CN119404280A - 使用检测器入射位置的增强边缘检测 - Google Patents

Abstract

用于在诸如扫描电子显微镜之类的带电粒子束系统中的增强边缘检测的系统和方法。该方法使用带电粒子到达事件在检测器表面上的入射位置的空间信息来确定何时在样品上检测到边缘特征。诸如带电粒子到达事件分布的质心偏移之类的不对称参数可以被用于确定边缘特征在样品表面上的存在。

Description

使用检测器入射位置的增强边缘检测

相关申请的交叉引用

本申请要求欧洲申请22186346.7的优先权，该申请于2022年7月21日提交并通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本文的描述涉及可用于带电粒子束系统领域中的带电粒子检测器，更具体地涉及用于使用此类带电粒子束检测器检测边缘特征的系统和方法。

背景技术

检测器可以被用于感测物理上可观察到的现象。例如，带电粒子束工具(诸如电子显微镜)可以包括检测器，其接收从样品投射的带电粒子并输出检测信号。检测信号可以被用于重建带检查样品结构的图像，并且可以被用于例如计量过程中或者被用于揭示样品中的缺陷。计量学涉及样品结构和其他微型特征的精确测量。例如，在半导体晶圆中，计量学可以包括电路图案特征的测量，诸如临界尺寸(最小器件特征的宽度)、临界尺寸均匀性、线宽、重叠、线边缘粗糙度、线端缩短、底面倾斜、侧壁角度和其他尺寸参数。许多测量中的关键元素可能涉及确定图案特征的边缘或边界的位置。这些边缘特征可能对应于在晶圆上形成的图案的形貌或材料属性的变化。在可能包括大量密集封装的微型集成电路(IC)部件的半导体器件的制造中，检测样品中的缺陷也越来越重要。可以提供检查系统用于这些和其他目的。

随着半导体器件的不断小型化，计量和检查系统可能会在带电粒子束工具中使用越来越低的束流。现有的检测系统可能受到系统吞吐量和信噪比(SNR)的限制，特别是当束流减小到例如皮安范围时。已经提出了电子计数来增强SNR并提高电子束检查系统中的吞吐量，其中通过对到达检测器的电子数目进行计数，然后分析电子到达事件的频率来获取传入电子束的强度。然而，在越来越低的着陆能量(撞击样品表面的初级电子的能量)下运行的系统可能需要更高的电子收集率来克服系统中的噪声。这导致积分时间增加和工具吞吐量降低。

发明内容

本公开的实施例提供了用于带电粒子束处理中的边缘检测的系统和方法。本公开的一些实施例提供了一种方法，包括：使用带电粒子束系统检查样品表面；获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的空间分布信息；确定空间分布信息的不对称参数；并且基于不对称参数确定样品表面上的边缘特征。

在一些实施例中，不对称参数可以包括定位参数。定位参数可以包括检测到的带电粒子到达位置的质心(CoM)的偏差，该偏差由边缘特征引起。

本公开的一些实施例提供了一种方法，包括：使用带电粒子束系统检查样品表面；在第一时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第一空间分布信息；在不同于第一时间段的第二时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第二空间分布信息；基于第一空间分布信息和第二空间分布信息确定带电粒子束系统的性能参数；并且基于所确定的性能参数执行对带电粒子系统的调整。

本公开的一些实施例提供了一种带电粒子束方法，包括：使用带电粒子束系统检查样品表面；检测样品的视场内的多个样品像素，其中检测多个样品像素中的每个样品像素包括检测从样品像素发射的多个带电粒子；并确定从多个样品像素中的每个样品像素发射的每个多个带电粒子的质心偏差图。

一些实施例提供了一种非暂态计算机可读介质，其存储指令集，该指令集可由设备的至少一个处理器执行以使设备执行上述方法。一些实施例提供了一种包括控制器的带电粒子束装置，该控制器被配置为控制该装置执行上述方法。

附图说明

从结合附图对示例性实施例的描述中，本公开的上述和其他方面将变得更加明显。

图1是与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。

图2A-图2C是图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束装置的示意图，该带电粒子束装置可以是电子束工具的示例。

图2D图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束装置中的示例性检测器上的电子到达分布。

图3A-图3B是与本公开的实施例一致的带电粒子束装置中的检测器的示例性结构的示意图。

图4A-图4B图示了与本公开的实施例一致的检测器表面上的电子到达位置的示例概率分布。

图4C图示了与本公开的实施例一致的晶圆的一部分上的线图案和空间图案的示例横截面视图。

图5A-图5B图示了与本公开的实施例一致的检测器表面上的电子到达分布的示例。

图6A图示了与本公开的实施例一致的示例质心(CoM)图。

图6B图示了与本公开的实施例一致的示例次级电子产量图。

图7A-图7B图示了与本公开的实施例一致的检测器表面上的电子到达分布的示例。

图8图示了与本公开的实施例一致的CoM偏差与次级电子到达数目的示例图表。

图9图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束检测过程中确定边缘特征的示例方法的流程图。

图10图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束检测过程中确定边缘特征的示例方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中被图示。以下描述参考附图，其中除非另有说明，否则不同附图中相同的数字表示相同或相似的元件。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不表示与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是与附加权利要求中可能叙述的主题相关的各方面一致的装置、系统和方法的示例。

电子设备由在被称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一块硅片上，并且被称为集成电路或IC。随着技术的进步，这些电路的大小已被显著减小，使得它们中的许多可以被安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以小到指甲盖那么小并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小小于人类头发尺寸的1/1000。

制造这些极小的IC是一个复杂、耗时且昂贵的过程，通常涉及数百个个体步骤。即使是在一个步骤中的错误也可能导致成品IC中的缺陷，使其变得毫无用处。因此，制造过程的一个目标是避免此类缺陷，以使过程中制造的功能性IC的数目最大化，即提高过程的总体产量。

提高产量的一个组成部分是监控芯片制造过程，以确保生产出足够数目的功能集成电路。监控该过程的一种方法是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。可以使用扫描电子显微镜(SEM)进行检查。SEM可以被用于对这些极小的结构进行成像，实际上是对结构进行“拍照”。该图像可以被用于确定结构是否被正确形貌成以及它是否形成在正确的位置处。如果结构是有缺陷的，则可以调整该过程，使得缺陷不太可能再次发生。为了提高吞吐量(例如，每小时处理的样品数目)，希望尽快实施检查。

可以通过在晶圆上扫描SEM系统的一个或多个初级束(例如，“探测”束)并在检测器处收集从晶圆表面生成的粒子(例如，次级电子或“SE”)来形成晶圆的图像。次级电子可以形成朝向检测器引导的一个或多个次级束。对于每个次级束，到达检测器的次级电子可能导致在检测器中生成电信号(例如，电流、电荷、电压等)。这些信号可以从检测器被输出，并且可以由图像处理器处理以形成样品的图像。当初级束照射样品表面上的对应点(样品像素)时，图像的每个像素可以由检测器处接收到的能量确定。

有时，检测过程涉及测量大量电子着陆在检测器上时所生成的电信号的幅度。在另一种方法中，可以使用电子计数，其中检测器可以在个体电子到达事件发生时对其进行计数。在任一方法中，都可以基于检测器中所生成的电信号来确定次级束的强度，该电信号与次级束的强度变化成比例变化。然而，使用电子计数，可以各个地确定从次级电子束到达检测器的每个电子，并且可以以数字的形式输出检测结果。因此，可以通过分析电子到达事件的频率来确定束的强度。

电子计数可能有助于提高带电粒子束系统的吞吐量和信噪比(SNR)。例如，像素化电子计数检测器由小感测元件阵列组成，每个感测元件都可以独立地检测其自身位置处的电子。电子计数检测器可以跟踪检测器上的电子的空间位置或到达时间，以便例如将一些电子到达过滤为异常值或假阳性检测。然而，电子计数检测器没有必要保留检测器表面上的次级电子的空间分布的任何信息。在一些比较实施例中，在将检测读出到信号处理电路之后，检测器表面上的诸如次级电子的到达位置之类的空间信息可能会丢失。有关利用电子计数检测器的空间信息的更多信息，请参见例如EP22168912，其通过引用全部并入本文。因此，在诸如计量和重叠检查之类的应用中，电子计数可能是一种有吸引力的方法，其中束流(束中的电子流的速率)通常较低。

SNR可能是一个问题，尤其是在初级束流水平较低的情况下。这是因为低电子收集率更容易受到检测器上的电子到达的空间分布的随机波动(散粒噪声)的影响。为了克服散粒噪声和其他SNR问题，针对每个样品像素都会收集一定数目的次级电子，以便以足够的准确度对图案特征进行成像。实现到达每个样品像素的次级电子的最小数目需要一定的停留时间，即，需要的次级电子越多，初级束照射每个样品像素所需的时间就越长。因此，完成SEM过程所需的时间量直接受到形成图像像素所需的次级电子的最小数目的影响。

在检测边缘特征时，SNR可能是一个更大的问题。可以通过观察与样品的平坦区域相比的次级电子中的增加来检测边缘特征。在低着陆能量下，这种增加不太明显，并且因此更难与散粒噪声区分开来。未来的SEM计量工具可能能够以非常低的着陆能量(初级电子撞击样品时的动能)来操作。例如，在具有薄抗蚀剂层的样品中，可能需要非常低的着陆能量才能实现足够的对比度。对于此类应用，例如200eV、150eV、100eV、50eV或更低的着陆能量可能比较合适。这可能会增加准确测量所需的次级电子的最小数目，从而导致更长的停留时间并损害吞吐量。以较低的次级电子最小数目实现足够的成像准确度可以因此提高整个过程的速度。

本公开的实施例提供了一种系统和方法，用于减少在例如SEM计量过程中准确地检测边缘特征所需的次级电子的最小数目。该系统通过记录例如电子计数检测器或其他像素化电子检测器上的电子到达的空间分布来捕获有关边缘特征的附加信息。该附加信息可以与常规SEM信息相结合，以比否则所需要的次级电子最小数目更低的次级电子最小数目来检测边缘特征。

当初级束扫描样品像素位置时，可以在检测器表面处记录次级电子到达的簇(分布)。如果样品像素位置具有边缘特征，则该簇可以显示出不对称性，这可以有助于识别边缘特征。例如，不对称性可能是簇中心从其原本所在位置偏移，或者其可能是簇形状的变形。然后，这种不对称性可以便用作上面所讨论的附加空间信息。

本公开的目的和优点可以通过本文所讨论的实施例中所阐述的元素和组合来实现。然而，本公开的实施例不一定需要实现这样的示例性目的或优点，并且一些实施例可能不实现任何所述目的或优点。

在不限制本公开的范围的情况下，一些实施例可以在利用电子束(“e束”)的系统中提供检测系统和检测方法的背景下进行描述。然而，本公开并不受此限制。其他类型的带电粒子束可以类似地被应用。此外，检测系统和方法可以被用于其他成像系统，诸如光学成像、光子检测、X射线检测、离子检测等。

如本文中所使用的，除非另外特别说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果说明部件可以包括A或B，那么，除非另外特别说明或不可行，否则该部件可以包括A或B，或者A和B。作为第二个示例，如果说明部件包括A、B或C，那么，除非另外特别说明或不可行，否则该部件可以包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。

现在对图1进行参考，其图示了与本公开的实施例一致的可以被用于晶圆检查的示例性电子束检查(EBI)系统10。如图1中所示，EBI系统10包括主室11、装载/锁定室20、电子束工具100(例如，扫描电子显微镜(SEM))和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具100位于主室11内，并且可以被用于成像。EFEM 30包括第一装载端口30a和第二装载端口30b。EFEM30可以包括附加装载端口。第一装载端口30a和第二装载端口30b接收晶圆前开式传送盒(FOUP)，该晶圆前开式传送盒(FOUP)包含待检查的晶圆(例如，半导体晶圆或由其他材料制成的晶圆)或样品(晶圆和样品在本文中可以被统称为“晶圆”)。

EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶圆传送到装载/锁定室20。装载/锁定室20连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，其去除装载/锁定室20中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶圆从装载/锁定室20传送到主室11。主室11连接到主室真空泵系统(未示出)，其去除主室11中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，晶圆将接受电子束工具100的检查。电子束工具100可以是单束系统或多束系统。控制器109电连接到电子束工具100，并且也可以电连接到其他部件。控制器109可以是被配置为执行EBI系统10的各种控制的计算机。虽然控制器109在图1中被示出为在包括主室11、装载/锁定室20和EFEM30的结构之外，但是应当了解，控制器109可以是该结构的一部分。

带电粒子束显微镜(诸如由EBI系统10形成或可以被包括在EBI系统10中的带电粒子束显微镜)可以具有例如低至纳米级的分辨率，并且可以用作检查晶圆上的IC部件的实用工具。使用e束系统，初级电子束的电子可以被聚焦在被检查晶圆上的探测斑点处。初级电子与晶圆的相互作用可以导致次级粒子束被形成。次级粒子束可以包括由初级电子与晶圆的相互作用而产生的背散射电子、次级电子或俄歇(Auger)电子等。次级粒子束的特性(例如强度)可以基于晶圆的内部或外部结构或材料的属性而变化，因此可以指示晶圆是否包括缺陷。

可以使用检测器来确定次级粒子束的强度。次级粒子束可以在检测器的表面上形成束斑。检测器可以生成表示检测到的次级粒子束的强度的电信号(例如电流、电荷、电压等)。可以利用测量电路系统来测量电信号，该测量电路系统可以包括其他部件(例如模数转换器)以获得检测到的电子的分布。在检测时间窗口期间收集的电子分布数据与入射到晶圆表面上的初级电子束的对应扫描路径数据相结合，可以被用于重建被检查的晶圆结构或材料的图像。重建的图像可以被用于揭示晶圆的内部或外部结构或材料的各种特征，并且可以被用于揭示晶圆中可能存在的缺陷。

图2A图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束装置的示例，其可以是电子束工具100的示例。带电粒子束装置200A可以是多束工具，其使用由初级电子束形成的多个子束同时扫描晶圆上的多个位置。

如图2A中所示，电子束工具200A可以包括电子源202、枪孔204、聚光透镜206、从电子源202发射的初级电子束210、源转换单元212、初级电子束210的多个子束214、216和218、初级投射光学系统220、晶圆台(图2A中未示出)、多个次级电子束236、238和240、次级光学系统242和电子检测设备244。电子源202可以生成初级粒子，诸如初级电子束210的电子。控制器、图像处理系统等等可以被耦合到电子检测设备244。初级投射光学系统220可以包括分束器222、偏转扫描单元226和物镜228。电子检测设备244可以包括检测子区域246、248和250。

电子源202、枪孔204、聚光透镜206、源转换单元212、分束器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置200A的主光轴260对齐。次级光学系统242和电子检测设备244可以与装置200A的次光轴252对齐。

电子源202可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极被发射并被提取或加速以形成具有交叉点(虚像或实像)208的初级电子束210。初级电子束210可以被可视化为从交叉点208发射。枪孔204可以阻挡初级电子束210的外围电子以减小探测斑点270、272和274的大小。

源转换单元212可以包括图像形成元件阵列(图2A中未示出)和束限制孔阵列(图2A中未示出)。源转换单元212的示例可以在美国专利号9,691,586；美国公开号2017/0025243；和国际公开号WO/2018122176中找到，所有这些均通过引用全部并入本文。图像形成元件的阵列可以包括微偏转器或微透镜的阵列。图像形成元件阵列可以形成交叉点208与初级电子束210的多个子束214、216和218的多个平行图像(虚像或实像)。束限制孔阵列可以限制多个子束214、216和218。

聚光透镜206可以聚焦初级电子束210。源转换单元212下游的子束214、216和218的电流可以通过调整聚光透镜206的聚焦能力或通过改变束限制孔阵列内的对应束限制孔的径向大小来改变。聚光透镜206可以是可调聚光透镜，其可以被配置成其第一主平面的位置是可移动的。可调聚光透镜可以被配置为是磁性的，这可能导致离轴子束216和218以旋转角度着陆在子束限制孔上。旋转角度随可调聚光透镜的第一主平面的位置和聚焦能力而变化。在一些实施例中，可调聚光透镜可以是可调防旋转聚光透镜，其涉及具有可移动第一主平面的防旋转透镜。可调聚光透镜的示例在美国公开号2017/0025241中被进一步描述，其通过引用全部并入本文。

物镜228可以将子束214、216和218聚焦到晶圆230上以进行检查，并且可以在晶圆230的表面上形成多个探测斑点270、272和274。可以形成从晶圆230发射并返回到分束器222的次级电子子束236、238和240。

分束器222可以是生成静电偶极场和磁偶极场的维恩滤波器类型的分束器。在一些实施例中，如果它们被施加，则静电偶极场对子束214、216和218的电子所施用的力可能与磁偶极场对电子施用的力幅度相等且方向相反。因此，子束214、216和218可以以零偏转角径直地穿过分束器222。然而，由分束器222生成的子束214、216和218的总色散也可能不为零。分束器222可以将次级电子束236、238和240从子束214、216和218中分离出来，并将次级电子束236、238和240朝向次级光学系统242引导。

偏转扫描单元226可以将子束214、216和218偏转，以扫描晶圆230的表面上的区域上方的探测斑点270、272和274。响应于子束214、216和218在探测斑点270、272和274处的入射，可以从晶圆230发射次级电子束236、238和240。次级电子束236、238和240可以包括具有能量分布的电子，包括次级电子和背散射电子。次级光学系统242可以将次级电子束236、238和240聚焦到电子检测设备244的检测子区域246、248和250上。检测子区域246、248和250可以被配置为检测对应的次级电子束236、238和240并生成被用于重建晶圆230的表面图像的对应信号。检测子区域246、248和250可以包括单独的检测器包、单独的感测元件或阵列检测器的单独区域。在一些实施例中，每个检测子区域可以包括单个感测元件。

图2B图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束装置的另一个示例。电子束工具200B(在本文中也被称为装置200B)可以是电子束工具100的示例。电子束工具200B可以类似于图2A中所示的电子束工具200A。然而，与装置200A不同，装置200B可以是单束工具，其使用一个初级电子束一次扫描晶圆上的一个位置。

如图2B中所示，装置200B包括由机动台134支撑的晶圆支架136，以固定要被检查的晶圆150。电子束工具200B包括电子发射器，其可以包括阴极103、阳极121和枪孔122。电子束工具200B还包括束限制孔125、聚光透镜126、柱孔135、物镜组装件132和检测器144。在一些实施例中，物镜组装件132可以是改进的SORIL透镜，其包括极片132a、控制电极132b、偏转器132c和激励线圈132d。在检测或成像过程中，从阴极103尖端发出的电子束161可由阳极121电压加速，穿过枪孔122、束限制孔125、聚光透镜126，并由改进的SORIL透镜聚焦到探测斑点170中，并撞击到晶圆150的表面上。探测斑点170可由偏转器(诸如偏转器132c或SORIL透镜中的其他偏转器)扫描晶圆150的表面。检测器144可以收集从晶圆表面发出的次级或散射粒子(例如次级电子或散射初级电子)，以确定束的强度，从而可以重建晶圆150上的感兴趣区域的图像。

应当了解，电子束工具200A和200B可以包括图像处理系统199，其包括图像获取器120、存储装置130和控制器109。图像获取器120可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器120可以包括计算机、服务器、大型机主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等等或者它们的组合。图像获取器120可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电或者它们的组合之类的介质来与电子束工具200B的检测器144连接。图像获取器120可以接收来自检测器144的信号并且可以构建图像。因此，图像获取器120可以获取晶圆150的图像。图像获取器120还可以执行各种后处理功能，诸如图像平均、生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器120可以被配置为对所获取的图像执行亮度和对比度等的调整。存储装置130可以是存储介质，诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、云存储、其他类型的计算机可读存储器等等。存储装置130可以与图像获取器120耦合，并且可以被用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。图像获取器120和存储装置130可以连接到控制器109。在一些实施例中，图像获取器120、存储装置130和控制器109可以作为一个电子控制单元而被集成在一起。

在一些实施例中，图像获取器120可以基于从检测器144接收的成像信号获取样品的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于实施带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像区域的单个图像，该多个成像区域可以包含晶圆150的各种特征。单个图像可以被存储在存储装置130中。可以基于成像帧来执行成像。

电子束工具的聚光镜和照明光学器件可以包括电磁四极电子透镜或由电磁四极电子透镜进行补强。例如，如图2B中所示，电子束工具200B可以包括第一四极透镜148和第二四极透镜158。在一些实施例中，四极透镜可以被用于控制电子束。例如，可以控制第一四极透镜148以调整束流，并且可以控制第二四极透镜158以调整束斑大小和束形状。

在本公开的一些实施例中，PIN检测器可以被用作EBI系统10的减速物镜SEM柱中的透镜内检测器。PIN检测器可以被放置在用于生成电子束的阴极与物镜之间。从阴极发射的电子束可以在-BE keV(通常约为-10kV)处被电势化(potentialize)。电子束的电子可以立即被加速并穿过柱。柱可以处于地电位。因此，电子在穿过检测器144的开口145时可以具有BE keV的动能。由于晶圆表面电位可以被设置为-(BE-LE)keV，因此穿过物镜的极片(诸如图2B的物镜组装件132的极片132a)的电子可以被急剧减速至着陆能量LE keV。

图2C图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束装置200C的示例。带电粒子束装置200C例如可以是图2A中的带电粒子束装置200A或图2B中的200B。发射的电子171(包括例如次级电子或背散射电子)通过初级电子束105的电子撞击而从晶圆表面发射。减速电场可以在初级电子接近探测斑点170时减慢初级电子的速度，该减速电场可以充当加速电场，以将发射电子向后朝向PIN检测器144表面加速。例如，如图2C中所示，由于在探测斑点170处与晶圆150的相互作用，可以生成向后朝向检测器144行进的发射电子171。从晶圆表面沿着光轴105行进的发射电子171可以以位置分布的形式到达检测器144的表面。发射电子的到达位置可能位于大致圆形的区域内，其半径例如为几毫米或更大，诸如5毫米、10毫米或20毫米或更大。几何散布可能随着着陆能量的增加而增加。发射电子的到达位置的几何散布可能是由于电子具有不同的轨迹，这些轨迹可能取决于例如电子的初始动能和发射角。其他因素可能会影响到达位置的几何散布或其他特性。

图2D图示了检测器表面上的发射电子到达点分布的示例。电子171a可能着陆在检测器144的表面上的不同点处，而通常，当没有偏转场时，大多数电子可以被聚集在检测器144的中心部分周围。如上面所讨论的，发射电子可以包括例如次级电子或背散射电子。在一些实施例中，例如，分布可以包括60-85％之间的次级电子和40-15％之间的背散射电子。到达点分布可能取决于发射位置和SEM偏转场(例如，扫描场)而偏移。因此，在一些应用中，如果需要SEM图像的某个视场(FOV)，则所需的透镜内PIN检测器的大小可能相当大。通常，检测器的直径例如可以是10毫米或更大。在一些实施例中，检测器的直径例如可以是约4到10毫米。

检测器144可以沿着光轴105被放置。初级电子束可以被配置为沿着光轴105行进。因此，检测器144可以在其中心处包括孔145，使得初级电子束可以穿过以到达晶圆150。图2B-图2C示出了在其中心处具有开口的检测器144的示例。然而，一些实施例可以使用相对于初级电子束沿着其行进的光轴而离轴放置的检测器。例如，如图2A中所示的示例中那样，可以提供分束器222以将发射的电子束朝向离轴放置的检测器引导。分束器222可以被配置为将发射的电子束以角度α转向电子检测设备244，如图2A中所示。因此，在本公开的一些实施例中，可以提供没有中心开口的检测器。

图2A的检测器244或图2B-图2D的检测器144可以包括诸如二极管或类似于二极管的元件之类的感测元件，其可以将入射能量转换为可测量信号。例如，检测器中的感测元件可以包括SPAD、APD、闪烁体或PIN二极管。在整个本公开中，感测元件可以被表示为二极管，尽管感测元件或其他部件可能偏离诸如二极管、电阻器、电容器等等之类的电气元件的理想电路行为。在本公开的实施例中，带电粒子束系统中的检测器可以包括多个感测元件的像素化阵列。在一些实施例中，感测元件可以被配置用于带电粒子计数。在美国公开号2019/0378682中讨论了可以被用于带电粒子计数的检测器的感测元件，其通过引用全部并入本文。

为了便于解释而不引起歧义，在本文的一些描述中使用电子作为示例。然而，应该注意，在本公开的任何实施例中都可以使用任何带电粒子，而不限于电子。例如，带电粒子束工具中的源可以发射一个或多个带电粒子，诸如电子、质子、离子、渺子或任何其他携带电荷的粒子。此外，本公开的一些实施例可以使用光子代替带电粒子，诸如可见光、UV、DUV、EUV、X射线或任何其他波长范围内的光。因此，尽管本公开中的检测器可能针对电子检测而进行公开，但是本公开的一些实施例可以针对检测其他带电粒子或光子。

图3A-图3B图示了与本公开的实施例一致的像素化电子检测器的示例性结构。诸如图3A的检测器344a或图3B的344b之类的检测器可以被提供为图2A中所示的检测器244或图2B-图2D中所示的检测器144。在图3A中，检测器344a包括传感器层301和信号处理层302。传感器层301可以包括由多个感测元件组成的传感器管芯，包括感测元件311、312、313和314。在一些实施例中，多个感测元件可以被提供在感测元件阵列中，每个感测元件可以具有统一的大小、形状和布置。

信号处理层302可以包括多个信号处理电路，包括电路321、322、323和324。电路可以包括被配置为可通信地耦合感测元件的互连(例如，布线路径)。传感器层301的每个感测元件可以在信号处理层302中具有对应的信号处理电路。感测元件及其对应的电路可以被配置为独立地操作。如图3A中所示，电路321、322、323和324可以被配置为分别可通信地耦合到感测元件311、312、313和314的输出，如传感器层301与信号处理层302之间的四条虚线所示。

在一些实施例中，信号处理层302可以被配置为单个管芯，在其上提供有多个电路。传感器层301和信号处理层302可以直接接触。在一些实施例中，可以组合或省略不同层的部件和功能性。例如，信号处理层302可以与传感器层301组合成单个层。此外，带电粒子计数电路可以被集成在检测器中的各个点处，例如在检测器的单独读出层中或在单独的芯片上。电子计数电路系统和用于传感器层301和信号处理层302的替代结构的更多细节可以在国际公布WO2022/008518中找到，其全部内容通过引用并入本文。

如图3B中所示，可以提供具有感测元件311阵列的检测器344b。检测器344b可以是例如像素化电子检测器，诸如像素化电子计数检测器。检测器344b可以包括传感器层301和信号处理层302，如图3A中所见。检测器电路系统可以包括为每个感测元件单独提供的电子计数电路。检测器344b可以包括板351，其中在其上形成多个感测元件311。板351可以包括开口345，以用于允许初级电子束穿过板351。

当检测器的个体感测元件311与入射到检测器上的发射电子的几何散布相比较小时，可以实现个体电子计数。例如，每个感测元件可以具有其自己的计数单元，该计数单元包括被配置为测量来自感测元件的输出信号的电路系统。当感测元件被制成更小时，到达每个感测元件的电子的速率降低，并且因此可以实现每个感测元件处的电子计数。此外，检测器的电容可以与检测器表面的面积成比例。一些噪声源(诸如由于与检测器耦合的部件(例如放大器)引起的噪声源)可能与电容有关。像素化电子计数检测器中的每个个体元件的小面积允许比例如大的连续感测表面低得多的电容。例如，个体感测元件可以是正方形或其他形状，其尺寸为例如边长为5、10、25、50、100、200或300μm。感测元件可以更大，例如在毫米级。典型的检测器可以包括例如100、500、1000、5000、10000、50000或100000或更多感测元件。

诸如高分辨率SEM之类的一些带电粒子束处理需要非常低的初级束流(例如，低至40pA)和高操作速度(例如，每秒400百万像素(Mpixel))。如此低的初级束流可能导致发射电子到达检测器的速率非常小，这反过来会增加达到足够数目的电子以获得准确读数所需的停留时间。例如，整个检测器每个时钟周期(2.5ns＝1/400MHz)可能仅记录单个电子事件。因此，如果需要大量发射电子，则可能无法获得高操作速度。

此外，在这种低初级束流的情况下，克服散粒噪声和其他噪声源变得越来越困难。散粒噪声可以指的是电子到达检测器表面上的空间和时间分布的概率性质。每个电子着陆事件都可能以一定概率在检测器表面上发生。例如，在简单的情形中，电子到达发生在检测器中心部分处的概率可能很高，随着距离中心部分的距离增大，概率降低。此外，在给定时段内检测到的电子数目也根据概率函数而变化。当在足够长的时段内收集到足够多的电子时，空间和时间分布中的随机波动趋于平均，并且会出现电子到达事件的预期分布。然而，当仅收集到少量电子时，这种平均化不会发生，并且反映预期分布的电子到达分布的可能性较小。

另一个噪声源可能是暗电流，即使在没有入射辐射时，暗电流也可能导致错误检测。暗电流可能由于例如形成检测器的材料中的缺陷而发生，诸如传感二极管的晶体结构中的缺陷。术语“暗”电流可以指的是电流波动与传入电子无关但仍然可以被解释为到达事件的事实。各种噪声源，诸如暗电流、热能、外部辐射等，可能导致检测器输出中的意外电流波动。暗电流和噪声源可能会在检测器上记录实际电子到达事件的概率较低的位置处产生信号。

当尝试检测低束流布置中的边缘特征时，散粒噪声问题可能尤其成问题。在比较实施例中，当初级束扫描图案特征的边缘部分时，通过观察到发射电子的增加，可以至少部分地推断出边缘特征的存在。然而，在低束流下，这种增加可能不那么剧烈。因此，可能需要收集大量发射电子以区分信号和噪声。举例来说，对于预期的边缘特征位置处的样品像素，常规SEM工具可能需要至少收集范围例如40-70、70-100、100-150个或更多电子。如上面所讨论的，这种较高的收集率会不利地影响操作速度。

本公开的实施例利用在检测过程期间收集的附加信息来更有效地表征图案特征。具体而言，电子到达检测器上的空间信息可以被用于帮助检测具有比比较实施例所需的电子数目更少的电子数目的边缘特征。在本公开的一些实施例中，空间信息包括不对称信息。不对称信息可以包括发射电子到达的分布位置的测量偏移，其可以被用于确定与测量偏移相对应的边缘特征。空间信息可以与其他信息组合以确定边缘特征的存在。例如，空间信息可以与发射电子产量图组合。

图4A-图4B图示了与本公开的实施例一致的带电粒子检测器(例如，图2A-图2D的检测器144和图3A-图3B的344a和344b)上的两个模拟到达事件分布444。到达事件例如可以是发射电子到达，并且带电粒子检测器可以是电子检测器，诸如像素化电子计数检测器。每个分布的右侧上的刻度是每个检测器像素处的电子到达事件的概率的灰色调对数刻度。白色或浅色像素指示电子到达的概率较高，而较暗的像素指示概率较低或为零。注意，在图中，中心处的暗像素指示检测器上的孔，类似于图3中的初级束孔345，其中到达事件不可能发生，并且因此概率为零。这种孔可能并非存在于带电粒子检测器的所有实施例中，但是它可作为图4A-图4B中所图示的偏移的有用视觉参考点。

图4C图示了与本公开的实施例一致的、正在经历带电粒子束处理(诸如SEM扫描)的样品430的一部分上的图案特征432/433的横截面视图。样品430例如可以是具有集成电路的图案特征的半导体晶圆。图案特征可以包括垂直于页面平面延伸的交替的一系列线431和空间433。边缘432可以位于每条线431和空间433之间的界面处。表面形貌的平坦区域(诸如线431或空间433的上表面)可以被扫描为平坦样品像素Pf。过渡形貌可以被扫描为边缘样品像素Pe。

图4A图示了与本公开的实施例一致的、例如图4C的平坦样品像素Pf之一的到达分布。该分布可以具有基本对称的形状并且以检测器444的表面为中心。这样的属性可以是表明样品像素位置具有基本平坦形貌的指示。术语“以……中心”可以指的是例如到达事件(或到达事件概率)分布的质心或几何中心。该中心例如可以是到达事件的加权空间平均值或者它可以排除异常值。到达的该空间中心可以被类比为点对象集合的质心(CoM)，并且因此在本申请中可以将其称为发射电子到达分布的CoM。在图4A中，对于平坦样品像素Pf，发射电子到达分布的CoM以检测器为中心。

注意，图4A中以检测器为中心的属性可能受到带电粒子束处理的其他已知参数的影响。例如，扫描过程中的初级电子束可以被二维偏转以扫描样品的整个视场(FoV)。初级束可以被偏转以便以逐行、曲折或蛇形方式扫描例如矩形FoV。扫描可以在FoV内的每个样品像素位置处形成初级束斑点。由于偏转，初级束并不总是以法线入射的方式撞击样品表面。这可能导致检测器表面上的发射电子的到达分布发生偏移或变形。透镜系统的像差也可能导致偏移和变形。因此，在考虑了诸如扫描偏转之类的典型已知参数之后，针对平坦形貌的到达分布的CoM可能位于检测器表面的预期位置处，而不是位于检测器表面的中心处。此外，考虑到这些相同的已知参数，图4A中所示的对称性可能会以预期的方式变形。因此，如下文进一步讨论的，发射电子到达分布的偏移或变形可能分别是从预期位置和预期形状的偏移或变形。例如，如果样品像素具有平坦形貌，则边缘样品像素的CoM偏差可能是从预期CoM的偏差。与预期参数的偏移、变形或其他空间变化可以被称为不对称参数，并且它可能归因于样品像素中的边缘特征的存在。

还存在与带电粒子束系统相关联的固定参数，这些参数可能会影响检测器表面上的电子到达事件的位置和分布，诸如例如电极、着陆能量和检测器高度。偏转电极、聚焦电极或维恩滤波器可能会影响电子分布的位置或形状。偏转电极上的电压会影响电子从样品朝向检测器移动时的发散。单独的检测器分支(诸如图2A中的242)中的聚焦电极也可能影响位置或形状。维恩滤波器还可以被用于使入射电子偏离检测器中心，例如以使通过初级束孔的电子损失最小化。如上面所讨论的，电子到达的几何散布也可能随着着陆能量的增加而增加。此外，对于给定的发散值，检测器高度的增加将导致电子的分布更大。

图4B图示了与本公开的实施例一致的图4C的右侧边缘样品像素Pe的发射电子到达分布。由于边缘样品像素Pe处存在边缘特征，因此在分布中引入了不对称参数。在图4B中，分布的CoM偏离了其在检测器中心处的预期位置，并且分布的形状略微偏向右上角。例如，所示的分布可能对应于图4C中所示的线431的右侧边缘上的边缘样品像素Pe。对应于左侧边缘样品像素Pe的分布可能在检测器表面上的不同方向上表现出类似的不对称偏移，例如在向左或对角线相反的方向上。在检测器表面处的这种不对称参数可以被利用在带电粒子束处理中以确定样品像素包括边缘特征。

一般来说，当扫描第一边缘特征时，诸如第一CoM偏差之类的不对称参数可能被偏移到检测器表面的一侧。接下来，当通过边缘并扫描平坦区域时，CoM偏差可能返回到零或中心位置。接下来，当扫描第二(相反)边缘区域时，检测器上可能出现第二CoM偏差，其在与第一CoM偏差相反的方向上偏移。检测器表面上的CoM偏差的方向可以被用于进一步了解样品形貌，诸如例如通过确定边缘是否表示此类线/空间的开始或结束来区分CoM图中的线和空间。

图4A-图4B中所描绘的模拟出于说明目的而指示了大量发射电子到达。在本公开的一些实施例中，针对给定样品像素所收集的发射电子到达数目可能要小得多。

此外，样品像素可以是一个或多个短电子收集周期或帧的总和，以产出关于像素的足够信息。例如，单个帧可以包括例如0到100个之间的检测到的电子到达事件。总和可以包括例如2到200个之间的帧。在本公开的一些实施例中，样品像素可以包括例如二十五到几百个或更多检测到的电子到达事件。然而，在低束流下，收集速率可能处于这些范围的下限处。

图5A-图5B图示了与本公开的实施例一致的用于低束流应用中的示例检测器544(例如，图2A-图2D中的检测器144和图3A-图3B中的344a和344b)的表面的、与图4A-图4B中所示的原理类似的原理。在图5A中，少量发射电子到达571a被收集在平坦形貌(诸如图4C中的平坦样品像素Pf)的检测器表面544上。发射电子到达571a的分布的CoM基本上位于检测器544的中心处，该中心由中心初级束孔指示。如先前所讨论的，该孔可能不存在于一些检测器中。图5B图示了边缘样品像素(诸如图4C中的Pe)的发射电子到达571b的分布。在此处，CoM偏离检测器中心一个位移d。此外，发射电子到达571b的分布的形状相对于图5A中所示的分布而发生了变形。最后，边缘样品像素Pe的发射电子到达571b的数目高于平坦样品像素Pf的发射电子到达571a的数目。

在FoV中的每个样品像素处的不对称参数(诸如CoM偏差(或形状变形))可以被编译成如图6A中所示的CoM图，其中CoM图上的每个点(即，图像素)对应于FoV中的样品像素。因此，每个图像素表示一个样品像素在检测器表面上的发射电子分布，诸如例如图5A-图5B中所见的分布。较暗的地图像素指示发射电子分布具有与检测器中心的较大CoM偏差(诸如图5B)。较亮的地图像素指示发射电子分布具有与检测器中心的较小CoM偏差(诸如图5A)。

图6A的CoM图可能来自检查如图6C中所示的线和空间形貌。在这里，CoM图中的每条线对应于线631和空间633之间的过渡处的垂直边缘632。

CoM图的连续背景颜色随着与FoV中心的距离而逐渐变暗。CoM图在FoV上的这种低空间频率变化可能归因于上面讨论的已知参数，诸如透镜像差和束扫描偏转。然而，CoM图还以一系列垂直线的形式揭示了高空间频率分量。这种有规律的CoM偏差可能是由线和空间图案中的边缘632(类似于图4C的边缘432)引起的。边缘632可以由控制器(诸如图1和图2B中的控制器109)识别。例如，控制器可以通过与预定信息(诸如图案布局数据)相结合而将轮廓拟合算法应用于CoM图来识别图案边缘632。

除了CoM偏差之外，CoM图还可以表示另一个参数，诸如发射电子分布的形状或其他不对称参数。替代地，虽然图6A的CoM图可能仅传达偏差的幅度而不传达其他信息(诸如例如偏差的方向)，但是这种附加信息可以被编码在CoM图上。作为一个视觉示例，中间灰度值可以表示零偏差，而比中间灰度值暗的像素指示第一(例如，负)方向上的偏差，而比中间灰度值亮的像素指示第二(例如，正)方向上的偏差。例如，该图可以进行颜色编码以指示另外的方向或形状信息。此外，CoM图根本不需要被体现为视觉指示器。一般来说，CoM图可以是区域内的样品像素集合(诸如带电粒子束的FoV、系统、晶圆的单个管芯、整个晶圆或其他样品等)的CoM参数(诸如CoM偏差和形状)的表示。

作为图6A中所图示的CoM图的另一种替代，可以导出像差校正的CoM图。例如，可以创建CoM图，其中从图中减去图6A的背景像差分量，或者以其他方式进行补偿或考虑。在这种情况下，CoM值可能表示的不是与检测器中心的偏差，而是在考虑此类像差因素时与检测器上的预期位置的偏差。在任一情况下，目标可能是确定归因于边缘特征而不是其他因素的偏差。

如上面所讨论的，电子到达分布的空间参数不是边缘特征的唯一指示器。当初级束斑点扫描样品上的边缘特征时，检测器表面上接收到的发射电子的数目也可能增加。发射电子到达的数目可以被记录在FoV中的每个样品像素处，以产生如图6B处所示的发射电子产量图。在这里，产量图上较暗的地图像素对应于在检测器表面上收集到较多数目的发射电子的样品像素(诸如图5B)。产量图上较亮的地图像素指示在检测器表面上收集到较少数目的发射电子(诸如图5A)。

产量图的均匀背景颜色指示在FoV内的平坦形貌处的发射电子收集的平均值基本恒定。然而，与图6A的连续变化背景相比，这种均匀性仅用于说明目的。在实践中，发射电子产量可能存在更大程度的不均匀性。与CoM图一样，产量图揭示了一系列垂直线，其发射电子产量明显增加。这些线可以对应于图6A的线和空间图案的相同边缘632。控制器(例如，控制器109)可以通过以与上面讨论的CoM图类似的方式将轮廓拟合算法应用于产量图来识别边缘特征。

在比较实施例中，图6B的产量图可以是边缘特征的主要指示器。例如，在比较实施例中，图5A-图5B的发射电子到达571a和571b之间的空间分布差异可能不会被记录，并且信息可能在信号读出期间丢失。在这种情况下，可以主要基于在每个样品像素处获取的电子到达数目的差异来确定边缘特征。由于这种有限的信息，实现合适对比度所需的最小发射电子数目可能高于CoM图也可用时所需的数目。

在本公开的一些实施例中，可以通过针对相同FoV导出CoM图和发射电子产量图二者来减少发射电子的最小数目。可以将这两个图彼此比较或以其他方式进行组合以产出有关边缘特征632的更多信息。例如，可以将这两个图相加、求平均、加权或缩放等，以产出有关边缘特征632的信息。可以将这两个图进行组合以形成组合图。替代地，两个图中的第一张图可以被用于补强两个图中的第二张图中的低置信度区域。使用两个图可以使得能够以较低的最小发射电子数目来检测边缘特征。该较低的最小值可能导致在每个样品像素处的停留时间更短，从而在不牺牲准确度的情况下提高带电粒子束处理的吞吐量。例如，如果低束流应用中所需的最小电子到达数目可以从例如100减少到75，则这将表示吞吐量增加25％。

在本公开的一些实施例中，检测器可以被配置为不仅确定个体电子到达事件的位置，而且还确定到达事件的能量。例如，每个感测元件可以被配置为生成与电子到达的能量成比例的信号。该信息还可以被用于将加权系数指派给个体到达事件以导出能量加权的CoM图。

空间信息还可以被利用来确定像差或其他系统参数，然后可以将其用于更好地分析发射电子产量图的结果。在这种情况下，CoM图可能不直接与发射电子产量图组合，而是被用于确定系统参数以计算对发射电子产量图的校正或调整。相反的情况也可能如此，产量图可以被用于确定对CoM图的校正。

例如，CoM图可以被用于表征CoM偏差的低空间频率分量，以便监测系统漂移。低空间频率CoM变化将在多个(类似)FoV之间保持基本一致，因为它表示系统而不是样品的属性。因此，可以通过比较多个扫描FoV上的低空间频率CoM变化来监测系统稳定性。可以连续地扫描多个FoV。替代地，来自不同区域的FoV可以基于其预期的相似性(诸如由于相似的图案数据或其他参数)而彼此比较。通过将在第一时间段期间获取的第一FoV的CoM信息与在第二时间段期间获取的第二FoV的CoM信息进行比较，可以监测和校正系统的性能参数(例如，透镜像差、束条件、扫描条件)。可以基于比较实时地将前馈或反馈校正应用于系统。

此外，上述公开是参考具有单个CoM偏差的单个发射电子束的单个发射电子到达分布而进行的。然而，本公开的实施例可以适用于多束配置，诸如图2A的多束工具200A。在这种情况下，在不同的检测器或单个检测器的不同区域上可能存在多个发射电子到达分布，每个分布具有不同的CoM偏差。此外，在这种情况下，上面提到的检测器“中心”可以指的是，发射电子到达的各个分布之一入射在其上的检测器区域的中心。

除了像素化电子检测器之外，还可以使用分段检测器来获取空间信息。例如，检测器表面可以被分割成两半、四个象限等。通过检测一个分段与另一个分段之间的信号差异，可以确定CoM偏差。图7A-图7B图示了与本公开的实施例一致的在分段检测器744上使用与图4A-图4B中所示的那些相同的分布的这一原理。分段检测器744包括四个象限A、B、C和D。每个象限输出与该象限内发生的电子到达总和相称的信号。因此，即使分段检测器可能无法区分个体到达事件，它仍被配置为获取足够的关于电子到达的空间信息，以通过取象限之间的差异来确定CoM偏差。

例如，控制器可以取象限B和C之间的差异(B-C)，或者可以测量两个半部(B+D)–(A+C)之间的差异。可以确定任何分段对或所有分段对之间的差异。对于如图7A中所见的平坦样品像素，由于电子到达的对称性，这些减法的结果将很低或为零。然而，边缘样品像素的分布(诸如图7B中)将产出CoM偏差的幅度和方向。每个样品像素的结果可以被编译成CoM和产量图，如上文关于图6A-图6C所讨论的。

图8示意性地图示了与本公开的实施例一致的检测器上的发射电子到达的CoM偏差(以毫米为单位)的实验图表。检测器的直径例如可以是约4至10毫米。该图表图示了电子到达范围高达250的样品边缘和平坦区域的CoM偏差。所示的偏差可以表示总偏差的分量，诸如水平或垂直分量，或者它可以表示总偏差。偏差可以是与检测器中心的偏差。替代地，当考虑除形貌以外的系统参数(诸如束偏转和透镜像差)时，它可以表示与预期位置的偏差。纵坐标轴上的零标记指示CoM偏差的参考点，诸如检测器中心。纵坐标轴从零开始沿正方向和负方向延伸。但是，正方向或负方向仅指示与零标记的距离的幅度。

图8的图表示出了从大约25个电子到达事件的第一个数据点开始，样品的边缘与平坦区域之间的一致CoM差异。在这个级别，边缘区域上的发射电子到达的CoM距离零点近0.3毫米，而平坦区域的CoM偏移约0.1。50个到达标记示出边缘区域的CoM存在显著差异，这与伴随低数目电子到达的不确定性一致。然而，即使有这种波动，边缘与平坦形貌之间仍然存在明显差异。随着到达数目的增加，边缘/平坦CoM值彼此发散，证实了检测器表面的形貌和CoM偏差之间的关系。但是即使在较低的数目下，诸如25或50次到达，CoM图也可以被用于区分样品表面的边缘特征和平坦部分。

图9图示了与本公开的实施例一致的使用带电粒子检测器确定样品表面中的边缘特征的示例方法900的流程图。带电粒子检测器可以是带电粒子束装置的一部分。例如，带电粒子束检测器可以是用于扫描检查样品(诸如半导体晶圆)的SEM中的像素化电子计数检测器。该方法可以由被配置为控制带电粒子束装置执行该方法的控制器的处理器和存储器来执行。

在步骤910处，带电粒子检测器检测其表面上的多个带电粒子。检测器例如可以是图2A的检测器244、图2B-图2D的检测器144、图3A的检测器344a、图3B的检测器344b或图5A-图5B的检测器544。

在步骤920处，控制器获得针对样品表面的FoV中的多个样品像素的带电粒子检测器的表面上的检测带电粒子到达位置的空间分布信息。例如，空间分布信息可以包括检测器表面上的多个发射电子的到达位置。检测器可以被配置为各个地确定每个发射电子到达的能量，在这种情况下，空间分布信息可以包括能量加权分布。

在步骤930处，空间分布信息可以被用于确定不对称参数。例如，不对称参数可以是检测器表面上的发射电子到达事件的空间分布形状的偏差。不对称参数可以是空间分布的CoM与检测器中心的偏差，或者与多束检测器中的束斑点区域的中心的偏差。替代地，当考虑例如束偏转、透镜像差或其他系统参数时，不对称参数可以是空间分布的CoM与检测器上的预期位置的偏差。CoM可以包括电子到达事件的分布的质心或几何中心或到达事件的加权空间平均值。CoM可以包括排除异常值或潜在假阳性之后的发射电子到达的子集的质心或几何中心。不对称参数可以包括带电粒子束装置的FoV上的不对称参数的CoM图。CoM图可以包括例如如图6A中所示的CoM图。

在步骤940处，基于不对称参数确定样品表面上的边缘特征。例如，可以与预定信息(诸如图案布局数据)相结合而将轮廓拟合算法应用于CoM图。边缘特征可以被用于例如计量过程中以确定计量参数。计量参数可以包括例如临界尺寸、临界尺寸均匀性、线宽、重叠、线边缘粗糙度、线端缩短、底面倾斜、侧壁角度和其他尺寸参数。

图10图示了与本公开的实施例一致的使用带电粒子检测器确定样品表面中的边缘特征的示例方法1000的流程图。带电粒子检测器可以是带电粒子束装置的一部分。例如，带电粒子束检测器可以是像素化电子检测器，诸如用于扫描检查样品(诸如半导体晶圆)的SEM中的像素化电子计数检测器。该方法可以由被配置为控制带电粒子束装置执行该方法的控制器的处理器和存储器来执行。步骤1010-1030可以对应于上述方法900的步骤910-930。步骤1040可以对应于上述方法900的步骤940的修改版本。方法1000还包括以下附加步骤。

在步骤1025处，在步骤1010处在检测器表面检测到带电粒子之后，控制器获得样品表面的FoV中的多个样品像素的带电粒子计数信息。

在步骤1035处，获得带电粒子计数信息的产量参数。例如，产量参数可以是发射电子产量图。发射电子产量图例如可以是图6B的产量图。

在步骤1040处，基于在步骤1035处获得的产量参数和在步骤1030处获得的不对称参数确定样品表面上的边缘特征。例如，可以与预定信息(诸如图案布局数据)相结合而将轮廓拟合算法分别应用于CoM图和发射电子产量图。边缘特征可以被用于例如计量过程中以确定计量参数。计量参数可以包括例如临界尺寸、临界尺寸均匀性、线宽、重叠、线边缘粗糙度、线端缩短、底面倾斜、侧壁角度和其他尺寸参数。

可以提供非暂态计算机可读介质，其存储用于控制器(例如，图1中的控制器109)的处理器的指令，以用于利用本公开的实施例确定边缘特征(诸如图4A-图9中所示的技术)。例如，存储在非暂态计算机可读介质中的指令可由控制器的电路系统执行，以部分地或全部执行方法900或1000。非暂态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁性数据存储介质、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)和可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或磁盒以及它们的联网版本。

还可以使用以下条款来描述实施例：

1.非暂态计算机可读介质，其存储指令集，该指令集可由设备的至少一个处理器执行以使该设备执行一种方法，该方法包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的空间分布信息；

确定空间分布信息的不对称参数；以及

基于不对称参数确定样品表面上的边缘特征。

2.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中不对称参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的定位参数。

3.根据条款2所述的非暂态计算机可读介质，其中定位参数包括检测到的带电粒子到达位置的质心(CoM)的偏差，该偏差由边缘特征引起。

4.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中不对称参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的形状参数。

5.根据条款4所述的非暂态计算机可读介质，其中形状参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的形状偏差，该偏差由边缘特征引起。

6.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中可由至少一个处理器执行的指令集被配置为使设备进一步执行：

基于检测到的带电粒子到达位置的不对称参数确定CoM图；

其中确定边缘特征是基于CoM图。

7.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中可由至少一个处理器执行的指令集被配置为使设备进一步执行：

获得检测到的带电粒子到达的产量信息；

基于产量信息确定检测到的带电粒子到达的产量参数；

其中确定边缘特征是基于产量参数和不对称参数两者。

8.根据条款7所述的非暂态计算机可读介质，其中产量参数包括带电粒子产量图。

9.根据条款7所述的非暂态计算机可读介质，其中不对称参数包括CoM图。

10.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中空间分布信息包括少于120个检测到的带电粒子到达位置。

11.根据条款10所述的非暂态计算机可读介质，其中空间分布信息包括少于50个检测到的带电粒子到达位置。

12.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中带电粒子检测器是电子检测器。

13.根据条款12所述的非暂态计算机可读介质，其中电子检测器是四象限分段检测器、两半分段检测器和像素化电子计数检测器之一。

14.根据条款1所述的非暂态计算机可读介质，其中带电粒子束装置包括扫描电子显微镜。

15.一种确定样品表面上的边缘特征的方法，包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的空间分布信息；

确定空间分布信息的不对称参数；以及

基于不对称参数确定样品表面上的边缘特征。

16.根据条款15所述的方法，其中不对称参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的定位参数。

17.根据条款16所述的方法，其中定位参数包括检测到的带电粒子到达位置的CoM的偏差，该偏差由边缘特征引起。

18.根据条款15所述的方法，其中不对称参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的形状参数。

19.根据条款18所述的方法，其中形状参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的形状的偏差，该偏差由边缘特征引起。

20.根据条款15所述的方法，还包括：

基于检测到的带电粒子到达位置的不对称参数确定CoM图；

其中确定边缘特征是基于CoM图。

21.根据条款15所述的方法，还包括：

获得检测到的带电粒子到达的产量信息；

确定检测到的带电粒子到达的产量参数；

其中确定边缘特征是基于产量参数和不对称参数两者。

22.根据条款21所述的方法，其中产量参数包括带电粒子产量图。

23.根据条款21所述的方法，其中不对称参数包括CoM图。

24.根据条款15所述的方法，其中空间分布信息包括少于120个检测到的带电粒子到达位置。

25.根据条款24所述的方法，其中空间分布信息包括少于50个检测到的带电粒子到达位置。

26.根据条款15所述的方法，其中带电粒子检测器是电子检测器或质子检测器之一。

27.根据条款26所述的方法，其中电子检测器是四象限分段检测器、两半分段检测器和像素化电子计数检测器之一。

28.根据条款15所述的方法，其中带电粒子束装置包括扫描电子显微镜。

29.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子束源，其被配置为生成初级带电粒子束；

光学系统，其被配置为将初级带电粒子束引导至样品表面以检查样品表面；

带电粒子检测器，其被配置为检测从样品表面返回的检测到的带电粒子的空间分布；

控制器，其包括一个或多个处理器并被配置为使带电粒子束装置执行：

获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的空间分布信息；

确定空间分布信息的不对称参数；以及

基于不对称参数确定样品表面上的边缘特征。

30.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中不对称参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的定位参数。

31.根据条款30所述的带电粒子束装置，其中定位参数包括检测到的带电粒子到达位置的CoM的偏差，该偏差由边缘特征引起。

32.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中不对称参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的形状参数。

33.根据条款32所述的带电粒子束装置，其中形状参数包括带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的形状偏差，该偏差由边缘特征引起。

34.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中控制器还被配置为使带电粒子束装置执行：

基于检测到的带电粒子到达位置的不对称参数确定CoM图；

其中确定边缘特征是基于CoM图。

35.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中控制器还被配置为使带电粒子束装置执行：

获得检测到的带电粒子到达的产量信息；

确定检测到的带电粒子到达的产量参数；

其中确定边缘特征是基于产量参数和不对称参数。

36.根据条款35所述的带电粒子束装置，其中产量参数包括带电粒子产量图。

37.根据条款35所述的带电粒子束装置，其中不对称参数包括CoM图。

38.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中空间分布信息包括少于120个检测到的带电粒子到达位置。

39.根据条款38所述的带电粒子束装置，其中空间分布信息包括少于50个检测到的带电粒子到达位置。

40.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中带电粒子检测器是电子检测器或质子检测器之一。

41.根据条款40所述的带电粒子束装置，其中电子检测器是四象限分段检测器、两半分段检测器和像素化电子计数检测器之一。

42.根据条款29所述的带电粒子束装置，其中带电粒子束装置包括扫描电子显微镜。

43.一种非暂态计算机可读介质，其存储指令集，该指令集可由设备的至少一个处理器执行以使设备执行一种方法，该方法包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

在第一时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第一空间分布信息；

在不同于第一时间段的第二时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第二空间分布信息；

基于第一空间分布信息和第二空间分布信息确定带电粒子束系统的性能参数；以及

基于所确定的性能参数执行对带电粒子系统的调整。

44.一种带电粒子束方法，包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

在第一时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第一空间分布信息；

在不同于第一时间段的第二时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第二空间分布信息；

根据第一空间分布信息和第二空间分布信息确定带电粒子束系统的性能参数；

根据所确定的性能参数执行对带电粒子系统的调整。

45.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子束源，其被配置为生成初级带电粒子束；

光学系统，其被配置为将初级带电粒子束引导至样品表面以检查样品表面；

带电粒子检测器，其被配置为检测从样品表面返回的带电粒子的空间分布；

控制器，其包括一个或多个处理器并被配置为使带电粒子束装置执行：

在第一时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第一空间分布信息；

在不同于第一时间段的第二时间段内获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达位置的第二空间分布信息；

基于第一空间分布信息和第二空间分布信息确定带电粒子束系统的性能参数；以及

基于所确定的性能参数执行对带电粒子系统的调整。

46.一种非暂态计算机可读介质，其存储指令集，该指令集可由设备的至少一个处理器执行以使设备执行一种方法，该方法包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

检测样品的视场内的多个样品像素，其中检测多个样品像素中的每个样品像素包括检测从样品像素发射的多个带电粒子；以及

确定从多个样品像素中的每个样品像素发射的每个多个带电粒子的质心偏差图。

47.一种带电粒子束方法，包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

检测样品的视场内的多个样品像素，其中检测多个样品像素中的每个样品像素包括检测从样品像素发射的多个带电粒子；以及

确定从多个样品像素中的每个样品像素发射的每个多个带电粒子的质心偏差图。

48.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子束源，其被配置为生成初级带电粒子束；

光学系统，其被配置为将初级带电粒子束引导到样品表面以检查样品表面；

带电粒子检测器，其被配置为检测从样品表面返回的带电粒子；

控制器，其包括一个或多个处理器并被配置为使带电粒子束装置执行：

检测样品的视场内的多个样品像素，其中检测多个样品像素中的每个样品像素包括检测从样品像素发射的多个带电粒子；以及确定从多个样品像素中的每个样品像素发射的每个带电粒子的质心偏差图。

本公开的一些实施例已针对具有用于检测电子到达的电子检测器的电子束系统(诸如SEM)进行了描述。然而，本公开并不限于此。应当理解，上述公开的实施例可以适用于其他系统，诸如其他非SEM电子束系统或基于非电子的带电粒子束系统。此外，应当理解，其他带电粒子或其他类别的电子也被包含在本公开的范围内。

附图中的框图可以图示出根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件或软件产品的可能实现的架构、功能性和操作。在这方面，示意图中的每个块可以表示可以使用诸如电子电路之类的硬件实现的某些算术或逻辑运算处理。块还可以表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、段或代码部分。应当理解，在一些替代实现中，块中指示的功能可能不按图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个块可以基本同时被执行或实现，或者有时可以以相反的顺序执行两个块，具体取决于所涉及的功能性。一些块也可以被省略。还应当理解，框图中的每个块以及块的组合可以由执行指定功能或动作的专用硬件系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

应当了解，本公开的实施例不限于上面描述和附图中所图示的确切构造，并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和改变。例如，带电粒子检查系统可能只是与本公开的实施例一致的带电粒子束系统的一个示例。

Claims (15)

1.一种非暂态计算机可读介质，存储指令集，所述指令集能够由设备的至少一个处理器执行以使所述设备执行方法，所述方法包括：

使用带电粒子束系统检查样品表面；

获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达的位置的空间分布信息；

确定所述空间分布信息的不对称参数；以及

基于所述不对称参数确定所述样品表面上的边缘特征。

2.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中所述不对称参数包括所述带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达的所述位置的定位参数。

3.根据权利要求2所述的非暂态计算机可读介质，其中所述定位参数包括检测到的带电粒子到达的所述位置的质心(CoM)的偏差，所述偏差由所述边缘特征引起。

4.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中所述不对称参数包括所述带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达的所述位置的形状参数。

5.根据权利要求4所述的非暂态计算机可读介质，其中所述形状参数包括所述带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达的所述位置的形状的偏差，所述偏差由所述边缘特征引起。

6.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由所述至少一个处理器执行的所述指令集被配置为使所述设备进一步执行：

基于检测到的带电粒子到达的所述位置的所述不对称参数确定CoM图；

其中确定所述边缘特征是基于所述CoM图。

7.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由所述至少一个处理器执行的所述指令集被配置为使所述设备进一步执行：

获得所述检测到的带电粒子到达的产量信息；

基于所述产量信息确定所述检测到的带电粒子到达的产量参数；

其中确定所述边缘特征是基于所述产量参数和所述不对称参数两者。

8.根据权利要求7所述的非暂态计算机可读介质，其中所述产量参数包括带电粒子产量图。

9.根据权利要求7所述的非暂态计算机可读介质，其中所述不对称参数包括CoM图。

10.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中所述空间分布信息包括少于120个的检测到的带电粒子到达的位置。

11.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中所述空间分布信息包括少于50个的检测到的带电粒子到达的位置。

12.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中所述带电粒子检测器是电子检测器。

13.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读介质，其中所述电子检测器是四象限分段检测器、两半分段检测器和像素化电子计数检测器之一。

14.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读介质，其中所述带电粒子束装置包括扫描电子显微镜。

15.一种确定样品表面上的边缘特征的方法，包括：

使用带电粒子束系统检查所述样品表面；

获得带电粒子检测器上的检测到的带电粒子到达的位置的空间分布信息；

确定所述空间分布信息的不对称参数；以及

基于所述不对称参数确定所述样品表面的边缘特征。