[发明专利]利用带电粒子研究或修改样品的装置

说明书

本申请是2006年12月13日进入中国国家阶段的申请号为 200580019455.7、题为“利用带电粒子束研究或修改表面的装置和方法” 的中国专利申请(国际申请号PCT/EP2005/004036，优先权日2004年 4月15日)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种使用一个或多个带电粒子束来研究和/或修改样 品的装置和方法。具体而言，本发明涉及通过低压扫描粒子束对样品 表面进行研究和/或修改，例如在扫描电子显微镜中。

背景技术

在如扫描电子或扫描离子显微镜的许多显微技术中，将聚焦的带 电粒子束扫描过样品。由探测器收集从样品中发射或散射的粒子，以 提供二维图像。具体为电子的扫描粒子束还用于修改表面，例如通过 选择性地去除样品表面上的材料或将其沉积到样品表面。这样的技术 例如在SPIE第2780卷第388页由Koops等人著的“Three-dimensional additive electron-beam lithography”(“三维添加电子束光刻”)以及在 DE 10208043A1中进行了说明。高分辨率地选择性沉积或去除材料 对于修复半导体工业中使用的掩膜而言，具有特别的意义。

带电效应可以显著地破坏扫描电子显微镜的图像质量是一个公知 常识，尤其当对样品的电绝缘特征成像时。取决于一次射束的特性和 极性以及由一次射束所产生的二次粒子(形成所谓的二次射束)的数量 和极性，带电粒子束(一次射束)的碰撞(impinging)引起样品表面区充 电至任意的电压。取决于带有绝缘和导电区域的样品的几何形状和结 构以及样品周围区域的电特性，所产生的电荷分布在样品表面。

表面电荷又导致聚焦的一次射束的变形(deformation)(例如散焦、 斑点)以及偏转(deflection)(例如图像漂移、图像失真)。由于图像漂 移取决于样品上的导电或非导电特征部的几何形状，所以它是用于度 量应用的高精度扫描电子显微镜中最严重的问题，如CD-SEM(用于测 量临界尺寸的扫描电子显微镜)。此结构可以逐样品地、逐视场(FOV) 地、且随样品材料成分而变化。

此外，二次电子的数量和其轨迹(trajectory)受到表面电荷的影 响。由于由探测器收集的二次电子的数量用来确定所产生的图像的局 部亮度，所以图像的对比度也受到表面带电的影响。尤其在要求高的 位置精度情况下，如通过扫描电子显微镜检查掩膜或晶片，带电效应 限制了电绝缘特征部的测量精度。特别地，由于与高电压电子显微镜 相比，低电压电子显微镜的一次射束对它们相应路径上的电场更加敏 感，所以低电压电子显微镜因电荷累积效应而受到影响。

为了克服这个问题，在现有技术中已经研制了各种方法来消除不 希望的电荷累积或至少降低其效应：

对绝缘物体上电荷累积问题的一个常用方案是在样品表面上施加 导电层。然而，不能总是这样施加导电层，并且在半导体工业中的一 些应用中这也是不允许的。另一方法是额外地提供另一带电粒子束以 向样品发送相反电荷，例如在FIB(聚焦的离子束)系统中使用电中和电 子流枪。另一方法是在接近样品表面处施加适合的电势，以防止二次 电子逃离样品表面，因此抑制了过多正电荷的聚积(build up)。另外 一个方法是改变扫描条件，以便改变带电条件并且避免过多的非对称 带电。

在下列的现有技术专利和出版物中，更详细说明了克服与电荷累 积有关问题的一些方法：

US专利no.4,818,872公开了一种系统，其中通过末级透镜(final lens)下的偏转元件将来自电子流枪的中和电子导引到样品上。US专 利no.6,683,320解决了将经聚焦的离子束聚焦且定位到绝缘样品上的 问题。公开了一种中和电子束，所述中和电子束穿过末级透镜以便中 和样品的至少一部分的累积正电荷。

US专利no.6,344,750解决了非对称带电的问题，该问题导致了扫 描电子显微图像中的图像失真和图像对比度变化。在这个专利中所公 开的方案包括双重扫描过程，一个过程是使像场的周围区域带电而第 二个过程是扫描像场本身。

US专利no.6,570,154解决了通过扫描电子显微镜的一次电子束来 使绝缘样品的不同区域带电。其公开了一种方案，该方案复用了两个 不同的扫描条件，一个条件用于获取图像，另一个条件用于控制电荷 积聚。