将带电粒子束计量系统的充电效果和辐射损害最小化的扫描策略
相关申请的交叉引用
本申请要求Hong Xiao在2018年3月7日提交的美国临时申请号62/639,603的优先权权益，所述美国临时申请的内容针对所有目的全部并入本文。
背景技术
本发明总体上涉及在半导体制造工艺中使用的测量技术。更具体地，本发明涉及用于测量半导体晶片堆叠的不同层或同一层上的不同图案之间的叠对误差以及测量诸如临界尺寸(CD)之类的其它特性的技术。
叠对测量通常指定第一图案化层相对于设置在其上方或下方的第二图案化层对准的准确度，或第一图案相对于设置在同一层上的第二图案对准的准确度。通常利用具有形成在工件(例如，半导体晶片)的一或多个层上的结构的叠对目标来确定叠对误差。所述结构可以采用光栅的形式，并且这些光栅可以是周期性的。如果两个层或图案适当地形成，则一个层或图案上的结构倾向于相对于另一层或图案上的结构以特定的可测量取向对准。如果两个层或图案未适当地形成，则一个层或图案上的结构倾向于相对于这个特定取向偏移或错位。
仍然需要用于改进测量和确定叠对的技术和设备。
发明内容
下文提出了本公开的简单发明内容以便提供对本发明的某些实施例的基本理解。本发明内容并非为本公开的广泛概述，并且不识别本发明的关键/临界元件，也不希望描述其范围。其唯一目的是以简化形式提出本文公开的一些概念作为稍后提出的更详细描述的序言。
在一个实施例中，公开了一种对其上形成有至少两层的目标执行叠对计量的方法。提供了目标，所述目标具有用于测量至少两个叠对方向上的叠对的多个周期性结构。在第一方向上横跨所述目标的多个扫描刈并且相对于所述目标以第一倾斜角扫描带电粒子束，使得以一定角度扫描所述周期性结构的每个边缘。在与所述第一方向相反的第二方向上横跨所述多个扫描刈并且以与所述第一倾斜角成180°的第二倾斜角扫描所述带电粒子束。然后针对所述目标的不同的第一倾斜角和第二倾斜角以及不同的多个扫描刈重复第一方向扫描操作和第二方向扫描操作，使得对称地扫描所述目标。组合由所述第一方向扫描操作和所述第二方向扫描操作生成的图像以形成组合图像，并且基于分析所述组合图像来确定和报告所述目标的叠对误差。
在一个实例中，所述目标包含用于X叠对和Y叠对两者的周期性结构，并且重复所述第一方向扫描操作和所述第二方向扫描操作导致以45°、135°、225°和315°的角度扫描所述目标。在另一方面，45°、135°、225°和315°的所述角度通过在所述第一方向和所述第二方向上扫描所述带电粒子束并且以光栅图案旋转和平移所述待扫描目标来实现。在另一方面，这些角度通过在单一平移方向上扫描所述带电粒子束并将所述目标旋转到所述角度45°、135°、225°和315°中的每一者来实现。
在特定实现方式中，由所述第二方向扫描操作引起的对所述周期性结构的充电效果相对于由所述第一方向扫描操作引起的充电效果是对称的。在另一个实施例中，由于所述第一方向扫描操作和所述第二方向扫描操作，所述组合图像具有对称充电效果。
在另一方面，所述第一扫描操作和所述第二扫描操作包含跳过所述周期性结构的在每对连续扫描刈之间的多条跳过线，并且所述组合图像不包含用于此类跳过线的图像部分。在这方面中，所述跳过线具有8或更多的计数。在另一个实例中，所述跳过线具有100或更多的计数。
在另一个特定实现方式中，所述周期性结构包含X线光栅和Y线光栅，并且所述扫描刈被保持不平行于此类X线光栅和Y线光栅的任何纵向轴线。在另一方面，所述周期性结构包含第一方向上具有纵向轴线的第一线光栅和与所述第一方向不同且不垂直的第二方向上的第二光栅，并且所述扫描刈被保持不平行于此类第一线光栅和所述第二线光栅的任何纵向轴线。
在另一方面，所述第一扫描操作和所述第二扫描操作包含跳过所述周期性结构的在每对连续扫描刈之间的多条跳过线，并且所述组合图像不包含用于此类跳过线的图像部分，其中所述跳过线具有8或更多的计数。在另一个实例中，所述跳过线具有100或更多的计数。在另一个实现方式中，所述周期性结构包含X线光栅和Y线光栅，并且所述扫描刈被保持不平行于此类X线光栅和Y线光栅的任何纵向轴线。在另一方面，所述周期性结构包含第一方向上具有纵向轴线的第一线光栅和与所述第一方向不同且不垂直的第二方向上的第二光栅，并且所述扫描刈被保持不平行于此类第一线光栅和所述第二线光栅的任何纵向轴线。
在替代实施例中，本发明涉及一种用于对其上形成有至少两层的目标执行叠对计量的带电粒子束系统。所述系统包含：束源，所述束源用于生成带电粒子束；以及光学器件，所述光学器件用于将所述粒子束引导并扫描到目标上，所述目标具有用于测量至少两个叠对方向上的叠对的多个周期性结构。所述系统还包含：载台，所述载台用于保持定位于其上的所述目标并使所述目标相对于所述带电粒子束移动；以及检测器组件，所述检测器组件用于响应于横跨所述目标扫描所述带电粒子束而从所述目标接收信号。所述系统还包含控制器，所述控制器被配置为与所述束源、光学器件、载台和检测器组件协作执行上述操作中的任一者。
下面参考附图进一步描述本发明的这些和其它方面。
附图说明
图1是用于分别测量在X方向和Y方向上两个不同工艺层之间的叠对误差的两个叠对标记的俯视平面图。
图2A示出了通过用带电粒子束在X方向上扫描对光栅目标进行的不对称成像。
图2B示出了通过用带电粒子束在Y方向上扫描对光栅目标进行的不对称成像。
图2C示出了用于在与图2B所示的带电粒子束扫描相反的方向上横跨光栅目标对称地回扫带电粒子束的过程。
图2D示出了根据本发明的一个实施例的包含垂直于Y方向光栅结构的对称束扫描的扫描图案，所述对称束扫描可以用于形成对称组合图像。
图3A是根据本发明的特定实现方式的可以使用交替对称束扫描图案的组合XY叠对标记的俯视平面图。
图3B示出了根据本发明的特定实现方式的具有相对于组合XY目标成45°的扫描路径的替代束扫描图案。
图3C是示出根据本发明的一个实施例的用于通过对称束扫描确定叠对的过程的流程图。
图3D是根据本发明的替代实施例的包含线跳过的对称扫描过程的图形表示。
图3E是示出根据本发明的特定实现方式的用于确定目标是否超出规格的图3C的操作的流程图。
图4A至4I示出了根据本发明的各种实施例可以被实施对称束扫描技术的多个不同的组合XY目标。
图5是根据本发明的特定实施例的具有可以被实施对称束扫描技术的重叠周期性线结构的替代组合XY叠对标记的俯视平面图。
图6是根据本发明的特定实施例的具有可以被实施对称束扫描技术的XY叠对结构的另一个目标。
图7是根据本发明的特定实施例的替代目标部分的俯视平面图，所述替代目标部分在不同层和方向上具有相对于彼此倾斜的周期性线结构并且可以被实施对称束扫描技术。
图8是根据本发明的特定实施例的由可以被实施对称束扫描技术的多个接触结构形成的替代组合XY叠对标记的俯视平面图。
图9是根据本发明的一个实施例的扫描电子显微镜(SEM)叠对计量系统的图形表示。
具体实施方式
在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对本发明的彻底理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部细节的情况下实践本发明。在其它情况下，没有详细描述公知的过程操作，以免不必要地模糊本发明。尽管将结合特定实施例描述本发明，但是应当理解，这并不旨在将本发明限制于所述实施例。
通常，可以使用具体设计的叠对目标来确定两个工艺层之间的叠对误差或同一层上的两组结构之间的移位，为此，目标结构被设计成在它们的对称特性之间具有已知关系并且与此对称性的差异对应于此类目标中的叠对误差。如本文所使用的，层可以指代被生成并且被图案化用于制造晶片装置或测试结构的任何合适的材料，诸如半导体或光致抗蚀剂层。尽管以下目标实例被示出为在两个(或两个以上)层上具有用于测量叠对的结构，但是显而易见，每个目标可以在同一层上包含两组(或两组以上)结构以确定此组结构之间的移位误差。另外，本发明的技术可以应用于任何类型的周期性目标，并且此类目标可以形成在产品晶片上的管芯的非作用区(例如，划线)或作用区(例如，作为管芯的装置部分的一部分)中。本文描述的技术也可以应用于确定其它类型的特性的目标，所述特性诸如临界尺寸(CD)、CD均匀性(CDU)、边缘布局误差(EPE)、图案保真度等。
图1是用于分别测量在X方向和Y方向上两个不同工艺层之间的叠对误差的两个叠对标记的俯视平面图。如图所示，第一目标102被布置用于关于X方向测量第一层中的一组第一结构106a和106b与第二层中的一组第二结构108a和108b之间的叠对误差。第二目标100被布置用于关于Y方向测量第一层中的一组第一结构112a和112b与第二层中的一组第二结构114a和114b之间的叠对误差。
在这个实施例中，X目标和Y目标中的每一者被设计成使得其第一结构具有与其第二结构相同的180°旋转对称中心，但是X方向目标102被设计成具有对称中心(COS)110，所述对称中心具有与Y方向目标104的COS 114不同的位置。例如，X方向目标102具有分成两组106a和106b的第一结构，这两组相对于彼此定位成使得如果它们围绕对称中心110旋转180°，则第一结构在此旋转之前和之后将具有相同的外观。X方向目标102还包含分成两组108a和108b的第二结构，这两组相对于彼此定位成使得如果它们围绕对称中心110旋转180°，则这些第二结构在此旋转之前和之后将具有相同的外观。在这个图示中，第一结构的COS与第二结构的COS位于相同的位置处。当叠对误差存在于目标内时，此目标的第一结构的COS从第二结构的COS移位。这种移位被称为叠对误差。
在一些目标中，单独的X目标和Y目标中的叠对误差可以基于先验知识来确定，所述先验知识是：每个目标被设计成在每一层中具有关于同一COS有180°旋转对称的结构。第一层结构的COS与第二层结构的COS之间的任何移位都可以被成像并被测量为叠对误差。在替代实施例中，图1的X目标和/或Y目标可以被布置成使得第一结构和第二结构具有带已知偏移的COS。在这种情况下，如果移位与已知偏移不匹配，则变化量对应于叠对误差。
通常，可以在光致抗蚀剂显影检查(ADI)步骤之后或期间利用光学测量系统来执行对叠对目标的测量。例如，如果在光致抗蚀剂显影之后评估叠对，则当叠对结果超出规格时可以对晶片进行再加工。然而，随着装置特征尺寸按比例缩小，光学目标的图案将倾向于比实际装置图案大得多，并且不能提供可靠结果。因此，可以分辨小得多的图案并对其成像的扫描电子显微镜(SEM)对于叠对测量应用变得更有吸引力。
SEM叠对(SEM-OVL)或电子束叠对(eOVL)测量主要用于蚀刻后检查(AEI)(其也被称为清洁后检查(ACI))，以校准光学叠对的划线ADI测量与蚀刻后实际装置中的叠对之间的任何非零偏置。当然，IC制造商也对在ADI应用中应用SEM-OVL/eOVL感兴趣。尽管以下叠对确定技术可以利用电子束扫描计量系统，但是可以预期，类似技术可以与任何适当类型的带电束系统一起使用。
对于SEM或电子束ADI应用，可能需要高着陆能量(LE)以允许初级电子不仅穿透光致抗蚀剂(PR)层下方的层以到达下层的目标结构，而且允许反向散射电子(BSE)也到达检测器。因为BSE信号通常显著低于次级电子(SE)信号，所以较高的束电流是优选的。然而，具有较高LE和较高束电流的电子束也可能引起充电和电子束引发的PR损害。
图2A示出了通过用带电粒子束在X方向上(具体地，在西方向和东方向上)扫描而引起的光栅目标部分200的不对称成像。如图所示，带电粒子束以扫描图案202进行光栅扫描，所述扫描图案相对于目标200的线处于“东”方向上。对于每次扫描，所述束沿着多条扫描路径202扫描，每条扫描路径的方向垂直于光栅目标200的线结构。图2B示出了通过用带电粒子束在单个Y(或南)方向上扫描引起的光栅目标250的类似不对称成像。
在X目标实例或Y目标实例中，当带电粒子束横跨线结构扫描时，所述线结构不对称地保留来自带电粒子束的电荷，结果，周期性线图像是不对称的。例如，线204的前沿204a在所得图像中可以具有比同一条线204的后沿204b更厚的白色边缘。这种不对称性可能是由于当所述束横跨此类线移动时线边缘的不均匀的正充电造成的，这导致从不同边缘到达检测器并对图像有贡献的次级电子的量不相等。
本发明的某些实施例提供了对称扫描图案，所述对称扫描图案对于为样品生成的图像产生对称充电效果，这也导致对称PR损害。在一个实例中，带电粒子束(例如，电子束)简单地横跨线结构回扫，以便对于每个扫描的线位置(或每个扫描的刈)具有两次相反方向的扫描。图2C示出了用于在与图2B所示的带电粒子束扫描相反的方向上横跨Y方向光栅目标对称地回扫带电粒子束以产生目标图像260的过程。如图所示，电子束扫描254将倾向于导致目标图像260中的前沿与后沿之间不对称，这与目标图像250中的不对称相反(所述不对称是由如图2B所示的不对称束扫描252引起的)。组合来自双向(相反或对称)扫描的图像将倾向于导致组合图像中的对称带电效应。
图2D示出了根据本发明的一个实施例的包含垂直于Y方向光栅结构的对称束扫描的扫描图案，所述对称束扫描可以用于形成对称组合图像270。换句话说，在相对于光栅中被取向为东方向和西方向的每一条线的纵向轴线的“北”方向上(向上)和“南”方向上(向下)对称地扫描带电粒子束。
可以关于X方向叠对目标实施类似技术。例如，图2A的目标图像200是从各自具有南北对准的纵向轴线的光栅线而获得的。在这个实例中，还可以在与东方向束扫描202相反的西方向上扫描束，以由此实现相对于叠对目标光栅200的对称的东方和西方向扫描。然后可以组合来自对称扫描(东和西)的图像以形成对称图像。
总之，可以使用在+X和-X(东和西)两个方向上或者在+Y和-Y(北和南)两个方向上扫描的电子束来分别形成用于X方向光栅结构和Y方向光栅结构的组合对称目标图像。然后可以组合由这两个方向的但对称的扫描形成的两个不同图像中的不对称性以形成对称图像。然后可以分析对称图像以进行准确叠对(或其它测量，诸如CD)确定。
尽管垂直于光栅目标的对称(或双向)束扫描充分适用于单向(X或Y)目标，但是可以关于多向目标(例如，X目标和Y目标)使用对称扫描的不同取向。图3A是根据本发明的如下文进一步描述的特定实现方式的可以被使用交替对称束扫描图案的组合XY叠对标记330的俯视平面图。与图2A和2B的目标不同，图3A的叠对标记330被配置为测量两个单独的方向上的叠对。因而，标记330消除了对于需要测量叠对的每个方向具有一个标记的需要。以当晶片的被测试层完全对准时产生的配置示出叠对标记330。通常提供叠对标记330以确定晶片的两个或两个以上连续层之间或晶片的单个层上的两个或两个以上单独生成的图案之间的相对移位。为了便于讨论，将在测量衬底的不同层之间的叠对的上下文中描述叠对标记330。然而，应当注意，这个图中的叠对标记(或本文所述的任何其它目标)也可以用于测量衬底的单个层上的两个或两个以上单独生成的图案。
叠对标记330包含多个工作区332以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差。在所示实施例中，叠对标记330包含八个矩形工作区332，所述矩形工作区被配置为基本上填充所述叠对标记的周边79。工作区332表示用于计算晶片的不同层之间的对准的实际标记区域。工作区332在空间上彼此分开，使得它们不与相邻工作区的部分重叠。在这种特定配置中，一些工作区经由禁区分开，而其它工作区与相邻工作区相邻定位。例如，工作区332B经由禁区333与工作区332E和332F分开，而工作区332E和332F在它们的边缘处彼此相邻定位且在它们之间没有禁区。
为了便于讨论，工作区332被分组为第一工作组334和第二工作组336。第一工作组334包含被配置为提供第一方向上的叠对信息的四个工作区332A-D。例如，第一方向可以是Y方向。在四个工作区332A-D中，它们当中的两个工作区332A和332D被设置在第一层中，并且它们当中的两个工作区332B和332C被设置在第二层中(第一层由交叉影线表示，第二层由没有交叉影线表示)。应当明白，对于这种标记配置并且在零叠对误差的情况下(如图所示)，工作区332A和D与工作区332B和C的对称中心335完全重合。第二工作组336包含被配置为提供垂直于第一方向的第二方向上的叠对信息的四个工作区332E-H。例如，第二方向可以是X方向。在四个工作区332E-H中，它们当中的两个工作区332E和332H被设置在第一层中，并且它们当中的两个工作区332F和332G被设置在第二层中(第一层由交叉影线表示，第二层由没有交叉影线表示)。与上述类似，对于这种标记配置并且在零叠对的情况下(如图所示)，工作区332E和H与工作区332F和G的对称中心337完全重合。在这个目标或本文描述的任何目标中，对称中心也可以偏移预定义量，并且与此预定义偏移的偏差表示叠对误差。
应当明白，组334和336中的每一者表示“X”配置标记(尽管存在偏移)。例如，工作组334包含工作区332A和D(它们在相同的第一层上并且相对于彼此处于对角相对的位置)以及工作区332B和C(它们在相同的第二层上并且相对于彼此处于对角相对的位置)。此外，工作区332A和D相对于工作区3322B和C成角度。更进一步地，工作区332A从工作区332D在空间上偏移，而工作区332B从工作区332D在空间上偏移。
另外，工作组336包含工作区332E和H(它们在相同的第一层上并且相对于彼此处于对角相对的位置)以及工作区332F和G(它们在相同的第二层上并且相对于彼此处于对角相对的位置)。此外，工作区332E和H相对于工作区332F和G成角度。更进一步地，工作区332E从工作区332H在空间上偏移，而工作区332F从工作区332G在空间上偏移。实质上，这个特定标记产生彼此正交定位的两个“X”配置标记，即，工作组394和工作组396。
为了进一步详细说明，一层上的工作区相对于另一层上的工作区是大致上并置的。例如，在第一工作组中，工作区332A相对于工作区332B是并置的，而工作区332C相对于工作区332D是并置的。类似地，在第二工作组中，工作区332E相对于工作区332H是并置的，而工作区332F相对于工作区332G是并置的。在两个并置对中，第二层上的工作区通常比第一层上的工作区更靠近中心。例如，工作区332B和332C以及工作区332F和332G分别比它们的并置工作区332A和332D以及工作区332E和332H更靠近感兴趣区域344的中心342。此外，在工作组中的每一者中，并置对相对于所述组中的另一并置对以相对关系(例如，对角线)定位。例如，并置对332A和B与并置对332C和D相对定位，而并置对332E和F与并置对332G和H相对定位。
应当明白，在这个特定标记中，工作区的配置是旋转对称的(围绕标记中心+90、180、270、360度)。通常这样做是为了减小横跨计量工具的视场的径向变化和轴向变化(例如，由可能导致工具引发移位(TIS)的不均匀光学像差和照明而引起的径向变化和轴向变化)的影响。径向变化通常是指代从标记中心向标记的外部区域辐射的变化。轴向变化通常是指代在沿着标记的轴线的方向上(例如，在从标记的从左部分至右部分的X方向上以及在从标记的从下部分至上部分的Y方向上)发生的变化。
工作区332A-H中的每一者包含周期性结构338，所述周期性结构由多个粗分割线340组成。粗分割线的线宽D和间距s可以广泛地变化。如图所示，周期性结构338中的每一者基本上填充其对应工作区332的周边。应当明白，周期性结构338也被设置在其对应工作区332的层上。
为了便于讨论，可以将周期性结构338分成与第一工作组334相关联的第一周期性结构338A和与第二工作组相关联的第二周期性结构338B。如图所示，第一周期性结构338A全部被取向成相同方向，即，粗分割线340相对于彼此平行且水平定位。第二周期性结构338B也全部被取向成相同方向(尽管与第一周期性结构不同)，即，粗分割线340相对于彼此平行且垂直定位。因而，第一工作组334中的周期性结构338A与第二工作组336中的周期性结构338B正交。
在一个实例中，并置周期性结构的粗分割线彼此对准(例如，如果我们忽略不同的层，则它们看起来是连续光栅)。例如，工作区332A的粗分割线可以与工作区332B的粗分割线对准，而工作区332C的粗分割线可以与工作区332D的粗分割线对准。另外，工作区332E的粗分割线可以与工作区332F的粗分割线对准，而工作区332G的粗分割线可以与工作区332H的粗分割线对准。
对于多向目标，诸如图3A的XY目标330，对称的X束扫描图案或Y束扫描图案将导致沿着目标线的纵向轴线的至少一部分扫描电子束，这通常会被避免。例如，沿着X轴(东和西)双向扫描的电子束将形成与第二工作组336的竖直线垂直并且与第一工作组334的水平线平行的扫描路径。同样，在Y方向(北和南)上双向扫描的电子束将形成垂直于第一工作组334的水平线并且平行于第二工作组336的竖直线的扫描路径。
为了避免沿着多向目标的线中的任一者平行扫描，本发明的某些实施例包含带电粒子束扫描图案，所述带电粒子束扫描图案形成对称扫描路径，所述扫描路径相对于被扫描边缘的角度成至少10°或与目标的线中的任一者所成的角度在约10°至80°之间的范围内。
扫描路径可以在多次旋转时包含扫描路径对以便将最终组合图像中的对称性最大化。图3B示出了根据本发明的特定实现方式的具有相对于具有X线和Y线两者的组合XY目标(例如，图3A的目标330)成45°的对称扫描路径的替代束扫描图案。在这个实例中，以两次不同旋转(或4个不同扫描角度)进行的多对双向线扫描对称地覆盖目标。
可以使用任何合适的技术来对称地扫描周期性目标。图3C是示出根据本发明的一个实施例的用于通过对称束扫描确定叠对的一般过程350的流程图。首先，在图3C的操作352中提供用于测量至少一个方向上的叠对的周期性目标。例如，如同图3A的XY目标330一样，所述目标可以包含仅用于测量单个方向(例如，X或Y)上的叠对的结构，或包含用于测量两个或两个以上的方向(例如，X和Y)上的叠对的结构的目标。
然后，在操作354中，可以在第一方向上横跨目标的多个扫描刈并且相对于目标以第一倾斜角扫描带电粒子束，使得以一定角度扫描目标的每个被扫描边缘。另外，在操作356中，可以在与所述第一方向相反的第二方向上横跨相同的多个扫描刈并且以与所述第一倾斜角成180°的第二倾斜角扫描带电粒子束。对于仅包含X叠对结构或Y叠对结构的目标，扫描图案可以包含横跨多个扫描刈分别在北方向和南方向上扫描或者在东方向和西方向上扫描。
对于其它类型的目标，诸如组合XY目标，扫描操作可以新的倾斜角重复以便实现扫描相对于目标的对称性。如图3B的组合XY目标实例所示，相对于目标沿着双向刈组以45°、135°、225°和315°的倾斜角扫描所述束。即，每个第一对342的被扫描刈处于45°和225°，而每个第二对344的被扫描刈处于135°和315°。
这些扫描刈可以通过在目标以平移方式和旋转方式移动时在两个平移方向上扫描带电粒子束来实现。例如，所述目标在带电粒子束下方以线性和旋转方式移动，以便在四个帧中扫描目标。换句话说，所述目标垂直于束的扫描方向移动，以便在第一方向上并以第一倾斜角(例如，45°)扫描第一组刈。然后，可以将目标旋转到第二倾斜角(例如，225°)，所述第二倾斜角与第一倾斜角成180°，使得将相对于第一组刈在第二相反方向上有效地扫描所述束。然后在垂直于束扫描方向的方向上平移目标，以便在与第一方向相反的第二方向上扫描相同的第一组刈。然后可针对其它两个倾斜角对135°和315°重复这个过程。
当然，可以在两个相反的线性方向上扫描带电粒子，并且对于此类双向束扫描，可以仅将目标旋转到两个倾斜位置。在每个倾斜位置和束方向处，所述目标在所述束下方在垂直于束扫描方向的方向上平移，以便在束方向上对多条线进行光栅扫描。例如，所述目标可以相对于带电粒子束旋转和平移，使得所述束横跨多条线/多个刈在两个方向上并且相对于目标以45°和225°的第一对倾斜角扫描。接下来，再次旋转目标，并且平移目标，使得所述束然后横跨多条线/多个刈在两个方向上并且相对于目标以135°和315°的第二对倾斜角扫描。
对于各种各样的目标配置(诸如XY叠对目标)，对称的带电粒子扫描图案可能导致边缘锐度和对称性的改进。在另一个实施例中，在旋转或不旋转目标时，沿着扫描刈342或扫描刈344在相反方向上扫描所述束以实现沿着相同扫描刈的两个对称方向。
为了减少例如对光致抗蚀剂材料的损害，根据本发明的替代实施例，每次顺序扫描可以跳过刈(或线)。图3D是根据本发明的替代实施例的包含跳过线的对称扫描过程的图形表示。与由导致彼此邻接或重叠的刈图像的顺序扫描的刈组成的扫描图案372相比，扫描图案374包含跳过刈或线的顺序扫描线。例如，在每次连续的刈扫描之间跳过8条线。当然，扫描图案还将包含在相反方向上(从右到左)描出所示扫描线374的扫描。另外，跳过线将不被扫描，并且可以基于响应于所述束在两个相反的对称方向上横跨扫描线374中的每一者而生成的信号或图像的组合来确定叠对。例如，响应于扫描线374而获得的对称图像部分被组合以形成组合图像，所述组合图像不包含目标的跳过线的图像数据。
可以跳过任何适当数量的线，以便将对被扫描材料的损害最小化并且获得足够的数据用于准确地确定叠对等。通常，跳过线的扫描图案对诸如光致抗蚀剂之类的某些材料造成较小损害，所述扫描图案在被带电粒子束扫描的区域中倾向于收缩。可以选择跳过线的数量，使得收缩量将倾向于与线边缘粗糙度相当，并且不会显著影响整个线边缘。在一个实例中，跳过8条或更多的线。在其它实施例中，例如对于8k乘8k的视场(FOV)，跳过100条或更多的线。
不管在对称扫描期间是否发生跳过，每个刈扫描都导致例如由系统的检测器和处理器系统生成信号或图像。返回参考图3C所示的过程，然后可以在操作358中将来自第一方向扫描和第二方向扫描的图像组合成组合图像。图2D示出了其中未跳过任何线的Y方向目标部分的组合图像的表示。如果线被跳过，则各个扫描的线的图像部分可以被压缩在一起，使得它们在组合图像中彼此邻接。例如，如果跳过8条线，则所得组合图像将是在未跳过线的情况下而形成的图像的尺寸的1/8。
通常，可以在收集目标的每对扫描刈时组合图像。替代地，可以在收集了针对特定叠对方向的所有刈对的图像之后或者在收集了针对所有叠对方向的所有刈对的图像之后，组合图像。
然后，在操作360中，可以分析组合图像以确定叠对(或另一个特性，诸如CD)。可以单独地分析每个扫描刈的每个组合图像，或者可以分析所有刈的单个组合图像。
然后在操作362中确定过程是否超出规格。可以基于由本发明的实施例以任何合适的方式生成的组合图像来确定目标是否在规格内，如本文进一步描述的。如果过程没有超出规格，则所述过程结束。
如果过程超出规格，则可以实施多种技术来缓解问题。在第一种技术中，可以在操作364中调整后续过程以补偿超出规格的过程。例如，如果确定光致抗蚀剂图案在任何部分都错位，则可以剥离光致抗蚀剂并以校正的图案重新施加光致抗蚀剂以消除错位。然后，在操作366中执行后续过程以便继续制造同一晶片。例如，晶片可以被图案化。在第二种技术中，在操作368中，可以停止对晶片的处理，然后可以丢弃晶片。然后在操作369中，可以针对后续晶片调整超出规格的过程。
图3E是示出根据本发明的特定实现方式的用于确定目标是否超出规格的图3C的操作362的流程图。尽管关于具有180°旋转COS的结构的目标描述了这种过程，但是当然，对于具有镜面对称或其它类型对称性的结构，可以轻松地修改这种过程。
在图3E所示的实例中，在操作382中，首先将成像目标结构的中心移动到检查工具的FOV的中心。然后在操作384中确定每一层的感兴趣区域(ROI)。图1的X目标结构将用于示出图3E的过程。例如，可以为图1的X方向目标结构106a、106b、108a和108b形成四个ROI，如虚线所表示。虚线102可以表示检查工具的FOV，而十字110表示X目标结构的中心。
可以使用任何合适的技术来确定分别来自第一层和第二层的每一组结构106和108的COS。例如，可以利用边缘技术来确定每一层中的结构的COS。在所示实施例中，在操作386中，使用每一层的每个ROI的外边缘来确定每一层的COS。对于结构106和108，可以确定每个ROI的外边缘，然后使用所述边缘来找到每一组结构的外边缘之间(例如，结构106a与结构106b之间)的中心位置。对于具有次分辨率特征的结构(例如，下面描述的图4A的目标)，每一组次分辨率线(例如，细线404，所述细线形成每一组路线线402的一部分)的边缘将被测量为单个边缘。
另一种COS确定技术被称为相关技术。在这种技术中，在操作388中，估计每一层的结构的ROI之间的初始COS位置。如针对结构106所示，COS 110的初始估计值可以位于结构106a与106b之间。然后通过在距初始COS相等距离的位置处横跨这两组结构测量来获得两个线性阵列。结构106a和106b将倾向于各自产生具有三个峰值强度值的周期性信号。然后水平地和竖直地翻转所获得的两个线性阵列并进行匹配，并且计算诸如乘积之类的相关度量。所述阵列相对于彼此移动，并且为每个偏移计算度量。然后绘制所述度量，并且通过找到相关度量的最大值来定位正确的COS。智能搜索算法(例如，二进制搜索)也可以用于有效地定位正确的COS位置。
换句话说，在操作390中，对于每一层的每个ROI组，基于初始COS自动地布局其180°旋转对应物。在操作392中，针对每一层连续地移动COS，直到在每一层的旋转图像与原始图像之间找到最佳相关为止。在找到最佳相关之后，找到了COS。
在使用任何合适的技术找到COS之后，然后在操作394中确定第一层结构的COS与第二层结构的COS是否相差大于预定值。如果它们相差不超过预定值，则在操作398中确定所分析的目标没有超出规格。然而，如果它们相差超过预定量，则在操作396中确定所分析的目标超出规格。然后，用于确定目标是否超出规格的过程结束。
除了图3A的实例之外，还可以将相反方向和(相对于目标线的叠对方向或纵向轴线)倾斜的扫描图案施加于任何合适类型的组合X和Y目标。在Ghinovker等人于2017年7月11日发布的美国专利号9,702,693中进一步描述了几个周期性叠对目标，所述专利通过引用并入本文。图4A至4I示出了根据本发明的各种实施例可以被实施对称束扫描技术的多个不同的组合XY目标。
图4A是另一个多向叠对标记400的俯视平面图。在这个特定实施例中，粗分割线402由多个细分割元件404形成。
图4B是根据替代目标的叠对标记410的俯视平面图。例如，叠对标记410通常可以包含X线光栅和Y线光栅，其中在盒叠对结构418中添加了盒。与图3A的叠对标记330类似，叠对标记410包含八个工作区412A-H以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差(一个层由交叉影线表示，另一层则不由交叉影线表示)。工作区中的每一者包含周期性结构414，所述周期性结构由多个粗分割线416组成。工作区412被布置成容纳附加结构418在标记410的中心。在所示实施例中，工作区412A-H围绕标记的外部区域设置，而附加结构418被设置在标记的中心。附加结构418可以表示盒叠对结构中的标准盒。
图4C是根据替代目标的叠对标记420的俯视平面图。类似于图3A的标记，图4C的叠对标记420被配置为测量两个单独的方向上的叠对。与图3A的标记相比，标记420包含三角形工作区402。
第一组工作区422A-D被配置为提供第一方向上的叠对信息。例如，第一方向可以是Y方向。在四个工作区422A-D中，它们当中的两个工作区422A和D被设置在第一层中，并且它们当中的两个工作区422B和422C被设置在第二层中。应当明白，对于这种标记配置并且在零叠对的情况下(如图所示)，工作区422A和D与工作区422B和C的对称中心425完全重合。第二组工作区422E-H被配置为提供垂直于第一方向的第二方向上的叠对信息。例如，第二方向可以是X方向。在四个工作区422E-H中，它们当中的两个工作区422E和422H被设置在第一层中，并且它们当中的两个工作区422F和422G被设置在第二层中。与上述类似，对于这种标记配置并且在零叠对的情况下(如图所示)，工作区422E和H与工作区422F和G的对称中心427完全重合。另外，并且所有工作区422都相对于标记的中心等距定位。工作区422中的每一者包含周期性结构428，所述周期性结构由多个粗分割线421组成。尽管未示出，但是每条粗分割线可以由多个细分割元件形成，以进一步增强这个标记或本文描述的任何标记。
图4D是根据替代目标的叠对标记430的俯视平面图。如图所示，标记430具有与图4C的标记420相同的总体布局和特性，即，八个三角形工作区。然而，标记430与标记420的不同之处在于，它利用形成在两层中的一者上的光栅图案432来偏置标记的中心。光栅图案432通常用于其中一层中的标记质量由于对比度或颗粒度而比另一层中的标记质量差的情况。即，对比度低的层中的信息(例如，边缘)增加。替代地，用一层偏置FOV的中心可以进一步保护其免受过程损害。光栅图案432可以广泛地变化。例如，光栅图案可以包含任何数量的分布和尺寸的任何数量的线。在这个特定实施例中，光栅图案形成在第二层上，并且包含在围绕标记中心的方向(例如，X方向和Y方向)上交替的两个粗分割线434的组。
图4E是根据替代目标的叠对标记440的俯视平面图。类似于图3A的叠对标记，叠对标记440被配置为测量两个单独的方向上的叠对。叠对标记440包含多个工作区442以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差。在所示实施例中，叠对标记442包含十六个正方形工作区442，所述正方形工作区被配置为基本上填充其周边。工作区442中的每一者包括粗分割线的周期性结构。在16个工作区中，8个工作区442A被取向为X方向，并且8个工作区442B被取向为Y方向(如设置在其中的周期性结构所示)。在任何给定取向(A或B)上的8个工作区442中，4个工作区442'印刷在第一层(由交叉影线表示)中，而4个工作区442"印刷在第二层(未由交叉影线表示)中。
图4F是根据替代目标的叠对标记450的俯视平面图。类似于图4E的叠对标记，叠对标记450被配置为测量两个单独的方向上的叠对。叠对标记450包含多个工作区452以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差。工作区452中的每一者包括粗分割线的周期性结构。在16个工作区中，8个工作区452A被取向为X方向，并且8个工作区452B被取向为Y方向(如设置在其中的周期性结构所示)。在任何给定取向(A或B)上的8个工作区452中，4个工作区452'印刷在第一层(由交叉影线表示)中，而4个工作区452"印刷在第二层(未由交叉影线表示)中。
图4G是根据替代目标的叠对标记460的俯视平面图。类似于图4E的叠对标记，叠对标记460被配置为测量两个单独的方向上的叠对。叠对标记460包含多个工作区462以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差。工作区462中的每一者包括粗分割线的周期性结构。在16个工作区中，8个工作区462A被取向为X方向，并且8个工作区462B被取向为Y方向(如设置在其中的周期性结构所示)。在任何给定取向(A或B)上的8个工作区462中，4个工作区462'印刷在第一层(由交叉影线表示)中，而4个工作区462"印刷在第二层(未由交叉影线表示)中。
图4H是根据替代目标的叠对标记480的俯视平面图。类似于图4E的叠对标记，叠对标记480被配置为测量两个单独的方向上的叠对。叠对标记480包含多个工作区482以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差。工作区482中的每一者包括粗分割线的周期性结构。在16个工作区中，8个工作区482A被取向为X方向，并且8个工作区482B被取向为Y方向(如设置在其中的周期性结构所示)。在任何给定取向(A或B)上的8个工作区482中，4个工作区482'印刷在第一层(由交叉影线表示)中，而4个工作区482"印刷在第二层(未由交叉影线表示)中。此外，在8个工作区482中，在任何给定取向(A或B)上，4个工作区482具有具备第一周期的周期性结构M(由较细线表示)，而4个工作区482具有第二周期不同于第一周期的周期性结构N(由较宽线表示)。
图4I是根据替代结构的叠对标记490的俯视平面图。类似于图4E的叠对标记，叠对标记490被配置为测量两个单独的方向上的叠对。然而，叠对标记490还被配置为确定晶片的三个连续层之间或晶片的单个层上的三个单独生成的图案之间的相对移位。在所示实施例中，叠对标记490包括十六个正方形工作区492。工作区492中的每一者包括粗分割线的周期性结构。
在16个工作区492中，8个工作区492'印刷在第一层(由交叉影线表示)中，4个工作区492"印刷在第二层(由白色填充表示)中，并且4个工作区492”'印刷在第三层中(由黑色填充表示)中。在这个特定实施例中，第一层(也由单引号表示)被设置在第二层(也由双引号表示)上方，并且第二层被设置在第三层(也由三引号表示)上方。例如，第一层可以表示抗蚀剂层，第二层可以表示第一金属层，并且第三层可以表示第二金属层。应当注意，上述配置可以广泛地变化。例如，在任何给定的取向(A或B)上的8个工作区中，可以在第一层中印刷2个工作区，同时可以在多达3个先前层中的任一者中印刷每个附加的光栅对。
图5是根据本发明的特定实施例的具有可以被实施对称束扫描技术的重叠周期性线结构的替代组合XY叠对标记500的俯视平面图。这个目标500包含次分辨率X特征和Y特征的复杂图案，其中一些X结构与Y结构交错。例如，工作组502A包含用于第一层的交错的次分辨率特征X和Y次分辨率特征，如扩展区域501所示。一些工作区还包含用于第二层的叠对工作区，所述第二层形成在第一层之后和顶部上。例如，工作区502B在第一层中包含X次分辨率周期性特征和Y次分辨率周期性特征，其中在第一层周期性结构上方形成X路线周期性结构的第二层。叠对通常可以由当前形成的层图案与先前层图案的对称中心/重心之间的差异来确定。
图6是根据本发明的特定实施例的具有可以被实施对称束扫描技术的XY叠对结构的另一个目标600。如图所示，工作组602A包含三个不同层(白色、黑色和交叉阴影线)中的Y叠对光栅结构，而工作组602B包含相同的三个不同层(白色、黑色和交叉影线)中的X叠对光栅结构。在这个实例中，当存在零叠对误差时，每个工作组中的每一层的结构被布置成具有同一中心位置604。叠对通常可以由当前形成的层图案与先前层图案的重心之间的差异(或与重心之间的预定偏移的偏差)来确定。
对于上述XY目标中的每一者，扫描图案通常可以包含相对于线边缘倾斜并且相对于目标对称的双向扫描，在顺序扫描之间有或没有跳过线。例如，可以相对于组合XY目标沿着以45°、135°、225°和315°或相对于叠对目标的取向倾斜的对称角度的任何适当组合倾斜的多组刈来扫描所述束。例如，倾斜角可以包含19°至21°和199°至201°，因此电子束可以垂直于图7中的顶层图案(例如，701)扫描。
本文描述的扫描技术也可以应用于具有周期性结构的目标，所述周期性结构包含在多个方向上彼此倾斜(而不是如同图4A至4I的XY组合目标那样彼此垂直)的子结构。图7是在不同层和方向上具有以不包含垂直或平行角的角度彼此倾斜的周期性线结构的替代目标部分700的俯视平面图。即，两个光栅之间的倾斜角大于0°且小于90°。在这个图示中，所述目标具有第一层中由交叉阴影线阴影表示的一组线和第二层中由白色阴影线表示的一组线。第二层线相对于第一层线以约21°的角度倾斜。
在图7的实例以及其它类型的目标中，可以在倾斜角的任何合适的对称组合下以对称扫描对扫描带电粒子束。每一对扫描包含相对于彼此对称的两组相反方向的扫描，并且所有扫描对的所得扫描路径不平行于目标的任何纵向轴线。通常，所述束扫描图案可以包含垂直于线组中的每一者或相对于线组中的每一者倾斜的扫描。例如，对于目标700，带电粒子束不会在东方向和西方向上被扫描，因为这将导致第二层的水平线沿着它们的纵向轴线被扫描。图7的目标的叠对通常可以由当前形成的层图案与先前层图案的重心之间的差异来确定。
在其它实施例中，所述目标不包含分开的X结构和Y结构，而是包含集成的XY结构。图8是由可以被确定X叠对和Y叠对的多个接触结构形成的替代叠对标记810的俯视平面图。如图所示，叠对标记810被配置为测量两个单独的方向上的叠对。因而，标记810消除了对于要测量叠对的每个X方向和Y方向具有单独定位的或偏移的结构的需要。以当晶片的被测试层完全对准时产生的配置示出叠对标记810。
叠对标记810包含多个工作区812以用于确定在两个不同方向上两个晶片层之间的配准误差。在所示实施例中，叠对标记810包含四个正方形工作区812，所述正方形工作区被配置为基本上填充用于对叠对标记810成像的计量工具的视场(未示出)。工作区812表示用于计算晶片的不同层之间的对准的实际标记区域。如前所述，工作区812在空间上彼此分开，使得它们不与第二层的相邻工作区的部分重叠。
在这个实例中，工作区被配置为提供两个方向(例如，在X方向和Y方向)上的叠对信息。在四个工作区812A-D中，它们当中的两个工作区812A和812D被设置在第一层中，并且它们当中的两个工作区812B和812C被设置在第二层中(第一层由实心填充表示，第二层由无填充表示)。被设置在相同的第一层上的工作区812A和812D以第一竖直角彼此相对地定位，而被设置在相同的第二层上的工作区812B和812C以第二竖直角(例如，对角地)彼此相对地定位。这些交叉定位的结构形成“X”形图案。
工作区812中的每一者包含单独的周期性结构814，例如周期性结构814A-D。如图所示，周期性结构814中的每一者基本上填充其对应工作区812的周边。应当明白，周期性结构814中的每一者形成在其对应工作区812的层中。周期性结构814包含以间隔开的行和列布置的粗分割元件816。任选地，粗分割元件816中的每一者也可以由细分割元件818形成。细分割元件818也以间隔开的行和列布置。各个粗分割元件816和细分割元件818可以被配置具有各种尺寸、形状和分布。在所示实施例中，粗分割元件816和细分割元件818都是正方形的，并且与相邻元件等距离间隔开。应当明白，叠对标记810可以用于测量彼此垂直的两个单独方向上的错误配准，因为标记810在正交方向上具有相同的重复结构图案。
可以在北方向、南方向、东方向和西方向上、仅在北方向和南方向上(对于Y叠对)或仅在西方向和北方向上(对于X叠对)扫描叠对触点阵列目标810。任何扫描图案都可以包含跳过线。在另一个组合实例(未示出)中，所述目标可以包含十字形结构的阵列。在这个后续实例中，可以相对于目标(如同本文描述的组合XY目标)以倾斜角扫描所述束。
可以使用硬件和/或软件的任何适当组合来实施上述技术中的任一者。图9是根据本发明的一个实施例的扫描电子显微镜(SEM)叠对计量系统的图形表示。在对称方向上横跨周期性结构进行扫描可以避免由电子积累引起的图像不对称，结果将不准确的叠对测量值(等)最小化。
在一些实施例中，系统900可以包含但不限于具有SEM叠对选项的缺陷检查(DR)SEM工具、具有SEM叠对选项的临界尺寸(CD)SEM工具、独立的SEM工具、具有集成的SEM叠对计量的光刻/蚀刻工具，或具有诸如成像光学叠对、散射测量光学叠对、散射测量CD之类的特征的光刻/蚀刻计量群集，以及具有SEM叠对选项的CDSEM。系统900可以被配置为通过电子束904扫描样品906，诸如但不限于其上形成有两个或两个以上层的晶片(例如，半导体晶片)，以便确定叠对误差(例如，至少两个感兴趣层之间的错位或空间偏移)。
系统900可以通过本领域已知的任何扫描模式进行操作。例如，系统900可以在横跨样品906的表面扫描电子束904时以刈幅模式(swathing mode)进行操作。在这点上，当样品移动时，系统900可以横跨样品906扫描电子束904，其中扫描方向标称上垂直于样品运动方向。又例如，当横跨样品906的表面扫描电子束904时，系统900可以在步进扫描模式下操作。在这点上，系统900可以横跨样品906扫描电子束904，当扫描电子束904时，所述样品标称上是静止的。
系统900可以包含电子束源902以用于生成一或多个电子束904。电子束源902可以包含本领域已知的任何电子源。例如，电子束源902可以包含但不限于一或多个电子枪。在一些实施例中，计算系统924或控制器可以通信地耦合到电子束源902。计算系统924可以被配置为经由电子束源902的控制信号来调整一或多个电子源参数。例如，计算系统924可以被配置为经由被传输到电子束源902的控制电路的控制信号而改变由源902发射的电子束904的束电流。
样品906可以被设置在样品载台908上，所述样品载台被配置为在扫描期间支撑样品906。在一些实施例中，样品载台908是可致动载台。例如，样品载台908可以包含但不限于适用于可选择性地沿着一或多个线性方向(例如，x方向、y方向和/或z方向)平移样品906的一或多个平移载台。又例如，样品载台908可以包含但不限于适用于沿着旋转方向旋转样品906的一或多个旋转载台。又例如，样品载台908可以包含但不限于适用于可选择性地沿着线性方向平移样品和/或沿着旋转方向旋转样品906的旋转载台和平移载台。
在一些实施例中，计算系统924或控制器通信地耦合到样品载台908。计算系统924可以被配置为经由传输到样品载台908的控制信号来调整一或多个样品载台参数。计算系统924可以被配置为经由传输到样品载台908的控制电路的控制信号来改变样品扫描速度和/或控制扫描方向。例如，计算系统924可以被配置为改变样品906相对于电子束904线性平移时的速度和/或控制其方向(例如，x方向或y方向)。如本文进一步详细讨论的，可以在相对于在样品906上形成叠对计量目标或标记的目标结构的特征布局倾斜(例如，相对于图案线的纵向轴线垂直或倾斜)的取向上扫描样品906。
系统900可以进一步包含一组电子光学元件910。这组电子光学器件可以包含本领域已知的适用于将电子束904聚焦和/或引导到样品906的选定部分上的任何电子光学元件。在一个实施例中，这组电子光学元件包含一或多个电子光学透镜。例如，电子光学透镜可以包含但不限于用于从电子束源收集电子的一或多个聚光透镜912。又例如，电子光学透镜可以包含但不限于用于将电子束904聚焦到样品906的选定区域上的一或多个物镜914。在一些实施例中，电子束904可以相对于样品光栅的受控角度被引导到样品906。因为晶片坐标系不必与SEM坐标系重合，所以控制细扫描角可以改进坐标系之间的匹配，并且对采样性能/准确度有显著贡献。
在一些实施例中，这组电子光学元件包含一或多个电子束扫描元件916。例如，一或多个电子束扫描元件916可以包含但不限于适用于控制电子束相对于样品906表面的位置的一或多个扫描线圈或偏转器。在这点上，可以利用一或多个扫描元件916以选定的扫描方向或图案横跨样品906扫描电子束904。例如，可以相对于在样品906上形成叠对计量目标或标记的目标结构的特征布局以倾斜或垂直双向扫描(例如，在双向方向上并且相对于目标线成角度)来扫描样品906。计算系统924或控制器可以通信地耦合到电子光学元件910中的一或多者，诸如一或多个扫描元件916。因此，计算系统可以被配置为经由传输到一或多个通信耦合的电子光学元件910的控制信号来调整一或多个电子光学参数和/或控制扫描方向。
系统900还可以包含检测器组件918，所述检测器组件被配置为从样品906接收电子917。在一些实施例中，检测器组件918包含电子收集器920(例如，次级电子收集器)。检测器组件还可以包含例如基于减速场原理的能量滤波器919。在这点上，能量滤波器919可以被配置为在传递高能量次级电子(即，反向散射电子)时使低能量次级电子停止。如果能量滤波器919未被激活，则根据检测系统的收集效率来检测所有次级电子。通过从总体电子图像中减去高能电子图像，可以获得低能次级电子图像。检测器组件918还可以包含用于检测来自样品表面的电子(例如，次级电子)的检测器922(例如，闪烁元件和PMT检测器922)。在一些实施例中，检测系统922可以包含几个电子检测器，诸如例如一或多个明场(BF)检测器921和一或多个暗场(DF)检测器923。在一些实施例中，可以有2至8个(或者甚至更多个)DF检测器923。BF检测器921检测具有低(根据晶片法线)发射角的电子，而DF检测器923提供由具有较高发射角的电子携带的信息。在一些实施例中，检测器组件918的检测器922包含光检测器。例如，检测器922的PMT检测器的阳极可以包含磷光体阳极，所述磷光体阳极由PMT检测器的被阳极吸收的级联电子激励并且随后可以发光。继而，光检测器可以收集由磷光体阳极发射的光以便对样品906成像。光检测器可以包含本领域已知的任何光检测器，诸如但不限于CCD检测器或CCD-TDI检测器。系统900可以包含附加的/替代的检测器类型，诸如但不限于埃弗哈特索恩利(Everhart-Thornley)型检测器。此外，本文描述的实施例适用于单检测器和多检测器布置。
在一些实施例中，计算系统924或控制器通信地耦合到检测器组件918。计算系统924可以被配置为经由传输到检测器组件918的控制信号来调整一或多个图像形成参数。例如，计算系统可以被配置为调整次级电子的提取电压或提取场强。本领域技术人员应当明白，“计算系统924”可以包含一或多个计算系统或控制器，诸如被配置为执行嵌入在由至少一个非暂时性信号承载介质存储的程序指令中的一或多个指令集的一或多个处理器。计算系统924可以控制各种扫描或采样参数，诸如但不限于本文描述的那些参数。
尽管前面描述集中在收集次级电子的上下文中的检测器组件918，但是这不应当被解释为对本发明的限制。本文应当认识到，检测器组件918可以包括本领域已知的用于通过电子束904表征样品表面或样品块的任何装置或装置组合。例如，检测器组件918可以包含本领域已知的被配置为收集反向散射电子、俄歇电子(Auger electron)、透射电子或光子(例如，响应于入射电子而由表面发射的x射线)的任何粒子检测器。在一些实施例中，如上文所讨论的，基于检测到的电子的能级和/或发射角来区分检测到的电子(例如，次级电子与反向散射电子)，并且通过从总电子图像中减去高能量电子图像，可以获得低能量次级电子图像。
计算系统924可以被配置为通过可以包含有线和/或无线部分的传输介质从其它系统接收和/或获取数据或信息(例如，检测到的信号/图像、统计结果、参考或校准数据、训练数据、模型、提取的特征或变换结果、变换数据集、曲线拟合、定性和定量结果等)。通过这种方式，传输介质可以用作计算系统924与其它系统(例如，存储器板载计量系统、外部存储器、参考测量源或其它外部系统)之间的数据链路。例如，计算系统924可以被配置为经由数据链路从存储介质(例如，内部或外部存储器)接收测量数据。例如，使用检测系统获得的结果可以存储在永久或半永久存储器装置(例如，内部或外部存储器)中。在这点上，可以从板载存储器或从外部存储器系统导入结果。此外，计算系统924可以经由传输介质向其它系统发送数据。例如，由计算系统924确定的定性和/或定量结果(诸如叠对值)可以被传送并存储在外部存储器中。在这点上，测量结果可以被导出到另一个系统。
计算系统924可以包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域已知的任何其它装置。通常，术语“计算系统”可以广义上定义为涵盖具有一或多个处理器的任何装置，所述处理器执行来自存储器介质的指令。程序指令可以被存储在计算机可读介质(例如，存储器)中。实例性计算机可读介质包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带。
计量工具可以被设计成进行与半导体制造有关的许多不同类型的测量。用于确定质量和/或定量值的本发明的某些实施例可以利用此类测量。用于确定特定目标特性的附加计量技术也可以与上述质量确定技术相结合。例如，在某些实施例中，所述工具可以获得信号/图像并且确定一或多个目标的特性(例如，叠对、临界尺寸、侧壁角度、膜厚度、工艺相关参数(例如，焦点和/或剂量))。所述目标可以包含本质上具有周期性的某些感兴趣区域，诸如例如存储器管芯中的光栅。目标可以包含多个层(或膜)，所述层的厚度可以由计量工具测量。目标可以包含被布局在(或已经存在于)半导体晶片上用于例如与对准和/或叠对配准操作一起使用的目标设计。某些目标可以位于半导体晶片上的不同位置处。例如，目标可以位于划线内(例如，在管芯之间)和/或位于管芯本身中。在某些实施例中，通过相同的或多个计量工具(同时或不同时)测量多个目标。可以组合来自此类测量的数据。来自计量工具的数据可以用于半导体制造工艺中，例如对工艺(例如，光刻、蚀刻)进行前馈、反馈和/或侧向馈送校正，并且因此可以产生完整的工艺控制解决方案。
通常针对计量应用使用一或多种方法来优化计算算法，所述方法诸如计算硬件的设计和实施、并行化、计算分布、负载平衡、多服务支持、动态负载优化等。可以在固件、软件、FPGA、可编程光学部件等进行不同的算法实施。
在此提出的本发明的某些实施例通常解决了半导体计量和工艺控制的领域，并且不限于硬件、算法/软件实现方式和架构，以及以上概述的用例。
尽管为了便于理解而已经详细地描述了前述发明，但是显而易见的是，可以在所附权利要求的范围内进行某些改变和修改。应当注意，存在实施本发明的过程、系统和设备的许多替代方式。因此，本实施例被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于此处给出的细节。
