带电粒子检测系统的束流调节的制作方法

带电粒子检测系统的束流调节
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求美国申请62/951,950的优先权，该申请于2019年12月20日提交，并通过引用将其全部并入本文。
技术领域
3.本公开总体涉及带电粒子检测系统领域，并且特别地，涉及用于带电粒子检测系统的束流调节。


背景技术：

4.在集成电路(ic)的制造过程中，对未完成或已完成的电路元件进行检测，以确保其按照设计制造并无缺陷。利用光学显微镜的检测系统的分辨率通常为几百纳米，并且分辨率受到光波长的限制。随着ic元件的物理尺寸不断减小到小于100纳米甚至小于10纳米，需要比光学显微镜更高分辨率的检测系统。
5.一种诸如扫描电子显微镜(sem)或透射电子显微镜(tem)的带电粒子(例如，电子束)显微镜，其分辨率能够降低到小于纳米，用作检测具有小于100纳米特征尺寸的ic组件的实用工具。利用sem，单个初级带电粒子束的电子或多个初级带电粒子束的电子可以聚焦在被检测的晶圆的受关注位置。初级电子与晶圆相互作用并且可以被反向散射或者可以使得晶圆发射次级电子。包括背散射电子和次级电子的电子束的强度可基于晶圆的内部和外部结构的性质而变化，并由此可指示晶圆是否具有缺陷。


技术实现要素：

6.根据本公开的实施例包括用于带电粒子检测系统的束流调节的设备、系统和方法，例如超快束流调节。在一些实施例中，带电粒子检测系统可以包括带电粒子源，带电粒子源被配置为发射带电粒子以扫描样品。设备还可以包括发射增强器，发射增强器被配置为在带电粒子检测系统的扫描操作的第一周期中将电磁辐射照射到带电粒子源上以增强带电粒子发射，并且在扫描操作的第二周期中停止照射所述电磁辐射。
7.在一些实施例中，带电粒子检测系统可以包括被配置为发射带电粒子的带电粒子源。设备还可以包括发射增强器，发射增强器被配置为将电磁辐射照射到所述带电粒子源上，以增强带电粒子发射。设备还可以包括波束成形单元，波束成形单元被配置为使用带电粒子形成带电粒子束。设备还可以包括扫描单元，扫描单元被配置为引导带电粒子束逐行扫描样品。设备还可以包括控制器，控制器包括电路，电路被配置为控制发射增强器在带电粒子束的第一扫描周期中照射电磁辐射，并在带电粒子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。
8.在一些实施例中，一种方法可以包括使用带电粒子检测系统的带电粒子源发射带电粒子以形成带电粒子束。该方法还可以包括使用带电粒子检测系统的扫描单元引导带电粒子束逐行扫描样品。该方法还可以包括：在带电粒子束的第一扫描周期中，使用带电粒子
检测系统的发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上，用于增强带电粒子发射，以及在带电粒子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。
9.在一些实施例中，一种非暂态计算机可读介质可以存储指令集，该指令集可由带电粒子检测系统的至少一个处理器执行，以使该系统执行方法。该方法可以包括使用带电粒子检测系统的带电粒子源发射带电粒子以形成带电粒子束。该方法还可以包括使用带电粒子检测系统的扫描单元引导带电粒子束逐行扫描样品。该方法还可以包括：在带电粒子束的第一扫描周期中，使用带电粒子检测系统的发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上，用于增强带电粒子发射，以及在带电粒子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。
附图说明
10.图1是示出与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束检测(ebi)系统的示意图。
11.图2是示出与本公开的实施例一致的示例性多束束工具的示意图，该实施例可以是图1的示例性ebi系统的一部分。
12.图3是示出与本公开的实施例一致的相对于初级电子的着陆能量的次级电子的产出的示例性曲线图。
13.图4a是示出符合本公开的实施例的晶圆的电压对比度响应的示意图。
14.图4b是与本公开的实施例一致的在时间序列上的示例性电压对比度图像的图示。
15.图5是示出与本公开的实施例一致的具有超快束流调节能力的示例性束工具的示意图。
16.图6是示出与本公开的实施例一致的扫描线的示例性扫描帧的图示。
17.图7a是与本公开的实施例一致的束工具的示例性扫描频率的图示。
18.图7b是与本公开的实施例一致的图7a中的束工具的发射增强器的示例性照射频率的图示。
19.图8是与本公开的实施例一致的用于带电粒子检测系统的缺陷检测的示例性方法的流程图。
20.图9是与本公开的实施例一致的用于带电粒子检测系统的缺陷检测的另一示例性方法的流程图。
具体实施方式
21.现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。下面的描述是指附图，其中不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件，除非另有表示。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不代表与本公开内容一致的所有实现。相反，它们仅仅是与所附权利要求中所述主题相关的方面一致的设备和方法的示例。例如，尽管在利用带电粒子束(例如，电子束)的上下文中描述了一些实施例，但本公开并不限于此。其他类型的带电粒子束也可以类似地应用。此外，可以使用其他成像系统，例如光学成像、光检测、x射线检测等。
22.电子器件是由形成在称为衬底的硅片上的电路构成的。许多电路可以在同一片硅上形成在一起，称为集成电路或ic。这些电路的尺寸已经大大减小，以便更多的电路可以安装在衬底上。例如，智能手机中的ic芯片可以像缩略图一样小，但可能包含超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小不到人类头发丝的千分之一。
23.制造这些非常小的ic是一个复杂、耗时和昂贵的过程，通常涉及数百个单独的步骤。即使是一个步骤中的错误也有可能导致成品ic中的缺陷，使其毫无用处。因此，制造过程的一个目标是避免这些缺陷，以最大限度地增加在该过程中制造的功能性ic的数目；即提高工艺的整体产出率。
24.提高产出率的一个组成部分是监控芯片制造过程，以确保它生产出足够数目的功能集成电路。监控过程的一种方法是在芯片电路结构形成的各个阶段检测它们。检测可以使用扫描电子显微镜(sem)进行。扫描电镜可以用来成像这些极小的结构，实际上，拍摄了晶圆结构的“照片”。该图像可用于确定该结构是否在适当的位置适当地形成。如果结构有缺陷，那么可以调节工艺，这样缺陷就不太可能再次出现。
25.sem的工作原理类似于相机。相机通过接收和记录从人或物体反射或发射的光的亮度和颜色来拍摄照片。sem通过接收和记录从结构中反射或发射的电子的能量或数目来拍摄“照片”。在拍摄这样的“图片”之前，可以在结构上提供电子束，并且当电子从结构反射或发射(“退出”)时，sem的探测器可以接收并记录这些电子的能量或数目以生成图像。为了拍摄这样的“照片”，一些sem使用单个电子束(简称为“单束sem”)，而一些sem使用多个电子束(简称为“多束sem”)拍摄晶圆的多张“照片”。通过使用多个电子束，sem可以提供更多的电子束到结构上，来获得这些多个“图片”，从而使得更多的电子从结构中退出。因此，检测器可以同时接收更多的退出电子，并以更高的效率和更快的速度生成晶圆结构的图像。
26.探测垂直高密度结构如3d nand闪存器件中的埋藏缺陷可能具有挑战性。在这类器件中探测埋藏或表面电缺陷的几种方法之一是使用sem中的电压对比法。在该方法中，样品的材料、结构或区域中的电导率差异导致其sem图像中的对比度差异。在缺陷检测的背景下，样品表面下的电缺陷可能会在样品表面上产生电荷变化，因此可以通过样品表面的sem图像中的对比度来检测电缺陷。为了增强电压对比度，可以采用称为预充电或泛洪(flooding)的过程，其中在使用小束流但高成像分辨率的检测之前，可以将样品的受关注区域暴露于大束流。对于检测，泛洪的一些优点可包括减少晶圆的充电以使由于充电引起的图像失真最小化，以及在某些情况下，增加晶圆的充电以增强图像中缺陷和周围非缺陷特征的差异等。
27.识别电压对比度缺陷的一种方法是在不同的束流之间快速切换，以便电子束对晶圆进行多次扫描。可以生成多个电压对比度图像并进行比较以识别电压对比度缺陷。
28.现有sem设计的一个挑战是在检测过程中不能在超快时间内调节束流，缺陷区的电压对比度响应可能在束流调节完成之前后退。例如，当互连器被制造成低于标准，并且电子束具有低束流时，外部电子可能被排出。如果排出比束流调节快，则电压对比度图像中不会显示异常的电压对比度响应。另一个示例，当绝缘体被制造成低于标准，而电子束具有高束流时，外部电子可能会迅速积累，导致电击穿并被排出。如果排出比束流调节快，则电压对比度图像中不会显示异常的电压对比度响应。由于检测过程中束流不能在超快时间内调节，电压对比缺陷可能难以识别。
29.所公开的实施例提供允许在检测过程期间进行超快束流调节的设备、系统和方法。带电粒子检测系统(例如，sem)可以配备发射增强器，发射增强器被配置为将光照射到带电粒子源上。由于光电或光辐射效应，光的能量可能被转移到带电粒子源的材料的原子中的电子，并帮助它们逃逸出原子。这样的转移可能发生在超快的时间内。因此，转移的能
量可以在超快时间内促进电子发射。当电子发射被增强时，电子束可能有很大的电流。当电子发射没有被增强时，电子束可能有一个低电流。发射增强器的电子发射可以与带电粒子检测系统的扫描操作同步，使得带电粒子检测系统可以在用于扫描的电子束的高电流和低电流之间快速切换。相应地，可以从扫描中生成两个“版本”的电压对比度图像，一个版本在高电流下生成，另一个版本在低束流下生成。通过比较在不同束流下生成的电压对比度图像的特性(例如，亮度)，可以识别在不同束流下的电压对比度响应(例如，退出电子的变化率)。如果电压对比度响应显示异常，则可以在短时间内毫无困难地识别潜在的电压对比度缺陷。
30.为了清楚起见，图中组件的相对尺寸可能会被夸大。在下面的附图描述中，相同或类似的附图标记表示相同或类似的组件或实体，并且仅描述关于各个实施例的差异。
31.如本文所用，除非另有特别说明，术语“或”包括所有可能的组合，除非在不可行的情况下。例如，如果声明组件可以包括a或b，则除非另有具体说明或不可行，否则组件可以包括a或b，或a和b。作为第二示例，如果声明组件可以包括a、b或c，则除非另有具体说明或不可行，否则组件可以包括a或b，或c，或a和b，或a和c，或b和c，或a和b和c。
32.图1示出了与本公开的实施例一致的示例性电子束检测(ebi)系统100。ebi系统100可用于成像。如图1所示，ebi系统100包括主腔室101、装载/锁定腔室102、束工具104和设备前端模块(efem)106。束工具104位于主腔室101内。efem 106包括第一装载端口106a和第二装载端口106b。efem 106可包括附加装载端口。第一装载端口106a和第二装载端口106b接收前开式晶圆传送盒(foup)，foup包含待检测的晶圆(例如，半导体晶圆或由其他材料制成的晶圆)或样品(晶圆和样品可以互换使用)。“批”是可以作为一批装载以进行处理的多个晶圆。
33.efem 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶圆运送到装载/锁定室102。装载/锁定室102连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，该系统去除装载/锁定室102中的气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶圆从装载/锁定室102运送到主腔室101。主腔室101连接到主腔室真空泵系统(未示出)，主腔室真空泵系统去除主腔室101中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，晶圆经受束工具104的检测。束工具104可以是单束系统或多束系统。
34.控制器109与束工具104电子连接。控制器109可以是被配置为执行ebi系统100的各种控制的计算机。虽然控制器109在图1中示出为在包括主腔室101、装载/锁定腔室102和efem 106的结构的外部，但是可以理解控制器109可以是结构的一部分。
35.在一些实施例中，控制器109可以包括一个或多个处理器(未示出)。处理器可以是能够操纵或处理信息的通用或特定电子设备。例如，处理器可以包括任意数目的中央处理单元(或“cpu”)、图形处理单元(或“gpu”)、光处理器、可编程逻辑控制器、微控制器、微处理器、数字信号处理器、知识产权(ip)核、可编程逻辑阵列(pla)、可编程阵列逻辑(pal)、通用阵列逻辑(gal)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、专用集成电路(asic)和任何类型的能够进行数据处理的电路的任意组合。该处理器还可以是虚拟处理器，其包括分布在经由网络耦合的多个机器或设备上的一个或多个处理器。
36.在一些实施例中，控制器109可进一步包括一个或多个存储器(未示出)。存储器可以是能够存储处理器(例如，通过总线)可访问的代码和数据的通用或特定电子设备。例如，
存储器可以包括任意数目的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、光盘、磁盘、硬盘驱动器、固态驱动器、闪存驱动器、安全数字(sd)卡、存储棒、紧凑型闪存(cf)卡或任何类型的存储设备的任意组合。代码可以包括操作系统(os)和用于特定任务的一个或多个应用程序(或“app”)。存储器还可以是虚拟存储器，虚拟存储器包括分布在经由网络耦合的多个机器或设备上的一个或多个存储器。
37.图2示出了根据本公开的实施例的示例性多束束工具104(在此也称为设备104)和图像处理系统290的示意图，图像处理系统290可以被配置用于ebi系统100(图1)中。
38.束工具104包括带电粒子源202、喷射器孔(gun aperture)204、聚束透镜206、从带电粒子源202发射的初级带电粒子束210、源转换单元212、初级带电粒子束210的多个细波束214、216和218、主投影光学系统220、机动晶圆台280、晶圆支架282、多个次级带电粒子束236、238和240、辅助光学系统242和带电粒子检测设备244。主投影光学系统220可以包括束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228。带电粒子检测设备244可以包括检测子区域246、248和250。
39.带电粒子源202、喷射器孔204、聚束透镜206、源转换单元212、束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与设备104的主光轴260对准。辅助光学系统242和带电粒子检测设备244可以与设备104的辅助光轴252对准。
40.带电粒子源202可以发射一个或多个带电粒子，例如电子、质子、离子、μ子或任何其他携带电荷的粒子。在一些实施例中，带电粒子源202可以是电子源。例如，带电粒子202可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射并被提取或加速以形成具有交叉(虚或实)208的初级带电粒子束210(在这种情况下，初级电子束)。为了便于解释而不引起歧义，在本文的一些描述中使用电子作为示例。然而，应当注意，在本公开的任何实施例中可以使用任何带电粒子，而不限于电子。初级带电粒子束210可以被可视化为从交叉208发射。喷射器孔204可以阻挡初级带电粒子束210的外围带电粒子以减少库仑效应。库仑效应可能导致探针斑点尺寸的增大。
41.源转换单元212可以包括成像元件的阵列和束限制孔的阵列。成像元件的阵列可以包括微偏转器或微透镜阵列。成像元件的阵列可以与初级带电粒子束210的多个细波束214、216和218形成交叉208的多个平行图像(虚或实)。束限制孔的阵列可以限制多个细波束214、216和218。虽然在图2中示出了三个细波束214、216和218，但本公开的实施例不限于此。例如，在一些实施例中，设备104可被配置为生成第一数目的细波束。在一些实施例中，第一数目的细波束可以在从1到1000的范围内。在一些实施例中，第一数目的细波束可以在200-500的范围内。在示例性实施例中，设备104可以生成400个细波束。
42.聚束透镜206可以聚焦初级带电粒子束210。可以通过调节聚束透镜206的聚焦功率或通过改变束限制孔的阵列内的相应束限制孔的径向尺寸来改变源转换单元212下游的细波束214、216和218的电流。物镜228可以将细波束214、216和218聚焦到晶圆230上以便成像，并且可以在晶圆230的表面上形成多个探针点270、272和274。
43.束分离器222可以是产生静电偶极子场和磁偶极子场的维恩滤波器类型的束分离器。在一些实施例中，如果施加它们，则由静电偶极场施加在细波束214、216和218的带电粒子(例如，电子)上的力可以与由磁偶极场施加在带电粒子上的力在大小上基本相等且在方向上相反。因此，细波束214、216和218可以以零偏转角直接穿过束分离器222。然而，由束分
离器222产生的细波束214、216和218的总色散也可以是非零的。束分离器222可以从细波束214、216和218分离次级带电粒子束236、238和240，并引导次级带电粒子束236、238和240朝向辅助光学系统242。
44.偏转扫描单元226可偏转细波束214、216和218以扫描晶圆230的表面区域上的探针点270、272和274。响应于细波束214、216和218在探针点270、272和274处的入射，次级带电粒子束236、238和240可以从晶圆230发射。次级带电粒子束236、238和240可以包括具有能量分布的带电粒子(例如，电子)。例如，次级带电粒子束236、238和240可以是包括次级电子(能量≤50ev)和背散射电子(能量在50ev和细波束214、216和218的着陆能量之间)的次级电子束。辅助光学系统242可以将次级带电粒子束236、238和240聚焦到带电粒子检测设备244的检测子区域246、248和250上。检测子区域246、248和250可以被配置为检测相应的次级带电粒子束236、238和240，并产生用于重构晶圆230的表面区域的图像的相应信号(例如，电压、电流等)。
45.所产生的信号可以表示次级带电粒子束236、238和240的强度，并且可以将信号提供给与带电粒子检测设备244、主投影光学系统220和机动晶圆台280通信的图像处理系统290。可调节机动晶圆台280的移动速度以调节晶圆230上区域的连续束扫描之间的时间间隔。由于晶圆230上的不同材料具有不同的电阻-电容特性，因此可能需要调节时间间隔，从而对成像定时表现出不同的灵敏度。
46.次级带电粒子束236、238和240的强度可根据晶圆230的外部或内部结构而变化，并因此可指示晶圆230是否包括缺陷。此外，如上所述，细波束214、216和218可以投射到晶圆230的顶表面的不同位置上，或者在特定位置处的晶圆230的不同侧面上，以产生不同强度的次级带电粒子束236、238和240。因此，通过将次级带电粒子束236、238和240的强度与晶圆230的区域映射，图像处理系统290可以重构反映晶圆230的内部或外部结构的特征的图像。
47.在一些实施例中，图像处理系统290可以包括图像获取器292、存储器294和控制器296。图像获取器292可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器292可以包括计算机、服务器、大型机主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器292可以通过诸如导体、光纤电缆、便携式存储介质、ir、蓝牙、互联网、无线网络、无线电台或其组合的介质通信地耦合到束工具104的带电粒子检测设备244。在一些实施例中，图像获取器292可以从带电粒子检测设备244接收信号，并且可以构造图像。因此，图像获取器292可以获取晶圆230的图像。图像获取器292还可以执行各种后处理功能，例如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器292可以被配置为执行所获取图像的亮度和对比度的调节。在一些实施例中，存储器294可以是存储介质，例如硬盘、闪存驱动器、云存储、随机存取存储器(ram)、其他类型的计算机可读存储器等。存储器294可与图像获取器292耦合，并可用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。图像获取器292和存储器294可以连接到控制器296。在一些实施例中，图像获取器292、存储器294和控制器296可以集成在一起作为一个控制单元。
48.在一些实施例中，图像获取器292可以基于从带电粒子检测设备244接收的成像信号来获取晶圆的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像区域的单个图像。单个图像可以存储在存储器294
中。该单个图像可以是可以被划分为多个区域的原始图像。每个区域可以包括包含晶圆230的特征的一个成像区域。所获取的图像可以包括在时间序列上多次采样的晶圆230的单个成像区域的多个图像。多个图像可以存储在存储器294中。在一些实施例中，图像处理系统290可以被配置为对晶圆230的相同位置的多个图像执行图像处理步骤。
49.在一些实施例中，图像处理系统290可以包括测量电路(例如，模数转换器)以获得检测到的次级带电粒子(例如，次级电子)的分布。在检测时间窗期间收集的带电粒子分布数据与入射到晶圆表面上的细波束214、216和218的相应扫描路径数据相结合，可用于重构被检测的晶圆结构的图像。重构图像可用于揭示晶圆230的内部或外部结构的各种特征，并由此可用于揭示晶圆中可能存在的任何缺陷。
50.在一些实施例中，带电粒子可以是电子。当初级带电粒子束210的电子投射到晶圆230的表面上(例如，探针点270、272和274)时，初级带电粒子束210的电子可以穿透晶圆230的表面一定深度，与晶圆230的颗粒相互作用。初级带电粒子束210的一些电子可以与晶圆230的颗粒弹性相互作用(例如，以弹性散射或碰撞的形式)，并且可以被反射或反冲出晶圆230的表面。弹性相互作用保持相互作用的物体(例如，初级带电粒子束210的电子和晶圆230的粒子)的总动能，其中相互作用物体的动能不转换为其他形式的能量(例如，热能、电磁能等)。这种由弹性相互作用产生的反射电子可称为背散射电子。初级带电粒子束210的一些电子可以与晶圆230的颗粒非弹性地相互作用(例如，以非弹性散射或碰撞的形式)。非弹性相互作用并不保存相互作用物体的总动能，其中相互作用物体的部分或全部动能转化为其他形式的能量。例如，通过非弹性相互作用，初级带电粒子束210的一些电子的动能可导致粒子的原子的电子激发和跃迁。这种非弹性相互作用还可产生离开晶圆230表面的电子，其可称为次级电子(se)。bse和se的产出率或发射率依赖于例如被检测的材料和着陆在材料表面上的初级带电粒子束210的电子的着陆能量等。初级带电粒子束210的电子的能量可以部分地通过其加速电压(例如，图2中带电粒子源202的阳极和阴极之间的加速电压)来传递。bse和se的数量可以比初级带电粒子束210的注入电子多或少(或甚至相同)。
51.sem产生的图像可用于缺陷检测。例如，可以将捕获晶圆的测试器件区域的生成图像与捕获相同测试器件区域的参考图像进行比较。参考图像可以是预定的(例如，通过模拟)并且不包括已知缺陷。如果生成的图像和参考图像之间的差值超过公差水平，则可以识别潜在缺陷。作为另一示例，sem可以扫描晶圆的多个区域，每个区域包括设计成相同的测试器件区域，并生成捕获所制造的这些测试器件区域的多个图像。多个图像可以相互比较。如果多个图像之间的差超过公差水平，则可以识别潜在缺陷。
52.电压对比缺陷是众多缺陷类型中的一种。晶圆的测试器件区域可以以三维设计和制造，例如具有不同的层。不同层的一些测试器件区域可以设计为电互连，例如通过导电触点(“互连器”)连接。不同层的一些测试器件区域可以设计成电绝缘的，例如在之间填充非导电或绝缘材料(“绝缘体”)(即，在之间没有设计互连器)。然而，由于制造过程中的波动，设计的互连器可能被制造为非导电或低于标准(例如，导电但具有高电阻)。类似地，设计的绝缘体可以制造为导电(例如，形成非设计的互连器)或低于低于标准(例如，绝缘但具有低击穿电压)。当接受检测时，这些缺陷可能对到达测试器件区域表面的带电粒子束的能量(“着陆能量”)、带电粒子束中带电粒子的数量(“束流”)或其他检测条件敏感。带电粒子束的不同着陆能量或束流可能导致缺陷区具有不同的响应(“电压对比响应”)，例如出射带电
粒子的不同产出率、出射带电粒子产出率的不同变化等。不同的电压对比度响应可能导致生成的图像中不同的对比度水平。对比度水平可显示缺陷为比周围区域更亮或更暗，或与周围区域无法区分。因此，这种缺陷被称为“电压对比度缺陷”，显示电压对比度响应的图像被称为“电压对比度图像”。
53.当按照设计制造互连器，并且带电粒子束被投射到通过互连器连接到下面层的表面时，下面层可以起到电接地(“良好接地”)的作用，以排出由带电粒子束带入晶圆的外部带电粒子。然而，当互连器被制造为非导电或低于标准时，下面的层可能没有良好的接地，外部带电粒子可能根本没有被排出，或者没有在良好接地的情况下排出得那么快。类似地，当按照设计制造绝缘体时，带电粒子束投射到与下层绝缘的表面，下层可以很好地绝缘，并且不会排出外部带电粒子。然而，当绝缘体被制造为导电或低于标准时，下面的层可能完全接地或具有低击穿电压，外部带电粒子可能立即或在达到低击穿电压后被排出。与正常互连或绝缘体相比，缺陷互连或绝缘体可能引起异常的电压对比度响应，并且缺陷互连或绝缘体的电压对比度图像可能不同于正常互连件或绝缘体的电压对比度图像(例如，更亮或更暗)。
54.图3示出了与本公开的实施例一致的示出相对于初级电子细波束的着陆能量的次级电子的产出率的示例性曲线图。该曲线图示出了初级带电粒子束的多个细波束(例如，图2的初级带电粒子束210的多个细波束214、216和218)的着陆能量和次级带电粒子束(例如，图2的次级带电粒子束236、238和240)的产出率的关系。产出率表示响应于初级电子的冲击产生的次级电子的数目。例如，大于1.0的产出率表明可能产生的次级电子比已降落在晶圆上的初级电子的数目多。类似地，小于1.0的产出率表明，响应于初级电子的影响，可能产生较少的次级电子。
55.如图3所示，当初级电子的着陆能量在e1到e2的范围内时，离开晶圆表面的电子可能比着陆到晶圆表面的电子多，这可能导致晶圆表面的正电势。在一些实施例中，缺陷检测可以在上述着陆能量范围内执行，这被称为“正模式”。在正模式中，离开表面的次级电子可以被表面的正电势吸引。表面电位越正，到达检测设备(例如，图2的检测设备244)的次级电子就越少，并且束工具(例如，图2的多束束工具104)可以为被检测的表面生成越暗的图像。
56.当着陆能量低于e1或高于e2时，较少的电子可能离开晶圆表面，从而在晶圆表面产生负电位。在一些实施例中，缺陷检测可以在这个着陆能量范围内执行，这被称为“负模式”。在负模式中，离开表面的次级电子可以被表面的负电位排斥。表面电位越负，越多的次级电子可到达探测装置，束工具可针对被检表面产生的图像就越亮。
57.在一些实施例中，初级带电粒子束的着陆能量可由带电粒子源与晶圆之间的总偏置或电压控制。
58.图4a示出了与本公开的实施例一致的晶圆的电压对比度响应的示意图。在一些实施例中，束工具(例如，图2的多束束工具104)可用于通过用初级带电粒子束的多个细波束(例如，图2的初级带电粒子束210的多个细波束214、216和218)照射晶圆并测量晶圆对该照射的电压对比度响应来检测晶圆(例如，图2的晶圆230)的内部或外部结构中的缺陷。在一些实施例中，晶圆可以包括在衬底410上制造的测试器件区域420。衬底410可以是导电的和接地的。在一些实施例中，结构420可以包括多个导电结构，包括由绝缘材料450隔开的结构430和440。例如，测试器件区域430可以导电地连接到衬底410。相反，测试器件区域440通过
绝缘材料450与衬底410分开，使得绝缘体测试器件区域470(例如，氧化物)存在于测试器件区域440与衬底410之间。
59.束工具可以通过用初级带电粒子束的多个细波束(例如，图2的初级带电粒子束210的多个细波束214、216和218)扫描测试器件区域420的表面，从测试器件区域420的表面产生次级电子(例如，图2的次级带电粒子束236、238和240)。如上所述，当初级电子的着陆能量在e1和e2之间(即，在正模式下)时，离开晶圆表面的电子可能比着陆在该表面上的电子多，从而在晶圆表面上产生正电势。
60.如图4a所示，正电势可在晶圆表面积聚。例如，在束工具扫描测试器件区域420之后，测试器件区域440可以保留更多的正电荷，因为测试器件区域440与衬底410绝缘，从而在测试器件区域440的表面处产生正电位。相反，施加到测试器件区域430的具有相同着陆能量(即，相同产出率)的初级电子可导致较少的正电荷保留在测试器件区域430中，因为衬底410可向测试器件区域430供应电子以通过它们之间的导电接触中和正电荷。
61.束工具(例如，图2的多束束工具104)的图像处理系统(例如，图2的图像处理系统290)可以生成示出电压对比度响应的图像(“电压对比度图像”)，例如分别对应于测试器件区域430和440的电压对比度图像435和445。例如，由于其与衬底410(即，作为地)的导电互连，测试器件区域430在检测期间可以保留很少的正电荷并排斥更多的次级电子。因此，电压对比度图像435可以是明亮的图像。相反，由于其与衬底410或任何其他接地的绝缘，测试器件区域440可以保持正电荷的积累，这可能导致测试器件区域440在检测期间排斥较少的次级电子。因此，电压对比度图像445可以是暗图像。
62.在一些实施例中，束工具可以预扫描晶圆的表面以提供电子以在晶圆的表面上建立电势。预扫描可以使用高电流初级带电粒子束。在预扫描之后，束工具可以使用低电流初级带电粒子束获得晶圆内多个管芯的图像。因为管芯可以包括相同的测试器件区域，所以可以通过比较来自多个管芯的电压对比度图像的差异来检测缺陷，这被称为管芯到管芯(“d2d”)检测方法。例如，如果一个图像的电压对比度响应(例如，图像亮度)不同于其他图像的电压对比度响应，则对应于不同电压对比度响应的管芯可能具有潜在缺陷。
63.预扫描可以在假定预扫描期间在晶圆表面上建立的电表面电势将在检测期间被保留并且将保持在束工具的检测阈值之上的情况下应用于晶圆。然而，在某些情况下，由于电击穿或隧穿的影响，在检测过程中积聚的表面电位水平可能会发生变化，这可能导致无法检测电压对比度缺陷。
64.例如，测试器件区域440(例如，钨插头)和衬底410(场效应晶体管(fet)的源极或漏极区域)可以设计为类似于测试器件区域430和衬底410的导电互连。然而，由于制造工艺中的波动(例如，有缺陷的蚀刻工艺)，测试器件区域440可以被制造为低于标准，其中绝缘体测试器件区域470(例如，薄氧化物层)可以在测试器件区域440和衬底410之间形成。例如，氧化层可以是薄于10纳米的硅化钴(例如，cosi、cosi2、co2si、co3si等)层。这是一个需要检测的缺陷。然而，在预扫描期间，高电压可能被施加到薄绝缘体测试器件区域470并导致电击穿，其中泄漏电流可能流过薄绝缘体测试器件区域470(即，衬底410中的电子可能通过低于标准的绝缘体测试器件区域470排入测试器件区域440)，并且测试器件区域440可能被中和。因此，电压对比度图像445可以比预期的更亮。如果电子排出过程足够快，则测试器件区域440可能在预扫描之后和成像过程之前已经中和，这可能导致电压对比图像445与电
压对比图像435无法区分。由于电子的快速排出，如果束工具不能更快地调节束流(例如，快速地从预扫描切换到成像)，则可能无法检测到缺陷测试器件区域440。
65.电压对比度图像445、446和447示出了在束工具提供超快束流调节的场景中缺陷测试器件区域440的不同电压对比度响应。束工具可以多次成像测试器件区域440。如图4a所示，随着时间的推移，测试器件区域440逐渐中和，并且所得到的电压对比度图像可以逐渐从暗变亮。在一定时间段之后，电压对比度图像447可以变得与电压对比度图像435不可区分。
66.在检测这种电压对比度缺陷中的一个挑战是，在上述预扫描和成像过程中，现有的束工具可能不能足够快地调节束流。在现有的束工具中，束流可以由带电粒子源(例如，图2中的带电粒子源202)和喷射器孔(例如，图2中的喷射器孔204)控制。束流可以通过调节喷射器孔的大小、带电粒子源的发射率或两者来调节。然而，这种调节喷射器孔或带电粒子源可能是非常缓慢的。而且，在成像过程中不能进行这样的调节。由于不能提供超快的束流调节，现有的束工具可能不能提供及时地和低成本地检测前述电压对比度缺陷的能力。
67.本领域技术人员可以理解，图像的亮和暗外观可以根据测试器件区域的实际处理或束工具设置而改变或反转。
68.图4b示出了与本公开的实施例一致的时间序列上的示例性电压对比度图像。图4b示出了包括预扫描台452和检测台454的晶圆检测中的预扫描和成像处理。在预扫描阶段452期间，束工具(例如，图2的ebi 104)可以将电子施加到晶圆的表面区域，以在表面区域上建立电势(为了简单起见称为“充电”)。束工具可以使用一个或多个高电流束对表面区域充电，并基于其电压对比度响应构建表面区域的电压对比度图像。在检测阶段454期间，ebi系统可以使用一个或多个用于扫描的低电流束来构建表面区域的一个或多个电压对比度图像。该扫描可以重复多次，以产生一系列电压对比度图像，该电压对比度图像以时间顺序示出表面区域的电压对比度响应。ebi系统可以通过比较同一表面区域在不同时间的多个电压对比度图像来检测表面区域上的电位随时间的变化，这可以指示器件缺陷的存在。
69.在一些实施例中，电压对比度图像可以由多束ebi系统构建。例如，机动平台可以定位晶圆，使得初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束210)的第一细波束可以在时间tpre1预扫描晶圆的表面区域。然后，电动平台可以定位晶圆，使得初级带电粒子束的第二细波束可以在时间tpre2预先扫描晶圆的相同表面区域。第一和第二细波束可以具有高电流。在tpre1和tpre2，表面区域的电位可能不足以显示具有可检测的电压对比度响应的任何区域，如分别使用第一和第二细波束构造的电压对比度图像456和458所示。在预扫描级452的末端，机动级可定位晶圆，使得初级带电粒子束的第三细波束(例如，也具有高电流)可在时间tpre3预扫描表面区域。可以使用第三细波束构建电压对比度图像460。如电压对比度图像460所示，暗电压对比度(dvc)区域460a、460b和460c可以出现在预扫描阶段452的结束处。
70.在预扫描阶段452之后，初级带电粒子束的第四、第五、第六、第七、第八或更多细波束可分别在时间t1、t2、t3、t4和t5扫描相同的预带电表面区域。如图4b所示，束工具可以分别使用第四、第五、第六、第七和第八细波束来构造电压对比度图像462、464、466、468和470。虽然该示例说明可以使用八个或更多的细波束，但可以理解可以使用少于八个细波束。例如，可以理解单个细波束可以拍摄表面区域的多个图像。
71.在时刻t1，电压对比度图像462示出了存在于晶圆表面区域上的三个dvc区域460a、460b和460c。dvc区域460a、460b和460c可以表示在预扫描的表面区域的器件结构中建立的电表面电位。在时间t2和t3，电压对比度图像464和466示出dvc区域464a、464b和464c，其可指示累积的正电荷保持在器件结构中并且从时间tpre3和t1起没有变化。
72.在时间t4和t5，电压对比度图像468和470示出dvc区域464b消失，而dvc区域464a和464c仍然存在，表明用于dvc区域464b的相应器件结构可能由于漏电流而丢失了积累的正电荷，由此导致dvc区域464b的表面电位下降到不可检测的水平(例如，由于电击穿)。例如，由于通过薄器件结构缺陷(参见例如图4a的绝缘体结构470)，在用于dvc区域464b的相应器件结构处积聚的正电荷可能已经中和。
73.束工具可以调节时间间隔(例如，t1和t2之间的时间跨度)，使得初级带电粒子束的细波束可以或多或少地频繁地扫描晶圆的表面区域。例如，时间间隔可以短至5ns，使得可以获得来自细微电压对比度缺陷的信号差，从而增加电压对比度晶圆检测的灵敏度。有利地，束工具可以比较晶圆的相同表面区域的电压对比度图像456、458、460、462、464、466、468、470或更多图像，以检测dvc区域在时间序列上的变化并识别器件结构缺陷。
74.尽管图4b示出了从束工具获得的三个预扫描电压对比度图像和五个检测电压对比度图像，但可以理解，可以使用任何数目的图像来检测晶圆中的器件结构缺陷。此外，尽管图4b所示的电压对比度图像示出了使用暗电压对比度的检测机制，但应当理解，当束工具在负模式下操作时，也可以使用亮电压对比度。例如，在一些实施例中，由于束工具在正模式下操作(例如，e1《着陆能量《e2)，晶圆可以具有正表面电位。在一些实施例中，由于束工具在负模式下操作(例如，着陆能量《e1或着陆能量》e2)，晶圆可以具有负电位。
75.如图4b所示的预扫描和成像过程中的一个挑战是在预扫描级452和检测级454之间很难将束流从高电流切换到低电流。也就是说，在tpre3和t1之间的电流切换可能需要很长时间。在这种情况下，一些区域(例如，dvc区域464b)的表面电位可能下降到tpre3和t1之间的不可检测的水平，从而从检测阶段(例如，检测阶段454)开始变得不可检测。
76.图5是示出与本公开的实施例一致的具有超快束流调节能力的示例性束工具500的示意图。束工具500可以是单束工具(例如，单束sem)或多束工具(例如，图2中的束工具104)。例如，束工具500可以包括波束成形单元。波束成形单元可以聚焦并形成单个电子束，或者可以聚焦并形成多个电子束(或“细波束”)。例如，波束成形单元可以是或可以包括用于形成多个束的源转换单元212。为了简明地说明，图5没有示出束工具500的每个组件，具有与图1至图2中相同编号的组件表示具有与前面描述的相同或类似功能的相同或类似组件，包括控制器109、带电粒子源202、喷射器孔204、聚束透镜206、初级带电粒子束210、偏转扫描单元226、物镜228和晶圆230。应当注意，束工具500可以包括更多组件，例如检测系统(例如，包括辅助光学系统242和检测设备244)、成像处理系统(例如，图像处理系统290)、主光学系统(例如，主投影光学系统220)的其他组件等。还应注意，束工具500可以以不同的顺序排列组件。例如，偏转扫描单元226可以是物镜228的上游(如图2)或下游(如图5)。本公开不限制束工具500的组件的数目、类型或布置。
77.束工具500还包括发射增强器502。控制器109可以控制发射增强器502和偏转扫描单元226，以使束工具500能够进行超快束流调节。
78.在图5中，带电粒子源202可以被配置为发射电子。在一些实施例中，带电粒子源可
以是热离子带电粒子源或冷场发射带电粒子源。发射增强器502可以将电磁辐射504照射到带电粒子源202上以促进电子发射。电磁辐射504可以是具有波长的电磁波，例如无线电波(例如，长波、短波或微波)、红外线、可见光、紫外线、x射线、伽马射线等。在一些实施例中，电磁辐射504可以是电磁波的一个或多个定向射线(例如，可见束)。在一些实施例中，电磁辐射504可以是激光。例如，带电粒子源202可包括光电阴极，其可在电磁辐射504的照射下由于光电或光电发射效应而发射更多的电子。在一些实施例中，发射增强器502可以是被配置为照射激光(例如，nd:yag激光器)的激光生成器。在一些实施例中，激光器可以是自由电子激光器(fel)。在一些实施例中，激光器可以是脉冲激光器(例如，每个脉冲具有短于100纳秒的持续时间，例如飞秒激光器)。例如，激光生成器可以被配置为将激光照射到光电阴极上以增加由光电阴极发射的电子。在一些实施例中，当激光生成器将激光照射到光电阴极上时，激光器可以在超快时间内(例如，在100纳秒内，例如10、20、40、60纳秒等)增强电子发射。控制器109可以控制发射增强器502以照射电磁辐射504，同时控制器109控制偏转扫描单元226以扫描样品(例如，晶圆230)。例如，控制器109可以控制发射增强器502在偏转扫描单元226的扫描操作的第一周期中照射电磁辐射504，并且在扫描操作的第二周期中停止照射电磁辐射504。扫描操作的第一周期可以发生在扫描操作的第二周期之前或之后。
79.在一些实施例中，偏转扫描单元226可引导初级带电粒子束210(或初级带电粒子束210的多个细波束214、216和218)执行帧扫描，其中可逐行扫描晶圆230的区域(例如，矩形区域)。图6是示出与本公开的实施例一致的扫描线的示例性帧600的图示。帧600可以是晶圆230表面的区域，并且可以包括多条扫描线，包括线602-612。在一些实施例中，帧600可以光栅方式被扫描。例如，偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210沿着线602从左到右开始扫描。在完成扫描线602之后，偏转扫描单元226可引导初级带电粒子束210移回左端，并准备沿着线602(例如，用于重复线扫描)或线604(例如，用于新的线扫描)开始向右扫描。在一些实施例中，可以以“头尾”方式扫描帧600。例如，偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210沿着线602从左到右开始扫描。在完成扫描线602之后，偏转扫描单元226可以准备引导初级带电粒子束210沿着线602(例如，用于重复的线扫描)或线604(例如，用于新的线扫描)开始从右到左的扫描。应当注意，本公开不限制用于帧扫描的扫描方式。
80.在一些实施例中，控制器109可以控制发射增强器502在第一周期和第二周期中扫描样品的同一行(例如，图6中的行602)。也就是说，偏转扫描单元226可以将初级带电粒子束210引导到扫描线602上两次，第一次带有带电粒子源202的增强电子发射，第二次没有增强电子发射。在一些实施例中，控制器109可以控制发射增强器502在第一周期中扫描样品的第一行，并且在第二周期中扫描样品的第二行。例如，第一行和第二行可以是用于扫描的帧的相邻行，例如图6中的行602和604。也就是说，偏转扫描单元226可以在打开和关闭增强电子发射的情况下以交替方式引导初级带电粒子束210扫描帧600的行。
81.在一些实施例中，第一周期的长度可以基本上等于第二周期的长度。例如，初级带电粒子束210的扫描频率可以是恒定的。图7a是与本公开的实施例一致的束工具500的示例性扫描频率的图示。在图7a中，水平轴表示包括时间戳t1至t4和t1'的时间线，垂直轴表示偏转扫描单元226的偏转电压。图7a示出了当扫描方式为光栅方式时偏转电压与时间之间的关系。例如，从t1到t1'，偏转电压增加，并且偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210沿着线602从左到右扫描。从t1'到t2，偏转电压减小，并且偏转扫描单元226可以引导初
级带电粒子束210移回左端。当控制器109被配置为控制发射增强器502在第一周期和第二周期中扫描样品的同一行(例如，图6中的行602)时，在t1'到t2之间的同一时间内，偏转扫描单元226可引导初级带电粒子束210移回左端。在t2和t3之间，偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210沿着线602从左向右扫描并移动回左端。当控制器109被配置为控制发射增强器502在第一周期(例如从t1到t2)中扫描第一行(例如，行602)，并且在第二周期(例如，从t2到t3)中扫描第二行(例如，行604)，在t1'到t2之间的同一时间期间，机动晶圆台(例如，机动晶圆台280)可以将晶圆230移开一行以准备扫描行604，并且偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210移回左端。从t2到t3，偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210沿着线604从左向右扫描并移动回左端。应当注意，尽管上述描述假设从左到右扫描，但实际扫描方向可以沿着任何方向，并且不限于所描述的示例。
82.在一些实施例中，偏转扫描单元226可以引导初级带电粒子束210以基本上相等的周期执行光栅扫描。例如，(t2-t1)、(t3-t2)和(t4-t3)可以基本上相等，其中彼此之间的差可以小于或等于阈值时间差(例如，10、20、40、60纳秒等)。在图7a中可以示出，用于扫描第一行(例如，行602)的时间量(例如，t2-t1)可以基本上等于用于扫描第二行(例如，行604)的时间量(例如，t3-t2)。在一些实施例中，光栅扫描可以在非相等的周期中执行。例如，在高电流下扫描第一行的速度可以快于在低电流下扫描的第二行的速度，或者在高电流下扫描第一行的速度可以慢于在低电流下扫描第二行的速度。
83.图7b是与本公开的实施例一致的发射增强器502的示例性照射频率的图示。在图7a中，水平轴表示包括时间戳t1至t4的时间线，垂直轴表示发射增强器502(例如，脉冲激光生成器)的操作电压。从t1到t2，操作电压可以接通，并且发射增强器502可以将电磁辐射504照射到带电粒子源202上。从t2到t3，操作电压可以关断，并且发射增强器502可以停止将电磁辐射504照射到带电粒子源202上。当发射增强器502将电磁辐射504照射到带电粒子源202上时，由于光电或光电发射效应，初级带电粒子束210可以具有高电流。当发射增强器502停止将电磁辐射504照射到带电粒子源202上时，初级带电粒子束210可以具有低电流。
84.在一些实施例中，如图7a至图7b所示，控制器109可使发射增强器502的电子发射与偏转扫描单元226同步，使得当电子束开始(例如，在t1)扫描第一行(例如，行602)时电子束具有高电流，而当电子束开始(例如，在t2)扫描第二行(例如，行604)时电子束具有低电流。无论第一行和第二行是以基本相等或不相等的周期扫描，控制器109都可以使发射增强器502的电子发射与这些周期的开始时间同步以照射电磁辐射504或停止照射电磁辐射504，使得帧600的任何行可以完全由高电流束或低电流束扫描。
85.在一些实施例中，控制器109可以控制发射增强器502以停止在扫描操作的第三周期中照射电磁辐射504，并且可以控制偏转扫描单元226以在第二周期和第三周期中扫描样品的同一行。例如，控制器109可以控制发射增强器502和偏转扫描单元226在第一周期t1至t2中以高电流扫描线602，并且在第二周期t2至t3中以低电流再次扫描线602，如图7a至图7b所示和描述。在第三周期t3至t4中，控制器109可以控制发射增强器502和偏转扫描单元226以再次以低电流扫描线602(图7a至图7b中未示出)。即，控制器109可以在第三周期t3至t4中控制发射增强器502以停止照射电磁辐射504。在一些实施例中，对于同一行，高电流的扫描之后可以是低电流的多个扫描。从低电流的多个扫描中，可以生成用于缺陷检测的一系列电压对比度图像，例如图4b中的电压对比度图像462-470。
86.与束工具500相关联的检测系统(例如，包括辅助光学系统242和检测设备244)可以响应于接收从样品(例如，晶圆230)离开的电子(例如，次级电子或背散射电子)而生成信号。当初级带电粒子束210具有高电流时，该信号可以包括第一类型的信号，而当初级带电粒子束210具有低电流时，该信号可以包括第二类型的信号。与束工具500相关联的成像处理系统(例如，图像处理系统290)可基于该信号生成指示样品的测试器件区域(例如，图4a中的测试器件区域430或440)的图像。例如，图像处理系统可以基于第一类型的信号生成第一图像(“高电流图像”)，以及基于第二类型的信号生成第二图像(“低电流图像”)。第一和第二图像可以是指示电压对比度响应的电压对比度图像。由于不同的束流，产生的电压对比度图像中的电压对比度响应可能不同。通过比较生成的电压对比度图像，可以毫不费力地识别测试器件区域的电压对比度缺陷。
87.例如，如图6所示，控制器109被配置为控制发射增强器502在第一周期(例如，从t1到t2)中扫描第一行(例如，行602)，并且在第二周期(例如，从t2到t3)中扫描第二行(例如，行604)。线602、606和610可以使用高电流束(用粗线表示)来扫描，线604、608和612可以使用低电流束(用细线表示)来扫描。检测系统可以接收来自线602-612的退出电子(例如，次级电子或背散射电子)，并产生可以被分类为至少两种类型的信号，第一类型包括对应于线602、606和610产生的信号，第二类型包括对应于线604、608和612产生的信号。图像处理系统可以接收第一类型的信号并产生高电流图像，并且接收第二类型的信号并产生低电流图像。在图6中，在高和低束流下交替扫描帧600的行。相应地，所生成的高电流和低电流图像可以是隔行扫描图像。
88.对于另一示例，控制器109可以被配置为控制发射增强器502在第一周期(例如，从t1到t2)和第二周期(例如，从t2到t3)中扫描同一行(例如，行602)。每个行(例如，帧600的行602-612)可以第一次使用高电流束和第二次使用低电流束来扫描。检测系统可以从每个扫描接收退出电子(例如，次级电子或背散射电子)，并产生可以被分类为至少两种类型的信号，第一类型包括对应于高电流束扫描产生的信号，第二类型包括对应于低电流束扫描产生的信号。图像处理系统可以接收第一类型的信号并产生高电流图像，并且接收第二类型的信号并产生低电流图像。在扫描下一行之前，可以在高和低束流下扫描帧600的每一行。相应地，所生成的高电流和低电流图像可以是逐行扫描图像。应当注意，本公开并不限制所生成的图像是隔行扫描图像还是逐行扫描图像。
89.由于光电或光电发射效应的超快响应，通过使用发射增强器502(例如，激光生成器)，可以在超快时间内(例如，在纳秒量级)调节初级带电粒子束210的束流，这大大减少了现有束工具中用于调节束流所需的时间。可选地，可以在较慢的时间内(例如，微秒、毫秒等的数量级)调节初级带电粒子束210的束流。通过使发射增强器502与偏转扫描单元226同步，电磁辐射504的照射可以与偏转扫描单元226的扫描频率同步，其中帧扫描的每一行可以在具有相同电流(例如，高电流或低电流)的束下被完全扫描。采用这种扫描方式，在超快的束流调节下，可以在超快的时间内产生高电流图像和低电流图像，极大地改善了电压对比度缺陷的检测。
90.在一些实施例中，控制器109可以通过比较高电流图像和低电流图像来检测电压对比度缺陷。例如，控制器109可以基于指示高电流图像和低电流图像中的测试器件区域的相同区域的灰度级的变化来确定是否存在与测试器件区域相关联的电压对比度缺陷。如果
该变化超过预定阈值，则控制器109可基于如与图4a相关联所述的原理确定测试器件区域包括潜在电压对比度缺陷。
91.在一些实施例中，控制器109可以基于高电流和低电流图像生成指示测试器件区域的融合图像，用于其他缺陷检测，例如d2d检测或芯片到数据库(“d2db”)检测。例如，控制器109可实施曝光融合技术以使用高电流图像和低电流图像生成高动态范围(hdr)图像。hdr图像可以具有高于高电流图像和低电流图像的动态范围。与高电流或低电流图像相比，hdr图像具有更宽的强度细节范围和更低的噪声，可以为缺陷检测提供更多的信息。
92.在一些实施例中，发射增强器502可以被配置为提供电磁辐射504的至少两个级别的功率。例如，通过设置操作电压或电流，发射增强器502(例如，脉冲激光生成器)可以为电磁辐射504提供第一级别功率和第二级别功率，其中第一级别功率高于第二级别功率。相应地，在电磁辐射功率的第一级别504下，带电粒子源202可以被增强以发射比在电磁辐射功率的第二级别504下的情况下更多的电子。因此，初级带电粒子束210可以具有三个束流级别：分别对应于第一功率级别、第二功率级别和关断下的发射增强器502的第一高电流、低于第一高电流的第二高电流、以及低电流。通过提供更多水平的束流，束工具500可以提供指示电压对比度响应的更多变化的更多图像，从而为电压对比度缺陷检测提供更多信息。应当注意，本公开并不限制功率发射增强器502可以提供的级别的数目。
93.图8至图9是根据本公开的实施例的用于带电粒子检测系统的缺陷检测的示例性方法800和900的流程图。方法800和900可以由带电粒子检测系统(例如，图1中的ebi系统100或图5中的束工具500)的控制器执行。控制器可以包括被编程以实现方法800和900的电路系统(例如，存储器和处理器)。例如，控制器可以是与带电粒子检测系统耦合的内部控制器或外部控制器(例如，图1至图2和图5中的控制器109)。方法800和900可以与图3至图7b所示和描述的操作和步骤相连接。
94.在图8中，在步骤802，控制器(例如，图5中的控制器109)可以控制带电粒子检测系统(例如，图5中的束工具500)的带电粒子源(例如，图5中的带电粒子源202)发射电子以形成电子束(例如，图5中的初级带电粒子束210)。在一些实施例中，带电粒子源可以是热离子带电粒子源。在一些实施例中，带电粒子源可以是冷场发射带电粒子源。在一些实施例中，带电粒子源可包括光电阴极。带电粒子源可以是可以被配置为发射电子的任何组件。虽然所公开的方法利用带电粒子源发射电子，但是可以理解，该方法可以更一般地利用带电粒子源发射带电粒子。
95.在步骤804，控制器可以控制带电粒子检测系统的扫描单元(例如，图5中的偏转扫描单元226)，以引导电子束执行逐行扫描。例如，可以对样品(例如，图5中的晶圆230)执行逐行扫描。
96.在步骤806，控制器可以控制带电粒子检测系统的发射增强器(例如，图5中的发射增强器502)，以在电子束的第一扫描周期中将电磁辐射(例如，图5中的电磁辐射504)照射到带电粒子源上以增强电子发射，并且在电子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。当发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上时，电子束可以具有第一电流(称为“高电流”)，以及当发射增强器停止将电磁辐射照射到带电粒子源上时，电子束可以具有低于第一电流的第二电流(称为“低电流”)。在一些实施例中，发射增强器可以是被配置为照射激光(例如，脉冲激光)的激光生成器。例如，控制器可以控制激光生成器将激光照射到发射增
强器的光电阴极上，以增加由光电阴极发射的电子。电磁辐射引起的发射增强可能是超快的。例如，当激光生成器将激光照射到光电阴极上时，激光可以在70纳秒内提高电子发射。
97.在一些实施例中，扫描单元可以引导电子束在第一扫描周期和第二扫描周期中扫描样品的同一行。在一些实施例中，扫描单元可以引导电子束在第一扫描周期中扫描样品的第一行，并且在第二扫描周期中扫描样品的第二行。在一些实施例中，第一扫描周期的长度可以基本上等于第二扫描周期的长度。例如，如图7a所示，扫描第一行(例如，行602)的时间量可以是(t2-t1)，扫描第二行(例如，行604)的时间量可以是(t3-t2)，并且(t2-t1)和(t3-t2)可以基本上相等，其中彼此之间的差可以小于或等于阈值时间差(例如，10、20、40、60纳秒等)。还有，如图7b所示，从t1到t2，电子束扫描第一条线，发射增强器照射电磁辐射。从t2到t3，电子束扫描第二条线，发射增强器停止照射电磁辐射。应当注意，用于扫描第一和第二行的时间量可以不相等，其中在高电流或低电流下扫描的行可以具有不同的扫描速度。
98.在一些实施例中，控制器可以使发射增强器的电子发射与扫描单元同步，使得当电子束开始扫描第一行时电子束具有第一电流，并且当电子束开始扫描第二行时电子束具有第二电流。例如，如图7a至图7b所示，当初级带电粒子束210在时间戳t1开始扫描线602时具有高电流，而当初级带电粒子束210在时间戳t2开始扫描线604时具有低电流。
99.在一些实施例中，控制器可以控制扫描单元以逐行扫描模式扫描样品，在逐行扫描模式中，在电子束被引导扫描下一行之前，样品的每一行可以分别被高电流束和低电流束扫描两次。在一些实施例中，控制器可以控制扫描单元以隔行扫描模式扫描样品，其中帧的每一行可以由高电流束和低电流束交替扫描一次。例如，第一行和第二行可以是用于扫描的帧(例如，图6中的帧600)的相邻行(例如，图6中的行602和604)。
100.图9是与本公开的实施例一致的用于带电粒子检测系统的缺陷检测的示例性方法900的流程图。方法900可以是独立的方法或与方法800相关联。例如，控制器可以在执行方法800的步骤806之后执行方法900。
101.在步骤902，控制器(例如，图5中的控制器109)控制带电粒子检测系统的带电粒子检测设备(例如，图2中的带电粒子检测设备244)，以在带电粒子检测设备接收到从样品(例如，图5中的晶圆230)离开的电子(例如，次级电子或背散射电子)时生成信号。在一些实施例中，带电粒子检测设备可以在电子束具有第一电流(例如，高电流)时产生第一类型的信号，而在电子束具有第二电流(例如，低电流)时产生第二类型的信号。例如，如图6所示，当初级带电粒子束210以高电流扫描线602时，带电粒子检测设备可以产生第一类型的信号。当初级带电粒子束210以低电流扫描线604时，带电粒子检测设备可以产生第二类型的信号。
102.在步骤904，控制器可以控制带电粒子检测系统的图像处理系统(例如，图2中的图像处理系统290)，以基于该信号生成指示样品的测试器件区域(例如，图4a中的测试器件区域430或440)的图像。在一些实施例中，图像处理系统可以基于第一类型的信号生成第一图像(例如，如先前在图5至图8中描述的高电流图像)，并且基于第二类型的信号生成第二图像(例如，如先前在图5-8中描述的低电流图像)。例如，可以基于与图6中的线602、606和610相对应的检测信号来生成第一图像，并且可以基于与图6中的线604、608和612或与图6中的线602、606和610的第二扫描相对应的检测信号来生成第二图像。
103.在一些实施例中，图像处理系统可以基于第一图像和第二图像生成指示测试器件区域的第三图像(例如，如先前在图5至图8中描述的融合图像)。例如，第三图像可以具有高于第一图像的动态范围和第二图像的动态范围的动态范围。
104.在一些实施例中，控制器还可以基于指示第一图像和第二图像中的测试器件区域的相同区域的灰度级的变化来确定是否存在与测试器件区域相关联的电压对比度缺陷。如果该变化超过预定阈值，则控制器109可基于如与图4a相关联所述的原理确定测试器件区域包括潜在电压对比度缺陷。
105.可以使用以下条款进一步描述实施例：
106.1.一种带电粒子检测系统，该系统包括：
107.带电粒子源，被配置为发射用于扫描样品的带电粒子；和
108.发射增强器，配置为在带电粒子检测系统的扫描操作的第一周期中将电磁辐射照射到带电粒子源上以增强带电粒子发射，并且在扫描操作的第二周期中停止照射电磁辐射。
109.2.根据条款1的系统，其中，带电粒子检测系统被配置为在第一周期和第二周期中扫描样品的同一行。
110.3.根据条款1的系统，其中，带电粒子检测系统被配置为在第一周期中扫描样品的第一行，并在第二周期中扫描样品的第二行。
111.4.根据条款3的系统，其中，第一行和第二行是用于扫描的帧的相邻行。
112.5.根据上述任一条款的系统，其中，第一周期的长度基本上等于第二周期的长度。
113.6.根据上述任一条款的系统，其中，带电粒子检测系统被配置为生成用于扫描样品的带电粒子束，其中带电粒子束被配置为当发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上时具有第一电流，以及当发射增强器停止将电磁辐射照射到带电粒子源上时具有低于第一电流的第二电流。
114.7.根据条款6的系统，其中，发射增强器的带电粒子发射被配置为与带电粒子检测系统的扫描操作同步，使得当带电粒子束开始扫描第一行时，带电粒子束具有第一电流，并且当带电粒子束开始扫描第二行时，带电粒子束具有第二电流。
115.8.根据上述任一条款的系统，其中，带电粒子源是热离子带电粒子源和冷场发射带电粒子源中的一个。
116.9.根据上述任一条款的系统，其中，带电粒子源包括光电阴极。
117.10.根据条款9的系统，其中，发射增强器包括配置为照射激光的激光生成器。
118.11.根据条款10的系统，其中，激光生成器被配置为将激光照射到光电阴极上，以增加由光电阴极发射的带电粒子。
119.12.根据条款11的系统，其中，当激光生成器将激光照射到光电阴极上时，激光在70纳秒内增强带电粒子发射。
120.13.根据上述任一条款的系统，其中，发射增强器还被配置为在扫描操作的第三周期中停止照射电磁辐射，并且带电粒子检测系统还被配置为在第二周期和第三周期中扫描样品的同一行。
121.14.根据条款1-13中任一项的系统，其中，带电粒子检测系统是单束检测系统。
122.15.根据条款1-13中任一项的系统，其中带，电粒子检测系统是多束检测系统。
123.16.根据上述任一条款的系统，其中，带电粒子包括电子。
124.17.一种带电粒子检测系统，该系统包括：
125.带电粒子源，被配置为发射带电粒子；
126.发射增强器，被配置为将电磁辐射照射到带电粒子源上，用于增强带电粒子发射；
127.波束成形单元，被配置为使用带电粒子形成带电粒子束；
128.扫描单元，被配置为引导带电粒子束逐行扫描样品；和
129.控制器，包括电路，该电路被配置为控制发射增强器在带电粒子束的第一扫描周期中照射电磁辐射，并在带电粒子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。
130.18.根据条款17的系统，其中，带电粒子束被配置为在第一扫描周期和第二扫描周期中扫描样品的同一行。
131.19.根据条款17所的系统，其中，带电粒子束被配置为在第一扫描周期中扫描样品的第一行，并在第二扫描周期中扫描样品的第二行。
132.20.根据条款19的系统，其中，第一行和第二行是用于扫描的帧的相邻行。
133.21.根据条款17-20中任一项的系统，其中，第一扫描周期的长度基本上等于第二扫描周期的长度。
134.22.根据条款17-21中任一项的系统，其中，带电粒子束被配置为当发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上时具有第一电流，以及当发射增强器停止将电磁辐射照射到带电粒子源上时具有低于第一电流的第二电流。
135.23.根据条款17-22中任一项的系统，其中，发射增强器的带电粒子发射被配置为与扫描单元同步，使得当带电粒子束开始扫描第一行时，带电粒子束具有第一电流，并且当带电粒子束开始扫描第二行时，带电粒子束具有第二电流。
136.24.根据条款17-23中任一项的系统，其中，带电粒子源是热离子带电粒子源和冷场发射带电粒子源中的一个。
137.25.根据条款17-24中任一项的系统，其中，带电粒子源包括光电阴极。
138.26.根据条款25的系统，其中，发射增强器包括配置为照射激光的激光生成器。
139.27.根据条款26的系统，其中，激光生成器被配置为将激光照射到光电阴极上，以增加由光电阴极发射的带电粒子。
140.28.根据条款27的系统，其中，当激光生成器将激光照射到光电阴极上时，激光在70纳秒内增强带电粒子发射。
141.29.根据条款17-28中任一项的系统，还包括：
142.带电粒子检测设备，被配置为响应于接收到从样品中离开的带电粒子而生成信号；和
143.图像处理系统，被配置为基于信号生成指示样品的测试器件区域的图像。
144.30.根据条款29的系统，其中，当带电粒子束具有第一电流时，信号包括第一类型的信号，而当带电粒子束具有第二电流时，信号包括第二类型的信号。
145.31.根据条款30的系统，其中，图像处理系统还被配置为基于第一类型的信号生成第一图像和基于第二类型的信号生成第二图像。
146.32.根据条款31的系统，其中，图像处理系统还被配置为基于第一图像和第二图像生成指示测试器件区域的第三图像。
147.33.根据条款32的系统，其中，第三图像具有高于第一图像的动态范围和第二图像的动态范围的动态范围。
148.34.根据条款31的系统，其中，控制器还被配置为：
149.基于指示第一图像和第二图像中的测试器件区域的相同区域的灰度级的变化，确定是否存在与测试器件区域相关联的电压对比度缺陷。
150.35.根据条款17-34中任一项的系统，其中，波束成形单元还被配置为使用带电粒子形成多个带电粒子束。
151.36.根据条款17-34中任一项的系统，其中，波束成形单元被配置为形成多个带电粒子束。
152.37.根据条款17-36中任一项的系统，其中，发射增强器还被配置为在带电粒子束的第三扫描周期中停止照射电磁辐射，并且带电粒子束还被配置为在第二扫描周期和第三扫描周期中扫描样品的同一行。
153.38.根据条款17-37中任一项的系统，其中，带电粒子包括电子。
154.39.一种方法，包括：
155.使用带电粒子检测系统的带电粒子源发射带电粒子以形成带电粒子束；
156.使用带电粒子检测系统的扫描单元引导带电粒子束执行逐行扫描；和在带电粒子束的第一扫描周期中，使用带电粒子检测系统的发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上以增强带电粒子发射；和
157.在带电粒子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。
158.40.根据条款39的方法，其中，引导带电粒子束执行逐行扫描包括：
159.引导带电粒子束在第一扫描周期和第二扫描周期中扫描样品的同一行。
160.41.根据条款39的方法，其中，引导带电粒子束执行逐行扫描包括：
161.引导带电粒子束在第一扫描周期中扫描样品的第一行，并在第二扫描周期中扫描样品的第二行。
162.42.根据条款41的方法，其中，第一行和第二行是用于扫描的帧的相邻行。
163.43.根据条款39-40中任一项的方法，其中，第一扫描周期的长度基本上等于第二扫描周期的长度。
164.44.根据条款39-42中任一项的方法，其中，带电粒子束被配置为当电磁辐射照射到带电粒子源上时具有第一电流，以及当电磁辐射停止照射到带电粒子源上时具有低于第一电流的第二电流。
165.45.根据条款39-44中任一项的方法，还包括：
166.使发射增强器与扫描单元同步，使得当带电粒子束开始扫描第一行时，带电粒子束具有第一电流，并且当带电粒子束开始扫描第二行时，带电粒子束具有第二电流。
167.46.根据条款39-45中任一项的方法，其中，带电粒子源是热离子带电粒子源和冷场发射带电粒子源中的一个。
168.47.根据条款39-46中任一项的方法，其中，带电粒子源包括光电阴极。
169.48.根据条款47所的方法，其中，发射增强器包括配置为照射激光的激光生成器。
170.49.根据条款48的方法，还包括：
171.利用激光生成器将激光照射到光电阴极上，以增加光电阴极发射的带电粒子。
172.50.根据条款49的方法，其中，当激光生成器将激光照射到光电阴极上时，激光在70纳秒内增强带电粒子发射。
173.51.根据条款39-50中任一项的方法，还包括：
174.当带电粒子检测设备接收到从样品中射出的带电粒子时，使用带电粒子检测系统的带电粒子检测设备生成信号；和
175.使用带电粒子检测系统的图像处理系统，基于信号生成指示样品的测试器件区域的图像。
176.52.根据条款51的方法，其中，生成信号包括：
177.当带电粒子束具有第一电流时生成第一类型信号，而当带电粒子束具有第二电流时生成第二类型信号。
178.53.根据条款52的方法，其中，生成图像包括：
179.基于第一类型的信号生成第一图像和基于第二类型的信号生成第二图像。
180.54.根据条款53的方法，其中，生成图像包括：
181.基于第一图像和第二图像生成指示测试器件区域的第三图像。
182.55.根据条款54的方法，其中，第三图像具有高于第一图像的动态范围和第二图像的动态范围的动态范围。
183.56.根据条款53的方法，还包括：
184.基于指示第一图像和第二图像中的测试器件区域的相同区域的灰度级的变化，确定是否存在与测试器件区域相关联的电压对比度缺陷。
185.57.根据条款39-56中任一项的方法，还包括：
186.在带电粒子束的第三扫描周期中停止照射电磁辐射。
187.58.根据条款55的方法，其中，引导带电粒子束执行逐行扫描包括：
188.引导带电粒子束在第二个周期和第三个周期中扫描样品的同一条线。
189.59.根据条款39-58中任一项的方法，其中，带电粒子检测系统是单束检测系统。
190.60.根据条款39-58中任一项的方法，其中，带电粒子检测系统是多束检测系统。
191.61.根据条款39-59中任一项的系统，其中，带电粒子包括电子。
192.62.一种非暂态计算机可读介质，存储有指令集，该指令集可由带电粒子检测系统的至少一个处理器执行，以使该系统执行缺陷检测方法，该方法包括：
193.使用带电粒子检测系统的带电粒子源发射带电粒子以形成带电粒子束；使用带电粒子检测系统的扫描单元引导带电粒子束执行逐行扫描；和在带电粒子束的第一扫描周期中，使用带电粒子检测系统的发射增强器将电磁辐射照射到带电粒子源上，以增强带电粒子发射，并在带电粒子束的第二扫描周期中停止照射电磁辐射。
194.根据本发明的实施例，可以提供一种非暂态计算机可读介质，其存储用于根据上面图8至图9的示例性流程图进行缺陷检测的控制器(例如，图1和图5中的控制器109)的处理器的指令。例如，存储在非暂态计算机可读介质中的指令可以由控制器的电路部分或全部执行方法800或900来执行。非暂态媒体的常见形式包括，例如，软盘、软盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁性数据存储介质、光盘只读存储器(cd-rom)、任何其他光学数据存储介质、任何具有孔图案的物理介质、随机存取存储器(ram)、可编程只读存储器(prom)和可擦除可编程只读存储器(eprom)、闪存-eprom或任何其他闪存、非易失性随机存取存储器
(nvram)、高速缓存器、寄存器、任何其他存储芯片或盒式存储器以及它们的联网版本。
195.将理解，本公开的实施例不限于上面描述的和在附图中示出的确切结构，并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和改变。已经结合各种实施例描述了本公开，本发明的其他实施例对于本领域的技术人员来说，通过考虑本文公开的本发明的说明书和实践将是显而易见的。本说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求书指示。