具体实施方式

现在，详细参考示例性实施例，其示例在附图中说明。以下描述参考附图，其中除非另有表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元件。在示例性实施例的以下描述中所阐述的实现方式并不代表与本发明一致的所有实现方式。相反，它们仅是与如所附权利要求中所陈述的与本发明有关的各方面一致的装置和方法的示例。

在减小了设备的物理大小的同时，通过显著增加诸如IC芯片上的晶体管、电容器、二极管等之类的电路组件的封装密度，可以增强电子设备的计算能力。例如，智能电话的IC芯片(其为拇指指甲大小)可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人发的1/1000。因此，半导体IC的制造是一个复杂且耗时的过程，具有数百个单独的步骤，这不足为奇。即使一步出现误差，也有可能极大地影响最终产品的功能。即使是一个“致命缺陷”也可能导致设备故障。制造过程的目标是提高过程的总良品率。例如，为了使50步工艺的良品率达到75％，每个步骤的良品率必须大于99.4％，如果单步良品率为95％，则整个过程的良品率降至7％。

虽然在IC芯片制造设施中需要高工艺良品率，但是维持高芯片生产量(其被定义为每小时处理的芯片的数目)也至关重要。尤其是在需要操作员干预以检查缺陷的情况下，缺陷的存在会影响高工艺良品率和高芯片生产量。因此，通过检查工具(诸如SEM)进行高生产量检测和微米级缺陷和纳米级缺陷的标识对于维持高良品率和低成本至关重要。

SEM使用经聚焦电子束扫描晶片的表面。电子与晶片相互作用、并且生成次级电子。通过使用电子束扫描芯片并且使用检测器捕获次级电子，SEM生成芯片图像，该图像显示了正在被检查的芯片区域内的内部器件结构。

传统SEM检查工具获得晶片区域的单个图像，并且比较所获得的图像与参考图像，该参考图像代表没有任何缺陷的对应器件结构。从图像的比较中检测到的差异可以指示受检查的晶片区域中的缺陷。

然而，因为缺陷式薄型结构的电气特点会随时间而发生改变，所以这种传统检查技术(例如在任意时间点仅捕获单个图像)可能无法用于标识薄型器件结构中的缺陷。例如，即使受检查的晶片中实际上存在缺陷，由于薄型结构的这种时间相关行为，所以有时也可能在正确时刻捕获单个所获得的图像，并且显示出与参考图像的差异，但是其他时间所获得的图像可能根本无法显示任何差异。因此，传统SEM检查工具不能可靠标识薄型器件结构中的缺陷。

本公开的一个方面包括一种改进检查工具，该检查工具可以可靠检测显示上文所描述的时间相关行为的薄型器件缺陷。例如，改进检查工具可以在时间序列上从晶片的相同区域获得多个图像。通过比较同一位置的多个图像(其中那些图像在不同的时间被采样)，改进检查工具可以检测到由晶片区域内的薄型器件缺陷引起的电气特点的任何改变。

为了清楚起见，附图中的部件的相对尺寸可能被放大。在附图的以下描述中，相同或相似的附图标记是指相同或相似的组件或实体，并且仅对关于各个实施例的差异进行描述。如本文中所使用的，除非另有明确说明，否则术语“或”涵盖所有可能组合，除不可行之外。例如，如果陈述数据库可以包含A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则数据库可以包含A或B或A和B。作为第二示例，如果陈述数据库可以包含A、B或C，则除非另有说明或不可行，否则数据库可以包含A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。

现在，参考图1，图1是图示了根据本公开的实施例的示例性带电粒子束检查系统100的示意图。如图1所示，带电粒子束检查系统100包括主腔室10、装载锁定腔室20、电子束工具40、以及设备前端模块(EFEM)30。电子束工具40位于主腔室10内。虽然描述和附图针对电子束，但是应当领会，实施例不用于将本公开限制为特定带电粒子。

EFEM 30包括第一加载端口30a和第二加载端口30b。EFEM 30可以包括其他装载端口。第一装载端口30a和第二装载端口30b可以例如接纳晶片前开式传送盒(FOUP)，该FOUP含有待检查的晶片(例如，半导体晶片或由一种或多种其他材料制成的晶片)或样本(晶片和样本以下统称为“晶片”)。EFEM 30中的一个或多个机器人臂(未示出)将晶片运送到装载锁定腔室20。

装载锁定腔室20可以连接到负载锁定真空泵系统(未示出)，该负载锁定真空泵系统除去装载锁定腔室20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，一个或多个机器人臂(未示出)将晶片从加载锁定腔室20运送到主腔室10。主腔室10连接到主腔室真空泵系统(未示出)，该系统除去主腔室10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，通过电子束工具40对晶片进行检查。在一些实施例中，电子束工具40可以包括单束电子检查工具。在其他实施例中，电子束工具40可以包括多束电子检查工具。

控制器50电连接到电子束工具40。控制器50可以是被配置为执行带电粒子束检查系统100的各种控制的计算机。虽然控制器50在图1中被示为在包括主腔室10、装载锁定腔室20和EFEM 30的结构外部，但是应当领会，控制器50可以是该结构的一部分。虽然本公开提供了容纳电子束检查工具的主腔室10的示例，但是应当注意指出，本公开的各方面在其最广意义上并不限于容纳电子束检查工具的腔室。相反，应当领会，前述原理也可以应用于在第二压力下操作的其他工具。

现在，参考图2，图2是图示了根据本公开的实施例的包括电子束工具40和图像处理系统250的示例性成像系统200的示意图。

如图2所示，电子束工具40可以包括电动台201以及晶片保持器202，该晶片保持器202由电动台201支撑以保持待检查晶片203。电子束工具40还可以包括复合物镜204、电子检测器206(其包括电子传感器表面)、物镜孔208、聚光镜210、束限制孔212、枪孔214、阳极216、以及阴极218，其中电子束工具40中的一个或多个可以与电子束工具40的光轴217对准。在一些实施例中，检测器206可以偏离轴217布置。

在一些实施例中，复合物镜204可以包括改进摆动减速浸入物镜(SORIL)，其可以包括极片204a、控制电极204b、偏转器或一组偏转器204c、以及激发线圈204d。附加地，电子束工具40可以包括能量色散X射线光谱仪(EDS)检测器(未示出)，其用于表征晶片上的材料。

通过在阳极216与阴极218之间施加电压，可以从阴极218发射初级电子束220。初级电子束220可以穿过枪孔214和束限制孔212，这两者都可以确定进入聚光透镜210的电子束的电流，该聚光透镜位于束限制孔212下方。聚光透镜210可以在束进入物镜孔208之前聚焦初级电子束220，以设置电子束在进入复合物镜204之前的电流。

复合物镜204可以将初级电子束220聚焦到晶片203上以进行检查，并且可以在晶片203的表面上形成探测斑222。一个或多个偏转器204c可以使初级电子束220偏转以扫描晶片203上的探测斑222。例如，在扫描过程中，可以控制一个或多个偏转器204c以在不同的时间点使初级电子束220依次偏转到晶片203的顶部表面的不同位置上，以提供用于晶片203的不同部分的图像重建的数据。而且，在一些实施例中，还可以控制偏转器204c以在不同时间点使初级电子束220偏转到在特定位置处的晶片203的不同侧面上，以提供用于该位置处的晶片结构的立体图像重建的数据。进一步地，在一些实施例中，阳极216和阴极218可以被配置为生成多个初级电子束220，并且电子束工具40可以包括多个偏转器204c，其用于将多个初级电子束220同时投影到晶片203的不同部分/侧面。

当电流施加到励磁线圈204d上时，可能在晶片表面区域中生成轴向对称(即，围绕光轴217对称)的磁场。正由初级电子束220扫描的晶片203的一部分浸没在磁场中。在一些实施例中，不同的电压可以施加到晶片203、极片204a和控制电极204b上，以在晶片表面附近生成轴向对称的减速电场。电场可以减少束的电子与晶片203碰撞之前在晶片的表面附近撞击初级电子束220的能量。与极片204a电隔离的控制电极204b可以控制晶片上的轴向对称的电场，以防止晶片生成微弧并且通过轴向对称的磁场确保适当的束一起聚焦在晶片表面处。

继接收初级电子束220之后，可以从晶片203的一部分发射次级电子束230。次级电子束230可以包括由于初级电子与晶片203的相互作用而生成的反向散射电子、次级电子或俄歇电子。可以通过电子检测器206的传感器表面接收次级电子束230。在一些实施例中，电子检测器206可以生成信号(例如，电压、电流等)，该信号代表次级电子束230和230的强度；并且可以将信号提供给与电子检测器206通信的图像处理系统250。次级电子束230的强度可以根据晶片203的外部结构或内部结构而发生变化，因此可以指示晶片203是否包括缺陷。而且，如上文所讨论的，初级电子束220可以被投影到晶片203的顶部表面的不同位置上或特定位置处的晶片203的不同侧面上，以生成不同强度的次级电子束230。因此，通过对晶片203的区域和次级电子束230的强度进行映射，图像处理系统250可以重构图像，该图像反映晶片203的内部结构或外部结构的特点。

在一些实施例中，成像系统200还可以包括图像处理系统250，该图像处理系统250包括图像获取器260、存储器270、以及控制器50。图像获取器260可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器260可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算设备等、或其组合。图像获取器260可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线广播或其组合之类的介质通信耦合到电子束工具40的检测器206。在一些实施例中，图像获取器260可以从检测器206接收信号并且可以构造图像。因此，图像获取器260可以获取晶片203的图像。图像获取器260还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示器等。图像获取器260可以被配置为执行对所获取图像的亮度和对比度等的调整。在一些实施例中，存储装置270可以是存储介质，诸如硬盘、闪存驱动器、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等。存储装置270可以与图像获取器260耦合，并且可以用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和经后处理图像。图像获取器260和存储装置270可以连接到控制器50。在一些实施例中，图像获取器260、存储装置270和控制器50一起可以集成为一个控制单元。

在一些实施例中，图像获取器260可以基于从检测器206接收的成像信号来获取样本的一个或多个图像。成像信号可以与用于进行带电粒子成像的扫描操作相对应。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装置270中。单个图像可以是可以被划分为多个区域的原始图像。区域中的每个区域可以包括包含晶片203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片203的单个成像区域的多个图像。多个图像可以存储在存储装置270中。在一些实施例中，图像处理系统250可以被配置为针对晶片203的同一位置的多个图像进行图像处理步骤。

在一些实施例中，图像处理系统250可以包括测量电路系统(例如，模数转换器)以获得所检测的次级电子的分布。与入射在晶片表面上的初级电子束220的对应扫描路径数据相结合，在检测时间窗口期间收集的电子分布数据可以用于重构受检查的晶片结构的图像。所重构的图像可以用于揭示晶片203的内部结构或外部结构的各种特征，从而可以用来揭示晶片中可能存在的任何缺陷。

而且，尽管图2示出了电子束工具40使用单个初级电子束，但是应当领会，电子束工具40还可以是使用多个初级电子束的多束检查工具。本公开不会限制用于电子束工具40的初级电子束的数目。

现在，参考图3，其是示出了相对于初级电子的着陆能量的次级电子的生产率的示例性图表。该图表图示了初级电子束(诸如图2的初级电子束220)的着陆能量与次级电子束(诸如图2的次级电子束230)的生产率的关系。生产率指示响应于初级电子的冲击生成了多少个次级电子。例如，高于1.0的生产率指示：与已经着陆在晶片上的初级电子的数量相比，可以生成数量较大的次级电子。同样，低于1.0的生产率指示响应于初级电子的冲击而可以生成数量较小的次级电子。

如图3的图表所示，当初级电子的着陆能量在E₁至E₂的范围内时，离开晶片表面的电子可能比已经着陆到表面上的电子更多，因此在晶片表面处生成正电势。在一些实施例中，可以在着陆能量的前述范围内执行缺陷检查，其被称为“正模式”。如关于图4更详细地所描述的，因为检测器(诸如图2的检测器206)可以接收数量较小的次级电子，所以正表面电势较高的器件结构可以生成较暗的电压对比图像。

当着陆能量低于E₁或高于E₂时，数量较小的电子可能离开表面，从而在表面处生成负电势。在一些实施例中，可以在着陆能量的该范围内执行缺陷检查，其被称为“负模式”。负表面电势较高的器件结构可以生成芯片的较亮的电压对比图像。

在一些实施例中，初级电子束的着陆能量可以通过电子枪与晶片之间的总偏压来控制。

现在，参考图4，其是根据本公开的实施例的芯片的器件结构的电压对比响应的示意图。在一些实施例中，可以使用带电粒子检查系统的电压对比方法来检测晶片上的物理缺陷和电气缺陷。为了使用电压对比图像来检测缺陷，通常采用被称为预充电的过程，其中，带电粒子在进行检查之前施加到待检查区域上。预充电可以用于增强电压对比型缺陷信号，例如，如美国专利号8,748,815和8,759,762中所讨论的，其全部内容通过引用并入本文。

例如，电子束工具可以用于基于晶片对初级电子束的照射的电压对比响应来检测晶片(诸如图2的晶片203)的内部结构或外部结构中的缺陷。在一些实施例中，晶片可以包括测试设备420，该测试设备420在衬底410的顶部上显影。在一些实施例中，测试设备420可以包括由绝缘材料450分开的多个器件结构430和440。例如，器件结构430连接到衬底410。相比之下，器件结构440由绝缘材料450间隔开，该绝缘材料450在器件结构440与衬底410之间形成薄型绝缘体结构470(例如，薄型氧化物)。

当电子束工具(诸如图2的电子束工具40)使用初级电子(诸如图2的初级电子束220)扫描测试设备420的表面时，可以从表面生成次级电子(诸如图2的次级电子束230)。如先前在图2中所描述的，当初级电子的着陆能量在E₁至E₂的范围内(使得生产率高于1.0)时，离开晶片表面的电子可能多于已经着陆在表面上的电子，从而在芯片表面处生成正电势。

图4透视了如何在晶片表面处积聚正电势。例如，在电子束扫描测试设备420之后(例如，在预充电阶段期间)，因为器件结构440没有连接到衬底中的电接地，所以器件结构440可以保留更多的正电荷，从而在器件结构440的表面处生成正电势。相比之下，尽管已经施加了具有相同着陆能量(因此产生相同的生产率)的初级电子，但是因为通过经由与衬底410的连接而供应的额外电子可以中和积聚的正电荷，所以器件结构430可以保留较少的正电荷。

图像处理系统(诸如图2的图像处理系统250)可以分别生成对应器件结构430和440的电压对比图像435和445。例如，器件结构430短接到接地，并且不能保留在预充电阶段积聚的正电荷。如此，当在检查阶段期间初级电子束着陆在晶片的表面上时，器件结构430可以排斥更多的次级电子，从而在电压对比图像上生成较亮区域。相比之下，器件结构440没有与衬底或任何其他接地的连接，因此可以保留在预充电阶段积聚的正电荷，其可以使得器件结构440在检查阶段排斥较少的次级电子，从而在电压对比图像上生成较暗区域。

传统缺陷检查工具在预充电阶段期间使用电子在晶片表面上积聚电势。在预充电之后，检查工具获得晶片内多个管芯的图像。因为所有管芯都可以包含相同的器件结构，可以通过比较来自多个管芯的这些图像的电压对比差异来检测该缺陷。例如，如果图像中的一个图像的电压对比水平低于或高于其他图像，则可以确定对应管芯在管芯区域中具有缺陷。传统检查技术假设在整个检查阶段中，在预充电阶段积聚的表面电势可能保持高于工具的检测水平。

然而，随着半导体工艺技术节点收缩(例如，10nm、7nm及更低)，由于电气击穿或隧穿的影响，所积聚的表面电势水平可能在检查阶段期间发生改变，从而导致无法检测到薄型器件缺陷。当足够高的电压施加到诸如绝缘体结构470之类的薄型绝缘体结构(例如，薄型氧化物)时，泄漏电流可以流过该薄型绝缘体结构，并且该薄型绝缘体结构可能不能完全用作绝缘体。这可能会影响电路功能性并且导致故障。类似泄露电流效应也可能通过高电阻金属层(例如，硅化钴(例如，CoSi、CoSi₂、Co₂Si、Co₃Si等)层)出现在钨(W)插塞与场效应晶体管(FET)的源极区域或漏极区域之间。

绝缘体结构470可以表示易受这种击穿效应影响的薄型缺陷。例如，由于制造误差，即使器件结构430和440都被设计为与衬底410接触并且以相同方式运转，绝缘体结构470也可能已经以有缺陷的方式在器件结构440中产生。缺陷蚀刻工艺可能留下薄型氧化物，从而导致在应该电连接的两个结构(例如，器件结构440与衬底410)之间生成不希望的电气阻塞(例如，开路)。

在这种情况下，如果绝缘体结构470足够厚(例如，大于10nm)，则在器件结构440中积聚的正电荷不会通过绝缘体结构470泄漏，因此，通过在检查阶段期间拍摄一个样本图像并且将图像与参考图像进行比较，传统缺陷检查工具可能检测到缺陷。结果，可以检测到435和445之间的电压对比差，从而指示器件结构440中的缺陷(例如，绝缘体结构470)。

然而，随着绝缘体结构470变薄(例如，小于10nm)，由于上文所描述的泄漏电流，器件结构440中积聚的正表面电势水平可能随时间减小的可能性更高。随着器件结构440丢失正电荷，电压对比水平也可能随着时间的推移从较暗(例如，图像445)变为较亮(例如，图像446)，并且因为电压对比水平低于检测器(例如，图像447)的阈值，所以最终检查工具可能无法检测到任何东西。结果，截止检查阶段开始并且检查工具开始对电压对比图像进行采样时，由于穿过薄型绝缘体结构470的泄漏电流，所以器件结构440中积聚的正电势可能全部消失，从而导致器件结构430和440之间的表面电势没有差异。在这种情况下，如果传统检查工具在正电荷全部消失之后对图像进行采样，则该缺陷检查工具可能无法可靠检测到薄型器件缺陷。例如，检查工具可能无法检测到电压对比图像435(来自器件结构430的)和电压对比图像447(来自器件结构440的)之间的任何差异。

因此，为了检测到易于受上文所描述的积聚的表面电势的时间相关改变影响的薄型器件缺陷，检查工具可以在一个或多个时间序列上对晶片的多个图像进行采样，同时逐渐增加表面电势，以使可以通过多个图像的序列来捕获时间相关改变。附加地，在一些实施例中，检查工具可以使用低能量的初级电子来对晶片逐渐充电，而不会在预充电阶段期间招致这种击穿效应。在其他实施例中，在预充电正在进行的同时，检查工具可以进行采样并生成电压对比图像，以使即使在预充电阶段期间也可以捕获瞬态电压对比改变。

前面描述已经描述了导致对应特征显现出明亮的短路条件的存在、以及导致对应特征显现出黑暗的开路条件的存在。然而，本领域技术人员应当领会，依据测试结构的实际处理或电子束工具的设置，明亮外观和黑暗外观可以发生改变甚至被反转。

现在，参考图5A，其是根据本公开的实施例的示例性电压对比图像在时间序列上的图示。在一些实施例中，缺陷检查过程可以包括预充电阶段501和检查阶段503。在预充电阶段501期间，成像系统(诸如图2中的成像系统200)使用电子来在晶片表面上积聚电势。如上文所解释的，为了检测薄型器件缺陷，成像系统可以使用低能电子来逐渐积聚表面电势，而不会在进行预充电的同时招致击穿或隧穿。在检查阶段503期间，在一些实施例中，成像系统可以在时间序列上对晶片(诸如图2中的晶片203)的位置区域的多个图像进行采样。通过比较相同位置但来自不同时间的多个电压对比图像，该系统可以检测到表面电势随时间的改变，该变化指示由于薄型器件缺陷而导致的器件击穿或隧穿效应。

例如，如图5A所示，在预充电阶段501的开始时，表面电势可能不足以显示任何可检测到的电压对比区域，如电压对比图像510和512所示。在预充电阶段结束时，黑暗电压对比(DVC)区域560a、562a和564a可能开始显现(例如，在时间T_pre3处)。

在一些实施例中，在预充电阶段501期间，电子束工具(诸如图2中的电子束工具40)可以使用具有比传统系统更低能量的初级电子，以在预充电阶段期间(例如，在电压对比图像的采样开始之前)避免器件击穿，如上文所解释的。

在其他实施例中，电子束工具可以跳过预充电阶段501并且从检查阶段503开始检查过程，以检测薄型器件结构缺陷。在这样的实施例中，一旦发起检查过程，电子束工具就可以开始对图像进行采样。因为在晶片的表面处不存在电位的预充电，所以在对图像进行连续采样的同时，用于图像生成的初级电子束扫描可以用于在晶片的表面处逐渐积聚电荷。

在预充电完成之后，电子束工具可以在时间序列上开始从晶片的区域对图像进行多次采样。例如，如图5A所示，在检查阶段期间，分别在时间T₁、T₂、T₃、T₄和T₅对多个图像530、532、534、536和538进行采样。

在时间T₁，图像530显示存在三个DVC区域560a、562a和564a。DVC区域560b、562b和564b可以表示三个器件结构(诸如图4的器件结构440)中积聚的表面电势。在时间T₂和T₃，图像532和534显示再次检测到DVC区域560b、562b和564b，这可以指示积聚的正电荷保留在器件结构中并且从时间T₁起保持不变。

在时间T₄处，图像536显示DVC区域562b消失，而DVC区域560b和564b仍然存在。这可以指示用于DVC区域562b的对应器件结构可能由于泄漏电流而丢失了积聚的正电荷，从而导致表面电势下降到不可检测的水平(例如，击穿效应)。当向薄型结构(例如，图4的绝缘体结构470)施加高压时，即使该结构由绝缘材料制成，泄露电流也可能流过该薄型结构。当器件结构较薄时，泄漏电流的比率较高。例如，如果器件结构的厚度例如小于10nm，则器件击穿可能更频繁地发生。因此，因为通过薄型器件结构缺陷引起的器件击穿，所以可能已经中和了DVC区域562b的对应器件结构处积聚的正电荷。

在一些实施例中，可以通过检测对表面电势的这种瞬态效应来标识薄型器件结构缺陷。例如，电子束工具可以比较相同位置的多个图像，例如，图像530、532、534、536和538，并且检测DVC区域随时间序列的改变，以标识薄型器件结构缺陷。在一些实施例中，通过比较相同位置但来自不同时间的多个电压对比图像，系统可以检测到表面电势随时间的改变，其指示由于薄型器件缺陷而导致的器件击穿。例如，如图5B所示，(在时间T₃处采样的)电压对比图像534和(在时间T₄处采样的)电压对比图像536示出了DVC区域562b在时间T₃和T₄之间已经消失，从而可以指示对应器件结构可以包括薄型器件结构缺陷。

尽管图5A图示了具有五个图像的示例，但是应当领会，可以使用两个或更多个图像来检测薄型器件结构缺陷。更进一步地，尽管图5A和图5B中所示出的图像图示了使用黑暗电压对比的检测机构，但是应当领会，当电子束工具在负模式下操作时，还可以使用明亮电压对比。

在一些实施例中，可以调整采样时间T₁、T₂、T₃、T₄和T₅之间的时间间隔以捕获对电压对比图像的瞬变效应的不同时序。该时序可能取决于在预充电阶段供应的电流数量，或取决于薄型器件结构缺陷的特点，诸如结构的厚度、由于击穿而导致的电子移动通过结构的速度等。

在一些实施例中，因为电子束工具在正模式下操作(例如，E₁<着陆能量<E₂)，所以可以积聚正表面电势。在其他实施例中，因为电子束工具在负模式下操作(例如，着陆能量＜E₁或着陆能量＞E₂)，所以可以积聚负电势。

现在，参考图6，其是根据本公开的实施例的电压对比图像的示例性处理的图示。在一些实施例中，检查工具(诸如图2中的成像系统200)可以将一组电压对比图像与另一组电压对比图像进行比较。例如，检查工具可以生成第一组电压对比图像610和第二组电压对比图像640，然后逐一比较来自每组的对应图像(例如，612对642、614对644、616对646、618对648)来检测薄型器件结构处的击穿所引起的时间相关缺陷。在一些实施例中，可以从晶片的相同位置但是在两个不同的时间序列上对两组电压对比图像610和640进行采样。在其他实施例中，可以从晶片的第一位置对第一组电压对比图像610进行采样，而可以从晶片的第二位置对第二组电压对比图像640进行采样，其中晶片的第一位置和第二位置可以包括相同的器件结构。

如图6所示，第一组电压对比图像610图示了DVC区域621可以暂时消失(如在图像616上一样)并且再次出现(如在图像618上一样)。由于通过薄型器件结构的泄漏电流引起的击穿可能导致消失。击穿之后，因为随后扫描初级粒子束以供检查，可能再次积聚正表面电势，从而导致DVC区域621可能重新出现，如图像618上所示。检查工具可以通过将电压对比图像616和电压对比图像646进行比较，从而检测DVC区域621的瞬态改变。因为两组图像(610和640)表示(要么来自相同位置，要么来自具有相同器件结构的不同位置的)相同的器件结构，所以图像616和646之间的差异可以指示晶片位置处的薄型器件缺陷。

现在，参考图7，其是图示了根据本公开的实施例的用于检测时间相关缺陷的示例性方法的流程图。该方法可以由成像系统(诸如图2的成像系统200)执行。

在步骤710中，电子束工具(诸如图2的电子束工具40)对受检查的晶片进行预充电，以在晶片表面上积聚电势。当电子束工具使用初级电子(诸如图2的初级电子束220)扫描晶片的表面时，可以从该表面生成次级电子(诸如图2的次级电子束230)。如之前在图2中所描述的，当初级电子的着陆能量在E₁至E₂的范围内(使得生产率高于1.0)时，离开晶片表面的电子可能比已经着陆在表面上的电子多，从而在芯片表面处生成正电势。

如果绝缘体结构(诸如图4的绝缘体结构470)足够厚(例如，大于10nm)，则器件结构(诸如图4的器件结构440)中积聚的正电荷不会通过绝缘体结构泄漏，因此传统缺陷检查工具可能会在检查阶段期间通过拍摄一个样本图像来检测缺陷。结果，可以检测到缺陷结构与无缺陷结构之间的电压对比差异。

然而，随着器件结构变薄(例如，小于10nm)，由于电气击穿或隧穿效应，所以检查阶段期间积聚的表面电势水平可能发生改变的可能性很高。结果，到检查阶段开始并且检查工具开始对电压对比图像进行采样时，由于击穿或其他薄膜有关机构，所以器件结构中积聚的正电势可能会通过薄型绝缘体结构全部消失，从而导致缺陷器件结构与无缺陷器件结构之间的表面电势没有差异，也不会导致低于检测阈值的差异。结果，传统缺陷检查工具可能无法检测到薄型器件缺陷。因此，成像系统可以使用低能量的初级电子来逐渐对晶片进行充电，以避免引起击穿，该击穿导致在预充电阶段期间丢失表面电势。

在步骤720中，在对晶片进行预充电之后，电子束工具在不同的时间(例如，图5A的采样时间T₁、T₂、T₃、T₄和T₅)从晶片的相同位置区域对多个电压对比图像(例如，图5A的图像530、532、534、536和538)进行采样。为了检测到表面电势随时间的改变，在一些实施例中，检查工具可以在一定时间序列上从晶片的相同位置区域对图像进行多次采样，同时逐渐增加表面电势。

在步骤730中，图像处理系统(诸如图2的图像处理系统250)处理多个电压对比图像，并且检测多个图像之间的黑暗电压对比(DVC)差异，以标识薄型器件结构中的缺陷。在一些实施例中，通过比较相同位置但是来自不同时间的多个电压对比图像，系统可以检测到表面电势随时间的改变，该变化指示由于薄型器件缺陷而导致的器件击穿。例如，如图5B所示，(在时间T₃处采样的)电压对比图像534和(在时间T₄处采样的)电压对比图像536示出了DVC区域562b在时间T₃和T₄之间已经消失，从而可以指示对应器件结构可以包括薄型器件结构缺陷。在一些实施例中，可以检测到明亮的电压对比差异。

还可以使用以下条款对实施例进行描述：

1.一种用于检查晶片的带电粒子束系统，包括：

带电粒子束源，包括电路系统，该电路系统在一个或多个时间序列上将带电粒子引导到晶片的一个或多个区域；以及

控制器，包括电路系统，该电路系统用于：

在一个或多个时间序列中的第一时间序列期间，生成一个或多个区域中的第一区域的第一组图像；以及

处理第一组图像，以检测晶片中的薄型器件结构中的缺陷。

2.根据条款1所述的系统，其中控制器包括电路系统，该电路系统用于：

从第一组图像中采样第一图像和第二图像，其中第一图像在第一时间序列的第一时间处被采样，而第二图像在第一时间序列的第二时间处被采样；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域中的第一区域处的缺陷。

3.根据条款1所述的系统，其中控制器包括电路系统，该电路系统用于：

在一个或多个时间序列中的第二时间序列期间，生成一个或多个区域中的第一区域的第二组图像；

从第一组图像中采样第一图像，而从第二组图像中采样第二图像；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域中的第一区域处的缺陷。

4.根据条款1所述的系统，其中控制器包括电路系统，该电路系统用于：

在一个或多个时间序列中的第二时间序列期间，生成一个或多个区域中的第二区域的第二组图像，其中第一区域和第二区域包括相同器件结构；

从第一组图像中采样第一图像，而从第二组图像中采样第二图像；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域中的第一区域处或第二区域处的缺陷。

5.根据条款3和4中任一项所述的系统，其中第一图像和第二图像在第一时间序列和第二时间序列中的对应时间处被采样。

6.根据条款2至5中任一项所述的系统，其中第一图像和第二图像包括电压对比水平。

7.根据条款6所述的系统，其中控制器包括电路系统，该电路系统用于检测第一图像的电压对比水平与第二图像的电压对比水平之间的差异，以标识薄型器件结构中的缺陷。

8.根据条款1至7中任一项所述的系统，其中带电粒子束源包括电路系统，该电路系统用于：

在一个或多个时间序列的第一部分期间，预扫描晶片的一个或多个区域；以及

在一个或多个时间序列的第二部分期间，检查晶片的一个或多个区域。

9.根据条款8所述的系统，其中带电粒子束源包括电路系统，该电路系统用于在一个或多个时间序列的第一部分期间执行预扫描的同时，在晶片的一个或多个区域处建立一个或多个表面电势。

10.根据条款9所述的系统，其中带电粒子束源执行预扫描，直到发生器件击穿为止。

11.根据条款1至10中任一项所述的系统，其中控制器包括电路系统，该电路系统用于调整第一组图像中的每个图像的生成之间的时间间隔。

12.根据条款2至10中任一项所述的系统，其中控制器包括电路系统，该电路系统用于调整第二组图像中的每个图像的生成之间的时间间隔。

13.根据条款1至12中任一项所述的系统，其中缺陷包括与区域处的薄型器件结构中的电气泄露相关联的电气缺陷。

14.根据条款13所述的系统，其中薄型器件结构包括蚀刻工艺之后残留的薄型氧化物。

15.根据条款1至14中任一项所述的系统，还包括：

检测器，以通信方式耦合到控制器，被配置为基于与影响晶片的一个或多个区域的带电粒子相关联的次级带电粒子的检测来生成检测数据。

16.根据条款15所述的系统，其中所述控制器包括电路系统，该电路系统基于检测器所生成的检测数据来构造对应电压对比图像。

17.一种使用带电粒子束系统检查晶片的方法，该带电粒子束系统具有带电粒子束源以在一个或多个时间序列上将带电粒子引导到晶片的一个或多个区域上，该方法包括：

在一个或多个时间序列中的第一时间序列期间，生成一个或多个区域中的第一区域的第一组图像；以及

处理第一组图像，以检测晶片中的薄型器件结构中的缺陷。

18.根据条款17所述的方法，还包括：

从第一组图像中采样第一图像和第二图像，其中第一图像在第一时间序列的第一时间被采样，而第二图像在第一时间序列的第二时间被采样；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域中的第一区域处的缺陷。

19.根据条款17所述的方法，还包括：

在一个或多个时间序列中的第二时间序列期间，生成一个或多个区域中的第一区域的第二组图像；

从第一组图像中采样第一图像，而从第二组图像中采样第二图像；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域的第一区域处的缺陷。

20.根据条款17所述的方法，还包括：

在一个或多个时间序列中的第二时间序列期间，生成一个或多个区域中的第二区域的第二组图像，其中第一区域和第二区域包括相同器件结构；

从第一组图像中采样第一图像，而从第二组图像中采样第二图像；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域中的第一区域处或第二区域处的缺陷。

21.根据条款19和20中任一项所述的方法，第一图像和第二图像在第一时间序列和第二时间序列的对应时间处被采样。

22.根据条款18至21中任一项所述的方法，其中第一图像和第二图像包括电压对比水平。

23.根据条款22所述的方法，还包括：检测第一图像的电压对比水平与第二图像的电压对比水平之间的差异，以标识薄型器件结构中的缺陷。

24.根据条款17至23中任一项所述的方法，还包括：调整第一组图像中的每个图像的生成之间的时间间隔。

25.根据条款18至23中任一项所述的方法，还包括：调整第二组图像中的每个图像的生成之间的时间间隔。

26.一种非暂态计算机可读介质，存储指令集合，该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统执行方法，该带电粒子束系统具有带电粒子束源，以在一个或多个时间序列上将带电粒子束引导到晶片的一个或多个区域上，该方法包括：

在一个或多个时间序列中的第一时间序列期间，生成一个或多个区域中的第一区域的第一组图像；以及

处理第一组图像，以检测晶片中的薄型器件结构中的缺陷。

27.根据条款26所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统还执行：

从第一组图像中采样第一图像和第二图像，其中第一图像在第一时间序列的第一时间处被采样，而第二图像在第一时间序列的第二时间处被采样；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域的第一区域处的缺陷。

28.根据条款26所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统还执行：

在一个或多个时间序列中的第二时间序列期间，生成一个或多个区域中的第一区域的第二组图像；

从第一组图像中采样第一图像，而从第二组图像中采样第二图像；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域的第一区域处的缺陷。

29.根据条款26所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统还执行：

在一个或多个时间序列中的第二时间序列期间，生成一个或多个区域中的第二区域的第二组图像，其中第一区域和第二区域包括相同器件结构；

从第一组图像中采样第一图像，而从第二组图像中采样第二图像；以及

比较第一图像与第二图像，以标识晶片的一个或多个区域中的第一区域处或第二区域处的缺陷。

30.根据条款28和29中任一项所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统执行方法，其中第一图像和第二图像在第一时间序列和第二时间序列中的对应时间处被采样。

31.根据条款27至30中任一项所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统执行方法，其中第一图像和第二图像包括电压对比水平。

32.根据条款31所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统执行：

检测第一图像的电压对比水平与第二图像的电压对比水平之间的差异，以标识薄型器件结构中的缺陷。

33.根据条款26至32中任一项所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统执行：

调整第一组图像中的每个图像的生成之间的时间间隔。

34.根据条款27至32中任一项所述的计算机可读介质，其中该指令集合能够由带电粒子束系统的处理器执行，以使得带电粒子束系统执行：

调整第二组图像中的每个图像的生成之间的时间间隔。

应当领会，图像处理系统可以使用软件来控制上文所描述的功能性。例如，图像处理系统可以从检测器(诸如图2的检测器206)接收信号并且重构晶片的图像。更进一步地，图像处理系统可以执行图像处理算法以调整经重构图像的亮度或对比度。图像处理系统还可以执行控制功能以调整经采样图像之间的时间间隔。该软件可以存储在非暂态计算机可读介质上。非暂态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带、或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、云存储、FLASH-EPROM、或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式磁带、以及其经联网版本。

尽管已经相对于其优选实施例解释了所公开的实施例，但是应当理解，在没有背离下文所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以做出其他修改和变化。