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TWI662582B - 掃描電子顯微鏡裝置及用於經由一薄膜之一光罩的成像之方法 - Google Patents

掃描電子顯微鏡裝置及用於經由一薄膜之一光罩的成像之方法 Download PDF

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TWI662582B
TWI662582B TW105103590A TW105103590A TWI662582B TW I662582 B TWI662582 B TW I662582B TW 105103590 A TW105103590 A TW 105103590A TW 105103590 A TW105103590 A TW 105103590A TW I662582 B TWI662582 B TW I662582B
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威廉Ｇ 史庫茲
吉爾達多 德爾加多
傑瑞Ａ 羅絲
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美商克萊譚克公司
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Abstract

本發明揭示一種用於經由一保護薄膜使一樣本成像之系統。該系統包含經組態以產生一電子束之一電子束源及經組態以固定一樣本與一薄膜之一樣本載物台，其中該薄膜被安置在該樣本上方。該系統亦包含一電子-光學柱，該電子-光學柱包含一組電子-光學元件以將該電子束之至少一部分引導穿過該薄膜且至該樣本之一部分上。另外，該系統包含一偵測器總成，該偵測器總成被定位在該薄膜上方且經組態以偵測從該樣本之表面放射之電子。

Description

掃描電子顯微鏡裝置及用於經由一薄膜之一光罩的成像之方法 相關申請案之交叉參考
本申請案依據35 U.S.C.§119(e)主張權利且構成2015年2月3日申請、標題為POSSIBLE MEANS OF SEM IMAGING OF PHOTOMASKS THROUGH A PELLICLE、指定William George Schultz、Gildardo Rio Delgado與Garry Allen Rose為發明者之美國臨時申請案第62/111,413號之一正式(非臨時)專利申請案，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於掃描電子顯微鏡，且特定言之，本發明係關於一種用於經由一薄膜使一光罩成像之掃描電子顯微鏡系統。
製造半導體器件(諸如邏輯及記憶體器件)通常包含使用大量半導體製程來處理一基板(諸如一半導體晶圓)以形成半導體器件之各種特徵及多個層級。隨著半導體器件尺寸變得越來越小，開發增強之光罩檢測及檢視器件及程序變得關鍵。
光化與非光化光學顯微鏡及標準電子束檢測系統已用來檢測光罩。習知二次電子偵測器包含但不限於一埃弗哈特-索恩利(Everhart-Thornley)偵測器、一多通道板、一PIN偵測器、一雪崩二極體或APD。此等偵測器通常允許來自一金屬或混合半導體/金屬表面之低 能量二次電子之成像。然而，定位在給定光罩上方之一保護及導電薄膜的實施已嚴重限制此等習知成像方法使光罩成像之能力。此外，用於極紫外(EUV)微影之光罩要求偵測直徑上小至10nm之缺陷微粒，其進一步限制習知電子成像方法在基於EUV之光罩的檢測中之有用性。
因而，提供一種提供經由一保護薄膜之光罩之經改良電子成像，以便矯正上述習知方法之缺點之系統及方法將為有利的。
根據本發明之一或多個實施例揭示一種掃描電子顯微鏡(SEM)裝置。在一項闡釋性實施例中，SEM裝置包含經組態以產生一電子束之一電子束源。在另一闡釋性實施例中，SEM裝置包含經組態以固定一樣本及一薄膜之一樣本載物台，其中薄膜被安置在樣本上方。在另一闡釋性實施例中，SEM裝置包含一電子-光學柱，該電子-光學柱包含一組電子-光學元件以將電子束之至少一部分引導穿過薄膜且至樣本之一部分上。在另一闡釋性實施例中，SEM裝置包含一偵測器總成，該偵測器總成被定位在薄膜上方且經組態以偵測從樣本之表面放射之電子。
根據本發明之一或多個實施例揭示一種掃描電子顯微鏡(SEM)裝置。在一項闡釋性實施例中，SEM裝置包含經組態以產生一電子束之一電子束源。在另一闡釋性實施例中，SEM裝置包含經組態以固定一樣本及一薄膜之一樣本載物台，其中薄膜被安置在樣本上方且一經選擇氣體依一經選擇壓力容納在薄膜與光罩之間之體積內。在另一闡釋性實施例中，SEM裝置包含一電子-光學柱，該電子-光學柱包含一組電子-光學元件以將電子束之至少一部分引導穿過薄膜且至樣本之一部分上。在另一闡釋性實施例中，經選擇氣體放大從樣本之表面放射之電子。
根據本發明之一或多個實施例揭示一種用於經由一薄膜使一樣本成像之方法。在一項闡釋性實施例中，該方法包含產生一電子束。在另一闡釋性實施例中，該方法包含引導電子束穿過一薄膜至一樣本之一表面上。在另一闡釋性實施例中，該方法包含偵測從樣本之表面散射之反向散射電子、從樣本之表面發射之二次電子或藉由薄膜與樣本之間之一加壓氣體內之電子-氣體交互作用發射的光子之至少一者。
應瞭解，上文概述及下文詳細描述兩者皆僅為例示性及說明性的，且未必限制於如主張之本發明。被併入說明書且構成說明書之一部分之隨附圖式圖解說明本發明之實施例，且與概述一起用來說明本發明之原理。
100‧‧‧系統
102‧‧‧電子束源
104‧‧‧電子束
106‧‧‧電子-光學柱
108‧‧‧薄膜
110‧‧‧光罩
111‧‧‧樣本載物台
112‧‧‧反向散射電子偵測器總成
113‧‧‧框
113a‧‧‧元件
113b‧‧‧元件
113c‧‧‧元件
113d‧‧‧元件
114‧‧‧聚光透鏡
115‧‧‧物鏡
116‧‧‧電子束掃描元件
118‧‧‧偏壓控制電路
122‧‧‧二次電子偵測器總成
123‧‧‧反向散射電子
125‧‧‧二次電子
126‧‧‧電子收集器
127‧‧‧偵測器元件
129‧‧‧氣體放大級聯電子
131‧‧‧電流放大器
132‧‧‧控制器
133‧‧‧電流放大器
134‧‧‧光偵測器
136‧‧‧加壓氣體介質
137‧‧‧光子
200‧‧‧程序流程/方法
202‧‧‧第一步驟
204‧‧‧第二步驟
206‧‧‧第三步驟
熟習此項技術者藉由參考隨附圖式可更好地理解本發明之眾多優點，其中：圖1A係根據本發明之一實施例之用於經由收集反向散射電子而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1B係根據本發明之一實施例之一反向散射電子偵測器之一俯視圖。
圖1C係根據本發明之一實施例之一反向散射電子四分偵測器之一俯視圖。
圖1D係根據本發明之一實施例之用於經由收集反向散射電子而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1E係根據本發明之一實施例之用於經由運用一埃弗哈特-索恩利二次電子偵測器收集二次電子而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1F係根據本發明之一實施例之用於經由運用一柱內二次電子 偵測器收集二次電子而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1G係根據本發明之一實施例之用於經由量測薄膜或光罩中藉由該薄膜或光罩吸收反向散射電子引起之電流而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1H係根據本發明之一實施例之用於經由量測薄膜或光罩中藉由該薄膜或光罩吸收二次電子引起之電流而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1I係根據本發明之一實施例之用於經由量測由薄膜吸收之氣體級聯放大二次電子或量測離開光罩之氣體級聯二次電子而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖1J係根據本發明之一實施例之用於經由量測由薄膜吸收之氣體級聯放大二次電子、量測離開光罩之氣體級聯二次電子或收集由一加壓氣體介質中之電子-氣體交互作用產生之光子而經由一保護薄膜使一光罩成像之一系統之一高階示意圖。
圖2係圖解說明根據本發明之一實施例之用於經由一保護薄膜使一光罩之一或多個部分成像之一方法之一程序流程圖。
現將詳細參考所揭示之標的，其在隨附圖式中進行圖解說明。大致參考圖1A至圖1K，根據本發明描述一種用於使一光罩成像之系統及方法。本發明之實施例係關於一種能夠經由經定位以保護下層光罩之一薄膜使一光罩成像之掃描電子顯微鏡(SEM)系統。本發明之實施例係關於收集從光罩之表面散射且經透射穿過薄膜之反向散射電子。本發明之額外實施例係關於收集由光罩發射且經透射穿過薄膜之二次電子。本發明之額外實施例係關於收集由藉由一加壓氣體介質放大初始「弱」二次電子產生之二次電子及/或收集由加壓氣體介質內 之氣體-電子交互作用產生之光子。
系統100可用來檢測及/或檢視掃描電子顯微鏡技術中已知之任何樣本。例如，樣本可包含此項技術中已知之任何光罩，諸如但不限於EUV多層(ML)光罩或一X射線光罩。例如，一EUV ML光罩可包含但不限於一Mo/Si多層反射式遮罩。
應注意，雖然在光罩檢測/檢視背景內容中論述本發明之系統及方法，但此不應被解釋為對本發明之範疇之一限制。本文中應暸解，本發明之實施例可擴展至經由任何類型之保護元件(諸如但不限於一薄膜)使任何類型之樣本成像。例如，本發明之實施例可經調適以對藉由一薄膜、隔膜或膜保護之一晶圓(例如，半導體晶圓)執行檢測及/或缺陷檢視。
本發明之實施例可使用從收集之反向散射電子、二次電子及/或光子聚集之資訊而經由一上覆薄膜使一光罩之一或多個部分成像。基於光罩之表面之成像，本發明之實施例可識別存在於光罩之表面上之缺陷。就EUV ML遮罩而言，此等缺陷包含但不限於相位缺陷、吸收體型樣缺陷及薄霧形成。主要由在基板之ML沈積期間於基板上包含缺陷而引起ML相位缺陷。由於在EUV微影中利用之13.5nm之短波長，故甚至ML遮罩上之幾奈米高度差亦可引起一可列印相位缺陷。通常由銨鹽(例如，硫酸銨、硝酸銨、磷酸銨、草酸銨)、有機物及矽氧烷膜生長引起薄霧形成。薄霧形成在光罩上之優先位點處發生且往往依據材料及結構。
本發明之實施例利用一導電薄膜及/或一導電光罩作為系統100之電子光學元件，其藉由將電荷施覆於薄膜及/或光罩而輔助缺陷檢視。藉由在薄膜上建立一負電荷，可建立一減速場，該減速場使主束電子在碰撞於光罩表面上之前減速。另外，薄膜可帶正電荷以使由光罩之表面發射之二次電子加速。此外，可控制光罩上之電荷，以便控 制入射在光罩上之電子之著靶能。本文中進一步更詳細地論述此等特徵。
圖1A至圖1D圖解說明根據本發明之一實施例之經配置用於經由收集反向散射電子使由一薄膜保護之一光罩成像之系統100。
在一項實施例中，系統100包含一電子束源102，其用於產生一或多個電子束104。電子束源102可包含此項技術中已知之任何電子源。例如，電子束源102可包含但不限於一或多個電子槍。例如，電子束源102可包含一單一電子槍，該單一電子槍用於產生一單一電子束104。在另一實例中，電子束源102可包含多個電子槍，該等電子槍用於產生多個電子束104。例如，由電子束源102形成之電子束之能量可介於1kV與20kV之間。應注意，束104之能量並不限於1至20kV，其僅出於闡釋性目的提供。本文中應暸解，主束104之能量可達到200kV。
在另一實施例中，系統100包含一樣本載物台111。該樣本載物台111固定光罩110及薄膜108。應注意，薄膜108被安置在光罩110上方。在一項實施例中，運用框113將薄膜108固定在光罩110上方。如本文中進一步論述，薄膜108及光罩110可彼此(及與系統之其餘部分)電隔離，從而允許薄膜108及光罩110相對於彼此的偏壓。應注意，如貫穿本發明使用之術語「上方」及「下方」僅出於簡易之目的使用，且並非意在解釋為對本發明之一限制。
在另一實施例中，樣本載物台111係一可致動載物台。例如，樣本載物台111可包含但不限於適於沿著一或多個線性方向(例如，x方向、y方向及/或z方向)可選擇地平移光罩110之一或多個平移載物台。藉由另一實例，樣本載物台111可包含但不限於適於沿著一旋轉方向可選擇地旋轉光罩110之一或多個旋轉載物台。藉由另一實例，樣本載物台111可包含但不限於適於沿著一線性方向可選擇地平移樣本及/ 或沿著一旋轉方向旋轉光罩110之一旋轉載物台及一平移載物台。
在另一實施例中，系統100包含一電子-光學柱106。該電子-光學柱106可包含一組電子-光學元件。該組電子-光學元件可將電子束104之至少一部分引導穿過薄膜108且至光罩110之一經選擇部分上。電子-光學柱106之該組電子-光學元件可包含此項技術中已知適於將電子束104聚焦及/或引導穿過薄膜108且至光罩110之一經選擇部分上之任何電子-光學元件。在一項實施例中，該組電子-光學元件包含一或多個電子-光學透鏡。例如，電子-光學透鏡可包含但不限於一或多個聚光透鏡114，該一或多個聚光透鏡114用於收集來自電子束源102之電子。藉由另一實例，電子-光學透鏡可包含但不限於一或多個物鏡115，該一或多個物鏡115用於將電子束104聚焦至光罩110之一經選擇區域上。
出於簡易之目的，在圖1A中描繪一單一電子-光學柱106。本文中應注意，此組態不應被解釋為對本發明之一限制。例如，系統100可包含多個電子-光學柱106。
在另一實施例中，電子-光學柱106之該組電子-光學元件包含一或多個電子束掃描元件116。例如，一或多個電子束掃描元件116可包含但不限於適於相對於光罩110之表面控制束104之一位置之一或多個電磁掃描線圈或靜電偏轉器。在此點上，一或多個掃描元件116可用來依一經選擇型樣跨光罩110掃描電子束104。
在另一實施例中，系統100包含一反向散射電子偵測器總成112。該反向散射電子偵測器總成112可包含此項技術中已知能夠偵測反向散射電子之任何偵測器技術。例如，反向散射電子偵測器總成112可被定位在電子-光學柱106下方及薄膜108上方。在一項實施例中，如圖1B中所展示，偵測器總成112可包含一單一環形反向散射電子偵測器。在另一實施例中，如圖1C中所展示，偵測器總成112可包含一多 元件環形反向散射電子偵測器。例如，如圖1C中所展示，偵測器總成112包含但不限於包含元件113a至113d之一反向散射電子四分陣列。應注意，一反向散射電子偵測器(例如，圖1C中之四分偵測器)之陣列之使用允許判定光罩110之表面構形及/或組合物。
應注意，反向散射電子偵測器總成112可包含此項技術中已知之任何類型之反向散射電子偵測器。在一項實施例中，反向散射電子可使用一埃弗哈特-索恩利偵測器(或其他類型之基於閃爍物之偵測器)進行收集並成像。在另一實施例中，反向散射電子可使用一微通道板(MCP)進行收集並成像。在另一實施例中，反向散射電子可使用PIN或p-n接面偵測器(諸如一二極體或一二極體陣列)進行收集並成像。在另一實施例中，反向散射電子可使用一或多個雪崩光電二極體(APD)進行收集並成像。
本文中應注意，系統100可在此項技術中已知之任何掃描模式中操作。例如，系統100可在跨光罩110之表面掃描一電子束104時在一刈幅模式中操作。在此點上，系統100可在樣本正移動的同時跨光罩110掃描一電子束104，其中掃描方向標稱地垂直於樣本運動方向。藉由另一實例，系統100可在跨光罩110之表面掃描一電子束104時在一步進掃描模式中操作。在此點上，系統100可跨光罩110掃描一電子束104，該光罩110在束104正被掃描時標稱地固定。
系統100可使用來自電子束源102之一高束能量電子束104以從一光罩提取表面缺陷資料，該電子束104穿透薄膜108且繼續至光罩110之表面。此等電子將與光罩材料之核心彈性碰撞且從光罩110之表面反向散射。反向散射電子(BSE)信號依一給定分佈(例如，一餘弦分佈)從光罩110之表面之塊體內顯現。應注意，BSE成像可顯示與束能量及目標材料相關之一硬解析度限制。然而，從光罩表面內深處顯現之高能量反向散射電子信號可有足夠能量以橫貫薄膜108至定位在系 統100內別處之一偵測器總成112。
在另一實施例中，系統100之各種組件被安置在一真空腔(未展示)內。為避免光罩110之損壞或污染，用於系統100之所有真空系統組件、電與機械引線、連接器及電纜/電線總成皆由經核准材料構造。可證明在真空系統中有問題之材料包含但不限於Hg、Tl、Se、Te、Cd、Au、Ag、In、Zn、Sn、Pb、S、矽油與油脂及基於矽之黏著劑與環氧樹脂。另外，常用聚合物(塑膠)及彈性體材料(諸如但不限於氯丁橡膠、adaprene、胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯、聚酯、聚矽氧、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚烯烴及二硫化鉬(MoS2))應被避免或至少適當調節。任何問題材料應被圍封，故它們不釋氣、噴射微粒或與電子束不利地相互作用。
圖1E至圖1F圖解說明根據本發明之一額外實施例之經組態用於經由收集二次電子使藉由一薄膜保護之一光罩成像之系統100。本文中應注意，除非另外註明，否則本文中先前參考圖1A至圖1D描述之各種實例及實施例應經解釋以擴展至圖1E至圖1F之實施例。在一項實施例中，系統100包含一二次電子偵測器總成122。該二次電子偵測器總成122可包含此項技術中已知能夠偵測二次電子之任何偵測器技術。例如，如圖1E中所展示，二次電子偵測器總成122可包含但不限於一埃弗哈特-索恩利偵測器。例如，偵測器總成122可包含一電子收集器126(例如，二次電子收集器)，該電子收集器126可經加偏壓以收集由光罩110之表面發射之二次電子125。此外，偵測器總成122包含一偵測器元件127(例如，閃爍元件及PMT偵測器)，其用於偵測來自光罩表面之電子125。藉由另一實例，如圖1F中所展示，二次電子偵測器總成122可包含但不限於一柱內偵測器。例如，偵測器總成122可包含安置在電子-光學柱106內之一二次電子偵測器。藉由另一實例，二次電子偵測器可包含但不限於一多通道電子倍增器。藉由另一實 例，二次電子偵測器可包含但不限於一或多個PIN二極體或一或多個雪崩光電二極體(APD)。
在另一實施例中，建立介於薄膜108與光罩110之間之一減速電壓。在一項實施例中，藉由使光罩110相對於薄膜108負偏壓而建立減速電壓。例如，薄膜108可被接地，其中光罩110保持在一負電位。例如，如圖1E及圖1F中所展示，系統100包含偏壓控制電路118。該偏壓控制電路118可將薄膜108連接至接地，同時在光罩110上建立一負電位(例如，經由一電壓源)。在一項實施例中，偏壓控制電路118與樣本載物台111整合以建立介於樣本載物台111與薄膜108及/或光罩110之間之一或多個電連接，以便使薄膜108接地，同時提供一負電位至光罩110(例如，經由一電壓源)。
在一項實施例中，減速電壓用來使束104中之電子在撞擊光罩110之表面時減速。入射在光罩表面上之電子之減速增加系統100對較小表面細節之靈敏度。繼而，當由光罩110發射二次電子125時，運用足夠電壓使該等二次電子加速返回至薄膜108以穿透並橫貫薄膜108。接著，一旦二次電子從薄膜108顯現，它們即被偵測器總成112收集。
圖1G圖解說明根據本發明之一實施例之經組態用於經由收集反向散射電子及/或由藉由薄膜108或光罩110吸收電子產生之電流信號使光罩110成像之系統100。
在一項實施例中，量測在導電薄膜108中藉由由薄膜108吸收之反向散射電子123引發之電流。例如，系統100可包含耦合至薄膜108之一或多個電流放大器131，該一或多個電流放大器131用於放大來自該薄膜108之電流。在此點上，當跨光罩110(且穿過薄膜108)掃描主束104時，控制器132可經由放大器131暫存來自薄膜108之一經放大輸出電流。繼而，控制器132可運用經量測電流使光罩110之表面之一或多個部分成像，該經量測電流藉由由薄膜108吸收反向散射電子123而 引發。
在另一實施例中，量測在導電光罩110中藉由由光罩110吸收之電子引發之電流。例如，系統100可包含耦合至光罩110之一或多個電流放大器133，該一或多個電流放大器133用於放大來自該光罩110之電流。在此點上，當跨光罩110掃描主束104時，控制器132可經由放大器133暫存來自光罩110之一經放大輸出電流。繼而，控制器132可運用經量測電流使光罩110之表面之一或多個部分成像，該經量測電流藉由由光罩110吸收電子(即，未由光罩散射之電子)引發。
在一項實施例中，系統100包含一控制器132。該控制器132可被通信地耦合至反向散射電子偵測器112及/或電流放大器131及/或電流放大器133之輸出。
在另一實施例中，控制器132可基於來自電流放大器131及/或133之經量測電流與來自一或多個反向散射電子偵測器112之經量測反向散射電子信號之一組合而形成光罩110之一或多個部分之一影像。在此點上，控制器132可依此項技術中已知之任何方式組合信號。例如，在校準電流及/或電子信號之後，控制器132可加上或減去該等信號以形成一複合信號。在此點上，可組合或減去經散射之反向散射信號及經吸收電子信號。
圖1H圖解說明根據本發明之一實施例之經組態用於經由收集二次電子及/或由藉由薄膜108吸收電子產生之電流信號或離開光罩110之電子使光罩110成像之系統100。
在一項實施例中，量測在導電薄膜108中藉由由薄膜108吸收之二次電子125引發之電流。例如，耦合至薄膜108之一或多個電流放大器131可放大來自薄膜108之電流。當跨光罩110掃描主束104時，控制器132可經由放大器131暫存來自薄膜108之一經放大輸出電流。繼而，控制器132可運用經量測電流使光罩110之表面之一或多個部分成 像，該經量測電流藉由由薄膜108吸收二次電子125引發。
在另一實施例中，量測在導電光罩110中歸因於離開該光罩110之二次電子而引發之電流。例如，耦合至光罩110之一或多個電流放大器133可放大來自光罩110之電流。當跨光罩110掃描主束104時，控制器132可經由放大器133暫存來自光罩110之一經放大輸出電流。繼而，控制器132可運用經量測電流使光罩110之表面之一或多個部分成像，該經量測電流因離開光罩110之二次電子125而引發。
在一項實施例中，系統100包含一控制器132。該控制器132可被通信地耦合至二次電子偵測器122及/或電流放大器131及/或電流放大器133之輸出。
在另一實施例中，控制器132可基於來自電流放大器131及/或133之經量測電流與來自一或多個二次電子偵測器122之經量測二次電子信號之一組合而形成光罩110之一或多個部分之一影像。在此點上，控制器132可依此項技術中已知之任何方式組合信號。例如，在校準電流及/或電子信號之後，控制器132可加上或減去該等信號以形成一複合信號。
在一項實施例中，控制器132包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器(未展示)，該等程式指令適於引起該一或多個處理器執行本發明中描述之一或多個步驟。在一項實施例中，控制器132之一或多個處理器可與容納程式指令之一載體介質(例如，非暫時性儲存介質(即，記憶體介質))通信，該等程式指令經組態以引起控制器132之一或多個處理器實行經由本發明描述之各種步驟。應暸解，可藉由一單一計算系統或替代地一多計算系統實行貫穿本發明描述之各種處理步驟。控制器132可包含但不限於一個人電腦系統、主機電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或此項技術中已知之任何其他器件。一般言之，術語「電腦系統」可經廣泛定義以涵蓋具有一或多個處理 器之任何器件，該一或多個處理器執行來自一記憶體介質之指令。此外，系統100之不同子系統可包含適於實行上文所描述步驟之至少一部分之一電腦系統或邏輯元件。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之一限制而僅為一說明。
圖1I至圖1J圖解說明根據本發明之一額外實施例之經組態用於經由收集由初始二次電子之氣體放大產生之一經放大電子信號而使藉由一薄膜保護之一光罩成像之系統100。應注意，最初由光罩110發射之二次電子可具有低電壓(例如，3eV至5eV)，且因此具有不足以被薄膜108吸收之能量。
在一項實施例中，運用薄膜108與光罩110之間之體積來維持一加壓氣體介質136。該加壓氣體介質136用來經由一電子級聯程序放大由光罩110之表面發射之弱的初始二次電子。在此點上，在主電子束104(例如，5至200kV之能量)碰撞在光罩110之表面上之後，光罩110發射初始二次電子。繼而，此等初始二次電子與加壓氣體介質相互作用(即，電子與氣體分子碰撞)且發射額外電子(及光子)。此程序在一級聯程序中重複，從而導致明顯大於初始二次電子信號之一二次電子信號。可達成10,000之一放大因數。加壓氣體136可包含適於維持電子之電離及級聯之任何氣體。另外，期望最小化存在於氣體介質136中之有機物之數量。加壓氣體可包含但不限於H2O、O2、H2、O3或N2。此外，氣體136可保持在介於0.1托與10托之間之一壓力。進一步應注意，藉由電子-氣體交互作用產生之電離介質可用作一清潔劑以清潔光罩110及/或維持光罩110之清潔。
在另一實施例中，建立介於薄膜108與光罩110之間之一加速電壓。在一項實施例中，藉由使薄膜相對於光罩110正偏壓而建立加速電壓。例如，光罩110可被接地，其中薄膜108保持在一正電位。例如，如圖1I及圖1J中所展示，偏壓控制電路118可將光罩110連接至接 地，同時在薄膜108上建立一正電位(例如，經由一電壓源)。偏壓控制電路118可與樣本載物台111整合以建立介於樣本載物台111與薄膜108及/或光罩110之間之一或多個電連接，以便使光罩110接地，同時提供一正電位至薄膜108。加速電壓用來使氣體放大級聯電子129朝向薄膜108加速，此引起薄膜108對氣體放大級聯電子129的更大吸收。
應注意，薄膜108可用適於在該薄膜108處產生一充足氣體放大級聯電子信號之任何電壓偏壓。例如，薄膜108可用介於+0.1V與1000V之間之一電壓偏壓。
在另一實施例中，量測在導電薄膜108中藉由氣體放大級聯電子129引發之電流。例如，系統100可包含耦合至薄膜108之一或多個電流放大器131，該一或多個電流放大器131用於放大來自薄膜108之電流。在此點上，當跨光罩110(且穿過薄膜108)掃描主束104時，控制器132可經由放大器131暫存來自薄膜108之一經放大輸出電流。繼而，控制器132可運用經量測電流使光罩110之表面之一或多個部分成像，該經量測電流藉由由薄膜108吸收氣體放大級聯電子而引發。
在另一實施例中，量測在導電光罩中歸因於離開光罩110之氣體放大級聯電子129而引發之電流。例如，系統100可包含耦合至光罩110之一或多個電流放大器133，該一或多個電流放大器133用於放大來自光罩110之電流。在此點上，當跨光罩110掃描主束104時，控制器132可經由放大器133暫存來自光罩110之一經放大輸出電流。繼而，控制器132可運用經量測電流使光罩110之表面之一或多個部分成像，其係在氣體放大級聯電子離開光罩110時。
在另一實施例中，如圖1J中所展示，系統100包含一或多個光偵測器134。該一或多個光偵測器134經放置以收集從氣體介質136發射之光子，其由電子-氣體交互作用產生。例如，一或多個光偵測器134可包含但不限於一光電倍增管或一雪崩光電偵測器。在另一實施例 中，控制器132被通信地耦合至一或多個光偵測器134且經組態以接收指示來自該一或多個光偵測器134之經量測光子信號之一或多個信號。繼而，控制器132可使用來自一或多個光偵測器之所接收光子信號使光罩110之表面之一或多個部分成像。
在另一實施例中，控制器132可基於來自電流放大器131及/或133之經量測電流與來自一或多個光偵測器134之經量測光子信號之一組合而形成光罩110之一或多個部分之一影像。在此點上，控制器132可依此項技術中已知之任何方式組合信號。例如，在校準電流及/或光信號之後，控制器132可加上或減去該等信號以形成一複合信號。
使用一氣體介質來增強SEM偵測大致描述於在1991年2月12日發佈之Danilatos的美國專利第4,992,662號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。使用一氣體介質來增強SEM偵測亦描述於在1994年11月8日發佈之Knowles等人的美國專利第5,362,964號中，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
可如本文中描述般進一步組態圖1A至圖1J中圖解說明之系統100之實施例。另外，系統100可經組態以執行本文中所描述方法實施例之任意者之任何其他步驟。
圖2係圖解說明在用於經由一保護薄膜使一樣本成像之一方法中執行之步驟之一流程圖。應暸解，可經由系統100之一或多個實施例實行程序流程200之步驟。然而，熟習此項技術者應暸解，系統100不應被解釋為對程序200之一限制，此係因為預期各種系統組態可實行程序流程200。
在一第一步驟202中，產生一電子束。例如，如圖1A中所展示，可使用一電子束源102來產生一電子束104。
在一第二步驟204中，電子束被引導穿過一薄膜至一樣本之一表面上。例如，如圖1A至圖1J中所展示，電子-光學柱106之電子-光學 元件將束104引導穿過薄膜108且至樣本(諸如但不限於光罩110)之表面上。
在一第三步驟206中，偵測穿過薄膜108透射返回之反向散射電子、二次電子及/或光子。例如，如圖1A中所展示，反向散射電子123可從光罩110之表面散射且橫貫薄膜108。在反向散射電子123經透射穿過薄膜108之後，一或多個反向散射電子偵測器112可收集反向散射電子。控制器132可使用經收集反向散射電子信號來使光罩110之表面之一或多個部分成像。
藉由另一實例，如圖1E中所展示，二次電子125可從光罩110之表面發射且橫貫薄膜108。在二次電子125經透射穿過薄膜108之後，一或多個二次電子偵測器122可收集二次電子125。控制器132可使用經收集二次電子信號來使光罩110之表面之一或多個部分成像。
藉由另一實例，如圖1I及圖1J中所展示，初始「弱」二次電子可從光罩110之表面發射且藉由加壓氣體介質136放大/倍增。接著，藉由氣體放大產生之電子可碰撞薄膜108或被光罩110自身吸收。在藉由氣體放大產生之電子135被薄膜108吸收及/或由光罩110發射之後，量測電流(例如，經由電流放大器131及/或133及控制器132)。控制器132可使用與由薄膜108吸收之電子及/或離開光罩110之電子相關聯之經量測電流來使光罩110之表面之一或多個部分成像。
藉由另一實例，如圖1J中所展示，可能因電子-氣體交互作用而從氣體介質136發射光子137。在藉由電子-氣體交互作用產生之光子137經透射穿過光學透明薄膜108之後，一或多個光偵測器134(例如，一或多個光電倍增管)可收集光子137。控制器132可使用經收集光子信號來使光罩110之表面之一或多個部分成像。
進一步應注意，方法200及系統100可使用本文中描述之各種偵測模式之任何組合來使樣本成像。例如，就氣體放大而言，控制器 132可基於來自電流放大器131及/或133之經量測電流信號與來自一或多個光偵測器134之經量測光子信號之一組合而形成光罩110之一或多個部分之一影像。在此點上，控制器132可依此項技術中已知之任何方式組合信號。例如，在校準電流及/或光信號之後，控制器132可加上或減去該等信號以形成一複合信號。進一步應注意，來自放大器131及/或放大器133之經量測電流信號亦可與來自反向散射電子偵測器112(見圖1G)之反向散射電子量測及/或來自二次電子偵測器122(見圖1H)之二次電子量測組合。
本文中描述之所有方法可包含將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存在一儲存介質中。結果可包含本文中所描述結果之任意者且可依此項技術中已知之任何方式儲存。儲存介質可包含本文中描述之任何儲存介質或此項技術中已知之任何其他適當儲存介質。在結果已儲存之後，該等結果可在儲存介質中存取且由本文中所描述方法或系統實施例之任意者使用、格式化供顯示給一使用者、由另一軟體模組、方法或系統使用等等。此外，結果可被「永久」、「半永久」、暫時儲存或儲存達某段時間。例如，儲存介質可為隨機存取記憶體(RAM)，且結果可能未必在該儲存介質中無限期地持續。
熟習此項技術者將暸解，最新技術已發展至其中在系統之態樣之硬體與軟體實施方案之間剩下較小差別的程度；硬體或軟體之使用大致(但非始終，即在特定內容背景中，硬體與軟體之間之選擇可變得明顯)係表示成本對效率權衡之一設計選擇。熟習此項技術者將瞭解，存在可藉由其等實現本文中描述之程序及/或系統及/或其他技術的各種工具(例如，硬體、軟體及/或韌體)，且較佳工具將隨部署程序及/或系統及/或其他技術之內容背景變化。例如，若一實施者判定速度及精確性極為重要，則該實施者可選擇一主要硬體及/或韌體工具；替代地，若靈活性極為重要，則實施者可選擇一主要軟體實施方 案；或，再次替代地，實施者可選擇硬體、軟體及/或韌體之一些組合。因此，存在可藉由其等實現本文中描述之程序及/或器件及/或其他技術的數個可行工具，無工具固有地優於另一工具，即待利用之任何工具係取決於將部署工具之內容背景及實施者之特別關注(例如，速度、靈活性或可預測性)(其之任意者可變化)之一選擇。熟習此項技術者將暸解，實施方案之光學態樣將通常採用光學定向之硬體、軟體及或韌體。
熟習此項技術者將暸解，在此項技術內依本文中闡述之方式描述器件及/或程序，且其後使用工程實踐來將此等所描述器件及/或程序整合至資料處理系統中係常見的。即，本文中描述之器件及/或程序之至少一部分可經由一合理數量之實驗整合至一資料處理系統中。熟習此項技術者將暸解，一典型資料處理系統大致包含一系統單元殼體、一視訊顯示器件、一記憶體(諸如揮發性及非揮發性記憶體)、處理器(諸如微處理器及數位信號處理器)、計算實體(諸如操作系統、驅動器、圖形使用者介面及應用程式)、一或多個交互作用器件(諸如一觸控板或螢幕)及/或包含回饋迴路及控制馬達(例如，用於感測位置及/或速度之回饋；用於移動及/或調整組件及/或數量之控制馬達)之控制系統之一或多者。可利用任何適當市售組件(諸如通常在資料計算/通信及/或網路計算/通信系統中發現之組件)來實施一典型資料處理系統。
據信將藉由上文描述理解本發明及許多其隨附優勢，且將明白可在組件之形式、構造及配置上作出各種改變，而不背離所揭示之標的或不犧牲所有其關鍵優勢。所描述形式僅係說明性的，且下列申請專利範圍之意圖係涵蓋且包含此等改變。

Claims (26)

  1. 一種掃描電子顯微鏡裝置，其包括：一電子束源，其經組態以產生一電子束；一樣本載物台，其經組態以固定一樣本及一薄膜，其中該薄膜被安置在該樣本上方，且該樣本相對於該薄膜係負偏壓；一電子-光學柱(electron-optical)，其包含一組電子-光學元件以將該電子束之至少一部分引導穿過該薄膜且至該樣本之一部分上；及一偵測器總成，其被定位在該薄膜上方且經組態以偵測從該樣本之表面放射之電子。
  2. 如請求項1之裝置，其中該電子束源包括：一或多個電子槍。
  3. 如請求項1之裝置，其中該樣本包括：一光罩。
  4. 如請求項3之裝置，其中該樣本包括：一極紫外光罩或一X射線光罩之至少一者。
  5. 如請求項1之裝置，其中該薄膜或樣本之至少一者係導電的。
  6. 如請求項1之裝置，其中該偵測器總成包括：一或多個反向散射電子偵測器。
  7. 如請求項6之裝置，其中該偵測器總成包括：一反向散射電子偵測器陣列。
  8. 如請求項1之裝置，其中該偵測器總成包括：一或多個二次電子偵測器。
  9. 如請求項8之裝置，其中該偵測器總成包括：一埃弗哈特-索恩利二次電子偵測器。
  10. 如請求項8之裝置，其中該偵測器總成包括：一二次電子偵測器，其被安置在該電子-光學柱內。
  11. 如請求項8之裝置，其中該偵測器總成包括：一多通道電子倍增器偵測器。
  12. 如請求項1之裝置，其進一步包括：偏壓控制電路，以控制該薄膜或該樣本之至少一者上之電位。
  13. 如請求項12之裝置，其中該偏壓控制電路相對於該薄膜而在該樣本上建立該負偏壓。
  14. 如請求項12之裝置，其中該偏壓控制電路與該樣本載物台整合以建立介於該樣本載物台與該薄膜或該樣本之至少一者之間之一或多個電連接，以便使該薄膜或該樣本之至少一者接地。
  15. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一控制器，其通信地耦合至該偵測器總成且經組態以基於來自該偵測器總成之一或多個信號而形成該樣本之該表面之一或多個影像。
  16. 一種掃描電子顯微鏡裝置，其包括：一電子束源，其經組態以產生一電子束；一樣本載物台，其經組態以固定一樣本及一薄膜，其中該薄膜被安置在該樣本上方，其中一經選擇氣體依一經選擇壓力容納在該薄膜與該樣本之間之體積內；及一電子-光學柱，其包含一組電子-光學元件以將該電子束之至少一部分引導穿過該薄膜且至該樣本之一部分上，其中該經選擇氣體放大從該樣本之表面放射之電子。
  17. 如請求項16之裝置，其中該經選擇氣體包括：H2O、O2、H2、O3或N2之至少一者。
  18. 如請求項16之裝置，其中該經選擇壓力係介於0.1托至10托之間。
  19. 如請求項16之裝置，其進一步包括：偏壓控制電路，以控制該薄膜或該樣本之至少一者上之電位。
  20. 如請求項19之裝置，其中該偏壓控制電路相對於該樣本而在該薄膜上建立一正偏壓。
  21. 如請求項19之裝置，其中該偏壓控制電路與該樣本載物台整合以建立介於該樣本載物台與該薄膜或該樣本之至少一者之間之一或多個電連接，以便使該薄膜或該樣本之至少一者接地。
  22. 如請求項16之裝置，其進一步包括：一控制器，其電耦合至該薄膜或該樣本之至少一者且經組態以從該薄膜或該樣本之至少一者接收一電流輸出(current output)，該電流輸出代表由該薄膜或該樣本之至少一者吸收之該等電子。
  23. 如請求項22之裝置，其進一步包括：一或多個光偵測器，其被安置在該薄膜上方且經組態以偵測從容納在該薄膜與該光罩之間之該體積內之該氣體發射的光子。
  24. 如請求項23之裝置，其中該控制器經組態以從該一或多個光偵測器接收一或多個信號，該一或多個信號指示來自容納在該薄膜與該光罩之間之該體積內之該氣體之經偵測之該等光子。
  25. 如請求項24之裝置，其中該控制器經組態以基於來自該薄膜或該樣本之至少一者之所接收之該電流輸出或來自該一或多個光偵測器之所接收之該一或多個信號之至少一者而使該樣本之一或多個部分成像。
  26. 一種用於經由一薄膜使一樣本成像之方法，其包括：產生一電子束；將該電子束引導穿過一薄膜至一樣本之一表面上，其中該樣本相對於該薄膜係負偏壓；及偵測從該樣本之該表面散射之反向散射電子、從該樣本之該表面發射之二次電子或藉由該薄膜與該樣本之間之一加壓氣體內之電子-氣體交互作用而發射之光子之至少一者。
TW105103590A 2015-02-03 2016-02-03 掃描電子顯微鏡裝置及用於經由一薄膜之一光罩的成像之方法 TWI662582B (zh)

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