CN113169084A - 用于在基板上进行关键尺寸测量的方法、及用于检测及切割基板上的电子装置的设备 - Google Patents

用于在基板上进行关键尺寸测量的方法、及用于检测及切割基板上的电子装置的设备 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法及设备。所述方法包括在基板的主表面在X‑Y平面上的情况下支撑所述基板；利用聚焦离子束柱切割出缺口，所述聚焦离子束柱相对于所述基板的主表面的平面成第一角度；利用第一成像带电粒子束显微镜测量相邻于所述缺口的一或多个结构的第一尺寸和第二尺寸的至少一者，所述第一成像带电粒子束显微镜具有光轴，所述光轴相对于基板的主表面的平面成第二角度，所述第二角度不同于第一角度，所述第一尺寸和所述第二尺寸在X‑Y平面上，且被按比例测量；及利用具有所述光轴的所述第一成像带电粒子束显微镜，在相对于X‑Y平面成角度的方向上，按比例测量所述一或多个结构的第三尺寸。

Description

用于在基板上进行关键尺寸测量的方法、及用于检测及切割 基板上的电子装置的设备
技术领域
本公开内容涉及一种用于检测基板的设备及方法。此外，本公开内容的实施方式大体涉及一种用于分析电子装置，例如是大面积基板上的电子装置的聚焦离子束***。更特别是，本文所述的实施方式涉及一种用于在用于显示器制造的基板(例如是大面积基板)上进行自动关键尺寸(critical dimension,CD)测量的方法。特别是，实施方式涉及一种用于在用于显示器制造的基板上进行自动关键尺寸测量的方法、一种检测用于显示器制造的大面积基板的方法、以及一种用于检测用于显示器制造的大面积基板的设备及其操作方法。
背景技术
电子装置，例如是TFT、光伏(photovoltaic,PV)装置或太阳能电池、及其他电子装置，已经在大面积基板上制造多年，大面积基板例如是显示器玻璃面板以及薄、柔性的介质。基板可以由玻璃、聚合物、或适于形成电子装置的其他材料制成。正在进行的工作涉及在表面积远大于一平方米，例如是两平方米或更大的基板上制造电子装置，以生产更大尺寸的最终产品及/或降低每个装置(例如像素、TFT、光伏或太阳能电池等)的制造成本。
经常需要分析已经确定为有缺陷的离散装置(discrete device)，例如TFT。举例来说，切换单个像素的晶体管可能具有缺陷，这导致此像素始终处于开启(on)状态或始终处于关闭(off)状态。
聚焦离子束(Focused ion beam,FIB)***已在半导体工业、材料科学以及越来越多地在生物领域中用作分析技术。在半导体工业中，FIB***使用离子束对晶片(例如“样本”)上的裸片(die)的一部分进行定点分析。
此外，在许多应用中，检测基板以监测基板的质量。举例来说，制造在其上沉积有涂布材料层的玻璃基板，以用于显示器市场。由于缺陷可能例如发生在基板处理期间，例如在涂布基板期间，因此需要检测基板，以检查缺陷并监测显示器的质量。另外，由任何图案化工艺步骤产生的结构的尺寸、形状及相对位置需要通过SEM检查(例如关键尺寸(critical dimension,CD)的测量)进行监测及控制。
通常在具有持续增长的基板尺寸的大面积基板上制造显示器。此外，显示器，例如是TFT显示器，经历持续的改善。基板的检测可以由光学***来进行。然而，举例来说，TFT阵列的结构的关键尺寸(CD)测量需要一分辨率，而此分辨率无法通过光学检测来提供。CD测量可以例如提供在大约十纳米的范围内的结构的尺寸或结构之间的距离。可以将所得尺寸与期望尺寸进行比较，其中可以认为此尺寸对于评估制造工艺的性质是至关重要的。
用于显示器制造的基板通常是具有例如1平方米或更大的面积的玻璃基板。在如此大的基板上的高分辨率影像本身就非常具有挑战性，并且晶片工业的大多数的发现都不适用。此外，以上示例性地描述的用于CD测量的选项不适用于大面积基板，因为例如所得的产量将不会是所期望的。
据此，考虑到例如对于大面积基板上的显示器质量的日益增长的需求，需要一种用于检测大面积基板的改进的设备及方法，举例来说，特别是其中可以将FIB技术用于大面积基板，且更特别是用于关键尺寸测量的方法及设备。
发明内容
有鉴于上述情况，提供用于在用于显示器制造的基板上进行关键尺寸测量的方法、检测用于显示器制造的大面积基板的方法、检测用于显示器制造的大面积基板的设备、及操作所述设备的方法。根据说明书及附图，本公开内容的其他方面、优点及特征是显而易见的。
根据一个方面，提供一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法。所述方法包括：在所述基板的主表面在X-Y平面中的情况下支撑所述基板；利用聚焦离子束柱切割出缺口，所述聚焦离子束柱相对于所述基板的所述主表面的平面成第一角度；利用第一成像带电粒子束显微镜测量相邻于所述缺口的一或多个结构的第一尺寸和第二尺寸的至少一者，所述第一成像带电粒子束显微镜具有光轴，所述光轴相对于所述基板的所述主表面的所述平面成第二角度，所述第二角度不同于所述第一角度，所述第一尺寸和所述第二尺寸在所述X-Y平面上，且被按比例测量；及利用具有所述光轴的所述第一成像带电粒子束显微镜在相对于所述X-Y平面成角度的方向上，按比例测量所述一或多个结构的第三尺寸。
根据另一方面，提供一种用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备。所述设备包括：真空腔室；工作台，所述工作台布置在所述真空腔室中，并且被配置成支撑其上具有所述电子装置的所述基板；在所述工作台之上的聚焦离子束柱，所述聚焦离子束柱具有相对于所述基板的主表面的平面成第一角度的射束路径；及相邻于所述聚焦离子束柱的第一成像带电粒子束显微镜，具有相对于所述基板的所述主表面的所述平面成第二角度的光轴，所述第二角度与所述第一角度不同，所述第二角度被配置成减小光学失真，且所述第一角度被配置成允许沿着所述电子装置的三个方向按比例进行关键尺寸测量。
根据另一方面，提供一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法。所述方法包括：利用扫描带电粒子束装置对提供于所述基板上的一或多个结构进行成像以获得影像，所述扫描带电粒子束装置的成像平面平行于所述基板的主表面，并且所述影像包括在所述基板中所产生的缺口；及沿着三维坐标系的三个不同方向，在所述影像处按比例测量关键尺寸。
附图说明
为了能够理解本公开内容上述特征的细节，可参照实施方式得到对简单概述于上的本公开内容更详细的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应注意的是，附图仅示出示例性实施方式，因此不应被认为是对其范围的限制，可允许其他等效实施方式。在说明书的其余部分中，包括参考附图，更特别地阐述了对本领域的普通技术人员来说全面且可行的公开内容，其中：
图1示出根据本文所述的实施方式的用于检测基板的设备的侧视图；
图2是根据本文所述的实施方式的用于检测基板的计量***设备的截面示意图；
图3示出在具有聚焦离子束柱(FIB柱)的计量***中检测样本的典型布置的侧视图；
图4A示出根据本公开内容的实施方式的在具有聚焦离子束柱的计量***中检测样本的布置的侧视图；
图4B示出对应于图4A的用于检测***的设备的影像；
图5示出根据本文所述的实施方式的具有FIB柱的用于检测基板的设备的侧视图，其中该设备包括用于减少振动的部件；
图6示出根据本文所述的实施方式的成像带电粒子束显微镜的侧视图，也就是用于检测基板的示例性设备的侧视图；及
图7示出根据本公开内容的实施方式的在例如用于显示器制造的大面积基板上进行自动CD测量的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照多个示例性实施方式，在各个图中绘示出其中的一或多个示例。通过解释的方式提供各个示例，且并不意味着限制。举例来说，作为一个实施方式的部分所绘示出或描述的特征可以在其他实施方式上或与其他实施方式结合使用，以产生又进一步的实施方式。目的是，本公开内容包括这样的修改及变化。
在附图的以下描述中，相同的附图标记指示相同的部件。仅描述关于各个实施方式的差异。附图中所示的结构不一定按比例绘制，而是用于更好地理解实施方式。
根据可以与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，本文所述的基板有关于大面积基板，特别是用于显示器市场的大面积基板。根据一些实施方式，大面积基板或相应的基板支撑件可以具有至少1m2的尺寸，例如至少1.375m2。所述尺寸可以是从约1.375m2(1100mm x 1250mm-第5代)至约9m2，更特别是从约2m2至约9m2，或甚至高达12m2。为其提供根据本文所述的实施方式的结构、设备及方法的基板或基板接收区域可以是如本文所述的大面积基板。举例来说，大面积基板或载体可以是对应于约1.375m2基板(1.1m x 1.25m)的第5代，对应于约4.39m2基板(1.95m x 2.25m)的第7.5代，对应于约5.7m2基板(2.2m x2.5m)的第8.5代，或甚至是对应于约9m2基板(2.88m x 3130m)的第10代。甚至更大的世代，例如是第11代及第12代、以及对应的基板面积也可以类似地实施。必须考虑的是，即使从一个显示器制造商到另一个显示器制造商的第5代基板的尺寸可能略有偏离，基板尺寸世代仍可提供固定的工业标准。用于测试的设备的实施方式可以例如具有第5代基板支撑件或第5代基板接收区域，使得许多显示器制造商的第5代基板可以由支撑件来支撑。这同样适用于其他尺寸世代的基板。
然而，本领域技术人员将理解，本公开内容中描述的一或多个优点也可适用于半导体工业中，对此，将晶片(例如硅晶片)用作基板。据此，可提供本公开内容的实施方式以用于基板及用于处理晶片(例如半导体晶片处理)的应用领域。
用于大面积基板的电子束检查(Electron beam review,EBR)是比较年轻的技术，其中整个基板或分布在整个基板上的区域被测量。实现例如20nm或更低，例如10nm或更低的分辨率是非常具有挑战性的，并且有鉴于基板尺寸的显著差异，来自晶片成像的以往研究结果(previous finding)可能不适用。例如由于所需的生产量，简单的升级无法成功。又此外，工艺及设备有利地适于将大尺寸上的振动减小到低于期望的分辨率。又此外，有鉴于期望的生产量以及分布在大面积基板的区域上的测量位置的可重复性，手动或半自动工艺也可能不适合。
考虑到在当前的显示器制造技术中生产及处理的基板的大尺寸，处理或测试整个基板或分布在整个基板上的区域，也就是不破坏玻璃，是特别具有挑战性的。由于基板(例如大面积基板)的尺寸不断增加，利用更大的真空腔室对基板进行处理或成像。然而，与较小的真空腔室相比，较大的真空腔室对于不想要的振动更敏感。真空腔室的一或多个振动限制了例如检测基板可用的分辨率。特别是，具有小于检测***的分辨率的尺寸的关键尺寸将保持不可见且因此无法被测量。
根据本公开内容的实施方式，提供了一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法。所述方法包括：在基板的主表面在X-Y平面上的情况下支撑基板，以及利用聚焦离子束柱切割出缺口，所述聚焦离子束柱相对于基板的主表面的平面成第一角度。利用第一成像带电粒子束显微镜测量在缺口处的一或多个结构的第一尺寸和第二尺寸的至少一者，第一成像带电粒子束显微镜相对于基板的主表面的平面成第二角度，所述第二角度不同于第一角度，第一尺寸和第二尺寸在X-Y平面上，且被按比例测量。利用具有光轴的第一成像带电粒子束显微镜按比例测量所述一或多个结构的第三尺寸。可以利用具有光轴的第一成像带电粒子束显微镜在相对于X-Y平面成一角度的方向上测量所述一或多个结构的所述第三尺寸。举例来说，第三方向可以是Z方向。X、Y及Z可以定义三维坐标系。
按比例测量三个尺寸，例如是沿着笛卡尔坐标系(X、Y及Z)的尺寸，可产生减小的或零的比例误差。可以避免校正计算误差。又此外，附加地或替代地，由于所有尺寸都是在一个影像中测量的，因此可以增加检测***的生产量及/或可以减少影像电荷化(imagecharging)或影像碳化。据此，特别是由于X、Y及Z之间的关系，可以提供更高精度的关键尺寸测量。举例来说，影像可以是包括由FIB切割的缺口的区域的影像。
图1示出根据本文所述的实施方式的用于检测基板的设备的侧视图。设备100包括真空腔室120。设备100还包括可以在其上支撑基板160的基板支撑件110。设备100包括第一成像带电粒子束显微镜130。此外，设备可以包括第二成像带电粒子束显微镜140。在图1所示的示例中，第一成像带电粒子束显微镜130及第二成像带电粒子束显微镜140布置在基板支撑件110上方。
如图1所进一步示出，基板支撑件110沿着X方向150延伸。在图1的绘图平面中，X方向150是左右方向。基板160设置在基板支撑件110上。基板支撑件110可沿着X方向150移动，以相对于第一成像带电粒子束显微镜130和第二成像带电粒子束显微镜140在真空腔室120中移动基板160。因此，可以将基板160的区域定位在第一成像带电粒子束显微镜130下方或第二成像带电粒子束显微镜140下方，以进行CD测量。所述区域可以包括用于CD测量的结构，所述结构包括在基板上的涂层中或涂层上。根据本公开内容的实施方式，提供了聚焦离子束柱(参见例如图2及图5)。可以在基板上的涂层中产生缺口，例如在基板上所提供的电子装置(例如TFT)中。基板支撑件110还可沿着Y方向(未绘示)移动，使得基板160可沿着Y方向移动，如下所述。通过适当地移动将基板160保持在真空腔室120内的基板支撑件110，可以在真空腔室120内测量基板160的整个范围。根据本公开内容的实施方式，特别是对于大面积基板，用于支撑基板的工作台可以限于在X方向、Y方向及Z方向上移动，以及在X-Y平面上旋转。
第一成像带电粒子束显微镜130与第二成像带电粒子束显微镜140，例如沿着X方向150，以距离135间隔开来。在图1绘示的实施方式中，距离135是第一成像带电粒子束显微镜130的中心与第二成像带电粒子束显微镜140的中心之间的距离。特别是，距离135是沿着X方向150的在由第一成像带电粒子束显微镜限定的第一光轴131与由第二成像带电粒子束显微镜140限定的第二光轴141之间的距离。第一光轴131和第二光轴141沿着Z方向151延伸。第一光轴131可以例如由第一成像带电粒子束显微镜130的物镜来限定。类似地，第二光轴141可以例如由第二成像带电粒子束显微镜140的物镜来限定。
如图1所进一步示出，真空腔室120具有沿着X方向150的内部宽度121。此内部宽度121可以是当从真空腔室120的左壁123沿着X方向通过真空腔室120至真空腔室120的右壁122时获得的距离。本公开内容的可选方面涉及例如和X方向150有关的设备100的尺寸，特别是对于在大面积基板上获得SEM影像的实施方式。根据实施方式，第一成像带电粒子束显微镜130与第二成像带电粒子束显微镜140之间沿着X方向150的距离135可以是至少30cm，例如是至少40cm。根据可与本文所述的其他实施方式结合的进一步的实施方式，真空腔室120的内部宽度121可以在第一成像带电粒子束显微镜130与第二成像带电粒子束显微镜140之间的距离135的250％至450％的范围内。据此，可以提供用于关键尺寸测量的高分辨率影像。
由本文所述的一些实施方式所提供的具有减小的尺寸的真空腔室的优点在于，由于振动的程度作为真空腔室的尺寸的函数而增加，因此可以减小真空腔室的一个或多个振动。据此，也可以有利地减小基板的振动幅度。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，用于检测大面积基板的设备可以进一步包括控制器180。控制器180可以连接(参见附图标记182)至基板支撑件110，且特别是基板支撑件的移动单元。此外，控制器180可以连接至成像带电粒子束显微镜(例如第一成像带电粒子束显微镜130和第二成像带电粒子束显微镜140)的扫描偏转器组件184。
控制器180包括中央处理单元(CPU)、存储器及例如支持电路。为了便于控制用于检测大面积基板的设备，CPU可以是可在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器(general purpose computer processor)之一，以用于控制各个腔室及子处理器。存储器耦接至CPU。所述存储器，或计算机可读介质，可以是一或多个容易获得的存储器装置，例如是随机存取存储器(random access memory)、只读存储器(read only memory)、软盘(floppy disk)、硬盘(hard disk)或任何其他形式的本地(local)或远程(remote)的数字储存器(digital storage)。支持电路可以耦接至CPU，以便以常规方式支持处理器。这些电路包括高速缓冲存储器(cache)、电源、时钟电路(clock circuit)、输入/输出电路、及相关的子***等。检测过程指令及/或用于在提供于基板上的电子装置中产生缺口的指令通常是作为软件程序(software routine)存储在存储器中，此软件程序通常被称为程序库(recipe)。此软件程序也可以由第二CPU(未绘示)存储及/或执行，此第二CPU远离由CPU所控制的硬件。当由CPU来执行时，此软件程序将通用计算机转换成专用计算机(控制器)，此专用计算机控制设备的操作，此操作例如是，除了其他事项，用于在成像过程期间控制基板支撑件的定位及带电粒子束的扫描。尽管本公开内容的方法及/或过程被讨论为实施为软件程序，但是其中揭露的一些方法步骤可以在硬件中进行、以及由软件控制器来进行。如此，实施方式可以由：在计算机***上所执行的软件、及作为专用集成电路的硬件或其他类型的硬件实现方式、或软件及硬件的组合来实施。控制器可以执行或进行根据本公开内容的实施方式的用于在基板上进行关键尺寸测量的方法。
如本文所使用的，成像带电粒子束显微镜可适于产生具有2keV或更低，特别是1keV或更低的着陆能量的低能量带电粒子束。与高能量射束相比，低能量射束在关键尺寸测量期间不会影响或劣化显示器背板结构。根据可与本文所述的其他实施方式结合的又进一步的实施方式，带电粒子能量，例如电子能量，在粒子束源与基板之间可以被增加至5keV或更高，例如10keV或更高。在柱内加速带电粒子减少带电粒子之间的相互作用、减小光电部件的像差，并且从而改善成像扫描带电粒子束显微镜的分辨率。
图2是计量***200的截面示意图。计量***200包括真空腔室205，真空腔室205中具有图1中所描绘的工作台或基板支撑件110。工作台或基板支撑件110支撑其上具有电子装置(未绘示)的大面积基板。真空腔室205与在真空腔室205中维持负压的真空泵210流体地耦接。FIB柱145和成像带电粒子束显微镜130至少部分地定位在真空腔室205中且在工作台(即基板支撑件110)上方。计量***200还包括二次电子检测器215。此二次电子检测器215用于在使用FIB柱145切割电子装置期间成像。
与具有FIB柱的常规LAB SEM(实验室扫描电子显微镜)相反(关于图3中所示的例子解释此常规LAB SEM)，本公开内容的实施方式提供了一或多个测量带电粒子束显微镜，其被定向为具有实质上垂直于基板的主表面的光轴。此外，聚焦离子束柱以约45°的第一角度定向。
对于如图3所示例性图示的具有FIB柱的常规LAB SEM，通常使样本或基板160相对于成像带电粒子束显微镜130倾斜。基板可以以任意角度倾斜。举例来说，使FIB柱垂直于基板的主表面(参见附图标记345)是有利的，因为用聚焦离子束切割的缺口的表面在聚焦离子束中心的周围为360°平滑。带电粒子束330通常沿着一光轴被引导(不考虑扫描偏转)，该光轴垂直于要用显微镜检测的缺口的表面307。据此，可以测量结构305的尺寸306。然而，为了获得结构305的层的厚度，根据FIB切割角度来进行校正，此切割角度可以例如是30°。此外，有鉴于基板的任意倾斜，也可能需要基于SEM的观察角度的校正。
此外，基板160的倾斜导致结构301的测量尺寸302及结构303的测量尺寸304的失真，也就是光学失真，因为这些结构不在显微镜的影像平面335中。据此，具有FIB柱的典型LAB SEM需要进行校正计算，其由于角度的原因，导致测量误差增加。由于影像深度透视而导致的失真更难以校正。
图4A示出了根据本公开内容的实施方式的用于在基板上进行关键尺寸测量的方法及用于检测基板的设备的实施方式。基板160实质上垂直于成像带电粒子束显微镜130的光轴。此外，由箭头445表示的聚焦离子束柱的切割角度约为45°。举例来说，切割角度可以是约42°至约48°。根据可以与其他实施方式结合的实施方式，可以在工作台之上提供聚焦离子束柱。聚焦离子束柱具有相对于基板的主表面的平面成第一角度的射束路径，其中所述角度例如可以是约42°至约48°。
根据本公开内容的实施方式，可以在单个SEM影像中测量X尺寸、Y尺寸及Z尺寸而没有任何比例误差。据此，可以减小或避免比例误差、不引起校正计算误差、可以增加产量、及/或通常可以改善特别是在X、Y、Z之间的关键尺寸的精度。通常，由FIB相对于基板的主表面的切割角度所提供的第一角度以及由光轴相对于基板的主表面所提供的第二角度是固定的。
参照图4B，示出了具有一或多个结构的电子装置的成像带电粒子束显微镜的示例性影像，基于45°的切割角度，按比例绘制了关键尺寸“d”。此外，基于显微镜的自上而下的影像，按比例绘制了关键尺寸“e”及关键尺寸“f”。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的又进一步的实施方式，举例来说，可以将关键尺寸“e”与结构的预定尺寸或期望尺寸(也就是在电子装置的制造期间所预期的尺寸)进行比较。用于关键尺寸测量的方法可以确定期望的尺寸。所测量的尺寸“e”可以利用期望尺寸“e”来补偿，从而产生补偿因子。可以利用补偿因子来校正及/或校准测量的尺寸“d”。根据一些实施方式，可以评估沿着基板的主表面测量的第一尺寸与沿着垂直于主表面的尺寸所测量的第三尺寸之间的关系。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，一种用于关键尺寸测量的方法可包括获得一个影像。举例来说，所述一个影像可以由一或多个帧来提供。从所述一个影像测量第一尺寸(在X方向上)、第二尺寸(在Y方向上)及第三尺寸(在Z方向上)，且按比例测量。举例来说，相对于由第一尺寸及第二尺寸所限定的平面(例如X-Y平面)，第三尺寸是垂直的或具有不同于0°的角度。
根据又进一步的实施方式，可以通过信号电子的强度信号来测量关键尺寸。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的实施方式，提供一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法。所述方法包括：利用扫描带电粒子束装置对提供于基板上的一或多个结构进行成像以获得影像，所述扫描带电粒子束装置的成像平面平行于基板的主表面，并且所述影像包括在基板中所产生的缺口；及沿着三维坐标系的三个不同方向，在所述影像处按比例测量关键尺寸。所述三个不同方向可包括第一方向、第二方向及第三方向，第一方向和第二方向限定与基板的主表面(例如X-Y平面)平行的平面，并且第三方向相对于所述平面成角度，特别是大约垂直于所述平面。第三方向可以是Z方向，例如是笛卡尔坐标系的Z方向。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，所测量的关键尺寸被按比例测量，并且包括相邻于切口的一或多个结构的第一尺寸和第二尺寸的至少一者、以及第三尺寸，第三尺寸是层厚度。所述层厚度可以是图4A中所示的结构405的厚度。所述层厚度以及平行于基板的主表面的关键尺寸可以被按比例测量。根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，影像的聚焦深度可以大于5μm且/或小于30μm。
图5示出了用于检测大面积基板的设备的另一示例。举例来说，在图2所示的设备中，第一成像带电粒子束显微镜130和第二成像带电粒子束显微镜140沿着Z方向(也就是垂直于X方向及Y方向)延伸，其中X-Y平面平行于基板支撑件110。FIB柱145可被提供为相对于基板的主表面成角度，所述角度不同于光轴的角度。根据可与本文所述的其他实施方式结合的实施方式，FIB柱相对于基板的主表面或基板支撑件(基板支撑件的平面，X-Y平面)的角度可以是42°至48°。
图5示出了根据本文所述的实施方式的用于检测基板的设备的侧视图。所述设备包括移动单元410。移动单元410适于沿着第一方向，例如沿着X方向150来移动基板支撑件，以将基板支撑件110定位在第一成像带电粒子束显微镜130下方及/或第二成像带电粒子束显微镜140下方。移动单元410可以适于使基板支撑件110沿着X方向150向前及向后(也就是在图5中向右及向左)移动。根据可与本文所述的其他实施方式结合的实施方式，此处所述的设备还包括移动单元，例如图5中所示的移动单元410。所述移动单元可适于沿着第一方向移动基板支撑件。移动单元410可以例如包括多个线性致动器(未绘示)，基板支撑件110放置在这些线性致动器上。替代地或附加地，移动单元可以例如包括用于沿着X方向150引导基板支撑件110的磁性引导***(未绘示)。在图5所示的示意表示中，移动单元410被布置在真空腔室120中。
移动单元可适于沿着第一方向将基板支撑件从靠近真空腔室的第一端或壁的位置移动至靠近真空腔室的第二端或壁的位置。移动单元可具有沿着第一方向的移动范围，其中移动单元可适于将基板支撑件移动至该移动范围内的任意目标坐标。
图5所示的设备可进一步包括另一移动单元(未绘示)，所述另一移动单元适于沿Y方向152移动真空腔室120中的基板支撑件110。移动单元410和另一移动单元可以形成适于在X-Y平面上移动基板支撑件110的共用(common)移动***。据此，通过适当地在X-Y平面上移动保持基板的基板支撑件110，可以将设置在基板支撑件110上的基板的任何区域定位在第一成像带电粒子束显微镜130下方或第二成像带电粒子束显微镜140下方，以用于目标部分的CD测量。基板支撑件可以被安装在另一移动单元上、或在由移动单元和另一移动单元所形成的共用移动***上。所述另一移动单元可适于相对于第一成像带电粒子束显微镜及/或相对于第二成像带电粒子束显微镜移动基板支撑件。所述另一移动单元可以具有沿着第一方向的移动范围，其中所述移动范围可以在基板宽度或基板接收区域的相应宽度的150％至180％的范围内。真空腔室可以具有沿着第一方向的第一内部尺寸，此第一内部尺寸是沿着第一方向的第一接收区域尺寸的150％至180％。
图5所示的设备100还包括适于在真空腔室120中产生真空的真空泵420。真空泵420经由连接件430(例如导管)流体地耦接至真空腔室120，其中连接件430连接真空泵420与真空腔室。经由连接件430，真空泵420可以排空真空腔室。据此，例如10-1mbar或更低的压力可被提供于真空腔室中。在操作期间，真空泵420会振动。经由连接至真空泵420及真空腔室120的连接件430，真空泵420的机械振动可被传递至真空腔室120。据此，不期望的振动可能被传递至真空腔室120及/或位于基板支撑件110上的基板(未绘示)。为了减缓真空泵420的振动，在设备100中，特别是在连接件430中包括减振器431。如图所示，减振器431经由第一联接器432耦接至真空泵420，并且经由第二联接器433耦接至真空腔室120。
图5进一步示出了适于测量真空腔室120的振动的振动传感器450。举例来说，振动传感器可适于测量真空腔室120的振动的幅度及/或频率。振动传感器450可进一步适用于测量一或多个方向上的振动。振动传感器450可以包括适于产生光束的光源(未绘示)。此光束可以被引导至真空腔室120上，例如被引导至真空腔室120的壁上，其中光束的至少部分可以从真空腔室被反射。振动传感器450可进一步包括检测器(未绘示)，此检测器用于检测从真空腔室120反射后的光束。据此，可以由振动传感器450收集关于真空腔室120的振动的信息。振动传感器可以是干涉仪。
根据一些实施方式，振动传感器被配置为用于测量影响成像带电粒子束显微镜与基板支撑件之间的相对位置的振动。如图5所示，有鉴于在真空腔室处产生的相对较大的振幅，可以在真空腔室处进行该测量。根据又进一步或另外的实现方式，振动传感器，例如是干涉仪或压电式(piezo)振动传感器，可以被安装在基板支撑件上以测量成像带电粒子束显微镜的相对位置(及位置变化)，或可以被安装至成像带电粒子束显微镜以测量基板支撑件的相对位置(及位置变化)。
由振动传感器450收集的数据可以被传递至控制单元(例如图1中的控制器180)，此数据有关于成像带电粒子束显微镜与基板支撑件之间的相对位置及/或真空腔室120的振动。使用由振动传感器450所收集的数据，控制单元可以控制设备100。特别是，使用由振动传感器450所收集的数据，控制单元可以控制第一成像带电粒子束显微镜130、第二成像带电粒子束显微镜140、移动单元410、或设备100中所包括的其他部件，例如如果振动传感器450指示真空腔室范围的振动超过预定限制，则暂时停止基板的CD测量。又进一步附加地或替代地，相对位置的测量可以用于以由相对位置的测量所产生的适当的校正因子来校正影像。
图6示出成像带电粒子束显微镜，也就是带电粒子束装置500，例如是如本文所述的第一成像带电粒子束显微镜及/或第二成像带电粒子束显微镜。带电粒子束装置500包括电子束柱20，此电子束柱20提供例如第一腔室21、第二腔室22及第三腔室23。第一腔室，也可以称为枪室(gun chamber)，包括具有发射器31和抑制器32的电子束源30。
发射器31连接至电源531，以用于对发射器提供电位。提供给发射器的电位可以使得电子束被加速至例如20keV或更高的能量。据此，发射器可以被加偏压至-1kV电压的电位，以针对接地的基板提供1keV的着陆能量。上电极562被提供在高电位，以用于以较高的能量引导电子通过柱。
利用图6中所示的装置，可通过电子束源30来产生电子束(未绘示)。此射束可以与射束限制孔径550对准，射束限制孔径550的尺寸被设计以使射束成形，也就是阻挡射束的一部分。此后，射束可以通过射束分离器580，射束分离器580将初级电子束与信号电子束(也就是与信号电子)分离。此初级电子束可以通过物镜聚焦在基板160上。基板160位于基板支撑件110上的基板位置上。在电子束冲击至基板160上时，从基板160释放出信号电子，例如二次及/或背散射电子或X射线，这可以由检测器598来检测。
在图6所绘示的示例性实施方式中，提供了会聚透镜520及射束成型或射束限制孔径550。二级(two-stage)偏转***540设置在会聚透镜与射束限制孔径550(例如是射束成型孔径)之间，用于使射束与孔径对准。可以通过抽取器或通过阳极来使电子加速至柱中的电压。可以例如由会聚透镜520的上电极或由另外电极(未绘示)来提供抽取器。
如图6所示，物镜具有磁性透镜部件561，此磁性透镜部件561具有磁极片64和63且具有线圈62，此线圈62将初级电子束聚焦在基板160上。基板160可以定位在基板支撑件110上。图6中所示的物镜包括形成物镜的磁性透镜部件60的上磁极片63、下磁极片64及线圈62。此外，上电极562和下电极530形成物镜的静电透镜部件。
此外，在图6所绘示的实施方式中，提供了扫描偏转器组件570。扫描偏转器组件570(也参见图1中的扫描偏转器组件184)可以例如是磁性的，但优选地是静电扫描偏转器组件，其被配置为用于高像素率。扫描偏转器组件570可以是单级(single stage)组件，如图6所示。替代地，还可以提供二级或甚至是三级偏转器组件。各个级沿着光轴2设置在不同的位置上。
下电极530连接至电压源(未绘示)。图6中绘示的实施方式示出在下磁极片64的下方的下电极530。下电极是物镜的浸没透镜部件(也就是减速场透镜部件)的减速电极，此下电极通常处于一电位，以提供带电粒子在基板上的2keV或更低，例如500V或1keV的着陆能量。
射束分离器580适于分离初级电子和信号电子。射束分离器可以是维恩过滤器(Wien filter)及/或可以是至少一个磁性偏转器，以使信号电子偏转离开光轴2。接着，由射束弯曲器591(例如是半球形射束弯曲器)和透镜595将信号电子引导至检测器598。可以提供其他元件，例如滤波器596。根据又进一步的修改，检测器可以是分段检测器，此检测器被配置成用于根据在样本处的起始角度来检测信号电子。
第一成像带电粒子束显微镜及第二成像带电粒子束显微镜可以是成像带电粒子束显微镜类型的带电粒子束装置，例如是图6所示的带电粒子束装置500。
图7绘示一种检测基板的方法、或在基板上(特别是在大面积基板上)进行CD测量的方法。利用成第一角度的聚焦离子束切割出缺口(参见方框702)。此第一角度可以是约45°。一或多个成像带电粒子束显微镜在X-Y平面(也就是平行于基板工作台或平行于基板的主表面的平面)中以第二(不同的)角度按比例测量(参见方框704)。此第二角度可以是约90°。第二角度也可以被有利地选择为具有短的工作距离，同时能够将大面积基板的多个位置定位在带电粒子束显微镜下方。举例来说，工作距离可以是小于1mm，例如是700μm或更小。此外，如方框706所示，在Z方向上提供按比例的尺寸测量。举例来说，可以从一个影像测量出三个尺寸，例如是三维坐标系的三个不同方向上的三个尺寸。
本公开内容的实施方式具有以下多个优点中的至少一者：可以提供关键尺寸测量而没有比例误差，特别是在三个不同方向上，例如是在三维坐标系的X、Y及Z方向上。可以减少或避免校正计算误差。可以由一个影像提供三个不同方向的CD测量。可以增加生产量，并且可以减少充电及/或碳化。因此，可以提供高精度的CD测量，特别是对于三维坐标系的不同方向，例如是X、Y及Z。又此外，可以在大面积基板上以高分辨率，例如低于10nm，提供CD测量。可以减少大面积基板上EBR的分辨率限制，以实现更高的分辨率。特别是对于大面积基板，可以在三维坐标系的三个不同方向上进行CD测量。
虽然上述内容是关于一些实施方式，但可在不背离基本范围的情况下，设计出其他及更进一步的实施方式，且范围由随附的权利要求书而定。

Claims (21)

1.一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法，包括：
在所述基板的主表面在X-Y平面上的情况下支撑所述基板；
利用聚焦离子束柱切割出缺口，所述聚焦离子束柱相对于所述基板的所述主表面的平面成第一角度；
利用第一成像带电粒子束显微镜测量相邻于所述缺口的一或多个结构的第一尺寸和第二尺寸的至少一者，所述第一成像带电粒子束显微镜具有光轴，所述光轴相对于所述基板的所述主表面的所述平面成第二角度，所述第二角度不同于所述第一角度，所述第一尺寸和所述第二尺寸在所述X-Y平面上，且被按比例测量；及
利用具有所述光轴的所述第一成像带电粒子束显微镜，在相对于所述X-Y平面成角度的方向上，按比例测量所述一或多个结构的第三尺寸。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一尺寸或所述第二尺寸是在所述基板上的距离，特别是在所述X-Y平面上的距离。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述第一角度是约42°至约48°。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第二角度是约89°至约91°。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括：
对包括所述缺口的所述基板的区域进行成像以获得影像，其中测量第一尺寸和第二尺寸的至少一者是基于所述影像，并且其中测量所述第三尺寸是基于所述影像。
6.如权利要求5所述的方法，其中测量所述第一尺寸、所述第二尺寸及所述第三尺寸的至少一者是通过所述影像的强度信号来测量的关键尺寸测量。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：
确定按比例测量的所述第一尺寸或所述第二尺寸的期望尺寸；
基于所述期望尺寸，校正按比例测量的所述第三尺寸。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一角度和所述第二角度是固定的。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中用于支撑所述基板的工作台被限制于在X方向、Y方向及Z方向上的移动，以及在所述X-Y平面中的旋转。
10.一种用于在基板上进行关键尺寸测量的方法，包括：
利用扫描带电粒子束装置对提供于所述基板上的一或多个结构进行成像以获得影像，所述扫描带电粒子束装置的成像平面平行于所述基板的主表面，并且所述影像包括在所述基板中所产生的缺口；
沿着三维坐标系的三个不同方向，在所述影像处按比例测量关键尺寸。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述三个不同方向包括第一方向、第二方向及第三方向，所述第一方向和所述第二方向限定与所述基板的所述主表面平行的平面，并且所述第三方向相对于所述平面成角度，特别是约垂直于所述平面。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述平面是X-Y平面，并且所述第三方向是Z方向。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述关键尺寸包括与所述缺口相邻的一或多个结构的第一尺寸和第二尺寸的至少一者以及第三尺寸，所述第三尺寸是层厚度。
14.如权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述影像的聚焦深度大于5μm且/或小于30μm。
15.一种用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，所述设备包括：
真空腔室；
工作台，所述工作台布置在所述真空腔室中，并且被配置成支撑其上具有所述电子装置的所述基板；
在所述工作台之上的聚焦离子束柱，所述聚焦离子束柱具有相对于所述基板的主表面的平面成第一角度的射束路径；及
相邻于所述聚焦离子束柱的第一成像带电粒子束显微镜，所述第一成像带电粒子束显微镜具有相对于所述基板的所述主表面的所述平面成第二角度的光轴，所述第二角度与所述第一角度不同，所述第二角度被配置成减小光学失真，且所述第一角度被配置成允许沿着所述电子装置的三个方向按比例进行关键尺寸测量。
16.如权利要求15所述的用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，其中所述第一角度是约42°至约48°。
17.如权利要求15至16中任一项所述的用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，其中所述第二角度是约89°至约91°。
18.如权利要求15至17中任一项所述的用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，所述工作台提供基板接收区域，所述设备进一步包括：
第二成像带电粒子束显微镜，与所述第一成像带电粒子束显微镜之间具有一距离，所述距离是所述基板接收区域的尺寸的30％至70％。
19.如权利要求15至18中任一项所述的用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，进一步包括：
控制器，包括：处理器及存储指令的存储器，当由所述处理器执行时所述指令致使所述设备执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。
20.如权利要求15至19中任一项所述的用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，其中所述真空腔室具有内部尺寸，所述内部尺寸为基板接收区域的150％至180％。
21.如权利要求15至20中任一项所述的用于检测基板并在所述基板上切割电子装置的设备，其中所述第二成像带电粒子束显微镜与所述第一成像带电粒子束显微镜相距至少30cm的距离。
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