CN114730685B 使用微粒多束显微镜电压对比成像的方法电压对比成像的微粒多束显微镜以及使用微粒多束显微镜电压对比成像的半导体结构 （卡尔蔡司MultiSEM有限责任公司）

2022.05.23PCT/EP2020/0800902WO2021/104779EN2021.06.03US2010133433A1,2010.06.03US2019043691A1,2019.02.07电压对比成像的微粒多束显微镜以及使用微粒电流的所选微粒束的总和所形成的相加总电流2a.通过该多个个别微粒束(3)以扫描方式扫过具有至少一个可充电结构(53、56、59、b.以该微粒多束显微镜(1)的第一数量的第一c.以该微粒多束显微镜(1)的第二数量的第二微粒束(3)来决定在该样品(60)的该至该孔径板包括选自由以下构成的组的至少一个构件：不同的3.如权利要求1所述的方法，其中该第一数量的第二微粒束(3)不包含于该第一数量的第一微4.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中该第一数量的第一5.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中该第6.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中在以该第少一个第一微粒束(3)对该样品(60)充电的过程中，以空间解析的方式针对性地对该至少7.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中该第8.如权利要求7所述的方法，其中用于决定在该样品(60)处的该电压对比度的第二微粒束的微粒电流小于该第一数量的第一微粒束(3)的该相加总电流，使得该可充电结构的该累积电荷由于该第二微粒束的该微粒电流而基本上保9.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中步骤b中的充电以及步骤c中的决定该电压对比度是在步骤(1a)中以扫描方式在扫过该样品的312.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中该第一数量的第一微粒束(3)中的至少一个微粒束与该第二数量的第二微粒束(3)中的至少一d.以该微粒多束显微镜(1)的第三数量的第三微粒束(3)来切换该样品(60)的该结构置为使用该微粒束显微镜(1)的该格栅配置(4)一微粒束以对配置在该微粒多束显微镜(1)的该像平面(11)中的半导体结构(53、56、59、显微镜(1)的该像平面(11)中的该半导体结构18.如权利要求16或17所述的微粒多束显微镜(1)，其中该至少一个预定义孔径板19.如权利要求16或17所述的微粒多束显微镜(1)，其中该至少一个预定义孔径板20.如权利要求16或17所述的微粒多束显微镜(1)，其中该至少一个预定义孔径板21.一种在半导体样品中的半导体结构，使用微粒多23.如权利要求21或22所述的半导体结构，其中第一近表面元件和第二近表面元件彼4[0001]本发明关于用于使用微粒多束显微镜以通过电压对比成像来检测特别是在半导[0002]从现有技术中已知具有多个微粒束的微粒束显微镜。US9673024B2揭露了一种平行地聚焦到样品上。反射回来或在该处发射的次级电子由微粒束光学单元并行地捕获，“通过多束扫描电子显微镜和深度学习图像分类实现快速和直接的存储器读取(TowardsFastandDirectMemoryRead-outbyMulti-beamScanningElectronMicroscopyandDeepLearningImageClassification)”(MicroscopyandMicroanalysis25.S25dE由电子束源dsource的图像直径、衍射误差ddiffraction和电子束光学单元的透镜像差[0009]衍射误差ddiffraction随着孔径角α增大而减小。透镜像差daberration由许误差ddiffraction和透镜像差daberration一起过成像比例M＜1，以缩小的方式对微粒束源进行成像，使得可忽略缩小的源图像尺寸微镜之间存在电场或磁场。此浸没场进一步通过单独的预充电电子束枪阻碍了样品的充6[0016]US2017/0287675A1提出了这种用于电压对比成像的两阶段过程，其中对于预充晶片上施加或引入了特定的测试结构或PCM。这些广泛的PCM的一个小区域(即所谓的垫片[0020]WO2019/115391A1提出了一种用于确定对准误差的电压对比成像的方法。该文件提出在每种情况下以在集成半导体的不同相邻层中彼此堆叠的方式提供导电测试结构。[0022]在不同尺寸或具有不同电容的半导体结构上进行电压对比成像是现有技术中的7过高分辨率的微粒多束显微镜对结构充电并进[0024]本发明的另一个目的为能够在不切换微粒多束显微镜的情况下以预充电进行高时地且局部地对结构充电，并通过高分辨率的微粒多束显微镜进行高分辨率电压对比成[0027]本发明的另一目的为提供用于在特定结构(特别是在半导体结构)上进行电压对的小横向误差(例如约1nm)可能导致电压对比改变并可能通过微粒束格栅配置来充电，且[0033]本发明提供了一种方法，以在一样品(特别是半导体样品)中对可充电结构(例如低微粒电流的所选微粒束的总和所形成的相加总电流在可充电结构或半导体结构中产生且第一和第二微粒束的个别微粒电流保持基[0034]本发明的一具体实施例关于用以使用具有在格栅配置中的多个个别微粒束的微8数量的第一微粒束中的一微粒束与第二数量的第二微粒束中的至少一[0035]本发明的一具体实施例提供了一种方法，以在样品中对对比度的决定因此以时间上重叠的方式进行或在使用微粒多束显微镜以扫描方式扫过样微粒束对样品进行充电的过程中，以空间解析的方式针对性地对至少一个结构进行充电。在这种情况下，各自具有低微粒电流的多个所选微粒束在可充电结构中产生相加的总电[0040]本发明的另一具体实施例提供了针对特定的可充电结构(特别是半导体结构)的用于电压对比成像的高分辨率微粒多束显微镜，其中微粒束格栅配置适配于可充电结构样品的高分辨率电压对比成像的至少一个第二[0041]一具体实施例关于用于在样品(特别是半导体样品)上进行电压对比成像的微粒9中预定义孔径板构造成产生用于对可充电结构进行累积充电的至少一个第一微粒束和用粒多束显微镜的像平面(于其中配置了样品)中在至少一个特性上不同于至少一个第二微含至少一个预定义孔径板，其具有不同的开口或通过精细聚焦光学单元的不同的聚焦和/[0043]本发明的另一具体实施例提供了一种用于电压对比成像的高分辨率微粒多束显配置中的个别微粒束的场区域在物平面上重叠，因此样品在重叠区域中由微粒束多次照[0044]在一具体实施例中，高分辨率微粒多束显微镜的预定义孔径板可实现为可互换栅配置的多个微粒束以针对性的方式且同时地实现充电和电[0049]图1b基于MSEM的示例，示意性地显示了微粒多束显微镜中的初级电子的光束路[0050]图1c基于MSEM的示例，示意性地显示了微粒多束显微镜中的次级电子的光束路[0053]图3基于典型的半导体结构的示例，显示了充电和电压对比成像的第一示例性具[0054]图4基于典型的半导体结构的示例，显示了具有动态电压对比成像的第二示例性[0061]电压对比图像由可吸收带电电荷的结构所产生，接着通过使用微粒束显微镜(其电半导体结构和周围环境之间形成电位或电压差dV＝Q/C，并首先吸引地或排斥地影响微比图像的图像对比度或亮度差异推导出所观察到的半导体结构的电荷状态。根据本发明，用于电压对比成像的有利方法通过微粒多束显微镜或具有多个微粒束的微粒束显微镜来使用每一电子束扫描物平面11中的场区域。样品S的样品表面可通过定位单元(未显示)来次级电子束9(其由物镜12吸收并准直)在检测单元20的方向上引导到束路径43上。检测单[0065]多个初级电子束3由电子多束产生装置30产生，其中电子多束产生装置30具有电光阑BP中的开口的多个初级电子束3的图像，并因此一起在像平面11中形成了电子束焦点[0066]在一具体实施例中，可更换高分辨率微粒多束显微镜的预定义孔径板APA连同选外的可更换孔径板APA2和选择性的第二BP2。第一孔径板可例如为下文所解释的特别适用的孔径板之一，且另一孔径板可例如实施用于在像平面11处小于10μm或12μm的微粒束间尺寸的CMOS传感器上进行电压对比成像。像平面11处的典型粒子束间距在5μm至15μm的范外，可在孔径板配置APA的下游设置包含多个电子光学透镜或精细聚焦光学单元的聚焦阵示为透镜阵列294。由此，在设置在孔径板APA下游的光阑平面295中产生多个电子束焦点电子束203通过。仅示意性地显示了三个孔径开口292和透镜阵列294的三个透镜以及三个MSEM的初级电子束203的焦点205。光阑平面295由场镜237和物镜212成像到像平面211中，阵列294的透镜是共轭的或分配给个别束205的直径dE可小于5nm至200nm。直径dE由电子束源的图像的直径dsource、衍射误差ddiffraction和场镜237和物镜212的透镜像差daber[0075]电子束源231通过成像比例M＜1以缩小的方式进行成像，使得可忽略缩小的源图板APA的孔径开口292为此目的具有相应小的设计。用于高分辨率模式的电子束波束203的的相对较低的透射率以及因此具有相对较低的束电流的相对较小的孔径适用于高分辨率[0080]高分辨率成像通常被理解为意指个别束焦点(5、205)的直径dE小于30nm、小于[0082]在本申请案的下文中，MSEM1用作微粒多束显微镜的代表，且并非旨在限制于[0083]图2显示了通过半导体结构的两个典型横截面。图2a显示了垂直于半导体的表面[0085]层的数量和选择仅应被理解为示例；集成半导体可包含不同数量的层以及其他范围有所不同且在层54.15和54.19中的结构[0089]图3以示例的方式显示了在示意性示出的半导体样品60上的充电和电压对比成像，其中充电和成像在半导体样品60的表面50上进行，即半导体样品60的表面50配置在[0090]由在MSEM1的格栅结构4中的多个间隔开的电子束3在表面[0091]通过MSEM1的扫描单元引导第n个电子束与其他电子束n-1、n+1一起沿扫程中区域性地扫过很大一部分半导体样品。此处以虚线显示第n个电子束的初级和次级电的微粒电流)的总和形成的相加总电流在半导体结构中产生电荷并因此产生电压差。总充电电流对应至高分辨率个别束3的小个别电流的累加总和，因此其数量相对于个别电子束束3对半导体样品60的累积照射将导致：与通过单个束在样品上某个位置以相同的束电流无需切换微粒多束显微镜或通过移动装置来[0093]因此，使用多束配置4的低个别电流，在各个情况下确保高分辨率的电压对比成过多个个别微粒束以扫描的方式扫过具有至少一个半导体结构的半导体样品。在该过程[0096]在此示意性示例中，在第n个电子束的第伸到MSEM1的多个电子束3的格栅配置4的另一个相邻的第n+1个电子束的第一扫描位置描位置64.1处发射的次级电子可例如低于由于第n+1个电子束首次激发而在扫描位置62.2扫描位置不同的至少一个第二扫描位置处以微粒束来决定电压第n个初级电子束仅激发绝缘材料硅中的少量次级电子，且由于可能对相邻的导电结构充[0098]由于以来自微粒多束格栅配置4的多个选定的至少一个第一微粒束3进行同时的决定半导体样品60的电压对比度的第二微粒束的微粒电流低于用于充电半导体样品60的用于在以后的扫描位置64.0进行电压对比成像的第二微粒束可与在第一较早的扫描位置体样品60的小部份摘录，且应理解到，半导体结构53和56通常可通过另外的微粒束(未显在半导体样品60中延伸超过数毫米，且可由各自具有低个别辐射电流的多个个别电子束3间隔开的至少一个第二扫描位置63.1处的格栅配置4的至少第二微粒束产生充电并因此在半导体结构中产生电压差，其中在与第一扫描位置间隔开的至少一个第三扫描位置64.0、[0100]多个微粒束使得有可能以不同的电荷对具有不同范围和不同电容的半导体结构延伸了一个微粒束3的数个或一个场区域)仅由较少数量L的个别微粒束或具有较小电荷量减少了例如由于泄漏或隧穿电流而导致的半导体样品中电荷的自然损耗，且电荷没有减[0106]将参考图4描述动态电压对比成像的一具体实施例。在基板表面50上扫描多个电的示例中，导电连接到栅极66的另一个半导体结构68至少在第n个电子束的扫描位置63.1处被充电。由于栅极的充电，在层54.22中的掺杂结构(所谓的鳍状物)中产生了空间过程的针对性局部充电和针对性局部激发(其导致电容在时间上突然变化并因此导致半导[0108]通过动态电压对比成像，可推断出半导体样品60的基本结构，且可例如从使用的CAD数据的测量模拟进行比较、或将动态电压对比成像与传统的准静态电压对比成像进对比测量进一步允许近似地决定源极跟随器晶得100μm……200μm或500μm的更大的像场，使得不想要的较长时间的放电过程不会对电压多电子束的MSEM来实现更强的充电效果。使用高达数百微米的MSEM的较大像场(例如高达[0113]本发明的另一具体实施例提供了用于可充电结构的电压对比成像的高分辨率微在这种情况下，微粒束的至少一个特性被认为表示在像平面或物平面11中的微粒束的特[0115]孔径板APA在外部区域中具有用于第一微粒束的十二个第一大孔，该第一微粒束具有用于充电的大束电流(以示例的方式标示了一个大孔径开口73)。孔径板APA在内部区较大开口面积的第一孔径开口和相较于第一孔径开口具有较小开口面积的第二孔径开口微粒多束显微镜的第二数量的第二微粒束在半导体样品的至少一个半导体结构处决定电[0116]图5a的下半部分显示了沿线AB穿过孔径板配置APA的截面。孔径板配置在孔径开BP(遮蔽板)选择性地设置在束方向的下游，并允许由微透镜阵列320聚焦的电子或粒子束[0117]用于高分辨率模式的第二多个第二粒子束的孔具有例如在10-50μm之间的小孔径过的第一微粒束79和第二微粒束78聚焦的微透镜(参见关于图1b的描述)被另外配置在预的根据图1的微粒束光学单元将焦平面中的焦点[0121]孔径板配置APA的根据本发明的不同的孔径开口除了具有用于在像平面或物平面11中产生空间上适配的微粒束格栅配置的不同开口面积之外，还可具有孔径板配置APA的孔径开口的进一步适配，其考虑了例如微粒束的下游成像系统的透镜像差。举例来说，WO2005/024881(特别是图14、15和18)描述了孔径板配置APA的孔径开口的这种进一步适MSEM的像平面或物平面11中具有用于高分辨率成像的小束电流的第二微粒束的形成基本上相同，且用于电压对比成像的每个第一微粒束在电压对比成像期间获得例如2nm的大致[0122]图6显示了基于具有小孔和大孔的预定义孔径板APA的另一格栅配置4，其中所分至少一个第二较小孔的共轭第二像场段处对半导体样品进行高分微粒束格栅配置的至少一个第二微粒束在至少相同位置处对半导体束的焦点具有比例如在用于高分辨率电压对比成像的微粒多束显微镜的像平面中的第二93和具有中等聚焦效果的精细聚焦光学单元92的联合效应而聚焦在焦平面81中。与此相一微粒束95通过主聚焦光学单元93和精细聚焦光学单元92的聚焦效果(其比针对微粒束78的效果弱)而聚焦到焦点上，该焦点仅在焦平面81的下游隔开一定距离，因此同样导致在配置的孔径板配置APA的不同孔径开口以及精细聚焦光学单元的不同聚焦效果可具有孔径板配置APA的孔径开口或精细聚焦光学单元的聚焦效果的进一步适应，其允许例如微粒束在英语中也称作过程控制监视器(PCM)。该特定半导体结构设计使得通过来自微粒束格栅配置的多个微粒束以针对性的方式且同时地实现充[0131]在图8中阐明了构造用以使用微粒多束显微镜进行电压对比成像的半导体结构的[0132]图8显示了用于检测半导体结构的层构造中的小横向误差的半导体结构。这种横向误差也称作重叠误差。关于半导体层的重叠精确度或重叠的要求在最小结构尺寸或CD[0134]图8显示了特定的半导体结构100，其可用于使用以微粒多束显微镜1进行的电压由第一近表面结构106以第一微粒束进行充电。第一微粒束以简化的方式显示于第一扫描位置110和第二扫描位置112处。第一近表面结构106导电地连接到位于半导体样品中较深较大的方式实现，使得第一扫描路径114的大部分或第一微粒束的像场段与结构106重叠。半导体结构100进一步具有较小的第二近表面结构107。以简化的方式在第一扫描位置111近表面结构107导电地连接至在与第(l+1)层103相邻的层(在下文中为第1层102)中的较深用这种特定的半导体结构100，可因此通过以微粒多束显微镜进行电压对比成像来无损地加的图像对比度允许以完全类似的方式根据本发明进行电压对比成像且由示例性具体实微镜，且存在高分辨率的电压对比成像，其分辨率优于30nm或甚至优于5nm且产出量超过有可充电结构的任何所需样品上进行。在半导体样品上实现的示例可应用于任何其他样施例与根据图1或图5至图7的示例性具体54.1754.2263.1