[发明专利]具有高分辨率的电子束设备

说明书

磁枪透镜及静电枪透镜可用于电子束设备且可有助于在扫描电子显微镜、检查及/或检验使用中为所有可用电子束电流提供高分辨率。提取射束可使用所述磁枪透镜通过射束限制孔径而导引在晶片处。所述电子束还可在所述电子束通过所述射束限制孔径之后通过静电枪透镜。

技术领域

本发明涉及一种电子束设备。

背景技术

半导体制造行业的演进对于合格率管理且尤其是对于计量及检验系统提出了甚至更大的要求。当晶片大小增加时临界尺寸收缩。经济因素正驱动行业减少用于实现高合格率、高价值的产品的时间。因此，最小化从检测到合格率问题至解决所述问题的总时间决定了半导体制造商的投资回报率。

微米及纳米级工艺控制、检验或结构化常常使用电子束来进行，所述电子束是在电子束设备中产生及聚焦，所述电子束设备是例如电子显微镜或电子束图案产生器。电子或其它带电粒子束与光子束相比较由于其短波长而提供优良空间分辨率。

可使用扫描电子显微镜(SEM)来检验晶片。图1展示SEM中的常规电子束设备100，其具有电子源101、电子束光学管柱102(以虚线展示)及样本103。电子源101可为热场发射(TFE)源。样本103可为半导体晶片。电子束光学管柱102通常具有多个静电及/或磁透镜及多个孔径。电子束设备100的性能最佳由在样本处的电子束斑点大小(d)对递送至样本的光束电流表征，这是因为电子束斑点大小影响分辨率且光束电流影响输送量。性能(d对光束电流或d＝f(光束电流))是由电子源101及电子束光学管柱102两者决定。

为覆盖SEM检查及检验的广泛应用，光束电流在微微安培(pA)至数百毫微安培(nA)间变化。对于每一光束电流，在样本处的光学斑点大小(d)应减至最小以达到最高分辨率。出于这些原因，图1中射束限制孔径104用以产生原始光束电流(例如至样本103的最高可能光束电流)，且管柱孔径106用以通过改变枪透镜强度以移动第一交叉点109(XO1)位置而从原始光束电流选择光束电流。光束电流由源的发射角α界定或表征，运用发射角α，源以光学方式与管柱相关。给定所选择光束电流，聚光器透镜107用以选择穿过物镜108的最佳数值孔径(NA)，从而将射束聚焦至样本103。运用最佳NA(或图1中的β)，管柱透镜像差及电子之间的库仑相互作用被平衡，且总的斑点大小减至最小。聚光器透镜107与物镜108之间的电子束轮廓可具有交叉点110(XO2)或不具有交叉点。

用于发射并聚焦电子束的静电枪可由电子源101(例如发射尖端、抑制器及提取器)及静电枪透镜105组成。静电枪透镜105可包含接地电极及接地电极之间的聚焦电极。聚焦电压被施加于聚焦电极上。可包含可接地的射束限制孔径104。

从应用观点来看，电子束设备可在低于亚毫微安培的低射束电流的情况下用作SEM平台、在亚nA至nA中的中射束电流的情况下用作检查平台，或在nA至数百nA中的高射束电流的情况下用作检验平台。这可覆盖物理缺陷检验、热点检验、电压对比度检验或其它技术。

常规电子束设备的缺点是光学性能在具有狭窄射束电流范围的应用中的一者中被优化或限制。举例来说，SEM检查工具可在低射束电流或中射束电流的情况下提供具有高分辨率的可接受的性能，但在高射束电流的情况下提供不良性能。在另一实例中，检验工具可在高射束电流的情况下提供可接受的性能，但在低射束电流或中射束电流的情况下提供不良性能。图2展现图1中的电子束设备100的模拟性能，其展示斑点大小如何随射束电流的完整范围变化。图1中的TFE电子源101及静电枪透镜(EGL)105用于图2的模拟。比如SEM的低射束电流电子束平台可在运用图1的电子束设备100的情况下具有良好性能，但比如检验的高射束电流电子束平台可具有不良性能。

运用从微微安培至数百毫微安培的不同电子束电流，电子束设备可广泛用于半导体晶片临界尺寸扫描电子显微法、检查及/或检验。电子束仪器开发者已设法将所有这些应用组合至对于每一使用具有高分辨率的一个机器中。然而，这具有挑战性，这是因为电子束分辨率随电子束电流变化。因此，需要改进的电子束设备。

发明内容