專利名稱：檢測設備和器件制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測設備，利用輻射波束照射到樣本上，檢測樣本表面上的精細幾何圖形(圖像)，并檢測和處理從該樣本上射出的二次輻射。在本發(fā)明中，樣本表面上的精細幾何圖形包括例如，半導體器件晶片表面上形成最小線寬為0.15μm或小于0.15μm的這種高密度圖形上的缺陷。本發(fā)明還涉及利用這種檢測設備的半導體器件制造方法。
背景技術：
我們已知這樣一種檢測設備，它包括發(fā)射電子束到真空室的電子槍；由一系列靜電透鏡組成的照明光學系統(tǒng)；承載待檢查晶片的平臺；由一系列靜電透鏡組成的變換投影光學系統(tǒng)；和傳感器。這種已知的檢測設備還包括MCP(微通道板)，用于放大檢測的電子；熒光屏，用于把放大的電子轉換成光；FOP(光纖板)，其功能是作為真空室內的真空系統(tǒng)與外部元件之間的中繼器，用于發(fā)射熒光屏轉換的光學圖像；和攝像裝置，例如，CCD(電荷耦合器件)，用于俘獲從FOP輸出的光學圖像，其中真空室內的真空系統(tǒng)與外部環(huán)境是密封隔絕的，但是電信號可以從真空室內發(fā)生到真空室外。
圖1和圖2表示現(xiàn)有技術檢測設備的示意圖。圖1中的檢測設備包括真空室20，例如，用于放置樣本10或半導體晶片；密封玻璃板21，它可以透射從樣本上射出的光；放置在大氣中的透鏡31；傳感器32；和攝像機33。傳感器32中產生的樣本圖像信號輸入到攝像機33，并轉換成圖像數(shù)據(jù)。利用芯片比較方法，圖像數(shù)據(jù)用于樣本的缺陷檢查，即，它是這樣一個比較方法，對從不同晶片上對準的芯片對應區(qū)(觀察屏)得到的圖形圖像進行比較(見JP-A-5-258703，JP-A-6-188294)。
圖2所示的檢測設備2類似于圖1中的檢測設備，不同的是，圖2中的樣本10發(fā)射二次電子11，熒光屏19把二次電子11轉換成光。具體地說，在圖2的檢測設備中，利用一次電子束照射樣本10，從樣本10上射出的二次電子11經電子光學系統(tǒng)被引導到熒光屏19，該電子光學系統(tǒng)有透鏡12和放大器13，然后，熒光屏19把電子11轉換成光。來自熒光屏19的光通過密封玻璃板21被引導出真空室20，并傳輸通過透鏡31，再進入傳感器32。傳感器32產生樣本的圖像信號，該圖像信號輸入到攝像機33，再轉換成圖像數(shù)據(jù)。
然而，圖1和圖2中所示現(xiàn)有技術的檢測設備有這樣的缺點，到達傳感器的光強已衰減，因為在這種檢測設備中，光束傳輸通過分隔真空室內和外的密封玻璃板，還通過透鏡，再輸入到大氣中的傳感器，以便轉換成樣本表面的圖像信號。這種配置中觀察到的衰減因子是在1/20至1/2的范圍內。除了光強中發(fā)生的衰減問題以外，現(xiàn)有技術的檢測設備還有另一個問題，密封玻璃板和/或透鏡可以造成光束中的像差或失真，從而不能俘獲高度準確的圖像。此外，現(xiàn)有技術的檢測設備還有另一個問題，使用許多光學元件以及支持和/或固定這些部件在檢測設備中，有時可能造成傳感器，密封玻璃和透鏡之間的機械偏移，這種結構也不能俘獲高度準確的圖像。
此外，圖2所示的檢測設備利用常規(guī)的電子光學系統(tǒng)，其中電子表示的圖像信息被轉換成光，再檢測如此轉換的光，出現(xiàn)的另一個問題是，由于這種轉換可以導致效率和分辨率的下降。本發(fā)明的目的是提供這樣一種檢測設備，它解決屬于現(xiàn)有技術檢測設備中的問題。具體地說，本發(fā)明的目的是提供這樣一種檢測設備，它可以提高分辨率和檢查吞吐量，用于檢測不同于大氣的環(huán)境中樣本表面上的精細幾何圖形(圖像)，利用輻射波束照射到樣本上，然后，檢測和處理從該樣本上射出的二次輻射。根據(jù)以下的描述，本發(fā)明的這些和其他目的是顯而易見的。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于檢測樣本表面的缺陷的檢測設備，包括輻射源，用于向保持在真空環(huán)境中的樣本發(fā)射UV線或者激光束，便從所述樣本上輻射出二次電子束；傳感器，包括EB-CCD傳感器或EB-TDI傳感器，用于檢測從所述樣本中輻射出的二次電子束，所述傳感器允許所述二次電子束直接進入所述傳感器，并且形成二維圖像，所述傳感器被設置在所述真空環(huán)境中；電子光學系統(tǒng)，用于將所述二次電子束引導到所述傳感器；以及用于將信號從所述傳感器傳送到處理設備中的饋通；其中所述處理設備處理所述信號，以便檢測所述樣本表面上的缺陷，并且所述處理設備設置在所述真空環(huán)境的外部。
優(yōu)選地，所述電子光學系統(tǒng)具有至少一個靜電透鏡。
優(yōu)選地，所述饋通還包括連接插座。
優(yōu)選地，所述連接插座具有100個或者更多的插針。
優(yōu)選地，所述連接插座包括至少一個彈性件。
優(yōu)選地，所述饋通還包括具有饋通功能的傳感器外殼。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種用于檢測樣本表面的缺陷的檢測設備，包括輻射源，用于向保持在真空環(huán)境中的樣本發(fā)射電子束以及發(fā)射UV線或者激光束，以便從所述樣本上輻射出二次電子束；傳感器，包括EB-CCD傳感器或EB-TDI傳感器，用于檢測從所述樣本中輻射出的二次電子束，所述傳感器允許所述二次電子束直接進入所述傳感器，并且形成二維圖像，所述傳感器被設置在所述真空環(huán)境中；電子光學系統(tǒng)，用于將所述二次電子束引導到所述傳感器；以及用于將信號從所述傳感器傳送到處理設備中的饋通；其中所述處理設備處理所述信號，以便檢測所述樣本表面上的缺陷，并且所述處理設備設置在所述真空環(huán)境的外部，所述饋通穿過凸緣結構，所述凸緣結構將所述真空環(huán)境的內部和外部區(qū)分開。
優(yōu)選地，所述電子束是反射電子束。
優(yōu)選地，所述電子束是反向散射電子束。
優(yōu)選地，所述電子光學系統(tǒng)具有至少一個靜電透鏡。
優(yōu)選地，所述饋通還包括連接插座。
優(yōu)選地，所述連接插座具有100個或者更多的插針。
優(yōu)選地，所述連接插座包括至少一個彈性件。
優(yōu)選地，所述饋通還包括具有饋通功能的傳感器外殼。
按照本發(fā)明的一種檢測設備，用于檢測樣本表面上的精細幾何圖形，包括照射裝置，用于照射諸如電子束的輻射波束到不同于大氣的差異環(huán)境內放置的樣本；傳感器，用于檢測從樣本上射出的二次輻射，并輸出包含該樣本表面信息的檢測信號；處理裝置，用于處理檢測信號；和傳輸裝置，用于發(fā)射來自傳感器的檢測信號到處理裝置。在本發(fā)明的檢測設備中，傳感器放置在差異環(huán)境之內，處理裝置放置在差異環(huán)境之外，而傳輸裝置設計成穿過凸緣結構，該凸緣結構分隔開差異環(huán)境內和差異環(huán)境外。在此情況下，可以利用包括傳感器和傳輸裝置構成的傳感器組件。差異環(huán)境內傳感器組件的布線或插針通過凸緣結構中形成的饋通(feed through)插針連接到處理裝置插針的連接插座。
饋通一般有這樣的結構，其中導電插針穿過絕緣材料制成的片狀件，并具有通過多個插針發(fā)射不同信號的能力。饋通還具有密封性質，可用于分隔開差異環(huán)境內和差異環(huán)境外。利用焊接或O形圈使饋通連接到凸緣結構。固定饋通到真空室的方法不限于圖4的凸緣結構，還可以包括圖3所示的配合式結構。
輻射波束是選自電子束，X射線，X射線激光，紫外線和紫外線激光中的一種波束。此外，二次輻射波束是選自二次電子，反向散射電子，反射電子，光電子和散射光(反射光)中的一種波束。差異環(huán)境內的壓力和氣體種類可以與差異環(huán)境外的壓力和氣體種類不同，這意味著，例如，差異環(huán)境內的氣體是真空，而差異環(huán)境外的氣體是大氣。
至于凸緣結構和饋通，可以利用以上所描述的。為了提高傳輸性能，可以利用傳感器和信號傳輸插針組成的傳感器組件。傳感器組件有桌子的功能，用于傳感器的固定和布線。利用粘合劑等材料，布線可以形成在傳感器表面上的墊片電極與傳感器組件的墊片之間。利用具有饋通功能的傳感器組件，可以縮短布線的距離，還可以提高傳輸信號的頻率特性(例如，提高20-30％)和減小信號的噪聲(例如，減小20-30％)。
一種按照本發(fā)明檢測晶片表面幾何形狀的檢測設備，包括電子束輻射裝置，用于照射電子束到晶片上；傳感器，用于檢測從晶片射出的二次輻射波束并輸出包含晶片表面信息的檢測信號；電子控制裝置，用于引導從晶片射出的二次輻射波束到傳感器；處理裝置，用于處理從傳感器輸出的檢測信號；真空室，用于放置晶片和傳感器；和傳輸裝置，用于從傳感器發(fā)射檢測信號到處理裝置。傳輸裝置延伸通過分隔開差異環(huán)境內和外的凸緣結構。電子控制裝置可以包含變換光學系統(tǒng)，例如，該變換光學系統(tǒng)包括噪聲阻斷孔徑(用于阻斷電子或光，它們可能是噪聲因素，例如，雜散電子的孔徑)和電子放大器。
傳感器，特別是有大量插針和廣泛布線的傳感器(例如，100個以上)并被高速驅動，當這種傳感器安裝在真空環(huán)境中時，就可能發(fā)生一些問題，包括由于較長的布線導致信號傳輸?shù)目赡軔夯?，由于真空環(huán)境的不良熱輻射性質使工作溫度升高，從而導致S/N比(檢測靈敏度)的可能惡化，以及由于加到插針上較大的定位壓力，從而導致傳感器/傳感器組件的可能損傷，這些插針連接傳感器/傳感器組件到饋通。把傳感器安裝在饋通部分的內表面上并使對應于各個插針的各個插座觸點包含彈性件，可以解決這些問題。
本發(fā)明的檢測設備包括在真空室內的一種機構，用于照射二次電子和從晶片上射出的反射電子到傳感器，因而不需要光學透鏡，F(xiàn)OP，密封玻璃板，或這些元件的固定件，因此，有利的是，可以減少檢測設備中包含的元件數(shù)目，可以提高定位的精確度和分辨率，可以消除傳輸?shù)絺鞲衅鲿r光學性質的可能惡化，以及可以用較低的成本制造檢測設備。
在本發(fā)明的檢測設備中，傳感器的輸入面可以涂覆防反射膜，用于防止入射電子的反射。除了使用防反射膜以外，可以給光接收元件涂保護層，其中在傳感器表面上涂覆可滲透電子的絕緣膜，和導電的防反射膜涂覆到絕緣膜上。例如，可以利用鉑和/或氧化鈦制成的薄膜形成防反射膜。此外，本發(fā)明的檢測設備不局限于在不同的環(huán)境中使用，例如，以上所述的真空環(huán)境，檢測設備可以放置在其他的環(huán)境中作圖像檢測，例如，放置在包含不同于大氣或水的各種氣體的其他環(huán)境中，只要該環(huán)境允許光或電子在其中傳輸。
電子束，紫外線(紫外光)，遠紫外線(DUV射線在真空紫外線區(qū)域中波長為200至10nm的紫外線)，或激光束可以用作輻射波束。在利用電子束時，反射電子，反向散射電子或從樣本上射出的二次電子可用于圖像檢測。此時，反射電子幾乎有與入射電子相同的能量。在利用紫外線，DUV射線或激光束時，光電子用于圖像檢測，其中檢測這種射線或波束照射到樣本表面上產生的散射光，因此，可以檢測到樣本表面上的任何缺陷。利用石英光纖或空心光纖，可以利用有效的方式，把射線或波束引入到樣本表面或從樣本表面引入到傳感器。
有利的是，可以利用電子束與紫外線，遠紫外線或激光束的任何組合作為輻射波束，使它照射到樣本表面上。在僅僅利用電子束照射時，在一些情況下，由于充電可以改變樣本表面上的電位，從而不能形成電子束的均勻照明，與此對比，在利用紫外線，遠紫外線或激光束作為射線或波束時，照射到樣本表面上的射線或波束與電位無關，與電子束的結合有助于從樣本表面上穩(wěn)定和高效地得到電子，它可用于圖像采集。例如，若利用紫外線照射，則不僅產生光電子，而且還使大量電子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)，在此狀態(tài)下，若附加地照射一次電子，則自由電子的數(shù)目就增大，從而以有效的方式激發(fā)二次電子的發(fā)射。本發(fā)明還公開一種利用上述檢測設備的半導體器件制造方法，它包括檢查過程，用于檢查處理過程中晶片上的任何缺陷。


圖1是按照現(xiàn)有技術的一種檢測設備的示意圖；圖2是按照現(xiàn)有技術的另一種檢測設備的示意圖；圖3是按照本發(fā)明一個實施例的檢測設備3的示意圖；圖4是本發(fā)明另一個實施例的檢測設備4的示意圖；圖5是本發(fā)明另一個實施例的檢測設備5的示意圖；圖6是本發(fā)明另一個實施例的檢測設備6的示意圖；圖7是本發(fā)明另一個實施例的檢測設備7的示意圖；圖8是本發(fā)明的電子束檢測設備8的示意圖；圖9是按照本發(fā)明利用電子束檢測設備，或檢測方法，或二者的組合制造半導體器件方法的實施例中流程圖；圖10是在圖9的制造方法中光刻過程的詳細流程圖；圖11是EB-TDI傳感器76的傳感器表面上像素P11至Pij的平面圖；和圖12是EB-TDI傳感器76與二次電子束之間物理關系的示意圖。
其中附圖標記1-8是檢測設備；9是xyzθ平臺；10是樣本；11是二次輻射；12是電子光學透鏡；13是電子放大器；14是電子軌道；15是靜電透鏡；16/17是透鏡；18是電子光學系統(tǒng)；19是熒光屏；20是真空室；21是密封玻璃；22是饋通；30是光；31是透鏡；32是傳感器；33是攝像機；43是紫外線；33是光纖；45是一次電子束；46是激光；47是ExB濾波器；49是光軸；53是晶片處理過程；56是芯片測試過程；61是掩模制造過程；63是光刻過程；76是微通道板；77是熒光屏部分；78是中繼光學系統(tǒng)；79是TDI傳感器；80是圖像顯示部分；81是電子槍；82是電子束；83/84是透鏡；85是ExB濾波器；86是電極；87是磁鐵；88/89是透鏡；91是傳感器表面；和94是磁鐵透鏡。
具體實施例方式
圖3至圖8表示按照本發(fā)明各個實施例的檢測設備示意圖，其中對應于圖1和圖2所示檢測設備中的一些單元采用相同的附圖標記表示，從而省略重復的描述。圖3是按照本發(fā)明一個實施例中含變換光學系統(tǒng)的檢測設備3的示意圖，其中傳感器32包括放置在真空室20內的EB-CCD(電子束檢測電荷耦合器件)。包含電子光學系統(tǒng)中透鏡(靜電透鏡)15，孔徑，消像散元件(用于產生合適電場分布的元件，以補償像散和球面像差)的部件放置在真空室20內。樣本10是直徑為300mm的硅晶片，利用靜電卡盤(未畫出)牢固地安裝在平臺9上。平臺9可以沿X方向，Y方向和Z方向運動，還可以繞θ角轉動。
在圖3的檢測設備3中，通過移動平臺9完成圖像的檢測，以便檢測樣本10上的預定位置，然后，執(zhí)行合適視場位置的檢測操作，它對應于該處的比例因子，例如，利用比例因子300檢測200μm×200μm的區(qū)域。為了對樣本10上多個位置執(zhí)行檢測操作，應當以高速度重復執(zhí)行一系列的上述操作。真空室20中CCD構成的傳感器32產生的電子信號經饋通被引出真空室20外，以便輸入到攝像機33。通過移動接受比較的區(qū)域進入檢測的位置，反復地俘獲圖像，并對得到的數(shù)據(jù)進行比較，從而可以對各個圖像進行比較。
圖4是按照本發(fā)明另一個實施例中含變換光學系統(tǒng)的檢測設備4的示意圖。傳感器32是EB-TDI(電子束檢測時間延遲和積分)傳感器，且傳感器32允許電子直接進入真空環(huán)境中的傳感器表面。TDI傳感器是這樣一種CCD傳感器的代表，它具有獲得TDI(時間延遲和積分)驅動的傳感器結構和功能，該傳感器利用線掃描期間的TDI驅動積分信號，因此，能夠在連續(xù)運動模式下以高靈敏度和高信號量進行攝像。應當注意，TDI傳感器的結構和電路與典型CCD中的結構和電路有很大的不同，以便能夠進行TDI驅動。TDI傳感器通過俘獲光信號可以形成二維圖像。在這個說明書中，EB-TDI傳感器32是指這樣的TDI傳感器，它允許電子直接進入TDI傳感器，并累積和積分電荷以形成二維圖像。
EB-TDI傳感器32可以安裝在外殼內，該外殼形成饋通22。外殼的插針與大氣中的攝像機33直接相連。電子光學系統(tǒng)18可以提供樣本10表面的二維信息，例如，晶片，通過三級透鏡15，16和17的比例因子約為50至500。這意味著，電子光學系統(tǒng)18放大從二維區(qū)域射出的電子束，并把放大的電子束直接束照射到EB-TDI傳感器32。若使用EB-TDI傳感器32，則固定在平臺9(例如，可以沿x方向，y方向，和θ方向運動)上的晶片10可以沿EB-TDI傳感器32的傳感器表面上積分方向(圖11和12中箭頭S指出的方向)連續(xù)運動，因此，從晶片表面射出的電子可以通過變換投影型電子光學系統(tǒng)進入EB-TDI傳感器32。使積分過程中倍增的電子進入EB-TDI傳感器以形成二維圖像。圖4的檢測設備4可以消除屬于常規(guī)檢測設備中的缺點，包括光轉換損耗，光傳輸引起的像差/失真，和伴隨發(fā)生的圖像分辨率下降，檢測失效，高成本和增大的設備外形。
若像素數(shù)目為4000×500的EB-TDI傳感器用在圖4的檢測設備4中，則當平臺9運動時，連續(xù)積分500步來自4000線的線像素信息，因此，可以充分累積響應于樣本中每個像素的傳感器電荷強度。在半導體電路制造過程中作為檢測操作的對象，當圖4的檢測設備4應用于硅晶片和硅晶片表面上形成的圖形結構時，電子束和其他的輻射波束照射到該對象以確定是否存在缺陷，例如，灰塵，不良傳導，不良圖形或缺少圖形，并且還作出狀態(tài)判斷和類別劃分。在利用密封玻璃，F(xiàn)OP(光纖板)和透鏡的常規(guī)檢測設備中，經受積分的傳感器上的像素發(fā)生偏移，這是由于那些元件造成的失真和/或像差，因此，不能期望獲得高度準確的圖像檢測。圖4的檢測設備4可以獲得高分辨率，高處理速率，小外形和低成本。
圖5是按照本發(fā)明另一個實施例的檢測設備5的示意圖。在檢測設備5中，選作一次波束的紫外線43被引導到樣本10的表面，而從該表面上入射點射出的光電子被引導通過電子光學系統(tǒng)12中包含的透鏡，孔徑，消像散元件，等等以放大電子圖像，再使放大的電子圖像進入傳感器32。傳感器32包括EB-CCD傳感器或EB-TDI傳感器。紫外線43或一次波束發(fā)射通過空心光纖44，并照射到圍繞電子光學系統(tǒng)中心軸的視場，例如，直徑為300μm所確定的區(qū)域。
圖6是按照本發(fā)明另一個實施例的檢測設備6的示意圖。檢測設備6利用電子束45和激光束46的組合作為一次波束。ExB濾波器47改變電子束45的方向，以便與電子光學系統(tǒng)的光軸49對準用于檢測，然后，電子束45進入樣本10。從樣本10上射出的二次電子束11直接通過ExB濾波器47，并被引導進入傳感器32。傳感器32是由EB-TDI傳感器構成。激光束46可以是YAG或準分子激光的四次波。準分子激光可以被引導通過空心光纖。
圖7是按照本發(fā)明另一個實施例的檢測設備7的示意圖。檢測設備7是變換投影型電子束檢測設備，其中從電子槍81發(fā)射的電子束82通過方形孔被整形，被兩級透鏡83，84收縮，和會聚到ExB濾波器85的偏轉平面上中心區(qū)，形成每邊為1.25mm的方形圖像。整形的波束被ExB濾波器85偏轉，然后，被透鏡88，89收縮成1/5的比例，和并投影到樣本10上。從樣本上射出的二次電子包含圖形圖像信息，通過四級透鏡89，88，92和93被放大，和使它進入傳感器32。
透鏡89與透鏡88的組合形成對稱的圖形輸入板透鏡，而透鏡92與透鏡93的組合形成另一個對稱的圖形輸入板透鏡，這意味著，一系列透鏡88，89，92和93組合成非失真的透鏡組。然而，由于電極上的灰塵也可以引起失真，我們建議，應當有規(guī)則地把參照圖形放置在樣本的表面以測量失真，因此，能夠預先計算補償失真的一些參數(shù)。
一方面，若樣本是這樣一種晶片，在其上面可以有選擇地形成氧化物薄膜或氮化物薄膜，則僅僅校正光學失真是不充分的，在此情況下，在采集圖像數(shù)據(jù)時，應當添加另一個校正失真的步驟，從圖形的邊緣部分選擇代表性的各點，并把這些點與數(shù)據(jù)圖像進行比較。隨后，芯片之間進行比較，或從不同晶片上安排的芯片中相同區(qū)域(觀察屏)得到的圖形圖像之間的比較，或多組圖像數(shù)據(jù)之間的另一種比較，這些比較可以用于檢測缺陷。由于在本發(fā)明的檢測設備中，EB-CCD傳感器或EB-TDI安裝在真空環(huán)境中，電子束直接照射到傳感器上進行圖像檢測，與現(xiàn)有技術的檢測設備比較，能夠以高對比度和高分辨率完成圖像采集，在沒有光傳輸損耗的狀態(tài)下，可以用較低的成本獲得高的吞吐量。
當二次輻射是由二次電子構成時在圖7的實施例中，若二次輻射是由二次電子構成，則準備照射到晶片上的電子束，例如，該電子束的能量是在10至4000eV的范圍內，橢圓形電子束外形的半徑“a”為250μm，半徑“b”為100μm，并以大致垂直的方向照射到晶片表面上。應當設定電流密度在1×10-5至1×10-1A/cm2的范圍內。二次電子的發(fā)射量取決于輻射電子束的電流密度或總電流值。若二次電子的發(fā)射比率是1，則可以發(fā)射與入射電子相同數(shù)量的二次電子。二次電子的能量通常是在0至幾個電子伏特的范圍內。
當假設樣本表面與變換光學系統(tǒng)中傳感器表面的比例因子為200時，若晶片上的視場(可見區(qū))是200μm×50μm，則傳感器表面上的對應面積應當是40mm×10mm。當視場為200μm×50μm范圍內照射的電流值是2μA和發(fā)射比率是1時，射出的二次電子量為2μA。射出的二次電子傳輸通過物鏡88和89，然后，在直線傳播的狀態(tài)下，傳輸通過ExB濾波器85。隨后，二次電子束被透鏡92，NA孔徑(未畫出)和透鏡93放大，再進入傳感器表面。
NA孔徑(未畫出)的功能是限制透射率和像差。當透射率為3％時，2μA×0.03＝60nA的電流進入傳感器表面。EB-TDI傳感器或EB-CCD傳感器可以用作該傳感器。當使用EB-TDI傳感器時，在連續(xù)運動的同時，可以得到二維圖像。晶片安裝在可以沿x方向，y方向，θ方向和z方向的平臺上，該晶片沿對應于傳感器的積分方向連續(xù)運動，以便積分EB-TDI傳感器的電荷和得到圖像。例如，在EB-TDI傳感器中，像素的尺寸為20μm×20μm，像素的數(shù)目為2000×500，在積分方向上安排500步的像素。
當二次輻射是由反射電子構成時在圖7的實施例中，若二次輻射是由反射電子構成，則準備照射到晶片上的電子束，例如，該電子束的能量是在10至4000eV的范圍內，橢圓形電子束外形的半徑“a”為250μm，半徑“b”為100μm，并以大致垂直的方向照射到晶片表面上。應當設定電流密度在1×10-3至5×10-1A/cm2的范圍內。反射電子的發(fā)射量取決于輻射電子束的電流密度或總電流值。從樣本表面上射出電子的能量與入射電子束的能量相同，這些電子作為反射電子。反射電子的發(fā)射比率低于二次電子的發(fā)射比率，通常小于1/10。
當樣本表面與變換光學系統(tǒng)中傳感器表面的比例因子為200時，若晶片上的視場(可見區(qū))是200μm×50μm，則傳感器表面上的對應面積應當是40mm×10mm。當視場為200μm×50μm范圍內照射的電流值是2μA和發(fā)射比率為0.1時，則射出的反射電子量為0.2μA。射出的反射電子傳輸通過物鏡88和89，然后，在直線傳播的狀態(tài)下，傳輸通過ExB濾波器85。隨后，反射電子束被透鏡92，NA孔徑(未畫出)和透鏡93放大，再進入傳感器表面。
NA孔徑(未畫出)的功能是限制透射率和像差。當透射率為10％時，2μA×0.1＝20nA的電流進入傳感器表面。EB-TDI傳感器或EB-CCD傳感器可以用作該傳感器。當使用EB-TDI傳感器時，在連續(xù)運動的同時，可以得到二維圖像。晶片安裝在可以沿x方向，y方向，θ方向和z方向的平臺上，該晶片沿對應于傳感器的積分方向連續(xù)運動，以便積分EB-TDI傳感器的電荷和得到圖像。例如，在EB-TDI傳感器中，像素的尺寸為20μm×20μm，像素的數(shù)目為2000×500，在積分方向上安排500步像素。
圖8是按照本發(fā)明另一個實施例的投影型電子束檢測設備8的示意圖。在圖8的檢測設備8中，采用相同的附圖標記指明與圖7實施例中類似的一些元件，從而省略重復的描述。在圖8的檢測設備8中，電子槍81發(fā)射多個一次電子束82。射出的各個一次電子束82傳輸通過透鏡83和84，然后，會聚到由電極86和磁鐵87構成的ExB偏轉器85(Wien濾波器85)偏轉平面上的中心區(qū)，每個電子束在其上面形成一個橢圓圖像。具體地說，例如，兩級透鏡83和84把每個一次電子束82會聚到Wien濾波器85的偏轉平面上的中心區(qū)，以便形成10μm×12μm的橢圓形圖像，電子束82還受到偏轉器75的作用，在垂直于附圖平面的方向上作光柵掃描，因此，一次電子束的整體可以均勻覆蓋1mm×0.25mm的矩形面積(Wien濾波器85的偏轉平面上的中心區(qū))。
然后，一次電子束被Wien濾波器85偏轉，被透鏡88按比例縮小，例如，比例為1/5，大致垂直地照射到樣本10上，從而覆蓋樣本10上200μm×50μm的特定面積。此時，在承載樣本10的平臺9沿+a(或-a)方向連續(xù)運動的同時，偏轉器75沿垂直于附圖平面的方向突然掃描多個一次電子束82，因此，電子束的整體均勻地照射到樣本10表面上的矩形面積。
應當注意，若接受檢測的面積很大，則在一次電子束82沿“a”方向到達接受檢測的樣本10上末端部分的面積時，平臺9沿掃描方向(垂直于附圖平面的方向)以電子束82的掃描寬度逐步運動，隨后，平臺9沿與上一次運動相反方向的-a(或+a)方向連續(xù)運動。通過重復平臺9的這種運動和偏轉器75提供的一次電子束82掃描操作，接受檢測的樣本10上的特定面積可以被電子束的均勻照射曝光。
在圖8的檢測設備中，樣本10射出二次電子，反向散射電子和來自各個照射點的反射電子以響應電子束的照射。射出的二次電子或反射電子11的電子束被透鏡89，88，92和93放大，然后，磁透鏡94在TDI-CCD傳感器79的光接收平面取向與樣本10的連續(xù)運動方向“a”之間作角度校正。在接受角度校正之后，二次電子束會聚到微通道板(MCP)76上，以形成整體的矩形圖像。這些二次電子的靈敏度被MCP76增大1萬倍至幾萬倍，被閃爍器或熒光部分77轉換成光，然后，傳輸通過中繼光學系統(tǒng)78，進入TDI-CCD傳感器79，其中二次電子變成與樣本連續(xù)運動速度同步的電信號，并在圖像顯示部分80上顯示成一系列圖像。
需要調整電子束以便利用不均勻的照射，例如，矩形或橢圓形照射，盡可能均勻地照射到樣本10的表面。此外，為了提高吞吐量，需要大量的照射電流加到檢測區(qū)域。這是因為隨著所加照射電流的增大，就允許相應地增大平臺的運動速度，從而提高吞吐量。
在利用單個電子束的常規(guī)檢測設備中，非均勻照射可以高達約±10％，不利的是，由于電子束照射可用的電流低至500nA，不能實現(xiàn)高的吞吐量。此外，與掃描電子顯微鏡(SEM)進行比較，投影型電子束設備是有問題的，在成像過程中容易發(fā)生更多的障礙，這是由于成組(block)電子束照射突然加到擴展圖像觀察區(qū)上產生的充電現(xiàn)象。
與此對比，由于在圖8的檢測設備8中，多個電子束用于掃描和照射樣本，就可以減小照射的不均勻性，例如，與常規(guī)的電子束設備比較，不均勻照射可以減小到1/3。整個樣本表面上測得的用于照射的電流量，若使用8個電子束，則可以比常規(guī)系統(tǒng)情況的電流量大3倍。隨著所用電子束數(shù)目的增多，其吞吐量也隨之增大。
雖然在圖8中沒有畫出，按照本發(fā)明的電子束設備，除了透鏡之外，還可以包括各種孔徑，例如，數(shù)值孔徑(NA)和場孔徑；包含4極或多極的偏轉系統(tǒng)(校準器)，用于電子束的軸向對準；像散校正器(像散校正裝置)；和包含多個四重透鏡(四極透鏡)的電子束照明和成像操作所需的單元，用于改變射束的形狀。
圖11是EB-TDI傳感器76的傳感器表面91上像素P11至Pij的平面圖。在圖11中，箭頭S指出傳感器表面91上的積分方向。傳感器76的像素P11至Pij在積分方向上有500步(積分步驟的數(shù)目i＝500)和在垂直于積分方向的方向上有4000段(j＝4000)的配置。圖12是EB-TDI傳感器76與二次電子束之間物理關系的示意圖。在圖12中，箭頭S指出傳感器表面91上的積分方向，而箭頭T指出承載晶片10的平臺9的連續(xù)運動方向。
在圖12中，若來自晶片10的二次電子束11是在某一段時間內從晶片10上相同位置射出的，當平臺9沿箭頭S指出的方向運動時，二次電子束11按照a→b→c→d→e...→i的順序相繼地進入到變換投影型光學系統(tǒng)18上的一系列位置a，b，c，d，e，...，i(i代表積分步驟的數(shù)目)。一旦進入變換投影型光學系統(tǒng)18的二次電子束11按順序從變換投影型光學系統(tǒng)18上的一系列位置a′，b′，c′，d′，e′，...，i′射出。此時，若EB-TDI傳感器76的電荷積分沿積分方向的運動是與平臺9的運動同步，則從變換投影型光學系統(tǒng)18的位置a′，b′，c′，d′，e′，...，i′射出的二次電子相繼進入傳感器表面91上的相同點，從而使電荷按積分步驟i的數(shù)目積分。按照這種方式，傳感器表面91上各個像素P11至Pij可以得到射出電子的更多信號，從而獲得較高的S/N比，并允許以較高速率得到二維(電子)圖像。例如，變換投影型光學系統(tǒng)18的比例因子為300。
在以上的說明中，考慮的情況是，二次電子束是從樣本上射出的二次輻射波束。然而，可以按照相同的方式處理其他的二次輻射波束。
在圖8所示的實施例中，未畫出的信息處理部分可以安排在TDI-CCD傳感器79之后，因此，該信息處理部分可以利用在TDI-CCD傳感器79中得到的圖像信息，對多個單元圖像和/或多個芯片圖像進行比較，從而檢測樣本表面上的缺陷，并確定各種特征，例如，檢測缺陷的形狀，位置坐標和數(shù)目，也可以在圖像顯示部分顯示這些特征。
在另一種情況下，作為樣本10制備的半導體基底的氧化物薄膜或氮化物薄膜的表面結構是各不相同的，或處理過程是各不相同的，則應當分別設定每個不同樣本的合適照射條件，如此得到的圖像顯示在圖像顯示部分80，由此可以檢測到缺陷。
圖9是按照本發(fā)明利用電子束檢測設備制造半導體器件方法的實施例流程圖。圖9所示的制造過程包括以下的主要過程(1)制造晶片52的晶片制造過程51，或制備晶片52的晶片制備過程；
(2)制造掩模(標線片(reticle))62的掩模制造過程61，用于制備掩模的曝光或掩模制備過程；(3)晶片處理過程53，用于完成晶片所需的處理操作；(4)芯片裝配過程54，逐個切割晶片上制成的芯片55，并使它們可以工作；和(5)測試完成芯片的芯片測試過程56，和制成已通過檢查的產品(半導體器件)過程。
各個主要過程還包括幾個子過程。圖9中的右側部分表示晶片處理過程53的子過程。
在以上的主要過程(1)至(5)中，過程(3)中的晶片處理過程53對制成半導體器件57的性能有重要的影響。這個過程涉及把設計的電路圖形相繼地制成在晶片上，以制成大量的芯片，例如，存儲器，MPU，等等。這個晶片處理過程包括以下的子過程(6)薄膜形成子過程64，用于形成作為絕緣層的介質薄膜，形成布線或電極的金屬薄膜，等等(利用CVD，濺射等方法)；(7)氧化子過程64，用于氧化薄膜層和晶片基底；(8)光刻子過程63，利用掩模(標線片)形成抗蝕劑圖形，用于有選擇地處理薄膜層和晶片基底；(9)蝕刻子過程64，用于處理薄膜層和基底以符合抗蝕劑圖形(例如，利用干蝕刻技術)；(10)離子/雜質注入/擴散子過程64；(11)抗蝕劑剝離的子過程；和(12)測試處理晶片的子過程。
可以理解，晶片處理過程53的重復次數(shù)等于制造半導體器件所需要的層數(shù)，這些半導體器件按照設計的方式運行。
圖9中的流程圖表示方框64中的三個過程(6)，(9)和(10)，其中包括附加的晶片測試過程65。方框66表示重復的過程。為了使用按照本發(fā)明的檢測設備，在上述過程(12)的測試處理晶片的子過程中，能夠以高吞吐量測試有精細圖形的半導體器件，測試全部的產品，提高產品的生產率，和防止劣質產品進入市場。
圖10是圖9的制造方法中光刻過程63的詳細流程圖。如圖10所示，光刻過程63包括以下的步驟(13)抗蝕劑涂覆步驟71，用于涂覆抗蝕劑到晶片上，該晶片上有以上過程中形成的電路圖形；(14)曝光抗蝕劑的步驟72；(15)顯影步驟，用于顯影已曝光的抗蝕劑以產生抗蝕劑圖形；和(16)退火步驟74，用于穩(wěn)定已顯影的抗蝕劑圖形。
由于上述的半導體器件制造過程，晶片處理過程和光刻過程是眾所周知的，就不需要給予進一步的描述。
本發(fā)明的效果按照本發(fā)明的檢測設備，其中從晶片射出的二次電子照射到真空室中的傳感器，不再需要光學透鏡，F(xiàn)OP，密封玻璃，或這些元件的固定件，從而使檢測設備中包含較少的元件，消除在傳輸?shù)絺鞲衅鲿r光學性質的可能惡化，以及可以用較低的成本制造檢測設備。本發(fā)明的優(yōu)點是，例如，可以提高對比度2至4倍，降低檢測設備的成本30％至50％，提高分辨率1.5倍至3倍，減小檢測設備的尺寸約50％。利用按照本發(fā)明的檢測設備，可以使樣本表面上的檢查性能有高的分辨率和高吞吐量。
權利要求
1.一種用于檢測樣本表面的缺陷的檢測設備，包括輻射源，用于向保持在真空環(huán)境中的樣本發(fā)射UV線或者激光束，便從所述樣本上輻射出二次電子束；傳感器，包括EB-CCD傳感器或EB-TDI傳感器，用于檢測從所述樣本中輻射出的二次電子束，所述傳感器允許所述二次電子束直接進入所述傳感器，并且形成二維圖像，所述傳感器被設置在所述真空環(huán)境中；電子光學系統(tǒng)，用于將所述二次電子束引導到所述傳感器；以及用于將信號從所述傳感器傳送到處理設備中的饋通；其中所述處理設備處理所述信號，以便檢測所述樣本表面上的缺陷，并且所述處理設備設置在所述真空環(huán)境的外部。
2.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其中所述電子光學系統(tǒng)具有至少一個靜電透鏡。
3.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其中所述饋通還包括連接插座。
4.根據(jù)權利要求3所述的檢測設備，其中所述連接插座具有100個或者更多的插針。
5.根據(jù)權利要求3所述的檢測設備，其中所述連接插座包括至少一個彈性件。
6.根據(jù)權利要求2所述的檢測設備，其中所述饋通還包括具有饋通功能的傳感器外殼。
7.一種用于檢測樣本表面的缺陷的檢測設備，包括輻射源，用于向保持在真空環(huán)境中的樣本發(fā)射電子束以及發(fā)射UV線或者激光束，以便從所述樣本上輻射出二次電子束；傳感器，包括EB-CCD傳感器或EB-TDI傳感器，用于檢測從所述樣本中輻射出的二次電子束，所述傳感器允許所述二次電子束直接進入所述傳感器，并且形成二維圖像，所述傳感器被設置在所述真空環(huán)境中；電子光學系統(tǒng)，用于將所述二次電子束引導到所述傳感器；以及用于將信號從所述傳感器傳送到處理設備中的饋通；其中所述處理設備處理所述信號，以便檢測所述樣本表面上的缺陷，并且所述處理設備設置在所述真空環(huán)境的外部，所述饋通穿過凸緣結構，所述凸緣結構將所述真空環(huán)境的內部和外部區(qū)分開。
8.根據(jù)權利要求7所述的檢測設備，其中所述電子束是反射電子束。
9.根據(jù)權利要求7所述的檢測設備，其中所述電子束是反向散射電子束。
10.根據(jù)權利要求7所述的檢測設備，其中所述電子光學系統(tǒng)具有至少一個靜電透鏡。
11.根據(jù)權利要求7所述的檢測設備，其中所述饋通還包括連接插座。
12.根據(jù)權利要求11所述的檢測設備，其中所述連接插座具有100個或者更多的插針。
13.根據(jù)權利要求11所述的檢測設備，其中所述連接插座包括至少一個彈性件。
14.根據(jù)權利要求7所述的檢測設備，其中所述饋通還包括具有饋通功能的傳感器外殼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測設備，用于檢測樣本表面的缺陷，所述設備包括電子槍，用于向保持在真空環(huán)境中的樣本發(fā)射輻射波束，以便從所述樣本中輻射出二次電子束；傳感器，包括EB－CCD傳感器或EB－TDI傳感器，用于檢測從所述樣本中輻射出的二次電子束，所述傳感器允許所述二次電子束直接進入所述傳感器，并且形成二維圖像，所述傳感器被設置在所述真空環(huán)境中；電子光學系統(tǒng)，用于將所述二次電子束引導到所述傳感器；以及用于將信號從所述傳感器傳送到處理設備中的饋通；其中所述處理設備處理所述信號，以便檢測所述樣本表面上的缺陷，并且所述處理設備設置在所述真空環(huán)境的外部。
文檔編號G01B15/00GK1940546SQ20061013592
公開日2007年4月4日 申請日期2002年9月10日 優(yōu)先權日2001年9月10日
發(fā)明者畠山雅規(guī), 村上武司, 佐竹徹, 野路伸治, 長濱一郎太, 山崎裕一郎 申請人:株式會社荏原制作所, 株式會社東芝