用于在带电粒子束设备中对晶片进行热调节的系统和方法

摘要

公开了一种改进的粒子束检查设备，并且更具体地公开了一种包括用于预调节晶片的温度的热调节站的粒子束检查设备。带电粒子束设备可以扫描晶片以测量晶片上的结构的一个或多个特性并且分析一个或多个特性。带电粒子束设备还可以基于对结构的一个或多个特性的分析来确定晶片的温度特性，并且基于温度特性来调节热调节站。

说明书

本申请要求于2018年11月6日提交的美国申请62/756,483的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本文中提供的实施例公开了一种带电粒子束检查设备，并且更具体地公开了一种包括用于预调节晶片的温度的热调节站的粒子束检查设备。

背景技术

当制造半导体集成电路(IC)芯片时，在制造过程中，图案缺陷或不请自来的颗粒(残留物)不可避免地出现在晶片或掩模上，从而降低了良率。例如，对于具有较小关键特征尺寸的图案(其已经被采用以满足IC芯片的越来越先进的性能要求)，不请自来的颗粒可能会很麻烦。

具有带电粒子束的图案检查工具已经用于检测缺陷或不请自来的颗粒。这些工具通常采用扫描电子显微镜(SEM)。在SEM中，具有相对较高能量的一次电子束被减速以便以相对较低的着陆能量着陆在样品上并且被聚焦，以在其上形成探测点。由于这种聚焦的一次电子探测点，将从表面生成二次电子。二次电子可以包括由于一次电子与样品的相互作用而产生的反向散射电子、二次电子或俄歇电子。通过在样品表面之上扫描探测点并且收集二次电子，图案检查工具可以获取样品表面的图像。

在检查工具的操作期间，晶片通常由晶片台保持。检查工具可以包括用于将晶片台和晶片相对于电子束进行定位的晶片定位装置。这可以用于在电子束的操作范围内定位晶片上的目标区域，例如要检查的区域。

发明内容

本文中提供的实现公开了一种带电粒子束检查设备，并且更具体地公开了一种包括用于预调节晶片的温度的热调节站的粒子束检查设备。

在一些实施例中，提供了一种用于使用带电粒子束设备来确定晶片的温度特性的方法。晶片可以包括多个结构。该方法可以包括利用带电粒子束设备扫描晶片以测量晶片上的多个结构的一个或多个特性。该方法还可以包括分析多个结构的一个或多个特性。该方法还可以包括基于对多个结构的一个或多个特性的分析来确定温度特性。

在一些实施例中，提供了一种用于利用热调节站来调节带电粒子束设备的方法。该方法可以包括：利用带电粒子束设备扫描晶片台上的晶片以测量晶片上的多个结构的一个或多个特性，以及分析多个结构的一个或多个特性。该方法还可以包括基于对多个结构的一个或多个特性的分析来确定晶片的温度特性。该方法还可以包括基于温度特性来调节热调节站。

在一些实施例中，一种带电粒子束设备可以包括被配置为对晶片温度进行预调节的热调节站和生成晶片台上的晶片的一个或多个图像的粒子束成像工具。带电粒子束设备还可以包括控制器，该控制器具有用于引起带电粒子束设备执行各种步骤的电路系统。这些步骤可以包括利用粒子束成像工具扫描晶片以测量晶片上的多个结构的一个或多个特性，以及分析多个结构的一个或多个特性。这些步骤还可以包括基于对多个结构的一个或多个特性的分析来确定晶片的温度特性，以及基于温度特性来调节热调节站。

通过以下结合附图的描述，本发明的其他优点将变得很清楚，在附图中，通过说明和示例的方式阐述了本发明的某些实施例。

附图说明

通过结合附图对示例性实施例的描述，本公开的以上和其他方面将变得更加清楚。

图1A是示出带电粒子束检查系统中的示例性晶片变形效果的示意图。

图1B是示出根据本公开的实施例的示例性带电粒子束检查系统的示意图。

图1C是示出根据本公开的实施例的图1B的带电粒子束检查系统中的示例性晶片加载序列的示意图。

图2是示出根据本公开的实施例的示例性电子束工具的示意图。

图3是示出在带电粒子束检查系统中晶片温度随时间变化的示例性曲线图。

图4是根据本公开的实施例的具有热调节站的示例性带电粒子束检查系统的示意图。

图5和图6是示出根据本公开的实施例的关于热调节过程的温度设定点的晶片温度随时间变化的示例性曲线图。

图7和图8是示出根据本公开的实施例的具有多个结构的晶片的示例性图像的示意图。

图9是示出根据本公开的实施例的用于调节晶片温度的示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，这些示例性实施例的示例在附图中示出。以下描述参考附图，除非另外表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不代表与本发明相一致的所有实现。相反，它们仅是与所附权利要求中所述的本发明有关的各方面相一致的装置和方法的示例。

电子设备的增强的计算能力(同时减小了设备的物理尺寸)可以通过显著增加IC芯片上诸如晶体管、电容器、二极管等电路组件的封装密度来实现。例如，智能电话的IC芯片(IC芯片为拇指大小)可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小小于人发的1/1000。因此，毫不奇怪，半导体IC制造是一个复杂且耗时的过程，需要数百个个体步骤。即使一步出错，也有可能极大地影响最终产品的功能。即使是一个“致命缺陷”也可能导致器件故障。制造过程的目标是提高过程的总良率。例如，要使50个步骤的过程获取75％的良率，每个个体步骤的良率都必须大于99.4％，并且如果个体步骤的良率为95％，则整个过程的良率将降至7％。

虽然在IC芯片制造设备中需要高工艺良率，但是保持高晶片吞吐量(定义为每小时处理的晶片数)也是必不可少的。缺陷的存在会影响高工艺良率和高晶片吞吐量，特别是在需要操作操作者干预以检查缺陷的情况下。因此，通过检查工具(诸如SEM)进行高吞吐量检测以及微米级和纳米级缺陷标识对于保持高良率和低成本至关重要。

SEM用聚焦的电子束扫描晶片的表面。电子与晶片相互作用并且产生二次电子。通过用电子束扫描晶片并且用检测器捕获二次电子，SEM产生晶片图像，该图像示出了被检查晶片区域内的内部器件结构。

常规检查系统的问题之一是，在扫描过程中，被扫描的晶片可能会改变其形状或尺寸。例如，当将晶片放置在检查平台上时，晶片的温度可以与平台的温度不同。该温度差可能导致晶片温度漂移(例如，晶片的温度朝着稳定点逐渐连续变化，该稳定点通常接近检查系统的温度)，从而导致晶片的形状或尺寸发生变化。如果晶片温度升高，则晶片将膨胀；如果晶片温度降低，则晶片将收缩。晶片的形状或尺寸的这种变化会导致检查结果不准确。

因此，正在使用常规粒子束检查系统检查晶片的操作者在开始检查之前需要等待晶片温度稳定。需要这个温度稳定是因为晶片随着温度变化而改变尺寸(这会导致晶片上的元件随着晶片的膨胀或收缩而移动)。例如，图1A示出了随着晶片160由于温度变化而膨胀，元件180、182、184和186可以移动到新的位置170、172、174和178。并且，当检查晶片的精度为纳米时，这种位置变化是重要的。因此，为了使操作者精确地定位和检查晶片上的元件，操作者必须等待直到晶片温度稳定。因此，对于高吞吐量检查，一些较新的检查系统在将晶片放置在检查平台上之前对晶片进行热调节。通过在将晶片放置到晶片台上之前使晶片温度接近晶片台的温度，可以以更少的延迟开始检查。因此，操作者可以在给定时间段内检查更多晶片，从而提高吞吐量。

如果检查系统可以使用晶片的实际温度，则还可以优化热调节过程。然而，测量实际晶片温度是困难的。在晶片上放置温度计会导致有害的微粒(例如，灰尘)污染检查环境，从而降低晶片检查的准确性。像红外线(IR)温度传感器这样的非接触式温度计可以避免污染问题，但是针对这个目的，红外传感器的精度仍然太低。

本公开的一个方面包括可以在不使用会污染检查环境的任何组件(诸如温度计)的情况下以适当的精度间接地测量晶片的温度特性的系统和方法。如先前关于图1A所述，当晶片温度改变时，晶片可以改变尺寸(例如，膨胀或收缩)。因此，晶片尺寸变化与晶片温度变化密切相关。通过获取晶片的多个图像并且比较晶片上的某些结构的位置，可以以所需要的精度来确定晶片的温度特性，而不会造成任何污染。

为了清楚起见，附图中的组件的相对尺寸可能被放大。在对附图的以下描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的组件或实体，并且仅描述关于各个实施例的不同之处。如本文中使用的，除非另有明确说明，否则术语“或”涵盖所有可能组合，除非不可行。例如，如果声明数据库可以包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则数据库可以包括A或B或A和B。作为第二示例，如果声明数据库可以包括A、B或C，则除非另有说明或不可行，否则数据库可以包括A或B或C或A和B或A和C或B和C或A和B和C。

现在参考图1B，图1B是示出根据本公开的实施例的示例性带电粒子束检查系统100的示意图。如图1B所示，带电粒子束检查系统100可以包括主室10、负载锁定室20、电子束工具40和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具40可以位于主室10内。尽管说明书和附图涉及电子束，但是应当理解，实施例没有用于将本发明限制于特定带电粒子。还应当理解，电子束工具40可以是利用单个电子束的单束工具或利用多个电子束的多束工具。

EFEM 30可以包括第一加载端口30a和第二加载端口30b。EFEM30可以包括(多个)附加加载端口。第一加载端口30a和第二加载端口30b可以例如接纳晶片前开口统一吊舱(FOUP)，该FOUP容纳要检查的晶片(例如，半导体晶片或由其他材料制成的晶片)或样品(晶片和样品在下文中统称为“晶片”)。EFEM 30中的一个或多个机械臂(例如，图1C所示的机械臂11)将晶片运送到负载锁定室20。

负载锁定室20可以连接到负载锁定真空泵系统(未示出)，该系统去除负载锁定室20中的气体分子，以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(例如，图1C所示的机械臂12)将晶片从负载锁定室20运送到主室10。主室10连接到主室真空泵系统(未示出)，该系统去除主室10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，通过电子束工具40对晶片进行检查。

控制器50可以电子连接到电子束工具40或带电粒子束检查系统100的任何其他部分。控制器50可以是被配置为执行带电粒子束检查系统100的各种控制的计算机。控制器50也可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能的处理电路系统。尽管控制器50在图1B中被示出为在包括主室10、负载锁定室20和EFEM 30的结构外部，但是应当理解，控制器50可以是该结构的一部分。虽然本公开提供了容纳电子束检查工具的主室10的示例，但是应当注意，本公开的各个方面在其最广泛的意义上并不限于容纳电子束检查工具的室。而是，应当理解，前述原理也可以应用于在第二压力下操作的其他工具。

现在参考图1C，图1C是示出根据本公开的实施例的图1B的带电粒子束检查系统100中的示例性晶片加载序列的示意图。在一些实施例中，带电粒子束检查系统100可以包括位于EFEM 30中的机械臂11和位于主室10中的机械臂12。在一些实施例中，EFEM 30还可以包括被配置为在将晶片运送到负载锁定室20之前准确地定位晶片的预对准器60。

在一些实施例中，第一装载端口30a和第二装载端口30b例如可以接纳晶片前开口统一吊舱(FOUP)，该FOUP容置有晶片。EFEM30中的机械臂11可以将晶片从任何加载端口运送到预对准器60以辅助定位。预对准器60可以使用机械或光学对准方法来定位晶片。在预对准之后，机械臂11可以将晶片运送到负载锁定室20。

在将晶片运送到负载锁定室20之后，负载锁定真空泵(未示出)可以去除负载锁定室20中的气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，机械臂12可以将晶片从负载锁定室20运送到主室10中的电子束工具40的晶片台80。主室10连接到主室真空泵系统(未示出)，该系统去除主室10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，可以通过电子束工具对晶片进行检查。

在一些实施例中，主室10可以包括被配置为在检查之前暂时存储晶片的停放站70。例如，当第一晶片的检查完成时，可以将第一晶片从晶片台80卸下，然后机械臂12可以将第二晶片从停放站70运送到晶片台80。之后，机械臂12可以将第三晶片从负载锁定室20运送到停放站70以暂时存储第三晶片，直到第二晶片的检查完成。

在一些实施例中，为了提高检查系统的整体吞吐量，带电粒子束检查系统100可以在将晶片加载到晶片台80上之前对晶片进行热调节。这种预先检查热调节可以在预对准器60、负载锁定室20、停放站70或适合于在将晶片移动到晶片台80之前对晶片进行热调节的任何其他地方发生。

现在参考图2，图2是示出根据本公开的实施例的示例性检查系统200的示意图，该示例性检查系统200可以是图1B和1C的带电粒子束检查系统的一部分。检查系统200可以包括电子束工具40和控制器50。

电子束工具40可以包括电动化晶片台201(类似于图1C的晶片台80)。电子束工具40还可以包括由电动化晶片台201支撑以保持要检查的晶片203的晶片保持器202。电子束工具40还可以包括复合物镜204、电子检测器206(其包括电子传感器表面)、物镜孔208、聚光镜210、光束限制孔212、枪孔214、阳极216和阴极218，其中的一个或多个可以与电子束工具40的光轴217对准。在一些实施例中，检测器206可以偏离轴217布置。

在一些实施例中，复合物镜204可以包括改进的摆动物镜延迟浸没透镜(SORIL)，该SORIL可以包括极靴204a、控制电极204b、偏转器或一组偏转器204c、和励磁线圈204d。在一些实施例中，电子束工具40可以附加地包括能量色散X射线光谱仪(EDS)检测器(未示出)以表征晶片上的材料。

可以通过在阳极216与阴极218之间施加电压来从阴极218发射一次电子束220。一次电子束220可以穿过枪孔214和光束限制孔212，这两者都可以确定进入聚光透镜210的电子束的电流，该聚光透镜210位于光束限制孔212下方。聚光透镜210可以在光束进入物镜孔208之前聚焦一次电子束220，以在电子束进入复合物镜204之前设置电子束的电流。

复合物镜204可以将一次电子束220聚焦到晶片203上以进行检查，并且可以在晶片203的表面上形成探测点222。(多个)偏转器204c可以使一次电子束220偏转以在晶片203上方扫描探测点222。例如，在扫描过程中，可以控制(多个)偏转器204c在不同时间点将一次电子束220依次偏转到晶片203的顶表面的不同位置上，以为晶片203的不同部分提供用于图像重构的数据。此外，在一些实施例中，还可以控制偏转器204c在不同时间点在特定位置将一次电子束220偏转到晶片203的不同侧面上，以为该位置处的晶片结构的立体图像重构提供数据。此外，在一些实施例中，阳极216和阴极218可以被配置为生成多个一次电子束220，并且电子束工具40可以包括多个偏转器204c，以将多个一次电子束220同时投射到晶片203的不同部分/侧面。

当将电流施加到励磁线圈204d上时，可以在晶片表面区域中生成轴对称(即，围绕光轴217对称)的磁场。可以将被一次电子束220扫描的晶片203的一部分浸没在磁场中。在一些实施例中，可以将不同电压施加到晶片203、极靴204a和控制电极204b上，以在晶片表面附近生成轴对称的延迟电场。该电场可以在光束的电子与晶片203碰撞之前减少在晶片表面附近的撞击一次电子束220的能量。与极靴204a电隔离的控制电极204b可以控制晶片上的轴对称电场，以防止晶片的微弧化，并且确保适当的光束与轴对称磁场一起聚焦在晶片表面处。

可以在接收一次电子束220时从晶片203的一部分发射二次电子束230。二次电子束230可以包括由于一次电子与晶片203的相互作用而产生的反向散射电子、二次电子或俄歇电子。二次电子束230可以被电子检测器206的传感器表面接收。在一些实施例中，电子检测器206可以生成表示二次电子束230的强度的信号(例如，电压、电流等)，并且可以将该信号提供给与电子检测器206通信的控制器50。二次电子束230的强度可以根据晶片203的外部或内部结构而变化，并且因此可以指示晶片203是否包括缺陷。而且，如上所述，一次电子束220可以被投射到晶片203的顶表面的不同位置上，或者在特定位置处被投射到晶片203的不同侧面上，以生成不同强度的二次电子束230。因此，通过将二次电子束230的强度与晶片203的面积映射，控制器50中的图像处理电路系统可以重构反映晶片203的内部或外部结构的特性的图像。

在一些实施例中，控制器50可以包括图像处理系统，该图像处理系统包括图像获取器(未示出)和存储装置(未示出)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算设备等、或其组合。图像获取器可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、Bluetooth、互联网、无线网络、无线广播等或其组合等介质通信地耦合到电子束工具40的电子检测器206。在一些实施例中，图像获取器可以从电子检测器206接收信号并且可以构造图像。图像获取器因此可以获取晶片203的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓，在获取图像上叠加指示符，等等。图像获取器可以被配置为执行对获取图像的亮度和对比度等的调节。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪存驱动器、云存储、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等存储介质。存储装置可以与图像获取器耦合，并且可以用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像并且保存后处理图像。

在一些实施例中，图像获取器可以基于从检测器206接收的成像信号来获取晶片203的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。获取图像可以是包括多个成像区域的单个图像。单个图像可以存储在存储装置中。单个图像可以是可以被划分为多个区域的原始图像。每个区域可以包括包含晶片203的特征的一个成像区域。获取图像可以包括在时间序列内被多次采样的晶片203的单个成像区域的多个图像。多个图像可以存储在存储装置270中。在一些实施例中，控制器50可以被配置为对晶片203的同一位置的多个图像执行图像处理步骤。

在一些实施例中，控制器50可以包括测量电路系统(例如，模数转换器)以获取检测到的二次电子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据与入射在晶片表面上的一次电子束220的对应扫描路径数据相结合，可以用于重构被检查的晶片结构的图像。重构图像可以用来揭示晶片203的内部或外部结构的各种特征，并且从而可以用来揭示晶片中可能存在的任何缺陷。

在一些实施例中，控制器50可以执行晶片对准过程。对准过程可以包括相对于参考图像来分析晶片203的一个或多个图像。晶片图像可以示出晶片上的一个或多个结构或图案，其中该结构或图案是在半导体制造过程中被嵌入在晶片上的。控制器50可以分析晶片图像，并且将一个或多个结构的位置与参考图像中的结构的位置进行比较。控制器50可以调节系统配置以补偿未对准的量。

此外，尽管图2示出了电子束工具40使用单个一次电子束，但是应当理解，电子束工具40也可以是使用多个一次电子束的多束检查工具。本公开不限制在电子束工具40中使用的一次电子束的数目。

现在参考图3，图3是示出带电粒子束检查系统的晶片温度随时间变化的示例性曲线图。纵轴表示温度变化，横轴表示经过的时间。该图示出，在通过多个阶段的晶片加载序列处理晶片时，晶片温度会随时间变化。在时间330，将晶片加载到加载锁定室。在时间340，将晶片传送并且加载到晶片台。在时间345，晶片检查开始。在时间350，晶片检查结束，并且从晶片台卸载晶片。在时段320期间，晶片停留在晶片台上。

根据图3所示的示例性数据，当在时间330将晶片加载到加载锁定室时，晶片的温度大约为22度(表示为312)。在将晶片传送到加载锁定室之后，晶片温度从温度312急剧下降到温度314。示例性数据示出，当将加载锁定室抽真空至真空时，该温度下降可能约为1到2度。这种突然的温度下降被称为抽空效应。

随后，当在时间340将晶片传送并且加载到晶片台(例如，图1C的晶片台80)上时，晶片温度(标为314)和晶片台温度(未示出，但接近平衡温度310)可以处于不同温度。示例性数据示出，该差异可能大约高达3度。

晶片与晶片台之间的温度差导致晶片温度朝着晶片台温度漂移。例如，图3中的曲线图示出，晶片温度在时段320期间改变。在这种情况下，在晶片与晶片台之间可能发生热传递，从而导致晶片(或晶片台)变形(例如，图1A所示的热膨胀)。当晶片台或晶片经历热变形时，目标区域的检查可能无法进行或精度降低。因此，为了执行更准确的检查，系统在时间345开始检查之前，要等待相当长的一段时间(等待时段325)，直到晶片温度稳定在平衡温度310。因此，减少等待时段325可以改善检查系统的吞吐量。在一些实施例中，可以对晶片进行热预处理以减小温度差360，从而导致较短的等待时段325。

用于更快的温度稳定的晶片台的示例可以在于2018年5月28日提交的题为“PARTICLE BEAM APPARATUS”的欧洲专利申请No.EP18174642.1中找到，其全部内容通过引用合并于此。应对这种长的稳定时间的另一方法是通过在晶片被加载到晶片台上之前预加热或预冷却晶片以匹配晶片台的温度来调节晶片温度。这样的实施例的示例可以在于2018年7月17日提交的题为“PARTICLE BEAM INSPECTION APPARATUS”的美国专利申请号62699643中找到，该专利申请的全部内容通过引用合并于此。

现在参考图4，图4示出了根据本公开的实施例的具有热调节站410的示例性带电粒子束检查系统400。在一些实施例中，检查系统400可以包括热调节站410、主室490、控制器450和加热器/冷却器460。主室490可以包括电子束工具(未示出；诸如图2的电子束工具40)以获取晶片480(当前正在检查的晶片)的图像。在进行晶片480的检查的同时，热调节站410可以对晶片420(在晶片480检查完成之后要检查的生产线中的晶片)进行热调节以改变晶片420的温度以准备好进行检查步骤。

在一些实施例中，热调节站410可以包括多个支撑结构425和被配置为将热量传递给晶片420的调节板415。在其他实施例中，调节板415可以被配置为附加地或备选地从晶片420传递热量。耦合到调节板415的结构425可以支撑晶片420使得在晶片420与调节板415之间存在空间。然而，可以理解，随着晶片420被定位成更靠近调节板415，可以实现更有效的热传递，在一些实施例中，可能期望在晶片420与调节板415之间具有足够的距离以提供空间以供机械臂提升或运送晶片420。在一些实施例中，晶片420与调节板415之间的距离可以在1.5mm至10mm的范围内，以提供空间来容纳各种机械臂尺寸以提升或运送晶片。在一些实施例中，晶片420与调节板415之间的距离可以在3mm至5mm的范围内，以提供空间来容纳某种类型的机械臂，同时提供更有效的热传递，而无需针对机械臂运送进行特殊处理。在一些实施例中，可以使用用于提升晶片420的特殊机构，从而使该距离更窄。

此外，即使在图3A中示出了两个支撑结构425，但是可以理解，热调节站410可以包括任何数目的支撑结构425。在一些实施例中，可以将晶片420被动地放置在支撑结构425之上，而无需任何主动耦合(例如，静电夹持)装置。在其他实施例中，可以使用诸如静电夹持等主动保持装置将晶片420保持到支撑结构425上。

在一些实施例中，预对准器(诸如图1C的预对准器60)可以用作热调节站410。在一些实施例中，停靠站(诸如图1C的停靠站70)可以用作热调节站410。

在一些实施例中，负载锁定室(诸如图1C的负载锁定室20)可以用作热调节站410。在这样的实施例中，负载锁定室(即，热调节站410)可以被配置为在大气压力与真空之间改变内部压力。诸如涡轮泵(未示出)的泵可以连接到负载锁定室，以将真空水平维持在用于调节晶片420的温度的适当水平。可以理解，泵可以是不同于涡轮泵的一种类型的泵，只要泵适合于在负载锁定室中建立真空。

在一些实施例中，调节板415可以包括传热元件440，该传热元件440被配置为改变调节板415的温度，这又影响晶片420的温度。传热元件440可以耦合到加热器/冷却器460。在一些实施例中，加热器/冷却器460可以放置在热调节站410外部。在其他实施例中，加热器/冷却器460可以放置在热调节站410内部。

控制器450可以被配置为经由控制信号434来调节加热器/冷却器460或传热元件440以改变调节板415的温度，这又影响晶片420的温度。在一些实施例中，控制器450可以基于多个数据输入(例如，经由通信通道431、432和433)执行各种分析以调节热调节过程的温度设定点，从而经由控制信号434控制加热器/冷却器460或传热元件440。

在一些实施例中，控制器450可以接收关于主室490中的晶片台495的温度的台温度数据。例如，控制器450可以经由通信通道431从被配置为测量晶片台495的温度的温度传感器496接收传送台温度数据的电信号。在这样的实施例中，控制器450可以基于所接收的晶片台495的台温度数据来调节热调节过程的温度设定点，并且控制加热器/冷却器460根据调节后的温度设定点来调节调节板415的温度。

控制器450可以备选地或附加地使用来自电子束工具的信息来调节热调节站410。晶片480在被传送到晶片台495以进行检查之前，可能已经在热调节站410中进行了热调节。因此，通过获取和处理已经被热预处理的晶片480的温度特性，控制器450可以确定热调节过程的有效性并且将热调节站410重新配置为更高效地处理管线中的晶片(例如，晶片420和FOUP中的其他晶片)，从而提高了带电粒子束检查系统400的整体吞吐量。例如，控制器450可以基于晶片480的温度特性来调节热调节过程的温度设定点。

为了确定晶片480的温度特性，控制器450可以经由通信通道433接收晶片480的所测量的一些特性。晶片480的这些特性可以包括晶片上的结构的位置或结构之间的距离。

在一些实施例中，晶片480的温度特性可以是关于晶片480的温度的信息。晶片480的温度信息可以通过直接测量(例如，使用接触式或非接触式温度传感器)或间接测量(例如，分析晶片480的物理性质)来获取。间接测量晶片480的温度信息的一种方法是使用晶片480的对准数据。例如，在一些实施例中，控制器450可以经由通信通道433接收晶片480的一个或多个图像(诸如图7的晶片图像710和760或者图8的晶片图像810、820和830)。一个或多个图像可以是晶片480的一个或多个部分的图像。在其他实施例中，控制器450可以从主室490中的电子束工具接收扫描数据，并且构造多个晶片图像或晶片的各部分的多个图像。控制器450然后可以分析晶片480的图像以标识晶片480的温度特性。该间接测量过程在以下各节中关于图7和图8更详细地描述。

在一些实施例中，控制器450可以经由通信通道432接收关于加热器/冷却器460的输出温度的加热器温度数据。在这样的实施例中，控制器450可以基于反馈信息(所接收的加热器温度数据)利用控制信号434动态地调节加热器/冷却器460以控制调节板415的温度。例如，在一些实施例中，加热器/冷却器460可以是水加热器或水冷却器。在这样的实施例中，加热或冷却的水流过调节板415中的传热元件440，并且控制器450可以在加热器/冷却器460的输出处接收关于水的温度的加热器温度数据。控制器450可以基于水温来调节加热器/冷却器460。控制器450可以经由通信通道432从被配置为测量水的温度的温度传感器465接收传送加热器温度数据的电信号。在一些实施例中，控制器450可以使用所接收的加热器温度数据来调节热调节过程的温度设定点。

在一些实施例中，通信通道431、432和433以及控制信号434可以包括介质，诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、Bluetooth、互联网、无线网络、无线广播等或其组合。在一些实施例中，控制器450可以用附加的温度传感器进一步优化。例如，在一些实施例中，系统可以附加地包括被配置为测量晶片420、晶片480或调节板415的温度的一个或多个传感器。

图5示出了示例性曲线图，该曲线图示出了关于热调节过程的温度设定点在热调节站(诸如图4中的热调节站410)中的晶片温度随时间的变化。热调节过程在时间530开始。随着热量传递到晶片，晶片的温度逐渐接近平衡温度510。热调节过程可以继续直到时间540，在该时间540，晶片的温度大致稳定在平衡温度510。热调节站可以由具有温度设定点520的控制器(诸如图4的控制器450)控制。如图5所示，在一些实施例中，控制器可以将温度设定点520驱动到恒定值。

图6示出了另一示例性曲线图，该曲线图示出了在晶片温度调节期间晶片温度随时间的变化。类似于图5中的实施例，当晶片的温度大致稳定在平衡温度610时，热调节过程在时间630开始并且在时间640结束。在该实施例中，控制器可以实时且动态地调节温度设定点620以减少热调节所需要的时间。例如，可以首先将温度设定点620设置为较高，以快速改变晶片的温度，然后随着晶片温度接近平衡温度610而逐渐降低温度设定点620。

现在参考图7，图7是本公开的实施例的具有多个结构的晶片的示例性图像的示意图。在一些实施例中，被检查的晶片(诸如图4的晶片480)的对准数据可以用于确定晶片的温度特性(例如，晶片的温度信息)。例如，如关于图4所述，控制器(诸如图4的控制器450)可以接收晶片的一个或多个图像。一个或多个图像可以是晶片的一个或多个部分的图像。控制器然后可以分析晶片或晶片的部分的接收图像以确定晶片的温度特性。控制器可以使用温度特性来调节热调节站(诸如图4的热调节站410)的温度设定点。

如图7所示，在一些实施例中，可以将晶片图像710与参考晶片图像760进行比较以确定晶片的相对尺寸。基于晶片的相对尺寸，可以确定晶片的温度特性。例如，如果晶片(如晶片图像710中所示)小于参考图像，则晶片的温度可以低于对应参考温度。如果晶片大于参考图像，则晶片的温度可以高于对应参考温度。

在这样的实施例中，控制器(诸如图4的控制器450)可以接收晶片图像710(或晶片的部分的图像)，晶片图像710示出了晶片上的一个或多个结构或图案，其中该结构或图案是在半导体制造过程中嵌入在晶片上的。可以将晶片图像710(或晶片的一部分的图像)与参考进行比较，使得可以相对于参考中的对应结构找到晶片上的已知结构的相对位置。使用类似的技术，可以确定晶片和参考中的多个结构的位置，并且还可以基于SEM扫描来确定它们之间的距离。例如，晶片图像710示出了在位置730、732、734和736处的四个这样的结构。控制器可以分析晶片图像710并且确定晶片上的结构的位置。控制器还可以确定结构之间的距离，诸如在位置732和736处的结构之间的距离742以及在位置734和730处的结构之间的距离744。

在一些实施例中，可以将晶片的这些测量特性与参考数据中晶片的预期特性进行比较。参考数据可以包括GDS布局数据。例如，参考晶片图像760示出，预期在位置770、772、774和776处发现结构。因此，可以获取结构的预期位置之间的距离，诸如预期位置772和776之间的距离782以及预期位置774和770之间的距离784。在这样的实施例中，控制器可以分别将距离742、744与距离782、784进行比较。控制器可以根据测量距离742和744以及预期距离782和784使用以下等式确定晶片比例因子：

尽管等式1示出可以基于两个测量距离与两个预期距离之间的比较来确定晶片比例因子，但是应当理解，可以基于一个或多个测量距离与对应预期距离之间的比较来确定晶片比例因子。

在一些实施例中，晶片的已知温度可以与参考晶片图像760相关联。在这样的实施例中，控制器可以使用以下等式来估计与晶片图像710相对应的实际晶片温度：

其中α

所确定的晶片温度(T

现在参考图8，图8是本公开的实施例的具有多个结构的晶片的示例性图像的示意图。在一些实施例中，晶片级对准步骤可以在时间序列上执行几次以产生晶片的多个图像。控制器(诸如图4的控制器450)可以分析这些多个晶片图像以获取晶片的温度特性。

如图8所示，可以在时间序列上的不同时间产生晶片图像810、820和830。如关于图3所述，如果被检查的晶片(诸如图4的晶片480)的温度不同于晶片台(诸如图4的晶片台495)的温度，则晶片温度可以逐渐向晶片台的温度漂移，从而导致晶片的变形(例如，图1A所示的热膨胀)。在时间序列上获取多个晶片图像的情况下，控制器可以标识变形的特性(例如，膨胀率或膨胀速度)，该特性可以与晶片温度随时间的变化相关。

例如，分别在时间t

这种温度漂移可以具有以下特征：

T

其中T

其中C

通过对晶片上的结构的特性进行多次测量，可以使用晶片比例因子等式(等式1)确定几个时间步长(例如，t

所确定的T

现在参考图9，图9是示出根据本公开的实施例的用于利用热调节站来调节带电粒子束设备的示例性方法的流程图。该方法可以由带电粒子束检查系统400(诸如图4的带电粒子束检查系统400)执行。

在步骤910中，检查系统将晶片加载到主室中的晶片台上(诸如图4的主室490中的晶片台495)以进行检查。晶片可能已经在热调节站(诸如图4的热调节站410)中被热预处理。在一些实施例中，在将晶片(诸如图4的晶片480)运送到晶片台之后，可以在主室中对第一晶片进行检查的同时将另一晶片(诸如图4的晶片420)加载到热调节站。如将关于图3进一步详细说明的，通过使由晶片温度漂移引起的晶片变形最小化，在将晶片运送到晶片台以进行检查之前的这种热调节可以提高检查系统的总吞吐量。

在步骤920中，检查系统扫描晶片以测量一些晶片特性，该晶片特性可以被提供给控制器(诸如图4的控制器450)以调节热调节站。例如，检查系统可以扫描晶片并且产生晶片的一个或多个图像(诸如图7的晶片图像710和760或者图8的晶片图像810、820和830)。这些晶片图像可以示出晶片上的多个结构或图案，其中该结构或图案是在半导体制造过程中被嵌入在晶片上的。检查系统可以分析晶片图像并且测量结构的特性。例如，可以通过分析来标识结构的位置或结构之间的距离。

在步骤930中，检查系统分析所标识的结构特性以确定晶片的温度特性。在一些实施例中，如关于图7详细解释的，检查系统的控制器可以将结构的测量位置与参考数据中结构的对应位置进行比较以确定晶片的温度特性。在一些实施例中，如关于图8详细解释的检查系统可以在时间序列上的不同时间产生多个晶片图像，并且比较这些多个图像中的结构的特性以确定晶片的温度特性。

在步骤940中，检查系统的控制器基于所测量的结构特性(包括结构的位置和结构之间的距离)来确定晶片的温度特性。在一些实施例中，晶片的温度特性可以包括晶片的实际温度。在其他实施例中，晶片的温度特性可以包括晶片与晶片台之间的初始温度差(例如，当晶片最初被加载到晶片台上以进行检查时的温度差)。

在步骤950中，控制器基于所确定的晶片的温度特性来调节热调节站。例如，控制器可以调节热调节站的温度设定点，以提高对管线中的晶片(例如，图4的晶片420和FOUP中的其他晶片)的热调节效率。

可以使用以下条款进一步描述实施例：

1.一种用于使用带电粒子束设备来确定晶片的温度特性的方法，所述晶片包括多个结构，所述方法包括：

利用所述带电粒子束设备扫描所述晶片以测量所述晶片上的所述多个结构的一个或多个特性；

分析所述多个结构的所述一个或多个特性；以及

基于对所述多个结构的所述一个或多个特性的所述分析来确定所述温度特性。

2.根据条款1所述的方法，其中所述晶片的所述温度特性包括所述晶片的温度。

3.根据条款1和2中任一项所述的方法，还包括：

将所述一个或多个特性与参考数据中的对应的一个或多个特性进行比较。

4.根据条款3所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

5.根据条款3所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

6.根据条款3至5中任一项所述的方法，其中所述参考数据包括GDS布局数据。

7.根据条款3至5中任一项所述的方法，其中所述参考数据包括带电粒子束设备的扫描数据。

8.根据条款3至7中任一项所述的方法，其中所述参考数据与所述晶片的已知温度相关联。

9.根据条款3至8中任一项所述的方法，其中所述参考数据包括先前分析的晶片的所确定的温度特性。

10.根据条款1和2中任一项所述的方法，还包括：

在时间序列上的第一时间测量所述多个结构的所述一个或多个特性的第一集合；

在所述时间序列上的第二时间测量所述多个结构的所述一个或多个特性的第二集合；以及

比较所述多个结构的所述一个或多个特性的所述第一集合和所述第二集合。

11.根据条款10所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

12.根据条款10所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

13.根据条款1至12中任一项所述的方法，还包括：

将所述温度特性提供给所述带电粒子束设备的控制器；以及

调节热调节站以热预处理要检查的下一晶片。

14.一种包括指令集的非暂态计算机可读介质，所述指令集由控制器的一个或多个处理器可执行以引起所述控制器执行用于使用带电粒子束设备来确定晶片的温度特性的方法，所述晶片包括多个结构，所述方法包括：

利用所述带电粒子束设备扫描所述晶片以测量所述晶片上的所述多个结构的一个或多个特性；

分析所述多个结构的所述一个或多个特性；以及

基于对所述多个结构的所述一个或多个特性的所述分析来确定所述温度特性。

15.根据条款14所述的计算机可读介质，其中所述晶片的所述温度特性包括所述晶片的温度。

16.根据条款14和15中任一项所述的计算机可读介质，其中所述指令集由所述控制器的所述一个或多个处理器可执行以引起所述控制器进一步执行：

将所述一个或多个特性与参考数据中的对应的一个或多个特性进行比较。

17.根据条款16所述的计算机可读介质，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

18.根据条款16所述的计算机可读介质，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

19.根据条款16至18中任一项所述的计算机可读介质，其中所述参考数据包括GDS布局数据。

20.根据条款16至18中任一项所述的计算机可读介质，其中所述参考数据包括带电粒子束设备的扫描数据。

21.根据条款16至20中任一项所述的计算机可读介质，其中所述参考数据与所述晶片的已知温度相关联。

22.根据条款16至21中任一项所述的计算机可读介质，其中所述参考数据包括先前分析的晶片的所确定的温度特性。

23.根据条款14和15中任一项所述的计算机可读介质，其中所述指令集由所述控制器的所述一个或多个处理器可执行以引起所述控制器进一步执行：

在时间序列上的第一时间测量所述多个结构的所述一个或多个特性的第一集合；

在所述时间序列上的第二时间测量所述多个结构的所述一个或多个特性的第二集合；以及

比较所述多个结构的所述一个或多个特性的所述第一集合和所述第二集合。

24.根据条款23所述的计算机可读媒体，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

25.根据条款23所述的计算机可读媒体，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

26.根据条款14至25中任一项所述的计算机可读介质，其中所述指令集由所述控制器的所述一个或多个处理器可执行以引起所述控制器进一步执行：

将所述温度特性提供给所述带电粒子束设备的控制器；以及

调节热调节站以热预处理要检查的下一晶片。

27.一种用于利用热调节站来调节带电粒子束设备的方法，包括：

利用所述带电粒子束设备扫描晶片台上的晶片以测量所述晶片上的多个结构的一个或多个特性；

分析所述多个结构的所述一个或多个特性；

基于对所述多个结构的所述一个或多个特性的所述分析来确定所述晶片的温度特性；以及

基于所述温度特性调节所述热调节站。

28.根据条款27所述的方法，其中分析所述多个结构的所述一个或多个特性包括：

获取所述晶片的所述一个或多个图像，

基于所述一个或多个图像来测量所述晶片的所述多个结构的所述一个或多个特性，以及

将所述多个结构的所述一个或多个特性与参考数据中所述多个结构的对应的一个或多个特性进行比较。

29.根据条款28所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

30.根据条款28所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

31.根据条款28至30中任一项所述的方法，其中所述参考数据与所述晶片的已知温度相关联。

32.根据条款28至31中任一项所述的方法，其中所述参考数据包括先前分析的晶片的所确定的温度特性。

33.根据条款27所述的方法，其中分析所述多个结构的所述一个或多个特性包括：

获取所述晶片在时间序列上的第一时间的第一图像，

获取所述晶片在所述时间序列上的第二时间的第二图像，

基于所述第一图像测量所述一个或多个特性的第一集合，

基于所述第二图像测量所述一个或多个特性的第二集合，以及

比较所述多个结构的所述一个或多个特性的所述第一集合和所述第二集合。

34.根据条款33所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

35.根据条款33所述的方法，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

36.根据条款33至35中任一项所述的方法，还包括：

获取所述晶片在所述时间序列上的第三时间的第三图像；

基于所述第三图像测量所述一个或多个特性的第三集合；以及

基于所述多个结构的所述一个或多个特性的所述第一集合、所述第二集合和所述第三集合来进行外推过程。

37.根据条款36所述的方法，其中所述外推包括指数外推。

38.根据条款27至37中任一项所述的方法，其中所述热调节站包括负载锁定单元。

39.根据条款27至38中任一项所述的方法，还包括：

在本地级别标识所述晶片的对准特性；以及

确定是否需要调节所述热调节站。

40.一种带电粒子束设备，包括：

热调节站，被配置为对晶片温度进行预调节；

粒子束成像工具，生成晶片台上的晶片的一个或多个图像；以及

控制器，具有用于引起所述带电粒子束设备执行以下操作的电路系统：

利用所述粒子束成像工具扫描所述晶片以测量所述晶片上的多个结构的一个或多个特性；

分析所述多个结构的所述一个或多个特性；

基于对所述多个结构的所述一个或多个特性的所述分析来确定所述晶片的温度特性；以及

基于所述温度特性调节所述热调节站。

41.根据条款40所述的设备，其中所述控制器执行分析所述多个结构的所述一个或多个特性包括：

获取所述晶片的所述一个或多个图像，

基于所述一个或多个图像来测量所述晶片的所述多个结构的所述一个或多个特性，以及

将所述多个结构的所述一个或多个特性与参考数据中所述多个结构的对应的一个或多个特性进行比较。

42.根据条款41所述的设备，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

43.根据条款41所述的设备，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

44.根据条款41至43中任一项所述的设备，其中所述参考数据与所述晶片的已知温度相关联。

45.根据条款41至44中任一项所述的设备，其中所述参考数据包括先前分析的晶片的所确定的温度特性。

46.根据条款40所述的设备，其中所述控制器执行分析所述多个结构的所述一个或多个特性包括：

获取所述晶片在时间序列上的第一时间的第一图像，

获取所述晶片在所述时间序列上的第二时间的第二图像，

基于所述第一图像测量所述一个或多个特性的第一集合，

基于所述第二图像测量所述一个或多个特性的第二集合，以及

比较所述多个结构的所述一个或多个特性的所述第一集合和所述第二集合。

47.根据条款46所述的设备，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构的位置。

48.根据条款46所述的设备，其中所述多个结构的所述一个或多个特性包括所述多个结构之间的距离。

49.根据条款46至48中任一项所述的设备，其中所述控制器执行分析所述多个结构的所述一个或多个特性还包括：

获取所述晶片在所述时间序列上的第三时间的第三图像；

基于所述第三图像测量所述一个或多个特性的第三集合；以及

基于所述多个结构的所述一个或多个特性的所述第一集合、所述第二集合和所述第三集合来进行外推过程。

50.根据条款49所述的设备，其中所述外推包括指数外推。

51.根据条款40至50中任一项所述的设备，其中所述热调节站包括负载锁定单元。

52.根据条款40至51中任一项所述的设备，其中所述控制器还执行：

在本地级别标识所述晶片的对准特性，以及

确定是否需要调节所述热调节站。

应当理解，晶片调节系统的控制器可以使用软件来控制上述功能。例如，控制器可以产生晶片的多个图像。控制器可以分析晶片的图像并且确定晶片的温度特性。控制器可以向加热器/冷却器(诸如图4的加热器/冷却器460)发送指令以调节传热元件的温度。软件可以存储在非暂态计算机可读介质上。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、磁带或任何其他磁数据存储介质、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、RAM、PROM和EPROM、云存储、FLASH-EPROM或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式磁带、以及上述各项的网络版本。

尽管已经关于其优选实施例说明了所公开的实施例，但是应当理解，在不脱离如下文中要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以做出其他修改和变化。