利用双维恩过滤器单色器的电子束成像

摘要

一个实施例涉及一种双维恩过滤器单色器。第一维恩过滤器使电子束聚焦于第一平面中，同时使所述电子束在第二平面中平行。狭缝开口允许所述电子束的具有在能量范围内的能量的电子通过，同时阻挡所述电子束的具有在所述能量范围之外的能量的电子。第二维恩过滤器使所述电子束聚焦以变得在所述第一平面中平行，同时使所述电子束在所述第二平面中平行。还揭示其它实施例、方面及特征。

说明书

相关申请案的交叉参考

本专利申请案主张2014年5月25日提出申请的第62/002,894号美国临时专利申请案的权益，所述临时专利申请案的揭示内容特此以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及用于电子束成像的设备及方法。

背景技术

电子束成像系统通常使用电子束柱来使电子束跨越衬底表面的区域扫描以获得图像数据。本发明提供用于超高分辨率电子束成像的新颖及发明性设备及方法。

发明内容

一个实施例涉及一种电子束成像设备，其包含第一威恩过滤器及第二威恩过滤器以及位于其之间的狭缝孔隙。发射体源尖端发射电子，且枪电子透镜使所述电子聚焦以形成平行的电子束。所述第一威恩过滤器使所述电子束聚焦于第一平面中，同时使所述电子束在第二平面中平行。狭缝孔隙的狭缝开口用以滤除具有在能量范围之外的能量的电子。所述第二威恩过滤器使所述电子束聚焦以变得在所述第一平面中平行，同时使所述电子束在所述第二平面中平行。

另一实施例涉及一种电子束成像的方法。从发射体源发射电子。通过枪透镜使所述电子聚焦以形成电子束，所述电子束由于所述电子束具有是平行的电子轨迹而是平行的。通过第一一维威恩过滤器使所述电子束在第一平面中聚焦成第一交叉，同时使所述电子束在第二平面中平行，其中所述第一交叉与狭缝开口重合。使所述电子束的具有在能量范围内的能量的所述电子通过所述狭缝开口，同时阻挡所述电子束的具有在所述能量范围之外的能量的电子。通过第二一维威恩过滤器使所述电子束聚焦以变得在所述第一平面中平行，同时使所述电子束在所述第二平面中平行。

另一实施例涉及一种双威恩过滤器单色器。第一威恩过滤器使电子束聚焦于第一平面中，同时使所述电子束在第二平面中平行。狭缝开口允许所述电子束的具有在能量范围内的能量的电子通过，同时阻挡所述电子束的具有在所述能量范围之外的能量的电子。第二威恩过滤器使所述电子束聚焦以变得在所述第一平面中平行，同时使所述电子束在所述第二平面中平行。

还揭示其它实施例、方面及特征。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的供在电子束柱中使用的双威恩过滤器单色器的电子射线图。

图2描绘根据本发明的实施例的具有平行电子束照射的双威恩过滤器单色器的模拟。

图3是根据本发明的实施例的供在电子束柱中使用的电浮动式双威恩过滤器单色器的电子射线图。

图4是根据本发明的实施例的并入有双威恩过滤器单色器的电子束柱的电子射线图。

图5是根据本发明的实施例的利用双威恩过滤器单色器形成并使用电子束的方法的流程图。

图6是展示根据本发明的实施例实现的在相同射束电流下经改进的分辨率的点大小与射束电流关系的曲线图。

图7是根据本发明的实施例的可经配置为一维威恩过滤器的威恩过滤器的横截面图。

具体实施方式

电子束发射体中的源能量扩散对于使目前技术水平电子束成像系统(例如扫描电子显微镜(SEM)及复检系统)的性能显著改进来说是困难障碍。源能量扩散不仅显著影响分辨率，而且使跨越视域(FOV)的图像均匀性降级、限制用以从目标表面上的壁特征收集壁信息的电子束倾斜角度，且由于威恩过滤器中的使入射射束的次级电子与初级电子分离的能量分散效应而进一步使分辨率降级。

本发明提供用以克服上文所论述的困难障碍的设备及方法。本发明提供一种双威恩过滤器单色器。所述双威恩过滤器单色器包含第一一维威恩过滤器及第二一维威恩过滤器以及定位于其之间的狭缝孔隙。

图1是根据本发明的实施例的供在电子束柱中使用的双威恩过滤器单色器(DWFM)的电子射线图。如所描绘，双威恩过滤器单色器包含两个一维(1D)威恩过滤器(WF1及WF2)，其中狭缝(Slit)定位于其之间。

如所描绘，z轴是电子束柱的光学轴。电子从可界定为在坐标系统的原点处的发射体尖端(Tip)发射，且所发射电子通过枪透镜(GL)而聚焦成平行电子束。平行电子束是进入单色器的入射电子束。

入射电子束由第一1D威恩过滤器(WF1)接收。第一1D威恩过滤器是一维的，因为其使用一个维度而不使用另一维度(在此情形中，使用x维度而不使用y维度)来提供能量过滤。在所展示的示范性实施方案中，WF1产生磁场及/或电场来使电子束以聚焦角度β聚焦于x-o-z平面中(页面的平面内)，但其并不使射束聚焦于y-o-z平面中(页面的平面外)。由于WF1在y-o-z平面中的聚焦强度为零，因此当在y-o-z平面中仅考虑速度分量时，电子束保持平行。

由于因通过WF1进行的聚焦所致的交叉仅处于一个平面中，因此所述交叉在本文中可称为一维交叉或线段形交叉。有利地，与在x-o-z平面及y-o-z平面两者中的交叉(即，二维交叉或点状交叉)相比，电子束的一维交叉实质上减少电子间相互作用。

狭缝在y维度上的长度可大于所述维度上的射束宽度。狭缝在x维度上的宽度可取决于所需能量过滤分辨率ΔE而加以设计。

狭缝宽度仅允许具有接近射束能量E₀的能量的电子通过。被允许通过的射束的能量扩散是能量过滤分辨率ΔE。因此，通过狭缝的电子的能量范围是从E-＝E₀–ΔE/2到E+＝E₀+ΔE/2。如所展示，具有低于E-的能量的电子可由狭缝的底部部分阻挡，且具有高于E+的能量的电子可由狭缝的顶部部分阻挡。

由于到单色器中的入射电子束是平行射束，因此WF1经配置以提供所述射束在x-o-z平面中的大聚焦角度β，以便使一维交叉聚焦到狭缝上。可通过控制施加到WF1的激发电压V_WF1而控制聚焦强度(及因此聚焦角度)。

有利地，假定所要ΔE，大的聚焦角度β允许大宽度的狭缝，此举使得能够以充分准确度无困难地制造所述狭缝。另外，使电子通过较宽狭缝致使电子间的相互作用减少。

相比来说，在具有经聚焦(即，非平行)而非平行的入射电子束的双威恩过滤器单色器中，聚焦角度β可窄得多。由于较窄聚焦角度，需要小得多的宽度的狭缝且可难以准确地制造所述狭缝。另外，使电子通过较窄狭缝致使电子间的相互作用增加。

如同第一1D威恩过滤器(WF1)一样，第二1D威恩过滤器(WF2)使经能量过滤电子束聚焦于x-o-z平面中，而在y-o-z平面中不影响射束。通过WF2进行的聚焦是处于一聚焦强度，使得经能量过滤电子束作为平行电子束在x-o-z平面中(且还在y-o-z平面中)射出WF2。

根据本发明的实施例，WF1及WF2可以机械(包含距狭缝的距离)及电两种方式关于狭缝对称。如此，WF1及WF2的聚焦及偏转能力是相同的。

随后，如所展示，聚光器透镜(CL)可进一步使经能量过滤电子束聚焦。所述射束可然后通过电子束柱的其它组件。举例来说，下文关于图4来描述此类其它组件。

图2描绘根据本发明的实施例的具有平行电子束照射的双威恩过滤器单色器的模拟。所述图展示在能量E₀下以及在高于E₀的能量(E+)及低于E₀的能量(E-)下电子在x-o-z平面中的经模拟路径。

如所展示，进入双威恩过滤器单色器的入射电子的路径是平行的。第一1D威恩过滤器(WF1)使入射电子聚焦穿过狭缝开口(Slit)，使得具有在从E-到E+的范围内的能量的电子通过狭缝开口，而具有在所述范围之外的能量的电子由狭缝开口周围的电子不透明材料阻挡。经能量过滤电子然后通过第二1D威恩过滤器(WF2)聚焦，使得射出双威恩过滤器单色器的电子的路径是平行的。

图3是根据本发明的实施例的供在电子束柱中使用的电浮动式双威恩过滤器单色器(EFDWFM)的电子射线图。图3中的两个1D威恩过滤器(WF1及WF2)及狭缝开口(Slit)的布置与图1中的布置基本上相同。然而，在图3的实施例中，双威恩过滤器单色器模块的组件(即，WF1、Slit及WF2)是电浮动式。

在图3中展示的示范性实施方案中，单色器模块的组件由各自具有用于入射及出射的电子束的开口的两个导电外壳或笼(即，两个法拉第(Faraday)笼)环绕。两个导电外壳的外部可为电接地的以便与发射体尖端(其也是电接地的)处于相同电压电平下，且两个导电外壳(笼)的内部可具有施加到其的浮动DC电压(V_FL)。

图3中的接地及浮动外壳(笼)致使电子在进入穿过第一1D威恩过滤器(WF1)时减速且致使电子在经由第二1D威恩过滤器(WF2)射出时加速。由于所述减速及加速，与图1的DWFM内的电子的速度相比，图3的EFDWFM内的电子的速度较慢。特定来说，图3的EFDWFM内的电子的速度与等于浮动DC电压V_FL(其经控制以提供电子的较慢速度)的电子束电位V_a成比例。

有利地，在单色器内侧的较慢电子速度使得能够使用具有较大宽度的狭缝，从而使制造狭缝且保护狭缝免遭装填或变形是更实际的。另外，较大宽度狭缝减少单色器模块中的电子间相互作用。

图4是根据本发明的实施例的并入有双威恩过滤器单色器的电子束柱的电子射线图。所描绘的柱包含图3的发射体尖端(Tip)、枪透镜(GL)、电浮动式双威恩过滤器单色器(EFDWFM)及聚光器透镜(CL)。另一选择是，可将图1的双威恩过滤器单色器(DWFM)而非图3的电浮动式双威恩过滤器单色器包含于柱中。

如图4中所展示，聚光器透镜使射束聚焦以便在所述射束到达物镜(OL)之前形成交叉(F)。在此情形中，所述交叉是发射体尖端的图像，而非狭缝孔隙的图像。相比来说，在使用聚焦射束照射的先前设备中，替代地将形成孔隙而非发射体尖端的图像。

在图4中所描绘的电子束柱中，枪透镜(GL)连同狭缝孔隙一起来选择射束电流。聚光器透镜(CL)选择由物镜(OL)形成的最优数值孔径(NA)。最优NA是通过平衡色度像差与衍射像差而使目标衬底(TGT)处的电子束点大小最小化的NA。

应注意，一般来说，本文中论述为使电子束聚焦的各种透镜是电子透镜。这些透镜可实施为磁透镜及/或静电透镜。

应注意，在y-o-z平面中，WF1及WF2两者的聚焦强度均为零。如此，y-o-z平面中的未经冲击平行射束聚焦于与x-o-z平面中的经能量过滤平行射束相同的图像平面中。因此，物镜(OL)的数值孔径可为旋转对称的。

可通过使电子束偏转且使电子束扫描过目标表面来检查或复检目标衬底上的特征。为使离轴像差最小化，可使用包含预扫描器(Prescan)及主扫描器(Mainscan)的双偏转器扫描系统。可通过在检测器(DET)处收集次级电子(SE)而形成目标衬底的特征的图像。可使用威恩过滤器来将次级电子(SE)与入射(初级)电子分裂。

图5是根据本发明的实施例的利用双威恩过滤器单色器形成并使用电子束的方法500的流程图。举例来说，可使用上文关于图1及3所描述的设备来执行方法500。

按照步骤502，从电子发射源发射电子。举例来说，电子发射源可为热场发射(TFE)阴极发射体的尖端。可使用其它类型的电子发射源。

按照步骤504，可利用电子枪透镜将电子形成为平行电子束。如上文所描述，平行电子束是在两个维度上平行的。特定来说，其在x-o-z平面及y-o-z平面两者中均是平行的。

按照步骤506，可使用第一一维威恩过滤器(WF1)使电子束聚焦。举例来说，上文关于图1及3中的WF1描述了此种一维聚焦。如同图1及3中，射束的一维聚焦可在x-o-z平面中进行，同时所述射束可在y-o-z平面中保持平行。

按照步骤508，使用狭缝对电子束应用能量过滤。狭缝被定形成如同线段一般，因为其宽度比其长度小得多。如上文所描述，电子束在到达狭缝的平面时，其横截面也如同线段一般，因为其宽度比其长度小得多。

能量过滤是因为由威恩过滤器进行的偏转量取决于电子的能量(速度)而发生。狭缝经定位以便允许具有在从E₀–ΔE到E₀+ΔE的范围内的能量的电子通过。同时，具有在所述范围之外的能量的电子由环绕狭缝的孔隙材料阻挡。

按照步骤510，通过第二威恩过滤器(WF2)使电子束聚焦以形成自单色器射出的平行射束。所述射出的射束是在两个维度上(即，在x-o-z平面及y-o-z平面两者中)平行的。根据本发明的实施例，第一威恩过滤器及第二威恩过滤器可以机械及电两种方式关于孔隙完全对称，使得每一威恩过滤器中的光学性质(聚焦及偏转能力)可为相同的(或几乎相同的)。

按照步骤512，聚光器透镜(CL)可使电子束聚焦。如上文关于图4所描述，CL可使所述射束聚焦成交叉，且在所述交叉的平面处形成发射体尖端的图像。

按照步骤514及516，可由预扫描偏转器施加第一经控制偏转，且可由主扫描偏转器施加第二经控制偏转。预扫描偏转与主扫描偏转一起提供对射束的双偏转器扫描以减小离轴像差。

按照步骤518，可使电子束聚焦到目标表面的射束点上。此步骤通常使用例如上文关于图4所描述的物镜(OL)来实现。

按照步骤519，由于入射射束在目标表面处的照射而产生次级电子。按照步骤520，从目标表面(举例来说，通过提取电极及物镜)提取次级电子，且然后按照步骤522，使用另一(第三)威恩过滤器作为射束分离器而使所述次级电子偏转远离入射射束。最后，按照步骤524，使用电子检测器(DET)来检测次级电子。

应注意，使用此方法500，可使射束点扫描过目标衬底的表面。然后，可使用结合射束扫描而检测到的次级电子数据来产生展示目标表面的特征的图像数据。

图6是展示根据本发明的实施例实现的在相同射束电流下经改进的分辨率的点大小与射束电流关系的曲线图。所述曲线图展示点大小与射束电流的关系。如所展示，直到射束电流BCP，具有如本文中所教示的单色器的本发明的实施例针对相同射束电流具有较小点大小。因此，根据本发明的实施例，具有如本文中所教示的单色器的电子束柱具有低于BCP的有利地有用的射束电流范围。

使用例如本文中所揭示的双威恩过滤器单色器(浮动或不浮动)的电子束设备可用于各种应用中。这些应用包含但不限于对晶片、掩模、模板或发光二极管的电子束检验、复检及计量。

图7是根据本发明的实施例的可配置为一维威恩过滤器的威恩过滤器的横截面图。本发明的实施例将图7中所展示的威恩过滤器配置为1D威恩过滤器。也可使用1D威恩过滤器的其它实施方案。

装置700可包含两对磁芯(磁极件)702。第一对芯702可在x轴上对准，且第二对芯702可在y轴上对准，其中z轴是电子束柱的光学轴。可使导电威恩线圈704卷绕在每一磁芯702上。可通过调整流动穿过线圈704的电流而可控制地调整装置700中沿着x轴及y轴的磁场。

另外，装置700可包含两对圆柱形弯曲的导电板706。第一对圆柱形弯曲的板706可在x轴上对准，且第二对圆柱形弯曲的板706可在y轴上对准，其中z轴是电子束柱的光学轴。如图7中所展示，板706可为圆柱形弯曲的且经定位以便围绕所述柱的光学轴界定空圆柱形空间。

为实施1D威恩过滤器，可使电流流动穿过围绕在y轴上对准的第二对芯702的线圈，但不穿过围绕在x轴上对准的第一对芯702的线圈。此导致在y轴的方向上产生磁场(即，By)，但不在x轴的方向上产生磁场(即，Bx＝0)，以供电子沿着光学轴行进。另外，可将电压施加到板706以便致使在x轴的方向上产生静电场(即，Ex)，但不在y轴的方向上产生静电场(即，Ey＝0)，以供电子沿着光学轴行进。

如图7中进一步所展示，绝缘体708可将板706与磁芯702分离。绝缘体708可具有对应于板706的圆柱形弯曲的弯曲。磁芯702的邻接绝缘体708的表面也可具有对应于板706的圆柱形弯曲的圆柱形弯曲。

在以上说明中，给出众多特定细节以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，本发明的所图解说明实施例的以上说明并非旨在为穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。所属领域的技术人员将认识到，可在不具有特定细节中的一者或多者的情况下或借助其它方法、组件等来实践本发明。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构或操作以避免使本发明的方面模糊不清。尽管出于说明性目的而在本文中描述了本发明的特定实施例及实例，但如所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种等效修改。

可根据以上详细说明对本发明做出这些修改。权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将由所附权利要求书来确定，权利要求书将根据权利要求解释的既定原则来加以理解。