)适合用于沿着一或多个线性方向(例如，x方向、y方向及/或z方向)可选择地平移样品114的一或多个平移载台。举另一实例，样品载台116可包含(但不限于)适合用于沿着旋转方向选择性地旋转样品114的一或多个旋转载台。举另一实例，样品载台116可包含(但不限于)适合用于沿着线性方向可选择地平移样品及/或沿着旋转方向可选择地旋转样品114的旋转载台及平移载台。此处应注意，系统100可在所属领域中已知的任何扫描模式中操作。例如，当使初级电子束104横跨样品114的表面扫描时，系统100可在刈幅(swathing)模式中操作。就这一点而言，系统100可在样品移动的同时使初级电子束104横跨样品114扫描，其中扫描方向名义上垂直于样品运动的方向。举另一实例，当使初级电子束104横跨样品114的表面扫描时，系统100可在步进扫描模式中操作。就这一点而言，系统100可使初级电子束104横跨样品110扫描，在使束104扫描时，所述样品名义上是静止的。

在另一项实施例中，系统100包含检测器组合件120。例如，检测器组合件120可为次级电子检测器。应注意，检测器组合件120可包含所属领域中已知的任何类型的电子检测器。在一项实施例中，可使用埃弗哈特-索恩利(everhart-thornley)检测器(或其它类型的基于闪烁器的检测器)来收集次级电子，并使次级电子成像。在另一项实施例中，可使用微通道板(mcp)来收集电子，并使电子成像。在另一项实施例中，可使用pin或p-n结检测器(例如，二极管或二极管阵列)来收集电子，并使电子成像。在另一项实施例中，可使用一或多个雪崩光二极管(apd)来收集电子，并使电子成像。

在另一项实施例中，系统100包含一组电子光学元件105。所述组电子光学元件105可形成电子光学柱，所述电子光学柱是由如图1a中所示的光学轴124界定。为简洁的目的，在图1a中描绘单个电子光学柱。此处应注意，此配置不应被理解为是对本发明的限制。例如，系统100可包含多个电子光学柱。

所述组电子光学元件105可引导初级电子束104的至少部分到样品114的选定部分上。所述组电子光学元件可包含所属领域中已知的适合用于聚焦及/或引导初级电子束104到样品114的选定部分上的任何电子光学元件。在一项实施例中，所述组电子光学元件105包含一或多个电子光学透镜。例如，一或多个电子光学透镜可包含(但不限于)用于收集来自电子束源102的电子的一或多个聚光透镜107(例如，磁性聚光透镜)。举另一实例，电子光学透镜可包含(但不限于)用于聚焦初级电子束104到样品114的选定区域上的一或多个物镜112(例如，磁性聚光透镜)。

在一项实施例中，所述组电子光学元件105包含上偏转器组合件106及下偏转器组合件110。在另一项实施例中，上偏转器组合件106经配置以补偿初级电子束104中由下偏转器组合件110引起的像差(例如，色像差或类似者)。

在一项实施例中，下偏转器组合件110充当束分离器以分离发源于样品114的表面的电子信号与初级电子束104。例如，下偏转器组合件110充当束分离器以分离发源于样品114的表面的次级电子信号与初级电子束104。就这一点而言，下偏转器组合件110允许初级电子束104穿过下束分离器110，同时引导次级电子到检测器组合件120。在无上偏转器组合件106的操作下，下偏转组合件110可引起初级电子束104中的色像差。例如，下偏转器组合件110可能引入横向色像差，使得具有不同能量值的初级电子束104内的电子沿着不同束路径传播(例如，以不同角度离开下偏转器组合件106，或类似情况)。上偏转器组合件106的实施用于补偿由下偏转器组合件110引起的此色像差。例如，上偏转器组合件106可引入相反的色像差(例如，横向色像差)到初级电子束104中，以减轻由下偏转器组合件110引入的色像差。就这一点而言，可最小化及/或消除样品114上的色像差。

在一项实施例中，上偏转器组合件106及下偏转器组合件110是文氏滤波器。在一项实施例中，上偏转器组合件106提供可电子旋转的磁场，其中由上偏转器组合件106提供的电场及磁场经布置而彼此垂直，由此引起初级电子束104的零净偏转。此外，可修改(例如，旋转或类似方法)上偏转器组合件106与下偏转器组合件内的电场及磁场的定向。

此外，可调整上偏转器组合件106内的电场及/或磁场的定向以提供对原本由下偏转器组合件110产生的横向色像差的补偿/抵消。此外，可修改由上偏转器组合件106引发的色散(例如，色像差或类似者)的方向及/或量值。例如，可调整(例如，切换、旋转或类似方法)上偏转器组合件106的电场的定向以修改初级电子束104的色散。举另一实例，可修改(例如，切换、旋转或类似方法)上偏转器组合件106的磁场相对于上偏转器组合件106的电场的定向以修改初级电子束104的色散。举例而言，电场及/或磁场的定向的快速切换有助于大视场中的像差校正，这在检查应用中是特别有利的。

现参考图1b，在一项实施例中，上偏转器组合件106可控制初级电子束104在样品114的表面上的光点大小。在一项实施例中，上偏转器组合件106通过使初级电子束104的位置与sem系统100的光学轴124产生偏移而控制初级电子束104在样品114的表面上的光点大小。例如，偏移的特征可在于偏移角度θ。如图1b中所示，初级电子束104相对于光学轴124偏移且穿过物镜112。例如，初级电子束104可穿过物镜112中的无彗差平面。初级电子束104随后远心地着陆在样品104的表面上，由此建立大扫描区域119。应注意，上偏转器组合件106的电场及/或磁场的旋转连同利用上偏转器组合件106实施的偏移产生具有针对由下偏转器组合件106引起的横向色像差而校正的大偏移的着陆束。应进一步注意到，由下偏转器组合件110提供的主要场扫描与上偏转器组合件106的电场及/或磁场的旋转的同步化在大视场下提供增强的图像质量。

在另一项实施例中，可使用消像散器及/或使用快速聚焦程序(未展示)校正在初级电子束104中呈现的场弯曲及/或像散。

在另一项实施例中，上偏转器组合件106可实施初级电子束104横跨样品114的选定区域的静态扫描。就这一点而言，上偏转器组合件106可在样品114的选定区域上提供所述束的静态扫描偏移而不需要载台致动。例如，可利用上偏转器组合件106来使初级电子束104以选定模式横跨样品114扫描。

再次参考图1a，在另一项实施例中，下偏转器组合件110引导发源于样品114的表面的电子118(例如，次级电子)到检测器组合件120的选定部分上。例如，下偏转器组合件110可将与发源于样品114的表面的电子118相关联的电子云定位到检测器组合件120的选定检测器通道上。举例而言，在次级电子的情况下，下偏转器组合件110可集中/聚焦次级电子云到检测器组合件120的选定检测器通道上。

在另一项实施例中，所述组电子光学元件105包含预偏转器108。

图1c到1d说明根据本发明的一项实施例的扫描式电子显微镜系统100的简化示意图，其中上偏转器组合件引起系统的初级电子束的倾斜。在一项实施例中，上偏转器组合件106使初级电子束104相对于sem系统100的光学轴124倾斜。例如，如图1d中所示，上偏转器组合件106可使初级电子束104相对于sem系统100的光学轴124倾斜选定角度φ。举例而言，上偏转器组合件106可使初级电子束104相对于sem系统100的光学轴124倾斜选定极角及/或方位角。应注意，通过使用上偏转器组合件106(通过上偏转器组合件106的交叉电场及/或磁场在给定方向上的旋转)可校正在静态倾斜下时引入的大的横向色像差。应注意，此配置适合在电子倾斜检查中使用，通过校正在静态偏转期间由下偏转器组合件引入的横向色像差而进一步增强所述电子倾斜检查。

在另一项实施例中，上偏转器组合件106还可用于校正初级电子束104中的像散。例如，可控制上偏转器组合件106的静电偏转器元件上的电压以形成选定像散场，从而提供更圆的电子束104，使得束实现在单个平面上的聚焦。举例而言，像散场可在0度与45度方向上形成。

虽然上文提到初级电子束着陆可为远心的，但这不是对本发明的范围的限制。在一些实施例中，上偏转器组合件106可用于引起初级电子束104非远心地着陆。应进一步注意，初级电子束104的非远心着陆可为特别有利的，因为这可允许进一步改善初级电子束104的光点大小以消除彗差。

图1e到1f是根据本发明的一项实施例的电子束偏转器组合件的示意图，所述电子束偏转器组合件包含一组非磁性静电偏转器元件及一组电磁性偏转器元件。在一项实施例中，上电子束偏转器106及/或下电子束偏转器110包含一组非磁性静电偏转器元件。在另一项实施例中，上电子束偏转器106及/或下电子束偏转器110包含一组电磁性偏转器元件，其中所述组电磁性偏转器元件沿着所述组非磁性静电偏转器元件的一或多个部分布置。应注意，虽然下列描述将集中在上偏转器组合件106的配置上，但是图1e到1f中所描绘的配置可扩展到下组合件110。

参考图1e，根据本发明的一项实施例说明上偏转器组合件106的简化俯视图。例如，如图1e中所示，上偏转器组合件106包含非磁性静电偏转器元件126a到126h及电磁性偏转器元件127a、127b、128a及128b。非磁性静电偏转器元件可包含所属领域中已知的任何非磁性静电偏转器元件，例如但不限于，静电板(例如，金属电极)。静电偏转器元件126a到126h提供必要的电场且提供电场的电子旋转(由控制器140引导)。电磁性偏转器元件可包含所属领域中已知的任何磁性偏转器元件，例如但不限于，磁性线圈(例如，由铜线或另一金属形成的磁性线圈)。电磁性偏转器元件127a、127b、128a及128b提供必要的磁场且提供磁场的电子旋转(由控制器140引导)。如先前所提，上偏转器组合件106中的电场及/或磁场(例如，交叉的电场及磁场)相对于主要场偏转的适当旋转确保了横向色像差消除。此外，使主要场扫描与上偏转器组合件106同步确保了大视场下的增强的成像质量。

在图1e中以虚线(磁场)及实线(电场)概念地描绘磁场及电场。应注意，这些场不是静止的，且因此图1e中所描绘的场仅表示场定向的一个实例。非磁性静电元件允许电场及磁场的高速旋转以便遵循系统100的主要场偏转模式，同时维持与文氏滤波器相关联的交叉电场及磁场的条件且校正由下偏转器组合件110引起的像差。在另一项实施例中，电场与磁场经布置而彼此垂直，由此引起初级电子束104的零净偏转。

在一项实施例中，所述组电磁性偏转器的第一电磁性偏转器元件127a跨越所述组非磁性静电偏转器元件的第一部分，所述第一部分对应于围绕所述组非磁性静电偏转器元件的中心的第一角度θ1。在另一项实施例中，所述组电磁性偏转器元件中的第二电磁性偏转器元件128a跨越所述组非磁性静电偏转器元件的第二部分，所述第二部分对应于围绕所述组非磁性静电偏转器元件的中心的第二角度θ2。

在另一项实施例中，所述组电磁性偏转器元件可包含电磁性偏转器元件对。例如，所述组电磁性偏转器元件可包含形成有元件127a及元件127b的第一对电磁性偏转器元件，元件127a及元件127b各自沿着非磁性偏转器元件跨越相同的角度θ1。举另一实例，所述组电磁性偏转器元件可包含形成有元件128a及元件128b的第二对电磁性偏转器元件，元件128a及元件128b各自沿着非磁性偏转器元件跨越相同的角度θ2。

在一项实施例中，角度θ1及θ2是相同的。就这一点而言，元件127a及128a(或元件对127a、127b及128a、128b)可沿着非磁性静电偏转器元件跨越相同的角度。在另一项实施例中，角度θ1及θ2是不同的。就这一点而言，元件127a及128a(或元件对127a、127b及128a、128b)可沿着非磁性静电偏转器元件跨越不同角度。例如，元件127a、127b、128a及128b中的一或多者可跨越60度与120度之间的角度。举例而言，元件127a、127b、128a及128b中的每一者可沿着所述组非磁性静电元件跨越120度的角度。

在另一项实施例中，所述组电磁性元件中的相邻电磁性元件可重叠。例如，如图1e中所示，电磁性元件127a可重叠电磁性元件128a及128b。举另一实例，如图1e中所示，电磁性元件127b也重叠电磁性元件128a及128b。

如图1e中所示，在一项实施例中，上偏转器组合件106可包含8个非磁性静电偏转器元件，其中4个电磁性偏转器元件跨越所述组非磁性静电偏转器元件的选定部分。在另一项实施例中，虽然图1e中未展示，但是上偏转器组合件106可包含8个非磁性静电偏转器元件，其中8个电磁性偏转器元件跨越所述组非磁性静电偏转器元件的选定部分。

应注意，图1e中所描绘的布置不是对本发明的范围的限制，且任何数目的电磁性装置及/或电磁性装置对可被实施于上偏转器组合件106中。例如，所述组电磁性偏转器元件可包含介于4个与8个之间的电磁性元件。举例而言，所述组电磁性元件可布置成四极、六极或八极配置。举另一实例，所述组非磁性静电元件可包含介于4个与8个之间的静电元件。举例而言，所述组静电元件可布置成四极、六极或八极配置。

现参考图1f，根据本发明的一项实施例说明上偏转器组合件106的详细示意图。如图1f中所示，上偏转组合件106包含被电磁性偏转元件围绕的静电偏转元件126a到126h。应注意，在图1f的视图中，仅电磁性偏转元件127a以及128a及128b的末端部分是可见的。

图1g说明根据本发明的一项实施例的配备有控制器140的扫描式电子显微镜系统100的简化示意图。在一项实施例中，控制器140与先前所描述的系统100的组件中的一或多者通信地耦合。例如，控制器140可与上偏转器组合件106、下偏转器组合件110、电子源102或检测器组合件120中的一或多者通信地耦合。就这一点而言，控制器140可引导系统100的组件中的任一者执行文中先前所描述的各种功能中的任何一或多者。例如，控制器140可引导上偏转器组合件106调整上偏转器组合件106的场，以便校正由下偏转器组合件110产生的横向色像差。举另一实例，控制器140可引导上偏转器组合件106调整上偏转器组合件106的场，以便引起初级电子束104的倾斜。举另一实例，控制器140可引导上偏转器组合件106调整上偏转器组合件106的场，以便将发源于样品114的次级电子束集中到检测器组合件120上。举另一实例，控制器140可引导上偏转器组合件106调整上偏转器组合件106的场，以便调整初级电子束104的一或多个偏移或一或多个扫描参数。

在一项实施例中，控制器140包含一或多个处理器(未展示)，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令，所述程序指令适合用于使所述一或多个处理器执行本发明中所描述的一或多个步骤。在一项实施例中，控制器140的一或多个处理器可与存储器媒体(例如，非暂时性存储媒体)通信，所述存储器媒体含有程序指令，所述程序指令经配置以使控制器140的一或多个处理器执行贯穿本发明所描述的各种步骤。应认识到，贯穿本发明所描述的各种处理步骤可由单个计算系统或(替代地)多重计算系统执行。控制器140可包含但不限于，个人计算机系统、主计算机系统、工作站、成像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。通常，术语“计算机系统”可在广义上定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器或处理元件的任何装置。此外，系统100的不同子系统可包含适合用于执行上文所描述的步骤的至少部分的计算机系统或逻辑元件。因此，上文描述不应被理解为是对本发明的限制，而应仅理解为说明。

文中所描述的所有方法可包含在存储媒体中存储方法实施例的一或多个步骤的结果。所述结果可包含文中所描述的结果中的任一者且可以所属领域中已知的任何方式存储。存储媒体可包含文中所描述的任何存储媒体或所属领域中已知的任何其它适合的存储媒体。在已存储结果后，结果可在存储媒体中存取或供文中所描述的方法实施例或系统实施例中的任一者使用，经格式化以显示给用户，供另一软件模块、方法或系统等使用。此外，结果可“永久地”、“半永久地”、暂时地存储或存储一些时段。例如，存储媒体可为随机存取存储器(ram)，且结果可不必无期限地留存在存储媒体中。

所属领域技术人员将认识到，最先进技术已发展到在系统的方面的硬件实施方案与软件实施方案之间几乎无区别的阶段；硬件或软件的使用通常(但非始终，因为在特定情境中，硬件与软件之间的选择可变得重要)是表示成本与效率折衷的设计选择。所属领域技术人员将了解，存在可通过其来实现文中所描述的程序及/或系统及/或其它技术的各种载具(例如，硬件、软件及/或固件)，且优选载具将随其中部署程序及/或系统及/或其它技术的情境而改变。例如，如果实施者确定速度及精度最重要，那么实施者可选择以硬件及/或固件为主的载具；替代地，如果灵活性最重要，那么实施者可选择以软件为主的实施方案；或，再一次替代地，实施者可选择硬件、软件及/或固件的某组合。因此，存在可通过其实现文中所描述的程序及/或装置及/或其它技术的若干可行载具，所述载具中没有一种载具固有地优于其它载具，因为待利用的任何载具是取决于将在其中部署载具的情境及实施者的具体关注点(例如，速度、灵活性或可预测性)的选择，所述情境及所述关注点中的任一者可改变。所属领域技术人员应认识到，实施方案的光学方面通常将采用光学定向的硬件、软件及/或固件。

所属领域技术人员应认识到，以文中所陈述的方式描述装置及/或程序且之后使用工程实践来将此类所描述的装置及/或程序集成到数据处理系统中在所属领域内是常见的。即，文中所描述的装置及/或程序的至少部分可经由合理量的实验而集成到数据处理系统中。所属领域技术人员应认识到，典型的数据处理系统通常包含以下一或多者：系统单元外壳、视频显示装置、存储器(例如，易失性存储器及非易失性存储器)、处理器(例如，微处理器及数字信号处理器)、计算实体(例如，操作系统、驱动程序、图形用户接口及应用程序)、一或多个互动装置(例如，触控垫或触控屏幕)及/或控制系统(包含反馈回路及控制电机(例如，用于感测位置及/或速度的反馈；用于移动及/或调整组件及/或数量的控制电机))。可利用任何合适的市售组件(例如，一般存在于数据计算/通信系统及/或网络计算/通信系统中的组件)来实施典型的数据处理系统。

相信通过前面的描述会理解本发明及其随附的诸多优点，且应清楚，在不脱离所揭示的主题的情况下或在不牺牲其所有实质性优点的情况下可对组件的形式、结构及布置进行各种改变。所描述的形式仅是说明性的，且所附权利要求书的意图在于涵盖并包含此类改变。