[发明专利]用于带电粒子浸没以增强电压对比缺陷信号的系统和方法

说明书

公开了用于在带电粒子束装置中实施带电粒子浸没的系统和方法。根据特定实施例，带电粒子束系统包括带电粒子源和控制器，控制器控制带电粒子束系统以第一模式和第二模式发射带电粒子束，在第一模式中束被散焦，而在第二模式中束被聚焦在样本的表面上。

相关申请的交叉参考

本申请要求2017年8月2日提交的美国申请62/540,548和2017年8月26日提交的美国申请62/550,613的优先权，它们通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及带电粒子束装置领域，更具体地，涉及用于在带电粒子束装置中实施带电粒子浸没(flooding)的系统和方法。

背景技术

在集成电路(IC)的制造工艺中，未完成或完成的电路部件被检查，以确保它们按设计制造且没有缺陷。使用光学显微镜的检查系统具有的分辨率通常可达到几百纳米，并且分辨率受到波长的限制。随着IC部件的物理尺寸不断减小到100纳米以下甚至10纳米以下，需要比光学显微镜具有更高分辨率的检查系统。此外，晶圆上的电气缺陷(诸如开路接触故障、开路/短路布线故障等)不能通过光学检查而检测到。

带电粒子(例如，电子)束显微镜(诸如扫描电子显微镜(SEM)，其分辨率小于纳米)用作用于检查具有小于100纳米范围的特征尺寸的晶圆上的IC部件的实用工具。通过SEM，初级电子束(电子束)的电子可聚焦在被检查晶圆的探针斑处。初级电子与晶圆的交互可产生一个或多个次级电子束。次级电子束可包括反向散射电子、次级电子或俄歇电子，其由初级电子与晶圆的交互而产生。一个或多个次级电子束的强度可基于晶圆的内部和/或外部结构的特性而变化，由此指示晶圆是否包括缺陷。

次级电子束的强度可使用检测设备或检测器来确定。次级电子束可在检测器表面上的预定位置形成一个或多个束斑。检测器可生成表示被检测次级电子束的强度的电信号(例如，电流、电压等)。电信号可通过测量电路装置(例如，模数转换器)来测量，以获得所检测电子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据与入射到晶圆表面的初级电子束的对应扫描路径数据组合可用于重建被检查晶圆结构的图像。重建的图像可用于揭示晶圆的内部和/或外部结构的各种特征，并且可用于揭示晶圆中可能存在的任何缺陷。

此外，可使用带电粒子检查系统的电压对比法来检测晶圆上的物理和电气缺陷。为了检测电压对比缺陷，通常采用称为预充电的工艺，其中在进行检查之前，将带电粒子施加于将被检查的区域。预充电的优势包括：1)减少将导致图像的散焦和失真的晶圆表面的充电；以及2)能够向晶圆的特征施加适当的电压，使得缺陷和周围的非缺陷特征在检查时表现不同。此外，预充电增强了缺陷的电压对比信号，使得可以在带电粒子检查系统中获得令人满意的信噪比(SNR)并且将容易检测到缺陷。

目前，已经采用专用电子束浸没枪作为对晶圆表面进行预充电以及设置充电条件的有用工具。专用电子束浸没枪可增强电压对比缺陷信号，以便增加缺陷检测灵敏度和/或吞吐量。在浸没过程中，浸没枪被用于提供相对大量的电子来给预定区域充电。随后，电子束检查系统的初级电子源被应用于扫描预充电区域内的区域以实现该区域的成像。

虽然传统的浸没枪能够生成大的带电粒子电流并且可以在短时间内实现整个晶圆的浸没，但传统的浸没枪在带电粒子束检查应用中面临缺陷。例如，在小存储器件的带电粒子束检查中，由于待检查区域小而否定了传统浸没枪的优点。浸没枪还由于其独立于检查系统的带电粒子源而面临限制。此外，系统需要在两种不同的工作模式之间切换，一种模式用于浸没，一种模式用于检查。由于两种工作模式都处于高压状态下，因此接通一个而关闭另一个是耗时的，并且引入了系统设计复杂度。