電子顯微鏡中的可變速率掃描的制作方法

專利名稱：電子顯微鏡中的可變速率掃描的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及表面的成像，尤其涉及由帶電粒子束照射的表面的成像。
背景技術：
一種用于對表面成像，特別是對半導體晶片表面成像的標準方法是，在電 子顯微鏡中用電子束照射所述表面。收集來自所述表面的二次電子，并可以將 其用于形成所述被照射表面的圖像。通常，為了對所述晶片的完整表面成像， 橫貫所述表面掃描所述電子束，并與所述掃描束方向正交地移動所述表面。
在工業設置中，減少用于形成所述圖像的時間是有益的。為此，通常將所 述電子束掃描速率和所述表面的移動都設置得盡可能的快。
授予Berrian等人的美國專利4,922,106描述了一種離子束掃描系統，這里 將其公開作為參考文獻。據稱所述系統能夠在目標物體上獲得選定束電流。
授予Proksch等人的美國專利申請2007/0176101描述了在掃描探針設備中 改變掃描速率，這里將其公開作為參考文獻。
授予Hasegawa等人的美國專利申請2007/0272857描述了一種據稱能夠允 許用戶直觀分析諸如檢査速度的條件的掃描電子顯微鏡，這里將其公開作為參 考文獻。

發明內容
在本發明的實施例中，將表面，通常是半導體晶片的表面，在掃描帶電粒 子束顯微鏡中成像。為了將所述表面成像，最初將所述表面上的區域劃分成具 有兩個或更多個不同的關注級別。這里，假定有兩種類型的區域，第一類型具 有高關注級別，而第二類型具有低關注級別。以第一低掃描速率掃描所述高關 注區域，以便產生高分辨率圖像，而且以第二較快掃描速率掃描所述低關注區 域，以便產生低分辨率圖像。將所述表面描繪成具有高和低關注級別的區域， 并且以不同分辨率成像所述區域，允許不犧牲高關注區域的分辨率而將所述完整表面成像。
通常，沿一維線掃描所述帶電粒子束，并與所述一維正交地移動所述表面， 以使由所述顯微鏡執行的所述掃描是以沿所述表面的具有由所述表面的所述 移動確定的方向的柱的鋸齒掃描形式。在一個實施例中，所述高關注區域通常 包括多組平行線，諸如在所述表面上的多組導電連接線。可以將所述鋸齒掃描 的所述柱排列在與所述多組平行線的方向相同的方向上，以使一個柱包括至少 一個高關注區域和一個或更多個低關注區域。通常，存在由低關注區域分隔或 與之交錯相鄰的多個高關注區域。當對所述低關注區域的片段成像時將所述一 維掃描速率設置成快速，而當對所述高關注線的片段成像時將其設置成慢速。
在替代實施例中，在二維面積之上掃描所述帶電粒子束。通常所述掃描是 以在所述面積之上的光柵掃描形式，并且包含成像周期和非成像周期。后者， 在所述光柵掃描情況中，對應于垂直回掃周期。相對于所述面積移動所述表面， 以使在所述成像周期期間對所述表面的第一區域成像而且對所述表面的分隔 第一區域或與所述第一區域交錯的第二區域根本不成像。所述第一和第二區域 形成具有由所述表面相對于所述面積的移動限定的方向的柱。
通常將所述第一區域設置成高關注區域，通常將所述第二區域設置成低關 注區域。對于具有平行線形式的高關注區域的表面，諸如由諸如絕緣區域的低 關注區域分隔的導線，可以將所述表面定向以使所述移動與所述平行線正交。 可以調整所述二維掃描的參數和所述表面的移動速率以使將所述導線成像而 且對所述絕緣區域根本不成像。
僅對所述表面的確定面積成像，而對其它面積不成像，明顯降低對所述完 整表面的所需區域進行有效成像需要的時間。
從下面的實施例的詳細描述，結合附圖，將更加充分地理解本發明，下面 給出附圖的簡要描述。


圖1是根據本發明的實施例的帶電粒子束聚焦系統的示意圖； 圖2是根據本發明的實施例的晶片表面的示意圖3是根據本發明的實施例的用于檢査晶片表面的掃描工藝的流程圖； 圖4示出根據本發明的實施例的對應圖3的掃描工藝的曲線8圖5是根據本發明的替代實施例的晶片表面的片段的示意圖6是根據本發明的替代實施例的帶電粒子束聚焦系統的示意圖7是根據本發明的實施例，在圖6的系統的窗口中束斑45沿行的路徑 的示意圖8是根據本發明的實施例的示出用于對晶片成像的方法的示意圖。
具體實施例方式
現在參考圖1，其是根據本發明的實施例的帶電粒子束聚焦系統10的示 意圖。系統10包括帶電粒子束照射模塊22，作為舉例，假定模塊22從帶電 粒子槍12的開口 44產生單一初始帶電粒子束41。然而，不能將本發明的范 圍限制在單一帶電粒子束的產生，從而模塊22可設置成產生多個束。
而且，不能將本發明的范圍限制在聚焦特定類型的帶電粒子，而是基本包 括全部類型的帶電粒子，包括電子和諸如鎵或其它金屬離子的離子。作為舉例， 此后的描述假定所述初始帶電粒子束包含電子。
模塊22包含一個或更多個照明透鏡14、束分流器16和物鏡(物鏡透鏡) 18，所述透鏡作為聚焦元件。雖然所述一個或更多個透鏡14和/或所述束分流 器16也可以整合其它類型操作，諸如靜電操作，但是所述透鏡14和束分流器 16通常是磁性操作。
束41沿行穿過模塊22的照射路徑42，并沿軸48到達晶片39的表面38, 軸48通常與所述表面正交。圖2更加詳細地示出晶片39的表面。將晶片39 安裝在可動鏡臺36上，假定鏡臺36能夠與三個正交軸x、 y和z平行地平移 所述晶片，并且假定xy平面是水平的。所述一個或更多個照明透鏡14、束分 流器16和物鏡18使束41在表面38上形成開口 44的聚焦圖像45,此后也稱 為束斑45。如圖2所示，晶片39包含多個基本相似的裸片49,所述裸片具有 基本一致的輪廓。這里假定所述裸片是具有與所述x和y軸平行的側邊的矩形裸片。
束斑45產生反射、二次和/或反向散射電子作為電子的二次帶電粒子束 35，該二次帶電粒子束35穿過物鏡18和束分流器16。來自束斑45的所述二 次束沿行成像路徑46，經由成像透鏡24到達電子檢測器28。電子檢測器28， 通常是包含閃爍晶體或粒狀閃爍粉末的熒光屏，將電子的二次束35轉換成光輻射，所述光輻射由諸如電荷耦合檢測器(CCD)陣列的成像器30成像。通 常將檢測器28和成像器30組合成一個部件，并且作為所述二次束的成像檢測 器31，產生表示所述束電流的信號。替代地，成像檢測器31可以包含不轉換 成光線而直接檢測二次束35的雪崩光電二極管陣列。透鏡18和24、束分流 器16和成像檢測器31構成系統10的成像模塊47。將由成像模塊47產生的 信號傳送到藕接至存儲器33的處理器32。
將處理器32藕接到槍12、透鏡14、束分流器16、物鏡18、成像透鏡24 和成像檢測器31，以便控制它們的操作和束斑45的聚焦，并且還作為系統IO 的整體控制器。
通常，處理器32在x方向上橫貫裸片49掃描束斑45，同時所述處理器 還通過平移鏡臺36在y方向上移動所述晶片。如下面更詳細解釋的，在對表 面38成像的期間，所述束斑以不同的基本固定的掃描速率在一個x方向上移 動，假定為正x方向。因此，如插圖43所示，在成像階段所述束斑從初始x 值Xi掃描到最終x值xf。軸48與表面38的交點到&和Xf近似等距離。在所 述最終x值處，所述處理器在水平回掃階段內以高速率使所述束斑返回到其初 始x值。在所述回掃階段期間，所述處理器將所述照射模塊設定成阻止所述束 斑沖擊表面38，以使所述水平回掃階段是非成像階段。
由此，處理器32在所述初始和最終x值之間沿一維線平移束斑45。所述 束斑的組合線性x掃描運動，以及所述晶片在所述y方向上的移動，意謂著以 鋸齒方式掃描表面38。由所述束斑平移的所述一維線的有效寬度對應像素的 尺寸，如下面關于裝置410詳細描述的。
此后假定處理器32通過用戶界面40從所述系統的操作員接收操作參數， 所述用戶界面能夠使所述操作員調整上述系統元件以及下面描述的系統10的 其它元件的設置。處理器32還藕接到位置控制器34并操作位置控制器34。 遵照所述處理器的命令，控制器34能夠在垂直方向上調整鏡臺36。
從所述二次束電流測量產生的圖像的分辨率是束斑45的掃描速率的函 數。當所述掃描速率提高時，所述圖像的分辨率降低。相反，當所述掃描速率 降低時，所述圖像分辨率提高。換句話說，當在所述表面上的所述掃描速率降 低時，可以將所述表面的給定區域劃分成的像素數量增加。
圖2是根據本發明的實施例的晶片39的表面38的示意圖。插圖52更加
10詳細地示出一個裸片49的片段54，并且在下面，參考圖3和圖4，給出了用 于掃描片段54的一部分的描述。片段54包含不同類型的區域，假定每個不同 類型區域產生具有不同束電流的二次束35。通常存在許多這種不同區域，由 晶片39的一個或更多個具有導電、半導電和/或絕緣性能的水平層形成。另外， 可以進一步區分這些層中的每一個。例如，導電層可以由不同金屬或具有不同 尺寸的相同類型金屬形成，半導電層可以具有不同類型的摻雜和/或不同尺寸， 而絕緣層可以由不同絕緣體或具有不同尺寸的相同絕緣體形成。另外，表面 38的任何特定區域可以包含具有不同幾何排列的一個或更多層。例如，第一 區域可以由覆蓋摻雜半導體的第一金屬形成，其中所述摻雜半導體依次序覆蓋 第二金屬，第二區域可以由覆蓋絕緣體的金屬形成，且第三區域由被絕緣體從 第二金屬分隔的第一金屬形成，所述三個元件在相同水平處。
在此后描述的示范實施例中，在這里假定，將片段54描繪在其中的區域 包含高關注區域56和低關注區域58。假定高關注區域56包括覆蓋未處理的 半導電襯底62的金屬線導體60。假定所述高關注區域還包括所述未處理襯底 的臨近所述導體邊緣的并在每個側邊上的邊緣部分64。假定低關注區域58包 括所述未處理襯底的在所述高關注區域的每個側邊上的片段66。能夠使所述 線導體被包括在高關注區域中的所述線導體典型性質可以是所述線導體的邊 緣的粗糙度、所述導體的表面特征的變化、所述導體的寬度(在邊緣之間)的 變化、和/或所述導體的厚度的變化。
假定排列晶片39以使導體60與裝置10的y軸平行、并且使所述導體的
第一邊緣具有名義X值X2且所述導體的第二邊緣具有名義x值x3。以如上所 述的鋸齒形式掃描所述晶片，并且假定所述鋸齒掃描具有初始X值X()和最終x 值Xs。
高關注區域56包含由下式確定的名義面積(nominal area):
""4} (1) 在所述高關注區域中包括名義上在由Ux，y)lx,x々3)確定的區域中的導 體60。
低關注區域58包含由下式確定的名義面積
{(x，>0|a:0 < jc < ^^:4 < x < jc5 } (2)
式(1)和式(2)將所述鋸齒掃描繪成低和高關注區域。如下面參考流程圖100更加詳細描述的，掃描所述兩個區域以形成高關注區域56的高分辨率 圖像并且形成低關注區域58的低分辨率圖像。
圖3是根據本發明的實施例的用于檢査晶片表面的掃描工藝的流程圖 100，圖4示出根據本發明的實施例的對應所述掃描工藝的曲線圖。相對于上 述裸片49的片段54描述所述掃描工藝。
在初始步驟102中，系統10的操作員設置處理器32,以便為在表面38 上形成的不同類型區域確定二次束35的電流，每個類型的區域產生所述二次 束電流的特征值。可以通過處理器32進行表面38的全部或部分的預掃描確定 所述不同電流。通常將所述預掃描用于產生所掃描面積的圖像，并且在用戶界 面40中包含的屏幕上為所述操作員呈現所述圖像。
在準備步驟104中，所述操作員決定表面38的高關注區域和低關注區域。 在這里假定的示例中，所述操作員選擇金屬線導體將其包括在高關注區域中， 并且添加所述襯底的臨近所述金屬線導體的未處理區域。假定所述低關注區域 是所述襯底的臨近所述高關注區域的未處理區域。所述操作員為所述處理器提 供所述兩個區域的笛卡爾坐標，通常通過用在初始步驟102中產生的所述圖像 上的定點設備指出表面38上的認為是高關注的位置或面積以及低關注的位置 或面積。在這里考慮的示例中，假定所述操作員根據式(1)確定所述高關注 區域，并根據式(2)確定所述低關注區域，并且為所述處理器提供對應這些 式的坐標。
通常，所述操作員可以獲得X2和X3的名義值。如從式(1)和式(2)可 以看出的，由X值X,和X4給出在所述低關注和高關注區域之間的轉換，即邊 界，其中X^X2且X4〉X3。通常，所述操作員基于X2和X3確定&和X4的值。
作為舉例，假定邊緣部分64的面積等于且達到導體60的總面積。在這種 情況中，下列表達式成立
(x2 -;c,)=全("3 -x2)得到x, = (3)
"4 - a) = |(x3 — &)得到& = (4)
在下面，假定所述操作員根據式(3)和式(4)使用處理器32確定x,和 X4的值，由此描繪所述高和低關注區域。
在電流確定步驟106中，處理器32在所述操作員的幫助下確定在追蹤所
12述高關注和低關注區域中使用的二次束電流。在這里使用的示例中，所述高關 注區域包含金屬導體及未處理襯底的在所述導體每個側邊上的邊緣部分。以所
述金屬導體的尺寸的形式確定由式(3)和式(4)確定的所述邊緣部分，以使 所述操作員將由所述金屬導體產生的二次束電流選擇為高關注區域追蹤電流， 這里也稱為高關注電流IH。
所述低關注區域僅包含未處理襯底，使將由所述未處理襯底產生的二次束
電流選擇為低關注區域追蹤電流，這里也稱為低關注電流lL。
通常，處理器32從在步驟102中測量的電流中使用由所述金屬導體和所 述未處理襯底產生的多個電流值。所述處理器可以從這些電流中對適當值取平
均，以確定所述高關注電流lH的平均電流值和低關注電流lL的平均電流值。
在一些實施例中，諸如如果所述操作員意識到用于給定區域的電流存在異常分
布時，所述操作員可以使之無效和/或幫助所述處理器設定Ih和Il的僮。
在初始化步驟108中，所述操作員排列所述晶片以使導體60與y軸平行 且使束斑45的名義x值為Xq。所述操作員為所述高關注區域和所述低關注區 域分別設定x掃描速率，以及在所述y方向上移動所述晶片的y掃描速率。
在本發明的一些實施例中，所述低關注區域的x掃描速率化由掃描電子 學的帶寬限制來確定。在一個這種實施例中，所述帶寬限制速率大約為450 m/s。所述高關注區域的掃描速率VH取決于所需像素大小和速率，并且通常在 大約lm/s和大約50m/s之間的范圍內。
另外，所述操作員設定將要應用所述不同x掃描速率的初始x參數，從而 在這里考慮的示例中，假定由式(2)給出w的所述初始x參數，而由式(1) 給出Vh的所述初始x參數。在曲線圖200 (圖4)中示出步驟108的所述設定。 曲線圖202示出所述二次束的相應預期電流。
返回到圖3，在第一掃描步驟110中，處理器32使用步驟108的所述初 始參數開始在x方向上從x()到x5掃描。由此，在式(1)給出的區域中掃描速 率是慢的，而在由式(2)給出的區域中掃描速率是快的。在所述掃描期間， 所述處理器記錄所測量的二次束電流以及記錄所述電流所處的x和y位置。將 所述電流用于產生所述掃描區域的圖像，從而在低掃描速率的位置產生高分辨 率圖像且在高掃描速率的位置產生低分辨率圖像。
另外，處理器32將所述測量電流用于識別在所述二次束電流從低關注區
13域值向高關注區域值轉換處的第一實際X值AX2和在相反轉換處即從高關注區 域值向低關注區域值轉換的第二實際X值AX3。達到所述掃描的末端時，即在
x=x5處，所述處理器在上述水平回掃階段使束斑45返回到xo。
在后續掃描步驟112中，所述處理器根據所述y掃描速率增加y的值并且 使用式(3)和式(4)及來自步驟110的所述實際值Ax2和Ax3來計算^和
X2的更新實際值，這里稱為AX,和AX2。通常所述更新值AX^卩AX2分別接近
名義值x,和X2。對于所述掃描，處理器32使用更新值Ax,和Ax2進行從高掃 描速率向低掃描速率的轉換，反之亦然。如步驟110那樣，所述處理器將所接 收的二次束電流和所述束斑產生所述電流的位置用于產生所掃描區域的圖像。
所形成的圖像包含低掃描速率處的所述高關注區域的高分辨率圖像和高 掃描速率處的所述低關注區域的低分辨率圖像。所述兩種分辨率的比值是所述 兩種掃描速率的函數，并且通常等于所述兩種速率的比值。
如線114所示，處理器32重復掃描步驟112。所述處理器將一個或更多 個在前掃描的所述電流轉換(從高級別向低級別和相反)的所述實際x值用于 確定要改變當前掃描的掃描速率的轉換位置，即所述x值。由此，所述處理器 將在先掃描的x值用作反饋機制，以便對所述轉換位置的x值相對其名義值的 任何改變進行補償。
通常，所述反饋機制整合平滑元件。例如，可以使用兩個或更多個在先掃 描的所述轉換x值的加權平均，根據在先掃描與當前掃描在時間上的接近程度 設定所述加權。然而，處理器32可以使用任何其它的適當平滑方法。
流程圖100的工藝使用在表面38上的柱的全部或部分的鋸齒掃描。通常， 所述操作員為處理器32提供所述柱的起點和終點的y值。在一些實施例中， 例如當導體60沿整個表面38延伸時，所述起點和終點y值可以對應晶片39 的邊緣。在其它實施例中，例如當導體60僅沿所述表面的一部分延伸時，可 以將所述起點和終點y值設定為對應于所述導體的末端。在這些y值之外，所 述操作員可以將處理器32設置成以鋸齒方式掃描所述柱的剩余部分，但是使 用由所述操作員確定的單一 x掃描速率。
一般來說，應該認識到，所述操作員可以通過為處理器32提供適當笛卡 爾坐標來確定表面38的任何區域以使用流程圖100的工藝進行掃描。這種確 定包括描繪將要用高速率進行掃描以產生低分辨率圖像的區域的面積，和描繪將要用低速率進行掃描以產生高分辨率圖像的面積。另外，如參考流程圖ioo
描述的示例中，所掃描的任何一個柱不需要包含一個具有在每側邊上的兩個低 關注區域的高關注連續區域。例如， 一個所掃描的柱可以包含兩個或更多個與
y軸平行的、由在導體之間的未處理襯底區域分隔的薄金屬導體。在這種情況 中，可以將x掃描設置成將所述導體作為單獨高關注區域進行掃描和將所述未 處理襯底區域作為單獨低關注區域進行掃描。下面參照圖5描述包含由低關注 區域分隔的多個高關注區域的被掃描柱的示例。
圖5是根據本發明的替代實施例的晶片39的表面38的片段250的示意圖。 通常片段250大于片段54 (圖2)，并且這里假定其包含由低關注區域分隔的 多個高關注區域。
在下面描述中，作為舉例，假定片段250包含具有與y方向平行的特征方 向的多個金屬線導體，所述導體由未處理襯底分隔。所述多個導體可以由基本 恒定的節距或由可變節距彼此分隔。在一些實施例中，所述節距在大約4 pm 和大約10nm之間的范圍內。所述多個導體可以具有相等寬度，或者可以具有 不同寬度。
片段250包含通過在x方向上反復掃描束斑45來照射的區域254。假定 區域254具有200 pm的寬度。在區域254內，圖5示出四個示范導體256、 258、 260和262，但是應該理解的是，對于給定的上述節距值，在所述區域中 可以存在大約20個和大約50個之間的導體。假定導體258和260彼此相鄰。 在下面描述中，假定導體256、 258、 260和262具有各自的下和上x值邊界(xe，
X7)、 (X8， X9)、 (Xio， Xu)和(x12， x13)。
將如上所述的流程圖100 (圖3)的掃描工藝用于掃描區域254，己作必 要修正。返回去參考所述流程圖，初始步驟102基本如上所述。在準備步驟 104中，假定所述操作員確定將由所述掃描覆蓋的全部金屬導體及臨近所述導 體的面積包括在高關注區域中，且將在高關注區域之間的未處理襯底區域看作 低關注區域。所述操作員可以以基本與如上所述的相似的方式描繪所述高和低 關注區域，將與式(3)和式(4)相似的表達式應用到將要掃描的所述金屬導 體的邊界。替代地，可以由任何其它適合方式進行所述描繪。例如，如果諸如 導體262的導體比正在掃描的其它導體寬，則可以使用用于較窄導體的精確度 描繪所述襯底的臨近所述金屬導體的未處理區域。
15用于確定高關注電流值lH和低關注電流值lL的電流確定步驟106及初始
化步驟108基本如上所述。步驟108的設置在曲線圖300中示出。曲線圖302 示出所述二次束的相應預期電流。
在第一掃描步驟110中，處理器32使用步驟108的初始參數開始在x方 向上掃描。應該理解的是，對于這里描述的多個金屬導體線示例，在束斑45 的一個200pm掃描期間，存在各自的低掃描速率的多個周期。由高掃描速率 的周期分隔這些周期。在掃描步驟110中，處理器32找出對應于正在掃描的 多個導體的數量的多對實際x值。
后續掃描步驟112及其重復基本如上所述，除了對于這里描述的示例而言 所述處理器確定對應于在高關注和低關注區域之間的轉換的多對實際x值。
如上面對于一個導體來描述的示例那樣，對于所述多個導體示例形成的圖 像包含低掃描速率處的所述高關注區域的高分辨率圖像和高掃描速率處的所 述低關注區域的低分辨率圖像。
上述描述己經假定將兩種掃描速率應用到表面的掃描，產生具有兩種各自 分辨率的圖像。然而，應該認識到，通過在所述表面的不同區域上使用超過兩 種的不同掃描速率，可以將本發明的原理用于產生所述不同區域的具有分別對 應于所述超過兩種的不同掃描速率的分辨率的圖像。
圖6是根據本發明的替代實施例的帶電粒子束聚焦系統410的示意圖。除 了下面描述的差異，裝置410的操作基本與裝置10 (圖1)的相似，并且在裝 置10和410中由相同參考數字表示的元件在構造及操作上基本相似。與處理 器32在一維上線性地掃描束斑45的裝置10不同，在裝置410中所述處理器 在二維上掃描所述束斑，以使所述束斑遍歷矩形面積412，這里也稱為窗口 412，如插圖411所示。
圖7是根據本發明的實施例，在窗口 412中由束斑45沿行的路徑的示意 圖。通常，窗口412的矩形尺寸處在由模塊22的保持束斑45聚焦的能力所確 定的限制范圍內。作為舉例，假定窗口412是中心在軸48與表面38的交點上 的矩形。在該圖中，以不同刻度繪制y軸和x軸。
處理器32以基本恒定的整體周期T重復掃描束斑45。作為舉例，假定所 述掃描開始于束斑45在位置I處，此處I是窗口412中的左側最高點。同樣 作為舉例并且為了清楚描述，假定存在七條路徑414，但是實際上通常在窗口
16412中明顯存在更多的路徑414。在一些實施例中，在所述窗口中存在大約IO 條和大約100條之間的路徑。所述處理器沿路徑414從初始x值Xi到最終x 值Xf與x軸平行地水平掃描束斑45。所述掃描通常用固定掃描速率。每個路 徑414具有有效寬度yw和不同的y值；對于每個路徑，處理器32用值5y相 繼地增加y值。通常，由模塊22的特征限制yw的值，并且yw對應于由所述 模塊測量的像素的尺寸。然而，如下所述，獨立于yw，處理器32能夠將Sy 的值設定為任何便利值。
可以將束斑45遍歷的每個路徑414用于產生所述束斑撞擊的所述表面的 圖像，并且這里也將路徑414稱為成像路徑。當需要時，在這里的描述中，通 過添加后綴字母區分路徑414，從而將圖7所示的七條路徑分別表示為414A、 418B、 ......、 414G。
在到達特定成像路徑414的最終x值之后，所述處理器阻止帶電粒子束 41的投射。隨后，所述處理器使束斑45聚焦到的位置返回到初始x值，并且 增加y值。路徑416，這里也稱為水平回掃路徑416，示出當阻止束41時所述 束斑位置沿行的路徑。由于束41被阻止遍歷路徑416，因此可以不將路徑416 用于形成圖像。這里也將路徑416稱為非成像路徑416。
在最低路徑414即414G，的末端，即在窗口412的底部右側角處，處理 器32阻止帶電粒子束41的投射并且沿垂直回掃路徑418將束斑聚焦到的位置 返回到初始掃描點I。如對于路徑416那樣，可以不將路徑418用于形成圖像， 并且也稱為非成像路徑418。這里將在窗口 412內束斑45沿行或已經沿行的 完整路徑稱為光柵掃描。
在一些實施例中，每個路徑414之間的時間，包括在路徑414G和路徑414A 之間的時間，是常量At。然而，處理器32控制在所述路徑之間的時序，并且 不需要在它們之間具有恒定時間。例如，處理器32可以將用于垂直回掃路徑 418的時間設定成與在相鄰路徑414之間的時間不同。
將光柵掃描的整體周期T劃分為兩個周期，成像周期和非成像周期。所述 成像周期對應用于從第一成像路徑414A開始掃描到最后成像路徑414G的末 端的時間，并且也將該周期稱為所述光柵掃描的成像階段。所述非成像周期對 應用于遍歷所述垂直回掃路徑418，即從所述最后成像路徑的末端到所述第一 成像路徑的開始，的時間。也將所述非成像周期稱為垂直回掃階段。考慮圖7示出，忽略末端效應，在所述光柵掃描的高度，即窗口412的整 體y尺寸Y^d。w與5y之間的關系由下式給出
Low=A^ (5) 其中N是成像路徑414的數量。
所述光柵掃描的高度Y^d。w的典型值是lpn，而所述掃描的寬度(XrXi) 的典型值是200 pm。
圖8是根據本發明的實施例的示出用于對晶片成像的方法的示意圖。所述 方法包含在上面參考圖7描述的光柵掃描中在窗口 412中掃描束斑45，同時 相對于所述窗口平移所述晶片。用鏡臺36執行所述平移。如下面更加詳細描 述的，束斑45的所述光柵掃描與所述晶片相對于所述窗口的平移的結合允許 裝置410的操作員以高分辨率對高關注區域成像，同時完全跳過即根本不對在 所述高關注區域之間的低關注區域成像。
在上面參考圖5的對于裝置10的操作的描述中，假定晶片表面38的高關 注區域是連續導體線并且在所述高關注區域之間是低關注區域。還假定與y 軸平行地排列所述線，并且鏡臺36在y方向上平移所述晶片。在下面的對于 裝置410的操作的描述中，假定所述晶片的基本輪廓與如參考圖5所用的相同。 然而，盡管如對于裝置IO那樣，鏡臺36在y方向上平移所述晶片，但是這里 假定與x軸平行地排列所述連續導體線。由此，在裝置410中將所述導體線的 特征方向的排列設定成與所述平移方向不平行，而通常是正交的。
圖8示出當時間改變時表面38的片段430的一系列"快照"A1、A2........
C2。片段430是表面38的與y軸平行的柱的一部分，并且假定這里也稱為柱 430的所述片段具有兩個高關注面積432和三個低關注面積434。面積432和 434通常是所述表面的在片段430每個側邊上的在x方向上連續的區域，從而 面積432通常是與x軸平行排列的金屬線導體的一部分。
在全部所述快照中，窗口412固定在相對于軸48的位置處，所述窗口的 中心在軸48上，如圖6和圖7所示。線y=0對應于軸48的位置。假定鏡臺 36以恒定y速度在負y方向上平移晶片39示出所述不同快照，從而在相繼快 照之間存在Ay的固定位移和At的固定時間。
假定將所述快照分組成序列，每個序列包含完整光柵掃描。在圖8也示出 了對于完整光柵掃描的整體周期T。在第N個序列的第一快照A1中，處理器32將窗口 412的頂部與高關注區域432的底部對準，并且假定開始上面參考圖7描述的光柵掃描。快照A1示出第一成像路徑414A。
在發生于快照Al之后的時間At的第二快照Bl中，鏡臺36已經以Ay平移晶片39，并且發生第二成像路徑414B。如上面參考圖7描述的，成像路徑414B從路徑414A產生Sy的移位。后續快照Cl、 Dl、 El、 Fl和Gl的每一個都以時間At分隔，并且以Ay平移晶片39。對于后續快照的每一個，分別發生成像路徑414C、 414D、 414E、 414F和414G。每個成像路徑產生Sy移位。
處理器32將位移Sy和Ay設定為是不同的。在這里描述的示例中，下式成
H余l (6)通過檢查圖8可示出，式(6)的應用使得相繼掃描發生相對于表面38的逆行移動。當表面38在y方向上向下移動時，成像路徑掃描414也在y方向上但是以較小的量向下移動，因此是所述掃描在所述表面向上移動。
由式(6)給出的位移中的差異意味著在完整光柵掃描之上，掃描了表面38的具有由下式給出的y尺寸Y的區域
「/Ov,&，A力 (7)其中f是函數。
應該理解的是，在一般情況中，完整光柵掃描可以具有在相繼路徑414之間的交疊或在所述路徑之間的間隙，取決于yw、 Sy和Ay的值。在一個實施例中，處理器32在yw、 Sy和Ay上設定下述條件
(8)
式(8)的條件意味著完整光柵掃描期間在表面38上沒有束斑45的間隙或交疊。
在這種情況中，假定在完整光柵掃描中存在N個成像路徑414，則表面28的成像區域的y尺寸Yimage由下式給出-
K，=W.>V (9)由于通常yw〈8y，由式(5)和式(9)， Yimage<Ywind。w。第N序列的所述完整光柵掃描在快照Gl處結束，此后快照A2開始第(N+l)序列的新光柵掃描。將表面38的已經在快照Al、 Bl、 ...G1的序列中掃描的區域作為矩形436示出。如圖8所示，當鏡臺36繼續在負y方向上
19移動晶片時矩形436在負y方向上前進。從圖8還可以看出，以快照A2開始的第(N+l)序列的第一掃描與第N序列的最后掃描即快照Gl在空間上被
圖解433示出在第(N+l)序列完成之后柱430的成像和非成像片段。在柱430中，存在由矩形436確定且對應于快照A1、 ...G1的第一成像片段436(N)和第二成像片段436 (N+l)。所述成像片段由沒有被成像的片段413領先、分隔和跟隨。當繼續掃描柱430時，由圖解433示出的重復工藝即第一光柵掃描的快照的完整集合和第二光柵掃描的快照的部分集合，繼續進行。這里
也將成像片段436 (N)、 436 (N+l).......稱為成像片段436i。雖然在圖解433
中為了清楚而未示出，但成像片段436i包括面積432，而且非成像片段413包括面積434。
由于窗口 412的y尺寸限定了所述非成像片段的y尺寸，因此非成像片段
413具有由式(5)給出的y尺寸Y^d。w成像片段436i具有由式(9)給出的
y尺寸Yimage。由此，從這些表達式并應用式(8)，所述成像片段與所述非成
像片段的高度比由下式給出
K呵e = iV.;y = ;y = Ay -* = i * ( i。
乙,* W.Av
所述移動的節距P，即一個完整成像片段436i和一個完整非成像片段413
的y值，由下式給出
p-y+y (11)
對于一個節距P，裝置410執行N個成像掃描，因此，假定用于束斑45的非成像移動的時間實際上是零，則用于所述完整節距的時間對應于由下式給出的整體光柵掃描周期T:
r-Jv.Az (12)
聯合式(11)和式(12)給出鏡臺36的速度Vr:py+ y.
「 一 廠 一 "* w'Wow "* image (13)
r — iV.厶f 一 iV.Af
由于對于裝置IO (圖l)，假定所述掃描的x尺寸和用于一個x掃描的時
20間與這里描述的裝置410的示例的相同，則鏡臺36的速度Vs由下式給出 r =像素尺寸=， (14)
5At Af 其中;v是像素尺寸。
也可以從比值，得到下式
比較式(13)和式(15)，并且使用式(14)，則在所述兩種系統即裝: 410和裝置10中，鏡臺36的速度的比由下式給出
(16)
由于在式(16)中，對于分數的分子和分母執行相同數量的掃描，因此式 (16)對應于所述兩種系統的輸出量的比值。
應該認識到，對于上面參考裝置10和410描述的特定實施例，存在大量 的修改。例如，在裝置410的情況中，可以由處理器32改變所述光柵掃描的 全部參數，諸如垂直回掃時間、成像掃描時間和/或速率、成像掃描之間的間 隔和水平回掃時間，以便調整表面38的哪區域成像和哪區域不成像。當與處 理器32的設定不同鏡臺速度的能力相結合時，這種改變能夠使所述處理器在 掃描的"標記空間"值，即其成像一非成像y尺寸的比值中產生具有寬廣變化 的掃描。
在上面的描述中，作為舉例，己經假定已經將晶片39設定在特定取向中。 在所描述的示例中，設定所述晶片以使鏡臺36的移動方向與所述晶片中導體 線的特征方向平行或正交。晶片39的這種特定取向不是必需的，并且可以定 向所述晶片以使鏡臺36的移動方向與表面38上的關注元件的特征方向成任何 便利角度，諸如45°。
本發明的一些實施例組合了裝置10和410的所述掃描工藝。上面的描述 假定成像路徑414的掃描速率是恒定的。在替代實施例中處理器32將所述光 柵掃描的成像路徑的掃描速率設定成以與上面參考圖2或圖5描述的相似方式 變化。在這種情況中，由所述光柵掃描成像的區域包含在片段436i (圖8)內的高關注區域和低關注區域，并且由根本未成像的片段413將這些區域彼此分 隔。
因此應該認識到，上面描述的實施例是作為舉例引用的，并且不能將本發 明限制在己經在上面特別示出和描述的內容。更適當的，本發明的范圍包括上 面描述的不同特征的組合和子組合，以及本領域技術人員在閱讀前面描述時想 到的和沒有在現有技術中公開的變化和修改。
2權利要求
1.一種用于對表面成像的方法，其包含用初始帶電粒子束以第一掃描速率掃描所述表面的第一區域，以便從所述第一區域產生第一二次帶電粒子束；用所述初始帶電粒子束以比所述第一掃描速率快的第二掃描速率掃描所述表面的第二區域，以便從所述第二區域產生第二二次帶電粒子束；在設置成產生響應所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子束的信號的檢測器處接收所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子束；以及形成響應所述信號的所述第一和所述第二區域的圖像。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一區域和所述第二區域具有公 共邊界。
3. 如權利要求2所述的方法，其中所述表面包含高關注元件和低關注元 件，所述方法還包含限定所述公共邊界以使所述第一區域包含所述高關注元件 和所述低關注元件的一部分。
4. 如權利要求1所述的方法，其還包含在掃描所述第一區域和掃描所述 第二區域之前執行所述表面的預掃描，以及響應所述預掃描并在掃描所述第一 區域和掃描所述第二區域之前描繪所述第一區域和所述第二區域。
5. 如權利要求1所述的方法，其中形成所述圖像包含以比所述第二區域 的所述圖像高的分辨率形成所述第一區域的所述圖像。
6. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一區域的所述圖像的第一分辨 率與所述第二區域的所述圖像的第二分辨率的比值是所述第一掃描速率和所 述第二掃描速率的函數。
7. 如權利要求6所述的方法，其中所述函數是所述第二掃描速率與所述 第一掃描速率的比值。
8. 如權利要求1所述的方法，其中掃描所述第一區域和掃描所述第二區 域包含以所述第一掃描速率執行所述第一區域的第一片段的第一掃描和以所述 第二掃描速率執行所述第二區域的第二片段的第二掃描；確定響應所述第一掃描的所述第一二次帶電粒子束的第一電流；確定響應所述第二掃描的所述第二二次帶電粒子束的第二電流； 描繪響應所述第一和第二電流的所述第一區域的第三片段和所述第二區域的第四片段；以及以所述第一掃描速率執行所述第三片段的第三掃描和以所述第二掃描速率執行所述第四片段的第四掃描。
9. 一種用于對表面成像的裝置，其包含-照射模塊，其設置成用初始帶電粒子束以第一掃描速率掃描所述表面的第一區域，以便從所述 第一區域產生第一二次帶電粒子束，以及用所述初始帶電粒子束以比所述第一掃描速率快的第二掃描速率掃描所 述表面的第二區域，以便從所述第二區域產生第二二次帶電粒子束；檢測器，其設置成接收所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子 束以及產生響應其的信號；以及處理器，其設置成產生響應所述信號的所述第一和所述第二區域的圖像。
10. 如權利要求9所述的裝置，其中所述第一區域和所述第二區域具有公 共邊界。
11. 如權利要求10所述的裝置，其中所述表面包含高關注元件和低關注 元件，且其中所述處理器設置成限定所述公共邊界以使所述第一區域包含所述 高關注元件和所述低關注元件的一部分。
12. 如權利要求9所述的裝置，其中所述照射模塊設置成在掃描所述第一 區域和掃描所述第二區域之前執行所述表面的預掃描，以及所述處理器設置成 響應所述預掃描并在所述照射模塊掃描所述第一區域和掃描所述第二區域之 前描繪所述第一區域和所述第二區域。
13. 如權利要求9所述的裝置，其中形成所述圖像包含以比所述第二區域 的所述圖像高的分辨率形成所述第一區域的所述圖像。
14. 如權利要求9所述的裝置，其中所述第一區域的所述圖像的第一分辨 率與所述第二區域的所述圖像的第二分辨率的比值是所述第一掃描速率和所 述第二掃描速率的函數。
15. 如權利要求14所述的裝置，其中所述函數是所述第二掃描速率與所 述第一掃描速率的比值。
16. 如權利要求9所述的裝置，其中掃描所述第一區域和掃描所述第二區 域包含以所述第一掃描速率執行所述第一區域的第一片段的第一掃描和以所述第二掃描速率執行所述第二區域的第二片段的第二掃描；確定響應所述第一掃描的所述第一二次帶電粒子束的第一 電流； 確定響應所述第二掃描的所述第二二次帶電粒子束的第二電流； 描繪響應所述第一和第二電流的所述第一區域的第三片段和所述第二區域的第四片段；以及以所述第一掃描速率執行所述第三片段的第三掃描和以所述第二掃描速率執行所述第四片段的第四掃描。
17. —種用于對表面成像的方法，其包含用初始帶電粒子束以第一掃描速率掃描所述表面的第一區域，以便從所述 第一區域產生各自的第一二次帶電粒子束；用所述初始帶電粒子束以比所述第一掃描速率快的第二掃描速率掃描所 述表面的第二區域，以便從所述第二區域產生各自的第二二次帶電粒子束；在設置成產生響應所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子束 的信號的檢測器處接收所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子束； 以及形成響應所述信號的所述第一和所述第二區域的圖像。
18. 如權利要求17所述的方法，其中所述第一區域和所述第二區域由彼 此分隔且彼此相鄰。
19. 如權利要求18所述的方法，其中給定第一區域和給定第二區域具有 公共邊界，以及其中所述表面包含高關注元件和低關注元件，所述方法還包含 限定所述公共邊界以使所述給定第一區域包含所述高關注元件和所述低關注 元件的一部分。
20. 如權利要求17所述的方法，其還包含在掃描所述第一區域和掃描所 述第二區域之前執行所述表面的預掃描，以及響應所述預掃描并在掃描所述第 一區域和掃描所述第二區域之前描繪所述第一區域和所述第二區域。
21. 如權利要求17所述的方法，其中形成所述圖像包含以比所述第二區 域的所述圖像高的分辨率形成所述第一區域的所述圖像。
22. 如權利要求17所述的方法，其中所述第一區域的所述圖像的第一分 辨率與所述第二區域的所述圖像的第二分辨率的比值是所述第一掃描速率和 所述第二掃描速率的函數。
23. 如權利要求22所述的方法，其中所述函數是所述第二掃描速率與所 述第一掃描速率的比值。
24. —種用于對表面成像的裝置，其包含 照射模塊，其設置成-用初始帶電粒子束以第一掃描速率掃描所述表面的第一區域，以便從所述 第一區域產生各自的第一二次帶電粒子束，以及用所述初始帶電粒子束以比所述第一掃描速率快的第二掃描速率掃描所 述表面的第二區域，以便從所述第二區域產生各自的第二二次帶電粒子束；檢測器，其設置成接收所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子 束以及產生響應其的信號；以及處理器，其設置成形成響應所述信號的所述第一區域和所述第二區域的圖像。
25. —種用于對表面成像的方法，其包含-在成像周期期間用初始帶電粒子束照射面積；在分隔所述成像周期的非成像周期期間不用初始帶電粒子束照射所述面積；相對于所述面積平移所述表面以使在所述成像周期期間所述面積限定所 述表面的各自第一區域且所述初始帶電粒子束從其產生各自的二次帶電粒子 束，和在所述非成像周期期間所述面積限定所述表面的分隔所述第一區域的各 自第二區域；接收所述各自二次帶電粒子束并相應產生信號；以及 響應所述信號對所述各自第一區域成像而且對所述第二區域不成像。
26. 如權利要求25所述的方法，其還包含在光柵掃描中掃描所述初始帶 電粒子束，其中所述成像周期對應于所述光柵掃描的各自成像階段，以及其中所述非成像周期對應于所述光柵掃描的各自垂直回掃階段。
27. 如權利要求26所述的方法，其中在時間上以周期分隔給定光柵掃描 的相繼成像掃描，以及其中在所述周期中以表面移動距離平移所述表面，以及其中在所述相繼成像掃描之間的成像距離與所述表面移動距離不同。
28. 如權利要求27所述的方法，其中所述成像距離小于所述表面移動距離。
29. 如權利要求27所述的方法，其中所述第一區域的第一尺寸與所述第 二區域的第二尺寸的比值是所述成像距離和所述表面移動距離的函數。
30. —種用于對表面成像的裝置，其包含-照射模塊，其設置成在成像周期期間用初始帶電粒子束照射面積且在分隔 所述成像周期的非成像周期期間不用所述初始帶電粒子束照射所述面積；平移鏡臺，其設置成相對于所述面積平移所述表面以使在所述成像周期期 間所述面積限定所述表面的各自第一區域且所述初始帶電粒子束從其產生各 自的二次帶電粒子束，和在所述非成像周期期間所述面積限定所述表面的分隔 所述第一區域的各自第二區域；檢測器，其設置成接收所述各自二次帶電粒子束并相應產生信號；以及處理器，其設置成響應所述信號對所述各自第一區域成像而且對所述第二 區域不成像。
31. 如權利要求30所述的裝置，其中所述照射模塊設置成在光柵掃描中 掃描所述初始帶電粒子束，其中所述成像周期對應于所述光柵掃描的各自成像 階段，以及其中所述非成像周期對應于所述光柵掃描的各自垂直回掃階段。
32. 如權利要求31所述的裝置，其中在時間上以周期分隔給定光柵掃描 的相繼成像掃描，以及其中在所述周期中以表面移動距離平移所述表面，以及 其中在所述相繼成像掃描之間的成像距離與所述表面移動距離不同。
33. 如權利要求32所述的裝置，其中所述成像距離小于所述表面移動距離。
34. 如權利要求32所述的裝置，其中所述第一區域的第一尺寸與所述第 二區域的第二尺寸的比值是所述成像距離和所述表面移動距離的函數。
全文摘要
本發明涉及電子顯微鏡中的可變速率掃描，并特別提供一種用于對表面成像的方法，其包括用初始帶電粒子束以第一掃描速率掃描所述表面的第一區域，以便從所述第一區域產生第一二次帶電粒子束；以及用所述初始帶電粒子束以比所述第一掃描速率快的第二掃描速率掃描所述表面的第二區域，以便從所述第二區域產生第二二次帶電粒子束。所述方法還包括在設置成產生響應所述束的信號的檢測器處接收所述第一二次帶電粒子束和所述第二二次帶電粒子束；以及響應所述信號形成所述第一區域和所述第二區域的圖像。
文檔編號H01J37/256GK101685075SQ20091017055
公開日2010年3月31日 申請日期2009年9月10日 優先權日2008年9月24日
發明者本齊恩·森德, 阿朗·利特曼, 阿米爾·肖漢姆 申請人:以色列商·應用材料以色列公司