一种用于带电粒子束成像的装载锁定系统的制作方法

一种用于带电粒子束成像的装载锁定系统
1.本技术是国际申请日为2018年2月20日、于2019年8月22日进入中国国家阶段、中国国家申请号为201880013522.1、发明名称为“一种用于带电粒子束成像的装载锁定系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种图案形成器件保持装置。更特别地，本发明涉及一种带电粒子束系统的图案形成器件保持装置。


背景技术：

3.以下描述和示例不因为在此背景技术章节中提及而被承认为现有技术。
4.为了增强半导体器件(诸如集成电路(ic)和存储器器件)的产量以及可靠度，检查经图案化晶片上的缺陷以避免这些缺陷已经是有意义的。物理缺陷(诸如外来粒子、刮痕缺陷、残差缺陷、桥接缺陷等)引起器件发生电气故障，例如短路或者断路。此外，由于开发深亚微米节点器件，新的并且更复杂的制造结构(诸如双镶嵌(dual damascene)结构和鳍式场效应晶体管(finfet)结构)被用于半导体器件中。因此，在制造阶段期间出现包括潜在缺陷的新类型的缺陷(例如，化学机械抛光(cmp)印痕、底层泄漏、蚀刻不足、遗漏、空洞、电压对比(vc)缺陷和非虚拟缺陷(nvd))。除此之外，虽然不到20纳米的制造工艺已经量产，但是观测纳米尺寸的半导体器件仍是巨大的挑战。因此，光学检查装置在检查这些缺陷及微小器件时已达到其能力的极限。本文中，该问题通过带电粒子束装置(例如基于扫描电子显微镜(sem)的电子束工具)有效地解决，并且半导体制造和产量提高可以通过装置得以优化。
5.然而，在使用带电粒子束检查系统进行半导体器件的制造中，污染粒子不可避免地形成，并且因此停留在其中正在被处理的晶片上。例如，当为了早期缺陷识别而用电子束成像(ebi)检查器件时，ebi中的被检查器件通常保留残余粒子，该残余粒子由电子束检查工具的装载锁定系统中的部件引起。参照图1，用于保持样本的过渡底部密封板100包括：处于板100上的凹槽103中的电缆101，其用于来自多个接触检测单元102的信号转导，该多个接触检测单元用于检测样本的位置；以及多个螺钉104，其用于保持板101和电缆101不移动。这些部件可能是污染粒子的来源。
6.这样的污染问题显著地降低半导体器件的产品产量以及可靠度，并且随着更高的集成度以及更高的处理效率而变得更严重。因此，期望提供能够改善针对带电粒子束系统的检查的这种问题的方法和系统。
7.本发明提供一种具有图案形成器件保持装置的装载锁定系统，其用于带电粒子束成像电子束检查工具，从而改善常规图案形成器件保持装置的前述缺点，并且减小损害半导体器件的可能性。


技术实现要素：

8.本发明内容被提供以遵守37c.f.r.
§
1.73，其需要本发明的发明内容简要地指示
本发明的性质以及主旨。应当理解的是，本发明内容不用于解释或限制权利要求的范围或者含义。
9.本发明涉及一种用于保持用于带电粒子束成像的样本的密封装载锁定装置。
10.在一个实施例中，该装置包括：粒子屏蔽板，其被设置在样本的上方，用于屏蔽来自与装置耦合的至少一个部件的至少一个非期望粒子；以及底部密封板，其位于器件的下方以用于保持样本。装置进一步包括至少一个位置检测单元，其具有用于将光束投射在样本上的发射器以及用于接收来自样本的反射信号的接收器以识别样本的位置，其中位置检测单元与底部密封板分离，其中该位置包括样本的至少垂直位置。另外，装置可以被耦合至装载锁定系统，其用于在真空腔室与大气环境之间转移器件，其中装载锁定系统用于在检查工具中使用。装置进一步地可以被安装在soril sem中。
11.该装置还可以包括顶部密封板，其被设置在样本上方以形成密封样本的空间。此外，粒子屏蔽板在该空间内部并且在样本上方。装置进一步包括观察端口，其位于位置检测单元与样本之间，以传递光束和来自样本的反射信号。装置中的位置检测单元可以是激光传感器。在另一实施例中，位置检测单元在被定位在底部密封板上时可以是接触传感器。
12.另一实施例涉及一种用于支撑器件的底部密封装载锁定装置，其包括：粒子屏蔽板，其位于器件的上方，以用于屏蔽至少一个非期望粒子，至少一个非期望粒子来自与装置耦合的至少一个部件，其中该板具有最多达三个螺钉以进行固定；底部密封板，被设置在器件的下方以支撑器件，其中该板具有最多达三个螺钉以进行固定；以及多个位置检测单元，其与底部密封板分离，以用于通过将光束投射在器件上来检测器件的几何位置。
13.另一实施例涉及一种涉及装载锁定系统的检查装置，其包括：带电粒子束发射器，用于发射初级带电粒子束；聚束器透镜，用于使初级带电粒子束聚束；物镜，用于聚焦初级带电粒子束以探测样本；多个偏转电极，用于跨样本的表面扫描所述带电粒子束探针；检测器，用于检测从样本表面产生的二次带电粒子；以及底部密封装载锁定装置，其被耦合至用于在真空腔室与大气环境之间转移器件的装载锁定系统，以用于支撑器件，该底部密封装载锁定装置包括：粒子屏蔽板，其位于器件上方，以用于屏蔽至少一个非期望粒子，至少一个非期望粒子来自与装置耦合的至少一个部件，其中该板具有最多达三个螺钉以进行固定；底部密封板，被设置在器件下方以支撑器件，其中该板具有最多达三个螺钉以进行固定；以及多个位置检测单元，其与底部密板分离，以用于通过将光束投射在器件上来检测器件的几何位置。
14.另一实施例涉及一种用于改善来自带电粒子束检查工具中的部件的污染粒子的方法，其包括：利用具有密封空间的保持装置以用于密封样本，其中该空间中没有任何位置检测单元；利用设置于该空间中的粒子屏蔽板来屏蔽至少一个非期望信号，其中利用最多三个螺钉以固定板；以及利用设置在该空间中的底部密封板以用于支撑样本，其中最多三个螺钉用于固定板。另外，该方法包括通过顶部密封板以及底部密封板形成密封空间。
15.如下文中所描述的，上述系统的实施例将进一步被配置。此外，上述方法的实施例可以由本文中所描述的任一系统来执行。
附图说明
16.通过以下结合附图的详细描述，本领域技术人员将容易理解本发明，其中相同或
相似的附图标记表示相同或相似的结构元件，在附图中：
17.图1是图示了现有技术中的保持装置的底部密封板的俯视示意图；
18.图2是图示了根据本发明的一个实施例的用于保持样本的密封装载锁定装置的横截面示意图；
19.图3是图示了与密封装载锁定装置耦合的多个非接触位置检测单元的横截面示意图；
20.图4是图示了根据本发明的一个实施例的位于密封装载装置中的底部密封板的俯视示意图；
21.图5是图示了根据本发明的一个实施例的位于密封装载装置中的粒子屏蔽板的示意图；
22.图6是图示了根据本发明的一个实施例的具有顶部密封板的密封装载锁定装置的横截面示意图；
23.图7示出了根据本发明的一个实施例的位于密封装载装置中的顶部密封板的俯视示意图；
24.图8是图示了根据本发明的一个实施例的装载锁定系统的横截面示意图；以及
25.图9示出了图示根据本发明的一个实施例的扫描电子显微镜的示意图。
26.虽然本发明易受各种修改以及替代形式影响，但是其特定实施例在附图中以示例的方式示出，并且可以在本文中详细描述。附图可以未按比例绘制。然而，应该理解，附图和对其的详细描述并非旨在将本发明限制至所公开的特定形式，相反地，其目的是涵盖落入由所附权利要求所限定的本发明精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
27.本文中所公开的优选实施例并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。相反地，选择和描述这些实施例是为了最好地解释本发明，以便本领域技术人员可以利用其教导。此外，在备选实施例中，为了简单起见，与第一实施例的部件相同的那些部件被赋予相同的附图标记而不是被赋予其他附图标记。
28.现在参照图2，下文描述用于保持晶片201的密封装载锁定装置200的一个实施例。该密封装载锁定装置200包括设置在底座205上的底板202，该底板具有多个晶片支脚203以保持晶片201。粒子屏蔽板204位于装置200中的晶片201的上方，以屏蔽来自与装置200耦合的上方部件(未示出)的非期望粒子。此外，如图3所述，与底板202分离的一组非接触位置检测单元301用于识别晶片201的位置，尤其是垂直位置，该组非接触位置检测单元301具有发射器302和接收器303，发射器302用于投射光束304以检测晶片201，接收器303用于接收来自晶片201的信号305。其中粒子屏蔽板204具有对应于非接触位置检测单元301的多个孔，以允许光束304以及信号305穿过。反射信号305至少包含晶片201的z轴位置(即垂直位置)的信息，其可以通过处理单元(未示出)经由接收器303区分以识别晶片201的位置。优选地，非接触位置检测单元301是激光传感器。可以预期的是，本文中上述装载锁定装置的实施例连同其衍生物可以在其他处理系统中使用，并且可以与其他工件支撑件一起使用。
29.备选地，如图1所示，一组接触位置检测单元而不是非接触位置检测单元301可以被设置在底板上。接触位置检测单元102被设置在底板100上，以与晶片201物理连接从而识
别晶片201的位置。其中，电缆101与接触位置检测单元102连接，以将来自单元102的信号传递至处理单元(未图示)。
30.在图2描绘的实施例中，为了减少来自装载锁定装置200中的部件的污染粒子，底板202以及粒子屏蔽板204还可以相应地由最多三个螺钉401和501固定至装置200，如图4和图5中所示。参照图5，提供位于粒子屏蔽板204的边缘上的一组孔502，该组孔对应于非接触位置检测单元301，以使光束304以及信号305穿过。
31.图6描绘装载锁定装置的布置的另一实施例。该布置大体上类似于上述图2的装置，除了顶部密封板206位于粒子屏蔽板204的上方侧，该顶部密封板206与底部密封板202形成密封空间208(由虚线围住)。此外，粒子屏蔽板204以及晶片201被封闭于空间208中，非接触位置检测单元301在空间208的外部，以用于去除空间208中的可能的污染粒子源中的一个源。参照图7，在顶部密封板206中提供观察端口701，以用于将光束505以及反射信号506传递至接收器504。如上所述，粒子屏蔽板204还需要有对应的孔来传递信号。
32.在另一实施例中，装载锁定装置的上述实施例可以被耦合至如图8中所示的装载锁定系统800，该装载锁定系统用于在装载锁定装置200(由方括号标记)与低真空环境之间转移晶片201，以便检查该晶片201。涡轮泵801用于对装载锁定装置200抽真空直至到至少10-5
托，并且随后晶片201从低真空环境被转移到装载锁定装置200中。阻尼器802用于减轻来自泵801中的振动对晶片201的影响。涡轮泵闸阀803被提供以接通/关断涡轮泵801。来自非接触位置检测单元301的光信号304以及来自晶片201的反射信号305穿过通道804(由虚线围住)以识别晶片201的位置，该通道包括观察端口701以及孔502。此外，具有装载锁定装置的装载锁定系统800可以被安装至检查工具中，该检查工具采用自chen等人于2008年10月23日提交的、名称为“a charged particle beam apparatus”的美国专利申请序列号12/257,304。其是改进的摆动物镜延迟浸没透镜(soril)。
33.图9描绘检查系统900的一个实施例的横截面图。该系统900包括：带电粒子束产生器901，其用于产生初级电子束910；聚束器透镜模块902，其用于使初级电子束910聚束；探针形成物镜模块903，其用于将初级电子束910聚焦到电子束探针中；电子束偏转模块907，其用于跨样本911的表面扫描电子束探针；带电粒子检测器模块908，其用于检测在由电子束探针轰击时来自样本911的二次电子以及背散射电子，并且用于相应地形成样本911的图像；以及底部密封装载锁定装置912，用于在成像过程中将样本911保持在其上。在本实施例中，所公开的底部密封装载锁定装置912集成在检查系统900中，并被配置为将晶片911支撑在其上以便成像。因此，本发明的示例性底部密封装载锁定装置912可以应用到扫描电子显微镜以进行编程。
34.用于改善来自带电粒子束检查工具中的部件的污染粒子的方法的一个实施例利用图2的装置被实践。其包括以下构思：减少可能是污染粒子源的部件部分和/或去除可能是污染粒子源的部件。相应地，最多三个螺钉被用于将粒子屏蔽板204和底部密封板202相应地固定到所公开的密封空间208以用于保持晶片201。此外，用于检测晶片201的位置的位置检测单元301从空间208中去除，现在从空间208的外部检测晶片201。可以预期的是，该方法可以在具有不同配置的处理系统以及针对其他类型的应用来实践，以减少来自如上描述的检查工具中的部件的污染粒子。
35.可以使用以下条款进一步描述实施例：
36.1.一种用于保持样本的密封装载锁定装置，包括：
37.粒子屏蔽板，被设置在所述样本上方，以用于屏蔽来自与所述装置耦合的至少一个部件的至少一个非期望粒子；以及底板，位于所述器件下方，以用于保持所述样本。
38.2.根据条款1所述的装置，进一步包括顶部密封板，所述顶部密封板被设置在所述样本上方以形成密封所述样本的空间。
39.3.根据条款2所述的装置，其中所述粒子屏蔽板在所述空间内部并且在所述样本上方。
40.4.根据条款1所述的装置，进一步包括至少一个位置检测单元，其具有用于将光束投射在所述样本上的发射器以及用于接收来自所述样本的反射信号的接收器以识别所述样本的位置，其中所述位置检测单元与所述底部密封板分离，其中所述位置包括所述样本的至少垂直位置。
41.5.根据条款4所述的装置，进一步包括观察端口，所述观察端口位于所述位置检测单元与所述样本之间，以传递所述光束以及来自所述样本的所述反射信号。
42.6.根据条款4所述的装置，其中所述位置检测单元可以是激光传感器。
43.7.根据条款1所述的装置，进一步包括至少一个位置检测单元，所述至少一个位置检测单元在其被定位在所述底板上时可以是接触传感器。
44.8.根据条款2所述的装置，进一步包括用于识别所述样本的位置的至少一个位置检测单元，其中所述位置检测单元被定位在所述空间的外部或者内部，其中所述位置包括所述样本的至少垂直位置。
45.9.根据条款8所述的装置，其中所述位置检测单元在其被定位在所述底板上时可以是接触传感器。
46.10.根据条款8所述的装置，其中当所述位置检测单元被定位为与所述底板分离时，所述位置检测单元具有用于将光束投射在所述样本上的发射器以及用于接收来自所述样本的反射信号的接收器以识别所述样本的位置。
47.11.根据条款10所述的装置，进一步包括观察端口，所述观察端口位于所述位置检测单元与所述样本之间，以传递所述光束以及来自所述样本的所述反射信号。
48.12.根据条款10所述的装置，其中所述位置检测单元可以是激光传感器。
49.13.根据条款1所述的装置，其中所述装置可以被耦合到装载锁定系统，所述装载锁定系统用于在所述装置与低真空环境之间转移所述器件，其中所述装载锁定系统用于在检查工具中使用。
50.14.根据条款1所述的装置，其中所述装载锁定装置可以被安装在soril sem中。
51.15.一种用于支撑器件的底部密封装载锁定装置，包括：
52.粒子屏蔽板，位于所述器件上方，以用于屏蔽来自与所述装置耦合的至少一个部件的至少一个非期望粒子，其中所述板具有最多达三个螺钉以进行固定；
53.底部密封板，被设置在所述器件下方以支撑所述器件，其中所述板具有最多达三个螺钉以进行固定；以及
54.多个位置检测单元，与所述底部密封板分离，以用于通过将光束投射在所述器件上来检测所述器件的几何位置。
55.16.根据条款15所述的装置，其中所述位置检测单元进一步包括接收器，所述接收
器用于接收来自所述器件的反射信号。
56.17.根据条款15所述的装置，其中所述位置检测单元可以是激光传感器。
57.18.根据条款15所述的装置，进一步包括观察端口，所述观察端口位于所述位置检测单元与所述器件之间，以传递所述光束以及来自所述器件的反射信号。
58.19.根据条款15所述的装置，其中所述几何位置包括所述器件的至少垂直位置。
59.20.根据条款15所述的装置，进一步包括顶部密封板，所述顶部密封板被设置在所述器件上方以形成密封所述器件的空间。
60.21.根据条款15所述的装置，进一步包括：顶部密封板，被设置在所述器件上方以形成密封所述器件的空间；以及观察端口，位于所述位置检测单元与所述器件之间，以传递所述光束以及来自所述器件的反射信号。
61.22.根据条款15所述的装置，其中所述装置可以被耦合至装载锁定系统，所述装载锁定系统用于在所述底部密封装载锁定装置与低真空环境之间转移所述器件，其中所述装载锁定系统用于在检查工具中使用。
62.23.根据条款15所述的装置，其中所述装置可以被安装在soril sem中。
63.24.一种检查系统，包括：
64.带电粒子束发射器，用于发射初级带电粒子束；
65.聚束器透镜，用于使所述初级带电粒子束聚束；
66.物镜，其用于聚焦所述初级带电粒子束以探测样本；
67.多个偏转电极，用于跨所述样本的表面扫描所述带电粒子束探针；检测器，用于检测从所述样本表面产生的二次带电粒子；以及
68.底部密封装载锁定装置，其被耦合至用于在真空腔室与大气环境之间转移器件的装载锁定系统，以用于支撑器件，所述底部密封装载锁定装置包括：
69.粒子屏蔽板，位于所述器件上方，以用于屏蔽来自与所述装置耦合的至少一个部件的至少一个非期望粒子，其中所述板具有最多达三个螺钉以进行固定；
70.底部密封板，被设置在所述器件下方以支撑所述器件，其中所述板具有最多达三个螺钉以进行固定；以及
71.多个位置检测单元，与所述底部密封板分离，以用于通过将光束投射在所述器件上来检测所述器件的几何位置。
72.25.根据条款24所述的装置，进一步包括顶部密封板，被设置在所述器件上方以形成密封所述器件的空间。
73.26.一种用于改善来自带电粒子束检查工具中的部件的污染粒子的方法，包括：
74.利用密封空间以用于密封样本，所述样本用于由带电粒子束检查，该其中位置检测单元被定位在所述空间外侧以用于检测所述样本的位置；
75.利用设置在所述空间中的粒子屏蔽板来屏蔽至少一个非期望信号，其中最多三个螺钉用于固定所述板；以及
76.利用设置在所述空间中的底部密封板以用于支撑所述样本，其中最多三个螺钉以用于固定所述板。
77.总之，本发明提供了旨在改善样本上的残余污染粒子的装置和方法。有利地，存在于底部装载锁定装置中的简化部件的应用以及从装置中去除位置检测单元二者允许装置
容易地减小污染粒子的程度。
78.尽管已经根据所示实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员将容易认识到，可以存在对这些实施例的变型，并且这些变型将在本发明的精神以及范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多修改。