專利名稱：點(diǎn)格柵陣列電子成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子束成像系統(tǒng)。本發(fā)明尤其可以應(yīng)用于對(duì)自動(dòng)缺陷檢驗(yàn)優(yōu)化的成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自動(dòng)檢驗(yàn)是一種通過采集對(duì)象的圖像并將該圖像與基準(zhǔn)(例如，將芯片模子與光刻掩膜的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較)、與對(duì)象的另一部分(例如，對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行逐個(gè)模子的檢驗(yàn))或者與基準(zhǔn)圖像(芯片模子與“金圖像”)進(jìn)行比較，測量對(duì)象的完整性的技術(shù)。不利的是，當(dāng)對(duì)大半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高分辨率檢驗(yàn)時(shí)，成像系統(tǒng)的FOV不能覆蓋要檢驗(yàn)的整個(gè)襯底，因此襯底不能在FOV上移動(dòng)或“步進(jìn)”，從而延長了檢驗(yàn)時(shí)間。為了提高產(chǎn)量，一些傳統(tǒng)的自動(dòng)檢驗(yàn)工具在一個(gè)方向連續(xù)掃描襯底，同時(shí)光成像正交一維光學(xué)FOV。一旦襯底在掃描方向來回移動(dòng)，則它通常在另一個(gè)(交叉掃描)方向移動(dòng)一個(gè)FOV的距離，然后跟蹤該軌跡，從而產(chǎn)生蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡。
用于檢驗(yàn)半導(dǎo)體襯底的其他光學(xué)成像系統(tǒng)利用“點(diǎn)格柵陣列”實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量。在這些系統(tǒng)中，成像器通常包括二維周期性透鏡陣列，其中每個(gè)透鏡分別成像位于圖像平面上的對(duì)象平面上，例如要檢驗(yàn)的襯底上的點(diǎn)，以在圖像平面上的對(duì)象平面上成像二維周期性點(diǎn)陣列。在具有二維周期性讀出單元陣列的共軛圖像平面上，設(shè)置諸如CCD的傳感器，每個(gè)讀出單元分別從對(duì)象平面上的點(diǎn)采集信號(hào)。機(jī)械系統(tǒng)這樣使襯底移動(dòng)，使得在襯底在掃描方向(y方向)上在點(diǎn)陣列上移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡。因此，利用分別具有最小FOV的光學(xué)元件陣列，而非復(fù)雜的大FOV光學(xué)器件的陣列，可以實(shí)現(xiàn)非常大FOV的成像。授予Krantz的美國專利6,248,988、授予Johnson的美國專利6,133,986、授予Wakai的美國專利5,659,420以及授予Kusnose的美國專利6,043,932對(duì)采用點(diǎn)格柵陣列的光學(xué)成像裝備進(jìn)行了描述。
點(diǎn)格柵陣列原理的這些以及其他實(shí)現(xiàn)方法均存在一些局限性。為了利用整個(gè)機(jī)械工作臺(tái)的掃描實(shí)現(xiàn)高端檢驗(yàn)要求的非常高的數(shù)據(jù)速率，需要大陣列。然而，一些主要問題妨礙將現(xiàn)有技術(shù)用于大陣列，例如相對(duì)有限的聚焦能力、成像線性度、介質(zhì)層干擾以及故障檢測和分類能力?，F(xiàn)在分別說明這些問題。
現(xiàn)有技術(shù)光點(diǎn)格柵陣列實(shí)現(xiàn)方法的一個(gè)局限性是由利用共焦成像過程進(jìn)行檢驗(yàn)要求非常嚴(yán)格的聚焦控制這個(gè)事實(shí)產(chǎn)生的，利用大數(shù)值孔徑、短波長光學(xué)器件，在高掃描速率下，非常難以實(shí)現(xiàn)這種非常嚴(yán)格的聚焦控制。為了克服該問題，需要同時(shí)進(jìn)行多高度共焦成像。然而，盡管象在現(xiàn)有技術(shù)中那樣順序取幾個(gè)高度限制圖像適合一幀檢查模式，但是不適合檢驗(yàn)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的要求。
現(xiàn)有技術(shù)中的大陣列的另一個(gè)局限性是對(duì)透鏡陣列、成像光學(xué)器件以及檢測器陣列的線性度要求。為了利用點(diǎn)格柵陣列系統(tǒng)獲得良好結(jié)果，不僅對(duì)于微透鏡陣列，而且對(duì)于縮微光學(xué)元件，光學(xué)器件線性度的緊公差是重要的。光點(diǎn)必須位于各點(diǎn)之間具有非常精確距離的精確直線格柵上。這種極高的線性度非常困難，而且實(shí)現(xiàn)起來昂貴。
現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)局限性是需要利用相干激光光源對(duì)高速檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)足夠功率密度。許多檢驗(yàn)的襯底被透明或半透明介質(zhì)層覆蓋，這樣在介質(zhì)層的表面之間出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。因?yàn)檫@些層的厚度在整個(gè)晶片上不同，所以從介質(zhì)層的上部和下部反射的相干光的相位也不同。此外，干擾可以是相長干擾或相消干擾。即使沒有缺陷或不規(guī)則性，這些干擾現(xiàn)象仍導(dǎo)致反射功率發(fā)生變化，這樣就限制了缺陷檢測的精度，從而限制了系統(tǒng)識(shí)別真實(shí)缺陷的能力。
現(xiàn)有技術(shù)點(diǎn)格柵陣列技術(shù)的又一個(gè)局限性是由從對(duì)象的一個(gè)角區(qū)域采集光信號(hào)導(dǎo)致的有限故障檢測和有限分類能力產(chǎn)生的。因此，故障檢測和分析可能需要一個(gè)以上的檢驗(yàn)，這樣就動(dòng)態(tài)增加了可靠檢測、可靠分類故障需要處理和采集的數(shù)據(jù)量。
為了降低制造成本并提高生產(chǎn)率，需要一種具有大FOV的低成本、精確、高速成像系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種代替光學(xué)成像系統(tǒng)，從而增強(qiáng)分辨率并且可以分析對(duì)象的導(dǎo)電性和電阻的電子束點(diǎn)格柵陣列成像系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種在相鄰列上的點(diǎn)陣列中的點(diǎn)的覆蓋區(qū)之間存在小重疊、從而克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的嚴(yán)格線性度要求的高數(shù)據(jù)速率電子束點(diǎn)格柵陣列成像系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供同時(shí)從幾個(gè)方向采集在襯底上形成的點(diǎn)發(fā)出的電子，從而提高成像系統(tǒng)的故障分類能力和故障檢測能力。
在下面的說明中將在某種程度上說明本發(fā)明的其他特征，而且通過研究以下內(nèi)容，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以在某種程度上明白本發(fā)明的其他特征，或者通過實(shí)現(xiàn)本發(fā)明得知本發(fā)明的其他特征。正如所附權(quán)利要求所特別指出的那樣，可以實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，利用成像器可以在某種程度上實(shí)現(xiàn)上述以及其他特征，該成像器包括電子束發(fā)生器，用于同時(shí)對(duì)要成像的對(duì)象表面輻照互相隔離開的點(diǎn)陣列；以及檢測器，用于采集點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像。機(jī)械系統(tǒng)在接近平行于點(diǎn)陣列的軸線的方向這樣移動(dòng)對(duì)象，使得當(dāng)襯底在掃描方向在點(diǎn)陣列上移動(dòng)時(shí)，點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡。
根據(jù)下面的詳細(xì)說明，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員容易理解本發(fā)明的其他特征，其中通過僅描述為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而設(shè)想的最佳方式，只對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述和說明。正如所實(shí)現(xiàn)的那樣，本發(fā)明可以有其他不同實(shí)施例，而且可以在各顯而易見的方面，對(duì)其許多細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，這些修改均屬于本發(fā)明范圍。因此，附圖和描述均被認(rèn)為是說明性的，而非限制性的。


參考附圖，在附圖中，具有同樣參考編號(hào)表示的單元表示類似的單元，附圖包括圖1a-1e示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的原理圖。
圖2示出圖1a-1e所示系統(tǒng)產(chǎn)生的對(duì)象平面表面上的點(diǎn)陣列。
圖3a和3b示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的點(diǎn)陣列。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例采用多個(gè)檢測器的成像系統(tǒng)的原理圖。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例其中同時(shí)對(duì)兩個(gè)襯底進(jìn)行成像的成像系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考圖1a說明本發(fā)明實(shí)施例。電子源100或100a產(chǎn)生有序電子束陣列(也被稱為“電子束(e-beam)”)110或110a，以輻照襯底160，從而在襯底160上產(chǎn)生點(diǎn)陣列150。利用用于成像或射束分離的電子光學(xué)系統(tǒng)(例如，包括電子源100和射束分裂器120的投影設(shè)備)，或者通過利用電子源100a進(jìn)行側(cè)面照射，可以在襯底160上產(chǎn)生點(diǎn)陣列。檢測器130采集襯底160發(fā)出的二次電子(SE)，或反向散射電子(BE)，成像器140與低電子能量顯微(LEEM)技術(shù)使用的傳統(tǒng)系統(tǒng)類似，它提供襯底160的SE或BE圖像。
以接近平行于點(diǎn)陣列150的軸線y之一的方向，將襯底160放置在以y方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)械工作臺(tái)165上。這樣偏離平行性，使得在襯底160在掃描方向y移動(dòng)基本等于點(diǎn)陣列的長度L的距離時(shí)，該點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡，從而確保輻照襯底160的整個(gè)表面。
電子源100、100a可以采用眾所周知的技術(shù)，例如電子成像列中的多個(gè)陰極，每個(gè)陰極均產(chǎn)生電子束110、110a。作為一種選擇，如圖1b所示，可以設(shè)置其針孔102的陣列對(duì)應(yīng)于電子束110、110a的薄膜101，以阻斷面通量電子源104產(chǎn)生的面通量電子103，因此只有電子束110、110a到達(dá)襯底160。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如圖1c所示，利用光源105產(chǎn)生的并被微透鏡陣列106聚焦的光點(diǎn)108(對(duì)應(yīng)于電子束110、110a)的陣列照射傳統(tǒng)光電陰極107。響應(yīng)光點(diǎn)108，光電陰極107產(chǎn)生電子束110、110a。微透鏡陣列106可以是根據(jù)傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)的一個(gè)透鏡陣列，或串行排列的多個(gè)陣列，因此單獨(dú)陣列中的各透鏡單元的光程形成復(fù)合透鏡。這種排列可以產(chǎn)生其數(shù)值孔徑比單個(gè)透鏡的陣列獲得的數(shù)值孔徑大的復(fù)合透鏡陣列。通過層疊各透鏡陣列，可以利用機(jī)械方法組裝這種復(fù)合微透鏡陣列，或者利用例如眾所周知的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))制造技術(shù)制造這種復(fù)合微透鏡陣列。
在圖1d所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，電子源100、100a包括準(zhǔn)直電子源200，用于產(chǎn)生寬準(zhǔn)直電子束210；以及多個(gè)電子阻擋掩膜220-240，作為光學(xué)微透鏡的等效物，用于將寬準(zhǔn)直射束210變換為聚焦電子束110、110a的陣列，以在襯底160上形成點(diǎn)陣列150。每個(gè)掩膜220-240分別是具有針孔221、231、241的陣列的金屬平面薄膜，針孔221、231、241對(duì)應(yīng)于每條電子束110、110a。掩膜220-240基本上互相平行并對(duì)準(zhǔn)，使得它們的針孔221、231、241是同心的。每個(gè)掩膜220-240分別與其他掩膜具有不同直徑的針孔。因此，針孔221的直徑d1不同于針孔223的直徑d2，針孔223的直徑d2不同于針孔241的直徑d3。每個(gè)掩膜220-240分別連接到傳統(tǒng)電壓源VS，以使它們分別保持在不同電壓V1-V3，從而產(chǎn)生電子的微透鏡陣列。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，由于電子光學(xué)器件的性能局限于離軸電子束，所以將其針孔251對(duì)應(yīng)于掩膜220-240上的針孔221、231、241的光孔薄膜250設(shè)置在準(zhǔn)直電子源200與掩膜220-240之間(參考圖1e)。因此，光孔薄膜250用作電子微透鏡陣列的各“透鏡”的光孔陣列。
采用LEEM技術(shù)的檢測器130可以收集采集的電子(反向散射電子或二次電子)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，由電子源100、100a和射束分裂器120構(gòu)成的電子成像系統(tǒng)用于成像位于二維電子檢測器陣列(例如，連接到諸如CCD的檢測器陣列的傳統(tǒng)多路板(MCP)，或者連接到圖像增強(qiáng)器和CCD的閃爍器)上的襯底160的某個(gè)區(qū)域，所有二維電子檢測器陣列均使用檢測器130的一部分。在標(biāo)準(zhǔn)LEEM中，以大FOV獲得精細(xì)分辨率存在嚴(yán)重問題。然而，當(dāng)象在本發(fā)明的技術(shù)中那樣產(chǎn)生離散點(diǎn)時(shí)，LEEM分辨率只需滿足防止點(diǎn)之間發(fā)生串音。此外，為了實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率成像而采集足夠多的信號(hào)所需的大電子流產(chǎn)生的熱破壞作用和輻射破壞作用，限制了高速電子束檢驗(yàn)。然而，使用非常大量(106數(shù)量級(jí))的平行電子源可以動(dòng)態(tài)降低每個(gè)電子源的數(shù)據(jù)速率(數(shù)百Hz至數(shù)千Hz與10MHz相比)，因此，使用非常小的電流(皮安培數(shù)量級(jí)與數(shù)十納安培相比)。
圖2示出襯底(對(duì)象)平面上的點(diǎn)陣列150的原理圖。為了簡潔起見，圖2示出8寬(a-h)×6深(1-6)的點(diǎn)陣列。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，點(diǎn)陣列通常至少包括幾百條電子束，因此產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的點(diǎn)。在機(jī)械交叉掃描x方向，相鄰行上各點(diǎn)中心之間的偏移確定x方向上的像素尺寸(即，第一行e1上第e個(gè)點(diǎn)與第二行e2上第e個(gè)點(diǎn)之間的距離的x軸上的投影px)。像素尺寸反映以多大密度采樣襯底160。為了連續(xù)覆蓋襯底160，列d6上的最后一個(gè)點(diǎn)必須掃描只有一個(gè)像素在交叉掃描的x方向離開相鄰列(c1)上的第一點(diǎn)的切線的軌跡。利用在檢測器130的兩次連續(xù)采樣之間，給定點(diǎn)的點(diǎn)中心之間的橫跨距離，即，時(shí)間0時(shí)點(diǎn)f4的中心(“f4t0”)與一個(gè)照射間隔之后同一個(gè)點(diǎn)的中心(“f4t1”)之間的距離確定機(jī)械掃描y方向py(未示出)上的像素尺寸。通過將工作臺(tái)的速度乘以采樣間隔，可以確定該距離。
利用確保精確、線性運(yùn)動(dòng)的任何裝置，可以利用工作臺(tái)165使襯底運(yùn)動(dòng)，例如可以由Anorad Corporation of New York市售的采用線性馬達(dá)和空氣軸承的傳統(tǒng)干涉儀控制工作臺(tái)使襯底運(yùn)動(dòng)。為了對(duì)任何殘余不精確性，例如工作臺(tái)165的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的不精確性進(jìn)行校正，可以包括伺服機(jī)構(gòu)170，以對(duì)用于移動(dòng)點(diǎn)陣列并對(duì)襯底的偏位進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯卧M(jìn)行控制。在圖1a所示的實(shí)施例中，可運(yùn)動(dòng)單元可以是射束分裂器120。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可運(yùn)動(dòng)單元是電子源100a本身。在圖1c所示的實(shí)施例中，可運(yùn)動(dòng)單元可以是微透鏡陣列106。利用光照射光路上的可運(yùn)動(dòng)反射鏡、電光元件或聲光元件，可以改變透鏡陣列106的后光瞳上的入射角。
在圖1a和2所示的實(shí)施例中，在機(jī)械交叉掃描x方向，相鄰行上各點(diǎn)中心之間的偏移確定x方向上的像素尺寸(例如，第一行e1上第e個(gè)點(diǎn)與第二行e2上第e個(gè)點(diǎn)之間的距離在x軸上的投影px)。此外，列(d6)上的最后一個(gè)點(diǎn)跟蹤一個(gè)交叉掃描像素離開相鄰列(c1)上的第一點(diǎn)的軌跡。因此，點(diǎn)列之間的距離或“點(diǎn)間距”確定陣列內(nèi)的透鏡行數(shù)(nr)在本發(fā)明的變換實(shí)施例中，使用大量的行(nr)，電子束陣列這樣傾斜，使得相鄰行上各點(diǎn)的軌跡之間的x軸上的分離是像素尺寸的幾(f)分之一(Px/f)。這樣選擇襯底的速度，使得它在y軸上橫跨的距離大于一個(gè)像素的f倍(Py/f)。現(xiàn)在，參考圖3a，在該圖中，對(duì)于點(diǎn)b11產(chǎn)生的給定的像素，示出簡單的掃描圖形，腳注表示寫周期，頂部的y相鄰點(diǎn)是b12，左側(cè)的x相鄰點(diǎn)是b3n，其中n＝s/py(為了產(chǎn)生矩陣，需要s/py的值為整數(shù))。然而，在圖3b中，產(chǎn)生隔行掃描圖形(為了簡潔起見，該圖示出f＝2)。在這種情況下，b11和b12被分離開距離2py，其中b11的相鄰像素是b2n，而且n＝s/2py。b12在斜率為1/f的對(duì)角線上相對(duì)于b11位移。因此，對(duì)于大f，分離主要在y方向上。結(jié)果是，通過交錯(cuò)在兩個(gè)軸線上均偏移的f周期性結(jié)構(gòu)可以連續(xù)覆蓋襯底。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)行交錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)是在給定FOV內(nèi)具有大量的點(diǎn)。因此，對(duì)于同樣的像素速率要求，陣列讀速率(“幀速率”)可以更低，因?yàn)樵谠撽嚵兄芯哂懈嗟膯卧?。在?shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，機(jī)械工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的線性度以及點(diǎn)間間隔的緊公差是必要的。
為了在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的點(diǎn)陣列原理時(shí)獲得良好效果，電子光學(xué)器件線性度的緊公差是重要的。各點(diǎn)必須位于各點(diǎn)之間具有非常精確距離的精確直線格柵上。例如，如果具有格柵1000行深度，則列n的第1000行的點(diǎn)必須精確從列n-1的第一行的點(diǎn)觀看的位置附近通過。假定要求1/10像素的精度，則這意味著在FOV長度上有十分之一像素的線性度。如果電子束間距等于100像素，則線性度要求是1∶106(1000行*100像素間距/0.1像素公差＝106)。如果存在機(jī)械振動(dòng)，則這種極端精確的要求就成為問題。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，通過使相鄰列上各點(diǎn)的覆蓋區(qū)之間產(chǎn)生小重疊，就不需要這種嚴(yán)格的線性度要求，從而減小了機(jī)械振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的不利影響。這是通過在圖2所示點(diǎn)陣列中設(shè)置附加點(diǎn)行，例如附加行“7”和“8”實(shí)現(xiàn)的。此外，在諸如Applied Material’s WF-736的最自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)中，在沿襯底掃描方向上的兩個(gè)位置之間進(jìn)行圖像比較。該實(shí)施例的附加像素行可以使各列產(chǎn)生的像素與同一列產(chǎn)生的像素進(jìn)行比較。此外，圖像處理算法通常要求對(duì)給定像素的相鄰像素進(jìn)行運(yùn)算。列之間(即，附加像素行)的重疊優(yōu)先足以提供“備用”像素(通常1至5個(gè)像素)，從而確保用于該算法的相鄰像素均來自同一列。這樣，點(diǎn)d6就不必與諸如c1的遙遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行比較。該實(shí)施例從本質(zhì)上使每列上的點(diǎn)進(jìn)入各數(shù)據(jù)通路。它還適合用于調(diào)制圖像處理方法，例如，將每列送到單獨(dú)圖像處理模塊。這種調(diào)制方法簡化了處理過程并提高了處理速度。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，線性度要求降低到在彼此的附近通過的各列的各行之間的距離。在基于非交織的方法中，該距離是一個(gè)點(diǎn)間距。對(duì)于以上描述的情況，線性度要求為1∶1000(100像素間距/0.1像素公差)。如果采用交織(參考圖3b)，則線性度要求乘以交叉因數(shù)，這樣，對(duì)于交織因數(shù)10，線性度就變成1∶10,000。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，從幾個(gè)方向同時(shí)采集在襯底上形成的點(diǎn)發(fā)出的電子。這種多透視(multi-perspective)成像技術(shù)可以以更高精度進(jìn)行缺陷檢測和分類，因?yàn)槟撤N類型的缺陷在已知特性方向發(fā)出電子(例如，反向散射電子和/或二次電子)。因此，在相對(duì)于襯底的特定角度發(fā)出或者不發(fā)出特定類型的電子可以用于確定是否存在特定類型的缺陷。
如圖4所示，通過在相對(duì)于襯底160的不同角度設(shè)置幾個(gè)檢測器430a、430b，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明該實(shí)施例的多透視成像過程?？梢圆捎每梢砸苑蛛x點(diǎn)150的分辨率成像襯底160的整個(gè)視場的任何傳統(tǒng)檢測器系統(tǒng)。因此，檢測器430a采集點(diǎn)150與襯底160的表面相互作用產(chǎn)生的、以第一角度發(fā)出的一部分信號(hào)，檢測器430b采集點(diǎn)150與襯底160的表面相互作用產(chǎn)生的、以第二角度發(fā)出的一部分信號(hào)。
在圖5所示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，將兩塊相應(yīng)襯底640a，640b，例如同一個(gè)晶片上的兩個(gè)同樣晶片放置在可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)650上，而且一個(gè)晶片用作檢驗(yàn)另一個(gè)晶片的基準(zhǔn)。電子源600a、600b可以是以上描述的包括傳統(tǒng)小列或微列的任何一種電子源，它提供的電子束需要通過射束分裂器620a、620b入射到襯底640a、640b，從而照射襯底640a和640b上的同一個(gè)點(diǎn)陣列。
檢測器陣列660a、660b采集襯底640a和640b發(fā)出的信號(hào)，然后，處理器670對(duì)獲得的圖像進(jìn)行比較，以確定襯底640a、640b之一上是否存在缺陷。例如，將兩個(gè)圖像上相應(yīng)像素的灰度級(jí)進(jìn)行比較，如果它們的差別大于預(yù)定閾值數(shù)量，則處理器670確定該像素位置存在缺陷。與在本發(fā)明的上述實(shí)施例中相同，可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)650這樣移動(dòng)，使得基本分別照射并成像襯底640a、640b的整個(gè)表面。然而，本發(fā)明的該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，由于襯底640a、640b均承受工作臺(tái)650的同樣振動(dòng)，所以沒有該振動(dòng)產(chǎn)生的不希望效果，而且無需象在此描述的其他實(shí)施例中所做的那樣，對(duì)它們進(jìn)行補(bǔ)償。
下面的例子說明計(jì)算與實(shí)現(xiàn)本發(fā)明有關(guān)的各種參數(shù)的過程定義FOV-襯底上的視場(微米)(假定是正方形)D-襯底上的點(diǎn)之間的間距(微米)p-襯底上的像素尺寸(微米)
ny和nx-分別是陣列內(nèi)的行數(shù)和列數(shù)N-陣列內(nèi)的總點(diǎn)數(shù)DR-數(shù)據(jù)速率要求(像素/秒/陣列)FR-幀速率要求(讀的陣列/秒)V-y方向上的工作臺(tái)速度(微米/秒)由于FOV＝D*nx，ny＝D/p，所以利用下式計(jì)算總點(diǎn)數(shù)NN＝nx*ny＝(FOV/D)*(D/p)＝FOV/p對(duì)于給定的數(shù)據(jù)速率要求(DR)，則要求幀速率(FR)，并因此要求工作臺(tái)速度為FR＝DR/N＝DR*p/FOV以及V＝FR*p＝DR*p2/FOV例子1FOV＝1mm＝1000微米DR＝10吉像素/秒＝1010像素/秒P＝100nm＝0.1微米N＝1000/0.1＝104＝＞100*100陣列FR＝1010/104＝106＝1兆幀/秒V＝106*0.1微米＝100mm/秒對(duì)于給定的像素尺寸，為了在陣列內(nèi)獲得大量像素，并因此而降低幀速率和工作臺(tái)速度要求，提高FOV是關(guān)鍵(在采用圖3b所示的交錯(cuò)時(shí)，行數(shù)增加，并因此而增加陣列單元數(shù)，而幀速率降低，但是工作臺(tái)速度卻保持不變)。這是在采用電子束成像和電子成像列以聚焦多個(gè)電子束時(shí)產(chǎn)生的問題。
例子2如果像素尺寸減小到10nm，而FOV增加到10mm，則陣列的總點(diǎn)數(shù)是N＝10,000/0.01＝106。如果保持106幀/秒的幀速率(FR)，則本發(fā)明的數(shù)據(jù)速率(DR)為1012像素/秒，或者1萬億像素/秒。該DR情況下的工作臺(tái)速度(V)是10mm/秒。根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)比任何現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)均快3個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然，這種系統(tǒng)要求可以處理高數(shù)據(jù)速率的傳統(tǒng)圖像捕獲系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。
利用傳統(tǒng)材料、方法和裝置，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，在此不詳細(xì)說明這種材料、裝置和方法的細(xì)節(jié)。在上面的描述中，為了有助于全面理解本發(fā)明，對(duì)許多特定細(xì)節(jié)進(jìn)行了說明，例如特定材料、結(jié)構(gòu)、化學(xué)物質(zhì)、處理過程等。然而，應(yīng)該認(rèn)為，不采用以上具體說明的細(xì)節(jié)，仍可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他例子中，為了不使本發(fā)明不必要地模糊不清，所以未對(duì)眾所周知的處理過程進(jìn)行了詳細(xì)描述。
在本說明書中僅對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其變型的幾個(gè)例子進(jìn)行了描述。應(yīng)該明白，本發(fā)明可以用于各種其他組合和環(huán)境，而且可以在在此描述的本發(fā)明原理范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種成像器，該成像器包括電子束發(fā)生器，用于同時(shí)對(duì)要成像的對(duì)象表面輻照互相隔離開的點(diǎn)陣列；檢測器，用于采集點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；以及可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承對(duì)象，并這樣移動(dòng)對(duì)象，使得可以輻照并成像對(duì)象表面上的預(yù)定部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，該成像器包括用于對(duì)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像器，其中補(bǔ)償器包括用于移動(dòng)點(diǎn)陣列以補(bǔ)償機(jī)械不精確性的伺服機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像器，其中該補(bǔ)償器選自可運(yùn)動(dòng)反射鏡、電光元件以及聲光元件，以改變光束從光源入射到對(duì)象表面上的入射角，從而補(bǔ)償可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中電子束發(fā)生器包括用于直接對(duì)對(duì)象表面輻照點(diǎn)的電子源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像器，其中電子束發(fā)生器包括具有多個(gè)陰極的電子成像列。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像器，其中電子束發(fā)生器包括用于阻斷電子源發(fā)出的電子的面通量的針孔陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像器，其中電子源用于產(chǎn)生準(zhǔn)直電子束，而且電子束發(fā)生器包括用于將該準(zhǔn)直電子束變換為點(diǎn)陣列的電子阻擋掩膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中電子束發(fā)生器包括投影設(shè)備，包括電子源；以及電子光學(xué)系統(tǒng)，用于從電子源提供的電子產(chǎn)生電子點(diǎn)陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像器，其中投影設(shè)備包括光電陰極和光點(diǎn)陣列發(fā)生器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像器，其中光點(diǎn)陣列發(fā)生器包括微透鏡陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中檢測器檢測對(duì)象表面發(fā)出的二次電子和反向散射電子之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像器，該成像器包括用于從檢測器檢測到的電子產(chǎn)生反向散射電子圖像和二次電子圖像之一的電子光學(xué)系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像器，其中電子光學(xué)系統(tǒng)包括多路板和檢測器陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像器，其中檢測器陣列包括電荷耦合器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像器，其中電子光學(xué)系統(tǒng)包括閃爍器、圖像增強(qiáng)器和電荷耦合器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像器，其中投影設(shè)備包括射束分裂器。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成像器，其中電子阻擋掩膜包括多個(gè)金屬透鏡陣列薄膜，每個(gè)透鏡陣列薄膜分別具有對(duì)應(yīng)于點(diǎn)陣列上的各點(diǎn)的針孔陣列，透鏡陣列薄膜互相基本平行，并設(shè)置在電子源與襯底之間，使得它們的針孔是同心的；以及電壓源，連接到每個(gè)透鏡陣列薄膜，用于對(duì)每個(gè)透鏡陣列薄膜提供不同電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的成像器，其中每個(gè)透鏡陣列薄膜的針孔的直徑與其他透鏡陣列薄膜的針孔的直徑不同。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的成像器，該成像器進(jìn)一步包括光孔薄膜，該光孔薄膜包括對(duì)應(yīng)于透鏡陣列薄膜的針孔的針孔陣列，光孔薄膜設(shè)置在電子源與多個(gè)透鏡陣列薄膜之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)用于在偏離點(diǎn)陣列的軸線的掃描方向，基本上線性地移動(dòng)對(duì)象，使得當(dāng)對(duì)象在掃描方向上的移動(dòng)距離基本等于點(diǎn)陣列的長度時(shí)，這些點(diǎn)在機(jī)械交叉掃描方向跟蹤襯底表面上的基本連續(xù)軌跡。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像器，其中可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)用于這樣移動(dòng)對(duì)象，使得該點(diǎn)在跟蹤襯底表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相重疊。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的成像器，其中可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)用于這樣移動(dòng)襯底，使得該點(diǎn)在跟蹤對(duì)象表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相交錯(cuò)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的成像器，其中點(diǎn)陣列包括多個(gè)行和列的點(diǎn)，而且電子束發(fā)生器用于輻照預(yù)定行數(shù)的點(diǎn)，使得在列中兩個(gè)相鄰列上的各點(diǎn)在跟蹤襯底表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相重疊。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中電子束發(fā)生器用于輻照電子束發(fā)生器與對(duì)象表面之間的第一軌跡，而檢測器用于沿不同于第一軌跡的第二軌跡，采集對(duì)象表面上的信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的成像器，其中電子束發(fā)生器用于這樣輻照附加行的點(diǎn)，使得點(diǎn)的總行數(shù)大于點(diǎn)的預(yù)定行數(shù)，列中的兩個(gè)相鄰列重疊。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的成像器，其中電子束發(fā)生器用于這樣輻照足夠數(shù)量的附加行的點(diǎn)，使得用于圖像處理算法的相鄰像素全部在各列之一上。
28.一種檢驗(yàn)系統(tǒng)，該檢驗(yàn)系統(tǒng)包括第一電子束發(fā)生器，用于輻照要成像的第一對(duì)象表面上互相分離的各點(diǎn)的第一陣列；第二電子束發(fā)生器，用于輻照要成像的第二對(duì)象表面上互相分離的各點(diǎn)的第二陣列，其中第一點(diǎn)陣列和第二點(diǎn)陣列基本相同，而且第一對(duì)象的表面與第二對(duì)象的表面互相對(duì)應(yīng)；第一檢測器陣列，用于采集點(diǎn)與第一對(duì)象的表面的相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第一對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；第二檢測器陣列，用于采集點(diǎn)與第二對(duì)象的表面的相互作用產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第二對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用于支承第一對(duì)象和第二對(duì)象，并這樣移動(dòng)各對(duì)象，使得基本上可以輻照和成像每個(gè)對(duì)象的整個(gè)表面；以及處理器，用于將第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像進(jìn)行比較。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中配置處理器，以根據(jù)對(duì)第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像所做的比較，確定第二對(duì)象表面上是否存在缺陷。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中配置處理器，以在第二對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值與第一對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值的差別大于預(yù)定閾值量時(shí)，確定第二對(duì)象的表面上存在缺陷。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的成像器，該成像器進(jìn)一步包括用于補(bǔ)償可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性的補(bǔ)償器。
32.一種方法，該方法包括步驟引導(dǎo)電子，以同時(shí)輻照在要成像的對(duì)象表面上互相隔離開的點(diǎn)的陣列；采集該點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成對(duì)象表面上的被輻照部分的圖像；以及在執(zhí)行輻照和采集步驟時(shí)，移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的對(duì)象，使得該對(duì)象表面上的一個(gè)預(yù)定部分可以被輻照和成像。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，該方法包括在偏離點(diǎn)陣列的軸線的掃描方向，基本上線性地移動(dòng)對(duì)象，使得當(dāng)對(duì)象在掃描方向上的移動(dòng)距離基本等于點(diǎn)陣列的長度時(shí)，該點(diǎn)在機(jī)械交叉掃描方向跟蹤襯底表面上的基本連續(xù)軌跡。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，該方法包括這樣移動(dòng)對(duì)象，使得該點(diǎn)在跟蹤襯底表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相重疊。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，該方法包括這樣移動(dòng)襯底，使得該點(diǎn)在跟蹤對(duì)象表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相交錯(cuò)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中點(diǎn)陣列包括多個(gè)行和列的點(diǎn)，該方法包括這樣輻照預(yù)定行數(shù)的點(diǎn)，使得兩個(gè)相鄰列上的各點(diǎn)在跟蹤襯底表面上的連續(xù)軌跡時(shí)相重疊。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中多個(gè)行和列的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于對(duì)象表面上的一部分區(qū)域，該方法包括這樣輻照附加行的點(diǎn)，使得點(diǎn)的總行數(shù)大于點(diǎn)的預(yù)定行數(shù)，并且兩個(gè)相鄰列相重疊。
38.一種方法，該方法包括步驟引導(dǎo)電子，以同時(shí)輻照要成像的第一對(duì)象表面上互相隔離開的第一點(diǎn)陣列；引導(dǎo)電子，以同時(shí)輻照要成像的第二對(duì)象表面上互相隔離開的第二點(diǎn)陣列，其中第一點(diǎn)陣列和第二點(diǎn)陣列基本相同，而且第一對(duì)象的表面與第二對(duì)象的表面互相對(duì)應(yīng)；采集由該點(diǎn)與第一對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第一對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；采集由該點(diǎn)與第二對(duì)象表面的相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)，以形成第二對(duì)象表面上的輻照部分的圖像；這樣移動(dòng)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上的第一對(duì)象和第二對(duì)象，使得每個(gè)對(duì)象表面上的一個(gè)預(yù)定部分可以被輻照和成像；以及將第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像進(jìn)行比較。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，該方法包括根據(jù)對(duì)第一對(duì)象的圖像與第二對(duì)象的圖像所做的比較，確定第二對(duì)象表面上是否存在缺陷。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，該方法包括在第二對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值與第一對(duì)象表面上的圖像的參數(shù)值的差別大于預(yù)定閾值量時(shí)，確定第二對(duì)象的表面上存在缺陷。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中在執(zhí)行移動(dòng)步驟期間，第一對(duì)象與第二對(duì)象承受基本相同的機(jī)械振動(dòng)。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，該方法包括對(duì)可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性進(jìn)行補(bǔ)償。
43.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像器，其中可運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)用于在掃描方向這樣將對(duì)象從第一位置移動(dòng)到第二位置，使得該對(duì)象表面上的第二位置上的點(diǎn)相對(duì)于第一位置偏離掃描方向的軸線，而且偏離機(jī)械交叉掃描方向。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像器，其中由該點(diǎn)與對(duì)象表面相互作用而產(chǎn)生的信號(hào)的第一部分以第一角度從該表面發(fā)出，并被檢測器采集，而該信號(hào)的第二部分以不同于第一角度的第二角度從該表面發(fā)出，該成像器進(jìn)一步包括用于采集該信號(hào)的第二部分的第二檢測器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種克服現(xiàn)有系統(tǒng)的低分辨率和嚴(yán)格線性度要求的、高數(shù)據(jù)速率電子束點(diǎn)格柵陣列成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)包括電子束發(fā)生器，其同時(shí)輻照要成像的對(duì)象表面上互相分離的點(diǎn)陣列；以及檢測器，其采集點(diǎn)與對(duì)象表面的相互作用發(fā)出的反向散射電子和/或二次電子，以形成對(duì)象表面上的輻照部分的圖像。機(jī)械系統(tǒng)在平行于點(diǎn)陣列的軸線的方向移動(dòng)對(duì)象，使得當(dāng)襯底在掃描方向(y方向)在點(diǎn)陣列上移動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)跟蹤在機(jī)械交叉掃描方向(x方向)不存在間隙的軌跡。諸如伺服機(jī)構(gòu)或可運(yùn)動(dòng)反射鏡的補(bǔ)償器對(duì)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)械不精確性進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高成像精度。在其他實(shí)施例中，以襯底成不同角度設(shè)置的多個(gè)檢測器采集電子以提供襯底表面的多個(gè)透視圖像。
文檔編號(hào)H01J37/28GK1602430SQ02824638
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月7日
發(fā)明者吉拉德·艾茂基, 奧蘭·瑞奇斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司