CN107408485B

CN107408485B - 用于具有改进的图像束稳定性及询问的带电粒子显微镜的方法及系统

Info

Publication number: CN107408485B
Application number: CN201680013667.2A
Authority: CN
Inventors: D·马斯纳盖蒂; G·托特; D·特雷斯; R·博特罗; G·H·陈; R·克尼彭迈耶
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: CN107408485A; CN111261481A; CN111261481B

Abstract

本发明揭示一种具有改进的图像束稳定性的扫描电子显微镜系统。所述系统包含经配置以产生电子束的电子束源及将所述电子束的至少一部分引导到样本的部分上的一组电光元件。所述系统包含发射率分析器组合件。所述系统包含经配置以将由所述样本的表面发射的至少一部分次级电子及/或反向散射电子引导到所述发射率分析器组合件的分光器元件。所述发射率分析器组合件经配置以对所述次级电子及/或所述反向散射电子中的至少一者进行成像。

Description

用于具有改进的图像束稳定性及询问的带电粒子显微镜的方法及系统

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35 U.S.C.§119(e)主张以下美国临时申请案的权益且构成以下美国临时申请案的正式(非临时)专利申请案：2015年3月24日申请的序列号为62/137,229的美国临时申请案；2015年5月27日申请的序列号为62/166,682的美国临时申请案；2015年9月4日申请的序列号为62/214,737的美国临时申请案；及2016年1月12日申请的序列号为62/277,670的美国临时申请案，所述申请案各自以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明通常涉及带电粒子显微镜，且更特定来说，本发明涉及具有图像束的改进的稳定性及询问的扫描电子显微镜系统。

背景技术

制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常包含使用大量半导体制造工艺处理衬底(例如半导体晶片)以形成所述半导体装置的各种特征及多个层级。随着半导体装置的尺寸变得越来越小，发展增强的晶片检验及重检装置及程序变得尤其重要。因而，提供一种提供样本(例如半导体晶片)的改进的电子成像的系统及方法是有利的。

发明内容

根据本发明的一或多个实施例揭示一种扫描电子显微镜(SEM)设备。在一个说明性实施例中，所述SEM设备包含经配置以产生电子束的电子束源。在另一说明性实施例中，所述SEM设备包含一组电光元件，以将电子束的至少一部分引导到样本的部分上。在另一说明性实施例中，所述SEM设备包含发射率分析器组合件(emittance analyzer assembly)。在另一说明性实施例中，所述SEM设备包含分光器元件，所述分光器元件经配置以将由样本的表面发射的次级电子或反向散射电子中的至少一者的至少一部分引导到发射率分析器组合件。在另一说明性实施例中，所述发射率分析器组合件经配置以对次级电子或反向散射电子中的至少一者进行成像。在另一说明性实施例中，所述发射率分析器组合件包含：一组偏转光学器件；第一电光透镜；第一电子检测器，其包含中心孔，其中所述第一电子检测器经配置以收集次级电子的部分或反向散射电子的部分中的至少一者；第一网状元件，其安置于所述第一电子检测器的下游；第二网状元件，其安置于所述第一网状元件的下游，其中所述第一电子检测器及所述第一网状元件形成减速区域，其中所述第一网状元件及所述第二网状元件形成漂移区域；能量过滤器，其安置于第二接地网状元件的下游；第二电光透镜；及第二电子检测器，其经配置以收集次级电子的额外部分或反向散射电子的额外部分中的至少一者。

在另一说明性实施例中，发射率分析器经配置以在次级电子及反向散射电子成像模式中操作。在另一说明性实施例中，所述发射率分析器经配置以在反向散射电子及高纵横比电子成像模式中操作。在另一说明性实施例中，发射率分析器经配置以在仅反向散射电子成像模式中操作。在另一说明性实施例中，所述发射率分析器经配置以在次级电子及反向散射电子成像模式、反向散射电子及高纵横比电子成像模式与仅反向散射电子成像模式之间切换。

在另一说明性实施例中，电子源及/或泛射式电子枪经配置以将原位泛射预填施加到样本。

在另一说明性实施例中，所述设备包含经配置以将发射率分析器组合件中的一或多个组件锁定到样本的表面电势的门控积分器。

应理解，以上前述一般描述及以下详细描述两者仅为示范及解释且不一定如所主张那样限制本发明。并入且构成说明书的部分的附图说明本发明的实施例以及一般描述且用于解释本发明的原理。

附图说明

所属领域的一般技术人员通过参考附图可更佳地理解本发明的数个优势，其中：

图1A到6C说明根据本发明的具有图像束的改进的稳定性及询问的扫描电子显微镜系统的一或多个实施例。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中说明的所揭示的标的物。

大体上参考图1A到6C，根据本发明揭示一种用于执行具有图像束的改进的稳定性及询问的扫描电子显微镜的系统及方法。

本发明的实施例涉及一种发射率分析器组合件，其从来自样本表面的电子图像束提取信息。此外，所述发射率分析器组合件可配置成各种配居中。如在本发明中所论述，本发明的发射率分析器组合件可在次级电子/反向散射电子(SE-BSE)模式、反向散射电子/高纵横比(BSE-HAR)模式及/或仅BSE模式中操作，借此所述系统能够在各种分析器模式之间切换。本发明的发射率分析器还允许在任何成像模式期间的实时晶片表面电势获取。此外，当成像产生表面电压的晶片时，本发明的发射率分析器允许产生控制信号以稳定极角分辨漂移及图像束位置漂移。

本发明的额外实施例涉及经配置以出于改进图像质量的目的而将图像路径光学元件锁定到给定样本的表面电势的门控积分器。本发明的额外实施例涉及实施原位泛射以及发射率分析器组合件及/或门控积分器以稳定图像束。

本发明包含至少部分在以下美国专利中论述的实施例：5210487、6483120、6570154、6784425、6844550、6897458、7041976、7075078、7683317、7705301、7141791、7656171、7714287、8203119、8263934、8274048、8288724、8421027、8884224、8890068、8946649、8963083、9000395、9048062、9048063及9165742，所述美国专利各自以全文引用方式并入本文中。本发明包含至少部分在以下美国专利公开案中论述的实施例：2007/0090288、2012/0273690、2013/0032729、2014/0299767及2014/029967，所述公开案各自以全文引用方式并入本文中。本发明包含至少部分在美国专利申请案14/696122中论述的实施例，所述美国专利申请案以全文引用方式并入本文中。

图1A说明根据本发明的一个实施例的经布置以经由收集次级电子及/或反向散射电子而对样本进行成像的带电粒子成像系统100。

在一个实施例中，系统100包含电子束源102、电光管柱105、分光器元件112、发射率分析器组合件120及控制器121。

发射率分析器组合件120用于从关于显微镜系统100的发射率的图像束提取信息。所述图像束包含响应于入射初级光束104而由样本110的表面发射的反向散射电子114及/或次级电子116。

在一个实施例中，电子束源102经配置以产生一或多个初级电子束104。电子束源102可包含所属领域中已知的任何电子源。举例来说，电子束源102可包含(但不限制于)一或多个电子枪。例如，电子束源102可包含用于产生单个初级电子束104的单个电子枪。在另一例子中，电子束源102可包含用于产生多个初级电子束104的多个电子枪。

在另一实施例中，电光管柱105可包含一组电光元件。所述组电光元件可将电子束104的至少一部分引导到样本110(例如，半导体晶片)的所选择的部分上。电光管柱105的所述组电光元件可包含所属领域中已知的适合用于将电子束104聚焦及/或引导到样本110的所选择的部分上的任何电光元件。在一个实施例中，所述组电光元件包含一或多个电光透镜。举例来说，电光透镜可包含(但不限制于)用于从电子束源102收集电子的一或多个聚光透镜106。举另一实例，电光透镜可包含(但不限制于)用于将电子束104聚焦到样本110的所选择的区域上的一或多个物镜108。

在另一实施例中，电光管柱106的电光元件组包含一或多个电子束扫描元件(未展示)。举例来说，一或多个电子束扫描元件可包含(但不限制于)适合用于控制电子束104相对于样本110的表面的位置的一或多个电磁扫描线圈或静电偏转器。在此方面，一或多个扫描元件可用于使电子束104以所选择的图案中扫描遍及样本110。

为了简洁性目的，在图1A中描绘单个电光管柱106。在本文中应注意，此配置不应解释为对本发明的限制。举例来说，系统100可包含多个电光管柱106。

在另一实施例中，分光器元件112经布置以便将由样本110的表面发射的次级电子及/或反向散射电子偏转到发射率分析器组合件120的入口。举例来说，分光器元件112可包含电子速度选择器，例如(但不限制于)维恩过滤器(Wien filter)。在另一实施例中，系统100可包含韦乃特圆柱(Wehnelt cylinder)。

图1B说明用于常规透镜后暗场成像的次级电子分布111及使用本发明的发射率分析器成像的次级电子分布113。图表111及113表示在1eV、2eV、5eV及10eV处的模拟的检测器的平面中的次级电子分布。如图表111中所展示，遍及次级电子能量范围的极角对准不佳。相比而言，如图表113中所展示，在本发明的发射率分析器方式的情况中改进遍及次级电子能量范围的极角对准。

图1C说明根据本发明的一个实施例的配置成SE-BSE成像模式的发射率分析器组合件120的框图。

系统100通过将次级电子116从样本110快速移动到发射率分析器120的入口而操作。举例来说，此可通过以下操作来执行：运用大型电场，当从样本110发射次级电子116时加速次级电子116；接着，采用透镜在组合件120的分析部分的入口处形成共轭点；使次级电子116减速回到其初始动能(漂移入口)；且接着，设计分析光学器件，犹如从入口处的共轭点发射次级电子116到漂移区域。应注意，需要高“提取场”以不仅用于最小化极性分辨中的转变时间误差，且还用于防止由物镜的高磁场引入的大方位分辨误差。

在一个实施例中，发射率分析器组合件120包含一组偏转光学器件124。在一个实施例中，所述组偏转光学器件定位于发射率分析器组合件120的一或多个额外组件之前或上游。所述组偏转光学器件经配置以使包含反向散射电子114及/或次级电子116的图像束与发射率分析器组合件120的一或多个组件对准。举例来说，偏转光学器件124可用于去扫描(de-scan)图像束且对准图像束114、116使其相对于发射率分析器组合件120的额外组件中的一或多者而共轴。应进一步注意，可利用所述组偏转光学器件124抵消从初级光束扫描元件加于反向散射电子114及/或次级电子116的横向速度分量。

所述组偏转光学器件可包含一或多组偏转元件。举例来说，所述组偏转光学器件124可包含(但不限制于)一或多个四极元件、一或多个八极元件或一或多个较高阶电光偏转元件。在一个实施例中，所述组偏转光学器件124包含一或多个静电偏转器。在另一实施例中，所述组偏转光学器件124包含一或多个磁性偏转器。举例来说，所述一或多个静电或磁性偏转器可安置于高电势加速衬套内且在所述衬套电势处浮动。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120包含一或若干第一电光透镜126。在一个实施例中，第一电光透镜126安置于所述组偏转光学器件124的下游。举例来说，第一电光透镜126可接近于所述组偏转光学器件124安置。在一个例子中，第一电光透镜126可用于端接含有所述组偏转光学器件124的高电势衬套的输出。

在一个实施例中，第一电光透镜126包含静电透镜。举例来说，第一电光透镜126可包含(但不限制于)经配置以加速图像束的反向散射电子114及/或次级电子116的静电透镜。举另一实例，第一电光透镜126可包含(但不限制于)经配置以减速图像束的反向散射电子114及/或次级电子116的静电透镜。在另一实施例中，第一电光透镜126包含磁性透镜。

在一个实施例中，发射率分析器组合件120包含第一电子检测器128，所述第一电子检测器包含中心孔130。应注意，在本发明中，中心孔130可被称为发射率分析器组合件120的分析部分的入口。在SE-BSE成像的情况中，第一电子检测器128经配置以用于测量反向散射电子114。

举例来说，第一电光透镜126用于在第一检测器128的平面中形成具有大于1的缩小的次级电子共轭点130。由检测器128(例如，分段式检测器)收集大部分反向散射电子114从而允许亮场及暗场反向散射成像两者。次级电子116及大部分轴向反向散射电子114通过第一检测器128孔，而最小化SE束的BSE污染。

第一电子检测器128可包含所属领域中已知的任何电子检测器。举例来说，第一电子检测器128可包含(但不限制于)固态检测器。举另一实例，第一电子检测器128可包含(但不限制于)多通道板。举另一实例，第一电子检测器128可包含(但不限制于)闪烁器类型的电子检测器。在一个实施例中，第一电子检测器128分段为两个或两个以上片段(例如，图1D中展示的分段式检测器)。在一个实施例中，检测器128的片段从检测器中的中心孔偏移达介于检测器128的平面中的反向散射电子114光束中心与次级电子116光束中心之间的距离。在另一实施例中，第一电子检测器128包含安置于第一电子检测器128的检测部分后的磁性屏蔽元件(例如，磁性材料的层)。

在一个实施例中，发射率分析器组合件120形成减速区域134及漂移区域136。在一个实施例中，发射率分析器组合件120包含安置于第一检测器128的下游的一或多个网状元件133。在一个实施例中，第一网状元件133包含平坦网孔。第一电子检测器128可保持于接地电势处，其中第一接地网状元件133保持于(或接近)与样本110(例如虚拟接地)的表面相同的电势处。以此方式，电子减速区域133形成于检测器128与第一网状元件133之间。在通过检测器孔之后，次级电子116及轴向反向散射电子114快速减速到样本电势。应注意，检测器128与漂移区域136的入口(由第一网状元件133的位置界定)之间的距离可经选择以便控制(例如，最小化)次级电子116的减速时间，这帮助最小化在此时间期间引入的误差且同时还防止大多数反向散射电子114进入发射率分析器组合件120的漂移区域136。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120可包含分离管132，其中减速区域133的入口与出口之间的电表面电阻形成线性减速电压梯度。此配置帮助确保减速区域133的入口与出口之间的等电势平坦且一致。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120包含一或多个第二网状元件135。在一个实施例中，第二网状元件135包含半球形金属丝网。第二网状元件135还可保持于(或接近)与样本110的表面相同的电势。在此方面，第一网状元件133及第二网状元件135保持于相同电势处，借此形成电子漂移区域136。应注意，次级电子116及反向散射电子114进入漂移区域136且遵循原始动量向量，样本利用所述原始动量向量从样本110出射。在此漂移时间期间，次级电子116及反向散射电子114的极角对准。应注意，次级电子116及反向散射电子114的较长漂移时间导致较小剩余极角对准误差。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120包含能量过滤器138。在一个实施例中，能量过滤器138包含以次级电子116光束路径中的共轭点为中心的半球形网孔，以确保来自能量过滤器的减速电场等电势经布置成垂直于次级电子116的轨迹(不管极角)。应注意，可改变能量过滤器138的阈值且几乎不影响电子114、116的极角。次级电子116及轴向反向散射电子114可从垂直于网状表面的漂移区域136的第二网状元件135(例如凹面网孔)出射。在次级电子116及轴向反向散射电子114从第二网状元件135(其端接漂移区域136)出射之后，当次级电子116及轴向反向散射电子114朝向能量过滤器138(例如，能量过滤器网孔)行进时开始减速。由能量过滤器138对次级电子116及轴向反向散射电子114的垂直拦截帮助确保组合件120分辨电子114、116的总能量且不仅仅是电子114、116的总能量的分量。

在一些实施例中，第一网状元件133、第二网状元件135及/或能量过滤器138的网孔可由磁性材料形成。应注意，将磁性网孔用于第一网状元件133、第二网状元件135及/或能量过滤器138能够屏蔽减速区域134及/或漂移区域136使其免受杂散磁场影响。在另一实施例中，发射率分析器组合件120可包含环绕减速区域134及/或漂移区域136的轴向对称的磁性屏蔽，其也用以屏蔽减速区域134及/或漂移区域136使其免受杂散磁场影响。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120包含减速管132，减速管132含有或连接到一或多个第一网状元件133及/或一或多个第二网状元件135。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120包含一或若干第二电光透镜140。在一个实施例中，第二电光透镜140安置于能量过滤器138的下游。在一个实施例中，第二电光透镜140可用于端接漂移区域136或能量过滤器138。在一个实施例中，能量过滤器138的部分、漂移区域136的终端(例如，第二网状元件135)或第二电子检测器142(下文论述)可形成第二电光透镜140的部分。

在一个实施例中，第二电光透镜140包含静电透镜。举例来说，第二电光透镜140可包含(但不限制于)经配置用于加速图像束的反向散射电子114及/或次级电子116的静电透镜。举另一实例，第二电光透镜140可包含(但不限制于)经配置用于减速图像束的反向散射电子114及/或次级电子116的静电透镜。在另一实施例中，第二电光透镜140包含磁性透镜。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120包含第二电子检测器。在此实施例中，第二电子检测器142经配置以收集次级电子116及/或轴向反向散射电子114。举例来说，当反向散射电子114及/或次级电子116从能量过滤器138出射时，其加速通过第二电光透镜140，第二电光透镜140用于缩小第二电子检测器142的平面中的图像束。

第二电子检测器142可包含所属领域中已知的任何电子检测器。举例来说，第二电子检测器142可包含(但不限制于)固态检测器。举另一实例，第二电子检测器142可包含(但不限制于)多通道板。举另一实例，第二电子检测器142可包含(但不限制于)闪烁器类型的电子检测器。在一个实施例中，第二电子检测器142分段为两个或两个以上片段(例如，图1D中展示的分段式检测器)。在另一实施例中，第二电子检测器142包含安置于第二电子检测器142的检测部分后的磁性屏蔽元件(例如，磁性材料的层)。

图1D说明根据本发明的一或多个实施例的适合用作为第一电子检测器128的分段式电子检测器的示意图。如图1D中所展示，分段式电子检测器128(例如，分段式固态检测器)包含四个象限检测部分Q1、Q2、Q3及Q4。此外，分段式电子检测器128包含中心检测部分C。此外，孔146穿过中心检测部分C的中心。孔146允许次级电子116传输通过检测器128，而由象限检测部分Q1、Q2、Q3及Q4收集高角度反向散射电子114。

图1E说明根据本发明的一或多个实施例的适合用作为第一电子检测器128的高密度阵列电子检测器的示意图。如图1E中所展示，高密度阵列电子检测器包含用于收集且分辨电子的位置的高密度阵列144。高密度阵列检测器128包含孔146，孔146再次允许次级电子116传输通过检测器128，而由阵列144收集高角度反向散射电子114。

应注意，也可在检测器142的情况下实施图1D到1E中描绘的检测器配置，尽管孔146对检测器142来说是不必要的。在其中检测器142是分段式检测器(例如，分段式固态检测器)或高密度阵列检测器的情况中，可由组合件120形成亮场及/或暗场图像。

图1F说明根据本发明的替代实施例的发射率分析器150。在此实施例中，发射率分析器150消除第一检测器借此牺牲反向散射电子的同步检测。在另一实施例中，发射率分析器150包含孔板158。孔板158用于阻挡反向散射电子到达检测器142。在此方面，检测器142将仅检测次级电子或近轴反向散射电子。

图1G说明根据本发明的一个实施例的配置成BSE-HAR成像模式的发射率分析器组合件120。如本文先前所提及，系统100可从图1C的SE-BSE配置切换到图1G的BSE-HAR配置。在一些实施例中，一或多个控制器121可用于调整系统100的各种组件以从一个配置转变到不同配置。

应注意，当分光器112(例如维恩过滤器)用于使得次级电子束116及反向散射电子束114偏转通过不同角度时，入射次级电子束116及反向散射电子束114不是同心的。在一个实施例中，所述组偏转元件124可使反向散射电子锥114居中于第一检测器128的孔上。在此方面，仅大部分轴向反向散射电子通过孔146，如图1G中所展示。

在一个实施例中，能量过滤器128经设置以拒斥次级电子使得第二检测器142仅使用近轴反向散射电子(通过孔146)同时产生亮场及暗场图像以用于高纵横比结构成像。在此方面，控制器121(或另一控制器)可调整能量过滤器128以便拒斥次级电子，借此将发射率分析器组合件120从SE-BSE模式转换为BSE-HAR模式。

在另一实施例中，能量过滤器128经设置以仅传递最高能量反向散射电子到第二电子检测器142，借此增强利用系统100收集的图像的分辨率。在另一实施例中，第二电光透镜140用于选择电子的极角分辨比率。

在另一实施例中，可利用第一电子检测器128获得较大极角反向散射电子(即，不传输通过孔146的电子)的亮场及/或暗场图像。在此方面，连同使用第二电子检测器142用近轴反向散射电子形成的图像同时可获得较大极角反向散射电子的图像。

图1H说明根据本发明的一个实施例的配置成仅BSE模式的发射率分析器组合件120。如本文先前所提及，系统100可从图1G的BSE-HAR配置切换到图1H的仅BSE配置。

在一个实施例中，所述组偏转元件124可使反向散射电子锥114居中于第一检测器128的孔146上。在另一实施例中，第一电光透镜126用于聚焦反向散射电子114，以在第一检测器128的平面中的反向散射电子束路径中形成共轭点。在此方面，反向散射电子114的全部或大部分通过第一检测器128。

在另一实施例中，能量过滤器128经设置(例如，由控制器121设置)以拒斥次级电子116。因而，第二电子检测器142可用于同时产生亮场及暗场反向散射电子图像。在另一实施例中，能量过滤器128经设置(例如，由控制器121设置)以传递高能量反向散射电子(即，高于所选择的阈值的反向散射电子)到第二电子检测器142，以便增强图像分辨率。在另一实施例中，第二电光透镜140用于选择电子的极角分辨比率。发射率分析器组合件120的漂移区域136可如其对准次级电子极角那样有效地对准反向散射电子极角。然而应注意，反向散射电子由于从样本110传送到组合件120而具有比次级电子更大的初始极角误差。

在另一实施例中，第一电子检测器128用于产生部分亮场次级电子图像。

应再次注意，发射率分析器组合件120可在图1C、1G及1H中描绘的SE-BSE、BSE-HAR及仅BSE模式之间快速切换。在一些实施例中，一或多个控制器121可用于调整系统100的各种组件以在SE-BSE、BSE-HAR及仅BSE模式之间转变。在此方面，模式中的每一者的设置点可经预校准且存储于存储器(例如，控制器121的存储器)中。此外，设置点可由控制器121重新调用，控制器121接着使用所述设置点建立优选模式。

图2说明根据本发明的一或多个实施例的实施两个发射率分析器组合件120a、120b以形成带通能量过滤器的系统200的框图，其中同时获取高通及带通图像。在一个实施例中，系统200包含第一发射率分析器120a及第二发射率分析器120b。在另一实施例中，系统200包含分光器元件202(例如，维恩过滤器)。

在本文中应注意，系统200可经实施以分析次级电子及/或反向散射电子。尽管以下描述着重于在次级电子的背景中的系统200的实施，但这此不是对本发明的限制。应注意，系统200及以下描述的实施例及组件可扩展延伸到反向散射电子的背景。

在一个实施例中，使用发射率分析器组合件120a的偏转以移除由照明扫描光学器件而加于图像束上的横向动量向量。在另一实施例中，使用第一发射率分析器组合件120a的偏转光学器件124a以使次级电子锥居中成与光学图像路径近轴。在另一实施例中，第一发射率分析器组合件120a的第一电光透镜126a在减速区域入口处形成在检测器128a的平面中与次级电子束路径中的样本(未展示)上的次级电子发射点共轭的点，以阻挡反向散射电子且与足够大以使得次级电子通过的板中的孔开口重合。

在一个实施例中，加速管204浸没从照明/图像分光器202到处于正高电压的第一发射率分析器组合件120a中的减速区域的入口的图像路径。在另一实施例中，第一发射率分析器组合件120a的第一电光透镜126a缩小次级电子束114。

在另一实施例中，第一发射率分析器组合件120a的第二电光透镜140a选择用于暗场次级电子成像的次级电子极角分辨阈值。

在另一实施例中，第一发射率分析器组合件120a的能量过滤器138a仅传递高能量次级电子且拒斥低能量次级电子。

在另一实施例中，分光器元件202使得传入次级电子图像束与由第一发射率分析器组合件120a拒斥的次级电子分离。

在另一实施例中，分光器元件202包含一或多组磁性偏转线圈。在另一实施例中，分束器是维恩过滤器。在另一实施例中，加速衬管204可沿第一发射率分析器组合件120a与第二发射率分析器组合件120b之间的图像路径延伸。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b可包含在第二发射率分析器组合件120b的减速区域入口处的孔板。举例来说，所述孔板可为磁性板。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b的偏转光学器件124b使次级电子束锥居中于减速区域入口处的第二发射率分析器组合件120b的孔板上。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b的第二电光透镜126b在检测器128b的平面中形成共轭点，所述共轭点居中于减速区域入口处的孔板上。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b的能量过滤器138b用于仅传递从第一发射率分析器组合件120a拒斥的最高能量次级电子。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b的第二电光透镜126b设置次级电子极角分辨阈值。

在另一实施例中，系统200同时产生以下各者：使用具有比第一发射率分析器组合件120a的能量过滤器设置更大的能量的次级电子，同时产生次级高通、亮场及暗场图像；使用第一发射率分析器组合件120a的能量过滤器设置与第二发射率分析器组合件120b的能量过滤器设置之间的能量，同时产生带通、亮场及暗场次级电子图像；及亮场及暗场反向散射电子图像。

图3说明根据本发明的一或多个实施例的实施三个发射率分析器组合件120a、120b及120c以捕获低通、带通及高通频带中的完整电子能量光谱的系统300的框图。

在本文中应注意，系统300可经实施以分析次级电子及/或反向散射电子。尽管以下描述着重于次级电子的背景中的系统300的实施，但这不是对本发明的限制。应注意，系统300及以下描述的实施例及组件可扩展到反向散射电子的背景。

在一个实施例中，系统300包含第一发射率分析器组合件120a、第二发射率分析器组合件120b及第三发射率分析器组合件120c。在另一实施例中，系统300包含第一分光器元件302a及第二分光器元件302b。在另一实施例中，系统300包含三臂式加速衬套304、306、308。

在一个实施例中，使用发射率分析器组合件120a的偏转以移除由照明扫描光学器件加于图像束上的横向动量向量。在另一实施例中，使用第一发射率分析器组合件120a的偏转以使次级电子锥居中成与光学图像路径近轴。在另一实施例中，第一发射率分析器组合件120a的第一电光透镜126a在减速区域入口处形成在检测器128的平面中与次级电子束路径中的样本(未展示)上的次级电子发射点共轭的点，以阻挡反向散射电子且与足够大以使得次级电子通过的板中的孔开口重合。

在一个实施例中，加速管204浸没从照明/图像分束器202到处于正高电压的第一发射率分析器组合件120a中的减速区域的入口的图像路径。在另一实施例中，第一发射率分析器组合件120a的第一电光透镜126a缩小次级电子束114。

在另一实施例中，分束器元件202包含一或多组磁性偏转线圈。在另一实施例中，分光器是维恩过滤器。在另一实施例中，加速衬管204可沿第一发射率分析器组合件120a与第二发射率分析器组合件120b之间的图像路径延伸。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b可包含在第二发射率分析器组合件120b的减速区域的入口处的孔板。举例来说，所述孔板可为磁性板。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b的偏转光学器件124b使次级电子束锥居中于减速区域的入口处的第二发射率分析器组合件120b的孔板上。

在另一实施例中，第二发射率分析器组合件120b的第二电光透镜126b在减速区域的入口处在孔板上的平面中形成共轭点，所述共轭点居中于减速区域的入口处的孔板上。

在另一实施例中，第二发射率分析器120b的能量过滤器仅传递从第一发射率分析器120a拒斥的最高能量次级电子且同时使用次级电子(其能量处于第一发射率分析器120a的能量过滤器设置与第二发射率分析器120b的能量过滤器设置之间)呈现亮场及暗场图像。

在另一实施例中，第二发射率分析器120b的第二电光透镜设置次级电子极角分辨阈值。在另一实施例中，使用沿第一发射率分析器120a与第二发射率分析器120b之间的图像路径的加速衬管304、308。

在另一实施例中，分光器元件302b使进入第二发射率分析器120b的次级电子与由第二发射率分析器120b拒斥的次级电子分离。

在另一实施例中，加速衬管306、308沿第二发射率分析器120b与第三发射率分析器120c之间的图像路径。

在另一实施例中，系统300包含在第三发射率分析器120c的减速区域的入口处的孔板(例如磁性)。

在另一实施例中，第三发射率分析器120c的偏转光学器件用于使次级电子束锥居中于减速区域的入口处的第三发射率分析器120c的孔板上。

在另一实施例中，第三发射率分析器120c的第一电光透镜在减速区域的入口处在孔板上的平面中形成共轭点，所述共轭点居中于减速区域的入口处的孔板上。

在另一实施例中，第三发射率分析器120c的能量过滤器传递从第二发射率分析器120b拒斥的所有次级电子且同时使用次级电子(其能量处于第一发射率分析器120a的能量过滤器设置与第二发射率分析器120b的能量过滤器设置之间)呈现亮场及暗场图像。

在另一实施例中，第三发射率分析器120c的第二电光透镜设置次级电子极角分辨阈值。

在另一实施例中，系统300同时产生以下各者：使用具有比第一发射率分析器120a的能量过滤器设置更大的能量的次级电子的次级电子高通、亮场及暗场图像；使用第一发射率分析器120a的能量过滤器设置与第二发射率分析器120b的过滤器设置之间的能量的带通、亮场及暗场次级电子图像；使用具有比第二发射率分析器120b的能量过滤器设置更少的能量的次级电子的亮场及暗场图像；及亮场及暗场反向散射电子图像。

图4A到4H说明根据本发明的一或多个实施例的在图像获取期间的晶片表面充电及光束漂移的效应。

应注意，为了以完整性能权限操作本发明的发射率分析器组合件120，图像束位置及图像束锥半角必须不受局部电荷场的影响及其它外部影响。来自第一电子光学器件透镜124的图像束聚焦平面在出现充电样本110的情况中应保持稳定且在第一电子光学器件透镜124交越的平面中的图像束位置应稳定且与发射率分析器组合件120共轴。应注意，高提取场、原位泛射及检测器输出反馈的组合可用于使图像束位置及由样本充电引起的圆锥角度漂移稳定。

图4A说明根据本发明的一或多个实施例的在低提取场环境中的图像获取期间由初级光束引起的样本表面充电的概念图400。由于电荷聚集于样本110(例如晶片)上，所以次级电子在视野(FOV)的边缘处经历每米达百万伏的强横向场，从而使得次级电子锥116相对于光学轴从零度(402)偏转到非零度(404)对准。跨越次级电子能量光谱的偏转是不对称的，其中较慢的次级电子由于较长的相互作用时间而经历较大偏转。在此实例中，电场是对称的且FOV的中间的次级电子未偏转。因此，次级电子图像束偏转角度随着FOV中的位置而改变。除了次级电子束不稳定性，局部电荷呈现对次级电子(例如，图4A的实例中的5V)的势垒(例如，图4A的实例中的5V)。因此，在此实例中，具有小于5eV能量的所有次级电子未能到达发射率分析器组合件120(在图4A中未展示)。

图4B说明根据本发明的一或多个实施例的局部电荷场等电势及大提取场等电势的概念图410。图4C说明根据本发明的一或多个实施例的局部电荷场及大提取场的叠加的概念图420。应注意，提取场减少由电荷场向次级电子呈现的势垒且显著减少FOV的边缘处的横向场强度。因此，图像束116不像在FOV的边缘处强烈地偏转且更多图像信号到达发射率分析器组合件120的检测器。图4D描绘从其中在图像获取期间发生次级电子束漂移的样本110获得的图像430。如所展示，图像430显示跨越图像对角地变化的大量对比变化，这是因为成像期间的图像束漂移。

应注意，利用原位泛射预填可减少电荷势垒及由表面充电引起的横向场。

图4E说明根据本发明的一或多个实施例的泛射电荷的效应的概念图440。举例来说，如所展示，施加10μm区域的原位泛射电荷。描绘环绕1μm图像区域的原位预填中的电荷等电势及大提取场(1.5kV/μm)中的等势线。所使用的泛射场应使待成像的绝缘材料饱和。以此方式，由初级光束104在成像期间加入的电荷应不会显著改变样本110的表面电势。

图4F说明根据本发明的一或多个实施例的原位泛射电荷场及提取视图的叠加的概念图450。在以上实例中，向次级电子呈现的势垒减少到<0.5V且在图像FOV的边缘处几乎消除横向场。因此，最大图像束到达检测器且图像束位置在整个图像FOV上更稳定。通过减少与局部充电相关的局部场强度而显著减少通过局部充电的图像束的透镜化。

图4G说明根据本发明的一或多个实施例的配备有原位泛射能力的系统100的框图。原位泛射方式的使用可与本发明的发射率分析器组合件120组合使用以帮助消除由表面充电引起的极性误差分辨误差。此外，归因于使用原位泛射过程实现的图像束的稳定性而增强发射率分析器组合件120的性能。

在一个实施例中，如图4G中所展示，系统100可包含经配置以利用经选择的电荷量来预填样本110的表面的专用泛射式电子枪455。在另一实施例中，在图4G中未展示，所述系统可使用来自电子源102的初级光束104预填样本110的表面。

在一个实施例中，通过利用发射率分析器组合件120检测样本的表面电势已充电到预定值而确定原位泛射时间。在另一实施例中，一旦确定样本110的表面电势已充电到预定值，系统100就可利用初级光束104或专用泛射式电子枪455预填样本的表面。举例来说，控制器121可从发射率分析器组合件120接收样本110的表面电势测量。接着，控制器121可确定样本110的表面是否已充电到预定值或阈值。在其中样本110的表面展示充电高于预定值的情况中，控制器121又可引导电子源102或专用泛射式电子枪455对样本110的表面施加预填。

在另一实施例中，紧接在图像获取前，系统100可经由原位泛射式电子枪455将样本110预填到预定电压，接着在开始图像获取期间，在断言控制环路之前的预定时间内将发射率分析器组合件120保持于所述电压处。

在另一实施例中，加速衬管沿图像束路径114、116共轴地放置以最小化次级电子116到发射率分析器组合件120的转变时间且减少平移到极角误差的轴向位移。

图4H说明根据本发明的一或多个实施例的次级电子在分段式电子检测器142上的着屏图案462。

在残余图像束位置漂移存在的情况中，可使用来自发射率分析器组合件120的反馈来减少(或完全消除)此漂移。举例来说，当图像束经适当对准且由第二电子检测器142(例如，参见图1A)拦截的电流稳定时，五段式检测器(图4G中展示)的任何两个对置外象限之间的差值应是零。如果图像束偏移，那么对置外象限之间的差值将变为非零且可用作为误差信号以经由发射率分析器组合件120的偏转光学器件124(例如，偏转板)驱动合适校正。在此方面，以下关系式可用于偏转校正：

(Q1-Q3)/(C+Q1+Q2+Q3+Q4)) 方程式1

(Q2-Q4)/(C+Q1+Q2+Q3+Q4)) 方程式2

其中Q1、Q2、Q3、Q4及C表示由五段式多段检测器的Q1、Q2、Q3、Q4及C检测部分测量的信号。应注意，将所述差值除以总信号帮助使这些误差信号能够抵抗图像束电流中的小变化，这可起因于初级光束104的变化及随样本而异的次级发射的变化。

图4I说明根据本发明的一或多个实施例的描绘用于校正发射率分析器120(或类似配置)中的光束错位的方法的流程图470。在步骤472中，从多段检测器142的Q1、Q2、Q3、Q4及C部分获取信号。举例来说，控制器121可接收从多段检测器142的Q1、Q2、Q3、Q4及C部分测量的信号。在步骤474中，可针对图像束确定一或多个偏转校正。举例来说，控制器121可应用以上描述的方程式1及/或方程式2以确定用于对准入射于检测器142上的图像束所需要的偏转校正。在步骤476中，基于经确定的偏转校正而调整图像束对准。举例来说，控制器121可基于使用方程式1及/或2计算的偏转校正而引导所述组偏转光学器件124校正图像束的位置。

应注意，尽管在发射率分析器组合件120的背景中描述图4H(或图1A)的分段式检测器142，但这不是对图4H中描绘的检测器的用途的限制。在本文中应认识到，可在任何电子分析装置的背景中实施图4H的分段式检测器，例如(但不限制于)发射率分析器或漂移管/能量过滤器系统。

应进一步注意，一或多个大型检测器阵列可用作为发射率分析器组合件120中的一或多个检测器以改进方位及极角分辨。在一个实施例中，大型检测器阵列可用于获得一个图像抓取中的每一图像像素的极性及方位角分布。在另一实施例中，继获取极性及方位角分布映射后，可呈现样本的表面拓扑的3D图像。在另一实施例中，极性及方位角分布可用于提供关于样本110的3D计量信息。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120可扫测能量过滤器128，同时获取极性及方位角信息从而提取关于极性及方位角分布是如何根据次级电子能量而变化的信息。

在另一实施例中，运用极性及方位角信息，发射率分析器组合件120可仅利用具有高于可编程能量过滤器阈值的能量的次级电子呈现表面拓扑的图像。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120可获取两个图像(运用不同能量过滤器阈值获取每一图像)且减去所述两个图像，以仅使用具有两个能量过滤器设置点之间的能量的次级电子呈现暗场图像。

在另一实施例中，发射率分析器组合件120可获取高于由能量过滤器128设置的阈值的次级电子的极性及方位角信息，且同时还获取样本110的经扫描的区域的平均表面电势。

图5A说明在能量分辨期间由于由初级光束对样本的表面充电而引入的误差的概念图500。

在一些实施例中，发射率分析器120的控制电压参考样本110的表面电势。在绝缘的情况中，可执行为晶片充电、跟踪图像束发射点的表面电势。

曲线502描绘从中性表面(即，表面电势为0V)获得的次级电子能量光谱。曲线504描绘从带电表面获得的次级电子能量光谱。应注意，从表面电压加于次级电子上的电势能量使次级电子能量分布偏移。此外，在绝缘表面的成像期间充电将使得次级电子能量光谱随时间而改变。此效应在所期望的能量分辨阈值中引入误差。举例来说，如图5A中所展示，能量分辨阈值经设置以拒斥5eV及以下的次级电子。在其中次级电子发射表面充电2.5V正电压的情况中，能量过滤器分辨分布阈值偏移所述量且在所期望的5eV阈值中引入2.5eV的误差。

在美国专利公开案2013/0032729及第7,141,791号美国专利中大体上描述控制电压参考样本表面电势，所述美国专利公开案以全文引用方式并入本文中。

图5B说明根据本发明的一或多个实施例的配备有门控积分器512的系统500的框图。在一个实施例中，门控积分器512用于封闭样本表面电势与图像路径光学器件之间的控制环路以消除电荷引发的图像伪影。在此方面，能量过滤器阈值偏移可锁定到样本表面电势。

应注意，术语“门控”用于提及输入可与积分器的输入“断开”以忽略非所要的表面电压信息。举例来说，可期望在下列操作设置中的一或多者期间断开输入：在成像扫描帧的边缘期间；在回扫期间；当光束被消隐及类似者时。

成像光学器件可包含(但不限制于)一组偏转光学器件503、第一电光透镜505、能量过滤器507、第二电光透镜509及检测器511(例如，分段式检测器)。在一个实施例中，利用门控积分器512形成控制环路的图像路径光学器件包含能量过滤器507。能量过滤器507可包含(但不限制于)平坦网孔、半球形/凹面网孔或多个网孔。

在一个实施例中，门控积分器512包含前端及混合模块528及D/A模块530。在一个实施例中，由前端及混合模块528接收检测器输出。例如，将多通道分段式检测器(例如检测器142)中的每一者的输出传输到前端及混合模块528。从模块前端及混合模块528又传输总检测器电流到差值模块532。此外，前端及混合模块528可提供视频输出。检测器电流的预期平均值从D/A模块530传输到差值模块532。接着，差值模块532针对特定能量阈值来比较检测器电流(例如，分段式检测器142的所有通道的总和)与检测器电流的预期平均值。应注意，检测器电流的预期值与检测器电流的实际总值之间的差值指示比预期更多或更少的电子正通过能量过滤器。接着，将差值模块532的输出传输到门控/积分模块534。接着，由门控/积分模块534结合预定时间常数积分差值模块532中的差值。因此，所述输出跟踪样本的表面电势。

又将门控/积分模块534的输出传输到一或多个信号处理元件536(例如，处理电路、转换器、驱动器及类似者)。接着，处理元件536将偏移从门控/积分模块534馈入到能量过滤器507而作为偏移，借此保留能量过滤器分辨阈值。此外，处理元件536提供样本表面电势输出。

在一个实施例中，积分时间常数可设置为取决于所要平均量的值的范围。在另一实施例中，积分器可经门控，其中当经门控时，所述积分器的输出保持于所述值处以在回扫期间忽略检测器或将控制环路仅锁定于图像区域的部分上。在一个实施例中，门控积分器512利用来自视野外部的预扫描区域的信号锁定且使用那个预扫描锁定值开始封闭环路图像获取。在另一实施例中，门控积分器512利用来自图像区域外部的预扫描区域的信号锁定且在图像获取期间保持所述锁定值。在另一实施例中，门控积分器512使用仅来自图像区域的部分的信号且门控或阻挡来自所述图像的其它区域的信号。在另一实施例中，门控积分器512使用在光束回扫期间产生的门控信号。在另一实施例中，系统510存储对应于配方(recipe)中的不同图像点的门控积分器512的一或多个锁定值且迫使门控积分器512在执行配方期间开始每一图像获取时使用那些锁定值。

在另一实施例中，门控积分器512可将一或多个控制信号传输到控制电路514、516、518、520、522、524及526以响应于门控积分器512的输出而控制电光系统500的各种组件。

应注意，图5B中描绘的做法的一个缺点是随晶片而异的次级电子发射中的小变化及初级光束电流或检测器增益中随着时间的推移的变化可在预定检测器电流中引入引起不正确能量过滤器阈值设置点的误差。可部分在配方开始时或载台在图像点之间移动期间由自动校准程序减轻此缺点。在第一步骤中，所述校准程序可包含将能量过滤器设置为0V。在第二步骤中，所述校准程序可包含测量检测器电流。在第三步骤中，基于次级电子分布的先前知识，所述校准程序可包含计算用于选定的能量过滤器分辨阈值的预期检测器电流值。

图5C说明根据本发明的一或多个实施例的配备有用于建立多光束能量过滤器阵列的控制环路的门控积分器512的系统540的框图。

在一个实施例中，系统540包含多光束电光系统541。在一个实施例中，系统539包含阴极542及多光束孔543以形成N个初级光束544。响应于N个初级光束544，样本110发射N个次级电子束545。电光系统539进一步包含分析器光学器件541。在一个实施例中，分析器光学器件539包含一或多个偏转光学器件546、第一电光透镜547、能量过滤器阵列549、检测器阵列550及一组N个检测器前置放大器551。

在一个实施例中，射束能量过滤器549是通用的且经控制作为一群组。应注意，在其中全局控制射束能量过滤器549的设置中，所有初级射束电流的总和可用于锁定提供显著减少的锁定时间的控制环路。在另一实施例中，分开控制多重能量过滤器549中的每一射束能量过滤器。在此方面，单独控制每一射束能量过滤器549。

应注意，在图5B的门控积分器512的背景中描述的控制步骤一般可扩展到5C的多重射束背景。此外，处理电路536可经由直接高电压供应538而调整能量过滤器孔549的电势。

在一个实施例中，系统540可使用第二能量过滤器设置且采用第一与第二图像集合之间的差值而获得多光束图像集合，以获得带通多光束图像集合。在另一实施例中，系统540可使用以控制-保持-控制-保持序列的控制环路，使得利用控制环路运行获取图像帧的仅一部分。

在另一实施例中，系统540在配方建立期间使用能量过滤器来记录表面电荷曲线，同时图像经获取且当执行配方时在图像获取期间使用此电线来控制能量过滤器电势。替代地，系统540可当执行配方时在图像获取期间偏置控制环路。

应注意，漂移管/能量过滤器及发射率分析器组合件受益于其具有参考晶片表面电势的控制电压。然而，由于其都采用漂移区域，所以控制参考电压中的误差引起检测器的平面中的次级电子的径向分布的大变化。

图5D说明不具有环路控制的带电表面的检测器的平面中的次级电子分布560。图5E说明带电表面的检测器的平面中的次级电子分布561，其中所述带电表面具有晶片表面电势与发射率分析器组合件120之间的闭合环路。通过使用第二检测器142中的(中心通道)/(外部通道)的比率产生门控积分器的误差信号，可稳定归因于充电的极角分辨漂移(参见图表561)。

图5E说明描绘漂移区域电势误差与中心通道除以四个外象限的总和的比率变化之间的关系的图表550。从检测器通道的比率导出的误差信号将免受初级光束电流变化、次级发射变化及视频链中的增益变化中的误差。

举例来说，如果假定次级电子束中有1nA电流，那么由(中心通道)/(外部通道)组成的信号的信噪比具有图5F的图表560中展示的泰勒级数近似(Taylor seriesapproximation)。图表560还描绘所有通道Q1到Q4及C的总和。

图5G说明用于将发射率分析器120钉扎于样本110的表面电势的伺服系统580。应注意，本文先前相对于门控积分器512描述的实施例及组件应解释为扩展到5G中说明的实施例。在一个实施例中，结合门控积分器512形成控制环路的图像路径光学器件包含发射率分析器组合件120。举例来说，从减速区域入口到检测器的各物可充当图像路径光学器件，借此由门控积分器512确定用于这些组件的参考电势。在另一实施例中，门控积分器可使用控制电路组件581到589来控制各种组件的电势。

在另一实施例中，系统580包含坐落于从分光器元件112到发射率分析器减速区域的入口的图像路径周围的加速衬套590以最小化图像束的转变时间。应注意，加速衬套可缩减极角分辨中的转变时间引发的误差。

在本文中应注意，在发射率分析器120的背景中实施的门控积分器方案产出样本110的实时(在控制环路的带宽内)表面电势。在一个实施例中，系统580的发射率分析器120可用于构建样本表面的电势映射。

图5H说明由门控积分器512控制或“伺服”的发射率分析器120的元件。所述方案可为图像束呈现静态电势环境。在一个实施例中，第一检测器128与第二检测器142之间的所有元件(包含第一检测器128及第二检测器142)在样本110的表面电势处浮动。应注意，样本110中的次级电子116当离开样本110时加速且其能量由于表面充电而变化较小。在一个实施例中，发射率分析器组合件120的一或多个组件经伺服具有样本表面电荷电压，使得呈现到次级电子的电场环境即使在存在充电表面电压的情况下也是恒定的。

图5I说明根据本发明的一或多个实施例的配备有门控积分器512的系统591的框图。在一个实施例中，门控积分器512用于封闭含有漂移管579的控制环路。应注意，本文先前相对于门控积分器512描述的实施例及组件应解译为延伸到图5I中说明的实施例。在第7,141,791号美国专利中大体上描述用于图5I的实施例中的漂移管，所述美国专利以全文引用方式并入上文中。

在另一实施例中，门控积分器可使用控制电路组件592到599控制各种组件的电势。

图6A说明根据本发明的一或多个实施例的配备有本文先前描述的原位泛射、门控积分器及发射率分析器能力的系统600。在一个实施例中，系统600包含发射率分析器组合件120与门控积分器512。在另一实施例中，系统600包含原位泛射式电子枪602及泛射式电子枪控制器601。在替代性实施例中，如本文先前所论述，可使用电子源102提供原位泛射。

原位泛射式电子枪602及控制器601(或电子源102)可经配置以与发射率分析器组合件120组合，而在泛射期间使用来自发射率分析器组合件120的反馈可靠且重复地将样本110预填到预定电压。

在一个实施例中，在粗载台行进期间，可将发射率分析器组合件120高电压设置为在配方建立期间确定的值。在另一实施例中，在粗载台安定期间，对泛射式电子枪602及泛射束偏转器604通电且关闭发射率分析器组合件120中的第一电子检测器128。此外，由分光器元件112将来自泛射束的次级电子路由到偏转器。如图6B中所展示，第一电子检测器128消除大部分原位次级电子，借此保护第二电子检测器142免于饱和。随着样本110的表面充电，次级电子能量接近能量过滤器138的截止能量。在此模式中，能量过滤器128无需正确无误，但必须精确且可重复。随着次级电子开始被能量过滤器128拒斥，由门控积分器512感测检测器电流的下降，门控积分器512又将信号发送到泛射式电子枪控制器601且关闭泛射式电子枪。

在细载台安定期间，已将发射率分析器组合件120设置为接近样本110的表面电势且仅需要FOV外部的小预扫描来锁定门控积分器512。之后开始锁定门控积分器512图像获取。

应注意，在半导体经充电以便用于使得发射率分析器组合件120以稳定方式操作的情况中，可需要大型区域原位预填。

图6C说明样本110的电荷聚集与层厚度之间的关系的概念图610。样本110包含半导体装置样本，所述半导体装置样本包含硅层及多晶硅层及在SiO₂层中涂覆的金属层。此外，I_p表示与初级光束相关的初始电流612。I_c表示与保持于表面中的电荷相关的电流比重。I_L表示与从着屏点泄漏的电荷相关的泄漏电流。I_SE,BSE是与由样本表面发射的次级电子及反向散射电子相关的电流。应注意，通过用初级光束104辐射已知区域且允许发射率分析器组合件120跟踪晶片表面电势，可获得充电率。此外，利用在配方建立期间的过程及特性的先前知识有可能导出层临界尺寸(CD)。

在一个实施例中，一或多个控制器(例如，控制器121)或其它类似控制系统可包含以通信方式耦合到输出装置(例如，检测器142)及存储器的一或多个处理器。在一个实施例中，一或多个处理器经配置以执行维持在存储器中的一组程序指令。

控制器的一或多个处理器可包含所属领域中已知的任何一或多个处理元件。在此方面，一或多个处理器可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器装置。在一个实施例中，一或多个处理器可由桌上型计算机、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或经配置以执行程序(经配置以操作各种系统及子系统实施例的一或多个部分)的其它计算机系统(例如，网络计算机)组成，如本发明所描述。应认识到，在本发明中描述的步骤可由单个计算机系统实施或替代地由多个计算机系统实施。一般来说，术语“处理器”可经广泛地定义以涵盖具有执行来自非暂时性存储器媒体中的程序指令的一或多个处理元件的任何装置。此外，系统的不同子系统可包含适合用于实施本发明描述的步骤的至少一部分的处理器或逻辑元件。因此，上文描述不应解释为对本发明的限制而仅是说明。

存储器可包含所属领域中已知的适合用于存储由相关一或多个处理器可执行的程序指令的任何存储媒体。举例来说，所述存储器可包含非暂时性存储器媒体。例如，所述存储器可包含(但不限制于)只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如，磁盘)、磁带、固态驱动器及类似物。在另一实施例中，在本文中应注意，存储器经配置以存储各种系统/子系统及/或本文描述的各种步骤的输出中的一或多个结果。应进一步注意，存储器可容置于包含有一或多个处理器的共同控制器中。在替代实施例中，存储器可相对于处理器及控制器的物理位置而远程定位。例如，控制器的一或多个处理器可存取通过网络(例如，因特网、内部网及类似物)可存取的远程存储器(例如服务器)。在另一实施例中，所述存储器存储用于致使一或多个处理器实施通过本发明描述的各种步骤的程序指令。

所属领域的技术人员将认识到先进技术已进展到系统的方面的硬件实施与软件实施之间几乎不存在区别的程度；硬件或软件的使用通常(但不总是，这是因为在特定背景中硬件与软件之间的选择可变得十分重要)是表示成本与效率折衷的设计选择。所属领域的技术人员将了解存在本文描述的过程及/或系统及/或其它技术可受其影响的各种运载工具(例如，硬件、软件及/或固件)，且优选运载工具将根据其中部署的过程及/或系统及/或其它技术的背景而不同。举例来说，如果实施者确定速度及精确度是最高的，那么所述实施者可选择主要硬件及/或固件运载工具；替代地，如果灵活性是最高的，那么所述实施者可选择主要软件实施；或替代地，所述实施者可选择硬件、软件及/或固件的一些组合。因此，存在本文描述的过程及/或装置及/或其它技术可受其影响的一些可能的运载工具，在所述运载工具中没有一者固然优于另一者，这是因为待使用的任何运载工具是取决于其中将部署的运载工具的背景及实施者的特定考虑(例如，速度、灵活性或可预测性)的选择，所述运载工具的任何者可不同。所属领域的技术人员将认识到实施的光学方面通常将采用光学定向硬件、软件及/或固件。

所属领域的技术人员将认识到在所属领域中通常以本文陈述的方式描述装置及/或过程，且此后使用工程实践来将所描述的此类装置及/或过程整合成数据处理系统。即，本文描述的装置及/或过程中的至少一部分可经由合理的实验量整合成数据处理系统。所属领域的技术人员将认识到典型数据处理系统通常包含系统单元中的一或多者，所述系统单元包含视频显示器设备、存储器(例如易失性及非易失性存储器)、处理器(例如微处理器及数字信号处理器)、运算实体(例如操作系统、驱动器、图形用户接口及应用程序)、一或多个交互装置(例如触摸板或屏幕)及/或包含反馈环路及控制发动机(例如，用于感测位置及/或速度的反馈；用于移动及/或调整组件及/或数量的控制发动机)的控制系统。可使用任何适合的商用组件实施典型数据处理系统，例如通常在数据运算/通信及/或网络运算/通信系统中发现的那些组件。

据信，将通过前述描述理解本发明及其许多伴随优势，且将明白，在不背离所揭示的标的物或不牺牲本发明的所有关键优势的情况下可对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述的形式仅为解释性的且所附权利要求书希望涵盖且包含此类改变。

Claims

1.一种扫描电子显微镜设备，其包括：

电子束源，其经配置以产生电子束；

一组电光元件，其将所述电子束的至少一部分引导到样本的部分上；

发射率分析器组合件；

分光器元件，其经配置以将由所述样本的表面发射的次级电子或反向散射电子中的至少一者的至少一部分引导到所述发射率分析器组合件，

其中所述发射率分析器组合件经配置以对所述次级电子或所述反向散射电子中的至少一者进行成像，其中所述发射率分析器组合件包含：

一组偏转光学器件；

第一电光透镜；

第一电子检测器，其包含中心孔，其中所述第一电子检测器经配置以收集所述次级电子的部分或所述反向散射电子的部分中的至少一者；

第一网状元件，其安置于所述第一电子检测器的下游；

第二网状元件，其安置于所述第一网状元件的下游，其中所述第一电子检测器及所述第一网状元件形成减速区域，其中所述第一网状元件及所述第二网状元件形成漂移区域；

能量过滤器，其安置于第二网状元件的下游；

第二电光透镜；及

第二电子检测器，其经配置以收集所述次级电子的额外部分或所述反向散射电子的额外部分中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述组偏转光学器件经配置以使包括所述次级电子或所述反向散射电子中的所述至少一者的图像束与所述发射率分析器组合件中的一或多个组件对准。

3.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述组偏转光学器件包含一组静电偏转器或磁性偏转器中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述组偏转光学器件安置于加速衬套内。

5.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一电光透镜安置于所述组偏转光学器件的下游。

6.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一电光透镜包括：

静电透镜或磁性透镜中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一电子检测器保持于接地处。

8.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一网状元件安置于所述第一电子检测器的下游且保持于与所述样本的表面电势相同的电势处。

9.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第二网状元件安置于所述第一网状元件的下游且保持于与所述样本的表面电势相同的电势处。

10.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一网状元件包括平坦金属丝网。

11.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第二网状元件包括半球形金属丝网。

12.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述能量过滤器包括半球形金属丝网。

13.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一电子检测器或所述第二电子检测器中的至少一者包括：

多通道板检测器、固态检测器或闪烁器检测器中的至少一者。

14.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述第一电子检测器或所述第二电子检测器中的至少一者分段为两个或两个以上片段。

15.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述发射率分析器组合件经配置以在次级电子及反向散射电子成像模式中操作。

16.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述发射率分析器组合件经配置以在反向散射电子及高纵横比电子成像模式中操作。

17.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述发射率分析器组合件经配置以在仅反向散射电子成像模式中操作。

18.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其中所述电子束源经配置以将原位泛射预填施加到所述样本。

19.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其进一步包括：

泛射式电子枪，其经配置以将原位泛射预填施加到所述样本。

20.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜设备，其进一步包括：

门控积分器。

21.根据权利要求20所述的扫描电子显微镜设备，其中所述门控积分器经配置以将所述发射率分析器组合件中的一或多个组件锁定到所述样本的表面电势。

22.一种发射率分析器组合件，其包括：

一组偏转光学器件；

第一电光透镜；

第一电子检测器，其包含中心孔，其中所述第一电子检测器经配置以收集由样本的表面发射的次级电子的部分或反向散射电子的部分中的至少一者；

第一网状元件，其安置于所述第一电子检测器的下游；

能量过滤器，其安置于第二网状元件的下游；

第二电光透镜；及

23.根据权利要求22所述的发射率分析器组合件，其中所述发射率分析器组合件经配置以在次级电子及反向散射电子成像模式中操作。

24.根据权利要求22所述的发射率分析器组合件，其中所述发射率分析器组合件经配置以在反向散射电子及高纵横比电子成像模式中操作。

25.根据权利要求22所述的发射率分析器组合件，其中所述发射率分析器组合件经配置以在仅反向散射电子成像模式中操作。

26.根据权利要求22所述的发射率分析器组合件，其中所述发射率分析器组合件经配置以在次级电子及反向散射电子成像模式、反向散射电子及高纵横比电子成像模式及仅反向散射电子成像模式之间切换。

27.一种系统，其包括：

第一发射率分析器组合件；及

第二发射率分析器组合件，其中所述第一发射率分析器组合件或所述第二发射率分析器中的至少一者包括：

一组偏转光学器件；

第一电光透镜；

第一网状元件，其安置于所述第一电子检测器的下游；

能量过滤器，其安置于第二网状元件的下游；

第二电光透镜；及

28.一种系统，其包括：

第一发射率分析器组合件；

第二发射率分析器组合件，及

第三发射率分析器组合件，其中所述第一发射率分析器组合件、所述第二发射率分析器组合件或所述第三发射率分析器组合件中的至少一者包括：

一组偏转光学器件；

第一电光透镜；

第一网状元件，其安置于所述第一电子检测器的下游；

能量过滤器，其安置于第二网状元件的下游；

第二电光透镜；及